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Die Erfindung betrifft einen astabilen Multivibrator mit einem ersten
und einem zweiten Transistor, wobei der zweite Transistor als Emitterfolger betrieben
wird, dessen Basis niederohmig mit dem Kollektor des ersten Transistors gekoppelt
ist und bei dem die Emitter beider Transistoren über einen Schwingkondensator miteinander
verbunden sind, so daß je ein Emitterwiderstand zusammen mit dem Schwingkondensator
die Dauer jeweils eines der beiden Schaltzustände bestimmt.
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Astabile Multivibratoren werden im allgemeinen als Rechteckgeneratoren
verwendet. Sie stellen eine sich selbst erregende Schaltung dar. Für die praktische
Anwendung ist yon Bedeutung, daß der astabile Multivibrator sicher anschwingt, daß
die Flanken der abgegebenen Ünpüise möglichst steil sind und daß die Taktfrequenz
"gegenüber Änderungen des Umgebungstemperatur sowie Änderungen der Betriebsspannung
weitgehend unabhängig ist.
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Es ist bereits ein unsymmetrischer, astabiler Transistor-Multivibrator
mit einem ersten und einem zweiten Transistor bekannt, von denen der zweite Transistor
als Emitterfolger betrieben wird, dessen Basiselektrode mit dem Kollektor des ersten
Transistors niederohmig gekoppelt ist und bei dem die Emitter beider Transistoren
über einen Kondensator miteinander verbunden sind, so daß je ein Emitterwiderstand
zusammen mit dem Kondensator die Dauer jeweils eines der beiden Schaltzustände bestimmt
(deutsche Auslegeschrift 1131729). Nachteilig ist in diesem Fall, daß temperaturbedingte
Änderungen des Verstärkungsfaktors der Transistoren eine Beeinflussung der Taktfrequenz
ergeben. Außerdem wirkt sich'@"flie-=Ansteuerung- der Basis des ersten Transistors
mit einer festen Spannung im Fall einer starken Änderung der Betriebsspannung ungünstig
aus. Derartige Änderungen können sogar zu einem Aufsetzen der Schwingungen führen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen einfach aufgebauten
astabilen Multivibrator zu erstellen, der auch unter schwierigen Betriebsbedingungen
sicher ansehw.kngt :und aussetzungsfrei arbeitet; dennoch Rechteckwellen mit steilen
Flanken abgibt, deren Taktfrequenz weitgehend unabhängig gegenüber Temperaturänderungen
ist und von Änderungen der Betriebsspannung nur wenig beeinflußt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Basis des
ersten Transistors über einen Widerstand mit dem -Efnitter-des zweiten Transistors
verbunden ist und daß parallel zur Basis sowie zum Emitterwiderstand des ersten
Transistors ein Blockkondensator angeordnet ist.
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Die Verbindung der-"Basis des ersten Transistors über einen Widerstand
mit dem Emitter des zweiten Transistors ergibt eine Ansteuerung für den ersten Transistor,
bei der dessen Basisspannung immer um etwa eine Diodenspannung kleiner ist als dessen
Kollektorspannung. Dadurch wird eine übersteuerung des ersten Transistors vermieden
und vorteilhafterweise ein sicheres Anschwingen des Multivibrators selbst bei sehr
großen Änderungen der Betriebsspannung erzielt. In einem praktischen Ausführungsbeispiel
hat sich gezeigt, daß ein für 12 Volt Betriebsspannung ausgelegter Multivibrator
bereits bei einer Spannung von nur 1 Volt anschwingt und schon bei etwa 3 Volt annäherend
die Nennfrequenz erreicht. -Der zwischen der Basis des ersten Transistors und dem
Emitter des zweiten Transistors angeordnete Widerstand ergibt nun aber nicht- nur
ein sicheres Anschwingen, sondern außerdem auch noch eine Gegenkopplung. Durch diese
Gegenkopplung wird ein Temperatureinfluß infolge temperaturbedingter Änderungen
des Verstärkungsfaktors der Transistoren sehr stark herabgesetzt. Die Taktfrequenz
bleibt somit von Temperaturänderungen weitgehend unbeeinflußt.
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Durch den parallel zur Basis sowie zum Emitterwiderstand des ersten
Transistors angeordneten Blockkondensatorwird - bezogen auf die Taktfrequenz des
Multivibrators - die Basis des. ersten Transistors auf einer festen Spannung gehalten.
Es können daher am Kollektor des ersten Transistors Rechteckwellen mit steilen Flanken
abgegriffen werden.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand: des in der Figur dargestellten
Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.
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Der gezeigte astabile Multivibrator besitzt einen ersten Transistor
1 und einen zweiten Transistor 2. Der Kollektor von 1 ist mit der Basis von 2 sowie
einer Ausgangsklemme 1.1 direktverbunden. Weiter sind der Kollektor von 1 über einen
Widerstand 3 an eine die Betriebsspannung führende Leitung 10, der Emitter von 1
über einen Widerstand 4 an eine auf Bezugspotential befindliiche`Leitung 9 angeschlossen.
Parallel zur Basis sowie zum Emitterwiderstand 4 ist ein Blockkondensator 5 angeordnet.
- Der Kollektor des Transistors 2 ist an die Leitung 10 direkt angeschlossen, während
der Emitter von 2 über einen Widerstand 8 mit der Leitung 9 verbunden ist. Die Emitter
der Transistoren 1, 2 verbindet ein Schwingkondensator 6. Dieser Kondensator 6 bestimmt
zusammen mit je einem Emitterwiderstand 4 bzw. 8 die Dauer jeweils eines der beiden
Schaltzustände des Multivibrators. Der Emitter von 2 ist außerdem über einen Widerstand
7 an die Basis des Transistors 1 angeschlossen.
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In einem praktischen Ausführungsbeispiel wurden die Widerstände 3,
4 und 8 annähernd gleich groß, der Widerstand 7 etwa doppelt so groß wie der Widerstand
4 und die Kapazität von 5 groß gegenüber derjenigen von 6 gewählt. Damit ist die
Zeitkonstante des vom Widerstand 7 und dem Blockkondensator 5 gebildeten RC-Gliedes
groß gegenüber den Zeitkonstanten von 4, 6 bzw. 8, 6, die die Taktfrequenz bestimmen.
An der Basis des Transistors 1 stellt sich damit bei schwingendem Multivibrator
eine feste mittlere Spannung ein. Diese Spannung liegt auch am Kollektor des ersten
Transistors 1 an, sofern dieser aufgesteuert ist. Die Amplituden der an der Klemme
11 abgegriffenen Rechteckwelle sind somit durch die an 10 anliegende $etriebsspannung
und die an der Basis von 1 anliegende Spannung gegeben. Am Emitter von 1 auftretende
Spannungsänderungen infolge einer Umladung des Schwingkondensators 6 können sich
also praktisch nicht auf die Rechteckwelle auswirken. Die Flanken der Rechteckwelle
sind daher vorteilhafterweise sehr steil. Dieser Vorteil wird durch die Zeitkonstante
des RC-Gliedes 7, 5 erreicht, die groß gegenüber den Zeitkonstanten der RC-Glieder
4, 6 zw. 8, 6 gewählt ist. - Bei der Bemessung des Widerstandes 7 ist zu beachten,
daß zu kleine Werte von 7 die Umladung des Schwingkondensators 6 beeinflussen. Zu
große Werte des Widerstandes 7 sind mit Rücksicht auf den für den Transistor 1 benötigten
Basisstrom unzweckmäßig. Als günstigste Größe für
den Widerstand
7 haben sich Werte von einigen Vielfachen der Emitterwiderstände 4 bzw. 8 ergeben.
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Die Wirkungsweise des gezeigten astabilen Multivibrators ist folgende:
Bei einem Einschalten oder einer Wiederkehr der an der Leitung 10 anliegenden Betriebsspannung
werden über den Widerstand 3 der Transistor 2 und weiter über den Widerstand 7 der
Transistor 1 angesteuert. Eine Übersteuerung trifft dabei für keinen der Transistoren
1, 2 auf. Der Transistor 2 arbeitet nämlich als Emitterfolger und für den
Transistor l ist die Steuerspannung durch die Basis-Emitter-Diode von 2 begrenzt.
Die durch den Schwingkondensator 6 bedingte Mitkopplung der Transistoren 1, 2 wird
also nicht durch eine Sättigung in der Ansteuerung der Transistoren 1, 2 beeinträchtigt
und ist daher stets voll wirksam. Jede der immer vorhandenen Störungen führt wegen
dieser Mitkopplung zu einer vollständigen Durchsteuerung des einen und zu einem
Sperren des anderen Transistors. Der erfindungsgemäße Multivibrator schwingt somit
sicher an. Selbst bei sehr großen Änderungen der Betriebsspannung bleibt diese vorteilhafte
Eigenschaft - wie vorstehend bereits dargelegt- erhalten.
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Nach dem Anschwingen ist das weitere Verhalten des Multivibrators
durch die Umladung des Kondensators 6 über die Widerstände 4 bzw. 8 bestimmt. Sofern
sich durch die Umladungen etwaige unzulässige Sperrbelastungen der Basis-Emitter-Strecken
der Transistoren ergeben, werden in Reihe mit dem Kondensator 6 Widerstände geschaltet,
die die auftretenden Belastungen auf zulässige Werte begrenzen.
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Die Schaltzeiten des Multivibrators sind im wesentlichen durch die
Zeitkonstanten der RC-Glieder 4, 6 und 8, 6 bestimmt. Die bei der Umladung des Kondensators
6 über den Emitterwiderstand 4 bzw. 8 fließenden Ströme ergeben jedoch einen Spannungsabfall,
der - wie die Ströme - jeweils exponentiell abnimmt. Bei einem bestimmten Wert des
Spannungsabfalles beginnt dann der jeweils gesperrte Transistor Strom zu führen,
die Rückkopplung setzt ein, und die Schaltung kippt in ihren anderen Zustand, in
dem die Umladung von 6 erneut einsetzt. Die für das Kippen des Multivibrators erforderlichen
Spannungsabfälle sind somit von den Verstärkungsfaktoren der Transistoren 1, 2 abhängig.
Die Verstärkungsfaktoren gehen also über die Schaltzeitpunkte in die Taktfrequenz
ein. Temperaturbedingte Änderungen der Verstärkungsfaktoren führen daher zu entsprechenden
Änderungen der Taktfrequenz. - Durch den Widerstand 7 erfolgt jedoch auch eine Gegenkopplung
der Transistoren 1, 2. Diese Gegenkopplung wirkt einem durch Änderungen des Verstärkungsfaktors
bedingten Temperaturgang der Taktfrequenz sehr stark entgegen, so daß die Taktfrequenz
bei dem erfindungsgemäßen Multivibrator praktisch temperaturabhängig wird.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß ein einfach aufgebauter astabiler Multivibrator erstellt wurde, der auch unter
ungünstigsten Bedingungen sicher anschwingt. Weiter ist die Frequenz praktisch temperaturunabhängig.
Die abgegebenen Rechteckwellen weisen außerdem steile Flanken auf.