DE1084755B

DE1084755B - Temperaturunabhaengiger astabiler Transistor-Multivibrator

Info

Publication number: DE1084755B
Application number: DEV16701A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Egon Brueckner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-06-12
Filing date: 1959-06-12
Publication date: 1960-07-07

Description

DEUTSCHES

Astabile Multivibratoren mit Transistoren zur Erzeugung von Rechteckspannungen zeichnen sich durch einen relativ einfachen Aufbau aus und werden in der Elektronik vielfach — z. B. als Zeitmarkengeber, Generatoren für einfache elektronische Musikinstrumente und ähnliche Zwecke — angewendet. Eine Ausführung eines astabilen, mit zwei über Kondensatoren von der Basis des einen zum Kollektor des anderen und umgekehrt kreuzweise gekoppelten Flächentransistoren ist in Fig. 1 dargestellt. Die Transistoren 7 und 8 sind abwechselnd geöffnet. Der Kollektorstrom fließt über die Widerstände 2 bzw. 3 durch den jeweils geöffneten Transistor aus der Speisebatterie 9. Die Basiswiderstände 1 und 4 bestimmen zusammen mit den Koppelkondensatoren 5 und 6 die Frequenz der entstehenden Schwingung. Im folgenden sei der symmetrische astabile Multivibrator betrachtet, bei dem die Widerstände 1 und 4 sowie die Kondensatoren 5 und 6 unter sich gleich groß sind. Die Betrachtungen gelten jedoch in entsprechender Abwandlung genauso für den unsymmetrischen Multivibrator mit unterschiedlichen Werten der Widerstände 1 und 4 bzw. der Kondensatoren 5 und 6. Bezeichnet man die Widerstände 1 und 4 mit R, die Kondensatoren 5 und 6 mit C und setzt man, wie üblich, voraus, daß der jeweils geöffnete Transistor bis in die Sättigung durchgesteuert ist, so erregt sich eine Schwingung, die näherungsweise die Frequenz f = ¹J₂RC In 2 besitzt. Eine genauere Analyse der Schaltung setzt die Restspannungen und Restströme der Transistoren mit in Rechnung und ergibt die für Frequenzen, die unterhalb der Grenzfrequenz in Emitterschaltung liegen, sehr gut mit der Praxis übereinstimmende Gleichung

_{f =} V₂ RC In 2U₁-(U₂₊U^ ₊ I₀(R-R₀)

In dieser Gleichung ist U₁ die Speisespannung der Spannungsquelle 9, U₂ die Restspannung des geöffneten Transistors zwischen Kollektor und Emitter, U₃ die Spannung zwischen Basis und Emitter des geöffneten Transistors, U₄ diejenige Spannung zwischen Basis und Emitter des vom gesperrten in den geöffneten Zustand übergehenden Transistors, bei welcher die Schleifenverstärkung 1 erreicht wird und der Multivibrator in die jeweils andere Lage umkippt. J₀ ist der bei der Temperatur T₀ gemessene Kollektorreststrom des gesperrten Transistors zwischen Kollektor und Basis bei geöffnetem Emitter. R₀ ist der Widerstand 2 bzw· 3 im Kollektorkreis, und A ist eine Konstante, die für alle Halbleiterbauelemente nahezu den gleichen Wert besitzt. T ist die jeweilige Temperatur. Die Spannungen U₂, U₃ und U₁ ändern sich nur relativ wenig mit der Temperatur, während der Reststrom exponentiell mit der Temperatur ansteigt und z. B. bei einer Temperaturerhöhung von 6O⁰C etwa um den Faktor 100 wächst. Dies hat zur Folge, Temp eraturunabhängiger
astabiler Transistor-Multivibrator

Anmelder:

Dr. phil. habil. Oskar Vierling,
Ebermannstadt, Pretzfelder Str. 23

Dipl.-Phys. Egon Brückner, Ebermannstadt,
ist als Erfinder genannt worden

daß die Frequenzstabilität des astabilen Multivibrators in Abhängigkeit von der Temperatur nicht so gut ist, wie es für viele Anwendungen erforderlich wäre.

Es sind Transistorschaltungen von Verstärkern und ähnlichen Anordnungen bekannt, bei welchen der Temperaturgang der Transistoren durch zweckmäßig in die Schaltung eingefügte Halbleiterelemente — z. B. Flächendioden oder -transistoren — kompensiert wird. Hierbei handelt es sich um eine Kompensation des Temperaturganges der Spannung an der Emitter-Basis-Strecke der benutzten Transistoren. Derartige Kompensationen sind zur Stabilisierung des Arbeitspunktes von Transistoren in Verstärkern, Mischstufen und Sinusoszillatoren, die dauernd im aktiven Kennliniengebiet betrieben werden, wichtig und bei Spannungssteuerung der Basiselektrode (z. B. Transformatorkopplung) leicht zu verwirklichen. Beim astabilen Multivibrator erfolgt aber die Steuerung strommäßig, und außerdem wird die Schaltung im temperaturgefährdeten Bereich nicht im aktiven, sondern im gesperrten Zustand des betreffenden Transistors betrieben, wo eine Kompensation der Basis-Emitter-Spannung sinnlos ist.

Es ist ferner bekanntgeworden, diejenigen Änderungen der Basis-Emitter-Spannung eines Transistors, die vom Spannungsabfall des Kollektorreststrom.es am Basis-Bahnwiderstand herrühren, durch eine in entsprechender Richtung gepolte Halbleiterdiode zu vermeiden und dadurch den Arbeitspunkt zu stabilisieren. Hierbei müssen Basiswiderstand, Emitterwiderstand, Emitterstrom, Sperrspannung und Stromverstärkungsfaktor in einem ganz bestimmten Verhältnis zueinander stehen, so daß Änderungen der Betriebsspannung oder des Stromverstärkungsfaktors die Kompensation unwirksam machen können. Ferner betrifft auch diese Kompensationsmethode den Transistorbetrieb im aktiven Bereich der Kennlinien und läßt sich nicht auf den gesperrten Transistor beim astabilen Multivibrator übertragen.

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Nach der Erfindung wird der Einfluß des Reststromes auf die Frequenzstabilität des astabilen Multivibrators mit Transistoren durch eine einfache Erweiterung der Schaltung theoretisch vollkommen und in der Praxis weitgehend ausgeschaltet. Das Prinzip der erfmdungs- S gemäßen Schaltungserweiterung wird an Hand der Fig. 2 erläutert. An die Basis des Transistors 7 ist ein weiterer Transistor 10 mit dem Kollektor angeschlossen und die Basis dieses Transistors mit einer zusätzlichen Spannungsquelle 12 verbunden. Der Emitter des Transistors 10 ist xo nicht angeschlossen. Bei entsprechender Polung der Spannungsquelle 12 fließt nun der Kollektorreststrom des Transistors 10 in den Kondensator 5 und ersetzt dort bei jeder Temperatur die aus dem Kondensator während der Sperrphase des Transistors 7 infolge des Kollektorreststromes dieses Transistors abfließende Ladungsmenge. Um eine möglichst gute Kompensation zu erreichen, müssen die Transistoren 7 und 10 nur bei einer beliebigen Temperatur T₀ den gleichen Reststrom J₀ aufweisen. Das gleiche muß bei den Transistoren 8 und 11 der Fall sein. Da in der Praxis die Werte der Konstanten A für verschiedene Halbleiterbauelemente nicht exakt übereinstimmen, kann man keine vollkommene Kompensation erreichen, doch läßt sich der Temperaturfehler der Frequenz nach der Erfindung bei relativ leichten Aussuchbedingungen leicht um einen Faktor 10 bis 30 erniedrigen. Derartige Verbesserungen sind meistens vollkommen ausreichend, da dann bei einem günstig bemessenen astabilen Multivibrator mit Transistoren der vom Reststrom verbleibende Einfluß auf die Frequenz schon kleiner ist als der vom Temperaturgang der besten erhältlichen Bauelemente R und C herrührende Anteil.

Die Spannungsquelle 12 für die in Sperrichtung gepolten Halbleiterstrecken läßt sich leicht durch den Spannungsabfall am wechselstrommäßig überbrückten Emitterwiderstand des astabilen Multivibrators bilden. Dies ist in Fig. 3 dargestellt, wo 13 der Emitterwiderstand ist und 14 ein Kondensator, dessen Scheinwiderstand für die Multivibratorfrequenz klein gegen den Widerstand 13 ist. Damit die Transistoren 10 und 11 während des gesamten Schwingungsverlaufes in Sperrichtung gepolt sind, muß der Widerstand 13 so groß sein, daß an ihm mehr als die Hälfte der Spannung der Spannungsquelle 9 abfällt.

Eine weitere Vereinfachung läßt sich dadurch erreichen, daß man die Transistoren 10 und 11 durch Dioden 15 und 16 ersetzt, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist. Da die Sperrströme von Halbleiterdioden den gleichen Temperaturkoeffizienten wie die Restströme von Transistoren aufweisen, lassen sich damit die ähnlichen Verbesserungen auf besonders billige Weise erreichen.

Claims

Patentansprüche:

1. Astabiler Multivibrator mit zwei über Kondensatoren von der Basis des einen zum Kollektor des anderen und umgekehrt kreuzweise gekoppelten Flächentransistoren, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Sperrphase aus dem jeweils zeitbestimmenden Kondensator durch den Transistorreststrom abfließende Ladungsmenge diesem Kondensator über eine an ihn angeschlossene, in Sperrichtung gepolte Halbleiterstrecke durch deren Sperrstrom nahezu vollständig ersetzt wird.

2. Astabiler Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Sperrichtung gepolte Halbleiterstrecke aus der Kollektor-Basis-Strecke eines Transistors besteht.

3. Astabiler Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Sperrichtung gepolte Halbleiterstrecke aus einer Halbleiterdiode besteht.

4. Astabiler Multivibrator nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrspannungen für die in Sperrichtung gepolten Halbleiterstrecken aus dem Spannungsabfall am wechselstrommäßig überbrückten Emitterwiderstand des astabilen Multivibrators gebildet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Archiv d. elektr. Übertragung«, September 1956, S. 361 bis 375, insbesondere S. 375.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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