DE2014512C3 - Multivibrator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Multivibrator zur Steuerung eines mechanischen Schwingers gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein Multivibrator entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist aus der NL-OS 6801 245 bekannt. Bei diesem Multivibrator wird der mechanische Schwinger durch eine elektrische Schaltung betrieben, die jedoch keine ausreichenden temperaturunabhängigen Eigenschaften hat, infolgedessen sich die Frequenz des Multivibrators mit der Temperatur ändert. Bei diesem Multivibrator ergibt eine Veränderung bzw. Erhöhung der Widerstandswerte eine Vergrößerung der Ladezeit des vorgesehenen Kondensators und - da die Widerstände gleichzeitig auch im Entladekreis des Kondensators liegen - auch eine vergrößerte Entlladezeit. Infolgedessen bewirkt die zur Ansteuerung des Schwingers ausgeübte magnetische Kraft zuerst eine Ansteuerung, anschließend jedoch eine Dämpfung des Schwingers.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Multivibrator zur Steuerung eines mechanischen Schwingers zu schaffen, mit dem der mechanische Schwinger in Gang gesetzt werden kann und der insbesondere temperaturunabhängige Eigenschaften hat, so daß die Schwingfrequenz des Schwingers weitgehend konstant gehalten werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Multivibrator wird der Ladekreis für den Kondensator aus der Speisequelle, der Spule und einem Widerstand gebildet, während die Entladung über zwei unterschiedliche Schaltungskreise erfolgt. Der eine Entladungskreis wird durch den Emitter-Basis-Weg des zweiten Transistors und den Kollektor-Emitter-Weg des ersten Transistors gebildet, während der zweite Entladekreis durch den Emitter-Kollektor-Weg des zweiten Transistors und den ersten Widerstand bestimmt ist. Wenn somit der Wert dieses Widerstands erhöht wird, wodurch sich die Ladezeit des Kondensators vergrößert, wird die Einschaltzeit des zweiten Transistors nur geringfügig verändert, weil die Entladung im wesentlichen durch die Innenwiderstände der beiden Transistoren und nicht durch den Wert des ersten Widerstands bestimmt ist. Der erfindungsgemäße Multivibrator ermöglicht somit die Steuerung eines mechanischen Schwingers aus der Ruheposition heraus mit einer weitgehend konstanten Schwingfrequenz. Außerdem werden Temperaturerhöhungen kompensiert und es wird während des stationären Betriebs des Schwingers nur eine geringe Leistung verbraucht.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schaltung des erfindungsgemäßen Multivibrators,

Fig. 2 eine Ansicht des mechanischen Schwingers,

Fig. 3 Aden Verlauf der Spannung am Kondensator,

Fig. 3B den Verlauf der Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors,

Fig. 3C den durch die Spule fließenden Strom,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Multivibrators,

Fig. 5 eine weiter abgewandelte Schaltung des Multivibrators, und

Fig. 6 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Multivibrators.

Fig. 1 zeigt einen Multivibrator mit einem mechanischen Schwinger. Der Schwinger 1 bildet zusammen mit einer Spule L einen Wandler, wobei die Spule elektromagnetisch mit dem Schwinger 1 gekoppelt ist und die Funktion des Abgriffs und des Antriebs hat. Der in Fig. 2 dargestellte Schwinger 1 hat eine zentrale Welle 2, eine drehbar von der Welle getragene Scheibe 3, einen an der Oberseite der Scheibe 3 befestigten Magneten 4 und ein Gewicht 5 als Gegengewicht. Die ringförmige Spule L ist derart befestigt, daß bei einer Drehung der Scheibe 3 der Magnet 4 darunter hindurchläuft. Die Spule L wandelt die elektrische Energie eines zugeführten Signals in eine mechanische Bewegung des Schwingers 1 um und greift gleichzeitig die mechanische Bewegung des Schwingers 1 ab und wandelt diese in ein elektrisches Signal um. Deshalb dient sie sowohl als Antriebs- als auch Abgriffspule. Der Kollektor eines npn-Transistors Tr₁ und die Basis eines pnp-Transistors Tr₁ sind in Reihe geschaltet. Ein Widerstand R₂ liegt zwischen dem Transistor Tr₁ und dem positiven Pol einer Spannungsquelle E, um den Transistor Tr_x in Durchlaßrichtung vorzuspannen. Der Emitter des Transistors Tr₁ ist mit einem Widerstand Λ, verbunden. Zwischen den Emittern der beiden Transistoren Tr_x und 7V₂ ist ein Kondensator C" vorgesehen, der die beiden

Emitter kapazitiv koppelt. Die Spule L ist mit dem Emitter des Transistors Tr₂ verbunden. Der positive Pol der Spannungsquelle E, die Spule L, der Kondensator C, der Widerstand A₁, der Schalter S und der negative Pol der Spannungsquelle E sind miteinander in einer Reihenschaltung verbunden. Der Kollektor des Transistors Tr₂ ist mit dem Schalter verbunden. Somit liegen insgesamt vier Schaltungskreise vor, ein Entladekreis mit der Spannungsquelie E, der Spule L, dem Kondensator C, dem Widerstand R_x und dem Schalter S; ein Entladekreis mit dem Kondensator C, dem Emitter und der Basis des Transistors Tr₂ und mit dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Tr₁; ein Entladekreis mit dem Kondensator C, dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Tr₁ und dem Widerstand R₁; ferner ein Schwingkreis mit der Spannungsquelle E, der Spule L, dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Tr₁ und mit dem Schalter S.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Multivibrators unter Bezugnahm«; auf Fig. 3 näher erläutert. Wenn sich der Schwinger 1 in Ruhe befindet, ist der Schalter S geschlossen. Die Basis und der Emitter des Transistors Tr₁ sind in Durchlaßrichtung vorgespannt, jedoch ist der Transistor Tr₁ gesperrt, weil der Kondensator C über den Ladekreis aufgeladen ist.

In Fig. 3 A ist die Zeit t auf der Abszisse und die Spannung V_c an dem Kondensator C auf der Ordinate aufgetragen. Über den Ladekreis wird der Kondensator entsprechend der Wellenform a₀ auf ein bestimmtes Niveau A₁ aufgeladen. In Fig. 3 B ist die Zeit t auf der Abszisse und die Basis-Emitter-Spannung V_UE des Transistors Tr₁ auf der Ordinate aufgetragen. Während der Kondensator Caufgeladen wird, steigt die Spannung entsprechend der Wellenform b_u auf das Niveau B₁. Der Transistor Tr₁ wird durchgeschaltet, wenn seine Basis-Emitter-Spannung den Wert B_x erreicht. Deshalb wird der Kondensator C über den Entladekreis über diejenige Schaltung entladen, welche den Emitter und die Basis des Transistors Tr₂, den Kollektor und den Emitter des Transistors Tr₁ und den Kondensator C enthält. Gleichzeitig wird der Transistor Tr₂ sofort durchgeschaltet, und der Entladestrom von dem Kondensator C wird auch über den Zweig geleitet, welcher den Emitter und den Kollektor des Transistors Tr₂, den Widerstand R₁ und den Kondensptor Centhält. Danach fällt die Kondensatorspannung entsprechend der Wellenform A₁ in Fig. 3 A ab. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Tr₁ wird durch diese Entladung auf einem Niveau B₂(Fig. 2B) gehalten. Der Kondensator C wird entsprechend einer Zeitkonstanten entladen, welche durch die Kapazität des Kondensators C, den Widerstand des Widerstands A₁ und die Widerstandskomponenten der Transistoren Tr_x und Tr₂ bestimmt ist. Wenn die Spannung des Kondensators C auf den Wert A₂ abfällt, wird der Transistor Tr_x gesperrt und der Transistor 7V₂ wird ebenfalls sofort gesperrt. Solange der Transistor Tr₁ leitend ist, fließt ein großer Strom durch den Multivibrator von der Spannungsquelle E über die Spule L und den Emitter und Kollektor des Transistors Tr₂. In Fig. 3 C ist die Zeit f auf der Abszisse und der Strom I_L, welcher durch die Spule L fließt, auf der Ordinate aufgetragen, so daß sich der dargestellte Strom e₀ ergibt, der als Antriebsimpuls durch die Spule L fließt.

Wenn der Transistor Tr₂ abgeschaltet ist, wird der Kondensator C wieder aufgeladen und der beschrie-

bene Arbeitszyklus wiederholt, um ein astabiles Schwingen durchzuführen.

Die Periode des astabilen Schwingvorganges ist auf eine Frequenz eingestellt, die größer als die Eigenfrequenz des Schwingers ist. Der Stromverlauf e_u des Antriebsimpulses ist auf einen Wert eingestellt, der eine ausreichende Antriebskraft zum Anstoßen des Schwingers liefert.

Der Schwinger 1 wird durch den Impuls e₀ angestoßen und in der Spule / wird eine Spannung induziert. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Tr_x wird entsprechend dem Wert ^₁ zugeführt, oder das Signal b_ü in Fig. 3B wird der induzierten Spannung überlagert. Wenn die Spannung B_x erreicht wird, wird der Transistor Tr_x durchgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt ist der Kondensator C entsprechend der Wellenfo/ a₂ auf eine Spannung A₃ aufgeladen. Der Transistor Tr_x wird also durch die Basis-Emitter-Spannung B_x durchgeschaltet, während in der beschriebenen Weise der Transistor Tr₂ durch den Entladestrom durchgeschaltet wird, welcher durch die Zeitkonstante des Kondensators C bestimmt ist, so daß sich der Kondensator C entlädt, wie es die Wellenform a₃ zeigt. Der Impuls e_x fließt durch die Spule L, wodurch der Schwinger 1 angetrieben wird. Wenn der beschriebene Voigang wiederholt wird und sich die Schwingamplitude des Schwingers 1 allmählich erhöht, steigt auch die induzierte Spannung an und wird der Basis-Emitter-Spannung überlagert, wodurch die Frequenz erhöht wird, durch welche der Transistor Tr_x umgeschaltet wird. Folglich werden die Lade- und Entladeintervalle des Kondensators C stufenweise erhöht. Die Impulsbreite des durch die Spule L während des leitenden Zustands des Transistors Tr₂ fließenden Stroms wird stetig verringert. Wenn der Schwinger einen stationären Bewegungszustand mit einer konstanten Amplitude erreicht hat, sind die Stromimpulse ebenfalls stabile und stationäre Antriebsimpulse e mit einer bestimmten Impulsbreite. Deshalb führt der Schwinger 1 stationäre Schwingungen aus.

Da der auf den Schwinger wirkende Stromimpuls e_ü viel größer als der Stromimpuls e ist, welcher dann vorliegt, wenn der Schwinger seinen stationären Bewegungszustand erreicht hat, kann der Schwinger in Bewegung gesetzt werden, ohne daß dazu eine äußere Kraft erforderlich ist. Sobald der stationäre Zustand erreicht ist, wird der Schwinger durch Stromimpulse e mit kleinerer Impulsbreite angetrieben, weshalb der Leistungsverbrauch auf ein Minimum reduziert werden kann. Der Schwinger wird mit einem Stromimpuls angetrieben, dessen Frequenz mit seiner Eigenfrequenz synchron ist.

Durch eine andere Anordnung der beiden Transistoren und Anschluß der Spannungsquelle mit entgegengesetzter Polarität ist es möglich, eine andere Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Multivibrators zu erhalten. Die Arbeitsweise entspricht jedoch der Schaltung nach Fig. 1.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Anstelle des Schwingers 1 nach Fig. 1 ist ein stabförmiger Schwinger 16 vorgesehen. Dieser stabförmige Schwinger 16 ist am einen Ende befestigt und am freien Ende mit einem Magnetstab 17 auf der einen Seite und mit einem Gewicht 18 auf der anderen Seite versehen, wobei dieses Gewicht ein Gegengewicht für den Magnetstab darstellt. Eine ringförmige Spule L₁₀ ist in der Nähe des Bewegungsbereichs des Magnetstabs 17 angerodnet. In der gezeigten Schaltung ist

ein Thermistor AiZi₁₀ zwischen den Kollektor des Transistors 7V₁₁ und den Emitter des Transistors 7V₁₂ geschaltet. Mit E₁₀, S₁₀, A₁₁, C₁₀, und A₁₂ sind entsprechend die Spannungsquelle, der Schalter, der erste Widerstand, der Kondensator und der zweite Widerstand bezeichnet.

Mit der Schaltung nach Fig. 4 können die Temperatur-Charakteristiken der Transistoren Tr_n und Tr_n weiter verbessert werden.

Fig. 5 zeigt einen Multivibrator mit einem Wandler, bei dem der Schwinger 29 der Rotor 28 eines Motors ist. Der Schwinger 29 ist eine Ferritscheibe, die an einer Welle 30 befestigt ist und die zwei Paare von Nordpolen und Südpolen hat. Eine ringförmige Spule L₂₀ liefert die Abgriff- und Antriebsfunktion und ist in einem geeigneten Abstand von den Polen an dem Rotor befestigt. Ein Kondensator C₂₁ ist zwischen die Basis und den Kollektor des Transistors Tr₂₁ geschaltet. Entsprechend Fig. 1 sind ein erster Transistoi 7V₂₁, eine Spule L₂₀, eine Spannungsquelle E₂₀, eir Schalter S₂₀, ein Kondensator C₂₀, ein zweiter Transistör Tr₂₂, ein erster und zweiter Widerstand /?₂₁ und R₂₂ vorgesehen. Mit dieser Schaltung kann ein Schwingen des Transistors 7V₂₁ verhindert werden. Fig. 6 zeigt eine Schaltung eines Multivibrators, in welcher ein Kondensator C₃₁ parallel zu einem Widerstand A₃₂ zwischen der Basis eines Transistors 7V₃, und dem positiven Pol einer Spannungsquelle E₃₀ geschaltet ist. Wie in Fig. 1 sind weiterhin ein erster Transistor TV₃₁, eine Spule L₃₀, ein Schalter S₃₀, ein Kondensator C₃₀, ein zweiter Transistor TV₃₂, ein er

¹"' ster und zweiter Widerstand A₃₁ und A₃₂ vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform wird erreicht, daß die Antriebsimpulse die gewünschte Form haben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Multivibrator zur Steuerung eines mechanischen Schwingers, bestehend aus zwei Transistoren entgegengesetzter Leitfähigkeit, von welchen der Kollektor des ersten Transistors mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, einem die beiden Transistoren koppelnden Kondensator, einem an die Basis des ersten Transistors einerseits und an eine Gleichspannungsquelle andererseits angeschlossenen Widerstand, einer an den mechanischen Schwinger angekoppelten Spule, mit einem zwischen dem Emitter des ersten Transistors und der Gleichspannungsquelle vorgesehenen weiteren Widerstand, dadurch gekenüzeichnet,daßder Kondensator (C; C₁₀; C₂₀, C₃₀) zwischen den Emitter des ersten und den des zweiten Transistors (Tr_x, Tr₂; Tr_n, Tr_n; Tr₁₁, Tr_n; Tr_1x, Tr₃₂) geschaltet ist, und daß die Spule (L) mit dem Emitter des zweiten Transistors (Tr₂; Tr_n; Tr₂₂; Tr₃₂) verbunden ist.

2. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor des ersten Transistors (Tr₁₁) und dem Emitter des zweiten Transistors (Tr₁₂) ein Thermistor (AlA₁₀) liegt.

3. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis und der Kollektor des ersten Transistors (Tr_2x) über einen weiteren Kondensator (C₂₁) gekoppelt sind.

4. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem an die Basis des ersten Transistors (Tr₃₁) angeschlossenen Widerstand (A₃₂) ein weiterer Kondensator (C₃₁) geschaltet ist.