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Monostabiler Multivibrator zur Erzeugung von Impulsen einstellbarer
Bauer Die erfindung betrifft einen monostabilen Multivibrator zur Erzeugung von
Impulsen einstellbarer Dauer, der insbesondere zur Impuleformung und Auslösung von
Schalt- und Steuervorgängen in datenverarbeitende Maschinen verwendbar. ist. Die
hohe Arbeitsgeschwindigkeit derartiger Maschinen erfordert Impulsgeneratoren, die
den speziellen Bedingungen der Datenverarbeitung entsprechen. Insbesondere sind
monostabile Multivibratoren geeignet, bei denen: - die Dauer der abgegebenen Impulse
unabhängig von der Dauer der Aunsteuerimpulse mindestens im Verhältnis 1:50 regelbar
ist, wobei die kleinste einstellbare Impulsdauer 2Os betragen sollte; - FehZsteuerungen,
insbesondere Impulsverkurzungen durch ausgangs- oder eingangsseitig auftretende
Störimpulse beliebiger Polarität vermieden werden; - die Umsteuerung durch beliebig
geformte Impuls spannungen möglich ist;
- zur logischen Auswertung
des Schaltverhaltens zwei unabhängige Ausgänge zur Abnahme komplementärer Impulse
vorgesehen sind; - der schaltungsmä13ige Aufwand bei sparsamster Verwendung aktiver
Bauelemente vertretbar ist.
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Diese Forderungen sind in ihrer Gesamtheit mit bekannten Schaltungen
monostabiler Multivibratoren nicht zu erfüllen.
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Es ist bekannt, den Einfluß von Störimpulsen, insbesondere die unbeabsichtigte
Umsteuerung der Kippschaltung, durch ein als T-Glied ausgestaltetes RC-Zeitglied
zu vermeiden, wobei der zeitbestimmende Kondensator im Querzweig angeordnet ist
(BRD-P 1 188 128).
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Es ist ebenfalls bekannt, zur Entstörung die Transistorkollektoren
über einen Kondensator zu verbinden, wobei die auftretende Verkürzung des Rückstellimpulses
durch Anordnung einer zusätzlichen Doppelbasisdiode ausgeglichen wird (BRD-P 1 231
752).
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Es ist auch bekannt, die Mltkopplungswege zwischen den Transistoren
als Kondensator-Diodenreihenschaltung aussuführen, wobei jeder Diode oder Kondensator
ein Entladewiderstand parallelgeschaltet ist0(BRD-F 1 252 241) Nachteilig ist, daß
die bekannten Schaltungen nur eine teilweise Störsicherheit gewährleisten und eine
Einstellbarkeit der Impuls dauer oder getrennte Ausgänge nicht vorgesehen sind.
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Es ist ein Multivibrator mit einstellbarer Impulsdauer bekannt, bei
dem der zeitbestimmende Kondensator zwischen den Kollektor eines ersten und der
Basis eines dritten Transistors liegt und die Impulsdauer durch Veränderung eines
zwischen der Betriebsspannung und dem Bezugspotential
liegenden
Potentiometers bestimmbar ist (BRD-AS 1 127 943).
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Nachteilig ist die schaltungsbedingte große Erholseit.
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Es ist bekannt, zur Verkürzung der Erholseit den zeitbestimmenden
Kondensator mit parallelgeschalteter Z-Diode derart zwischen die Basis des Eingangstransistors
und einem Eingangsgatter zu schalten, daß das Eingangsgatter über einen festen Widerstand
und die Basis des Eingangstransistors über einen regelbaren Widerstand an der Betriebsspannung
liegen (BRD-P 1 220 889).
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Es ist auch eine Schaltung mit einstellbarer Impulsdauer und kurzer
Erholzeit mit erheblichem Schaltungsaufwand bekannt (BRD-P 1 255 712). Nachteilig
ist, daß bei diesen bekannten Schaltungen kein Störspannungsschutz und keine getrennten
Ausgänge vorgesehen sind.
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Es ist eine monostabile Kippschaltung bekannt, die die Erzeugung komplementärer
Impulse mit einstellbarer Dauer gestattet, indem von Emitter und Kollektor eines
Eingangstransistors zwei getrennte Kanäle zur Abnahme komplementärer Impulse vorgesehen
sind. Die Dauer der Impulse ist durch ein im zweiten Kanal angeordnetes regelbares
RC-Glied sowie durch eine zwischen beide Kanäle geschaltete steuerbare Transistoranordnung
einstellbar, wobei sowohl kürzerer und auch langere Impulse als der Ansteuerimpuls
erzeugt werden können (BRD-P 1 142 632). Nachteilig ist der erhebliche Bauelementeaufwand,
der komplizierte Aufbau und die relativ geringe Störsicherheit der Schaltung.
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Zweck der Erfindung ist ein in der Datenverarbeitung universell einsetzbarer
Impulsgenerator, der die geschilderten IJachteile vermeidet und eine rationelle
Fertigung ermöglicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung
eines mit vertretbarem Aufwand ausgeführten monostabilen l.lultivibrators anzugeben,
der die Erfordernisse datenverarbeitender Maschinen komplex erfüllt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der eingangsseitig
angeordnete zeltbestimmende Kondensator über eine aus drei Dioden bestehende Ringschaltung
mit der Basis des ersten Transistors und dem einstellbaren an der Betriebsspannung
liegenden Widerstand verbunden ist, der Eingang weiterhin über einen Widerstand
an der Betriebs spannung und über eine Diode an Kollektor des zweiten Transistors
liegt, der über einen I.litkopplungswiderstand mit der Basis des ersten Transistors
verbunden ist. In vorteilhafter husgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ist der
Kollektor des ersten Transistors, dessen Kollektor-Basisstrecke mit einem Kondensator
überbrückt ist, über eine Diode und einen Widerstand an die Betriebs spannung und
über zwei entgegengesetzt gepolte Dioden an die Basis des zweiten Transistors geschaltet.
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Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: das Prinzipschaltbild des erfindungsgemäß
ausgestalteten monostabilen Uultivibrators; Fig. 2: ein Beispiel des zeitlichen
Verlaufes der komplementären Ausgangsimpulse in Abhängigkeit von Ansteuerimpulsen,
wobei die Impulsdauer des Ansteuerimpulses kleiner als die Haltezeit des Ausgangsimpulses
ist; Fig. 3: ein zweites Beispiel des zeitlichen Verlaufes der komplementären Ausgangsimpulse
in Abhängigkeit von Ansteuerimpulsen, wobei die Impulsdauer des Ansteuerimpulses
größer als die Haltezeit des Ausgangsinpulses ist.
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Ein mono stabiler Multivibrator ist bekanntlich eine mitgekoppelte
Schaltung, die durch ein Eingangsimpuis vom stabilen in den instabilen Zustand kippt
und einen Ausgangsimpuls abgibt, dessen Dauer im wesentlichen abhängig von
der
RC-Zeitkonstante der Schaltung ist. Die Schaltung kippt selbsttätig in den stabilen
Ausgangszustand zurück und ist nach einer schaltungsabhängigen Erholzeit erneut
ansteuerbar.
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In Fig. 1 ist das Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäß ausgeführten
monostabilen Multivibrators mit den npn-Transistoren T1; T2 dargestellt. Ein gegenüber
der Betriebsspannung +U negativer Ansteuerimpuls e liegt über einer Diode Dl am
zeitbestimmten Kondensator C1.
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Der Verzweigungspunkt 2 ist über einen Widerstand R2 an die Betriebsspannung
+U und über eine Diode D2 an den Ausgang 9 geschaltet. Der Kondensator Cl ist über
die Dioden-Ringsohaltung K und dem einstellbaren Widerstand Rl mit der Betriebsspannung
+U verbunden, wobei der Verzweigungspunkt 5 der Dioden D4; D3 mit der Basis des
Dransistors Tl und über den Mitkopplungswiderstand R5 mit dem Kollektor des Transistors
T2 verbunden ist.
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Die Basis-Kollektorstreoke des Transistors Tl ist mit einem Entstörkondensator
C2 überbrückt. Die beiden Ausgänge 9 und 10 zur Abnahme der komplementären Ausgangsimpulse
a und a sind an die Kollektoren der Transistoren Tl; T2 angeschlossen. Zur Entkopplung
der beiden Ausgänge 9; 10 sowie zur VergröBerung des Störabstandes sind zwischen
dem Kollektor des Transistors T1 und der Basis des Transistors T2 die Dioden-Widerstandskombination
D6, R4; D7, D8 vorgesehen.
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Befindet sich der Transistor T1 im gesperrten Zustand, liegt die Basis
des Transistors T2 über die Dioden D8; D7 und dem Widerstand R4 an der Betriebsspannung
+U und über dem Widerstand R6 an der Betriebsspannung -U.
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Dadurch ist gewährleistet, da13 unabhängig vom jeweiligen Schaltzustand
des Transistors T1 die Basis des Transistors T2 positiv vorgespannt, über die Dioden
D7; D8 ein Strom fließt und der leitende Zustand erhalten bleibt. Die maximale Schalt
geschwindigkeit des Transistors T2 wird somit nicht beeinträchtigt. Der
beschriebene
monostabile Multivibrator ist bei entsprechender Umpolung der Dioden ebenfalls mit
pnp-Transistoren ausführbar.
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Die Funktion des erfindungsgemäß ausgeführten monostabilen Multivibrators
soll an dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
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Die Betriebsspannung +U, beispielsweise +6V, liegt zwischen dem Anschlußpunkt
7 und dem Bezugspotential 0; die Betriebsspannung -U, beispielsweise -3V, zwischen
dem Bezugspotential 0 und dem Anschlußpunkt 8.
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Ohne anliegenden Ansteuerimpuls e befindet sich die Schaltung im stabilen
Ruhesustand. Uber den einstellbaren Widerstand Rl und die leitenden Dioden D5; D3
ist die Basis des Transistors T1 positiv vorgespannt und T1 stromleitend. Der Transistor
T2 ist dagegen gesperrt. Der zeitbestimmende Kondensator C1 ist in diesem Beispiel
auf annähernd 4,6 V aufgeladen, da der Verzweigungspunkt 2 über R2 auf dem Potential
von +6V, der Verßweigungspunkt 4 über die Dioden D3 und die Basis-Emitterstrecke
des Transistors Tl auf einem Potential von annähernd 1,4 V liegt.
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Gelangt ein Ansteuerimpuls e mit einer Amplitude von beispielsweise
-3V an den Eingang 1, wird die anodenseitig über den Widerstand R2 auf +6V vorgespannte
Diode D1 leitend und der gegenüber der Betriebsspannung +U negative Spannungs sprung
des Ansteuerimpulses vermindert über Cl das Spannungspotential des Verzweigungspunkts
4 um 3V.
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Die Diode D3 sperrt und über die leitenden Dioden D5; D4 wird die
Basis-Emitterspannung des Transistors T1 negativ und TI gesperrt. Die Kollektorspannung
steigt sprungartig an und die Diode D6 sperrt ebenfalls. Uber den " erstand R4 und
die Dioden D7; D8 wird die Basis spannt g des Transistors T2 positiv und T2 leitend.
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Dieser Zustand bleibt solange erhalten, bis der seltbestimmende Kondensator
über D5 und Ri aufgeladen, ein Potential erreicht, bei dem die Diode D3 leitend,
die Basis-Emitterspannung des Transistors T1 wieder positiv und T1 in den stabilen
Ruhezustand zurückkehrt. Der Kippvorgang wird in bekannter Weise durch die Mitkopplung
über den Widerstand R5 beschleunigt.
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Die zwischen dem Verzweigungspunkt 2 und dem Ausgang 9 angeordnete
Diode D2 ist erforderlich, wenn nach Fig. 2 der Ansteuerimpuls ei kürzer als die
Haltezeit tH ist.
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Über D2 wird dann das Spannungspotential des Verzweigungspunktes 2
während der Haltezeit tH auf 0 V gehalten.
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Die Zeitkonstante des RC-Gliedes R19 C1 bestimmt die Haltezeit tH
des Multivibrators. Bei einer beispielsweisen Bemessung des zeitbestimmenden Kondensators
C1 mit 15 nF und des einstellbaren Widerstandes R1 mit 100 K-Ohn ist eine Haltezeit
tH von 20 µs bis ims einstellbar. Bei einer Vergrößerung des zeitbestimmenden Kondensators
C1 auf 1500 nF kann eine Impulsdauer von maximal 200 ms erreicht werden. Dieser
Variationsbereich ist für die meisten Anwendungsfälle ausreichend.
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Aus den in Fig. 2 und 3 dargestellten Zeitdiagrammen ist zu erkennen,
daß die Haltezeit tH des erfindungsgemäßen Multivibrators weitgehend unabhängig
von der Dauer Tau des Ansteierimpulses Ist. In Fig. 2 und 3 sind beispielsweise
ein Ansteuerimpuls ei mit einem großen Impulsverhältnis Y==T/Tau und einer Impulsdauer
Tau kleiner als die Haltezeit tII, sowie ein Ansteuerimpuls e2 mit einem kleineren
Impulsverhältnis V und einer Impulsdauer Tau größer als die Haltzeit tH dargestellt.
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Diese beiden extremen Beispiele zeigen, daß die Halteseit tH unbeeinflu3t
bleibt. Die Erholungszeit tE der Schaltung ist kleiner als i0 der Haltezeit tII
und im
wesentlichen abhängig von der Größe des Widerstandes R2 wobei
der einstellbare Widerstand R1 stets wesentlich größer als R2 sein muß.
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In Fig. 2 ist ein Störimpuls Stö eingezeichnet, der während der Erholzeit
tE auftrltt. Negative Störimpulse bis zu einer maximalen Amplitude von IV bleiben
im allgemeinen unwirksam. Störimpulse, deren Amplitude 1w4 V, die der Flußspannung
der Dioden D5; D4 entspricht, über schreitet, bleiben ebenfalls unwirksam, wenn
die Störimpulsdauer kleiner als 5F s ist. Dieser zweifache Störschutz wird durch
die Sperrwirkung der Dioden D5; D4 in Verbindung mit dem Kondensator C2 erzielt,
der in der Größenordnung von 100 bis 500 pF über die Basis-Emitterstrecke des Transistors
T1 geschaltet ist. Eine Sicherheit gegenüber Störspannungen, die bis zu 30% der
Nutzspannung betragen, ist gegeben. Die Auswirkungen von Störspannungen, die über
die Stromversorgung eindringen, wird durch den Einfluß der Zeitkonstante des RC-Gliedes
verhindert.
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Eingangsseitig auftretende positive Störspannungsspitzen bleiben durch
die Sperwirkung der Diode D1 unwirksam.
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Der monostabile Multivibrator ist vorteilhafterweise mit Rechteck-
und mit von der Rechteckform abweichenden Impulsen ansteuerbar, sofern die Abfallzeit
der Vorderflanke kleiner als 30% der Haltezeit tH ist.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß insbesondere bei logischer Auswertung
der Ausgangsimpulse a;a beide Ausgänge 9;10 unabhängig von der Dauer des Ansteuerimpulses
e getrennt ausnutzbar sind.