DE1283881B

DE1283881B - Astable multivibrator with reliable oscillation behavior

Info

Publication number: DE1283881B
Application number: DE1966L0054824
Authority: DE
Inventors: Strang Eduard; Holloh; Dipl-Ing Wilhelm
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1966-10-14
Filing date: 1966-10-14
Publication date: 1968-11-28

Description

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.The invention relates to an astable multivibrator having a first and a second transistor, the second transistor operating as an emitter follower is, whose base is coupled to the collector of the first transistor with low resistance and in which the emitters of both transistors are connected to one another via an oscillating capacitor are connected, so that each one emitter resistor together with the oscillating capacitor the duration of one of the two switching states is determined in each case.

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.Astable multivibrators are generally called square wave generators used. They represent a self-exciting circuit. For practical purposes Application is of the importance that the astable multivibrator starts to oscillate reliably the edges of the issued Ünpüise are as steep as possible and that the clock frequency "against changes in the ambient temperature as well as changes in the operating voltage is largely independent.

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.It's already an unbalanced, astable transistor multivibrator known with a first and a second transistor, of which the second transistor is operated as an emitter follower, whose base electrode connects to the collector of the first Transistor is coupled with low resistance and in which the emitters of both transistors are connected to one another via a capacitor, so that each has an emitter resistor together with the capacitor, the duration of one of the two switching states is determined (German interpretation 1131729). The disadvantage in this case is that temperature-related Changes in the gain factor of the transistors affect the clock frequency result. In addition, '@ "has the effect of flowing- = triggering- the base of the first transistor with a fixed voltage is unfavorable in the case of a large change in the operating voltage the end. Such changes can even lead to a build-up of the vibrations.

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.The invention is therefore based on the object of a simply constructed To create an astable multivibrator that works even under difficult operating conditions safe to look at: and works without exposure; nevertheless square waves with steep Emits edges whose clock frequency is largely independent of temperature changes and is only slightly affected by changes in the operating voltage.

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.This object is achieved in that the basis of the first transistor through a resistor to the -Efnitter- of the second transistor is connected and that in parallel with the base and the emitter resistor of the first Transistor a blocking capacitor is arranged.

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.The connection of the- "base of the first transistor through a resistor with the emitter of the second transistor results in a control for the first transistor, whose base voltage is always about one diode voltage lower than that Collector voltage. This avoids overdriving the first transistor and advantageously a reliable oscillation of the multivibrator even with very large changes in the operating voltage achieved. In a practical embodiment it has been shown that a multivibrator designed for a 12 volt operating voltage already starts to oscillate at a voltage of only 1 volt and approaches at around 3 volts the nominal frequency has been reached. -The one between the base of the first transistor and the Emitter of the second transistor arranged resistance now results not only a sure oscillation, but also a negative feedback. Through this Negative feedback becomes a temperature influence as a result of temperature-related changes the gain factor of the transistors is very much reduced. The clock frequency thus remains largely unaffected by temperature changes.

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.Due to the parallel to the base as well as to the emitter resistance of the first Block capacitor arranged in the transistor is - based on the clock frequency of the Multivibrators - the base of the. First transistor held at a fixed voltage. There can therefore be square waves with steep edges at the collector of the first transistor be tapped.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand: des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.In the following, the invention will be based on: the one shown in the figure Embodiment are explained in more detail.

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.The shown astable multivibrator has a first transistor 1 and a second transistor 2. The collector of 1 is connected to the base of 2 as well directly connected to an output terminal 1.1. Next are the collector of 1 over one Resistor 3 to a line 10 carrying the operating voltage, the emitter of FIG Connected via a resistor 4 to a line 9 at reference potential. A blocking capacitor 5 is arranged parallel to the base and to the emitter resistor 4. - The collector of transistor 2 is connected to line 10 directly while the emitter of FIG. 2 is connected to the line 9 via a resistor 8. The emitter the transistors 1, 2 are connected by an oscillating capacitor 6. This capacitor 6 determines together with an emitter resistor 4 or 8, the duration of one of the two Switching states of the multivibrator. The emitter of 2 is also across a resistor 7 connected to the base of transistor 1.

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.In a practical embodiment, the resistors 3, 4 and 8 approximately the same size, the resistance 7 about twice as large as the resistance 4 and the capacity of 5 large compared to that of 6. So that is Time constant of the RC element formed by the resistor 7 and the blocking capacitor 5 large compared to the time constants of 4, 6 or 8, 6, which determine the clock frequency. At the base of the transistor 1 there is thus an oscillating multivibrator a fixed mean voltage. This voltage is also on the collector of the first Transistor 1 on, provided it is turned on. The amplitudes of the at the terminal 11 tapped square wave are thus due to the operating voltage applied to 10 and given the voltage applied to the base of 1. Occurring at the emitter of 1 Voltage changes as a result of charge reversal of the oscillating capacitor 6 can occur so practically does not affect the square wave. The flanks of the square wave are therefore advantageously very steep. This advantage is due to the time constant of the RC element 7, 5 which are large compared to the time constants of the RC elements 4, 6 or 8, 6 is selected. - When dimensioning the resistor 7, it is important to note that that too small values of 7 influence the charge reversal of the oscillating capacitor 6. to Large values of the resistor 7 are required with regard to the values required for the transistor 1 Base current inexpedient. As the cheapest size for the resistance 7, values of a few multiples of the emitter resistors 4 and 8 have resulted.

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.The mode of operation of the astable multivibrator shown is as follows: When the operating voltage applied to line 10 is switched on or when it returns, transistor 2 is controlled via resistor 3 and transistor 1 is controlled via resistor 7. In this case, there is no overdriving for any of the transistors 1, 2. The transistor 2 works namely as an emitter follower and for the transistor 1 the control voltage is limited by the base-emitter diode of 2. The positive feedback of the transistors 1, 2 caused by the oscillating capacitor 6 is therefore not impaired by saturation in the control of the transistors 1, 2 and is therefore always fully effective. Because of this positive feedback, each of the disturbances that is always present leads to a complete activation of one transistor and to a blocking of the other transistor. The multivibrator according to the invention therefore starts to oscillate safely. Even with very large changes in the operating voltage, this advantageous property is retained - as already explained above.

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.The further behavior of the multivibrator is after the oscillation determined by the charge reversal of the capacitor 6 via the resistors 4 and 8, respectively. Provided any inadmissible blocking loads on the base-emitter lines due to the reloading of the transistors, 6 resistors are connected in series with the capacitor, which limit the loads that occur to permissible values.

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.The switching times of the multivibrator are essentially due to the Time constants of the RC elements 4, 6 and 8, 6 are determined. The one when reloading the capacitor 6 currents flowing through the emitter resistor 4 or 8 result in a voltage drop, which - like the currents - decreases exponentially. At a certain value of the When the voltage drops, the respective blocked transistor begins to carry current, the feedback sets in and the circuit flips into its other state, in where the transshipment of 6 starts again. The ones required to tilt the multivibrator Voltage drops are therefore dependent on the gain factors of the transistors 1, 2. The amplification factors therefore go into the clock frequency via the switching times a. Temperature-related changes in the gain factors therefore lead to corresponding changes Changes in the clock frequency. - However, there is also a negative feedback through the resistor 7 of the transistors 1, 2. This negative feedback acts by changing the gain factor conditional temperature response of the clock frequency very strongly opposed, so that the clock frequency is practically temperature-dependent in the multivibrator according to the invention.

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.The advantages achieved with the invention are in particular: that a simply constructed astable multivibrator was created, which is also under the most unfavorable conditions. Furthermore, the frequency is practically independent of temperature. The square waves emitted also have steep edges.

Claims

Claim: Astable multivibrator with reliable oscillation behavior with a first and a second transistor, the second transistor as an emitter follower is operated, the base of which has a low resistance to the collector of the first transistor is coupled and in which the emitters of both transistors via an oscillating capacitor are connected to each other, so that each emitter resistor together with the oscillating capacitor the duration of one of the two switching states is determined, marked thereby e t that the base of the first transistor (1) via a resistor (7) with the Emitter of the second transistor is connected and that parallel to the base and to the Emitter resistor (4) of the first transistor (1) a blocking capacitor (5) is arranged is.