DE1042641B - Astabiler Multivibrator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Im Gegensatz zu den monostabilen und bistabilen Multivibrataren, weiche einen von, außen zugeführten Ausiöseimpuls benötigen, ist der astabile Multivibrator so stark rückgekoppelt, daß er selbsttätig und kontinuierlich von einem Zustand in den andreren übergefüljrt wird. Während bei den. mpnostabilen und bistabilen Multivihratorerj, ein bzw. zwei Ruhezustände vorhanden sind, ist ein. solcher beim astabi'len Multivibrator nicht vorhanden, und er erzeugt kon^ tinuieriiche Impulse, deren. Frequen-ζ von der Gitter-Eatho^sn-PotentialdiSerenz der Röhren abhängig ist. Ändert sich der Betrag dieser Pqtentialdifferenz, so ändert sieh die Kippfrequenz, u«f ^s scheint daher zweckmäßig, den astabilen Multivibrator als Impulsgenerator für Fernmeßzwecke hieranzuzijehen.

In der FernmessuKg ist es bekannt, eine häufig nichtelektrische Meßgröße in einen elektrischen! Strom zu transfprmieren. Wird dieser Meßstrom, was häufig der Fall ist, einer Wheatstonesdhen Briicke entnommen,, so wird vom Wert Null aus gemessen, und es wird verlangt, daß die von einem Impulsgeber abgegebene Freguenz auch vpn Null ausgeht. Eis zeigt sich nun, daß hei dien bekannten Schaltungen astabil«! Multiyibratoren die Impulsfrequenz Null nicht zu erreichen ist, selbst dann nicht, wenn sich die Gitter-Kathadm-Potetitialdifrereriz yon einem positiven Wert auf einen negativen Wert ändert, sondern daß die Impulsfrequenz, gegeben durch die Röhrencharakteristj'ken und Zeitkpnst^nten, nur ein Minimum erreichen kann und dann wieder zunimmt.

Aus der Berechnung- astabjler Multjvibratoren ist ferner bekannt, daß es zweckrnäßiig ist, mit einer positiven Gittervorspannung zu arbeiten., weil beim Vorhandensein einer positiven Gittervorspannung der expQinentielle Anstieg der Gitterspannung steiler und daher der Schnittwinkel zwischen der Gitterspannungskuirve und der Anodenetromeiinsatzgrenze größer ist, als wenn keine Gittervorspannung vorgesehen ist. Je größer dieser Winkel ist, urn so· besser ist jedoch die Frequenzstabilität des Ausgungssignals, da φ« Verschiebung des Schnittpunktes als Folge von Störimpulseinfiüssen bei großen Sdhnittwinkeln nur gering ist. Es ist deshalb bekannt, im Interesse einer möglichst hohen Ffequenzstabilität vorteilhafterweise mit positiver Gitterrorspannuing und größerer Zeitkonstante als mit der Gittervorspannung Null und entsprechend kleinerer Zeitkonstante bei gleicher Fre-quenz zu arbeiten. Soll der a?tabile Multivibrator mit einer variablen Frequenz arbeiten, so liegen die Röhrengitter in bekannter Weise an einem variablen Potential, während das Kathodenpotential konstant gehalten ist.

Die vorliegende Erfindung, die sich zum Ziel setzt, eine Schaltungsanordnung mit einem astabi'len Zwei-Astabiler Multivibrator

Anmelder:
Landis & Gyr A. G., Zug (Schweiz)

Vertreter: Dr.-Ing. A. Schulze, Patentanwalt,
Berlin-Wilmersdorf, .Jßiiaer Str. 13/14

Beanspruchte Priorität:
Schweiz ,vom 27-. Jiuii-1956

Dipl.-El.-Ing. ETH Benno Joho, Winterthur (Schweiz), ist als Erfinder genannt worden

röhren-Multiyibrator, in dessen Gitteirkreisen je eine Diode angeordnet ist, zur Erzeugung yon Impulsen mit einer ;n Abhängigkeit von einer variablen Steuerspannung' bis zu dem Wert Null herab regelbaren Folgefrequenz zu schaffen, löst die gestellte Aufgabe nun auf die. Weise, daß die Gitterwiderstände der Röiiren in Reihe mit den Dioden angeordnet sind und die Anoden der Dioden an der variablen Steuerspannung liegen,, welche bezüglich¹ des Kathodenpotentials der Multivibratorröhren von einem positiven zu einem negativen Grenzwert veränderbar ist und bei den} negativen Grenzwert den Multivibrator sperrt.

Welches die Vorgänge sind, denen zufolge bei dieser Schaltanordnung und ihres Betriebsverhaltens tatsächlich eine Steuerung bis auf die Frequenz Null erreichbar ist, ist an späterer Stelle ins einzelne gehend dargelegt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ferner empfohlen, die variable S teuer Spannung mit Hilfe eines in Anoden-Basis-Schaltung arbeitenden Vorverstärkers von dessen Ausgangswiderstand den Anoden der beiden Dioden zuzuführen und die Kathoden der Multivibratorröhren an ein festes, mittels eines Spannungsteilers erzeugtes, gegen Masse positives und in der Höhe zwischen den Grenzwerten des Kathodenpotentials des Vorverstärkers liegendes Potential anzuschließen.

Schließlich wird gemäß der Erfindung· vorgeschlagen, als zweite Multivibratorrohre. eine Pentode zu verwenden, deren Schirmgitter als. Anode dient und in deren eigentlichen Anodenkreis ein Relais eingeschaltet ist.

O» 677/145

Soweit es vorbekannt ist, in den Gitterkreisen eines Multivibrators je eine Diode anzuordnen, handelt es sich hierbei um eine Schaltung, bei welcher der Multivibrator speziell zur Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung höherer Frequenz dient, wie sie z. B. beim Betrieb von Oszillographen oder Fernsehempfängern Anwendung findet. Die Betriebsspannung ist in diesem Fall gleichbleibend, womit auch die Kippfrequenz immer die gleiche ist. Hierbei ist nur eine Einstellbarkeit der Zeitkonstante über einen Regelwiderstand vorgesehen, der Multivibrator aber nicht im Sinne der Erfindung steuerbar. Der Zweck der bekannten Schaltung ist der, die Entladungszeit der Kondensatoren zu verkürzen und damit eine Erhöhung der Kippfrequenz zu erreichen. Das geschieht durch das Vorschalten der Dioden vor die Gitter, indem die Kathoden der Dioden direkt mit dem Gitter verbunden sind und die beiden Anoden der Dioden zusammengeschaltet über .den für beide Röhren gemeinsamen Gitterwiderstand an ein gleichbleibendes positives Potential gelegt sind. Diese Maßnahmen bewirken wohl das Zustandekommen einer idealen Sägezahnkurve mit linearem Spannungsanstieg und plötzlichem Spannungsabfall und die angestrebte Erhöhung der Kippfrequenz, weisen aber keinen Weg zur Lösung des der Erfindung zugrunde liegenden Problems, Impulse mit einer in Abhängigkeit von einer variablen S teuer spannung bis zu dem Wert Null herab regelbaren Folgefrequenz zu erzeugen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 ein prinzipielles Schaltbild,

Fig. 2 bis 5 Diagramme der Gitterspannung für verschiedene Vorspannungen,

Fig. 6 die Schaltung eines symmetrischen Multivibrators mit einem vorgeschalteten Verstärker zur Umwandlung einer Meßgröße in Impulse,

Fig. 7 die Schaltung eines unsymmetrischen Multivibrators mit vorgeschaltetem Verstärker und angekoppeltem Relais zur Umwandlung einer Meßgröße in Impulse.

Ein astabiler Multivibrator gemäß der Schaltung Fig. 1 enthält zwei Trioden F₁ und F₂, zwei Arbei'tswiderstände R_a, R₀ im Anodenkreis dieser Röhren, zwei Kopplungskondensatoren C, C, zwei Gitterwiderstände R_s, Rg, zwei¹ Dioden F₃ und F₄, ein PotentiometerP und eine.BatterieB als Spannungsquelle. Gemäß der Erfindung liegen die Gitterwiderstände R_g, Rg' je an der Kathode der Diode V₃ bzw. F₄, und die Anoden dar beiden Dioden liegen am Abgriff des Potentiometers P, welches derart geschaltet ist, daß die abgegriffene Spannung von einem positiven zu einem negativen Grenzwert bezüglich des Kathodenpotentials der Röhren F₁, F₂ verändert werden kann. Zur Erläuterung der Lade- und Entladevorgänge wird angenommen, daß zur Zeit t₀ die Röhre F₁ vom leitenden in den gesperrten Zustand, die Röhre F₂ in umgekehrter Richtung kippt, der Kondensator C auf die Anodenspannung XJ_A geladen und der Kondensator C teilweise entladen ist. Das Potentiometer P ist zunächst so eingestellt, daß die Vorspannung XJ_B = 0 ist. Der Verlauf der Gitter-Kathoden-Spannung der Röhre F₁ ist in Fig. 2 dargestellt, wobei das Intervall t₀... t_± Entlademtervall für den Kondensator C und Ladeintervall für den Kondensator C ist und das Zeitintervall t_x. . . t₂ Ladeintervall für den Kondensator C und Entladeintervall für den Kondensator C ist. Dadurch, daß ___ zur Zeit t₀ die Röhre F₂ leitend wird, sinkt die Gitterspannung vom Potential u_g = 0 plötzlich auf ein negatives Potential — U_g0, das tiefer als die Sperrspannung — U_s der Röhire F₁ ist. Da dadurch die Röhre F₁ gesperrt wird, bildet sich ein Ladestromkreis für den Kondensator C:

Batterie +, R_a, C, Gitter-Kathoden-Strecke der Röhre F₂.

Gleichzeitig bildet sich ein Entladestromkreis für den Kondensator C:

Batterie —, P, V₃, R_g, C₁ Anoden-Kathoden-Strecke der Röhre F₂.

Durch die Entladung des Kondensators C steigt die Spannung U_g exponentiell mit asymptotischem Auslauf gegen das Potential Null. Erreicht die Spannung das Potential der Sperrspannung U_s im Zeitpunkt t_v so wird die Röhre F₁ leitend, wodurch der Multivibrator elektrisch kippt. Es folgt die Wiederholung dieses Vorganges für die Röhire F₂ bis zum Zeitpunkt t₂.

Wird am Potentiometer P eine positive Vorspannung U_B eingestellt, so ergibt sich ein Verlauf der Gitterspannung, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Entladung des Kondensators C erfolgt nun auf das Potential + U_B gerichtet, wodurch die Entladekurve steiler wird und die Gitterspannung das Potential der Sperrspannung früher erreicht. Das Zeitintervall t_Q ... t_x wird kürzer und die Impulsfrequenz größer. Wird am Potentiometer P eine negative Spannung eingestellt, aber so, daß das Anodenpotential der Dioden höher Hegt als das Potential der Sperrspannung U_s, so würde, wären -die erfindungsgemäß vorgeschalteten Dioden nicht vorhanden, die negative Vorspannung auf die leitende Röhre gelangen. Infolge der Röhrencharakteristik würde der Anodenstrotn und somit der Spannungsabfall über dem Arbeitswiderstand R_a bzw. R_a' reduziert. Dadurch würde aucfa die Gitterspannung reduziert und im Zeitpunkt t₀ nur auf das Potential —U_go ^r absinken, das höher wäre als ohne oder bei positiver Vorspannung. Demzufolge würde trotz flachem Spannungsanstieg während der Entladung das Potential dar Sperrspannung früher erreicht als ohne Vorspannung, und das Zeitintervall t₀. . . t_x' würde kürzer, wie in Fig. 4 strichliert dargestellt. Die vorgeschalteten Dioden· F₃, F₄ sperren jedoch die negative Spannung gegen die jeweils leitende Röhre, wodurch bewirkt wird, daß die Gitterspannung auf ein Potential — U_g0 absinkt wie ohne oder mit positiver Vorspannung (ETb=O). Durch die Entladung des Kondensators C steigt die Spannung Ug exponentiell mit asymptotischem Auslauf gegen das Potential — U_B. Das Potential der Sperrspannung U₈ wird im Zeitpunkt t_± erreicht, und es ergibt sich ein längeres Zeitintervall £₀.... t_t und eine kleinere Kippfrequenz. Wird die Vorspannung U_B noch negativer eingestellt, d, h. gleich oder größer als die Sperrspannung, so entsteht ein Verlauf der Gitterspannung, wie in Fig. 5 dargestellt. Die Gitterspannung —«g kann das Potential der Sperrspannung überhaupt nicht mehr erreichen, und der Multivibrator kippt nicht mehr. Dadurch ist das Ziel der Erfindung erreicht, einen astabilen Multivibrator bis auf die Frequenz Null steuern zu können.

Um den Multivibrator für die Umwandlung einer Meßgröße in eine Impulsfrequenz z. B. in einem Fernmeßgeber verwenden zu können, muß die Vorspannung kontinuierlich' in Abhängigkeit der Meßgröße von einem positiven zu einem negativen Grenzwert veränderbar sein. Da die im Abhängigkeit einer Meßgröße gewonnene-Steuerspannung, ζ. B. die Fotozellenspannung eines Fotozellenkompensators mit

Drehmomentwaage zur direkten Steuerung eines Multivibrators meist zu klein ist, ist es zweckmäßig, dem Multivibrator eine Verstärkerröhre vorzuschalten. Fig. 6 zeigt die Schaltung eines symmetrischen, astabilen Multivibrators mit einem vorgeschalteten Verstärker zur Umwandlung einer Meßgröße in Impulse. Die Anordnung der Röhren V₁, V₂, der Arbeitswiderstände R₀, Ra, der Kopplungekondemsatoren C, C und der Gitterwiderstand« R_g, R/ entspricht der Schaltung gemäß Fig. 1. Die den Gitterwiderstän- " den R_g und R_g' vorgeschalteten Dioden sind in eine Doppeldiode V₅ zusammengelegt. Der Verstärker besteht aus einer Röhre V₆, einem Gitterwiderstand R_i und einem Arbeitswiderstand R₃, welcher zwischen Masse und Kathode liegt. Die nicht dargestellte Quelle der Steuerspannung Hegt parallel zum Widerstand .R₄, und zwar mit dem negativen Pol am Gitter, und steuert den Strom der Röhre V₆. Da dieser Strom den Arbeitswiderstand' R₃ durchfließt, ändert sich das Kathodenpotential der Röhre V₆ zwischen einem unteren und einem oberen Grenzwert, fet aber immer positiv gegenüber der Masse. An diesem Potential liegen die Anoden der Doppeldiode V₅. Damit der untere Grenzwert gegenüber dem Kathodenpotential der Röhren V₁, V₂ hinreichend negativ werden kann, um den· Multivibrator zu sperren, liegen die Kathoden der Röhren V₁, V₂ an einem Spannungsteiler R₁, R₂ über der Batterie B, und die Kathoden erhalten durch die Widerstände R₁, R₂ ein festes positives Potential gegenüber der Masse, das zwischen den Grenzwerten des S'teuerpotentials Hegt. Die vom Multivibrator erzeugte Impuls-Spannung kann beispielsweise an der Anode der Röhre V₂ abgegriffen und dazu verwendet werden, einen Tonfrequenzgenerator zu steuern, der im Takt der Impulsspannung tonfrequente Impulse auf eine Übertragungsleitung gibt.

Der Multivibrator braucht nicht streng symmetrisch gebaut zu sein, da es für die Übertragung und Auswertung von Fernmeßimpulsen ohne Belang ist, wenn die Intervalle t_Q ... t_x und t_t... t₂ nicht genau gleich groß sind. Soll der Multivibrator beispielsweise für die impulsweise Erregung eines Relais dienen, so kann eine rückwirkungsfreie Ankopplung des Relais zweckmäßig elektronisch erfolgen. Fig. 7 zeigt die Schaltung eines unsymmetrischen, astabilen Multi- ⁴^ vibrators mit einem vorgeschalteten Verstärker und angekoppeltem Relais zur Umwandlung einer Meßgröße in Impulse, Die Anordnung des Verstärkers und die Erzeugung des Steuerpotentials entspricht der Anordnung gemäß Fig¹. 6, wobei die Verstärkerröhre V₆ und die Multivibratorröhre V₁ in eine Doppeltriode V₁ zusammengelegt sind. An Stelle der Multivibratorröhre V₂ wird eine Pentode V₈ verwendet, deren Schirmgitter als Anode dient. Im eigentlichen. Anodenkreis der Pentode V₈ liegt in Reihe mit einem Arbeitswiderstand R₅ ein Relais A, dessen Kontakt α im Takt der Impulse öffnet und schließt. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß außer der rückwirkungsfreien Ankopplung des Relais eine bessere Rechteckform für den Erregerstrom des Relais erzielt wird.

Claims (3)

Patentansprüche.-

1. Schaltungsanordnung mit einem astabilen Zweiröhren-Multivibrator, in dessen Gitterkreisen je eine Diode angeordnet ist, zur Erzeugung von Impulsen mit einer in Abhängigkeit von einer variablen Steuerspannung bis zu dem Wert Null herab regelbaren Folgefrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterwidterstände der Röhren in Reihe mit den Dioden angeordnet sind und die Anoden der Dioden an der variablen! Steuerspannung (Ub) liegen, welche bezüglich des Kathodenpotentials der Multivibratorröhren von einem positiven zu einem negativen Grenzwert veränderbar ist und bei dem negativen Grenzwert den Multivibrator sperrt.

2. Schaltungsanordnung· nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die variable Steuerspannung mit Hilfe eines in Anoden-Basis-Schaltung arbeitenden Vorverstärkers von dessen Ausgangswiderstand den Anoden der beiden Dioden zugeführt wird, und daß die Kathoden der Multivibratorröhren an ein festes, mittels eines Spannungsteilers erzeugtes·, gegen· Masse positives und in der Höhe zwischen den Grenzwerten des Kathodenpotentials des Vorverstärkers liegendes Potential angeschlossen sind.

3. Schaltungsanordnung nach¹ Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Multivibratorröhre eine Pentode ist, deren Schirmgitter als Anode dient und in deren eigentlichen Anodenkrais ein Relais geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften :
Deutsche Patentschrift Nr. 892 606;
schweizerische Patentschrift Nr. 230 350;
»Waveforms« von B. Chance u. a., McGraw-Hill Book Co., New York, 1949, S. 178.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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