DE2103832A1

DE2103832A1 - Schaltung fur einen Impulsgenerator

Info

Publication number: DE2103832A1
Application number: DE19712103832
Authority: DE
Inventors: Paul Sebastian Southmoor Berkshire Batt (Großbritannien)
Original assignee: AMF Inc
Current assignee: AMF Inc
Priority date: 1970-01-27
Filing date: 1971-01-27
Publication date: 1971-09-09
Also published as: GB1328531A; FR2077353A1

Description

Schaltung· für einen Impulsgenerator

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für einen Impulsgenerator.

Die bekannten Impulsgeneratoren neigen im allgemeinen zur Instabilität, die auf SρannungsSchwankungen zurückzuführen ist, die durch Änderungen der Temperatur und sonstiger Umgebungsbedingungen verursacht sind. Zur Behebung dieser Nachteile müssen derartige Schaltungen mit einer komplexen und folglich aufwendigen Kompensationsschaltung ausgerüstet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung für einen Impulsgenerator zu schaffen, die zuverlässig und exakt eine Impulsreihe mit einem bestimmten Verhältnis von Impulsdauer au Impulspause erzeugt.

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Die erfindungsgemäße Schaltung umfaßt erste und zweite Widerstände zum Auf- und Entladen eines Kondensators, einen programmierbaren Unijunction-Transistor (tUT), der in Abhängigkeit vom Laden und Entladen dieses Kondensators arbeitet, und einen Schalt-Transistor, der in Abhängigkeit vom Betrieb des programmierbarer Unijunction-Transistors schaltet, derart daß die Schaltung für den Impuls-Generator eine Ausgangsimpulsreihe mit bestimmter Periode und mit bestimmtem Verhältnis von Impulsdauer zu Impulspause erzeugt.

Der im folgenden als PUT bezeichnete programmierbare Unijunction-Transistor ist ein gesteuerter pnpn ;;ilicium-Grleichrichter mit drei Klemmen, dessen Charakteristiken durch Wahl geeigneter äußerer Komponenten programmierbar sind. Der PUT v/ird als Detektor verwendet, der sich bei einer bestimmten Potentialdifferenz am Kondensator einschaltet und sich bei einer Potentialdifferenz am Kondensator ausschaltet, deren Wert unter einen Wert abgesunken ist, bei dem ein zweiter Detektor, z.B₀ eine Diode, leitend gemacht und damit ein Nebenschluß zum Kondenstor und zum PUT gebildet ist.

Die Periode kann durch Änderung der Kapasitäts- und Widerstandswerte des Kondensators und der beiden Widerstände geregelt werden. Das Verhältnis aus Impulsdauer zu Impulspause ist von den Widerstandswerten abhängig.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes nach der Erfindung dargestellt. Darin zeigt:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung nach der Erfindung für einen Impulsgenerator.

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Figur 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Er~ findung, das im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 entspricht, jedoch mit einem zusätzlichen Transistor.

Figur 3 ein Schaltschema einer für einen Tongenerator ausgebildeten Schaltung nach Figur 1.

Die Schaltung nach Figur 1 umfaßt an positivem und negativem Potential liegende Stromanschlußklemmen 1, 2 und Plus- und Minus-Stromleiter 3,4<> Parallel zu diesen Stromleitern ist in Reihe mit einem Y/iderstand R1 eine Diode D1 gesphaltet, die in Richtung zum ™

Minus-Stromleiter 4 stromdurchlässig ist. Zu den Plus- und Minus-Stromleitern 3, 4 sind weitere V/iderstände R3 und R4- parallel geschaltet. Ein mit einem Kollektor C und mit einem Emitter E eines Schalt-Transistors VT1 in Reihe geschaltetes Relais RL1 ist parallel zu den Stromleitern 3, 4 geschaltet. Die Basis B des Schalt-Transistors VT1 ist mit der Kathode K eines wie bereits erwähnt im folgenden kurz PUT genannten Transistors verbunden. Das Relais RL1 ist über einen Widerstand R2 mit der Anode A des PUT verbunden. Ein Kondensator C1 liegt mit seiner einen Belegung am Verbindungspunkt des Widerstandes R1 und der Diode D1 ä und mit seiner anderen Belegung an der Anode A. Das Tor G des PUT liegt am Verbindungspunkt der beiden Widerstände R3 und R4. Eine Diode D2 ist zum Relais RL1 parallel geschaltet. Das Relais ist in Reihe mit dem Widerstand R2, dem Kondensator C1 und der Diode D1 geschaltet, die wiederum parallel zu den Widerständen R3j R4 geschaltet sind. Die Anode A des PUT ist mit dem Kondensator verbunden. Das Tor G des PUT liegt am Verbindungspunkt der beiden Widerstände R3 und R4. Die Kathode K des PUT liegt an der Basis des Schalt-Transi-

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stors VT1. Der Kollektor C und Emitter E des Schalttransistors sind zum Widerstand R2, Kondensator 01 und zur Diode D1 parallel geschaltet. Bei Parallelschaltung einer Gleichstromquelle an die +ve und -ve Stromanschlußklemmen 1, 2 wird der Kondensator über das Ausgangsrelais RL1, den Widerstand R2 und die Diode D1 aufgeladen. Wenn die +ve-Belegung des Kondensators 01 auf eine Spannung aufgeladen ist, die einer Spannung V entspricht (Spitzenspannung), wird der PUT in leitenden Zustand geschaltet, wobei der Spannungsabfall in Durchlaßrichtung zwischen Anode und Kathode angenähert 1 ν und zwischen Tor und Kathode <Γ1 ν beträgt. ±>le Spannung V ergibt sich aus folgender Gleichung:

V_o χ R4

5Γ+-ΕΪ ^{+ V}AG Gleichung 1

wobei mit V_ die Gleichspannung, mit R5 und R4 die Widerstände eines Spannungsteiles, an deren Verbindungspunkt das Anodentor des PUT anliegt, und mit ν.« die Spannung zwischen der Anode und dem Anodentor des PUT bezeichnet sind. Die Vorschaltung des PUT in den leitenden Zustand nicht existierenden Anoden und Torströme des PUT schaffen nunmehr eine ausreichende Ansteuerung für die Basis-Emitterstrecke des Schalt-Transistors VT1, die nach Verstärkung durch den Transistor das Ausgangsrelais RH erregt. Der Transistor VT1 ist ein npn-Transistor^ der als Schalt— Transistor wirkt.

Da der gesamte Strom, der durch das Relais RL1 fließt, durch den Schalt-Transistor VT1 zur negativen Stromanschlußklemme 2 fließt, wird der Kondensator 01 nicht langer über den Widerstand R2 aufgeladen. Die +ve Seite des Kondensators €1 ist dadurch geklemmt und auf der -ve Seite des Kondensators €1 stellt eich unmittelbar

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folgendes Potential ein

- ⁽ \ - Vf] - [^VAK ⁺ V] ) Gleichung 2

wobei mit D-iV-π, die Vorspannung der Diode D1 in Durchlaßrichtung, mit V.TT der Spannungsabfall des PUT in Durchlaßrichtung und mit V, der Spannungsabfall am Basis-Emitter-Übergang des Schalt-Transistors VT1 bezeichnet sind. Hierauf entlädt sich der Kondensator C1 über die Anode und Kathode des PUT, über die Basis und den Emitter des Schalt-Transistors VT1, die Gleichstromquelle und den Widerstand R1. Beim Entladen des Kondensators C1 wird die Diode D1 in ihren nichtleitenden Zustand gesteuert, da das Potential auf ™ der -ve Seite des Kondensators C1 unterhalb den Spannungswert an der negativen StromanschlußkLemme 2 fällt.

Da die Impedanz des Entladestromweges des Kondensators durch den PUT und durch den Schalt-Transistor VT1 im Vergleich zum Widerstandswert des Widerstandes R2 klein ist, ist der Betrag des durch den Widerstand R2" fließenden Entladestromes vernachlässigbar.

Wenn der Kondensator C1 derart entladen ist, daß die an ihm liegende Potentialdifferenz

(V_AK + V_be) - D₁ x V_F Gleichung 3 ^

beträgt, wird die Diode D1 leitend und zum Kondensator C1 und zum PUT ein Nebenschluß gebildet. Bei Nichtaufrecht erhaltung des Stromes schaltet der PUT aus, so daß der Basisstrom vom Schalt-Transistor VT1 abgezogen wird und sich der Aufladevorgang des Kondensators C1 wiederholt.

Wenn die Spannung V durch entsprechende Wahl der Wider stände R3 und R4 eingestellt worden ist, wird die Lade-

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oder "Ausschalt"-Dauer der Schaltung allein durch die Vierte des Widerstandes R2 und des Kondensators C1 und die Entlade- oder "Einschalt"-Dauer allein durch die Werte des Widerstandes R1 und des Kondensators C1 bestimmt. Hierbei besteht zwischen den Widerständen R1 und R2 keine Wechselwirkung.

Der PUT wird als Schalter verwendet, wobei seine Charakteristiken vorteilhaft ausgenutzt werden. "Die Regenerierfähigkeit des PUT ist derart, daß ein Ausgangssignal mit einer Wellenform mit kurzen Impulsanstiegs- und Impulsabfallzeiten erzeugt wird. Die hohe Verstärkungscharakteristik des PUT ermöglicht einen Entladestrom des Kondensators C1, der wesentlich größer ist als der zum Schalten erforderliche Anodenstrom des PUT (Spitzenstrom I). Durch Änderung der Umgebungstemperatur verursachte Änderungen des Stromes I beeinflussen daher die Ladeströme und damit die Störung der Schaltung nur unwesentlich. Die Verringerung des durch die Anode des PUT fließenden Entladestromes ist ohne Einfluß auf den Anodentorstrom, weshalb die Ansteuerung des Schalt-Transistors VT1 in ausreichendem Maße aufrechterhalten wird.

Da ν.« im Vergleich zu V klein ist, kann die Gleichung

V χ R4

^{+ V}AG — Gleichung Ί

angenähert durch die Gleichung V = K χ Vs wiedergegeben werden, v/obei diirch geeignete Wahl der Widerstände R3 und R4 die Konstante K auf den Wert 0,632 einstellbar ist. Die Ladeseitkonstante, d.h. die Dauer, die erforderlich ist, um 63,2 # des Wertes Vb zu erhalten, beträgt

R2 χ CI
Sekunden, wobei der Widerstandswert in Ohm und der

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Kapazitätswert in Farad ausgedrückt sind. Da V = 0,632 Vs

ist die Dauer, die erforderlich, ist, um den Kondensator C1 i
hängig.

tor C1 auf den Wert V aufzuladen, vom Wert Vs unab-

Die Stabilität der Steuerung in Bezug auf die Spannungsquelle und die Temperatur-Charakteristiken sind wie folgt verbessert:

Mit Entladedauer ist die Dauer bezeichnet, die erforderlich ist, um das Potential an der -ve Seite des Kondensators Ci von

- ( [V_p - D1V_p] - |v_AK + V_beJ ) . . . Gleichung 4

auf den Wert +DIVj, anzuheben, was nachstehender Änderung der Potentialdifferenz entspricht

^Vp - ^(YAK^{+ 7}De⁵ Gleichung 5

Da (V.^. + V, ) im Vergleich zu V klein ist, entspricht diese Änderung angenähert dem Wert V . Ausgedrückt in Prozent des am Entladekreis liegenden maximalen Potentials beträgt diese Änderung

Mit V = 0,632 Vs erhält diese Gleichung den Wert

°'^{632 Ts} - 0,39

(1 + 0,632) Vs

Die Änderung der Potentialdifferenz am Kondensator C1 während des Entladevorganges beträgt

V_p = 0,39 Vs.

- 8 10 9 8 3 7/14 Ά Α

Da V während des Entladevorganges durch Vs bestimmt ist, bleibt die "Einschalf'-Dauer vorausgesetzt daß Vs während des Entladevorganges konstant bleibt, ebenfalls konstant. Wenn sich jedoch Vs während dieser Dauer ändert, nähert sich die Gleichung lediglich einer Konstante. Durch Begrenzung der Entladespannung auf einen niedrigen Prozentsatz der Spannung der Spannungsquelle werden gegenläufige Effekte auf ein Minimum herabgesetzt.

Der Entladevorgang ist durch die Leitfähigkeit der Diode D1 festgelegt, die bei einem Entladestromeintritt eher wesentlich höher als der Tal- oder Haltestrom Iv des PUT ist. Der Talstrom Iv ist temperaturschwankungsabhängig. Bei erfindungsgemäßer Ausbildung der Schaltung besitzen Änderungen des Wertes Iv nur einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Entladedauer.

Beim Kurzschließen des Ladewiderstandes während des Entladevorganges ist es, wie vorstehend erwähnt, Aufgabe des Schalt-Transistors VT1, den Wirkungsgrad des Entladekreises zu verstärken. Hierdurch kann ein Widerstand R2 mit niedrigeren Widerstandswerten verwendet werden. Die Ladeströme verringern hierdurch in erhöhtem Maße die entgegengesetzt gerichteten Wirkungen der Kondensator-Restströme.

In Figur 2 ist eine Schaltung mit einem die 2yklusdauer verzögerndem Relais mit änderbaren Ein- und Ausschaltzeiten dargestellt. Die Wirkungsweise dieser Schaltung entspricht im wesentlichen der Wirkungsweise der Schaltung nach Figur 1. Ein zweiter Schalt-Transistor VT2 bewirkt eine Verstärkung des Entladestromes. Hierdurch sind bei Erhöhung des Widerstands-

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wertes des Widerstandes R1 längere Zeitdauern erhältlich.

Der Emitter des Sehalt-Transistors VT2 ist mit der Anode des PUT verbunden. Der Kollektor des Schalt-Transistors VT2 ist über einen Widerstand R5 mit dem Stromleiter 3 verbunden. Die Basis des Schalt-Transistors VT2 liegt am Verbindungspunkt des zweiten Widerstandes R2 und des Kondensators 01, wodurch der Schalt-Transistor VT2 den Entladestrom verstärkt.

In Figur 3 ist eine Schaltung für einen Tongenerator dargestellt, wobei das Ausgangsrelais RL1 durch einen Lautsprecher L ersetzt ist. Die Frequenz des erzeugten Tonsignals wird, wie vorstehend beschrieben, durch die Werte des Kondensators 01 und der Widerstände R1 und R2 gesteuert.

Die nachstehende Tabelle enthält ein Beispiel für die Werte bei Gleichspannung der Spannungsquelle und der in der Schaltung nach Figur 1 benutzten Komponenten.

Gleichstromspannung (Vs) 24 V Gleichspannung R1 39 kohm

R2 18 kohm

R3 15 kohm

R4 27 kohm

01 10 Mikrofarad

Der Transistor PUT ist vom D13T1 Typ (General Electric Company), der Schalt-Transistor V$1 ist vom 2N696 Typ und die Diode D1 ist vom 1N2O70 Typ.

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Claims

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Patentansprüche

Schaltung für einen Impulsgenerator, gekennzeichnet durch erste und zweite Widerstände (R1, R2) zum Auf- und Entladen eines Kondensators (C1), einen programmierbaren Unijunction-Transistor (PUT), der in Abhängigkeit vom Laden und Entladen des Kondensators arbeitet und einen Schalt-Transistor (VT1), der in Abhängigkeit vom Betrieb des programmierbaren Unijunction-Transistors schaltet, derart, daß die Schaltung für den Impulsgenerator eine Ausgangsimpulsreihe mit bestimmter Periode und mit bestimmtem Verhältnis von Impulsdauer zu Impulspause erzeugt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß der Unijunction-Transistor (PUT) als Detektor ausgebildet ist, der bei einer bestimmten Potentialdifferenz am Kondensator (C1) eingeschaltet wird und ausgeschaltet wird, wenn diese Potentialdifferenz auf einen Wert abgesunken istj bei dem ein zweiter Detektor leitend wird und damit einen Nebenschluß zum Kondensator und zum Uni junction-Transistor bildet.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß der zweite Detektor eine Diode (D1) ist.

4» Schaltung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß eine durch Verbindung mit dem Kollektor (C) des Schalt-Transistors ) erregbare Vorrichtung vorgesehen ist»

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5. Schaltung nach Anspruch 1, dadu. rch ge kennzeichnet , daß in Reihe mit dem zweiten Widerstand (R2) eine erregbare Vorrichtung vorgesehen ist, daß der Kondensator (C1) und eine Diode (D1) parallel zu den Stromanschlußklemmen (1, 2) geschaltet sind, daß dritte und vierte Widerstände (R3, R4) in Reihe zwischen die Stromanschlußklemmen geschaltet sind, daß ein Schalt-Transistor (VT1) vorgesehen ist, dessen Kollektor (C) und Emitter (E) mit einem Relais (RL1) beziehungsweise mit der Stromanschlußklemme· (2) und

dessen Basis (B) mit der Kathode (K) des Unijunction- M

Transistors (PTJT) verbunden sind, daß das Tor (G) des Unijunction-Transistors am Verbindungspunkt der dritten und vierten Widerstände liegt und daß die Anode (A) des Unijunction-Transistors am Verbindungspunkt des Kondensators (C1) und des zweiten Widerstandes (R2) liegt.

6. Schaltung nach Anspruch 3» gekennzeich net durch einen zweiten Schalt-Transistor (VT2), dessen Emitter mit der Anode (A) des Unijunction-Transistors (PUT), dessen Kollektor über einen fünften Widerstand (R5) mit einer der Stromanschlußklemmen (1) und dessen Basis mit dem zweiten Widerstand (R2) und dem Kondensator (C1) verbunden ist, derart, daß der zweite Transistor den Entladestrom verstärkt.

7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Vorrichtung die Spule eines Relais (RL1) vorgesehen ist.

Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß als Vorrichtung

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die Spule eines Lautsprechers (L) vorgesehen ist.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß als Schalt-Transistor ein npn-Transistor vorgesehen ist.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß ein am Verbindungspunkt seiner Widerstände an das Anodentor (G) des Unijunction-Transistors (PUT) angeschlossener Spannungsteiler mit Widerständen (R3, R4) vorgesehen ist, durch deren Werte die Potentialdifferenz am Kondensator (G1) bestimmbar ist, die zum Einschalten des Unijunction-Transistors erforderlich ist.

11. Schaltung nach Anspruch 10, gekenn zeichnet durch einen in den Kondensatorentladekreis geschalteten "Verstärkerteil, unter dessen Wirkung bei Erhöhung des Widerstandswertes des zweiten Kondensatorentlade widerStandes (R2) die Entladedauer erhöht wird.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß als Verstärkerteil ein zweiter Sehalt-Transistor (ΥΪ2) vorgesehen ist.

13. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeich net durch ein mit dem Schalt-Transistor verbundenes Relais (RL1), das in Abhängigkeit von der Schaltung des Schalt-Transiators erregbar und enterregbar ist.

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14. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen mit dem Sehalt-Transistor (VT1) verbundenen Lautsprecher (L), dessen akustische Signale durch den Schalt-Transistor (VT1) gesteuert werden.

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