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Astabile Kippschaltung mit mindestens zwei elektronischen Verstärkerelementen
Bei den bekannten astabilen Kippschaltungen, unabhängig davon, ob sie als elektronische
Verstärkerelemente Röhren oder Transistoren enthalten, sind immer mindestens zwei
RC-Kreise als die Kippfrequenz bestimmende Schaltmittel verwendet, von denen jedes
zwischen die Steuerelektrode des einen elektronischen Verstärkerelementes, z. B.
die Basis des einen Transistors, und die Ausgangselektrode des anderen elektronischen
Verstärkerelementes, z. B. den Kollektor des anderen Transistors, geschaltet ist.
Zwei RC-Kreise als zeitbestimmende Schaltmittel für die Kippfrequenz einer astabilen
Kippschaltung haben den Nachteil, daß die Halbwellen der Kippschwingung nicht gleich
sind, da auch bei sorgfältigster Auswahl der einzelnen Schaltmittel, z. B. Kondensatoren,
Transistoren und Widerstände, kaum zwei völlig gleichwertige Schaltmittel zur Verfügung
stehen. Aus diesem Grund sind die von beiden Seiten der astabilen Kippschaltung
abgegebenen Impulse in bezug auf ihre Impulslänge nie völlig gleich. Ebenso verhält
es sich, wenn die von beiden Seiten der astabilen Kippschaltung abzugebenden Impulse
in einem bestimmten Verhältnis in bezug auf ihre Impulslänge stehen sollen, d. h.,
ein bestimmtes Impulslängenverhältnis kann nicht konstant eingehalten werden.
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Außer den unterschiedlichen Toleranzen der Bauelemente, die innerhalb
der zeitbestimmenden Schaltmittel verwendet sind, wirken auf die Impulslänge bzw.
das Impulslängenverhältnis der Kippschwingung auch noch- die temperaturabhängigen
Sperrwiderstände der Verstärkerelemente selbst ein, z. B. die Sperrwiderstände der
verwendeten Transistoren. So ist z. B. bei einer Anordnung des RC-Kreises in der
vorher erwähnten Art zwischen der Ausgangselektrode des einen und der Steuerelektrode
des anderen Transistors der Sperrwiderstand des letztgenannten Transistors immer
dem Widerstand des RC-Kreises parallel geschaltet, so daß durch die Temperaturabhängigkeit
des Sperrwiderstandes stets der Wert des die Kippzeit bestimmenden RC-Kreises geändert
wird. In derselben Weise wirkt der Sperrwiderstand eines Transistors auch auf die
zeitbestimmenden Schaltmittel einer monostabilen Kippschaltung ein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einerseits zeitbestimmende
Schaltmittel in der Kippschaltung anzuordnen, die eine nahezu völlige Symmetrie
der abzugebenden Impulse gewährleisten, und andererseits die Kippschaltung selbst
so zu gestalten, daß keine Rückwirkung, die durch Temperatureinflüsse bedingt ist,
auf die innerhalb der Kippschaltung verwendeten zeitbestimmenden Schaltmittel erfolgt.
Gelöst wird diese Aufgäbe dadurch, daß als ein die Kippzeit bestimmendes Schaltmittel
ein Serienschwingkreis vorgesehen und an die Steuerelektrode des einen elektronischen
Verstärkerelementes, vorzugsweise die Basis des einen Transistors, sowie an die
Ausgangselektrode des anderen elektronischen Verstärkerelementes, vorzugsweise den
Kollektor des anderen Transistors, angeschaltet ist, während die Steuerelektrode.
des anderen elektronischen Verstärkerelementes, vorzugsweise die Basis des anderen
Transistors, mit der Ausgangselektrode des ersten elektronischen Verstärkerelementes,
vorzugsweise -den Kollektor des ersten Transistors; verbunden ist.
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Bei monostabilen Kippschaltungen ist bereits vorgeschlagen worden,
zur Stabilisierung der Impulsbreite zwischen den Kollektor,des einen Transistors
und die Basis des anderen Transistors einen Serienresonanzkreis zu schalten. Eine
astabile Wirkungsweise ist jedoch mit dieser Anordnung nicht zu erreichen.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird jedoch ermöglicht, daß von
beiden Seiten der Kippschaltung abzugebende Impulse in erster Näherung in bezug
auf ihre Impulslängen gleich groß werden. Um die Gleichheit der Impulslängen völlig
zu erreichen, kann im Rahmen der Erfindung der die Sperrspannung für das eine Verstärkerelement
erzeugende Widerstand genauso groß wie der Arbeitswiderstand des anderen Verstärkerelementes
gemacht werden. Unter dieser Bedingung ist dann die Bedämpfung des Serienschwingkreises
in beiden Halbwellen gleich groß und somit eine völlige Symmetrie der abzugebenden
Impulse in bezug auf ihre Impulslängen erreichbar.
Einzelheiten
der Erfindung gehen aus dem an Hand der Zeichnug beschriebenen Ausführungsbeispiel
hervor: Die in der Zeichnung dargestellte, gemäß der Erfindung aufgebaute astabile
Kippschaltung befindet sich im Ruhezustand, d. h., die in diesem Beispiel verwendeten
Transistoren Tr1 und Tr2 sind gesperrt. Der im Ruhezustand geschlossene Kontakt
.s legt an die Basis des Transistors Tr2 das Potential -I- UB
an, das positiver
ist als das von dem aus dem Gleichrichter Gr 1 und dem Widerstand R 4 gebildeten
Spannungsteiler abgegriffene Emitterpotential des gleichen Transistors. Der Transistor
Tr2 ist also gesperrt. Ebenfalls ist der Transistor Tr 1 im Ruhezustand infolge
der über den Widerstand R 1 an seine Basis angelegten Spannung von + UB gesperrt.
Der in dem Serienschwingkreis angeordnete Kondensator C wird im Ruhezustand über
den Widerstand R 1, den Widerstand R, die Spule L und den Widerstand R 3 auf das
Potential von + UB aufgeladen.
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Beim Öffnen des Kontaktes s wird durch das Abtrennen des Potentials
-I- UB von der Basis B 2 des Transistors Tr2 die Sperrung dieses Transistors
aufgehoben. Der Basisstrom des leitend gewordenen Transistors Tr 2 fließt
über den Widerstand R 2. Der Kondensator C des Serienschwingkreises entlädt sich
über die Spule L, die Widerstände R und R 1, den Gleichrichter GR 1
sowie die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors Tr2.
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Bei der Entladung des Kondensators C in dem vorher genannten Stromkreis
erzeugt der Schwingkreisstrom an dem Widerstand R 1 eine den Transistor Tr
1 sperrende Spannung. Der Schwingkreisstrom des Serienschwingkreises
erreicht ein Maximum, nimmt dann wieder ab und kehrt beim Nulldurchgang seine Stromrichtung
um, d. h., er fließt jetzt als Basisstrom aus dem Transistor Trl heraus. Damit wird
der Transistor Tr 1 bei der zweiten Halbwelle der durch den Serienschwingkreis
bestimmten Schwingung leitend, und sein Kollektorpotential sperrt den Transistor
Tr2.
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Der mit der Sperrung des-Transistors Tr2 verbundene negative Spannungssprung
am Kollektor vom Transistor Tr2 wirkt als unterstützender Anstoß für den von der
Basis des Transistors Trl zum Kollektor des Transistors Tr2 fließenden Schwingkreisstrom.
Der Schwingkreisstrom erreicht auch in dieser Richtung einen Maximalwert, geht dann
wieder auf Null zurück und kehrt seine Richtung abermals um, d. h., er beginnt wieder
vom Kollektor des Transistors Tr2 zur Basis des Transistors Trl zu fließen. Dadurch
wird der Transistor Tr 1 erneut gesperrt und der Transistor Tr2 wiederum
leitend. Der positive Spannungssprung am Kollektor des leitend werdenden Transistors
Tr2 bewirkt ein Anstoßen des Serienschwingkreises in der umgekehrten, d. h. für
diese Phase gewünschten Richtung.
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Auf Grund des bei jedem Nulldurchgang erfolgenden Anstoßens des Serienschwingkreises
kann der Serienschwingkreis selbst sehr stark bekämpft sein, unter Umständen sogar
bis in die Nähe des aperiodischen Grenzfalls. Daraus ergibt sich eine sehr große
Freizügigkeit in der Dimensionierung der Induktivität und der Kapazität, d. h.,
man kann eine sehr hohe Induktivität und nur eine kleine Kapazität für den Serienschwingkreis
wählen, ohne daß sie mit der hohen Induktivität verbundene starke Bedämpfung des
Serienschwingkreises ins Gewicht fällt. Die kleine Kapazität hat außerdem den Vorteil,
daß sie durch einen Kondensator mit sehr konstantem Dielektrikum, z. B. Styroflex,
realisierbar ist. Dieses Material eröffnet dann seinerseits noch die Möglichkeit,
das Temperaturverhalten eines passend gewählten Kernmaterials der Induktivität,
z. B. Ferrit, zu kompensieren. Auf diese Weise ist es auch nach langer Betriebszeit
der astabilen Kippschaltung erreichbar, nicht nur die Impulslängen der beiden abzugebenden
Impulse unter sich gleich, sondern auch auf einer ganz bestimmten absoluten Länge
zu halten.
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Wie schon im vorhergehenden ausgeführt, kann der die Sperrspannung
für den Transistor Tr 1 er-
zeugende Widerstand R
1 so groß gewählt werden wie der Arbeitswiderstand R3. Letzterer liegt beispielsweise
in der Größenordnung von 1 kOhm. Da der stark temperaturabhängige Sperrwiderstand
der Emitter-Basis-Strecke des Transistors Trl parallel zu dem Widerstand R
1 liegt und dieser Sperrwiderstandswert um ein Vielfaches höher ist, z. B.
100 kOhm, ist in der gemäß der Erfindung aufgebauten Schaltung die Sperrwiderstandsänderung
des Transistors Trl, abhängig von seiner Betriebstemperatur, auf die Dämpfung des
die Kippzeit bestimmenden Serienschwingkreises ohne Einfluß. Auch die stark temperaturabhängigen
Durchlaßwiderstände der Transistoren Trl und Tr2 sind für die Bedämpfung des Serienschwingkreises
ohne Bedeutung, da der Gleichstromwiderstand der Spule L wesentlich größer ist als
der Durchlaßwiderstandswert beider Transistoren Trl und Tr2.
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Die gemäß der Erfindung vorgenommene Anordnung eines Serienschwingkreises
zwischen der Steuerelektrode des einen und der Ausgangselektrode des anderen Verstärkerelementes
hat, wie im vorhergehenden auseinandergesetzt wurde, nicht nur den Vorteil, daß
das Verhältnis der Halbwelle einer gewünschten Kippschwingung genau eingehalten
werden kann, sondern, da die Kapazität des Serienschwingkreises bereits im Ruhezustand
völlig aufladbar ist, auch noch den, daß die Kippschwingungen nach dem Einschalten
der astabilen Kippschaltung exakt phasenrichtig beginnen. Auf Grund dieser Eigenschaft
ist eine gemäß der Erfindung aufgebaute astabile Kippschaltung für die Anwendung
als Start-Stop-Generator besonders gut geeignet.
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Der im Rahmen der Erfindung als zeitbestimmendes Schaltmittel vorgeschlagene
Serienschwingkreis, der einen Kondensator mit einem Dielektrikum besitzt, das das
Temperaturverhalten eines passend gewählten Kernmaterials der Induktivität kompensiert,
ist nicht nur in einer astabilen, sondern vorteilhaft auch in einer monostabilen
Kippschaltung als die Kippzeit bestimmendes Schaltmittel anwendbar, wenn die Schaltung
bezüglich ihres Temperaturverhaltens eine gute Zeitkonstante besitzen soll. Jedoch
erstreckt sich das Schutzbegehren nicht auf die Stabilisierung der Impulsdauer in
einer monostabilen Kippschaltung mit einem Serienresonanzkreis als Zeitglied.