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Die Erfindung bezieht sich auf einen astabilen Multivibrator mit zwei
gegenseitig kapazitiv rückgekoppelten Transistoren. Bei bekannten Multivibratoren
dieser Art werden die Koppelkondensatoren bis zu einer Spannung aufgeladen, die
nahezu gleich der Betriebsspannung für die Transistoren ist. Im Augenblick des Umschaltens
des astabilen Multivibrators liegt daher an der Basis-Emitter-Strecke des gerade
in den Sperrzustand übergegangenen Transistors eine Sperrspannung, die ebenfalls
nahezu die Größe der Betriebsspannung der Transistoren hat. Die Betriebsspannung
der Transistoren darf hier daher nur so groß sein, daß sie die maximal zulässige
Basis-Emitter-Sperrspannung nicht überschreitet. Dies ist besonders dann von Nachteil,
wenn Einrichtungen geschaltet werden sollen, die eine hohe Betriebsspannung erfordern.
So kann beispielsweise, wenn durch den astabilen Mültivibrator ein Relais gesteuert
werden soll, die Relaisspule nicht direkt in den Arbeitsstromkreis eines der beiden
Transistoren des astabilen Multivibrators gelegt werden, sondern es muß eine zusätzliche
Verstärkerstufe vorgesehen sein, in deren Arbeitsstromkreis die Relaisspule eingefügt
wird. Durch die Erfindung wird nun ein astabiler Multivibrator angegeben, bei dem
die Betriebsspannung für die Transistoren über den für bekannte astabile Multivibratoren
bisher üblichen Wert hinaus erhöht werden kann, ohne daß dadurch die maximal zulässige
Basis-Emitter-Sperrspannung für die Transistoren überschritten wird. Es wird hierbei
von astabilen Multivibratoren mit zwei gegenseitig kapazitiv rückgekoppelten Transistoren
in Emitterschaltung ausgegangen, bei denen die Basis des jeweils in den gesperrten
Zustand übergehenden Transistors zumindest vorübergehend an die miteinander verbundenen
Emitter der Transistoren über einen Kondensator geschaltet ist. Bei einer bekannten
Schaltungsanordnung dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1124 997, F i g. 2) ist
zur vorübergehenden Anschaltung der Basis des betreffenden Transistors an die miteinander
verbundenen Emitter der Transistoren ein Kondensator zwischen den Basiselektronen
der Transistoren angeschlossen. Dieser Kondensator ist so dimensioniert, daß sich
aus seiner Kapazität und den in seinem Ladestromkreis angeordneten Widerständen
eine Zeitkonstante ergibt, die klein gegenüber der Dauer der für die Steuerung der
Kippschaltung vorgesehenen Steuerimpulse ist. Auf diese Weise wird verhindert, daß
Störimpulse die Kippschaltung beeinflussen können, ohne daß dadurch die Kurvenform
des vom Multivibrator abgegebenen Stromes beeinflußt wird. Das Auftreten einer unzulässig
hohen Basis=Emitter-Sperrspannung wird hierdurch nicht vermieden. Die Erfindung
betrifft also einen astabilen Multivibrator mit zwei gegenseitig kapazitiv rückgekoppelten
Transistoren in Emitterschaltung, bei dem die Basis des jeweils in den gesperrten
Zustand übergehenden Transistors zumindest vorübergehend über einen Kondensator
an die miteinander verbundenen Emitter der Transistoren geschaltet ist. Erfindungsgemäß
ist dieser Multivibrator dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator einen so großen
Teil der Ladung des an den Kollektor des jeweils anderen Transistors angeschlossenen,
zur Rückkopplung dienenden Kondensators übernimmt, daß die von beiden Kondensatoren
gemeinsam kurzzeitig aufrechterhaltene Spannung unterhalb der zulässigen Basis-Emitter-Spannung
des jeweils in den gesperrten Zustand übergehenden Transistors liegt.
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Die Erfindung wird nun an Hand von drei Figuren näher erläutert.
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F i g. 1 zeigt einen bekannten astabilen Multivibrator ohne Maßnahmen
zur Herabsetzung der Basis-Emitter-Sperrspannung der Transistoren; F i g. 2 zeigt
einen dem Aufbau nach an sich ebenfalls bekannten astabilen Multivibrator, bei dem
durch Anwendung der erfindungsgemäßen Dimensionierungsregel eine Herabsetzung der
Basis-Emitter-Sperrspannung der Transistoren erreicht wird; F i g. 3 zeigt ein auch
in schaltungstechnischer Hinsicht von der bekannten Schaltungsanordnung abweichendes
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen astabilen Multivibrators.
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Es wird zunächst kurz auf die Funktionsweise des in der F i g.1 dargestellten
bekannten astabilen Multivibrators eingegangen. Dieser Multivibrator enthält die
Transistoren T 1 und T2, die über die Widerstände R 1 bzw. R 2 mit dem negativen
Pol einer Betriebsspannungsquelle verbunden sind. über die Widerstände R 3 und R4,
die einerseits jeweils mit der Basis eines der Transistoren und andererseits ebenfalls
mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden sind, wird den Basen
der Transistoren eine Vorspannung zugeführt. Die beiden Transistoren sind über Kondensatoren
C1 und C2, die jeweils zwischen dem Kollektor des einen Transistors und der Basis
des anderen Transistors liegen, gegenseitig rückgekoppelt. Die Emitter der beiden
Transistoren sind an den positiven Pol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen.
Die Rückkopplungen über die Kondensatoren C1 und C2 sollen so gewählt sein, daß
keiner der beiden Transistoren einen stabilen Zustand einnehmen kann.
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Zur Erläuterung sei angenommen, daß der Transistor T1 gerade in den
leitenden Zustand übergegangen ist, der Transistor T2 dagegen gerade gesperrt wurde.
Der Koppelkondensator C2 lädt sich dann über den Widerstand R 2 und die in diesem
Falle niederohmige Basis-Emitter-Strecke des Transistors T1 auf eine Spannung von
nahezu der Größe der Betriebsspannung auf. Gleichzeitig entlädt sich der Kondensator
C 1 über den Widerstand R 3 und wird mit entgegengesetzter Polarität wieder aufgeladen.
Wenn dadurch das Potential an der Basis des Transistors T2 sein Emitterpotential
unterschritten hat-, wird dieser Transistor leitend. Der dabei auftretende positive
Potentialsprung an seinem Kollektor wird über den aufgeladenen Kondensator C2 an
die Basis des Transistors T1 übertragen und sperrt diesen. In diesem Augenblick,
also nach dem Sperren des Transistors T1, liegt praktisch die gesamte Spannung des
Kondensators C2, d. h. eine Spannung von der Größe der Betriebsspannung, als Sperrspannung
an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T1. Da nun nämlich die Hauptstromstrecke
des Transistors T2 sehr niederohmig ist, liegt der Kondensator C2 praktisch parallel
zur Basis-Emitter-Strecke des Transistors T1. Entsprechende Verhältnisse liegen
vor, wenn der Transistor T2 in den gesperrten Zustand übergeht und der Transistor
T1 leitend wird. Bei dem bekannten astabilen Multivibrator liegt also im Augenblick
nach dem Umschalten an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors, der gerade in
den gesperrten Zustand übergegangen ist, immer eine
Sperrspannung,
die die Höhe der Betriebsspannung hat.
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In der F i g. 2 ist nun ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen
astabilen Multivibrators dargestellt, bei dem dieser unerwünschte Effekt nicht auftritt.
Entsprechende Schaltelemente sind in dieser Figur mit denselben Bezugszeichen versehen
wie in der F i g. 1. Der erfindungsgemäße astabile Multivibrator unterscheidet sich
von dem bekannten Multivibrator gemäß F i g. 1 durch einen an die Basiselektroden
derTransistoren angeschlossenen Kondensator und von einem bekannten astabilen Multivibrator,
bei dem dieser Kondensator schon vorgesehen ist, durch die Dimensionierung dieses
Kondensators in der Art, daß er, wie noch im einzelnen erläutert wird, in der Lage
ist, jeweils so viel der Ladung desjenigen Koppelkondensators zu übernehmen, der
an die Basis des gerade in den gesperrten Zustand übergegangenenTransistors angeschlossen
ist, daß die von beiden Kondensatoren gemeinsam kurzzeitig aufrechterhaltene Spannung
unterhalb der zulässigen Basis-Emitter-Sperrspannung der verwendeten Transistoren
liegt.
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Zur Erläuterung sei zunächst wieder angenommen, daß der Transistor
T1 gerade in den leitenden Zustand übergegangen ist, wogegen der Transistor T2 gerade
gesperrt wurde. Es lädt sich also, wie oben schon erläutert, der Koppelkondensator
C 2 nahezu auf die volle Betriebsspannung auf. Das Umschalten des Multivibrators
in den anderen astabilen Zustand setzt ein, wenn sich der Kondensator C 1 über den
Widerstand R 3 so weit entladen hat, daß die Basis des Transistors T2 nahezu auf
demselben Potential liegt, wie der Emitter dieses Transistors. In diesem Augenblick
ist der Kondensator C 3 ungeladen, da seine beiden Belegungen dasselbe Potential
aufweisen:. Wenn nach Umschalten des astabilen Multivibrators der Transistor T2
leitend geworden ist, liegt, da die Hauptstromstrecke des Transistors T2 nunmehr
sehr niederohm,ig ist, der Kondensator C 2 parallel zur Basis-Emitter-Strecke des
Transistors T1. Gleichzeitig liegt aber parallel zu dem Kondensator C2 der bis dahin.
nahezu ungeladene Kondensator C3, da die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2
ebenfalls niederohmig geworden ist und die mit der Basis des Transistors T2 verbundene
Belegung des Kondensators C 3 praktisch an den miteinander verbundenen Emittern
liegt. Es übernimmt also der Kondensator C 3 sofort einen Teil der Ladung des Kondensators
C2. Die Spannung, die nun an den parallelgeschalteten Kondensatoren C 2 und
C3, d. h. also an der Basis-Emitter-Strecke des gesperrten Transistors T1
liegt, ist aber, da eine nennenswerte Nachladung nicht stattfindet, entsprechend
dem Kapazitätsverhältnis der beiden Kondensatoren kleiner als wenn der Kondensator
C 3 nicht vorgesehen wäre. Wenn danach der Transistor T2 wieder in den gesperrten
Zustand übergeht, übernimmt der Kondensator C 3 in entsprechender Weise einen Teil
der Ladung des Kondensators Cl, womit eine Herabsetzung der Basis-Emitter-Sperrspannung
des Transistors T2 bewirkt wird.
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Da sich bei dem erfindungsgemäßen astabilen Multivibrator die tatsächlich
auftretende Basis-Emitter-Sperrspannung der Transistoren in der beschriebenen Weise
herabsetzen läßt, ist es ohne weiteres möglich, nunmehr die Betriebsspannung der
Transistoren zu erhöhen, ohne daß dadurch der zulässige Wert der Basis-Emitter-Sperrspannung
der Transistoren vom tatsächlich auftretenden Wert überschritten wird.
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Da bei jedem der beiden Transistoren der zusätzliche Kondensator zwischen
Kollektor und Basis liegt, tritt eine Gegenkopplung auf, durch die die Umschlagzeiten
des Multivibrators verlängert werden können. Dies ist jedoch beispielsweise im eingangs
genannten Fall, bei dem der Multivibrator unmittelbar ein Relais steuert, kein Nachteil,
da die Umschlagzeit des Relais an sich schon viel länger ist als die Umschlagzeit
des Multivibrators. Es ist hier vielmehr sogar erwünscht, um große Abschaltspannungsspitzen
zu vermeiden, daß das Umschalten nicht schlagartig erfolgt. Wenn man den zusätzlichen
Kondensator nun noch einstellbar macht, kann man die Flankensteilheit der Kollektorspannungssprünge
den jeweiligen Gegebenheiten anpassen. Für Anwendungsfälle, bei denen die Verlängerung
der Umschlagszeit des Multivibrators unerwünscht ist, kann das im folgenden beschriebene
Ausführungsbeispiel mit Vorteil angewendet werden.
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Die F i g. 3 zeigt ebenfalls einen astabilen Multivibrator, der jedoch
an Stelle des einen zusätzlichen Kondensators C3 die beiden zusätzlichen Kondensatoren
C 4 und C 5 enthält, die jeweils zwischen Basis und Emitter der Transistoren liegen.
Außerdem ist hier jeweils zwischen dem dem Kollektor eines Transistors abgewendeten
Anschluß eines Rückkoppelkondensators und dem Basisanschluß des jeweils anderen
Transistors ein Widerstand geschaltet, der hier mit R 5 bzw. R 6 bezeichnet ist.
Der zusätzliche Kondensator C4 dient dazu, einen Teil der Ladung des Rückkoppelkondensators
C2 zu übernehmen, während der zusätzliche Kondensator C5 einen Teil der Ladung des
Rückkoppelkondensators C1 übernimmt, wie im folgenden noch kurz erläutert wird.
Wenn beispielsweise der Transistor T2 gerade in den gesperrten Zustand und der Transistor
T1 in den leitenden Zustand übergegangen ist, ist der Rückkoppelkondensator C1,
wie im Zusammenhang mit den F i g. 1 und 2 schon erläutert wurde, noch auf eine
Spannung von nahezu der Größe der Betriebsspannung aufgeladen. Da die Hauptstromstrecke
des Transistors T1 jetzt sehr niederohmig ist, liegt die Reihenschaltung des Kondensators
C 1 und des Widerstandes R 5 nun praktisch parallel zur Basis-Emitter-Strecke des
Transistors T2. Parallel dazu liegt nun aber bei dieser Anordnung noch der Kondensator
C5, der sofort einen Teil der Ladung des Kondensators C 1 übernimmt. Auf
diese Weise wird erreicht, daß an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2 eine
Sperrspannung auftritt, die entsprechend dem Kapazitätsverhältnis der Kondensatoren
C1 und C5 kleiner als die Betriebsspannung der Transistoren ist. Es kann also auch
hier die Betriebsspannung für die Transistoren erhöht werden, ohne daß dadurch die
zulässige Basis-Emitter-Sperrspannung der Transistoren überschritten wird. Entsprechende
Verhältnisse liegen vor, wenn der Transistor T 1 gesperrt und der Transistor
T 2 leitend ist. Es übernimmt dann der Kondensator C4 einen Teil der Ladung
des Rückkoppelkondensators C2.
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Die erwähnten Widerstände R 5 und R 6 dienen dazu, den Ladestrom der
zusätzlichen Kondensatoren C5 und C6 zu begrenzen. Dieser Ladestrom fließt nämlich
in Durchlaßrichtung über die Hauptstromstrecke des jeweils sich im Leitfähigkeitszustand
befindlichen Transistors und könnte ohne die begrenzende
Wirkung
der Widerstände R 5 und R 6 einen für den Transistor unzulässig hohen Wert annehmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Mültivibrator gemäß F i g. 2 erübrigen sich Begrenzungswiderstände,
da der Ladestrom des zusätzlichen Kondensators C 3 infolge der durch diesem Kondensator
verursachten Gegenkopplung begrenzt wird.