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Bistabiler Multivibrator Zusatz zum Patent: 1206 960
Die Erfindung
bezieht sich auf einen bistabilen Multivibrator, insbesondere für die Verwendung
in Zählstufen, mit zwei Tunneldioden, von denen jede zwei stabile elektrische Arbeitspunkte
hat, zwischen denen sie wechselseitig geschaltet werden. Die wechselseitige Umschaltung
wird mittels eines übertragers erreicht, dessen eine Wicklung an die eine Tunneldiode
und dessen andere Wicklung an die andere Tunneldiode angeschaltet ist. Hierbei ist
die Polarität der Anschaltung dieser beiden übertragerwicklungen an die Tunneldioden
derart gewählt, daß sich durch sie bei Erhöhung der Spannung an der einen Tunneldiode
eine gegensinnige Spannungsänderung an der anderen Tunneldiode ergibt.
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Multivibratoren dieser Art zeichnen sich auf Grund der günstigen elektrischen
Eigenschaften der Tunneldioden durch eine sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeit aus und
eignen sich deshalb vorzugsweise für schnelle Zähler, wie sie beispielsweise in
Codiereinrichtungen für sehr breitbandige Signale benötigt werden.
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Im Hauptpatent ist ein solcher bistabiler Multivibrator angegeben,
bei dem den Tunneldioden einerseits die übertragerwicklungen in Reihe mit einem
ohmschen Widerstand und andererseits die Betriebsgleichspannungsquelle in Reihe
mit einem Vorwiderstand parallel geschaltet sind. Außerdem sind die Tunneldioden
mit dem Steuereingang über wenigstens einen weiteren Vorwiderstand verbunden.
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Bei einer besonderen Ausführungsform nach dem Hauptpatent sind die
beiden Tunneldioden gleichsinnig in Reihe geschaltet und über einen entsprechend
bemessenen Spannungsteiler an die Betriebsgleichspannungsquelle angeschaltet. Dabei
sind als Ausgangsklemmenpaar der Multivibratorschaltung die beiden Anschlüsse einer
Tunneldiode vorgesehen, vorzugsweise der Tunneldiode, von der ein Anschluß auf Bezugspotential
liegt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderte besondere
Ausführungsform eines bistabilen Multivibrators nach dem Hauptpatent insbesondere
hinsichtlich eines günstigen Verhältnisses zwischen abgegebener Ausgangsleistung
und eingangsseitiger Steuerleistung weiterzubilden.
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. Ausgehend von einem bistabilen Multivibrator, insbesondere
für die Verwendung in Zählstufen, mit zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten, wechselweise
unterschiedlich stabile elektrische Arbeitslagen einnehmenden Tunneldioden, bei
dem ein übertrager vorgesehen ist, dessen eine übertragerwicklung der einen Tunneldiode
und dessen andere übertragerwicklung der anderen Tunneldiode jeweils in Reihe mit
einem ohmschen Widerstand derart parallel geschaltet ist, daß sich bei Erhöhung
der Spannung an der einen Tunneldiode eine gegensinnige Spannungsänderung an der
anderen Tunneldiode ergibt und bei der die Tunneldioden einerseits an die Betriebsgleichspannungsquelle
über einen einen Vorwiderstand enthaltenden ohmschen Spannungsteiler angeschaltet
sind und andererseits mit dem Steuereingang über wenigstens einen weiteren Vorwiderstand
in Verbindung stehen, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß
dieser ohmsche Spannungsteiler neben dem Vorwiderstand die beiden Widerstände in
Reihe mit den Übertragerwicklungen enthält.
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Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß eine
einwandfreie Arbeitsweise des Multivibrators nicht auf eine eingeprägte Betriebsgleichspannung
angewiesen ist, sondern bei geeigneter Größe der Betriebsgleichspannung auch eine
verhältnismäßig hochohmige Speisung zuläßt. Dieser Sachverhalt ermöglicht es in
vorteilhafter Weise, von einem besonderen Spannungsteiler abzusehen, d. h.,
daß die an sich benötigten Widerstände in Reihe mit den übertragerwicklungen in
den notwendigen Spannungsteiler mit einbezogen werden können, da sie gleichstrommäßig
über die Übertragerwicklungen miteinander in Reihe geschaltet sind.
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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die dritte übertragerwicklung
für eine differenzierte übertragung bemessen, durch die in Abhängigkeit des Springens
der Tunneldioden von der einen in die andere stabile Arbeitslage relativ große Ausgangsimpulse
erhalten werden können.
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Besonders günstig gestalten sich die Verhältnisse, wenn der Quellwiderstand
der Betriebsgleichspannungsquelle
für den der minimalen Steuerleistung
entsprechenden Maximalwert. bemessen , ist. Dieser Maximalwert ist hierbei
empirisch zu ermitteln, da er jeweils von der Feinstruktur der Tunnneldiodenkennlinien
abhängt.
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Ferner ist es zweckmäßig, , den übertrager mit einer dritten,
den.. Multivibratorausgang darstellenden Wicklung zu versehen, weil hierdurch bei
geeigneter Bemessung der Windungszahtdieser Wicklung in an sich bekannter Weise
eine optimale Anpassung des Multivibrators an einen Verbraucher erreicht werden
kann.
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An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles
soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.
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Die in der Fig. 1 dargestellte Multivibratorschaltung nach
der Erfindung besteht aus zwei gleichsinnig in Reihe geschalteten Tunneldioden Tl
und T2, denen jeweils die Reihenschaltung einer der beiden unter sich gleich großen
Wicklungen des übertragers ü in Reihe mit dem Widerstand R 2 parallel geschaltet
ist. Die impulsförmige Steuerspannung wird der Reihenschaltung der Tunneldioden
am Steuereingang E über den Widerstand R 3 zugeführt. Der in Reihe,
mit dem Widerstand R 3 durch unterbrochene Linien dargestellte Kondensator
Ce soll andeuten, daß die Steuerspannung gegebenenfalls hierdurch gleichstrommäßig
von der Reihenschaltung der Tunneldioden entkoppelt sein kann. Die dritte Wicklung
des übertragers ü stellt mit ihren beiden Anschlüssen den Ausgang A des Multivibrators
dar. Sie kann, wie bereits angegeben worden ist, für eine differenzierte übertragung
ausgelegt sein.
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Die Einbeziehung der Widerstände R 2 in den Spannungsteiler für die
Betriebsgleichspannung UB
ermöglicht es, auf den ansonsten erforderlichen
zusätzlichen Widerstand parallel zur Reihenschaltung aus den beiden Timneldioden
D 1 und D 2 zu verzichten. Dies bedeutet eine Verkleinerung der Steuerleis#furig
am Steuereingang E um den durch diesen zusätzlichen Widerstand bedingten
Leistungsverlust. Außerdem hat die Ausbildung des Spannungsteilers nach der Erfindung
den Vorteil, daß sie die durch die Serieninduktivität der Tunneldioden gegebene
latente Gefahr einer Selbsterregung der Schaltung im Bereich der oberen Grenzfrequenz
der Tunneldioden weitgehend beseitigt wird. Die günstigen Eigenschaften der Schaltung
hinsichtlich der benötigten steuereingangsseitigen Steuerleistung werden durch die
zusätzliche dritte Wicklung des übertragers dadurch voll ausgenutzt, daß durch geeignete
Bemessung dieser dritten Wicklung eine optimale Anpassung an den multivibratorausgangsseitigen
Verbraucher herbeigeführt werden kann. Ein optimales Verhältnis von Ausgangsleistung
zu Steuereingangsleistung wird, wie bereits erwähnt worden ist, dann erlangt, wenn
der Quellwiderstand der Betriebsgleichspannungsquelle UB, der beim
Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1
Maximalwert annimmt, bei dem dann die
Steuereinbeträgt, einen empirisch zu ermittelnden gangsleistung den Minimalwert
annimmt.
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Für die Wirkungsweise der Schaltung nach der F i g. 1, auf
die nunmehr noch kurz eingegangen werden soll, ist es wesentlich, daß die beiden
gleich großen Übertragerwicklungen hinsichtlich der ihnen zugeordneten Tunneldioden
derart gepolt sind, daß über sie bei einer Erhöhung der Spannung an der einen Tunneldiode
der anderen. Tunneldiode. eine gegensinnige Spannungsänderung mitgeteilt 'Wird.
Diese gegensinnige Spannungsänderung hat zur Folge, daß die beiden Tunneldioden,
von denen sich .jeweils eine im hochohmigeA und eine im niederohmigen stabilen #ZustanÜ
befindet, mit jedem ankomiiienden 'St8u6iimpuls' in die jeweils andere stabile Lage
überwechseln. Der näheren Erläuterung dieses Sachverhaltes dient das Diagrainm der
F i g. 2, das die Strom-Spannungs-Kennlinien (I-U-Kennlinien) der beiden
Tunneldioden Tl und T2 unter Berücksichtigung ihrer gleichsinnigenSerienschaltung
angibt. Dabei ist die an der Reihenschaltung der beiden Tunneldioden abfallende
Spannung mit UB' bezeichnet. Die Schnittpunkte I und Il der beiden Kennlinien
markieren die stabilen Lagen der Tunneldiodenreihenschaltung. Der Punkt III, der
durch den Schnitt der beiden fallenden Kennlinienäste zustande kommt, ist dagegen
instabil. Wird die Spannung UB' durch einen. ankommenden Steuerimpuls am Ein
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gang E kurzzeitig erhöht, so kommt dies einem.Au§-m einanderrücken
der beiden Kennlinien längs dei Abszisse gleich. Dabei verschwinden die stabilen
Schnittpunkte I und 11, und der ursprünglich instabile Schnittpunkt III wandert
in den Bereich positiven Widerstandes aus. Nach Abklingen des Steuerimpulses stellen
sich wieder die in der F i g. 2 dargestellten ursprünglichen Verhältnisse
ein, und zwar zunächst mit der für die Schnittpunkte I und II gleich großen Wahrscheinlichkeit.
Dieses Gleichgewicht der Wahrscheinlichkeiten wird nun durch die Gegenwart des Übertragers
und dessen Streuinduktivität stets zuungunsten des Schnittpunktes entschieden, der
vor der Ankunft des gerade wirksam gewesenen Steuerimpulses den elektrischen Zustand
der Reihenschaltung der beiden Tunneldioden bestimmt hat.