DE1762803B2 - Multivibrator mit stabilisierter frequenz bei temperatur und betriebsspannungsschwankungen - Google Patents

Description

1 762 ;8 O 3

Die Erfindung betrifft Multivibratoren mit stabili- ' "schlössen sind, der eine Referenzspannung aufweist, siertem Betriebsverhalten bei Temperatur- und Be- läßt sich die Erfindung dadurch kennzeichnen, daß die triebsspannungsschwankungen, bei denen eine die Basen der Transistoren über je einen Widerstand mit Frequenz bestimmende'Referenzspannung von einem dem Kollektor des Transistors der Kompensations-Transistor in Abhängigkeit von den Schwankungen ge- 5 schaltung in Verbindung stehen, steuert wird. Insbesondere betrifft die Erfindung astabile Bei einem anderen Multivibrator mit zwei komple-

Multivibratoren der genannten Art, die als Oszillatoren mentären Transistoren, bei dem der eine Transistor bei derartigen Schwankungen eine stabilisierte Aus- mit seinem Emitter am einen Pol und mit seinem Kollekgangsfrequenz aufweisen. tor über einen ohmschen Widerstand am anderen Pol

Ein astabiler Multivibrator mit stabilisierter Aus- io einer Spannungsquelle liegt, bei dem der andere Trangangsfrequenz bei Temperatur- und Betriebsspan- sistor mit seinem Kollektor über einen ohmschen nungsschwankungen ,ist bereits bekannt (USA.-Pa- Widerstand als Emitterfolger an die Basis des einen tentschrift 3 264 579). Bei diesem Multivibrator werden Transistors angeschlossen ist, bei dem der Emitter des Betriebszustandsänderungen an' den Transistoren der anderen Transistors mit dem einen Pol der Spännungseigentlichen Kippschaltung im wesentlichen durch 15 quelle verbunden ist, bei dem der andere Transistor Dioden oder einen zusätzlichen Transistor kompen- mit seiner Basis über einen Kondensator und einen siert. Dabei verhalten sich die Betriebszustands- ohmschen Widerstand an den Kollektor des einen änderungen an den Dioden bzw. dem zusätzlichen Transistors rückgekoppelt ist, bei dem schließlich die Transistor gegenläufig zu denen an den Transistoren Basis des anderen Transistors über einen ohmschen der Kippschaltung. 20 Widerstand an einen Pol angeschlossen ist, der eine

Diese bekannte Schaltung ermöglicht jedoch keine Referenzspannung aufweist, läßt sich eine besonders getrennte Einstellung der Kompensation von Tempe- vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ratur- bzw. Betriebsspannungsschwankungen. Auch dadurch kennzeichnen, daß dieser Pol der Anschluß ist eine genaue Kompensation über größere Schwan- am Kollektor des Transistors der Kompensationskungsbereiche nicht möglich. 25 schaltung ist.

Das Problem der Stabilisierung des Betriebsver- Gemäß einer besonderen Weiterentwicklung des

haltern eines Multivibrators ist bekanntlich um so Erfindungsgedankens können der Basis des Transistors größer, je kleiner die Betriebsspannung und damit die der Kompensationsschaltung Dioden vorgeschaltet Betriebsenergie des Multivibrators gewählt werden sein, deren Betriebsverhalten ebenfalls von der Bemuß. So hat beispielsweise keine der bisher bekannt- 30 triebstemperatur abhängt.

gewordenen Multivibratorschaltungen den Anforde- Die Schaltung des erfindungsgemäßen Multivibra-

rungen genügt, die an Oszillatoren als Gangordner von tors weist eine Mehrzahl von Freiheitsgraden zum Uhren zu stellen sind, insbesondere wenn die Uhren Kompensieren der Einflüsse von Temperatur- und nur sehr kleine Energiespeicher aufweisen. Spannungsschwankungen auf. Damit ist praktisch für

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen 35 alle Anwendungsfälle die Möglichkeit eröffnet, nicht Multivibrator mit getrennter Einstellung der Korn- allein Betriebszustandsänderungen der Transistoren pensation von Temperatur- bzw. Betriebsspannungs- der Kippschaltung des Multivibrators, sondern auch Schwankungen zu schaffen, bei denen eine genaue Betriebszustandsänderungen der ohmschen WiderKompensation über größere Schwankungsbereiche stände und Kondensatoren der Kippschaltung des möglich ist. 40 Multivibrators auszugleichen. Außerdem wird die

Diese Aufgabe wurde ausgehend von einem Multi- Speisespannung des kompensierten Multivibrators und vibrator mit stabilisierter Frequenz bei Temperatur- damit die Amplitude des Ausgangssignals nicht durch und Betriebsspannungsschwankungen, bei dem eine die Kompensationsschaltung reduziert, sofern die die Frequenz bestimmende Referenzspannung von Basen durch die Referenzspannung gesteuert werden, einem zusätzlichen Transistor in Abhängigkeit von 45 Dieses ist insbesondere für Multivibratoren mit niedden Schwankungen gesteuert wird, erfindungsgemäß riger Betriebs- spannung von Bedeutung, dadurch gelöst, daß der zusätzliche Transistor einer Die Erfindung und weitere Einzelheiten werden durch

Kompensationsschaltung mit vier ohmschen Wider- Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Zeichnung näher ständen angehört, von denen zwei Widerstände als erläutert. In der Zeichnung stellt dar Spannungsteiler die Pole einer Spannungsquelle mit der 50 F i g. 1 das Schaltschema einer ersten Ausführungs-Basis des Transistors verbinden und von denen je ein form des erfindungsgemäßen Multivibrators, bei dem weiterer Widerstand den Emitter bzw. Kollektor des zwei gleiche Transistoren wesentliche Elemente einer Transistors mit den entsprechenden Polen der Span- Kippschaltung sind, und

nungsquelle verbindet, die zusammen mit dem Transi- F i g. 2 das Schaltschema einer zweiten Ausf ührungs-

stor einen Spannungsteiler bilden, der die Referenz- 55 form des erfindungsgemäßen Multivibrators, bei dem Spannung liefert. zwei komplementäre Transistoren wesentliche EIe-

Gemäß einer besonderen Ausbildung des Erfindungs- mente einer Kippschaltung sind.

gedankens wird die Referenzspannung am Kollektor Teile gleicher funktioneller Bedeutung sind in beiden

des Transistors abgenommen. Figuren durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Insbesondere bei einem Multivibrator mit zwei 60 Ein Multivibrator ist bekanntlich ein im wesentlichen Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps, deren Emitter nicht linearer Oszillator, dessen Funktion von den gemeinsam mit dem einen Pol der Spannungsquelle ver- Relaxationsperioden bestimmt ist. Dabei handelt es bunden sind, deren Basen jeweils über einen Konden- sich beispielsweise um die Entladung eines Kondensator an den Kollektor des anderen Transistors ge- sators über einen ohmschen Widerstand, koppelt sind, deren Kollektoren jeweils über einen 65 Die Relaxationsperioden werden untereinander von ohmschen Widerstand an den anderen Pol der Span- Kipperioden getrennt. Die Schaltungsteile in den nungsquelle angeschlossen sind und deren Basen über Fig. 1 und 2, auf die das Bezugszeichen B hinweist je einen ohmschen Widerstand an einem Pol ange- und durch strichpunktierte Linien von den anderen

Schaltungsteilen abgetrennt sind, stellen solche bekannte Kippschaltungen dar.

Die Kippschaltung in F i g. 1 weist zwei Transistoren Tl und Γ3 auf, deren Emitter gemeinsam an einem Pol O einer Spannungsquelle liegen. In den Kollektorzweigen der beiden Transistoren Tl und T3 befindet sich jeweils ein ohmscher Widerstand Rc, die am anderen Pol Ua der Spannungsquelle angeschlossen ist. Je eine Rückkopplung mit einem Kondensator C besteht zwischen der Basis des einen der beiden Transistoren Tl bzw. Γ3 und dem Kollektor des anderen der beiden Transistoren. Über je einen ohmschen Widerstand Rb wird eine Referenzspannung an die Basen der beiden Transistoren angelegt.

Wenn die Betriebsspannung Ua der Kippschaltung verhältnismäßig hoch ist, haben Spannungsschwankungen auf die Oszillatorfrequenz keinen allzugroßen Einfluß. Temperaturschwankungen verändern dabei lediglich die Konstante der Relaxationszeit des Widerstands-Kapazitäts-Systems RbC.

Je mehr die Betriebsspannung absinkt, kann man einen entsprechend wachsenden Einfluß sowohl der Betriebsspannung als auch der Temperaturschwankungen feststellen. Dies läßt sich damit erklären, daß die Spannungen an den Basis-Emitter-Bindungen der beiden Transistoren Tl und T3 gegenüber der Betriebsspannung nicht mehr vernachlässigbar sind.

Bekanntlich kann man die Ausgangsfrequenz dadurch beeinflussen, daß man das Verhältnis der Referenzspannung Ur zwischen den Widerständen Rb und dem Pol O und der Betriebsspannung Ua, d. h. also UrI Ua ändert. Die Funktion zwischen der Betriebstemperatur T, der Betriebsspannung Ua und der Referenszpannung Ur läßt sich durch die folgende Formel Nr. 1 darstellen, in der die Bezugszeichen Sa, ST und Sr entsprechende Empfindlichkeitsfaktoren darstellen:

Formel Nr. 1

ST-dT+Sr-dUr

Der mit strichpunktierten Linien umrandete Teil A des Multivibrators in F i g. 1 stellt eine Kompensationsschaltung dar, die eine von Temperaturschwankungen abhängige Referenzspannung liefert, durch die Betriebszustandsänderungen der Kippschaltung kompensiert werden.

Das bedeutet, daß das zweite Glied der Formel Nr. 1 wegfällt.

Die Kompensationsschaltung A in F i g. 1 gleicht übrigens grundsätzlich der Kompensationsschaltung in Fig. 2, die ebenfalls von strichpunktierten Linien umrandet und mit dem Bezugsbuchstaben A gekennzeichnet ist. Beide Kompensationsschaltungen weisen einen Kompensationstransistor Tl auf, dessen Basis am Mittelabgriff eines Spannungsteilers mit zwei ohmschen Widerständen R1 und Rl liegt. Dieser Spannungsteiler verbindet die beiden Pole Ua und O der Spannungsquelle. Der Emitter des Kompensationstransistors liegt über einem ohmschen Widerstand R3 am einen Pol O der Spannungsquelle, während der Kollektor über einen ohmschen Widerstand RA an den anderen Pol Ua angeschlossen ist. Die Kompensationsschaltung A wird also mit der selben Spannung betrieben, wie die Kippschaltung B des erfindungsgemäßen Multivibrators. Am Kollektor des Kompensationstransistors Ti entsteht die Referenzspannung Ur. Der Kollektor steht deshalb über die ohmschen Widerstände Rb mit den Basen der beiden Transistoren Tl und T3 der Kippschaltung bzw. mit den Kondensatoren C in Verbindung.

Bei einem Anstieg der Betriebstemperatur vermindert sich die Spannung an der Basis-Emitter-Bindung des Kompensationstransistors Tl um einen Wert von — γ Volt/⁰ C des Temperaturanstiegs.

Gleichzeitig steigen die Stromstärken am Emitter und am Kollektor desselben Transistors an, so daß die Referenzspannung Ur am Kollektor des Transistors abfällt. Dieser Spannungsabfall gleicht einen Spannungsabfall an den Basis-Emitter-Bindungen der beiden Transistoren Tl und T3 der Kippschaltung aus. Der zuletztgenannte Spannungsabfall an den beiden Transistoren der Kippschaltung wird selbstverständlich von derselben Temperaturänderung verursacht, die den Kompensationstransistor 7Ί beeinflußt. Die genannte Korrektur kann dadurch eingestellt werden, daß man einen Verhältnisfaktor ρ des Verhältnisses zwischen dem Widerstand R 4 und dem Widerstand R3 verändert. Der Verhältnisfaktor ist also definiert: '

Formel Nr. 2

= R4/R3

Während der Verhältnisfaktor ρ einen ersten Freiheitsgrad für die Kompensation der Einflüsse von Temperatur- und Betriebsspannungsänderungen darstellt, bietet die Kompensationsschaltung des erfindungsgemäßen Multivibrators noch einen zweiten Freiheitsgrad für die Kompensation der Einflüsse, und zwar in Form eines Verhältnisfaktors m, der sich entsprechend dem Verhältnisfaktor/? definieren läßt:

Formel Nr. 3

m = RIjRl

Mit dem zweiten Freiheitsgrad, bzw. mit der geeigneten Wahl des Verhältnisfaktors m, läßt sich der Einfluß von Betriebsspannungsänderungen kompensieren. Kompensation tritt ein, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:

45 Formel Nr. 4

Formel Nr. 5

m =

(-7) ST

(Sa + Sr)

Die Kippschaltung B nach F i g. 2 der Zeichnung ist mit zwei zueinander komplementären Transistoren Tl und T3 ausgerüstet, die miteinander über drei ohmsche Widerstände R5, R6 und Rl sowie über einen Kondensator C zusammenhängen. Der Widerstand R5 verbindet dabei die Basis des Transistors T3 mit dem Kollektor des Transistors Tl, während der Widerstand Rl zwischen den Kollektor des Transistors T3 und den Emitter des Transistors Tl geschaltet ist. Zwischen der Basis des Transistors Tl und dem Kollektor des Transistors T3 besteht außerdem eine Kopplung, die den Kondensator C, in Reihe geschaltet mit dem Widerstand R6, aufweist.

Der Emitter des Transistors T3 ist mit dem einen Pol Ua und der Emitter des Transistors Tl mit dem anderen Pol O der Spannungsquelle verbunden. Über einen ohmschen Widerstand Rb wird an die Basis des

Transistors Tl eine Referenzspannung angelegt. Die Kippschaltung B in F i g. 2 ist dazu bestimmt, kurze Impulse zu erzeugen.

Die Kompensationsschaltung A in F i g. 2 ist grundsätzlich ebenso aufgebaut wie die in F i g. 1. ; Der Kollektor des Kompensationstransistors Tl steht über den ohmschen Widerstand Rb mit der Basis des Transistors Tl der Kippschaltung in Verbindung.

In verschiedenen Anwendungsfällen kann es zweckmäßig sein, eine oder mehrere Dioden in Reihe mit der Basis des Kompensationstransistors ΤΊ zu schalten, damit der Wert (-γ) [Volt/°C] erhöht wird. Dabei tritt natürlich dann ein wesentlich größerer Spannungsabfall zwischen dem Widerstand Rl und dem Widerstand R 3 der Kompensationsschaltung auf.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Multivibrator mit stabilisierter Frequenz bei Temperatur- und Betriebsspannungsschwankungen, bei dem eine die Frequenz bestimmende Referenzspannung von einem zusätzlichen Transistor in Abhängigkeit von den Schwankungen gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Transistor (TY) einer Kompensationsschaltung (A) mit vier ohmschen Widerständen angehört, von denen zwei Widerstände (Rl und Rl) als Spannungsteiler die Pole (Ua und O) einer Spannungsquelle mit der Basis des Transistors verbinden und von denen je ein weiterer Widerstand (i?3 bzw. R4) den Emitter bzw. Kollektor des Transistors mit den entsprechenden Polen der Spannungsquelle verbindet, die zusammen mit dem Transistor einen weiteren Spannungsteiler bilden, der die Referenzspannung liefert.

2. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung vom Kollektor des zusätzlichen Transistors abgenommen wird.

3. Multivibrator nach Anspruch 2, mit zwei

Transistoren gleichen Leitfähigkeitstyps, deren Emitter gemeinsam mit dem einen Pol (O) der Spannungsquelle verbunden sind, deren Basen jeweils über einen Kondensator an den Kollektor des anderen Transistors gekoppelt sind, deren Kollektoren jeweils über einenohmschenWiderstand an den anderen Polder Spannungsquelle angeschlossen sind und deren Basen über je einen ohmschen Widerstand an einem Pol angeschlossen sind, der eine Referenzspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Transistoren (Tl und Γ3) über je einen Widerstand (Rb) mit dem Kollektor des Transistors Tl der Kompensationsschaltung in Verbindung stehen (F i g. 1).

4. Multivibrator nach Anspruch 2, mit zwei komplementären Transistoren, bei dem der eine Transistor mit seinem Emitter am einen Pol und mit seinem Kollektor über einen ohmschen Wider stand am anderen Pol einer Spannungsquelle liegt, bei dem der andere Transistor mit seinem Kollektor über einen ohmschen Widerstand als Emitterfolger an die Basis des einen Transistors angeschlossen ist, bei dem der Emitter des anderen Transistors mit dem einen Pol der Spannungsquelle verbunden ist, bei dem der andere Transistor mit seiner Basis über einen Kondensator und einen ohmschen Widerstand an den Kollektor des einen Transistors rückgekoppelt ist und bei dem schließlich die Basis des anderen Transistors über einen ohmschen Widerstand an einen Pol angeschlossen ist, der eine Referenzspannung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Pol der Anschluß am Kollektor des Transistors (Tl) der Kompensationsschaltung ist (Fig. 2).

5. Multivibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis des Transistors der Kompensationsschaltung Dioden vorgeschaltet sind, deren Betriebsverhalten ebenfalls von der Betriebstemperatur abhängt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen