DE1167383B

DE1167383B - Astable multivibrator with two emitter-connected transistors

Info

Publication number: DE1167383B
Application number: DEM49938A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedrich Heim; Herbert Rost; Dipl-Ing Guido Frank
Original assignee: Friedrich Merk Telefonbau GmbH
Current assignee: Friedrich Merk Telefonbau GmbH
Priority date: 1961-08-05
Filing date: 1961-08-05
Publication date: 1964-04-09

Description

Astabiler Multivibrator mit zwei in Emitterschaltung angeordneten Transistoren Bei astabilen Multivibratoren mit zwei in Emitterschaltung angeordneten Transistoren ist die jeweilige Schaltfrequenz durch die Umladezeit der Koppelkondensatoren des Multivibrators festgelegt, wird aber ohne zusätzliche Maßnahme durch Temperaturänderungen in starkem Maße beeinflußt, weil derartige Temperaturänderungen das Durchlaßverhalten der Transistoren ändern. Derartige Temperaturerhöhungen führen daher zu einer Frequenzinstabilität, die sich in den meisten Anwendungsfällen derartiger Multivibratoren sehr störend bemerkbar macht. Infolgedessen wurden bereits Schaltungsanordnungen entwickelt, die diese Frequenzänderungen in Abhängigkeit von der Außentemperatur nicht oder nur noch in geringem Maße aufweisen. So ist ein Rechteckgenerator bekannt, bei dem zunächst eine Sinusschwingung bestimmter Frequenz erzeugt wird. Da als frequenzbestimmendes Glied des betreffenden Generators ein Schwingkreis dient, der im wesentlichen temperaturunempfindlich ist, ist auch die erzeugte Sinusschwingung in ihrer Frequenz von der Außentemperatur weitgehend unabhängig. Damit die gewünschte Rechteckspannung erzeugt wird, ist es aber notwendig, die Sinusschwingung anschließend durch einen Impulsformer in eine Rechteckschwingung gleicher Frequenz umzuwandeln. Diese Art der Ausbildung eines Rechteckwellengenerators ist daher nur mit einem relativ sehr hohen Aufwand an Schaltmitteln zu erreichen.Astable multivibrator with two emitter circuits Transistors In astable multivibrators with two emitter circuits Transistors is the respective switching frequency due to the charging time of the coupling capacitors of the multivibrator, but is changed without additional measures due to temperature changes influenced to a large extent, because such temperature changes the transmission behavior of transistors change. Such temperature increases therefore lead to frequency instability, which is very annoying in most applications of such multivibrators makes noticeable. As a result, circuit arrangements have already been developed which these frequency changes depending on the outside temperature do not or show only to a small extent. So a square wave generator is known in which first a sinusoidal oscillation of a certain frequency is generated. As a frequency-determining one Member of the generator in question is a resonant circuit that is essentially insensitive to temperature is, the frequency of the generated sinusoidal oscillation is also dependent on the outside temperature largely independent. So that the desired square wave voltage is generated, it is but it is necessary to convert the sinusoidal oscillation into a To convert square wave of the same frequency. That kind of training one Square wave generator is therefore only with a relatively very high cost of switching means to reach.

Für monostabile Kippschaltungen ist es andererseits bekannt, zur Verringerung des Einflusses von Temperaturänderungen auf die Kippzeit einen temperaturabhängigen Widerstand in den Umladekreis des Kondensators innerhalb des Zeitgliedes so einzuführen, daß die Umladezeit bei ]höheren Temperaturen entsprechend verlängert wird.For monostable multivibrators, on the other hand, it is known to reduce the influence of temperature changes on the tipping time a temperature-dependent one Introduce the resistor into the charge-reversal circuit of the capacitor within the timing element in such a way that that the reloading time is extended correspondingly at] higher temperatures.

Während bei der bekannten Anordnung die Spannung an dem Umladewiderstand durch den temperaturabhängigen Widerstand bei Temperaturerhöhung entsprechend abgesenkt wird, verwendet die Erfindung eine Erhöhung dieser Spannung zur Stabilisierung. Dies wird dadurch erreicht, daß die den Basiselektroden der beiden Transistoren zugeordneten Belegungen der beiden Koppelkondensatoren eines astabilen Multivibrators mit zwei in Emitterschaltung angeordneten Transistoren über je eine Diode mit einem am Emitterpotential geschalteten temperaturabhängigen gemeinsamen Widerstand geschaltet sind. Während die obige erwähnte bekannte Anordnung eines monostabilen Mubltivibrators bei ihrer Umwandlung in einen astabilen Multivibrator, bei dem beide Umschaltezeiten in Abhängigkeit von der jeweiligen Außentemperatur beeinflußt werden müssen, zwei temperaturabhängige Widerstände erfordert, ermöglicht die Anordnung gemäß der Erfindung die Konstanthaltung beider Kippzeiten eines astabilen Multivibrators mit Hilfe eines einzigen temperaturabhängigen Widerstandes, der zweckmäßig in Reihe mit einer Zenerdiode liegt.While in the known arrangement, the voltage across the charge transfer resistor reduced accordingly by the temperature-dependent resistance when the temperature rises the invention uses an increase in this tension for stabilization. This is achieved in that the base electrodes of the two transistors assigned assignments of the two coupling capacitors of an astable multivibrator with two transistors arranged in an emitter circuit, each via a diode with one at the emitter potential switched temperature-dependent common resistance switched are. While the above-mentioned known arrangement of a monostable Mubltivibrator when it is converted into an astable multivibrator with both switching times must be influenced depending on the respective outside temperature, two Requires temperature-dependent resistors, enables the arrangement according to the invention keeping both tilt times of an astable multivibrator constant with the help of a single temperature-dependent resistor, which is expediently in series with a Zener diode lies.

In der Zeichnung ist der der Erfindung zugrunde liegende Stand der Technik sowie zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein transistorisierte astabile Multivibratorschaltung ohne Temperaturkompensation, F i g. 2 dieselbe Multivibratorschaltung mit einem temperaturabhängigen Widerstand sowie einer Zenerdiode zur Kompensation eines Temperaturanstieges, F i g. 3 eine ähnliche Schaltung wie F i g. 2 unter Weglassung der Zenerdiode.In the drawing, the prior art on which the invention is based is shown Technology and two embodiments of the invention shown. It shows F i G. 1 a transistorized astable multivibrator circuit without temperature compensation, F i g. 2 the same multivibrator circuit with a temperature-dependent resistor and a Zener diode to compensate for a temperature increase, FIG. 3 a similar circuit as F i g. 2 omitting the zener diode.

Die in F i g. 1 dargestellte astabile Multivibratorschaltung enthält die beiden . pnp-Transistoren T1 und T 2, die Kollektorwiderstände R 1 und R 2, die Basiswiderstände R 5 und R 6 sowie die beiden Koppelkondensatoren C1 und C2. Die Basiswiderstände R 5 und R 6 sind zu einem Punkt zusammengefaßt und von der Betriebsspannung abgetrennt. An diesem Punkt liegen auch die Anoden der beiden Dioden D 1 und D 2. Eine Kathode der Dioden ist jeweils mit einem Kollektor der beiden Transistoren T 1 und T 2 verbunden.The in F i g. 1 shown astable multivibrator circuit contains the two. pnp transistors T1 and T 2, the collector resistors R 1 and R 2, the base resistors R 5 and R 6 and the two coupling capacitors C1 and C2. The base resistors R 5 and R 6 are combined into one point and separated from the operating voltage. The anodes of the two diodes D 1 and D 2 are also located at this point. A cathode of the diodes is each connected to a collector of the two transistors T 1 and T 2 .

Die Wirkungsweise dieser Multivibratorschaltung ist folgende: Die Schaltungsanordnung befindet sich gerade in einem Zustand, in dem der Transistor T 1 leitend und der Transistor T2 gesperrt ist. Am Kollektor des Transistors T 1 liegt dann etwa Erdpotential an, während am Kollektor des Transistors T 2 die Betriebsspannung - UB liegt. Am Punkt A liegt ein kleines negatives Potential, das den Transistor T1 in seinem leitenden Zustand hält. Am Punkt B liegt im ersten Augenblick nach dem Umklappen der Multivibratorschaltung annähernd das Potential + UB, und zwar auf der rechten Belegung des Kondensators C2. Die Kondensatorspannung + U,1 entlädt sich dann über den Widerstand R 6, die Diode D2, den Arbeitswiderstand R 2 sowie die Betriebsspannungsquelle und den leitenden Transistor T l. Wird das Potential am Punkt B kleiner als etwa dem Erdpotential entspricht, so wird der Transistor T2 augenblicklich leitend. Da nun der Kondensator C1 aufgeladen ist, beginnt dieser sich über den Widerstand R 5 sowie die Diode D 2 zu entladen, womit sich der beschriebene Vorgang wiederholt.The mode of operation of this multivibrator circuit is as follows: The circuit arrangement is currently in a state in which the transistor T 1 is conductive and the transistor T2 is blocked. At the collector of the transistor T 1 there is approximately ground potential, while the operating voltage - UB is applied to the collector of the transistor T 2. At point A there is a small negative potential which keeps transistor T1 in its conductive state. At point B, for the first moment after the multivibrator circuit has been flipped over, approximately the potential + UB lies on the right-hand assignment of capacitor C2. The capacitor voltage + U, 1 then discharges through the resistor R 6, the diode D2, the load resistor R 2 and the operating voltage source and the conductive transistor T l. If the potential at point B is less than approximately the earth potential, the transistor T2 is instantaneously conductive. Since the capacitor C1 is now charged, it begins to discharge through the resistor R 5 and the diode D 2, with the result that the process described is repeated.

Es ist nun bekannt, daß Halbleiterdioden bei Temperaturen, die nahe an der höchstzulässigen Sperrschichttemperatur liegen, erhebliche Sperrströme haben. Bei höherer Temperatur kann deshalb die Basis-Emitter-Diode des Transistors T2 das positive Potential der rechten Belegung des Kondensators C2 nicht mehr sperren. Dasselbe trifft in dem anderen Schaltzustand für die Basis-Emitter-Diode des Transistors T 1 hinsichtlich des positiven Potentials der' rechten Belegung des Kondensators C 1 zu. Dieser Sperrstrom trägt dann ebenfalls zur Entladung des Kondensators C 2 bzw. des Kondensators C 1 bei, und diese Transistoren werden zusätzlich zu den oben beschriebenen Entladungswegen auch über die Basis-Emitter-Dioden der Transistoren T 1 bzw. T 2 entladen. Durch einen zusätzlichen Entladestrom wird aber bekanntlich ein Kondensator schneller entladen, d. h., der Umschaltevorgang setzt früher ein, und damit wird die Frequenz des Rechteckwellengenerators höher.It is now known that semiconductor diodes have significant reverse currents at temperatures close to the maximum permissible junction temperature. At a higher temperature, the base-emitter diode of the transistor T2 can therefore no longer block the positive potential of the right-hand assignment of the capacitor C2. The same applies in the other switching state for the base-emitter diode of the transistor T 1 with regard to the positive potential of the right-hand assignment of the capacitor C 1 . This reverse current then also contributes to the discharge of the capacitor C 2 or the capacitor C 1, and these transistors are also discharged via the base-emitter diodes of the transistors T 1 and T 2 in addition to the discharge paths described above. As is well known, however, an additional discharge current causes a capacitor to discharge more quickly, ie the switching process starts earlier and the frequency of the square wave generator is thus higher.

Bei den erwähnten höheren Temperaturen zeigt sich bei der bekannten Multivibratorschaltung noch ein weiterer Effekt, der jeweils durch den gesperrten Transistor, also beispielsweise den Transistor T2, in dem zuerst beschriebenen Schaltzustand verursacht wird. Bei höherer Temperatur hat nämlich der gesperrte Transistor T2 auch einen Reststrom zwischen seinem Kollektor und seinem Emitter. Durch diesen Strom wird der Kollektor des gesperrten Transistors T2 positiver, und der Kondensator C1 lädt sich infolgedessen nicht mehr bis zum Potential UB auf. Infolge dieser nicht mehr vollen Aufladung auf das Betriebspotential werden die Kondensatoren C 1 und C2 ebenfalls bei höheren Temperaturen schneller entladen. Dieser zwischen Emitter und Kollektor fließende Reststrom des gesperrten Transistors ist aber, wenn an der Basis des betreffenden Transistors positives Potential liegt, auch bei höheren Temperaturen relativ gering. Durch entsprechende niederohmige Dimensionierung des Rechteckwellengenerators kann er so klein gehalten werden, daß keine wahrnehmbare Frequenzänderung eintritt. Im Gegensatz hierzu ist bei höheren Temperaturen die durch den Basis-Emitter-Sperrstrom des jeweils gesperrten Transistors bewirkte Frequenzänderung jedoch so stark, daß sie sich störend bemerkbar macht. Die erfindungsgemäßen Abhilfemaßnahmen gegen diese Frequenzänderung sind in den F i g. 2 und 3, die anschließend beschrieben werden, dargestellt.At the higher temperatures mentioned, the known multivibrator circuit shows another effect, which is caused in each case by the blocked transistor, for example transistor T2, in the switching state described first. At a higher temperature, the blocked transistor T2 also has a residual current between its collector and its emitter. As a result of this current, the collector of the blocked transistor T2 becomes more positive, and the capacitor C1 consequently no longer charges up to the potential UB . As a result of this no longer full charge to the operating potential, the capacitors C 1 and C2 are also discharged more quickly at higher temperatures. This residual current of the blocked transistor flowing between the emitter and collector is, however, relatively low even at higher temperatures if there is a positive potential at the base of the transistor in question. By appropriate low-resistance dimensioning of the square wave generator, it can be kept so small that no perceptible change in frequency occurs. In contrast to this, however, at higher temperatures the frequency change caused by the base-emitter reverse current of the respective blocked transistor is so great that it becomes noticeable in a disturbing manner. The remedial measures according to the invention against this frequency change are shown in FIGS. 2 and 3, which will be described below.

Die in F i g. 2 dargestellte Schaltungsanordnung entspricht im wesentlichen derjenigen nach F i g. 1. Außerdem liegt am Punkt A und B je eine Diode D 5 und D 6 mit ihrer Kathode. Die Anoden der beiden Dioden sind miteinander und mit der Anode einer Zenerdiode Z verbunden. Die Kathode der Zenerdiode ist über einen temperaturabhängigen Widerstand mit dem Erdpotential verbunden. Als temperaturabhängiger Widerstand dient ein NTC-Widerstand (negativer Temperaturkoeffizient). Ferner sind die Basiselektroden der beiden Transistoren T 1 und T 2 über eine Parallelschaltung einer Diode und eines Widerstandes D 3 und R 3 bzw. D 4 und R 4 mit den Punkten A und B gekoppelt.The in F i g. The circuit arrangement shown in FIG. 2 corresponds essentially to that according to FIG. 1. In addition, at point A and B there is a diode D 5 and D 6 with their cathode. The anodes of the two diodes are connected to one another and to the anode of a Zener diode Z. The cathode of the Zener diode is connected to earth potential via a temperature-dependent resistor. An NTC resistor (negative temperature coefficient) is used as a temperature-dependent resistor. Furthermore, the base electrodes of the two transistors T 1 and T 2 are coupled to points A and B via a parallel connection of a diode and a resistor D 3 and R 3 or D 4 and R 4.

Die Arbeitsweise der Schaltung gemäß F i g. 2 ist folgende: Es sei angenommen, der Transistor T1 sei leitend und der Transistor T 2 gesperrt. Am Punkt A liegt je nach der Dimensionierung eine negative Spannung, beispielsweise die halbe Betriebsspannung. Der leitende Transistor T 1 erhält von diesem Punkt aus über den Widerstand R 3 seinen Basisstrom. Der Widerstand R 3 soll dabei so bemessen sein, daß die Basis des Transistors T 1 bei Zimmertemperatur leicht übersättigt wird. Am Punkt A liegt außerdem die Kathode der Diode D 5. Diese Diode D 5 ist leitend, wenn am Punkt A das negative Potential höher ist als die Zenerspannung der Zenerdiode Z. Das Potential am Punkt A wird, wenn der Transistor T 1 leitend ist, durch einen Spannungsteiler erzeugt, der einerseits aus der Reihenschaltung des Widerstandes R 2, einer leitenden Diode D 2, einem Widerstand R 5 und andererseits aus der Parallelschaltung des Widerstandes R 3 in Reihe mit der leitenden Basis-Emitter-Diode des Transistors T 1 und der Reihenschaltung der leitenden Diode D 5, der Zenerdiode Z und des NTC-Widerstandes besteht. Bei höherer Temperatur wird das Potential am Punkt A durch die Wirkung des NTC-Widerstandes positiver. Es wird somit der Kondensator C 1 auf ein höheres Potential aufgeladen als dies bei Zimmertemperatur der Fall ist. Dadurch wird bei geeigneter Dimensionierung die zusätzliche Entladung des Kondensators C 1 über den Widerstand R 3 und den Sperrwiderstand der Basis-Emitter-Diode des gesperrten Transistors T1 kompensiert. Die Diode D 6 ist bei leitendem Transistor T 1 ge- sperrt, und am Punkt B kann sich das positive Potential des Kondensators C2 ungehindert über den oben beschriebenen Weg entladen. Die beiden Dioden D 3 und D 4 haben die Aufgabe, den Basiselektroden bei jeweils gesperrten Transistoren das positive Potential der Ladekondensatoren C1 und C2 niederohmig zu übertragen, damit dieselben nur sehr geringe Koilektor-Emitter-Restströme haben. Außerdem begüntigen diese Dioden den Umschaltevorgang, da sie an die Basiselektrode des jeweils sperrenden Transistors positives Potential anlegen. Die Widerstände R 3 und R 4 sind notwendig, damit sich an den Punkten A und B ungehindert ein mittleres negatives Potential einstellen kann in Abhängigkeit von der Dimensionierung des vorbeschriebenen Spannungsteilers. Es ist für Rechteckwellengeneratoren manchmal auch zweckmäßig, den Widerständen R 3 und R 4 noch zusätzlich jweils eine kleine Kapazität bestimmter Bemessung parallel zu schalten, damit die Transistoren nach dem Urnschaltevorgang schneller leitend werden.The operation of the circuit according to FIG. 2 is as follows: It is assumed that the transistor T1 is conductive and the transistor T 2 is blocked. Depending on the dimensioning, there is a negative voltage at point A, for example half the operating voltage. The conductive transistor T 1 receives its base current from this point via the resistor R 3. The resistor R 3 should be dimensioned so that the base of the transistor T 1 is slightly oversaturated at room temperature. At point A there is also the cathode of diode D 5. This diode D 5 is conductive when the negative potential at point A is higher than the Zener voltage of Zener diode Z. The potential at point A is when transistor T 1 is conductive, generated by a voltage divider, on the one hand from the series connection of the resistor R 2, a conductive diode D 2, a resistor R 5 and on the other hand from the parallel connection of the resistor R 3 in series with the conductive base-emitter diode of the transistor T 1 and the There is a series connection of the conductive diode D 5, the Zener diode Z and the NTC resistor. At a higher temperature, the potential at point A becomes more positive due to the effect of the NTC resistor. The capacitor C 1 is thus charged to a higher potential than is the case at room temperature. With suitable dimensioning, this compensates for the additional discharge of the capacitor C 1 via the resistor R 3 and the blocking resistance of the base-emitter diode of the blocked transistor T1. The diode D 6 is blocked when the transistor T 1 is on, and at point B the positive potential of the capacitor C2 can discharge unhindered via the path described above. The two diodes D 3 and D 4 have the task of transferring the positive potential of the charging capacitors C1 and C2 to the base electrodes with low resistance when the transistors are blocked so that they have only very low coil-emitter residual currents. In addition, these diodes favor the switching process, since they apply positive potential to the base electrode of the respective blocking transistor. The resistors R 3 and R 4 are necessary so that a mean negative potential can be set unhindered at points A and B, depending on the dimensioning of the voltage divider described above. For square wave generators it is sometimes also useful to connect a small capacitance of certain dimensions in parallel to the resistors R 3 and R 4 so that the transistors become conductive more quickly after the switching process.

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 5 ist ähnlich aufgebaut wie diejenige gemäß F i g. 2. Lediglich ist die Zenerdiode Z weggelassen. Infolgedessen ist es notwendig, den NTC-Widerstand verhältnismäßig hochohmig zu machen. Die Wirkungsweise der Schaltung gemäß F i g. 3 entspricht im übrigen voll und ganz derjenigen nach F i g. 2, so daß ein näheres Eingehen auf die Schaltung sich erübrigen dürfte.The circuit arrangement according to FIG. 5 has a similar structure to that according to FIG. 2. Only the Zener diode Z is omitted. As a result it is necessary to make the NTC resistor relatively high. The mode of action the circuit according to FIG. 3 corresponds fully to the rest and quite that according to FIG. 2, so that a closer look at the circuit is not necessary should.

Es sei noch bemerkt, daß die in F i g. 2 und 3 gezeigten Schaltungen ebenso jedoch mit geänderten Polaritäten auch mit npn-Transistoren realisiert werden können.It should also be noted that the in FIG. 2 and 3 circuits shown however, they can also be implemented with npn transistors with changed polarities can.

Claims

Claims: 1. Astable multivibrator with two emitter circuits arranged transistors, the switching frequency of which depends on the charging time of the coupling capacitors is specified and to ensure a frequency-stable behavior with the Temperature changes affecting the conduction behavior of the transistors are temperature-dependent Resistors are connected in the charging or discharging circuit of the capacitors, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the base electrodes of the two Assignments of the two coupling capacitors assigned to transistors via one each Diode with a temperature-dependent common connected to the emitter potential Resistance are switched.

2. Astable multivibrator according to claim 1, characterized characterized in that a Zener diode in series with the temperature-dependent resistor lies. 3. Astable multivibrator according to claim 1, characterized in that by the temperature-dependent resistance associated with the capacitors when it is increased the outside temperature is the maximum between the two capacitors possible potential difference is reduced. Considered publications: German Auslegeschriften Nos. 1050 808, 1099 581; "Electronics", 1960, no.

3, p. 70.