DE1275602B - Electronic frequency divider with an astable multivibrator in the output circuit and a capacitor connected to the multivibrator as the source of a reference voltage that determines the output frequency - Google Patents
Electronic frequency divider with an astable multivibrator in the output circuit and a capacitor connected to the multivibrator as the source of a reference voltage that determines the output frequencyInfo
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Description
Elektronischer Frequenzteiler mit astabilem Multivibrator im Ausgangskreis und einem an den Multivibrator angeschlossenen Kondensator als Quelle einer die Ausgangsfrequenz bestimmenden Referenzspannung Die Erfindung betrifft einen elektronischen Frequenzteiler mit astabilem Multivibrator als Erzeuger der Ausgangsfrequenz, außerdem mit einem an den Multivibrator angeschlossenen Kondensator als Quelle einer die Ausgangsfrequenz bestimmenden Referenzspannung und mit einem an die Quelle der Eingangsfrequenz angeschlossenen und an den Multivibrator rückgekoppelten Phasenkomparator, dessen Ausgang mit dem Kondensator in Verbindung steht und den Ladungszustand des Kondensators abhängig von der Phasenlage der Eingangs- zur Ausgangsfrequenz bestimmt. Der Begriff »Frequenzteiler« soll an dieser Stelle auch den Begriff »Frequenzvervielfältiger« umfassen, da beide Begriffe lediglich entgegengesetzte Aufgabenstellungen zum Ausdruck bringen, die mit Hilfe von nach gleichen Bauprinzipien aufgebauten Einrichtungen gelöst werden können.Electronic frequency divider with astable multivibrator in the output circuit and a capacitor connected to the multivibrator as a source of a die Reference voltage determining output frequency The invention relates to an electronic Frequency divider with astable multivibrator as a generator of the output frequency, as well with a capacitor connected to the multivibrator as the source of a die Output frequency determining reference voltage and with a to the source of the input frequency connected and fed back to the multivibrator phase comparator whose Output is connected to the capacitor and the state of charge of the capacitor determined depending on the phase position of the input to the output frequency. The term "Frequency divider" should also include the term "frequency multiplier" as both terms only express opposite tasks bring that with the help of facilities built according to the same construction principles can be solved.
Ein Frequenzvervielfacher der obengenannten Bauart ist bereits bekanntgeworden (USA.-Patent 2 824 229). Dieser bekannte Frequenzvervielfacher hat aber den Nachteil, daß sein Frequenzkomparator verhältnismäßig kompliziert aufgebaut ist und sich nicht für den Vergleich der Frequenzen von Sinusschwingungen mit denen binärer Impulse eignet und daß sich die gesamte Schaltung keinesfalls integrieren ließe, selbst wenn die Elektronenröhren durch Halbleiterelemente ersetzt würden.A frequency multiplier of the type mentioned above has already become known (U.S. Patent 2,824,229). This known frequency multiplier has the disadvantage that its frequency comparator is relatively complex and not for comparing the frequencies of sinusoidal waves with those of binary pulses suitable and that the entire circuit could by no means be integrated, even if the electron tubes were replaced by semiconductor elements.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden (deutsche Auslegeschrift 1246 031), eine Kippschaltung als Frequenzteiler mit einem Teilungsverhältnis größer als 2 zu verwenden und bei dieser Kippschaltung die relative Bandbreite des Teilungsverhältnisses durch zusätzliche, von den für die Gleichstromkopplung vorgesehenen Spannungsteilern entkoppelte Widerstände vorzusehen. Die entkoppelten Widerstände sollen vorschlagsgemäß die richtige Funktion der RC-Glieder stabilisieren, die die Phasenlänge der Ausgangsfrequenz und damit gleichzeitig das Frequenzteilungsverhältnis mitbestimmen.It has also already been proposed (German interpretation 1246 031), a flip-flop as a frequency divider with a division ratio greater to be used as 2 and with this flip-flop the relative bandwidth of the division ratio by additional voltage dividers provided for the DC coupling provide decoupled resistors. The decoupled resistors should be as proposed the correct function of the RC elements stabilize the phase length of the output frequency and at the same time help determine the frequency division ratio.
Ganz abgesehen davon, daß die vorgeschlagene Frequenzteilerschaltung sehr viel Energie verbrauchen würde, hat sie außerdem den Nachteil, daß die Betriebsspannung für die Schaltung sehr konstant gehalten sein muß, weil die Betriebsspannung neben der Dimensionierung der RC-Glieder entscheidend die Ausgangsfrequenz beeinfiußt. Ein zusätzlicher Nachteil der vorgeschlagenen Frequenzteilerschaltung besteht schließlich darin, daß diese voraussichtlich nur bei geringen Teilungsverhältnissen zuverlässig arbeitet und bei konstanter Eingangsfrequenz und hohem Frequenzteilungsverhältnis am Ausgang ein ganzes Frequenzband erzeugen würde. Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu überwinden und einen auf kleinstem Raum integrierbaren Frequenzteiler zu schaffen, der bei besonders kleinem Energieverbrauch zuverlässig arbeitet.Quite apart from the fact that the proposed frequency divider circuit would consume a lot of energy, it also has the disadvantage that the operating voltage must be kept very constant for the circuit, because the operating voltage next to the dimensioning of the RC elements has a decisive influence on the output frequency. Finally, there is an additional disadvantage of the proposed frequency divider circuit in that this is likely to be reliable only with low division ratios works and at constant input frequency and high frequency division ratio would produce an entire frequency band at the output. The present invention lies in contrast, the task underlying to overcome the disadvantages mentioned and a to create a frequency divider that can be integrated in the smallest of spaces, which is particularly important for works reliably with low energy consumption.
Ausgehend von der Schaltung des bekannten Frequenzvervielfachers mit bistabilem Multivibrator als Erzeuger der Ausgangsfrequenz, außerdem mit einem an den Multivibrator angeschlossenen Kondensator als Quelle einer die Ausgangsfrequenz bestimmenden Referenzspannung und mit einem an die Quelle der Eingangsfrequenz angeschlossenen und an den Multivibrator rückgekoppelten Phasenkomparator, dessen Ausgang mit dem Kondensator in Verbindung steht und den Ladungszustand des Kondensators abhängig von der Phasenlage der Eingangs- zur Ausgangsfrequenz bestimmt, besteht die Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß in einer Triode, vorzugsweise einem Transistor im Phasenkomparator, deren Eingang mit dem Ausgang des Multivibrators und deren Ausgang mit der Quelle der Eingangsfrequenz einerseits und mit dem genannten Kondensator andererseits in Verbindung steht. Am Eingang dieser Triode des Phasenkomparators kann sich im Rahmen der Erfindung ein RC-Glied in der das Eingangssignal an der Triode zeitlich begrenzenden Schaltung befinden.Based on the circuit of the known frequency multiplier with bistable multivibrator as a generator of the output frequency, also with an on The capacitor connected to the multivibrator as a source of the output frequency determining reference voltage and with a connected to the source of the input frequency and phase comparator fed back to the multivibrator, the output of which corresponds to the Capacitor is connected and the state of charge of the capacitor depends The solution is determined by the phase position of the input frequency and the output frequency the task according to the invention in a triode, preferably a transistor in the phase comparator, its input to the output of the multivibrator and its output to the source the input frequency on the one hand and with the mentioned capacitor on the other hand in Connection. At the input of this triode of the phase comparator can be in the frame the invention an RC element in which the input signal to the triode time-limiting Circuit are located.
Es ist zwar auch schon ein Multivibrator bekanntgeworden, der als Oszillator insbesondere rechteckförmige Schwingungen erzeugen soll. Bei diesem bekannten Multivibrator ist ein Transistor vorgesehen, der an den Ausgang des Multivibrators angeschlossen ist und eine Referenzspannung an einem Kondensator steuert. Die Referenzspannung soll das Gleichgewicht zwischen den Amplituden der einander entgegengesetzten Signale des Multivibrators herstellen, so daß die bekannte Schaltung zur Erzeugung niederer Frequenzen geeignet ist.A multivibrator has also become known, which is known as the Oscillator is intended to generate square-wave oscillations in particular. With this well-known Multivibrator a transistor is provided, the one at the exit of the multivibrator is connected and a reference voltage on a capacitor controls. The reference voltage is intended to balance the amplitudes of the produce mutually opposite signals of the multivibrator, so that the known Circuit for generating low frequencies is suitable.
Der genannte Transistor der bekannten Schaltung gehört also nicht einem Phasenkomparator an, und es besteht auch keine Kopplung zwischen diesem Transistor und einer Eingangsfrequenz. Die bekannte Schaltung eignet sich demgemäß nicht als Frequenzteiler oder Frequenzvervielfacher.The transistor mentioned does not belong to the known circuit a phase comparator and there is no coupling between this transistor and an input frequency. The known circuit is therefore not suitable as Frequency divider or frequency multiplier.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend mit Hilfe der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen stellt dar F i g. 1 ein Prinzipschema der Schaltung, F i g. 2 ein Diagramm, welches das Funktionieren der in F i g. 1 dargestellten Schaltung erklärt, und F i g. 3 bis 6 vier verschiedene Ausführungsbeispiele im Detail.Further details of the invention are given below with the aid of Drawings of exemplary embodiments explained in more detail. In the drawings represents FIG. 1 shows a schematic diagram of the circuit, FIG. 2 is a diagram showing the Functioning of the in F i g. 1 explains the circuit shown, and FIG. 3 to 6 four different exemplary embodiments in detail.
Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung weist einen astabilen Multivibrator M auf, der ein periodisches Signal u2 liefert. Die Frequenz F2 dieses Signals ist einstellbar mit Hilfe einer in einem Kondensator C gespeicherten Regelspannung u,.The in F i g. 1 has an astable multivibrator M, which supplies a periodic signal u2. The frequency of this signal is F2 adjustable with the aid of a control voltage u, stored in a capacitor C.
Ein elektronischer Schalter I, der in jeder Periode des Signals u2 während eines kurzen Zeitraums geschlossen wird, verbindet die den Innenwiderstand R1 aufweisende Quelle des periodischen Eingangssignals u1, das die Frequenz F1 besitzt, mit den Klemmen des Kondensators C. Dies bewirkt, daß letzterer auf eine Spannung u3 geladen wird, die abhängig ist von der relativen Phase der Signale u1 und u2. Anders ausgedrückt ist die Spannung u3 bei Gleichgewicht gleich dem Wert von ui in den Zeitpunkten, in denen das Signal u2 eine genau bestimmte Phase durchläuft, in dem in F i g. 2 gezeigten Fall in den Zeitpunkten, in denen der Multivibrator vom einen in den anderen Zustand kippt. Der mittlere Teil in F i g. 2 gibt die Stellung des Schalters 1 an. Bei 0 ist der Schalter offen, bei F ist er geschlossen. In den drei Teilen der F i g. 2 bezeichnet t die Zeitachse.An electronic switch I, which in each period of the signal u2 is closed for a short period of time, which connects the internal resistance R1 having the source of the periodic input signal u1, which has the frequency F1, to the terminals of capacitor C. This causes the latter to have a voltage u3 is loaded, which is dependent on the relative phase of the signals u1 and u2. In other words, the voltage u3 at equilibrium is equal to the value of ui at the times when the signal u2 passes through a precisely defined phase, in the one shown in FIG. 2 case at the times when the multivibrator from one state to the other. The middle part in FIG. 2 gives the position of switch 1. At 0 the switch is open, at F it is closed. In the three parts of FIG. 2 t denotes the time axis.
Bei geeigneter Dimensionierung ist es möglich, die Ausgangsfrequenz F2 auf ein Unter-Vielfaches der Eingangsfrequenz F1 zu koppeln. Die beiden Frequenzen bleiben in bestimmten Grenzen gekoppelt, wenn die Frequenz F1 langsam verändert wird. In der Tat bewirkt eine Änderung von F1 eine Änderung der relativen Phasen der Signale ui und u2, also eine Änderung des Regelsignals u2. Dieses Signal wirkt auf die Frequenz F2 des Signals u2, so daß F2 den Änderungen von F1 folgt.With suitable dimensioning it is possible to set the output frequency F2 to be coupled to a sub-multiple of the input frequency F1. The two frequencies remain coupled within certain limits when the frequency F1 changes slowly will. Indeed, changing F1 changes the relative phases of the signals ui and u2, i.e. a change in the control signal u2. This signal works to the frequency F2 of the signal u2, so that F2 follows the changes in F1.
Im Fall der F i g. 2 beträgt das Verhältnis n der Frequenzen F:,/F2 drei.In the case of FIG. 2 is the ratio n of the frequencies F:, / F2 three.
Die Schaltung gestattet, Verhältnissen von mehreren Hundert zu erreichen.The circuit allows ratios of several hundred to be achieved.
F i g. 3 zeigt das Detailschema einer ersten Ausführungsform.F i g. 3 shows the detailed diagram of a first embodiment.
Der Multivibrator Ma weist zwei Transistoren T"" T3, des Typs NPN auf, wobei die Basis des einen Transistors über einen Kondensator 1 a mit dem Kollektor des zweiten Transistors und die Basis des zweiten Transistors über einen Kondensator 2a mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist. Die Emitter der beiden Transistoren sind mit dem Minus-Pol einer Spannungsquelle verbunden, während die Kollektoren über Widerstände 3 a bzw. 4 a mit der positiven Spannungsquelle verbunden sind.The multivibrator Ma has two transistors T "" T3, of the NPN type, the base of one transistor being connected to the collector of the second transistor via a capacitor 1a and the base of the second transistor being connected to the collector of the first transistor via a capacitor 2a is. The emitters of the two transistors are connected to the minus pole of a voltage source, while the collectors are connected to the positive voltage source via resistors 3 a and 4 a.
Aus der Theorie des Multivibrators ist bekannt, daß dessen Frequenz dadurch geändert werden kann, indem die Spannung u3 a geändert wird.From the theory of the multivibrator it is known that its frequency can be changed by changing the voltage u3 a.
Der Schalter I a weist einen Transistor T1 a des Typs PNP auf, dessen Basis mit einem Stromkreis Rda-Cda verbunden ist, welcher gestattet, daß an der Basis von T1 a Stromimpulse erhalten werden, die abgeleitet sind von den am Kollektor von T", erscheinenden Rechteckimpulsen. Die Quelle des Eingangssignals ui a ist mit einer Klemme des Kondensators Ca und dem Kollektor von T1 a verbunden, die andere Klemme des Kondensators Ca und der Emitter von T1 a sind mit dem Plus-Pol der erwähnten Spannungsquelle verbunden.The switch I a has a transistor T1 a of the PNP type, the base of which is connected to a circuit Rda-Cda, which allows current pulses to be obtained at the base of T1 a which are derived from those at the collector of T ", The source of the input signal ui a is connected to one terminal of the capacitor Ca and the collector of T1 a, the other terminal of the capacitor Ca and the emitter of T1 a are connected to the positive pole of the voltage source mentioned.
Die Schaltung arbeitet wie folgt: Der Multivibrator Ma erzeugt Rechteckimpulse, deren Wiederholungsfrequenzen von der Spannung u", abhängig sind. Der Schaltkreis Cda-Rda liefert einen kurzen Stromimpuls an die Basis des Transistors T1 a, der aus diesem Grund leitend wird und die Quelle des Eingangssignals ui a mit den Klemmen des Kondensators Ca verbindet, welcher sich auf eine Spannung u. auflädt, die gegen den Augenblickswert von u1 a im Moment der Impulsgabe tendiert. Diese Spannung u", welche bis zum Erscheinen des nächsten differenzierten Impulses gespeichert wird, wird dem Verbindungspunkt der Widerstände an der Basis der Transistoren T2 a und T3 a zugeführt und steuert auf diese Weise die Frequenz des Multivibrators.The circuit works as follows: The multivibrator Ma generates square-wave pulses, the repetition frequencies of which are dependent on the voltage u ". The circuit Cda-Rda supplies a short current pulse to the base of the transistor T1 a, which for this reason becomes conductive and the source of the Input signal ui a connects to the terminals of the capacitor Ca , which is charged to a voltage u., Which tends towards the instantaneous value of u1 a at the moment of the impulse. This voltage u ", which is stored until the next differentiated impulse appears fed to the connection point of the resistors at the base of the transistors T2 a and T3 a and in this way controls the frequency of the multivibrator.
In den folgenden Ausführungsbeispielen weisen gleiche Elemente wie in F i g. 3 zur Abkürzung der Beschreibung gleiche Bezugszeichen auf, jedoch anstatt des Index »a« den Index »b« für F i g. 4, den Index »c« für F i g. 5 und »d« für F i g. 6.In the following exemplary embodiments, the same elements as in FIG. 3 to abbreviate the description have the same reference numerals, but instead of the index “a” the index “b” for F i g. 4, the index "c" for F i g. 5 and "d" for F i g. 6th
Die in F i g. 4 gezeigte Schaltung unterscheidet sich von der vorstehend beschriebenen dadurch, daß sie nur Transistoren des gleichen Typs NPN aufweist. Aus diesen Grund ist ein Umkehrstromkreis I v vorgesehen, der einen Transistor T¢ b und zwei Widerstände 7 b und 8 b aufweist und der zwischen den Multivibrator Mb und das Differentierglied Cdb-Rdb des Schalters I b geschaltet ist, wobei der Kollektor des Transistors T1 b über eine Diode 10 b gespeist wird. Die Quelle des Eingangssignals ui b ist mit dem Minus-Pol der Speisequelle, der die Erde bildet, und dem Verbindungskondensator 9 b verbunden. Unabhängig von der Verwendung von Transistoren des gleichen Typs weist diese Ausführungsform den Vorteil auf, daß eine Quelle des Eingangssignals u1 b benutzt werden kann, deren einer Pol auf Erde liegt.The in F i g. 4 differs from that described above in that it only has transistors of the same type NPN. For this reason, a reverse circuit I v is provided which has a transistor T ¢ b and two resistors 7 b and 8 b and which is connected between the multivibrator Mb and the differentiating element Cdb-Rdb of the switch I b, the collector of the transistor T1 b is fed through a diode 10 b. The source of the input signal ui b is connected to the minus pole of the supply source, which forms the earth, and the connecting capacitor 9 b. Regardless of the use of transistors of the same type, this embodiment has the advantage that a source of the input signal u1 b can be used, one pole of which is connected to ground.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 wurden in den Multivibrator Mc zwei Widerstände 11 c und 12 c und zwei Dioden 13 c und 14 c geschaltet, um seine Frequenz gegen Veränderungen der Speisespannung oder der Temperatur zu stabilisieren.In the embodiment according to FIG. 5 were in the multivibrator Mc two resistors 11 c and 12 c and two diodes 13 c and 14 c connected to his Stabilize frequency against changes in supply voltage or temperature.
Die dargestellten Modifikationen gestatten die Einsparung des Umkehr-Transistors T4 b der F i g. 4. Dagegen wird die Klemmenspannung des Kondensators Cc dem Multivibrator mittels eines zusätzlichen Transistors T., zugeführt, was gestattet, eine Quelle von ui C mit hohem Innenwiderstand und eine kleine Kapazität Cc zu verwenden.The modifications shown make it possible to save the reversing transistor T4 b of FIG. 4. On the other hand, the terminal voltage of the capacitor Cc is fed to the multivibrator by means of an additional transistor T. This allows a source of ui C with a high internal resistance and a small capacitance Cc to be used.
Ein viertes Ausführungsbeispiel ist in F i g. 6 dargestellt. Der Stromkreis in der Basis des Umkehrtransistors T$ d wurde verbessert, so daß ein Signal mit noch steilerer positiver Flanke am Kollektor und damit ein genaueres Maß erhalten wird, wie es erforderlich ist für eine hohe Eingangsfrequenz. Diese Verbesserung besteht darin, daß in der erwähnten Basis eine Parallelschaltung eines Widerstandes 7d, einer Diode 15 d und eines Kondensators 16 d vorgesehen wird.A fourth embodiment is shown in FIG. 6 shown. The circuit in the base of the reversing transistor T $ d has been improved, so that a signal with an even steeper positive edge at the collector and thus a more precise measure is obtained, as is required for a high input frequency. This improvement consists in that there is provided in said base, a parallel circuit of a resistor 7d, a diode 15 and a capacitor 16 d d.
Die Verwendung einer gewöhnlichen Ausgangs-Verstärkerstufe T5 d gestattet mit einem erhöhten Innenwiderstand R1 d der Quelle u1 d und mit einer kleinen Kapazität 9 d zu arbeiten, mit dem Vorteil gegenüber der Schaltung nach F i g. 5, daß das mittlere Niveau des Steuersignals us d nicht abgesenkt wird, was sehr wichtig ist, wenn die Schaltung mit niedriger Speisespannung arbeiten muß. Es wird dadurch gleichzeitig eine Kompensation der Auswirkungen von Temperatur- und Speisespannungsschwankungen erreicht.The use of a common output amplifier stage d T5 equipped with an increased internal resistance R1 of the source to operate d u1 and d with a small capacity 9 d, with the advantage over the circuit of F i g. 5 that the mean level of the control signal us d is not lowered, which is very important if the circuit has to work with a low supply voltage. This simultaneously compensates for the effects of temperature and supply voltage fluctuations.
Die Speisung des Kollektors des Transistors T1 d erfolgt mittels eines Spannungsteilers 17 d, 18 d, diejenige des Transistors T5 d über zwei Widerstände 19 d und 20 d.The collector of the transistor T1 d is fed by means of a voltage divider 17 d, 18 d, that of the transistor T5 d by means of two resistors 19 d and 20 d.
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Citations (2)
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| US2997665A (en) * | 1959-07-22 | 1961-08-22 | Gen Electric | Multivibrator circuit having a bistable circuit driving and triggered by a relaxation circuit |
| DE1246031B (en) * | 1965-12-02 | 1967-08-03 | Schomandl K G | Frequency divider consisting of a multivibrator |
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1967
- 1967-02-08 DE DE1967C0041438 patent/DE1275602B/en active Pending
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