DE1239351B

DE1239351B - Monostable multivibrator circuit

Info

Publication number: DE1239351B
Application number: DEJ23720A
Authority: DE
Inventors: Maurice Jean Clerc; Stanislas Kobus
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1962-05-16
Filing date: 1963-05-15
Publication date: 1967-04-27

Description

Monostabile Multivibratorschaltung Die Erfindung betrifft eine monostabile Multivibratorschaltung zur Erzeugung von Impulsen mit von Betriebsspannungsabweichungen unabhängiger Spannungszeitfläche.Monostable multivibrator circuit The invention relates to a monostable Multivibrator circuit for generating pulses with operating voltage deviations independent stress-time area.

Im allgemeinen kann die Betriebsspannung von Stromversorgungseinrichtungen stark schwanken; so kann beispielsweise bei Fornsprechanlagen ein Schwankungsbereich von ± 20 lio des Nennwertes der Betriebsspannung zugelassen sein. Dieser Schwankungsbereich ist für manche Verbraucher jedoch nicht zulässig, z. B. dann nicht, wenn mit Remanenz haltende Relais oder Elektromagnete betrieben werden sollen. Diese benötigen einen innerhalb gewisser Grenzen konstanten Magnetfluß zum An- und Ab- werfen, damit durch die Summier-ung von Magnetflußabweichungen, die während der aufeinanderfolgenden Relaisbetätigungen entstehen, keine Fehlfunktionen erfolgen. Wenn nämlich ein Relais nach einmaliger Betätigung eine gewisse Remanenz in der Gegenmagnetisierungsrichtung beibehält und die zum Anwerfen des Relais benutzte Spannung zur Erreichung der Sättigung in Ansprechrichtung zu gering ist, dann steigert jeder Abwerfvorgang die, Remanenz so lange, bis das Relais schließlich durch die Gegenmagnetisierung in fehlerhafter Weise zum Anzug kommt.In general, the operating voltage of power supply devices can fluctuate widely; For example, in the case of telephone systems, a fluctuation range of ± 20 lio of the nominal value of the operating voltage can be permitted. However, this fluctuation range is not permissible for some consumers, e.g. B. not if relays or electromagnets with remanence are to be operated. These require a magnetic flux that is constant within certain limits for starting and discharging , so that no malfunctions occur due to the addition of magnetic flux deviations that arise during the successive actuation of the relay. If a relay retains a certain remanence in the opposite magnetization direction after a single actuation and the voltage used to start the relay is too low to achieve saturation in the response direction, then each dropping process increases the remanence until the relay finally in comes to the suit incorrectly.

Ein konstanter Magnetfluß ist durch Konstanthaltung der Betriebsspannung und der Impulsdauer zu erreichen. Der Aufwand dafür ist erheblich.A constant magnetic flux is achieved by keeping the operating voltage constant and the pulse duration. The effort for this is considerable.

Die Erfindung beschreitet einen anderen Weg. Sie kommt ohne die üblichen geregelten Spannungskonstanthalter aus und gestattet den Ausgleich beliebiger Schwankungen der Impulsamplitude durch eiltgegengesetzt gerichtete Änderungen der Dauer der Impulse, die auf die Relais oder die Elektromagnete einwirken, mittels eines monostabilen Multivibrators. An sich sind monostabile Kippschaltungen mit zwei Transistoren bekannt. So ist z. B. eine derartige Schaltung in der deutschen Auslegeschrift 1080 142 beschrieben; diese hat jedoch eine andere Aufgabe, nämlich die Kippschaltung vor dem Kippen durch Betriebsspannungssch-t,vankunge,n oder Störspannungen zu schützen, und zeigt auch nicht eine Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, einen monostabilen Multivibrator zur Erzeugung von Impulsen mit von Betriebsspannungsabweichungen unabhängiger Spannungszeitfläche zu schaffen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß lediglich die im Kollektorkreis desjenigen Transistors, der kollektorseitig mit dem die Impulslänge bestimmenden Kondensator verbunden ist, abgegriffene Ladespannung für den Energiespeicher mittels Schaltmitteln konstant gehalten wird und wesentlich kleiner, vorzugsweise zehnmal kleiner als die Betriebsspannung gewählt ist.The invention takes a different approach. It manages without the usual regulated voltage stabilizers and allows any fluctuations in the pulse amplitude to be compensated for by changes in the duration of the pulses that act on the relays or the electromagnets in the opposite direction by means of a monostable multivibrator. Monostable multivibrator circuits with two transistors are known per se. So is z. B. such a circuit is described in German Auslegeschrift 1080 142; However, this has a different task, namely to protect the flip-flop circuit from flipping due to operating voltage switch, fluctuations, n or interference voltages, and also does not show a solution according to the present invention. The object of the invention is therefore to create a monostable multivibrator for generating pulses with a voltage-time area that is independent of operating voltage deviations. According to the invention, this is achieved in that only the charging voltage for the energy store tapped in the collector circuit of that transistor, which is connected on the collector side to the capacitor determining the pulse length, is kept constant by means of switching means and is selected to be significantly lower, preferably ten times lower than the operating voltage.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben, von denen F i g. 1 einen Schaltplan für eine Einrichtung gemäß der Erfindung, F i g. 2 einen Teilschaltplan zur näheren Erläuterung der Funktion und F i g. 3 ein Spannungsdiagranirn zeigt.In the following an embodiment of the invention is described with reference to the drawings, of which F i g. 1 shows a circuit diagram for a device according to the invention, FIG. 2 shows a partial circuit diagram for a more detailed explanation of the function and FIG. 3 shows a voltage diagram.

Die Schaltun-Sanordnung nach der Erfindung zeigt im wesentlichen eine aus zwei Transistoren Trl und Tr2 vom PNP-Leitfähigkeitstyp zusammengesetzte monostabile Kippschaltung; die beiden Transistoren Trl und Tr2 sind durch Kondensatoren Cll und C21 und den zum Kondensator C21 parallelgeschalteten Widerstand R24 miteinander gekoppelt. Ferner sind Ladewiderstände R 11 und R 21 für die Kondensatoren Cll und C21 an die Kollektorelektroden und Basiswiderstände R12 und R22 an die Basiselektroden der Transistoren angeschlossen.The circuit arrangement according to the invention essentially shows a monostable multivibrator composed of two transistors Trl and Tr2 of the PNP conductivity type; the two transistors Trl and Tr2 are coupled to one another by capacitors Cll and C21 and the resistor R24 connected in parallel with the capacitor C21. Furthermore, charging resistors R 11 and R 21 for the capacitors Cll and C21 are connected to the collector electrodes and base resistors R12 and R22 are connected to the base electrodes of the transistors.

Im Ruhezustand ist der Kondensator Cll durch eine später noch näher zu erläuternde Spannung aufgeladen. Es fließt daher ein Basisstrom durch den Transistor Tr2, von - U über den einstellbaren Widerstand R22 zur Erde am Emitter. Der Transistor Tr2 befindet sich daher im Sättigungszustand, und das Potential an seiner Kollektorelektrode kommt nahezu Erdpotential gleich.In the idle state, the capacitor C1 is charged by a voltage to be explained in more detail later. A base current therefore flows through the transistor Tr2, from - U via the adjustable resistor R22 to earth at the emitter. The transistor Tr2 is therefore in the saturation state, and the potential at its collector electrode is almost equal to the earth potential.

Die Basiselektrode des Transistors Trl liegt an einem durch den aus den Widerständen R 12 und R24 gebildeten Spannungsteiler bestimmten Potential; an dem Spannungsteiler liegen die Spannungsquelle B mit der Spannung U und das Kollektorpotential des Transistors Tr2 an. Das Basispotential am Transistor Trl ist daher positiv, und der Transistor Trl befindet sich im sperrenden Schaltzustand.The base electrode of the transistor Trl is connected to a potential determined by the voltage divider formed by the resistors R 12 and R24; the voltage source B with the voltage U and the collector potential of the transistor Tr2 are applied to the voltage divider. The base potential at the transistor Trl is therefore positive, and the transistor Trl is in the blocking switching state.

Gewöhnlich liegt an der Kollektorelektrode des Transistors Trl das Potential -U an. Gemäß der Erfindung ist eine Diode mit vorbestimmter Durchbruchspannung (Zenerdiode) Dz an die Kollektorelektrode gegen Erde geschaltet, so daß das Kollektorpotential -Uz der Durchbruchspannung Uz gleichkommt.Usually, at the collector electrode of the transistor Trl of the potential -U. According to the invention, a diode with a predetermined breakdown voltage (Zener diode) Dz is connected to the collector electrode against earth, so that the collector potential -Uz is equal to the breakdown voltage Uz.

Da an der Basiselektrode des Transistors Tr2 nahezu Erdpotential anliegt, wird der Kondensator C 11 durch die Spannung Uz in dem Sinn aufgeladen, daß an der mit der Kollektorelektrode, des Transistors Trl anliegenden Belegung negative und an der mit der Basiselektrode des Transistors Tr2 anliegenden Belegung, die an nahezu Erdpotential anliegt, positive Ladung auftritt und am Kondensator die Ladespannung Uz anliegt.Since there is almost earth potential at the base electrode of the transistor Tr2, the capacitor C 11 is charged by the voltage Uz in the sense that the occupancy with the collector electrode of the transistor Trl is negative and the occupancy with the base electrode of the transistor Tr2 is negative. which is applied to almost earth potential, positive charge occurs and the charging voltage Uz is applied to the capacitor.

Dieser Schaltzustand der Kippschaltung ist stabil. An der mit der Kollektorelektrode des Transistors Tr 2 angeschlossenen Ausgangsklemme S liegt nahezu Erdpotential an. Auch an der Eingangsklemme E liegt nahezu Erdpotential an. Der schwache durch den Widerstand R13 fließende Strom bewirkt, daß sich die Diode Dl im leitenden Schaltzustand befindet. Der Kondensator C 1 ist daher nicht geladen.This switching state of the flip-flop is stable. The output terminal S connected to the collector electrode of the transistor Tr 2 is almost at ground potential. There is almost earth potential at input terminal E. The weak current flowing through the resistor R13 causes the diode Dl to be in the conductive switching state. The capacitor C 1 is therefore not charged.

Wenn ein Ausgangsimpuls an der Klemme S auftreten soll, dann wird der Eingangsklemme E ein Impuls negativen Potentials in der Höhe von ue Volt zugeführt. In dem Basis-Emitter-Stromkreis des Transistors Trl tritt für kurze Zeit ein Stromfluß über den Widerstand R 13 zum Kondensator C 1 auf, dessen mit der Diode D 1 verbundene Belegung positive Ladung erhält, so daß die Diode D 1 in den sperrenden Schaltzustand versetzt wird. Der Transistor Trl wird leitend, und an seiner Kollektorelektrode tritt nahezu Erdpotential auf.If an output pulse is to occur at the terminal S , then the input terminal E is supplied with a pulse of negative potential in the amount of ue volts. In the base-emitter circuit of the transistor Trl, a current flow occurs for a short time via the resistor R 13 to the capacitor C 1 , whose assignment connected to the diode D 1 receives a positive charge, so that the diode D 1 is switched to the blocking switching state will. The transistor Trl becomes conductive and almost earth potential occurs at its collector electrode.

Von diesem Zeitpunkt an beginnt die Entladung des Kondensators C 11 über den Widerstand R 22 zur Potentialquelle B mit dem Potential - U, wobei der Transistor Tr2 infolge des Auftretens eines positiven Potentials + Uz an seiner Basiselektrode gesperrt wird.From this point in time, the capacitor C 11 begins to discharge via the resistor R 22 to the potential source B with the potential - U, the transistor Tr2 being blocked as a result of the occurrence of a positive potential + Uz at its base electrode.

Durch die Sperrung des Transistors Tr2 wird das neaative Potential an der Basiselektrode des Transistors Trl in dem Stromweg über - U, Widerstände R 21, R 24, R 12, #- U aufrechterhalten. Die Werte der Schaltelemente in diesem Stromweg sind so bemessen, daß der im Basisstromkreis des Transistors Trl fließende Strom diesen in den Sättigungszustand versetzt. Durch den Kondensator C21 wird dieser Schaltvorgang beschleunigt, weil derKondensatorC21 für denWiderstand R24 einen Kurzschluß darstellt, solange er nicht geladen ist; dadurch wird der übergang des Transistors Trl in den Sättigungszustand unterstützt.By blocking the transistor Tr2, the negative potential at the base electrode of the transistor Trl is maintained in the current path via - U, resistors R 21, R 24, R 12, # - U. The values of the switching elements in this current path are dimensioned in such a way that the current flowing in the base circuit of the transistor Trl puts it into the saturation state. This switching process is accelerated by the capacitor C21 , because the capacitor C21 represents a short circuit for the resistor R24 as long as it is not charged; this supports the transition of the transistor Trl into the saturation state.

Die monostabile Kippschaltung ist dadurch gekippt. An der Ausgangsklemme S liegt ein Potential an von nahezu - U Volt. Dieser Zustand bleibt so lange bestehen, wie die Entladung des Kondensators Cll eine gewisse Grenze nicht unterschritten hat.The monostable multivibrator is thereby tilted. At the output terminal S there is a potential of almost - U volts. This state remains as long as the discharge of the capacitor C1 has not fallen below a certain limit.

Zur Vereinfachung der Beschreibung der Schaltvorgänge sei angenommen, daß der Kondensator C 11 unter dem Einfluß des Potentials - Uz an der Kollektorelektrode des Transistors Trl in dem Schaltzustand, in dem Erdpotential an der Basiselektrode des Transistors Tr2 anliegt, an der mit der Kollektorelektrode des Transistors Trl verbundenen Belegung negative Ladung und an der anderen die entsprechende positive Ladung unter dem Einfluß der Ladespannung Uz angenommen hat.To simplify the description of the switching operations, it is assumed that the capacitor C 11 is under the influence of the potential - Uz at the collector electrode of the transistor Trl in the switching state in which the ground potential is applied to the base electrode of the transistor Tr2, to which the collector electrode of the transistor Trl associated occupancy has assumed negative charge and the other has assumed the corresponding positive charge under the influence of the charging voltage Uz.

Der Kondensator C 11 befindet sich in diesem Ladungszustand, wenn die Kippschaltung gekippt wird, doch liegt die Kollektorelektrode des Transistors Trl an Erdpotential.The capacitor C 11 is in this state of charge when the flip-flop is flipped, but the collector electrode of the transistor Trl is at ground potential.

Nun entlädt sich der auf die Ladespannung Uz aufgeladene Kondensator Cll in Reihenschaltung mit der Speisebatterie B, die das Potential - U liefert, wie in F i g. 2 gezeigt ist. Dieser Schaltvorgang kann durch Aufladung eines ungeladenen Kondensators auf eine Spannung von (U+ Uz) Volt angenähert werden. Ein Ergebnis besteht darin, daß dem Kondensator C 11 eine Spannung von U Volt aufgedrückt wird, wenn er bereits auf die Spannung Uz aufgeladen ist, unabhängig von der Sperrspannung. Wenn sich jedoch die Ladung des Kondensators dem Wert Null nähert, dann sind die beiden Elektroden mit Erde verbunden, und der Transistor Tr2 wird leitend, der Schaltvorgang wird unterbrochen, indem die monostabile Kippschaltung gekippt wird.The capacitor C1, which has been charged to the charging voltage Uz, is now discharged in series with the supply battery B, which supplies the potential - U , as in FIG. 2 is shown. This switching process can be approximated by charging an uncharged capacitor to a voltage of (U + Uz) volts. One result is that the capacitor C 11 is impressed with a voltage of U volts when it is already charged to the voltage Uz, regardless of the reverse voltage. However, when the charge on the capacitor approaches zero, the two electrodes are connected to earth and the transistor Tr2 becomes conductive, the switching process is interrupted in that the monostable multivibrator is toggled.

Tatsächlich beginnt ein Strom im Kollektorstromkreis zu fließen, sobald der Transistor Tr2 leitend wird. Die Folge ist eine unmittelbar darauf erfolgende Verringerung der Intensität des Basisstromes des Transistors Trl, wodurch auch der Kollektorstrom abnimmt. Das Potential an der Kollektorelektrode sinkt ab, wogegen das Potential an der Basiselektrode den Wert Null beibehält und sich der auf die Spannung Uz aufgeladene Kondensator C 11 über den Basis-Emitter-Stromkreis des Transistors Tr2 entlädt. Schließlich gelangt der Transistor Tr2 in einer sehr kurzen Zeitspanne in den Sättigungszustand, und der Transistor Tr 1 wird gesperrt. Die monostabile Kippschaltung ist in den Ruhezustand zurückgekippt, der Ausgangsimpuls ist beendet.In fact, a current begins to flow in the collector circuit as soon as the transistor Tr2 becomes conductive. The result is an immediately following reduction in the intensity of the base current of the transistor Trl, as a result of which the collector current also decreases. The potential at the collector electrode drops, whereas the potential at the base electrode retains the value zero and the capacitor C 11 charged to the voltage Uz is discharged via the base-emitter circuit of the transistor Tr2. Finally, the transistor Tr2 becomes saturated in a very short period of time, and the transistor Tr 1 is blocked. The monostable multivibrator has flipped back into the idle state, the output pulse has ended.

Dieser Schaltvorgang ist in dem Diagramm nach F i g. 3 dargestellt. Die Kurve E zeigt den zeitlichen Verlauf des Eingangsimpulses mit der Amplitude -ue. Die Kippschaltung geht in den anderen Schaltzustand über, und das Ausgangspotential S geht von dem Wert - U im Ruhezustand auf den Wert Null über.This switching process is shown in the diagram according to FIG. 3 shown. Curve E shows the time course of the input pulse with the amplitude -ue. The flip-flop switches to the other switching state, and the output potential S changes from the value - U in the idle state to the value zero.

Die Kurven UC11 stellen den zeitlichen Verlauf der Klemmenspannung am Kondensator C 11 dar, wenn die Betriebsspannung die Werte U, U -A u und U +A it aufweist. In dem Zeitpunkt, in dem die Kippung der Kippschaltung einsetzt, ist der Kondensator CU auf die Spannung Uz aufgeladen. Zu dieser Spannung kommt die Spannung U ± A u der Betriebsspannungsquelle hinzu. Die in F i g. 3 dargestellten drei Spannungskurven lassen erkennen, daß der Nulldurchgang der drei Kurven um so eher erfolgt, je höher der Absolutwert der Betriebsspannung ist. Der Nulldurchgang bewirkt den Beginn des Kippvorganges, wie eben bereits beschrieben, und der Kondensator Cll lädt sich dann wieder auf die Spannung Uz auf. Der Spannungsverlauf bei der Ladung des Kondensators ist in F i g. 3 nur für den Nennwert U der Betriebsspannung eingezeichnet, um den Kurvenverlauf nicht zu undeutlich zu machen.The curves UC11 represent the time profile of the terminal voltage at the capacitor C 11 when the operating voltage has the values U, U -A u and U + A it. At the point in time at which the flip-flop circuit begins, the capacitor CU is charged to the voltage Uz. The voltage U ± A u of the operating voltage source is added to this voltage. The in F i g. The three voltage curves shown in FIG. 3 show that the zero crossing of the three curves occurs sooner, the higher the absolute value of the operating voltage. The zero crossing causes the tilting process to begin, as just described, and the capacitor C1 then charges up again to the voltage Uz. The voltage curve when the capacitor is charged is shown in FIG. 3 is only drawn in for the nominal value U of the operating voltage, in order not to obscure the course of the curve.

Die Ladespannung u eines Kondensators von der Kapazität C, der über einen Widerstand R in Reihe aus einer Spannungsquelle von der Spannung U+ Uz geladen wird, hat nach der Zeit t vom Ladungsbeginn an den Wert erreicht. Die Zeitdauer T, nach der diese Spannung u den Wert Uz erreicht hat, ergibt sich daher aus der Beziehung woraus sich T zu ergibt. Wenn die Zenerdiode Dz entsprechend passend gewählt wird, so daß ist, dann braucht für eine genügend genaue Bestimmung von T nur das erste Glied der Reihe berücksichtigt zu werden; der dadurch entstehende Fehler ist kleiner als 5 %. Es ergibt sich, daß ist. Daraus ist zu ersehen, daß die Dauer T des Impulses verkehrt proportional zur Höhe der Betriebsspannung U, aber direkt proportional zum Wert des Widerstandes R ist.The charging voltage u of a capacitor with the capacitance C, which is charged in series from a voltage source with the voltage U + Uz via a resistor R, has the value after the time t from the start of charging achieved. The time period T after which this voltage u has reached the value Uz is therefore obtained from the relationship from which T becomes results. If the Zener diode Dz is appropriately chosen so that then only the first term of the series needs to be taken into account for a sufficiently precise determination of T; the resulting error is less than 5 %. It turns out that is. From this it can be seen that the duration T of the pulse is inversely proportional to the level of the operating voltage U, but directly proportional to the value of the resistor R.

Dieser entspricht dem Widerstand R 22 in der Kippschaltung, der zur Anpassung als einstellbarer Widerstand ausgebildet ist.This corresponds to the resistor R 22 in the flip-flop circuit, which is used for Adaptation is designed as an adjustable resistor.

Claims

Claims: 1. Monostable multivibrator circuit for generating pulses with voltage time area independent of operating voltage deviations, characterized in that only the transistor (Trl) in the collector circuit, which is connected on the collector side to the capacitor (C 11) determining the pulse length, tapped charging voltage for the energy store is kept constant by means of switching means (Dz) and is selected to be significantly smaller, preferably ten times smaller (AF < 5 %) than the operating voltage (- U) .

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the switching means are formed by a Zener diode. Documents considered: German Auslegeschrift No. 1080 142.