DE1932132C3 - Astabiler Multivibrator mit komplementären Transistoren und großem Tastverhältnissteilbereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen astabilen Multivibrator mit komplementären Transistoren und großem Tastverhältnis-Stellbereich, insbesondere für stellbare Weitleuchten.

Bei Weitleuchten wird oft die Glühlampe über einen Pulsgeber mit komplementären Transistoren mit einer Pulsspannung höherer Frequenz gespeist. Die Stellbarkeit der Helligkeit wird dabei durch Variation des Tastverhältnisses der Pulsspannung durch einen schaltungstechnischen Eingriff im elektronischen Pulsgeber erzielt. Eine Leuchte mit einstellbarer Helligkeit kann leicht als Universalleuchte eingesetzt werden, da die Helligkeit jedem Anwendungsfall wirtschaftlich angepaßt werden kann. Um die bei Akkumulatorenoder Batterieleuchten recht teuere Energie (Akkumulator etwa DM 20,—/kWh, Trockenbatterie etwa DM 150,—/kWh) sinnvoll auszunutzen, ist man bestrebt, einen Pulsgeber mit besonders hohem Wirkungsgrad zu verwenden. Bekannte Multivibratorschaltungen scheiden für diesen Anwendungsfall wegen ihres hohen Eigenverbrauches aus. Sämtliche bereits bekannten Multivibratoren mit symmetrischem Aufbau, d. h. beispielsweise mit 2 pnp-Transistoren oder 2 npn-Transistoren, besitzen einen erheblichen Eigenverbrauch, da immer einer der beiden Transistoren leitet. Somit tritt auch während der stromlosen Phase (Pulsphase) im Multivibrator ein Verbrauch auf und setzt den Wirkungsgrad der gesamten Anordnung stark herab.

Daneben sind unsymmetrische Multivibratoren (npn-pnp-Aufbau) bekannt, die einen hervorragenden Wirkungsgrad besitzen. Der gute Wirkungsgrad dieser mit komplementären Transistoren aufgebauten Multivibratoren ist durch das Sperren beider Transistoren während der stromlosen Phase der Last bedingt Eine derartige Multivibralor-Schaltung, beispielsweise gemäß der deutschen Patentschrift 1068 756, wie sie ii. F i g. 1 dargestellt ist, findet schon seit Jahren wegen ihres guten Wirkungsgrades in Warn-Blinkleuchten als Blinkgeber Verwendung. Es ist jedoch ein großer Nachteil dieser Schaltung, daß sie prinzipiell nicht die Einstellung eines großen Tastverhältnisses (T =■· tpuis/tpuis + hause) gestattet. Es bereitet sogar schon Schwierigkeiten, z. B. ein Tastverhältnis von T = 0,5 zu realisieren, ohne daß dabei beide Transistoren stationär leiten (Aussetzen der Kippschwingung durch stationäre Sättigung von Tl, bedingt durch Steuerstrom über Widerstand 1). Der Bereich des Tastverhältnisses von 0,5 bis gegen 1, der gerade für eine stellbare Weitleuchte interessant bzw. für eine wirtschaftliche Ausführbarkeit einer solchen unbedingt erforderlich ist, ist mit dieser Schaltung prinzipiell nicht zu verwirklichen. Für eine Blinkleuchte gilt dann analog dazu, daß ein Hell-Dunkel-Verhältnis von 1:1 nicht ausführbar ist. Bei zu kleinem Tastverhältnis wird eine stellbare Weitleuchte dadurch unwirtschaftlich, daß bei einer vorgegebenen Glühlampenleistung der Momentanwert des Stromes während der stromführenden Phase sehr groß wird und dementsprechend ein besonders stromstarker Transistor gewählt werden muß, welcher neben den erhöhten Kosten dann auch wesentlich höhere Steuerverluste zur Folge hat.

Ein weiterer Nachteil dieser Schaltung_ ist die starke Lastabhängigkeit, welche sich durch Änderung des Tastverhältnisses bei Austausch der Glühlampe bzw. bei Verwendung eines Glühiampentyps anderer Leistung äußert.

Es ist ferner eine Schaltungsanordnung bekannt, bei de., wie F i g. 2 zeigt, die Schaltung gegenüber der F i g. 1 durch einen zusätzlichen Steuertransistor T3 ergänzt wird, der es gestattet, durch eine zusätzliche separate Verstellung der Pulspausenzeit (Widerstand 1) die Einstellung des Tastverhältnisses auch im Bereich von 0,5 bis gegen 1 vorzunehmen, ohne daß die Kippschwingung aussetzt. Dieser zusätzliche Transistor 73, dessen Kollektor-Emitter-Strecke mit dem Widerstand 1 zum Minus-Pol der Batterie hin eine Reihenschaltung bildet, ist dabei mit seiner Basis über einen Widerstand 6 mit dem Kollektor des Transistors 2 verbunden. Während der stromführenden Phase der Last ist nun der Transistor 73 gesperrt, da die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung von Tl kleiner ist als die Basis-Emitter-Schwellspannung von 73. Hierdurch wird der Widerstandszweig mit dem Widerstand 1 hochohmig geschaltet bzw. gesperrt und somit ein stationäres Durchschalten des Transistors Tl mit dem damit verbundenen Aussetzen der Kippschwingung verhindert. Während der Pulspause (stromlose Phase der Last) liegt der Kollektor von Tl auf dem Potential des positiven Batteriepols, wodurch 73 über Widerstand 6 angesteuert leitet und die Umladung des Kondensators 3 über die Widerstände 1 und 2 (sowie 5) freigibt.

Im Gegensatz zur Schaltung nach F i g. 1 ist hier nun von Nachteil, daß während der Pulspause (stromlose Phase der Last) nicht alle Transistoren der Schaltung gesperrt sind. Der dann leitende Transistor 73 verursacht einen zusätzlichen Verbrauch und setzt den Wirkungsgrad der Schaltung herab. Ein weiterer Nachteil ist die auch hier vorhandene starke Lastabhängigkeit der Schaltung. Die Lastunabhängigkeit könnte hier nur durch Erhöhung des schaltungstechnischen Aufwandes in Form eines weiteren komplementär nachgeschalteten Schalttransistors erreicht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen astabilen Multivibrator mit komplementären Transistoren und großem Tastverhältnis-Stellbereich, insbesondere für die Anwendung bei stellbaren Weitleuchten, zu schaffen, der die zuvor aufgeführten Nachteile der bekannten Ausführungsformen nicht aufweist. Er soll bei geringstem schaltungstechnischen Aufwand unabhängig vom Lastwiderstand arbeiten und sich durch einen möglichst hohen Wirkungsgrad, z. B. bedingt durch Stromlosigkeit aller Transistoren während der Pulspause, auszeichnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

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löst, daß der Anschwingwiderstand vom Emitter eines (Batterie). Wird gegen Ende der Umladung die Dasis-

der komplementären Transistoren abgetrennt und mit Emitter-Schwellspannung von Tl überschritten, so

dem Kollektor eines diesem Transistor komplementär wird erneut, wie vorweg beschrieben, der Kippvorgang

nachgeschalteten weiteren Transistors verbunden ist eingeleitet.

und daß im Kollektorkreis dieses Transistors der 5 Ein stationäres Durchschalten "on Tl (Aussetzen

Lastwiderstand angeordnet ist. der Kippschwingung) bei einem eingestellten großen

Im folgenden ist an Hand der F i g. 3 die Schaltung Tastverhältnis, wie es bei der Schaltung nach F i g. 1,

des erfindungsgemäßen Pulsgebers näher beschrieben bedingt durch die Anschaltung des Widerstandes 1

und erläutert. an den Minus-Pol der Batterie, auftritt, kann hier also

Wird der Geber an eine Batterie geschaltet, so wird io verhindert werden. Die mit dem Widerstand 1 durch-

nach Überschreiten der Basis-Emitter-Schwellschal- geführte Schaltungsmaßnahme stellt somit eine zwangs-

tung von 71 der Kippvorgang eingeleitet, da ein weise Verriegelung gegen das Aussetzen der Kipp-

Steuerstrom von Minus-Pol (Batterie) über die Wider- schwingung durch stationäres Durchschalten der

stände 8 und 1 in die Basis von Tl fließt. Hierdurch Transistoren dar.

beginnt Tl Kollektorstrom zu führen, der über den 15 Der technische Vorteil der Erfindung ist darin zu

Ansteuerwiderstand 4 auch den Transistor Tl einen sehen, daß das Tastverhältnis des Gebers bis zu

Strom führen läßt. Das Kollektorpotential von Tl Werten von nahezu T=I einstellbar ist, wobei sich

wandert dadurch nach negativen Werten hin. Es gleichzeitig ein besonders guter Wirkungsgrad ergibt,

kommt zu einer Umladung des Kondensators 3 mit da während der Pulspause sämtliche Transistoren ge-

T₁ = C₃-Λ₂ über Plus-Pol (Batterie) - Tl (Basis- 20 sperrt sind und somit die gesamte Schaltung strom-

Emitter-Strecke) - 2 - 3 - Tl (Kollektor-Emitter- los ist.

Strecke) - Minus-Pol (Batterie). Der Umladestrom Außerdem arbeitet der Geber lastunabhängig und

entriegelt somit durch eine sprunghafte Vergrößerung zeichnet sich dabei durch einen geringen Aufwand an

des Basisstromes von Tl die Transistoren Tl und Tl Bauteilen aus. Im Vergleich zu der Schaltung nach

sowie den komplementär nachgeschalteten Transistor 25 F i g. 2 können hier also der dort bei gewünschter

TA. In den Kollektorkreis von TA ist der Lastwider- Lastunabhängigkeit erforderliche 4. Transistor sowie

stand 8 geschaltet, dessen Variation in weiten Wider- die zugehörigen Kollektor- und Basiswiderstände ein-

standsgrenzen keine Änderung der elektrischen Puls- gespart werden.

daten ergibt, da der Kippvorgang unabhängig von der Ein weiterer Vorteil gegenüber der bekannten

Sättigung von TA ist (Lastunabhängigkeit). 30 Schaltung nach F i g. 2 besteht darin, daß bei vor-

Die Besonderheit dieses Gebers liegt nun darin, daß gegebenem Lastwiderstand die mit dem Konden-

während der stromführenden Phase der Last (Last- sator 3 in Reihe liegenden Umladewiderstände 1 und 2

widerstand 8) über den Anschwingwiderstand 1 kein um den Faktor 100 ... 200 hochohmiger ausgeführt

Steuerstrom in die Basis von Π fließen kann, da das werden können. Dies bedeutet aber, daß bei gleich-

Potential des Kollektors von TA, an den der Wider- 35 bleibenden Pulszeiten die Kapazität des Kondensators

stand 1 geschaltet ist, positiver ist als das der Basis um den Faktor 100 ... 200 verringert werden kann,

von Π (Verriegelung gegen Aussetzen der Kipp- wodurch sich, bedingt durch die kleinere Bauform,

schwingung). eine Kosteneinsparung ergibt.

Hat sich der Kondensator 3 so weit umgeladen, Ein bei meßtechnischen Untersuchungen der Grund-

daß der Kollektorstrom von Tl den Transistor Tl 40 schaltung nach F i g. 1 festgestelltes Aussetzen der

nicht mehr im Schaltbetrieb zu halten vermag, so Kippschwingung bei Erhöhung der Batteriespannung

wird durch den Übergang von Tl vom Schaltbetrieb (bei vorgegebener Dimensionicrung) kann bei dieser

in den Verstärkerbeirieb der Rückkippvorgang aus- Schaltung ebenfalls prinzipiell nicht auftreten,

gelöst. Das Kollektorpotential von Tl wandert hierbei Wird die Schaltung als Taktgeber oder als Geber

nach positiven Werten hin, wodurch der Umladestrom 45 für Warnblinkleuchten verwendet, so ist es gegenüber

über die Basis von Tl schnell verringert wird. Infolge- der Schaltung nach F i g. 1 möglich, die Takt- bzw.

dessen wird die Basis-Emitter-Schwellspannung von Blinkfrequenz bei konstanter Pulsd^uer in sehr weiten

Tl unterschritten, so daß schlagartig die Transistoren Grenzen zu verstellen. Die Einstellung eines HeIl-

Tl, Tl und TA gesperrt werden. Dunkel-Verhältnisses von 1:1 bei Blinkleuchten be-

Durch das Sperren von Tl wird dessen Kollektor- 50 reitet dabei keine Schwierigkeiten,

potential gleich dem positiven Batteriepotential, wo- Bei dem Geber können selbstverständlich sämtliche

durch eine neuerliche Umladung von 3 eingeleitet Transistoren durch ihre Komplementär-Typen ersetzt

wird. Die Umladung von 3 erfolgt über den Stromweg: werden, wobei gleichzeitig die Batterie umgepolt

Plus-Pol (Batterie) -9-7-3-2-1-8- Minus-Pol werden muß.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Astabiler Multivibrator mit komplementären Transistoren und großem Tastverhältnisstellbereich, insbesondere für stellbare Weitleuchten, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschwingwiderstand (1) vom Emitter eines der komplementären Transistoren (72) abgetrennt und mit dem Kollektor eines diesem Transistor (72) w komplementär nachgeschalteten weiteren Transistors (74) verbunden ist und daß im Kollektorkreis dieses Transistors (74) dsr Lastwiderstand (8) angeordnet ist.

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