DE2133330A1

DE2133330A1 - Monostabiler Multivibrator

Info

Publication number: DE2133330A1
Application number: DE19712133330
Authority: DE
Inventors: Lowe Peter R
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1970-07-06
Filing date: 1971-07-05
Publication date: 1972-01-20
Also published as: DE2133330B2; US3646370A; GB1358563A; NL167061C; CA936595A; FR2100225A5; NL7109264A; DE2133330C3

Description

" Monostabiler Multivibrator "

Die Erfindung betrifft einen monosfrabilen Multivibrator mit großer Genauigkeit des mittleren Tastverhältnisses.

In der Praxis besteht vielfach ein Bedarf an einfachen und preiswerten monostabilen MuIt!vibratoren, die nicht unbedingt eine hohe Genauigkeit der einzelnen getasteten Impulse haben müssen, die aber nichtsdestoweniger eine grosse Genauigkeit in ihrem mittleren Tastverhältnis haben sollen, wobei erwünscht ist, daß diese Genauigkeit auch dann beibehalten wird, wenn sich die Triggerfrequenz der monostabilen Multivibratoren ändert. Durch die Bezeichnung "Tastverhältnis" soll das Verhältnis der Dauer des unerregten Zustandes zum erregten Zustand-des Monovibrators verstanden werden. Unter der Bezeichnung "mittleres Tast_ verhältnis" soll das über einen eine einfache Periode des

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Monovibrators weit übersteigenden Zeitraun -genittelte Tastverhältnis verstanden werden. Etwas ähnliches sagt der Begriff der "bezogenen Impulsdauer" aus, bei der die Dauer des erregten Zustandes des iaonovibrators auf die gesamte Periodendauer bezogen wird. Unter der "mittleren bezogenen Impulsdauer"soll die über einen im Vergleich zu einer Periode langen Zeitraum gemittelte bezogene Impulsdauer verstanden werden. Die bezogene und die mittlere bezogene Impulsdauer werden in Prozent angegeben. Eine, mittlere bezogene Impulsdauer von 70 % beschreibet,- daher eine Arbeitsweise des monostabilen Multivibrators, bei dem über einen größeren Zeitraum betrachtet die gesamte Zeitdauer der erregten Zustände 70% cLes gesamten betrachteten Zeitraumes beträgt.

In der Praxis besteht, wie weiter oben schon erläutert, ein Bedarf an monostabilen MuIt!vibratoren, die bei einfachem Aufbau eine große Genauigkeit in Bezug auf die mittlere bezogene Imp ils-lauer aufweisen, wohingegen die Genauigkeit der bezogenen Impulsdauer sowie der Stabilität während der einzelnen Perioden weniger wichtig ist. Das bedeutet, daß "^ei> während eines langer zu betrachtenden Z ei träume s, währ end dem der monostabile Multivibrator vielmals getriggert wird, dieser für einen ganz bestimmten Gesamtzeitraum sich im erregten Zustand befindet, wobei sich dieser GesamtZeitraum aus vielen einzelnen den Perioden entsprechenden Zeitabschnitten zusammensetzt. Die Genauigkeit Im. Ge samt Zeitraum. : soll bei den gewünschten MuIt!vibratoren auch dann erhalten bleiben, wenn sich die Triggerfrequenz während der betrachteten Zeit ändert.

Die sich aus dem Obengesqgten ergebende Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Zeitgeberkondensator mit einer Regeleinrichtung verbunden ist, die während des Betriebes ein dem Tastverhältnis des monostabilen

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Kultivibrators entsprechendes Signal erzeugt, durch welches ein Ladestrom zum die Umschaltung des monostabilen Kultivibrators auslösenden Zeitgeberkondensator derart gesteuert ist, daß bei wiederholter Triggerung des monostabilen Multivibratoreingangs der Mittelwert des Tastverhältnisses über einen langen Zeitraum konstant gehalten wird.

Wie weiter unten noch erläutert wird, ist ein derartiger monostabiler Multivibrator sehr einfach und preiswert aufzubauen und besitzt dennoch eine sehr wirkungsvolle Hegeleinrichtung zur Konstanthaltung des mittleren Tastverhältnisses. Dieses Tastverhältnis wird über einen recht langen Zeitraum mit großer Genauigkeit herausgemittelt, wobei weder eine Änderung des Kapazitätswertes des Zeitgeberkondensators und/oder der Triggerfrequenz einen nennenswerten Einfluß hat.

In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen monostabilen Mutlivibrators empfiehlt es sich, daß die Hegeleinrichtung mit einen weiteren Kondensator zur Gewinnung einer dem augenblicklichen Tastverhältnis des monostabilen Multivibrators entsprechenden Ladung sowie mit einem durch die Spannung über dem weiteren Kondensator angesteuerten Transistor versehen ist, der den Ladestrom des Zeitgeberkondensators steuert.

Nach einer anderen Ausführungsfom des erfindungsgemäßen monostabilen Multivibrators ist dieser derart weitergebildet, daß die Regeleinrichtung mit einem integrierenden Operationsverstärker versehen ist, der ein Ausgangssignal erzeugt, welches dem, Tastverhältnis entspricht und durch welches der Ladestrom des Zeitgeberkondensators gesteuert . wird.

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Weitere Merkmaleder Erfindung ergeben sich aus zwei Ausführungsbeispielen, die nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben werden. Darin zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispieles und

Pig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispieles.*

Der in Fig. 1 gezeigte monostabile Multivibrator ist mit einem gebräuchlichen mpnostabilen Schaltkreis sowie Mitteln zur Steuerung der Längen der Impulsperiode des Ausgangssignales versehen, durch die das Tastverhältnis stabilisiert wird. Der monostabile Multivibrator nach Fig. 1 weist die Transistoren 1, 2, die Widerstände 3,4-, 5, 6, einen Zeitsteuerkondensator 7» Eingangsklemmen 8,9 zum Triggern des Multivibrators, nicht invertierende Ausgangsklemmen 10, 11, invertierende Ausgangsklemmen 12, 13 und die genannten Bauelemente invder?gezeigten Weise verbindende Leitungen auf. In der Zeichnung sind die nicht invertierenden Ausgänge durch das Bezugszeichen Q und die invertierenden Ausgänge durch das Bezugszeichen Q bezeichnet. Der monostabile Multivibrator nach

. Fig. 1 wird über Energieversorgungsklemmen 16, 17, 27 mit Gleichstrom erregt. Das Potential an der Klemme 27

liegt höher als das an der Klemme 16.

2n den sum Regeln des Tastverhältnisses dienenden Mitteln des Multivibrators gehören ein Widerstand 21, ein Transistor 22, ein integrierender Kondensator 23,Widerstände 24, 25, 26 sowie die genannten Bauteile in der gezeigten Weise verbindende Leitungen.

Es soll zuerst die Wirkungsweise des Multivibrators ohne

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den Einfluß des regelnden Teiles betrachtet werden. Hierzu wird angenommen, daß .,der ι Verbindungspunkt.20 annähernd den gleichen Wert /der Spannung wie die Versorgungsleitung 14 hat. Es sei weiterhin angenommen, daß sich der monostabile Multivibrator in seinem unerregten Zustand befindet, in dem ein Strom über den Widerstand zu der Basis des Transistors 2 fließt, der/im leitenden Zustand hält. Dia Folge davon ist nur eine vernachlässigbar kleine Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 2, wodurch nur eine unwesentliche Ausgangsspannung zwischen den nicht invertierenden Ausgangsklemmen 10 und 11 liegt und kein Strom in die Basis des Transistors 1 fließt. Daraus resultiert, daß sich der Transistor 1 im gesperrten Zustand befindet,an seinem Kollektor liegt etwa die gleiche Spannung wie auf der Leitung 14. Das bedeutet, daß zwischen den invertierenden Ausgangsklemmen 12 und 13 ein Ausgangssignal erscheint. In diesem unerregten Zustand des erfindungsgemäßen monostabilen Mutlivibrators liegt ständig eine Spannung an den Klemmen 18 und 19 des Kondensators 7»wodurch sich dieser ständig auflädt.

Der monostabile Multivibrator verbleibt solange in dem oben geschilderten nicht erregten Zustand, bis ausgehend von einer geeigneten in der Figur nicht dargestellten Spannungsquelle ein positives Triggersignal auf die Eingangsklemmen 8 und 9 gegeben wird. Durch ein derartiges Signal wird die Basis des'Transistors 1 positiv gegenüber dem Emitter, wodurch ein Strom in die Basis fließt, der den Transistor 1 durchschaltet. Als Folge hiervon fällt die Spannung des direkt mit dem Punkt 19 verbundenen Kollektors des Transistors 1 auf einen sich nur unwesentlich von dem Spannungswert,_%auf der Leitung

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unterscheidenden Wert. Hierdurcli wird die Spannung an Punkt 18 gegenüber der Leitung 15 um den gleichen Betrag abgesenkt, da der Kondensator 7 eine gewisse Zeit benötigt, um sich entsprechend umzuladen. Als !Folge davon wird der Punkt 18 gegenüber der Leitung 15 stari-i negativ, wodurch wegen des Spannungsabfalles zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 2 ^dieser sperrt. Daraus folgt, daß praktisch unmittelbar nach dem Einfluß eines kurzen Triggersignales an den Eingangski emmen 8 und 9 der Transistor 1 durch-geschaltet und der Transistor 2 ) gesperrt wird, wa.s bedeutet, daß der monostabile Multivibrator in seinen erregten Zustand gebracht wurde.

Solange die Transistoreni und 2 in dem zuletzt gescliil-.derten Zustand verharren und der monostabile Multivibrator sich in seinem erregten Zustand befindet, ist das an den über den Transistor 1 miteinander verbundenen invertierenden Ausgängen 12 und 15 anliegende Ausgangs signal vernachlässigbar klein. Dagegen liegt aber Jetzt ein Ausgangssignal zwischen den nicht invertierenden Ausgängen 10 und 11, die über den Transistor 2 miteinander in Verbindung stehen. Da weiterhin die Spannung an dem KoI- ^ lektor des Transistors 2 im wesentlichen Teil der Spannung auf der Leitung 14- ist, fließt ein Strom über die Widerstände 5 und 4. in (üe. Basis des Transistors !,wodurch dieser auch dann noch im durchgeschalteten Zustand gehalten wird, wenn das Triggersignal wieder abgeschaltet ist.

Während sich der erfindungsgemäße monostabile Multivibrator in seinem erregten Zustand befindet, bewirkt die

Spannung am Verbindungspunkt 20 einen Ladestrom, der vom Punkt 20 über den Widerstand 6 in den Kondensator 7

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fließt, da die Spannung an der Klemme 18 gegenüber der Spannung aus der Leitung 15 in negativer Richtung abgesenkt ist, wie weiter oben solion beschrieben wurde.Dieser Strom bewirkt einen exponent!eilen Anstieg der Spannung an der Klemme 18, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit allein durch die Größe des Widerstandes 6 und des Kondensators 7 bestimmt ist, venrf., wie weiter oben schon erwähnt, angenommen wird, daß die Spannung am Verbindungspunkt 20 gegenüber der Spannung auf der Leitung 15 konstant gehalten ist. Der Aufladungsvorgang des Kondensators 7 hält solange an, bis die Spannung an der Klemme 18 genügend positiv gegenüber der Leitung 15 und den Emitter des Transistors 2 geworden ist, wodurch der Transistor 2 durchgeschaltet wird.In diesem Zeitpunkt fällt die Spannung an seinem Kollektor im wesentlichen auf den Wert der Spannung auf der Leitung 15 ab,wodurch das Ausgangssignal an den nicht invertierenden Ausgangsklemmen 10 und 11 beendet, der zur 3asis des Transistors 1 fließende Strom abgeschaltet und nach der Sperrung dieses Kondensators der erregte Zustand des monostabilen Multivibrators beendet wird.

Da nunmehr das Potential an der Klemme 19 nicht mehr annähernd gleich dem Potential auf der Leitung 15 ist, fließt nunmehr ein sogenannter Kondensatorrückstellstrom über den Widerstand 3 2U dem Kondensator 7 >wodurch die Spannung an der Klemme 19 und damit das Ausgangssignal zwischen den invertierenden Ausgangsklemmen 12 und 15 wiederum auf den Spannungswert auf der Leitung 14 exponentiell ansteigt. Die Geschwindigkeit des Spannungsanstieges ist durch die Größe des Widerstandes 5 und des Kondensators 7 bestimmt und ist gewöhnlich

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zehnmal so groß wie die Geschwindigkeit, mit der die Spannung an der Klemme 18 während des erregten Zustandes des monostabilen Multivibrators ansteigt. Dementsprechend erscheint bei allen praktischen Anwendungsfällen das invertierte Ausgangssignal, wenn dcer erregte Zustand des monostabilen Multivibrators endet.

Aus dem Obengesagten ergibt sich, daß nach der Triggerung des monostabilen Multivibrators dieser seinen erregten Zustand annimmt und in diesem Zustand für einen bestimmten Zeitraum verbleibt, der durch die Größe des Widerstandes 6 und des Kondensators 7 bestimmt ist, wobei vorausgesetzt ist, daß die Spannung an dem Verbindungspunkt 20 konstant bleibt.

Es wurde bereits erwähnt, daß es die Aufgabe der noch zu beschreibenden regelnden Mittel ist, das gemittelte tastverhältnis konstant zu halten, was bedeutet, daß bei wiederholter Triggerung des monostabilen Multivibrators über einen Zeitraum, der wesentlich länger ist als eine Periode des monostabilen Multivibrators/ durch die Segeleinrichtung,die Gesamtzeit,in der der Multivibrator sich in seinem erregten Zustand befindet, genau gleich einem bestimmten Prozentsatz der Länge des gesamten langen Zeitraumes gemacht wird. Dies wird dadurch möglich, daß die Länge jedes Zeitabschnittes , in der sich der monostabile Multivibrator in seinem erregten Zustand befindet, nicht nur von der Größe des Widerstandes 6 und des Kondensators 7j sondern auch noch von dem Mittelwert der Spannung am Verbindungspunkt 20 gegenüber der Spannung auf der Leitung Λ? während dieses Zeitabschnittes abhängt. Wie bereits erläutert, ist esdiese Spannung

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am Punkt 20, die den Ladestrom "bewirkt, der während des Erregungszustandes des Multivibrators -in den Kondensator 7 fließt. Je größer diese Spannung ist, desto größer ist der Mittelwert des Ladestromes, desto schneller erreicht aber auch die Spannung an der Klemme 18 den DurchschaltZeitpunkt zu dem Transistor 2 während des erregten Zustandes des Multivibrators und desto kürzer wird der Zeitabschnitt dieses erregten Zustandes sein.

Um die obengenannten Verhältnisse zur Regelung des Tastenverhältnisses auszunutzen, sind der Widerstand 21 und der Kondensator 23 derart angeordnet, daß sie die Kollektorspannung an der Klemme 19 des Transistors 1 mitteln, so daß an dem Kondensator 23 eine Spannung anliegt,die für das Tastverhältnis des monostabilen Multivibrators charakteristisch ist. Diese Spannung steuert die Zustandsänderung und den Kollektorstrom des Transistors 22, der wiederum den Wert der Spannung am Verbindungspunkt 20 und damit den Ladestrom zu dem Kondensator 7 und in Abhängigkeit davon die Länge der erregten Zustände des monostabilen Multivibrators steuert.

Mit Hilfe des monostabilen Multivibrators ist es möglich, jedes gewünschte Tastverhältnis einzustellen. Um aber das Verständnis der nachfolgenden Erläuterung zu erleichtern, soll angenommen werden, daß das Tastverhältnis, zwischen/erregter und nicht erregter Seit des monostabilen Multivibrators 1 sein soll, so daß die ^eiten erregten und nicht erregten Zustandes des monoStab Lien Multivibrators einander gleich sind.

Wie sich aus der bisherigen Bebrachturi_;; ergibt, it;t; Lor Transistor 22 durch die Widerstände -2'l· und 2> derart

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vorgespannt, daß "bei dem gewünschten Tastverhältnis der resultierende Spannungswert über dem Kondensator 23 auf den Transistor 22 in einer V/eise einwirkt, daß dieser die Spannung an dem Verbindungspunkt auf eineia Wert hält, der geeignet ist, die erregten Zustände des monostabil en Kultivibrators derart auszudehnen, daß das gewünschte Tastverhältnis zustande kommt.

Wenn die erregten Zeitabschnitte des Konοvibrators kürzer werden als das hier vorausgesetzte Tastverhältnis 1, so äußert sich dies durch einen entsprechenden Spanfc .nungsanstieg über den Klemmen des Kondensators 23, wodurch über dem Transistor 22 ein entsprechend größerer Kollektorstrom fließt.. Als Polge davon vermindert sich die Spannung am Verbindungspunkt 20 um einen entsprechenden Betrag, wodurch sich wiederum der Ladestrom zum Kondensator 7 anteilig vermindert. Eieraus resultiert wiederum eine entsprechende Verlängerung des Zeitabschnittes, in dem der monostabile !Multivibrator erregt ist, wodurch dieser zu dem gewünschten Tastverhältnis zurückkehrt.

In Analogie hierzu ist bei einem zu lanzen Zeitabschnitt

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der Erregung des monostabilen KuItivibrators eine ent-P sprechende Spannungsverminderung über den Klemmen des Kondensators 23 festzustellen, die in sinem verminderten Kollektorstrom des Transistors 22 und eir.er erhöhten Spannung an dem Verbindungspunkt 20 x'esuitiert, wodurch der Ladestrom des Kondensators 7 i-i entsprechender v/eise anwächst und der Zeitabschnitt des erregten Zusbandes des Honovibrators sich vemindert.

Hieraus ergibt sich, daß durch eine Abv;oivf:iurij von de:.; gewünschten Tastverhältnis die Spannung To er dem Konclc:i-

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- li -

Gator 23, eier Koliektorstron des ü)ransistors 22, die Spannung an den Verbindungspunkt 20,der Ladestrom des Kondensators 7 und die Länge des erregten Zustandes des · Iionovibrators in geeigneter Weise verändert und hierdurch. die Abweichung von den erwünschten Tastverhältnis korrigiert wird.

Aus den bisherigen Erläuterungen läßt sich entnehmen, daß die Kapazität des Kondensators 23 genügend groß gewählt sein nuß, da sich die Spannung über den Kondensator langsan ändern soll gegenüber der periodischen Spannungsänderung an der Ausgangski ernne 19» wenn der inonostabile Multivibrator periodisch getriggert wird.

Der erfindungsgenäße nonostabile I^-IuIt!vibrator kann auch mit anderen iastverhältnissen als das oben angegebene arbeiten, bei den die Seitabschnitte erregten und nicht erregten Zustandes des rlonovibrators einander gleich waren. Zur .Änderung des Tastverhältnisses ist es nur nötig, die Größe der Widerstände 24 und 25 auf einen geeigneten neuen Wert einzustellen.

Praktische Versuche haben gezeigt,daß wesentlihe Änderungen des tatsächlichen Kapasitätswertes des Kondensators 7 solange r.icht den Segelteil des erxindungsgeniäßen Monovibrators in seiner regelnden Wirkung sur Erzielung eines genau gleichbleibenden mittleren "X'astverhältnisses behindern, wie diese lli-derungen nicht auch gleichzeitig die dynamische Wirkungsv^eise des monostabil·en I^-IuItivibrators behindern. Daher ist die Genauigkeit und die Stabilität des erfindungsgexnäßen nonnstabilen. rluitivibrators in v;esentliche:i unabhängig von einer Kapazitätsänderung.

Praktische Versuche haben weiterhin ergeben, daß der er-

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erfindungsgemäße monostabile Multivibrator auch dann mit der gleichen hohen Genauigkeit sein Tastverhältnis beibehält, wenn sich die Triggerfrequenz ändert, vorausgesetzt, daß die Änderung der Trägerfrequenz nicht so schnell oder groß ist, daß der Monovibrator nicht mehr in seinem dynamischen Bereich arbeitet.

Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen monostabilen Multivibrators unterscheidet sich von dem bisher beschriebenen Beispiel k im wesentlichen durch die Verwendung eines integrierten Schaltkreises und eine etwas abgeänderte Schaltung zur Erzielung der Regelwirkung. Es arbeitet aber insoweit nach den gleichen Prinzipien des Ausführungsbeispieles nach S¹Xg. 1, wie wiederum durch den Regelkreis des monostabilen Multivibrators das erwünschte mittlere Tastverhältnis mit hoher Genauigkeit durch entsprechende iinderung des Ladestromes eines Zeitgeberkondensators eingehalten wird.

Der erfindungsgemäße monostabile Multivibrator nach Pig.2 ist mit einer gebräumlichen Konovibratorschaltung versehen, die eine in integrierter Schaltungstechnik aufge- f baute monostabile Kippstufe 28,einen Widerstand 29, einen Zeitsteuerkondensator 30, Eingangskieramen 31, 32, einen nicht invertierenden Ausgang Q mit den Ausgangsklemmen 331 34-j und einen invertierenden Ausgang Q mit den Ausgangsklemmen 35, 36 aufweist. Die Hemmen 32, 32, 35 sind Anschlüsse der als Block dargestellten Kippstufe 28,die weiterhin eine positive Energieversorgungskienme 37, eine als Masse wirkende negative Energieversorgungsklemme 38 und Anschlüsse 39, ^O für den externen Zeitsteuerkondensator 30 aufweist.

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Die geschilderten Bauelemente des geb-räuchlichen Teils des erfindungsgemäßen monostabilen Multivibrators sind wie aus Fig. 2 ersichtlich in der folgenden V/eise miteinander verbunden. Die positive Energieversorgungsiclemme 37 der monostabilen Kippstufe:· 28 ist zu einem ι positiven Energieversorgungsanschluß^und die negative Energieversorgungskiemme 38 ist über eine Masseleitung 42 zu einem Energieversorgungsanschluß 43 geführt.Die Anschlüsse 41 und 43 werden ebenso wie die Klemmen 16 und 17 des · Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 mit einer geeigneten Gleichspannungsauelle verbunden. Die der Triggerung des mono stab ilen Multivibrators dienende Eingangskiemme 32,die Ausgangsklemme 34 des Ausgangs Q₁ und die Ausgangsklemme 36 des Ausgangs Q sind alle mit der Masseleitung 42 verbunden. Der Kondensator ist zwischen die Klemmen 39 ^urid 40 geschaltet, der Widerstand 29 liegt zwischen der Klemme 39 unä. einem Verbindungspunkt 44,an dem der Segelteil des Monovibrators die Spannung und den Ladestrom für den Kondensator 30 steuert, wie weiter unten noch erläutert wird. Der Verbindungspunkt 44 entspricht daher dem Verbindungspunkt 20 des Ausführungsbeispieles nach Pig. I.

Die Eegeleinrichtung des erfindungsgemäßen monostabilen Multivibrators wird mit einem gebräuchlichen, als integrierter Schaltkreis ausgestalteten Operationsverstärker 45, einem Integrationskondensator 46, Widerständen 47, 48, 49, 50, 51, Dioden-52, 53, 54 und die genannten Bauelemente in der in Pig. 2 dargestellten Weise verbindenden Leitungen versehen. Der Wider stand 15 ist einstellbar, um eine Kompensation der aus den Toleranzen der Bauteile möglicherweise entstehenden Fehler zu ermöglichen.

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Der Verstärker 45 weist einen invertierenden Eingang 55j einen nüit-invertierenden Eingang 56, einen Ausgang 57 und Energieversorgungsklemnen 58 und 59 auf, die mit einer geeigneten in Fig. 2 nicht dargestellten Spannungsquelle zu verbinden sind. Ss ist ferner noch, ein v/eiterer positiver Energieversorgungsanschluß 60 vorgesehen, der in der dargestellten Weise nit dem Monovibrator verbunden ist und dessen Potential positiver als das Potential an dem Anschluß 41 ist.

^ Es ist festzustellen, daß der Sondensator 46 den Ausgang 57 mit dem invertierenden Eingang 55 verbindet und daß dieser Eingang über einen Widerstand 51 zu der Masseleitung 42 geführt ist. Aus dieser Schaltung ergibt sich, daß der Verstärker 45 in Verbindung mit dem Kondensator 46 als Integrierglied geschaltet ist.

Die grundsätzliche Wirkungsweise des monostabilen Multivibrators nach 5¹Xg. 2 ist gleich der Wirkungsweise des monostabilen Multivibrators nach Fig. 1. Daher ist kein Ausgangssignal an den Ausgangsklemmen 53, 34 des nicht-invertierenden Ausgangs Q, wenn sich der Konovibrator in seinem unerregten Zustand befindet, dagegen ψ liegt zu diesem Zeitpunkt ein Ausgangs signal an dein,

invertierenden Ausgang ζ, , wobei in diesem Fall die Ausgangskiemme 35 positiv gegenüber der Ausgangsl-clernne 36 ist. Während des genannten unerregten Zustandes des erfindungsgenäßen Monovibrators liegt gleichseitig noch eine feste Spannung über den Klemmen 39₅ 40 des Kondensators 30 und es findet eine ständige Aufladung des Kondensators 30 statt.

Der erfindungsgemäße monostabile Multivibrator bleibe solange in seinem unerregten Sustand, bis ein Trigger-

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signal zwischen die Singangskleinmen 31 und 32 gelangt ,wobei die Klemme 31 positiv über der Klemme 32 wird. Venn dies geschieht, schaltet der Kon ο vibrator schlagartig in seinen erregten Zustand um, wobei an den invertierenden Ausgang Q das Ausgangssignal verschwindet und dafür ein Ausgangssignal an dem nicht-invertierenden Ausgang Q, erscheint, durch welches die Klemme 33 positiv gegenüber der Klemme 34· wird und wodurch die Spannung an den Anschlüssen 39 und 40 in der gleichen Weise plötzlich abgesenkt wird wie die Spannung an den Klemmen 18 und 19 des ersten Ausführungsbeispieles nach Pig. 1, als in diesem vom unerregten in den erregten Zustand umgeschaltet wurde.

Während sich der monostabile liultivibrator nach Fig. 2 in seinem erregten Sustand befindet, wird wegen der Spannung am Verbindungspunkt 44 ein über den Widerstand 29 fließender Ladestrom für den Kondensator 30 erzeugt, wouurch die Spannung an dem Anschluß 39 exponentiell ansteigt. Dieser Spannungsanstieg hält solange an, bis die daraus resultierende Spannung groß genug geworden ist,um den nonostabilen Kuitivibrator in seinen unerregten Zustand zurückzuschalten. Sobald dies geschieht, verschwindet das Ausgimgssignal zwischen den Ausgangsklemmen 33 -and 34 des nicht-invertierenden Ausgangs und es erscheint ein Ausgangssignal zwischen den Ausgangsklemmen 35 "und 36 des invertierenden Ausgangs.

Die Geschwindigkeit des Spannungsanstieges an dem Anschluß 39 und damit die Länge des erregten Zustandes des Konovibrators hängt von dem Kittelwert der Spannung am Ver-,bindungspunkt 47 und dem resultierenden Ladestrom ab, der während des Zeitraumes, in den der Honovibrator erregt ist, über den Widerstand 29 fließt. Ebenso xirie bei

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dem schon weiter oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel werden diese Größen durch die Regeleinrichtung wenn notwendig derart geregelt, daß das erwünschte Tastverhältnis im Kittelwert beibehalten wird. Die besondere V/eise, in der dies geschieht, wird in dem nachfolgenden Teil der Beschreibung erläutert, wobei xviederua aus Gründen der größeren Anschaulichkeit beispielsweise angenommen wird, daß die Werte der-Bauelemente so gewählt sind,daß die Zeitabschnitte des erregten Zustandes ebenso lang sind wie die Zeitabschnitte des nicht erregten Zustandes des erfindungsgemäßen monostabilen Kultivibrators.

Ininer,wenn sich der monostabile Multivibrator nach Pig.2 in seinem erregten Zustand befindet, ist wegen des fehlenden Ausgangssignales zwischen den Ausgangsklemmen 35 und 36 des invertierenden Ausgangs Q ein Strom vorhanden, der von der Klemme 60 über die Widerstände 50, 49, und die Diode 54- zu der Elemme 35 und danach zu der Hasseleitung 42 fließt. Die Diode 53 ist zu dieser Zeit in umgekehrter Richtung vorgespannt und verhindert eine Beeinflussung der Spannung an dem invertierenden Eingang 55·

Immer, wenn sich der erfindungsgemäße monostabile Kulti-" vibrator aber in seinem unerregten Zustand befindet, spannt die resultierende Ausgangsspannung zwischen den Ausgangskiemuien 35 und 36 des invertierenden Ausganges Q die Diode 54 in rückwärtiger Richtung vor, wodurch der zuletzt erwähnte Strom über die Widerstände 50 und 49 nicht mehr langer über die Diode 54 und den nicht invertierenden Ausgang Q , sondern stattdessen als Strom über die Diode 53 zu dem invertierenden Eingang ^ des Verstärkers 45 geleitet wird. Der Strom i. fließt also nur dann, wenn sich der monostabile Multivibrator in seinem unerregten Zustand befindet.

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Die Widerstände 47 und 48 "bewirken einen stetigen Bezugsstrom ip, der zu dem nicht invertierenden Eingang; 56 des Verstärkers fließt. Hieraus ergibt ßich eine feste Vorspannung des Einganges 56. Die Diode 52 dient zur Kompensation von Effekten, die sich, aus thermischen Änderungen während des Betriebes der Diode 53 ergeben können.

Die Widerstandswerte der beiden Widerstände 47 und 51 sind einander gleich, der Operationsverstärker 45 hat eine hohe Impedanz. Als Folge davon befindet sich der Verstärker dann und nur dann im Gleichgewicht, und hält seine Ausgangsspannung zwischen der Ausgangsklemme 57 und der Kasseleitung 42 konstant, wenn der Mittelwert des Stromes Ly, gleich dem Wert des Stromes ip ist.

Zusätzlich, da der erfindungsgemäße monostabile KuItivibrator ein gleichbleibendes mittleres -Tastverhältnis beibehalten soll, muß der mittlere Widerstandswert des Widerstandes 50 und der Widerstandswert des Widerstandes gleich der Hälfte des Widerstandswertes des Widerstandes 43 gemacht werden. Auf diese Weise ist dann und nur dann der Mittelwert von i. gleich dem Wert von i~ und der Verstärker 45 im Gleichgewichtszustand, wenn der Strom I,, nur für die Hälfte der Zeit fließt. Dies ist aber nur möglich, wenn die mittlere Länge der Zeitabschnitte des erregten und des nicht-erregten' Zustandes des monostabilen Multivibrators einander gleich sind oder mit anderen V/orten, wenn das Tastverhältnis 1 ist. iiur für diesen genannten Wert des Tastveriiälfcnisses, bei dem die Dauer der erregten und der nicht-erregten Zustände des iiionosbubilen Multivibrators im Mittel einander gleich sind, fließt i^ für die Hälfte der ZeLt, der Mittelwert von i, fließt für die Hälfte der Zeit,

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der Kittelwert von i. ist gleich dem. Wert von ip und der Verstärker 45 ist im Gleichgewicht.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 45 ist gleich der Spannung am Verbindungspunkt 44, deren Wert die Größe des Ladestromes zu dein Kondensator pO bestimmt. Auf diese Weise ist in dem !Falle, daß das gewünschte Tastverhältnis (gleichlange Dauer des erregten und nicht erregten Zustandes angenommen) vorliegt, der Verstärker 45 im Gleichgewicht und der Spannungswert zwischen dem Ausgang 57 und dem Verbindungspunkt 44 ist so groß, dsß die Zeitabschnitte des erregten Zustandes des monostabilen Multivibrators eine Länge haben, wie sie für das gewünschte Tastverhältnis notwendig ist.

Wenn die Zeitabschnitte, in denen der nonostabile Multivibrator erregt ist, kürzer als notwendig v/erden, um das mittlere tastverhältnis zu erhalten, so fließt

der Strom i^. mehr als die Hälfte der Zeit. Als P ο Ige davon wichst der Hittelwert des Stromes an und wird größer als der Wert von i^. Daraus ergibt sich, daß der Verstärker 45 aus dem Gleichgewicht gebracht wird und der Spannungswert am Verbindungspunkt 44 sich nach und nach so weit vermindert j bis die Zeitabschnitte des err erteil Zustandes so weit ausgedehnt sind, daß das erv/"Lischtcmittlere 'Tastverhältnis wieder hergestellt ist; und der reduzierte I-Iittelwert von i^ so weit vermindert ist,ü^ß er wieder gleich dem Vert I^ ^w^-^r(^ u¹¹^· ^-^er Verstärker 45 sich wieder im Gleichgewicht befindet.

Ist die Dauer der Zeitabschnitte,'!:, el er. en sick dor bistabile Multivibrator in Erx^ecjUüf; bef :Lidou , zu c-^ßi so f Ließt der ütrom i., woni^er ei α die I.Lllfto uo? Z<.-L::.. Hierdurch wird nein KifcfceluGrt kloLnor ali; der \/ert vor.

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BAD ORIGINAL

i_o, v.^ras ce:: Verstärker 45 in einer Sichtung aus den Gleichgewicht bringt, dio der Richtung eiitgegengesetzt ist, in die er "bei zu l:urzen Zeitabschnitten dei- Erregung; gebracht wird. Hierdurch, wächst der Spannungswert am Verbindungspunkt 44 inner weiter an, bis Zeitabschnitte des erregten Zustandes so weit verkürzt sind, daß der gewünschte I-Iittelwert des 2astverhältnisses wieder hergestellt ist und der Verstärker 45 sich wieder im Gleichgewicht befindet.

Des bedeutet, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 45, die gleich der Spannung an den Verbindungspunkt 44 ist, auf einen l.'ert stabilisiert wird, der einen solchen Ladestron für den Kondensator und canit eine solche Dauer des Zrregungsaustandes bewirkt, daß das gewünschte mittlere tastverhältnis und die Gleichheit des lüttelwertes von i^ mit den Wert i^ erhalten wird. Die Größen des "widerstände s 41 und der Kapazität 46 werden so groß gewählt, daß die durch sie bestinnte Zeitkonstante sehr lang in Vergleich zur Länge einer Periode , des bistabilen rlultivibrators ist, un zu erreichen, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers 45 nur von langzeitigen Minderungen des Unterschiedes zwischen i^ und Ip abhängig wird.

Es ergibt sich daher, daß eine Abweichung von den gewünschten ü?astverhältnis den. Kittelwert des Stror.es ±_Λ von den Bezugswert von ±_o abweichen läßt, den Verstärker 45 in der geeigneten !Richtung verschiebt, die Spannung an den Verbindungspu::kt 44 zusannen nit den Ladestron des Zeitgeberkondensapors ändert und eine Abweichung der Länge der erregten Zeitabschnitte des non ο stabil en rlultivibrators bewirkt, die notwendig ist, un das 'Tastverhältnis wieder auf den erwünschten Mittelwert hin zu korrigieren.

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Vie sich aus den ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ergab, muß nicht notwendigerweise die Kapazität des Kondensators oder die Triggerfrequenz zur Erzielung eines gleichbleibenden Tastverhältnisses !constant gehalten werden, solang die Änderung der genannten: Größen den bistabilen Multivibrator nicht außerhalb seines dynamischen Wirkungsbereiches bringt. Mit anderen Worten gesagt heißt dies, daß innerhalb des dynamischen Wirkungsbereiches des erfindungsgemäßen Konovibrators dieser den gewünschten Mittelwert des Tastverhältnisses unabhängig von der unterschiedlichen Größe des Zeitgeberkondensators oder der Triggerfrequenz beizubehalten sucht. So hat sich beispielsweise ergeben, daß ein gemäß der nachfolgenden' Tabelle bestimmter und mit einer Frequenz von 10 KHz getriggerter erfindungsgemäßer monostabiler Multivibrator gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bei einer 20% igen Abweichung des Kapazitätswertes des Kondensators 30 oder einer über t 50% igen Abweichung der Triggerfrequenz nur eine 0,01%-ige Änderung der Länge des erregten Zustandes zeigt.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen monostabilen Multivibrators ist selbstverständlich nicht auf das angenommene Tastverhältnis 1 (gleichlange Zeitabschnitte erregter und nicht erregter Zustände des Monovibrators) beschränkt. Die vorteilhafte Wirkungsweise bleibt auch bei verändertem Tastverhältnis des Monovibrators erhalten.

In der Praxis haben sich Ausführungsfomen der beiden Ausführungsbeispiele bewährt, deren Werte der einzelnen Bauelemente nachfolgend tabellarisch dargestellt sind. Die Triggerfrequenz betrug 10 KHz bei einer Spannung zwischen dem Verbindunr-sOunkt MA- und der

Λ f^j *_/ VV _i- *_l ^AO.UJ.1 Vk^UL V ^<X tu( J.AjUUiJI%*J VJ

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Kasseleitunc 42 von annähernd + 5 V«

Bauelemente

Kippstufe 28

Widerstand 29

Kondensator 30

Spannung 4-1 -

Verstärker 4-5

Kondensator . 46

Widerstand 47

Widerstand · 48

Widerstand 49

Widerstand 50

Widerstand 51

Dioden 52, 53 und 54

Spannung 58 - 59

Spannung 60 - 42

Wert

Texas Instruments Type S1T7412IN T.T.L Monostable 1OK Ohm 6800 «pE +5 V

Έairschild Type uA741 1 uF

2K 0hm 2OK 0hm 9,5K 0hm IK 0hm 2K 0hm 1Π4148 -15, + 15V + 25 V.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche :

1) Monostabiler Multivibrator, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitgeberkondensator (7) mit einer Hegeleinrichtung (21 - 26) verbunden ist, die während des Betriebes ein den tastverhältnis des monostabilen Multivibrators entsprechendes Signal erze ugi: ," durch welches ein Ladestron zum die Umschaltung des monostabilen Multivibrators auslösenden Zeitgeberkondensator derart gesteuert ist, daß bei wiederhol '-ter Triggerung des monostabilen Kultivibratorausgangs

(8, 9) cLer Mittelwert des Tastverhältnisses über einen langen Zeitraum konstant gehalten wird.

2) Monostabiler Multivibrator nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß. die Regeleinrichtung (21 - 26) mit einen weiteren Kondensator (23) zur Gewinnung einer dem augenblicklichen !Tastverhältnis des monostabilen Multivibrators entsprechenden Ladung sowie mit einem durch die Spannung über den v/eiteren Kondensator (23) angeschlossenen transistor (22) versehen ist, der den Ladestrom des Zeitgeberkor;-densators (7) steuert.

3) Monostabiler !multivibrator nach Anspruch 2, d a durcn gekennzeichnet, daß der weitere Sondensator (22) in Reihe mit einem Widerstand (21) zwischen einen Bezugspunkt (15) und einen spannungsführenden Punkt (19) geschaltet ist,an dem während des nicht erregten Zustandes des monostabilen Multivibrators eine Spannung erzeugt
daß die Basis des Transistors (22) an den Anschluß punkt des weiteren Kondensators (25) :,:it ceu V/iderstand (21) anliegt, der Emitter des Transistors (22)

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auf einen, konstanten Potential festgehalten der Kollektor des (Transistors an einen Verbindungspunkt (20) angeschlossen ist, wobei der Mittelwert der an ihn. anliegenden Spannung während jedes Zeitabschnittes nit erregtes Zustand die Länge dieses Zeitabsclinittes bestirmt.

4) Monostabiler Multivibrator nach. Anspruch, "!,dadurch gekennzeichnet, daß die Segeleinrichtung mit einen integrierenden Operationsverstärker (45, 46) versehen ist, der ein Ausgangssignal erzeugt, welches dem Tastverhältnis entspricht und durch viel dies der Ladestrora des Zeitgeberkondensators (JO) gesteuert wird.

5) Monostabiler Multivibrator nach Anspruch 4, d a durch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker (45) mit eisern, an seinen invertierenden und seinen nicht-^invertierenden Eingang (55» 3<i} angeschlossenen Dingangsnetswerk (47t 5^) versehen ist, durch welches nur v-^rälirend des unerregten Sustandes des inoaostabilen Multivibrators ein Eingangssignal su seinen invertierenden Eingang (55) gelangt und durch vrelches ein konstantes Bezügseingangssignal zu seinen nicht invertierenden Eingang (56) gelangt.

6) Monostabiler Multivibrator nach Anspruch pjQ- a durch gekennzeichnet, daß das Eingangsnetswerk (4? - 5^) an einen Spannungs punkt (55) ces .nonοstabilen Multivibrators ange-. schlossen ist, an den nur während des unerregten Zustc-ixdes eine zur Vorspannung des Eingangsnetzwerke e dienende Spannung anliegt, die während

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dieser Zeit die Zufuhr des Eingangssignales zu den invertierenden Eingang des Verstärkers erlaubt.

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