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Schaltungsanorctimng zur Erzeugung von weiten deren Frequenz in Abhängigkeit von einem äusseren Signal veränderbar ist
Die Erfindung bezieht sich auf frequenzvariable Generatoren und betrifft insbesondere Schaltungsanordnungen zur Erzeugung von elektrischen Wellen, deren Frequenz sich unter der Steuerwirkung der Amplituden bzw. der Momentanwerte von äusseren Signalen ändert.
Es ist zuweilen erwünscht, ein Signal, dessen Momentanwert einer Folge von Änderungen unterworfen ist, in eine'Welle umzuwandeln, die eine analoge Folge von Frequenzänderungen aufweist. So hat
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eine Telephonleitung besser übertragen werden können, wenn sie vorher in eine elektrische Welle umgewandelt werden, die zwischen zwei vorgegebenen Frequenzen schwankt, welche den beiden Elementen, z. B. Zeichen und Pausen, der binären Signale entsprechen.
Eine bekannte Möglichkeit zur Umwandlung eines Signals veränderlicher Amplitude in eine entsprechende Welle veränderlicher Frequenz liegt in der Verwendung eines kippbaren Multivibrators. Bei Vakuumröhren ist es häufig möglich, die Ausgangsfrequenz eines solchen Multivibrators praktisch linear zu beeinflussen, indem das ankommende Signal veränderlicher Amplitude einer oder mehreren der Hauptvorspannungen des Multivibrators überlagert wird. Wenn versucht wird, diese Massnahmen analog in der Transistortechnik anzuwenden, zeigt es sich jedoch, dass der Basisstrom, der in jedem Transistor fliesst, selbst wenn der Transistor im Sinne einer Sperrung vorgespannt ist, erhebliche Nichtlinearitäten in den Änderungen der Ausgangsfrequenz zur Folge hat.
Es ist bereits eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen worden, welche die schädlichen Auswirkungen dieser äusseren Basisströme auf die Steuerung der Ausgangsfrequenz eines mit Transistoren bestückten Multivibrators behebt. Im wesentlichen umfasst diese Schaltungsanordnung einen Wellengenerator, der einen bistabilen Transistor-Multivibrator und einen Schaltkreis zum Kippen des Multivibrators zwischen seinen beiden stabilen Gleichgewichtszuständen aufweist, wobei dieser Schaltkreis von einem äusseren taktgebenden Kreis gesteuert wird, der mit Ausnahme der Kippzeitpunkte vom Multivibrator getrennt ist.
Jede Stufe des bistabilen Multivibrators wird durch den taktgebenden Kreis abwechselnd von dem nichtleitenden Sperr- oder Ausschaltzustand in den leitenden oder Einschaltzustand versetzt ; der taktgebende Kreis enthält zu diesem Zweck wenigstens eine Kapazität, deren Potential von einem Bezugswert auf einen durch das Eingangssignal bestimmten Wert geändert wird und nach dem Kippen des Multivibrators wieder zum Bezugswert zurückkehrt. Der Multivibrator wird gekippt, sobald das Potential am taktgebenden Kondensator einen vorgegebenen Zwischenwert zwischen dem Bezugswert und jenem Wert annimmt, bis zu dem es geändert wird. Da das Eingangssignal das Potential bestimmt, auf das sich der taktgebende Kondensator auflädt, wird hiedurch die Änderungsgeschwindigkeit des Potentials und damit auch die Ausgangsfrequenz des Generators festgelegt.
Die Schaltungsanordnung nach dem erwähnten Vorschlag eignet sich zwar zur Erzeugung von Impulsen, deren Folgefrequenz im wesentlichen in linearer Beziehung zu den Momentanwerten des angelegten äusseren Signals steht, doch hat sich gezeigt, dass der Frequenzbereich, innerhalb dessen eine genaue Linearität dieser Beziehung vorliegt, nicht für alle Anwendungsfälle ausreichend gross ist.
Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung liegt deshalb darin, den Bereich, innerhalb dessen die Aus-
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gangsfrequenz eines multivibratorartigen Schaltkreises unter der Steuerwirkung des Momentanwerte eines oder mehrerer äusserer Signale linear geändert werden kann, zu vergrössern.
FerneL befasst sich die Erfindung mit der Aufgabe, die Arbeitsweise des nach dem erwähnten Vorschlag verwendeten äusseren taktgebenden Kreises von der Amplitude des ankommenden Signals unabhängig zu machen. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, zu verhindern, dass Schwankungen des Basispotentials der Transistoren des bistabilen Multivibrators die Linearität der Arbeitsweise schädlich beeinflussen.
Eine gemäss der Erfindung ausgebildete Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Wellen, deren Frequenz in Abhängigkeit vom Momentanwert zumindest eines äusseren Signals veränderbar ist und bei welcher ein zweistufiger Transistor-Multivibrator mit getrennten Eingangskreisen für beide Stufen vorgesehen ist, der mit einer vom Momentanwert des äusseren Signals abhängigen Geschwindigkeit gekippt wird, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Signal auf einen taktgebenden Kreis mit einem taktgebenden Kondensator wirkt, wodurch das Potential an dieser Kapazität von einem ersten, durch eine Bezugspotentialquelle vorgegebenen Potentialwert in Richtung zu einem zweiten, durch das äussere Signal festgelegten Potentialwert geändert wird, dass ferner der Kondensator durch eine Schaltenrichtung mit einem der Eingangskreise des Multivibrators verbunden ist,
um die betreffende Stufe des Multivibrators aus dem leitenden in den nichtleitenden Zustand zu versetzen, sobald das Potential an dem taktgebenden Kondensator einen dritten, vorgegebenen Potentialwert erreicht, der zwischen dem ersten und dem zweiten Potentialwert liegt, und dass eine die Bezugspotentialquelle und einen zwischen dieser Potentialquelle und dem taktgebenden Kreis eingefügten Transistorschalter enthaltende Rückstelleinrichtung vorgesehen ist, welche den taktgebenden Kondensator praktisch gleichzeitig mit dem Kippen des Multivibrators auf den ersten Potentialwert zurückführt.
Nach einem Hauptmerkmal der Erfindung wird also der taktgebende Kreis bei einem Wellengenerator der erwähnten Art nach dem Kippen des bistabilen Multivibrators durch einen Transistorschalter, der direkt zwischen der taktgebenden Kapazität und einer Bezugspotentialquelle eingeschaltet ist, zurückgestellt. Wenn der Transistorschalter offen ist, ist die taktgebende Kapazität von der Bezugspotentialquelle abgetrennt und ihr Potential kann sich daher bis zu dem durch das Eingangssignal bestimmten Wert ändern. Bei geschlossenem Transistorschalter ist hingegen die taktgebende Kapazität an das Bezugspotential gebunden. Nach jedem Kippen des Multivibrators wird also die taktgebende Kapazität auf ein Potential zurückgeführt, das unabhängig von der Amplitude des Eingangssignals ist.
Hiedurch wird der Frequenzbereich, innerhalb dessen die Schaltungsanordnung linear arbeitet, gegenüber dem erwähnten älteren Vorschlag wesentlich erweitert.
Nach einem weiteren wichtigen Merkmal der Erfindung wird der bistabile Transistor-Multivibrator eines Wellengenerators der erwähnten Art zwischen seinen beiden stabilen Gleichgewichtszuständen dadurch hin-und hergekippt, dass abwechselnd jede Stufe vom Einschaltzustand in den Ausschaltzustand gebracht wild, statt umgekelut, wie dies bei der oben erwähnten Schaltungsanosdnung der Fall ist. Das Basispotential des leitenden Transistors des Multivibrators ist nämlich besser definiert als das Basispotential des gesperrten Transistors.
Dieses Merkmal der Erfindung ergibt daher eine grössere Gleichmässigkeit in der Aufeinanderfolge der Kippzeitpunkte des Multivibrators und verhindert, dass Schwankungen des Basispotentials des gesperrten Transistors die Linearität der Arbeitsweise des Generators schaad lich beeinflussen.
Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der bistabile Transistor-Multivibrator zwei Eingangskreise und zwei Ausgangskreise. Ferner sind zwei äussere taktgebende Kondensatoren vorgesehen, die über normalerweise in Sperrichtung vorgespannte Dioden mit je einem der Eingangskreise verbunden sind. Das Potential an den taktgebenden Kapazitäten wird abwechselnd von einem Bezugswert auf einen Wert geändert, der durch die Amplitude bzw. den Momentanwert wenigstens eines äusseren Signals bestimmt ist. Sobald das Potential eines jeden dieser Kondensatoren einen vorgegebenen Schwellen-oder Zwischenwert erreicht, wird die zugeordnete Diode in Durchlassrichtung vorgespannt und dadurch die betreffende Stufe des Multivibrators aus dem leitenden oder Einschaltzustand in den nichtleitenden oder Ausschaltzustand gekippt.
Für die Rückstellung sind zwei Transistorschalter vorgesehen, die von den jeweils entgegengesetzten Ausgangskreisen des Multivibrators gesteuert werden und zwischen je einem der taktgebenden Kondensatoren und der Bezugspotentialquelle eingeschaltet sind. Praktisch gleichzeitig mit dem Kippen des Multivibrators wird der durch die jeweils gekippte Stufe gesteuerte Transistorschalter geschlossen, wodurch dieser den zugeordneten Kondensator mit dem Bezugspotential verbindet. Zur gleichen Zeit öffnet der andere Transistorschalter, trennt dadurch den zugeordneten takt- gebenden Kondensator von der Bezugspotentialquelle ab und ermöglicht dadurch eine Änderung des Poten-
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tials dieses Kondensators.
Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen ein bistabiler Multivibrator und zwei äussere taktgebende Kondensatoren vorgesehen sind, können sowohl durch ein einziges als auch durch zwei äussere Signale gesteuert werden. Wenn nur ein einziges äusseres Signal wirksam ist, so wird dieses zur Steuerung der Aufladegeschwindigkeit beider taktgebender Kondensatoren herangezogen. Sind hingegen zwei äussere Signale wirksam, so werden diese getrennt je einem der taktgebenden Kondensatoren zugeführt ; hiebei kann der zusätzliche Vorteil ausgenützt werden, dass das Tastverhältnis im abgehenden Impulszug des Multivibrators unabhängig von den Parametern der Schaltung steuerbar ist. Das Tastverhältnis wird dann einfach durch eine Änderung des Verhältnisses zwischen den äusseren Signalamplituden beeinflusst.
Solange dieses Verhältnis konstant gehalten wird, ergibt sich jedoch eine im wesentlichen lineare Steuerung der Ausgangsfrequenz oder der Impulsfolgefrequenz. des Multivibrators. Das Tastverhältnis kann natürlich auch durch entsprechende Regelung des Verhältnisses zwischen den Zeitkonstanten im Kreise der taktgebenden Kondensatoren beeinflusst werden.
Weitere Ziele und Merkmale der Erfindung sollen nunmehr an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen genauer erläutert werden. Fig. l stellt im Blockschema das der Erfindung zugrundeliegende Schaltungsprinzip dar. Fig. 2 ist das Schaltschema eines speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Fig. 3A-3F stellen die an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 2 auftretenden Spannungverläufe dar.
Nach dem in Fig. l wiedergegebenen Blockschema wird ein bistabiler Multivibrator 8 verwendet, der zwei Eingänge aufweist, die mit je einem Schalter 9 bzw. 10 verbunden sind. Die andern Klemmen der Schalter 9 und 10 sind an zwei taktgebende Kreise 11 bzw. 12 angeschlossen. Zur Rückstellung dieser Kreise 11 und 12 am Ende ihrer Taktzyklen sind mit ihnen Rückstellkreise 13 bzw. 14 verbunden. Die Ausgänge des bistabilen Multivibrators 8 steuern über Verbindungsleitungen die Rückstellkreise 13 und 14.
Die beiden Eingangsklemmen 16 und 17, an welche die Eingangssignale veränderlicher Amplitude angelegt werden, sind mit den taktgebenden Kreisen 11 bzw. 12 verbunden, während die Ausgangsimpulse von einer Ausgangsklemme 15 abgenommen werden, die an einen der Ausgänge des bistabilen Multivibrators 8 angeschlossen ist.
Im Betrieb treten an den taktgeberden Kreisen 11 und 12 wellenförmige Spannungen auf, deren Amplituden sich in Abhängigkeit vom Momentanwert des zugeordneten Eingangssignals ändern. Sobald die Ausgangsspannung eines der taktgebenden Kreise 11 oder 12 einen vorgegebenen Schwellenwert erreicht, wird sie über den zugeordneten Schalter 9 bzw. 10 dem Multivibrator 8 als Steuersignal zugeführt. Der Multivibrator 8 kippt bei der Einwirkung dieses Signals in den andern stabilen Gleichgewichtszustand und liefert dabei einen Ausgangsimpuls, der einem der Rückstellkreise 13, 14 zugeführt wird, welcher seinerseits den zugeordneten taktgebenden Kreis 11 oder 12, der eben einen Taktzyklus abge- schlossen hat, zurückstellt.
Wenn einer der Rückstellkreise 13 bzw. 14 durch den Ausgangsimpuls des Multivibrators 8 betätigt wird, so beginnt der jeweils andere taktgebende Kreis 11 oder 12 einen ähnlichen Taktzyklus. Auf diese Weise werden die taktgebenden Kreise 11 oder 12 abwechselnd wirksam, so dass der Multivibrator in Intervallen gekippt wird, die von den Amplituden der Eingangssignale abhän- gen.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild eines speziellen Ausführungsbeispiels der Erfindung. Der bistabile Multivibrator enthält zwei NPN-Transistoren 18 und 19, Widerstände 20 - 26 und einen Kondensator 27. Der Widerstand 26 und der Kondensator 27 sind parallel geschaltet und bilden einen Vorspannungskreis. Eine Klemme dieses Parallelkreises ist mit den Emitterelektroden der Transistoren 18 und 19 verbunden, wogegen die andere Klemme geerdet ist. Die Widerstände 20 und 21 sind zwischen Erde und den Basiselektroden der Transistoren 18 bzw. 19 eingeschaltet. Der Widerstand 22 ist zwischen der Kollektorelektrode des Transistors 18 und der Basiselektrode des Transistors 19, der Widerstand 23 analog zwischen der Kollektorelektrode des Transistors 19 und der Basiselektrode des Transistors 18 eingeschaltet.
Die Widerstände 24 und 25 liegen zwischen einer Quelle E'positiven Potentials und den Kollektorelektroden der Transistoren 18 bzw. 19.
Mit den Basiselektroden der Transistoren 18 und 19 sind Dioden 28 bzw. 29 verbunden, welche die Schalter 9 bzw. 10 in Fig. l bilden und so gepolt sind, dass die Durchlassrichtung von den Transistoren 18 bzw. 19 weg verläuft.
Der taktgebende Kreis 11 umfasst einen Widerstand 30 und einen seriengeschalteten Kondensator 32 ; der taktgebende Kreis 12 umfasst in analoger Weise einen Widerstand 31 und einen seriengeschalteten Kondensator 33. Der Verbindungspunkt von Widerstand 30 und Kondensator 32 ist an die zweite Klemme der Diode 28 angeschlossen, während der Verbindungspunkt von Widerstand 31 und Kondensator 33 an die
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zweite Klemme der Diode 29 angeschlossen ist. Die andern Klemmen der Kondensatoren 32 und 33 sind geerdet, wogegen die andern Klemmen der Widerstände 30 und 31 mit den Eingangsklemmen 16 bzw.
17 für die Signale E bzw. E verbunden sind.
Die Rückstellkreise 13 und 14 enthalten PNP-Transistoren 34 und 35, Widerstände 36 und 37 und eine Quelle E" eines positiven Bezugspotentials. Die Emitterelektroden der Transistoren 34 und 35 sind mit der
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elektrode des Transistors 34 und der Kollektorelektrode des Transistors 19 liegt. Die Kollektorelektrode des Transistors 34 ist mit dem Verbindungspunk. von Widerstand 30 und Kondensator 32 verbunden, während die Kollertorelektrode des Transistors 35 an den Verbindungspunkt von Widerstand 31 und Kondensator 33 angeschlossen ist.
Für die symmetrische Ausbildung der Schaltung nach Fig. 2 sind in den Fig. 3A-3F verschiedene Vorspannungsverläufe dargestellt. Die Fig, 3A und 3D geben den Verlauf der Spannungen e und eC2 an den Kollektorelektroden der Transistoren 18 bzw. 19 an. Die Fig. 3B und 3F zeigen den Verlauf der Spannun-
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lich den Verlauf der Spannungen el und e2 an den Kondensatoren 32 bzw. 33 dar. E und E2 geben die Momentanwerte der beiden Eingangssignale an (wie dargestellt ist El negativ und E2 positiv). Ea und Eb stellen die Schwellenwerte der Spannungen e und e dar, die zur kippenden Steuerung des Multivibrators 8 erforderlich sind. .
E" ist schliesslich das Bezugspotential für die Spannungen el bzw. e, auf welches die taktgebenden Kreise 11 und'12 durch die Transistoren 34 und 35 und die Bezugspotentialquelle Eil zurückgestellt werden
Vor dem in den Fig. 3A-3F eingetretenen Zeitpunkt to sind die Transistoren 18 und 35 gesperrt, die Transistoren 19 und 34 sind leitend, der Kondensator 32 befindet sich auf dem Bezugspotential E" (die Diode 29 ist in Sperrichtung vorgespannt) und der Kondensator 33 entlädt sich über den Widerstand 30 auf
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Zwischenwert Eb (Fig. 3F) erreicht, wird die Diode 29 in Durchlassrichtung vorgespannt (da darn Eb Klei- ner als eb2 ist) und der Transistor 19 geht in den Sperrzustand über (Fig.
3D), wodurch der Transistor 18 infòlge der kreuzweisen Verkopplung durch den Widerstand 23 (Fig. 3B) sofort leitend wird. Hieraus ist erkennbar, dass die erfindungsgemässe Kippanordnung die Änderung des Gleichgewichtszustandes des bistabilen Multivibrators durch Umschaltung des leitenden Transistors 111 den Sperrzustand veranlasst. Da das Basispotential des im Einschaltzustand befindlichen Transistors des Multivibrators besser als das Basispotential des gesperrten Transistors definiert ist, wird hiedurch in der Aufeinanderfolge der Kippzeitpunkte des Multivibrators eine grössere Gleichmässigkeit erzielt. Die Spannung ecl an-der Kollektorelektrode des Transistors 18 (Fig. 3A) ist auch mit der Basiselektrode des Transistors 19 (Fig. 3E) gekoppelt, welche diesen Transistor im gesperrten Zustand hält.
Ferner ist die Spannunge mit der Basiselektrode des Transistors 34 gekoppelt, um diesen Transistor vom leitenden Zustand in den gesperrten Zustand überzuführen, und schliesslich ist die Spannung cl auch mit der Basiselektrode des Transistors 35 gekoppelt, um diesen Transistor vom gesperrten in den leitenden Zustand zu bringen. Da die Folarität der Bezugspotentialquelle E"positiv ist, befinden sich die Kollektorelektroden der Transistoren 34 und 35 im wesentlichen auf dem positiven Wert von E", wenn die Transistoren leitend sind (im gesperrten Zustand der Transistoren sind die Kollektorelektroden vom Bezugspotential abgetrennt). Wenn der Transistor 34 oder 35 leitend ist, wird oder ist der Kondensator 32 bzw. 33 des taktgebenden Kreises 11 bzw. 12 auf das Bezugspotential E" aufgeladen.
Im Zeitpunkt to wird daher der Transistor 34 gesperrt und der Kondensator 32 beginnt sich über den Widerstand 30 auf den Wert El der Eingangsspannung zu entladen. Dies ist in Fig. 3C zwischen den Zeitpunkten to und tl dargestellt. Der Transistor 35 wird im Zeitpunkt to leitend, wodurch der Kondensator 33 über den Transistor 35 aufgeladen werden kann. Dieser Vorgang ist in Fig. 3F zwischen den
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kleiner als der Wert von eb, im Zeitpunkt t,), so wird die Diode 28 in Durchlassrichtung vorgespannt und der Transistor 18 wird gesperrt, was bewirkt, dass die Transistoren 19 und 34 leitend werden, der Transistor 35 hingegen ebenfalls gesperrt wird.
Im Zeitpunkt tl beginnt der Kondensator 33 sich auf den Wert E2 des Eingangssignals zu entladen und der Kondensator 32 beginnt mit der Aufladung auf das Bezugspotential E". Infolge der kreuzweisen Verkopplung durch die Widerstände 22 und 23 ist jede der Dioden 28 und 29 stets in Sperrichtung vorgespannt, ausgenommen dann, wenn das Potential an dem zugeordneten Kon- densator 32 oder 33 ausreicht. eine Änderung des Zustandes des Multivibrators 8 herbeizuführen. Sobald. dies. geschieht, wird die Diode 28 oder 29 so lange in Durchlassrichtung vorgespannt, bis der Transistor 18 oder 19 der andern Hälfte des Multivibrators 8 leitend wird.
Da die Dioden 28 und 29 mit Ausnahme der
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Steuerzeitpunkte stets gesperrt sind, sind die taktgebenden Kondensatoren 32 und 33 von den Transistoren 18 und 19 abgetrennt, so dass die Basisströme, welche in diesen Transistoren bei deren Vorspannung in Sperrichtung fliessen, den Aufladevorgang der Kondensatoren nicht störend beeinflussen.
Bei der vorstehenden Erläuterung des dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung wurde angenommen, dass die Schaltung symmetrisch ausgebildet ist und dass an den beiden Eingangsklemmen 16 und 17 verschiedene Signalspannungen wirksam sind. Das TastverhKltnis im Ausgang des Multivibrators 8 wird dabei bloss durch das Verhältnis der Momentanwerte der beiden äusseren Signale gesteuert. Solange dieses Verhältnis konstant bleibt, erfolgt eine praktisch lineare Regelung der Ausgangsfrequenz oder der Impulsfolgefrequenz des Multivibrators 8. Wie schon erwähnt, kann an die beiden Eingangsklemmen gleichzeitigaucheinund dasselbe Signal angelegt werden, wobei dann die Frequenz der Ausgangsimpulse in linearer Beziehung zu dem Momentanwert dieses einzigen Eingangssignals steht.
Das beschriebene Beispiel erschöpft die Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung nicht, sondern lässt noch verschiedene Abwandlungen zu.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von Wellen, deren Frequenz in Abhängigkeit vom Momentanwert zumindest eines äusseren Signals veränderbar ist, bei welcher ein zweistufiger Transistor-Multivi- brator mit getrennten Eingangskreisen für beide Stufen vorgesehen ist, der mit einer vom Momentanwert des äusseren Signals abhängigen Geschwindigkeit gekippt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das äussere Signal auf einen taktgebenden Kreis (11) mit einem taktgebenden Kondensator (32) wirkt, wodurch das Potential an dieser Kapazität von einem ersten durch eine Bezugspotentialquelle (E") vorgegebenen Potentialwert in Richtung zu einem zweiten, durch das äussere Signal festgelegten Potentialwert geändert wird, dass ferner der Kondensator (32) durch eine Schalteinrichtung (9)
mit einem der Eingangskreise des Multivibrators (8) verbunden ist, um die betreffende Stufe (18) des Multivibrators aus dem leitenden in den nichtleitenden Zustand zu versetzen, sobald das Potential an dem taktgebenden Kondensator (32) einen dritten, vorgegebenen Potentialwert erreicht, der zwischen dem ersten und dem zweiten Potentialwert liegt, und dass eine die. Bezugspotentialquelle (E") und einen zwischen dieser Potentialquelle und dem taktgebenden Kreis (11) eingefügten Transistorschalter' (34) enthaltende Rückstelleinrichtung (13) vorgesehen ist, welche den taktgebenden Kondensator (32) praktisch gleichzeitig mit dem Kippen des Multivibrators auf den ersten Potentialwert zurückführt.
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Circuit arrangement for generating wide whose frequency can be changed as a function of an external signal
The invention relates to variable-frequency generators and relates in particular to circuit arrangements for generating electrical waves, the frequency of which changes under the control effect of the amplitudes or the instantaneous values of external signals.
It is sometimes desirable to convert a signal, the instantaneous value of which is subject to a sequence of changes, into a wave which has an analog sequence of frequency changes. So had
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a telephone line can be transmitted better if they are converted beforehand into an electrical wave which fluctuates between two predetermined frequencies which the two elements, e.g. B. characters and pauses that correspond to binary signals.
A known possibility of converting a signal of variable amplitude into a corresponding wave of variable frequency is to use a tiltable multivibrator. With vacuum tubes, it is often possible to influence the output frequency of such a multivibrator in a practically linear manner by superimposing the incoming signal of variable amplitude on one or more of the main bias voltages of the multivibrator. If an attempt is made to apply these measures analogously in transistor technology, however, it turns out that the base current that flows in each transistor, even if the transistor is biased in the sense of blocking, results in considerable non-linearities in the changes in the output frequency.
A circuit arrangement has already been proposed which eliminates the harmful effects of these external base currents on the control of the output frequency of a multivibrator equipped with transistors. Essentially, this circuit arrangement comprises a wave generator which has a bistable transistor multivibrator and a circuit for tilting the multivibrator between its two stable states of equilibrium, this circuit being controlled by an external clock-generating circuit that is separate from the multivibrator with the exception of the times of the tilting.
Each stage of the bistable multivibrator is alternately switched from the non-conductive blocked or switched-off state to the conductive or switched-on state by the clock circuit; For this purpose, the clock circuit contains at least one capacitance, the potential of which is changed from a reference value to a value determined by the input signal and which returns to the reference value after the multivibrator is tilted. The multivibrator is tilted as soon as the potential at the clock-generating capacitor assumes a predetermined intermediate value between the reference value and the value up to which it is changed. Since the input signal determines the potential to which the clock-generating capacitor charges, the rate of change of the potential and thus also the output frequency of the generator are determined by this.
The circuit arrangement according to the proposal mentioned is suitable for generating pulses whose repetition frequency is essentially in a linear relationship to the instantaneous values of the applied external signal, but it has been shown that the frequency range within which there is an exact linearity of this relationship is not for all use cases is sufficiently large.
A main aim of the present invention is therefore to improve the range within which the design
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output frequency of a multivibrator-like circuit can be changed linearly under the control effect of the instantaneous values of one or more external signals.
Furthermore, the invention is concerned with the task of making the operation of the outer clock-generating circuit used according to the proposal mentioned independent of the amplitude of the incoming signal. Another aim of the invention is to prevent fluctuations in the base potential of the transistors of the bistable multivibrator from having a detrimental effect on the linearity of the operation.
A circuit arrangement designed according to the invention for generating waves, the frequency of which can be changed as a function of the instantaneous value of at least one external signal and in which a two-stage transistor multivibrator with separate input circuits is provided for both stages, which operates at a speed dependent on the instantaneous value of the external signal is tilted, is essentially characterized in that the external signal acts on a clock-generating circuit with a clock-generating capacitor, whereby the potential at this capacitance from a first potential value specified by a reference potential source in the direction of a second potential value specified by the external signal is changed so that the capacitor is also connected to one of the input circuits of the multivibrator by a switching direction,
to switch the relevant stage of the multivibrator from the conductive to the non-conductive state as soon as the potential at the clock-generating capacitor reaches a third, predetermined potential value, which is between the first and the second potential value, and that one is the reference potential source and one between this potential source and a reset device containing transistor switches inserted into the clock-generating circuit is provided, which returns the clock-generating capacitor to the first potential value practically simultaneously with the tilting of the multivibrator.
According to a main feature of the invention, the clock circuit in a wave generator of the type mentioned is reset after tilting the bistable multivibrator by a transistor switch that is connected directly between the clock capacitance and a reference potential source. When the transistor switch is open, the clock-generating capacitance is separated from the reference potential source and its potential can therefore change up to the value determined by the input signal. When the transistor switch is closed, on the other hand, the clock-generating capacitance is tied to the reference potential. Every time the multivibrator is tilted, the clock-generating capacitance is returned to a potential that is independent of the amplitude of the input signal.
As a result, the frequency range within which the circuit arrangement operates linearly is significantly expanded compared to the earlier proposal mentioned.
According to a further important feature of the invention, the bistable transistor multivibrator of a wave generator of the type mentioned is tilted back and forth between its two stable states of equilibrium in that each stage is alternately brought from the switched-on state to the switched-off state instead of being inverted, as in the case of the above-mentioned one Circuit arrangement is the case. The base potential of the conductive transistor of the multivibrator is better defined than the base potential of the blocked transistor.
This feature of the invention therefore results in greater uniformity in the sequence of the breakover times of the multivibrator and prevents fluctuations in the base potential of the blocked transistor from affecting the linearity of the operation of the generator.
According to a preferred embodiment of the invention, the bistable transistor multivibrator has two input circuits and two output circuits. Furthermore, two external clock-generating capacitors are provided which are each connected to one of the input circuits via diodes that are normally biased in the reverse direction. The potential at the clock-generating capacitors is changed alternately from a reference value to a value which is determined by the amplitude or the instantaneous value of at least one external signal. As soon as the potential of each of these capacitors reaches a predetermined threshold or intermediate value, the assigned diode is forward-biased and the relevant stage of the multivibrator is thereby switched from the conductive or switched-on state to the non-conductive or switched-off state.
Two transistor switches are provided for resetting, which are controlled by the respective opposite output circuits of the multivibrator and which are switched on between one of the clock-generating capacitors and the reference potential source. Practically simultaneously with the tilting of the multivibrator, the transistor switch controlled by the respective tilted stage is closed, whereby it connects the assigned capacitor to the reference potential. At the same time, the other transistor switch opens, thereby separating the associated clock-generating capacitor from the reference potential source and thereby enabling the potential to be changed.
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tials of this capacitor.
Embodiments of the invention in which a bistable multivibrator and two external clock-generating capacitors are provided can be controlled both by a single signal and by two external signals. If only a single external signal is effective, this is used to control the charging speed of both clock-generating capacitors. If, on the other hand, two external signals are effective, they are each fed separately to one of the clock-generating capacitors; The additional advantage here can be used that the pulse duty factor in the outgoing pulse train of the multivibrator can be controlled independently of the parameters of the circuit. The duty cycle is then simply influenced by changing the ratio between the external signal amplitudes.
As long as this ratio is kept constant, however, there is essentially linear control of the output frequency or the pulse repetition frequency. of the multivibrator. The duty cycle can of course also be influenced by appropriate regulation of the ratio between the time constants in the circuit of the clock-generating capacitors.
Further objects and features of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawings of exemplary embodiments. FIG. 1 shows in a block diagram the circuit principle on which the invention is based. FIG. 2 is the circuit diagram of a special embodiment of the invention.
FIGS. 3A-3F show the voltage waveforms occurring at various points in the circuit according to FIG.
According to the block diagram shown in FIG. 1, a bistable multivibrator 8 is used which has two inputs which are each connected to a switch 9 or 10. The other terminals of the switches 9 and 10 are connected to two clock circuits 11 and 12, respectively. To reset these circuits 11 and 12 at the end of their clock cycles, reset circuits 13 and 14 are connected to them. The outputs of the bistable multivibrator 8 control the reset circuits 13 and 14 via connecting lines.
The two input terminals 16 and 17, to which the input signals of variable amplitude are applied, are connected to the clock circuits 11 and 12, respectively, while the output pulses are taken from an output terminal 15 which is connected to one of the outputs of the bistable multivibrator 8.
During operation, wave-shaped voltages occur at the clock-generating circles 11 and 12, the amplitudes of which change as a function of the instantaneous value of the assigned input signal. As soon as the output voltage of one of the clock-generating circuits 11 or 12 reaches a predetermined threshold value, it is fed to the multivibrator 8 as a control signal via the associated switch 9 or 10. When this signal acts, the multivibrator 8 switches to the other stable state of equilibrium and delivers an output pulse which is fed to one of the reset circuits 13, 14, which in turn resets the associated clock-generating circuit 11 or 12, which has just completed a clock cycle .
When one of the reset circuits 13 or 14 is actuated by the output pulse of the multivibrator 8, the other clock-generating circuit 11 or 12 begins a similar clock cycle. In this way, the clock-generating circuits 11 or 12 become effective alternately, so that the multivibrator is tilted at intervals that depend on the amplitudes of the input signals.
Fig. 2 shows the circuit diagram of a specific embodiment of the invention. The bistable multivibrator contains two NPN transistors 18 and 19, resistors 20-26 and a capacitor 27. The resistor 26 and the capacitor 27 are connected in parallel and form a bias circuit. One terminal of this parallel circuit is connected to the emitter electrodes of transistors 18 and 19, while the other terminal is grounded. Resistors 20 and 21 are connected between ground and the base electrodes of transistors 18 and 19, respectively. The resistor 22 is connected between the collector electrode of the transistor 18 and the base electrode of the transistor 19, the resistor 23 analogously between the collector electrode of the transistor 19 and the base electrode of the transistor 18.
The resistors 24 and 25 are located between a source E 'of positive potential and the collector electrodes of the transistors 18 and 19, respectively.
Diodes 28 and 29, respectively, are connected to the base electrodes of transistors 18 and 19, which diodes form switches 9 and 10 in FIG. 1 and are polarized in such a way that the forward direction runs away from transistors 18 and 19, respectively.
The clock-generating circuit 11 comprises a resistor 30 and a series-connected capacitor 32; the clocking circuit 12 analogously comprises a resistor 31 and a series-connected capacitor 33. The connection point of resistor 30 and capacitor 32 is connected to the second terminal of the diode 28, while the connection point of resistor 31 and capacitor 33 is connected to the
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second terminal of diode 29 is connected. The other terminals of the capacitors 32 and 33 are grounded, whereas the other terminals of the resistors 30 and 31 are connected to the input terminals 16 and 16, respectively.
17 for the signals E and E are connected.
The reset circuits 13 and 14 contain PNP transistors 34 and 35, resistors 36 and 37 and a source E "of a positive reference potential. The emitter electrodes of the transistors 34 and 35 are connected to the
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electrode of transistor 34 and the collector electrode of transistor 19 is located. The collector electrode of the transistor 34 is connected to the connection point. of resistor 30 and capacitor 32, while the Kollertorelectrode of transistor 35 is connected to the junction of resistor 31 and capacitor 33.
Various bias curves are shown in FIGS. 3A-3F for the symmetrical design of the circuit according to FIG. 2. FIGS. 3A and 3D indicate the profile of the voltages e and eC2 at the collector electrodes of the transistors 18 and 19, respectively. FIGS. 3B and 3F show the course of the voltage
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Lich shows the profile of the voltages E1 and E2 at the capacitors 32 and 33, respectively. E and E2 indicate the instantaneous values of the two input signals (as shown, E1 is negative and E2 is positive). Ea and Eb represent the threshold values of the voltages e and e which are required for the tilting control of the multivibrator 8. .
Finally, E ″ is the reference potential for the voltages el and e, to which the clock-generating circuits 11 and 12 are reset by the transistors 34 and 35 and the reference potential source Eil
Before time t0, which occurs in FIGS. 3A-3F, transistors 18 and 35 are blocked, transistors 19 and 34 are conductive, capacitor 32 is at reference potential E "(diode 29 is reverse biased) and the capacitor 33 discharges through resistor 30
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When the intermediate value Eb (FIG. 3F) is reached, the diode 29 is forward-biased (since Eb is less than eb2) and the transistor 19 changes to the blocking state (FIG.
3D), as a result of which the transistor 18 becomes immediately conductive due to the cross-coupling through the resistor 23 (FIG. 3B). It can be seen from this that the tilting arrangement according to the invention causes the change in the equilibrium state of the bistable multivibrator by switching the conductive transistor 111 to the blocking state. Since the base potential of the transistor of the multivibrator which is in the switched-on state is better defined than the base potential of the blocked transistor, greater uniformity is achieved as a result of the succession of the tipping times of the multivibrator. The voltage ecl at the collector electrode of the transistor 18 (FIG. 3A) is also coupled to the base electrode of the transistor 19 (FIG. 3E), which keeps this transistor in the blocked state.
Furthermore, the voltage is coupled to the base electrode of the transistor 34 in order to convert this transistor from the conductive state to the blocked state, and finally the voltage cl is also coupled to the base electrode of the transistor 35 in order to bring this transistor from the blocked into the conductive state . Since the folarity of the reference potential source E "is positive, the collector electrodes of transistors 34 and 35 are essentially at the positive value of E" when the transistors are conductive (when the transistors are blocked, the collector electrodes are separated from the reference potential). When the transistor 34 or 35 is conductive, the capacitor 32 or 33 of the clock-generating circuit 11 or 12 is charged to the reference potential E ″.
At time to, the transistor 34 is therefore blocked and the capacitor 32 begins to discharge via the resistor 30 to the value E1 of the input voltage. This is shown in FIG. 3C between the times to and t1. The transistor 35 becomes conductive at time to, whereby the capacitor 33 can be charged via the transistor 35. This process is in Fig. 3F between the
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smaller than the value of eb, at time t,), the diode 28 is forward-biased and the transistor 18 is blocked, which causes the transistors 19 and 34 to become conductive, while the transistor 35 is also blocked.
At time t1, the capacitor 33 begins to discharge to the value E2 of the input signal and the capacitor 32 begins to be charged to the reference potential E ". As a result of the cross-coupling through the resistors 22 and 23, each of the diodes 28 and 29 is always in the reverse direction biased, except when the potential at the associated capacitor 32 or 33 is sufficient to bring about a change in the state of the multivibrator 8. As soon as this happens, the diode 28 or 29 is forward biased until the transistor 18 or 19 of the other half of the multivibrator 8 becomes conductive.
Since the diodes 28 and 29 except for the
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Control times are always blocked, the clock-generating capacitors 32 and 33 are separated from the transistors 18 and 19 so that the base currents that flow in these transistors when they are biased in the reverse direction do not interfere with the charging process of the capacitors.
In the above explanation of the illustrated embodiment of the invention, it was assumed that the circuit is symmetrical and that different signal voltages are effective at the two input terminals 16 and 17. The duty cycle at the output of the multivibrator 8 is controlled merely by the ratio of the instantaneous values of the two external signals. As long as this ratio remains constant, there is a practically linear regulation of the output frequency or the pulse repetition frequency of the multivibrator 8. As already mentioned, one and the same signal can be applied to the two input terminals at the same time, the frequency of the output pulses then being linearly related to the instantaneous value of this single input signal stands.
The example described does not exhaust the implementation possibilities of the invention, but allows various modifications.
PATENT CLAIMS:
1. Circuit arrangement for generating waves, the frequency of which can be changed as a function of the instantaneous value of at least one external signal, in which a two-stage transistor multivibrator with separate input circuits is provided for both stages, which tilts at a speed dependent on the instantaneous value of the external signal is, characterized in that the external signal acts on a clock-generating circuit (11) with a clock-generating capacitor (32), whereby the potential at this capacitance from a first potential value specified by a reference potential source (E ") in the direction of a second through the external signal fixed potential value is changed, that also the capacitor (32) by a switching device (9)
is connected to one of the input circuits of the multivibrator (8) in order to switch the relevant stage (18) of the multivibrator from the conductive to the non-conductive state as soon as the potential at the clock-generating capacitor (32) reaches a third, predetermined potential value between the first and the second potential value, and that one the. Reference potential source (E ") and a reset device (13) containing the transistor switch (34) inserted between this potential source and the clock-generating circuit (11), which returns the clock-generating capacitor (32) to the first potential value practically simultaneously with the tilting of the multivibrator .