DE2133330C3 - Monostabiler Multivibrator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen monostabilen Multivibrator nach dem Gattungsbegriff des Anspruches 1. Bei derartigen monostabilen Multivibratoren besteht oftmals die Forderung, das mittlere Tastverhältnis mit großer Genauigkeit konstant zu halten.

Ein aus der US-PS 34 19 735 bekannter monostabiler Multivibrator dieser Art benutzt zu dem angestrebten Zweck einen Zeitgeberkondensator, der an einen Regelschaltkreis in Form eines integrierenden Verstärkers angeschlossen ist Der Regelschaltkreis erzeugt während des Betriebes ein dem Tastverhältnis des monostabilen Multivibrators entsprechendes Signal, durch welches ein Ladestrom zum die Umschaltung des monostabilen Multivibrators auslösenden Zeitgeberkondensator derart gesteuert wird, daß bei wiederholter Triggerung des monostabilen Multivibratorausgangs der Mittelwert des Tastverhältnisses über einen langen Zeitraum konstant gehalten wird.

Bei dem bekannten monostabilen Multivibrator unterliegt jedoch das Tastverhältnis insbesondere bei Temperaturschwankun^en ebenfalls einer gewissen Änderung. Dies ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß im bekannten Fall der Regelschaltkreis direkt durch den Strom gesteuert und gespeist wird, der von den Transistoren des Monoflops geschaltet und gezogen wird.

Ausgehend von dieser bekannten Regelung des Tastverhältnisses bei einem monostabilen Multivibrator ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Regelschaltkreis so auszubilden, daß das Tastverhältnis unabhängig von Temperaturänderungen noch genauer konstant gehalten wird. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dem Unteranspruch entnehmbar.

Aus der französischen Druckschrift »C. R. Acad. Sa Paris«, t 261 (19 juillet 1965), Groupe 5, Seiten 668 bis 670, ist ein Regelschaltkreis bekannt, der die integrierten Impulse eines monostabilen Multivibrators mit lu einer vorgebbaren Spannung vergleicht, um dann, wenn der Pegel der integrierten Impulse den vorgebbaren Spannungspegel erreicht über einen nachgeschalteten Impulsverstärker jeweils einen Widerstand kurzzuschließen, der seinerseits den Ladestrom des den Schaltzustand des monostabilen Multivibrators bestimmenden Kondensators beeinflußt Dagegen wird bei der vorliegenden Erfindung über den integrierenden Verstärker der Ladestrom des die Umschaltung des monostabilen Multivibrators auslösenden Zeitgeberkondensators unmittelbar gesteuert Die Größe der Konstant-Signaispannungsquelle ist ohne Einfluß auf das Tastverhältnis; dieses wird alleine durch das Widerstandsverhältnis der beiden Spannungsteiler vorgegeben. Im bekannten Fall wird hingegen durch die Größe der vorgebbaren Spannung gerade das Tastverhältnis eingestellt

Anhand des in der einzigen Figur der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei die Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen monostabilen Multivibrators im folgenden näher erläutert

Gemäß der Figur ist ein herkömmlicher monostabiler Multivibrator (Monoflop) 28 dargestellt der in integrierter Schaltkreistechnik verwirklicht sein kann. Der innerhalb des Bausteines 28 dargestellte Schaltkreis ist eine höchst vereinfachte Version eines Schaltkreises, den solche Bausteine normalerweise aufweisen, wobei die Darstellung nur dem Verständnis des Gesamtsystems dient Grundsätzlich enthält der Baustein zwei Transistoren 1 und 2, wobei die Basis des Transistors 1 über einen Widerstand 4 mit dem Kollektor des Transistors 2 verbunden ist Die Verbindung der Basis des Transistors 2 mit dem Kollektor des Transistors 1 befindet sich nicht innerhalb des Bausteines, sondern ist durch externe Komponenten in Form des Widerstandes 29 und des Kondensators 30 vorgesehen.

Im Normal- bzw. Ruhezustand ist der Transistor 1 nichtleitend und es liegt ein Ausgangssignal Q von Hingegen ist der Transistor 2 leitend, so daß kein Ausgangssignal Q vorliegt. Ein dem Triggereingang TRIG zugeführter positiver Impuls schaltet das Monoflop, d.h. der Transistor 1 wird ein- und der Transistor 2 wird für eine bestimmte Zeitdauer ausgeschaltet In diesem Zustand wird ein Ausgangssignal am Ausgang^ erzeugt, während das Ausgangssi-

gnal am Ausgang Q verschwindet Der restliche Teil des Schaltkreises bildet einen Regelschaltkreis, der einen herkömmlichen als integrierter Schaltkreis ausgeführten Operationsverstärker 45, einen Integrationskondensator 46, Widerstände 47,48,49,50 und 51 und Dioden

⁶<> 52,53 und 54 aufweist Der Widerstand 50 ist einstellbar, um eine Kompensation der aus den Toleranzen der Bauteile möglicherweise entstehenden Fehler zu ermöglichen. Ferner ist eine Anschlußklemme 60 für eine positive Spannungsversorgung angeordnet, wobei deren Potential positiver als das an der positiven Anschlußklemme 41 des Monoflops anliegende Potential ist Der Verstärker 45 ist so mit dem Kondensator 46 verbunden, daß die Anordnung insgesamt als Integrier-

glied arbeitet

Wenn das Monoflop 28 durchgeschaltet ist, so ruft die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 45 einen Ladestrom über den Widerstand 29 für den Zeitgeberkondensator 30 hervor, wodurch die Span- ■-> nung an der Basis des Transistors 2 exponentiell ansteigt Wenn diese Spannung auf einen ausreichend hohen Wert angestiegen ist so schaltet das Monoflop in den nicht erregten Zustand zurück.

Die Geschwindigkeit mit der die Spannung an der Basis des Transistors 2 ansteigt und somit die Länge der erregten Zeitspanne des Monoflops hängt von dem ν Mittelwert der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 45 und dem resultierenden Ladestrom ab, der während des Zeitraumes, in dem das Monoflop erregt ι -> ist über den Widerstand 29 fließt Diese Werte werden durch die Regelschaltung in der erforderlichen Weise eingestellt um den gewünschten Wert für das mittlere Tastverhältnis aufrechtzuerhalten.

Wenn sich das Monoflop in seinem erregten Zustand befindet so gestattet das NuIlpotentiaJ an) Ausgang Q einen Stromfluß von der Anschlußklemme 60 über die Widerstände 50 und 49 und die Diode 54. Die Diode 53 ist zu diesem Zeitpunkt in Sperrichtung gepolt und verhindert eine Beeinflussung des invertierenden Eingan- y, ges des Operationsverstärkers 45.

Wenn sich jedoch das Monoflop in seinem nicht erregten Zustand befindet so spanntjlie sich ergebende Ausgangsspannung am Ausgang Q die Diode 54 in Sperrichtung vor. Hierdurch wird der über die n> Widerstände 50 und 49 fließende Strom umgeleitet und fließt als Strom /1 über die Diode 53 in den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 45. Der Strom i\ fließt somit nur, wenn das Monoflop sich im nicht erregten Zustand befindet j-,

Die Widerstände 47 und 48 rufen einen ständigen Referenzstrom h hervor, der in den nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 45 fließt. Hieraus ergibt sich eine Teste Vorspannung an diesem Eingang. Die Diode 52 dient zur Kompensation von Effekten, die sich aus thermischen Änderungen während des Betriebes der Diode 53 ergeben können.

Die Widerstandswerte der beiden Widerstände 47 und 51 sind einander gleich und der Operationsverstärker 45 besitzt eine hohe Impedanz. Infolgedessen befindet sich der Verstärker dann und nur dann im Gleichgewicht und hält seine Ausgangsspannung auf einem konstanten Wert, wenn der Mittelwert des Stromes /Ί gleich dem Wert des Stromes i₂ ist.

Da zusätzlich das Monoflop sein mittleres Tastverhältnis beibehält, muß die Summe des eingestellten Wertes für den Widerstand 50 und des Wertes für den Widerstand 49 gleich der Hälfte des Wertes des Widerstandes 48 jgemacht werden. Auf diese Weise ist dann und nur dann der Mittelwert von /Ί gleich dem Wert von h und der Verstärker 45 befindet sich im Gleichgewichtszustand, wenn der Strom i\ nur für die Hälfte der Zeit fließt Dies ist aber nur möglich, wenn die mittlere Länge der Zeitabschnitte des erregten und des nicht-erregten Zustandes des Monoflops einander gleich sind oder wenn mit anderen Worten das Tastverhältnis eins ist Nur für diesen genannten Wert des Tastverhältnisses fließt der Strom /1 für die Hälfte der Zeit ist der Mittelwert des Stromes /1 gleich dem Wert des Stromes i₂ und befindet sich der Verstärker 45 im abgeglichenen Zustand.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 45 ist die Spannung, die den Wert des Ladestromes für den Zeitgeberkondensator 30 festlegt Wenn somit das mittlere Tastverhältnis des Monoflops 1 beträgt und der Verstärker sich im ausgeglichenen Zustand befindet so ist der Wert für die Ausgangsspannung des Verstärkers dergestalt daß die Zeitabschnitte für den erregten Zustand des Monoflops eine Länge haben, wie sie für das geforderte Tastverhältnis von 1 notwendig ist

Wenn die Zeitabschnitte, in denen das Monoflop erregt ist kürzer werden, als dies für die Erhaltung des geforderten mittleren Tastverhältnisses von 1 erforderlich ist, so fließt der Strom /, mehr als die Hälfte der Zeit Infolgedessen wächst der Mittelwert des Stromes an und wird größer als der Wert des Stromes S₂. Dadurch gelangt der Verstärker 45 aus dein Gleichgewicht und seine Ausgangsspannung nimmt ab, bis die erregten Perioden soweit ausgedehnt worden sind, daß das mittlere Tastverhältnis von 1 wieder hergestellt ist. Der mittlere Wert für den Strom /Ί wird hierbei reduzier«, so daß die Gleichheit zwischen diesem mittleren Wert und dem Wert für den Strom /i wiederhergestellt wird, was gleichbedeutend mit der Wiederherstellung des ausgeglichenen Zustandes für den Verstärker 45 ist. Das Gleichgewicht wird in gleicher Weise wiederhergestellt, wenn die erregten Zeitabschnitte des Monoflops zu lang werden.

Die Werte für den Widerstand 51 und den Kondensator 46 werden so gewählt, daß die durch sie bestimmte Zeitkonstante sehr lang im Vergleich zur Länge der Periodendauer des Monoflops ist um zu erreichen, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 45 nur von langzeitigen Änderungen der Differenz zwischen den Strömen i\ und k abhängig wird.

Es ist daher ersichtlich, daß eine Abweichung von dem geforderten mittleren Tastverhältnis den.mittleren Wert des Stromes /1 von dem Bezugswert des Stromes /2 abweichen läßt und den Verstärker 45 in der geeigneten Richtung aus dem Gleichgewicht bringt, wodurch die Spannung an dessen Ausgang geändert wird. Hierdurch ändert sich der Ladestrom für den Zeitgeberkondensator und die Länge der erregten Periode in der erforderlichen Weise, um den erfaßten Fehler des mittleren Tastverhältnisses zu korrigieren.

Der fortlaufende richtige Betrieb des Monoflops erfordert nicht, daß die Kapazität des Kondensators 30 oder die Triggerfrequenz konstant bleiben, solange die Veränderungen dieser Werte zu keinem Betrieb außerhalb des dynamischen Bereiches führen. Mit anderen Worten gesagt, heißt dies, daß innerhalb des dynamischen Betriebsbereiches des Monoflops dieses den gewünschten Mittelwert des Tastverhältnisses unabhängig von der unterschiedlichen Größe des Zeitgeberkondensators oder der Triggerfrequenz beizubehalten sucht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Monostabiler Multivibrator mit einem Zeitgeberkondensator und einem Regelschaltkreis, der einen integrierenden Verstärker aufweist, welcher während des Betriebes ein dem Tastverhältnis des monostabilen Multivibrators entsprechendes Signal erzeugt, durch welches ein Ladestrom zum die Umschaltung des monostabilen Multivibrators auslösenden Zeitgeberkondensator derart gesteuert ist, daß bei wiederholter Triggerung des monostabilen Multivibratorausganges unabhängig von der Triggerfrequenz der Mittelwert des Tastverhältnisses über einen langen Zeitraum konstant gehalten wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

der integrierende Verstärker umfaßt einen Operationsverstärker (45) mit einem invertierenden und einem nicht invertierenden Eingang; beide Eingänge des Operationsverstärkers (45) sind mit dem Abgriff je eines an eine Konstantspannungsquelle (60) angeschlossenen Spannungsteilers (47,48; 49,50,51) verbunden; und der mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (45) verbundene Abgriff des einen Spannungsteilers ist fiber eine Diode (51) an einen Ausgang (Q) des monostabilen Multivibrators (28) angeschlossen.

2. Monostabiler Multivibrator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch in Vorwärtsrichtung vorgespannte Dioden (52,53) in jedem Spannungsteiler.