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"Astabiler Multivibrator-Taktgeber mit Transistoren'1 Die Erfindung
betrifft einen- astabilen Multivibrator-Taktgeber mit Transistoren zum Steuern der
Ein- und Auss-chaltzeitdauer von Stromkreisen mit einem großen Taktverhältnis, bei
dem der Ausgang zwischen den Kollektoranschlüssen zweier Transistoren liegt, denen
je ein RC-Glied zugeordnet ist und deren Basispotential von der Spannung des Kondensators
des zugeordneten RC-Gliedes abhängt.
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Ein -solcher Multivibrator-Taktgeber ist als ein spezifischer Typ
von Schaltungsanordnungen anzusehen, die in der Steuer- und Tmpulstechnik als Generatoren
für Erzeugung rechteckförmiger Ausgangssignale benötigt und eingesetzt werden, von
denen der astabile Nultivibrator eine mögliche
Schaltungsanordnung
darstellt mit der Eigenschaft, daß zwei Verstärkerelemente kapazitiv in der Weise
miteinander rückgekoppelt sind, daß im schsingendem Zustand abwechselnd eines der
beiden Verstärkerelemente ganz durchgeschaltet und das andere ganz gesperrt ist.
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Bekannte astabile Hultivibratoren mit Transistoren als Verstärkerelemente
sind nicht zum Zweck des Steuerns der Ein- und Ausschaltzeitdauer von Stromkreisen,
noch dazu mit einem großen Taktverhältnis, eingerichtet, sondern lediglich zur Abgabe
rechteckförmiger Steuerimpulssignale geringer Leistung. Bei diesen astabilen Nultivibratoren
ist das Verhältnis der impulsfreien Zeitdauer und der Impulszeitdauer ('raktverhältnis)
im allgemeinen durch die Verwendung von Widerständen und Kondensatoren unveränderlicher
Größe festgelegt. Mit Widerständen und Kondensatoren entsprechender Größe kann zwar
ein Taktverhältnis bis zu etwa 100 erzielt werden, eine weitere Erhöhung setzt jedoch
höherohmige Widerstande voraus, mit denen bei den bekannten Schaltungsanordnungen
die Stromverstär0ciMig der Transistoren zu gering und daher das Kippverhalten des
Multivibrators beeinträchtigt ist Bei einer Nultivibratorschaltung nach der Erfindung
sind einer Erhöhung des Taktverhältnisses bis zu extrem großen Werten diese Grenzen
nicht gesetzt. Außerdem ist eine solche Schaltung geeignet zum Steuern der Ein-
und Ausschaltzeitdauer eines Stromkreises nach einem jeweils vorgegebenen Taktverhältnis
im Rhythmus der Kippfrequenz.
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Die Multivibrator-Taktgeberschaltung nach der Erfindung besteht darin,
daß in den Steuerstromkreisen der Verstärkerelementtransistoren der Kondensator
des in Parallelschaltung zugeordneten RC-Gliedes und die Emitter-Basis I-Schaltstrecke
je eines über Basiswiderstände an der Gleichspannung des Multivibrator-Taktgebers
angeschlossenen UJ-Transistors in Reihe geschaltet sind und die Taktgeber-Transistoren
gegenseitig zwischen Kollektor und Basis über Koppelwiderstände miteinander verbunden
sind.
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Nach einer Ausgestaltung der Multivibrator-Taktgeberschaltung sind
die Kondensatoren der verwendeten RC-Glieder als Stufentondensatoren und die Widerstände
der RC-Glieder verstellbar ausgeführt, so daß das Taktverhältnis in einem großen
Bereich stufenlcs verändert werden kann, ohne daß Widerstände und Kondensatoren
ausgewechselt werden müssen.
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Mit einer solchen Schaltung wird der Vorteil erzielt, daß die schaltbestimmenden
Elemente der beiden RC-Glieder, welche den Verstärkerelementtransistoreii gesondert
zugeordnet sind1 unabhängig voneinander verändert werden können, eine wesentliche
Voraussetzung für das Einstellen eines großen Taktverhältnisses des Nultivibrator-Taktgebers.
Es ist ferner der Vorteil eines völlig sicheren Anschwingens des Multivibrator-Taktgebers
beim Einschalten der Betriebsgleichspannung gewährleistet.
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Um extrem große Taktverbältnisse vorgeben zu können, ist die Multivibrator-Taktgebcrschaltung
nach der Erfindung durch einen die Entladezeit des Kondensators eines der verwendeten
RC-Glieder verkürzenden zusätzlichen Transistor weiter ausgebildet, welcher einen
Nebenscbluß des Kondensators
bildet und der bei infolge der Kondensatorentladung
durchgeschaltetem Verstärkerelementtransistor niederohmig gesteuert wird.
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Entsprechend einer weiteren Ausbildung nach der Erfindung wird zur
Erzielung eines exakt rechteckförmigen Taktbetriebes des Nultivibrator-Taktgebers
und einer größeren Belastbarkeit seines Ausganges der Transistor im Nebenschluß
des Kondensators an einem Spannungsteiler niederohmig gesteuert, der mittels eines
Transistors an die Gleichspannung des Multivibrator-Taktgebers geschaltet wird,
welcher seinerseits von einem Teil der Spannung am Kollektorwiderstand des durchgeschalteten
Verstärkerelementtransistors angesteuert wird. Diesem Spannungsteiler sind zweckmäßig
der Kollektorwiderstand des an die Gleichspannung schaltenden Transistors und das
RC-Glied des jeweils gesperrten Verstärkerelementtransistors parallelgeschaltet.
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Anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele
wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt die Grundschaltung eines astabilen Multi.-vibrator-Taktgebers
gemäß der Erfindung.
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Fig. 2 zeigt die nach der Erfindung weiter ausgebildete Grundschaltung
des Nultivibrator-Taktgebers, der ein extrem großes Taktverhältnis sowie eine genau
rechteckförmige und belastbare Ausgangsspannung aufweist.
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Nach Fig. 1 enthält die Grundschaltung eines astabilen Nultivibrator-Taktgebers
gemäß der Erfindung zwei Verstärkerelementtransistoren 1 und 2 in Emitterschaltung,
die in Parallelschaltung über je einen Kollektorwiderstand 3 und 4 in bekannter
Weise an einer Gleichspannung U angeschlossen sind. Bei der gezeigten Schaltung
sind die Verstärkerelenenttransistoren 1 und 2 npn-Transistoren. Den Transistoren
1 und 2 sind je ein zeitbestimmendes RC-Glied 3, 5, 6 und 4, 7, 8 gesondert zugeordnet.
Diese RC-Glieder sind jedoch nicht zwischen dem Kollektor des einen and der Basis
des anderen Verstärkerelementtransistors wie bei bekannten astabilen Multivibratorschaltungen
geschaltet, sondern jedes RC-.
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Glied ist den Verstärkerelementtransistor, welchem es zugeordnet ist,
parallelgeschaltet. Dabei liegt der Kondensator 6 bzw. 8 jedes RC-Gliedes im Steuerstromkreis
des zugehörigen Verstärkerelementtransistors 1 bzw. 2 und ist mit einem Basiswiderstand
11 bzw. 12 und der Emitter-Basis I-Strecke eines UJ-Transistors 9 bzw. 10, der über
Basiswiderstände 13 und 14 bzw. 15 und 16 ebenfalls an die Gleichspannung U angeschlossen
ist, in Reihe geschaltet. Der Kollektor des einen ist mit der Basis des anderen
Verstärkerelementtransistors über einen Kopplungswiderstand 17 bzw. 18 verbunden
Die Kondensatoren 6 und 8 der RC-Glieder sind als Stufenkondensatoren, und zwar
ziemlich grobstufig, jedoch mit mehreren Stufen ausgeführt. Die RC-Glied-Widerstände
6 und 7 können hochohmig und entsprechend feinstufig veränderbar ausgeführt sein.
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Die Arbeitsweise des Nultivibrator-Taktgeber ist leicht zu verfolgen.
Bei durchgeschaltetem Verstärkerelementtransistor 1 ist der Verstärkerelementtransistor
2 gesperrt,und es liegt an der Basis des Transistors 1 über einen Kopplungswiderstand
17 positives Potential des Kollektors des Transistors 2, wodurch der Transistor
1 durchgeschaltet bleibt.
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Über die RC-Glied-Widerstände 4 und 7 wird währenddessen der Kondensator
8 geladen. Bei entsprechend hochohmigem Widerstand 7 und großer Kapazität des Kondensators
8 ist die Ladezeitkonstante groß. Erreicht schließlich die Spannung am Kondensator
8 die Emitterdurchschlagspannung des UJ-Transistors 10, so schaltet dieser durch,
und es entlädt sich der Kondensator 8 über den Steuerstronkreis des Verstärkerelementtransistors
2. Bei einem entsprechend niederohmigen Steuerstromkreis ist die Entladezeit kurz.
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Sobald jedoch der Verstärkerelementtransistor 2 aufgeschaltet wird,
fällt das Potential an dessen Kollektor und an der Basis des Verstärkerelementtransistors
1 schlagartig ab, wodurch der Transistor 1 gesperrt wird. Durch das dabei angehobene
Potential am Kollektor des Transistors 1 wird über den Widerstand 18 der Transistor
2 aufgeschaltet erhalten, während über die RC-Glied-Widerstände 3 und 5 der Kondensator
6 nunmehr geladen wird. Bei entsprechend kleiner Ladezeitkonstante des RC-Gliedes
3, 5, 6 erreicht die Spannung am Kondensator 6 nach kurzer Zeit die Durchbruchspannung
des UJ-Transistors 9, so daß dieser durchgeschaltet und der Kondensator 6 über den
Steuerstromkreis des Verstärkerelementtransistors 1, diesen ebenfalls durchschaltend,
entladen wird. Damit ist der angenommene Anfangszustand wider erreicht und eine
volle Taktperiode des Multivibrator-Taktgebers erfaßt. Entsprechend dem vorstehend
Beschriebenen ist nahezu während einer ganzen Taktperiode der Verstärkerelementtransistor
1 durchgeschaltet und der Verstärkerelementtransistor 2 gesperrt. Nur in einem sehr
kurzen Zeitabschnitt am Ende der Taktperiode ist der Verstärkerelementtransistor
2 durchgeschaltet und der Verstärkerelementtransistor 1 gesperrt.
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Am Kollektoranschluß A des Transistors 1 liegt nahezu während einer
ganzen Taktperiode negative Gleichspannung UA, gefolgt von einem kurzen positiven
Spannungsimpuls. Bei der Schaltung des Multivibrator-Taktgebers nach der Erfindung
ist es beispielsweise bei Verwendung von zwei Transistoren des Typs 2N1711 als Verstärkerelementtransistoren
und von UJ-Transistoren
des Typs 2N1671A möglich, den veränderbaren
Widerstand maximal mit 5 MOhm und den -veränderbaren Widerstand 5 minimal mit etwa
6 KOhm zu bemessen. Es kann ferner der Kondensator P eine maximale Kapazität von
10/uF aufweisen, der Kondensator 6 hingegen eine Nindestkapazität von 0,1 /um.
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Die Widerstände 3 und 4 haben nur einige hundert Ohm. Bei dieser Bemessung
der Schaltungselemente dauert die negative Spannung UA 50 s lang- an, während die
Gleichspannung UB am Kollektoranschluß B positiv ist. Der kurze positive Spannungsimpuls
bei A, der gleichzeitig mit einem kurzen negativen Spannungsimpuls bei B besteht,
dauert nur etwa 0,6 ms, d. h. das Taktverhältnis beträgt etwa 80.000. Die angegebene
Bemessung gilt selbstverständlich auch bei Vertauschung von sich entsprechenden
Schaltungselementen, so daß dann am Ausgang A lange Zeit positive Spannung UA liegt
und ein kurzer negativer Spannungsimpuls, ebenfalls mit einem Taktverhältnis von
80.000, folgt.
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Die bevorzugte Einsatzmöglichkeit eines Multivibrator-Taktgebers
nach der Erfindung ist jedoch nicht die Erzeugung von Spannungsimpulsen, die als
Steuersignale für informationstechnische Einri;chtungen verwendbar sind, sondern
mit bis zu großen Werten veränderbarem Taktverhältnis das Steuern der Ein- und Ausschaltzeitdauer
elektrischer Stromkreise einschließlich Starkstromkreise. Als Beispiele hierzu seien
genannt das periodische Steuern langer Stromblöcke und kurzer otrompausen und umgekehrt
das Steuern kurzer Stromimpulse und langer Strompausen wie etwa beim Taktschweißen.
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Bei derartigen Anzfendungen ist an den Ausgang A oder B des Nultivibrator-Taktgebers
nach der Erfindung der Steuerstromkreis eines den elektrischen Stromkreis ein- und
ausschaltenden Schaltelementes anzuschließen, so daß die im Steuerstromkreis benötigte
Steuerenergie der Betriebsgeleichspannung U des P1ultivibrator-Taktgebers entnommen
wird.
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Die in Fig. 1 dargestellte Schaltung eines Multivibrator-Taktgebers
nach der Erfindung kann, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, noch in der Weise ausgebildet
werden, daß noch größere Taktverhältnisse erzielt werden, und daß ferner der zeitliche
Verlauf der Ausgangsimpulse genau rechteckförmig und der Ausgang des Taktgebers
höher belastbar wird. Zur Erzielung extrem großer Taktverhältnisse ist den Kondensatoren
6 und 8 je ein zusätzlicher Transistor 19 bzw. 20 parallelgeschaltet. ueber diese
Transistoren können die beiden Kondensatoren 6 und 8, nachdem deren Entladung über
den betreffenden durchgeschalteten UJ-Transistor jeweils in Gang gekommen ist, schweller
und vollständig entladen werden, so daß die Ladezeit der beiden RC-Glieder bei gleicher
Bemessung von R und C verlängert wird und somit das Taktverhältnis erhöht werden
kann, und daß die Entladezeit der Kondensatoren kürzer ist als die vorgesehene kürzeste
Lade zeit. Die zusätzlichen Transistoren 19 und 20 werden an je einem Spannungsteiler
21 bzw. 22 gesteuert, dem ein weiterer Transistor 23 bzw. 24 Trorgeschaltet ist
und ein Kollektorwiderstand 25 bzw. 26 dieses Transistors sowie das RC-Glied des
jeweils gesperrten Verstärkerelementtransistors parallelgeschaltet sind. Die Kollektorwiderstände
3 und 4 der Verstärkerelementtransistoren 1 und 2 sind als Spannungsteiler ausgeführt,
zur Ansteuerung der Transistoren 23 und 24. Die zusätzlichen Transistoren 19 und
20 werden jeweils beim Durchschalten der Verstärkerelementtransistoren 1 und 2 aufgesteuert,
indem die an den Kollektorwiderständen 3 und 4 gesteuerten Transistoren 23 und 24
durchgeschaltet und dabei die Spannungsteiler 21 und 22 an die Gleichspannung U
geschaltet werden. Da die Kollektorwiderstände 25 und 26 niederohmig bemessen sein
können, können bei dieser weiter ausgebildeten Multivibrator-Taktgeberschaltung
höher belastbare Ausgangsi.mpulse an den Verzweigungsstellen A' oder B', die nunmehr
den Ausgang der Schaltung bilden, abgenommen werden. Ferner können, da an
der
Verzweigungsstelle, welcher der jeweils stromleitend gesteuerte Transistor 23 oder
24 vorangeschaltet ist, das positive Potential der Gleichspannung U liegt, genau
rechteckförmige Ausgangsimpulse ohne Dachschräge abgenommen werden.