DE2425703B2 - Astabiler multivibrator - Google Patents

Description

4. Multivibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Kollektorwiderstand des ersten Transistors (T\) eine Diode (D) geschaltet ist.

5. Anwendung eines Multivibrators nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen elektronischen Multiplikator.

45

Die Erfindung bezieht sich auf einen astabilen Multivibrator der im Oberbegriff des Patentanspruches genannten Art.

In elektronischen Multiplikatoren werden vielfach astabile Multivibratoren eingesetzt, bei denen die Auflade- und Entladezeit der zeubestimmenden Elemente in Abhängigkeit von einem der beiden zu multiplizierenden Faktoren gesteuert wird, so daß der Multivibrator eine Pulsspannung abgibt, deren Tastverhältnis in Abhängigkeit von diesem Faktor moduliert ist. Mit dieser Pulsspannung wird ein elektronischer Umschalter angesteuert, der ein dem zweiten zu multiplizierenden Faktor proportionales elektrisches Signal im Takt der Multivibratorschwingungen umpolt. Der elektronische Umschalter besteht in der Regel aus bipolaren Schalttransistoren oder Feldeffekttransistoren; diese werden im Gegentakt gesteuert, wozu außer der genannten Pulsspannung eine zu dieser invertierten Spannung erforderlich ist. Symmetrische Multivibratoren mit zwei zueinander invertierten Ausgängen sind daher für diesen Anwendungsfall besonders geeignet.

An die Genauigkeit solcher Multivibratoren werden sehr hohe Anforderungen gestellt Einerseits muß d,e gewünschte funktionell Abhäng.gke.t des Tastverhaltnisses von dem zu multiplizierenden Faktor in einem weiten Meßbereich sehr genau eingehalten werden; andererseits müssen die Pulsspannungen an den beiden Ausgängen in jedem Betrachtungsze.tpunkt zueinander genau in Gegenphase sein. Ferner sollen die Malt.v.braforen siehe? anlaufen und eine Pulsspannung mit möglichst speisespannungsunabhängiger Amplitude und universell wählbarem Potential erzeugt

Diese hohen Anforderungen werden von einem aus der DT-OS 19 01 885 bekannten astabilen Multivibrator sehr gut erfüllt, der aus zwei gleichen Schaltungsteilen mit jeweils einem ersten Transistor und einem an diesen gekoppelten, komplementären zweiten Transistor besteht, wobei die Basen der beiden ersten Transistoren jeweils über eine Zenerdiode an den Kollektor des anderen Transistors gekoppelt und über einen Widerstand mit der Masse verbunden sind und die Basen der zweiten Transistoren an einen Spannungsteiler im Kollektorkreis der ersten Transistoren angeschlossen

^Sl Ein astabiler Multivibrator der eingangs genannten Art ist aus der US-PS 36 88 213 bekannt. Die Emitter der beiden zweiten Transistoren dieses Multivibrators sind miteinander verbunden und an eine gemeinsame Stromquelle angeschlossen, deren Strom auf die beiden gieicnen Schaltungsteile aufgeteilt wird. Die beiden gleichen Schaltungsteile sind außer über den die beiden ersten Transistoren verbindenden Kondensator auch über die gemeinsame Stromquelle miteinander gekoppelt Gegenüber dem erstgenannten bekannten Multivibrator weist dieser Multivibrator den Vorteil auf, daß er mit einer geringeren Anzahl von Bauelementen auskommt; dagegen ist die für viele Anwendungen wichtige Forderung, daß die an den beiden Ausgängen des Multivibrators abgegriffenen Pulsspannungen in jedem Betrachtungszeitpunkt genau in Gegenphase zueinander sein sollen, nicht in befriedigendem Maße erfüllt.

Schließlich ist aus der DT-OS 21 45 965 ein asymmetrischer astabiler Multivibrator mit zwei Transistoren bekannt, die einerseits über einen die Emitter der beiden Transistoren verbindenden Kondensator und andererseits über eine direkte Verbindung zwischen dem Kollektor des einen und der Basis des anderen Transistors miteinander gekoppelt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen astabilen Multivibrator der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Ausgangsspannungen in jedem Betrachtungszeitpunkt zueinander genau in Gegenphase sind und der trotzdem mit einer geringen Anzahl von Bauelementen auskommt.

Die Erfindung besteht in den im Kennzeichen des Patentanspruches 1 bezeichneten Merkmalen.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Multivibrator für den Betneb mit zwei Speisespannungen,

Fig.2 ein Spannungs-Zeit- sowie Stiom-Zeit-Dia-

gramm und

F i g. 3 einen Multivibrator für den Betrieb mit einer einzigen Speisespannung.

Die in den F i g. 1 und 3 dargestellten Multivibratoren bestehen aus zwei gleichen Schaltungsteilen, die

ausschließlich über einen Kondensator C miteinander gekoppelt sind. Die gleichen Schaltungselemente der beiden Schaltungsteile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen; zur Unterscheidung sind die Bezugszeichen des linken Schaltungsteils mit ' und die Bezugszeichen des rechten Schaitungsteils mit " ergänzt

In der F i g. 1 bestehen beide Schaltungsteile aus je einem ersten Transistor Ti und einem zweiten Transistor T₂. Der Transistor T₂ ist zum Transistor Ti ι ο komplementär, d. h. vom entgegengesetzten Leitungstyp. Der Kollektor des Transistors Ti ist über einen Kollektorwiderstand R\ an eine Speisespannungsklemme U+ angeschlossen. Zwischen den Emitter des Transistors Ti und eine Speisespannungsklemme U- ist eine nur schematisch dargestellte gesteuerte Stromquelle I₀ geschaltet. Die Basis des Transistors T₂ ist unmittelbar an den Kollektor des zugehörigen Transistors Ti und die Basis des Transistors Ti unmittelbar an den Kollektor des zugehörigen Transistors T₂ angeschlossen. Der Emitter des Transistors T₂ ist über einen Emitterwiderstand R₂ an die Speisespannungsklemme U+ und der Kollektor über einen Kollektorwiderstand R₃ an Nullpotential (Masse) geschaltet.

Die beiden Schaltungsteile des Multivibrators arbeiten im Gegentakt. Wenn die beiden Transistoren des einen Schaltungsteils leitend sind, so sind die beiden Transistoren des anderen Schaltungsteils gesperrt. In bezug auf den Emitter des Transistors Ti stellt derjenige Schaltungsteil, dessen Transistoren Ti und T₂ leitend sind, einen negativen Widerstand dar. Die;, hat zur Folge, daß der Zustand, in dem die Transistoren beider Schaltungsteile leitend sind, unstabil ist und immer zum schnellen Sperren der Transistoren des einen Schaltungsteils führen muß.

Wenn beispielsweise die Transistoren Ti' und T₂ leitend sind, fließen die Ströme der beiden Stromquellen /0' und /0" aus dem Emitter des Transistors Ti'; der Strom /0' fließt direkt und der Strom I₀" über den Kondensator Czur entsprechenden Stromquelle.

In der Fig.2 sind die am Widerstand R₃' abfallende Spannung Ud und die Spannung Ui am Emitter des Transistors Ti' sowie der Emitterstrom Ii und der Kondensatorstrom Ic in Funktion der Zeit dargestellt. Die entsprechenden Spannungen und Ströme des anderen Schaltungsteils verlaufen analog, sind jedoch um 180° phasenverschoben. Während der Halbperiode Ta sind die Transistoren T\ und T₂' und während der Halbperiode Tb die Transistoren Tj" und T₂" leitend. Durch den Kondensator C fließt während der Halbperiode Ta der Strom der Stromquelle /0" und während der Halbperiode T₈ in umgekehrter Richtung der Strom /0'.

Für die Ausgangsspannung LO des leitenden Schaltungsteils gilt die Beziehung

I! -

U₀ =

3 11 ■

Uo

R₂

eb

wobei Ueb die Basis-Emitterspannung des leitenden Transistors T₂ bedeutet. Die Ausgangsspannung U₀ des gesperrten Schaltungsteils ist Null. Der Ausgangsspannungshub Δ Uo=Uo ist also von der Speisespannung des Multivibrators unabhängig.

Innerhalb der Halbperiode T_A bleibt die Emitterspannung Ui des leitenden Transistors Ti' konstant. Die Emitterspannung Ui' des Transistors Ti" dagegen sinkt monoton mit einer dem Strom der Stromquelle A>" proportionalen Geschwindigkeit Sobald die sinkende Spannung Ui' den Wert — Übe erreicht, beginnt der Transistor Ti" zu leiten. Im Transistor T₂" beginnt ebenfalls ein Strom zu fließen, wodurch der Transistor Ti" noch mehr durchgesteuert wird und der Strom in beiden Transistoren lawinenartig ansteigt Dieser Vorgang im rechten Schaltungsteil wird durch einen invers ablaufenden Vorgang im linken Schaltungsteil noch unterstützt Durch die Umschaltung steigt die Spannung an den beiden Elektroden des Kondensators C sprungartig um den Wert Δ Uo" an. Die Halbperiode T_B verläuft analog.

Die Periodendauer T= T_A + Tb ist von der Speisespannung ebenfalls unabhängig:

T=T_A+T_a = (A U^ ₊ AUi-)-C- (4r + 4tt) ■

\ Jo '0 /

Für das Tastverhältnis TJT_B gilt

T_B Ιό'

Der Multivibrator nach der F i g. 1 benötigt eine positive und eine negative Speisespannung. In der F i g. 3 ist eine Variante dargestellt, die mit einer einzigen Speisespannung auskommt Hierzu ist es lediglich erforderlich, den Widerstand R₃ der Anordnung nach der F i g. 1 durch einen Spannungsteiler R₃A, R₃B zu ersetzen, dessen Abgriff mit dem Kollektor des Transistors T₂, dessen Teilwiderstand R₃A mit der Speisespannungsklemme U+ und dessen Teilwiderstand R₃B zusammen mit dem emitterfernen Anschluß der Stromquellen /0 mit einer Speisespannungsklemme O verbunden ist.

Die Arbeitsweise des Multivibrators nach der F i g. 3 ist identisch mit der Anordnung nach der Fig. 1. Die oben angeführten Gleichungen sind auch für die F i g. 3 gültig, wenn in diese

&3

^X3 =

\5β

eingesetzt wird. Im Gegensatz zur F i g. 1 ist die Ausgangsspannung des gesperrten Schaltungsteils nicht Null, sondern durch den Spannungsteiler R_3A, R₃B gegeben.

Die Ausgangsspannung Uo der beschriebenen Multivibratoren ist von der Basis-Emitterspannung Ueb der Transistoren T₂ und somit von der Temperatur dieser Transistoren abhängig. Der Temperatureinfluß kann durch eine Diode D kompensiert werden, die jeweils in Reihe mit dem Kollektorv/iderstand des Transistors Ti geschaltet ist(Fig. 3).

In den vorangehenden Erläuterungen wurde die Spannung am Widerstand R₃ bzw. R₃B als Ausgangsspannung des Multivibrators betrachtet. Auch die Spannung am Widerstand /?₂ und am Widerstand R_3A kann als Ausgangsspannung des Multivibrators abgegriffen werden. Durch diese Möglichkeiten können Potential und Amplitude des Ausgangssignals individuellen Anforderungen angepaßt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Astabiler Multivibrator mit zwei gleichen Schaltungsteilen, die jeweils einen ersten Transistor und einen komplementären zweiten Transistor aufweisen, wobei die Basis des zweiten Transistors an den Kollektor des zugehörigen ersten Transistors und die Basis des ersten Transistors an den Kollektor des zugehörigen zweiten Transistors angeschlossen sind und wobei der Kollektor des ersten Transistors über einen Kollektorwiderstand an einer Speisespannungsklemme und ein Emitter an einer steuerbaren Stromquelle liegen, und mit einem die Emitter der beiden ersten Transistoren verbindenden Kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schaltungsteile ausschließlich über den Kondensator (C) miteinander gekoppelt sind und daß die Emitter der beiden zweiten Transistoren (T2) über je einen Emitterwiderstand (R₂) an die gleiche Speisespannungsklemme (U⁺) angeschlossen sind wie die Kollektorwiderstände (R\) der beiden ersten Transistoren (T\).

2. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors (T₂) über einen Kollektorwiderstand (#3) an Nullpotential geschaltet ist.

3. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des zweiten Transistors (T₂) über einen ersten Widerstand (R3a) an die Speisespannungsklemme (U⁺) und über einen zweiten Widerstand (R₃b) an eine weitere, mit dem emitterfernen Anschluß der Stromquellen (To'; /0") verbundene Speisespannungsklemme (O) geschaltet ist.