DE1277911B - Monostabiler Multivibrator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al-36/02

Nummer: 1277 911

Aktenzeichen: P 12 77 911.2-31 (B 91931)

Anmeldetag: 6. April 1967

Auslegetag: 19. September 1968

Monostabile Multivibratoren, im weiteren als inonostabile Kippstufen bezeichnet, haben bekanntlich nur einen stabilen Schaltzustand, aus dem sie durch einen Steuerimpuls in einen instabilen Schaltzustand überführbar sind. Nach einer bestimmten, durch die Zeitkonstante eines Zeitkreises gegebenen Zeit kehren sie in ihren stabilen Schaltzustand selbsttätig zurück. Durch zweimaliges Umschalten einer monostabilen Kippstufe können beispielsweise Ausgangsimpulse wählbarer Länge erzeugt werden.

Der Zeitkreis besteht in aller Regel aus einer RC-Kombination, deren Zeitkonstante eine gewisse Erholzeit der Kippstufe bedingt, die sich beim Betrieb störend bemerkbar macht. Unter der Erholzeit ist dabei die Zeitdauer zu verstehen, die die Kippstufe benötigt, um nach dem Zurückkippen in den stabilen Schaltzustand wieder für einen neuen Steuerimpuls ansprechbar zu sein. Der im Zeitkreis verwendete Kondensator muß nämlich nach dem Zurückkippen der Kippstufe in den stabilen Schaltzustand erst umgeladen werden, bevor ein neuer Steuerimpuls wirksam werden kann.

Zur Herabsetzung dieser störenden Erholzeit sind bereits besondere Schaltungen bekanntgeworden (vgl. deutsche Auslegeschrift 1203 822), bei denen der die Zeitkonstante der monostabilen Kippstufe bestimmende Kondensator von der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors überbrückt ist. Nach Zurückkippen der Kippstufe in den stabilen Schaltzustand wird dieser Transistor geöffnet, so daß sich der Kondensator in sehr kurzer Zeit mit konstantem Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors entladen kann.

Alle bisher bekannten monostabilen Kippstufen haben die Eigenschaft, daß sie nach dem Eintreffen eines Steuerimpulses, also nach der Überführung in ihren instabilen Schaltzustand, in dem sie für eine durch die Zeitkonstante des Zeitkreises bestimmten Zeitdauer verharren, nicht von weiteren an den Eingang der Kippstufe gelangenden Steuerimpulsen beeinflußbar sind.

In der Steuer- und Regelungstechnik besteht nun oft die Forderung, eine Impulsfolge zu überwachen und bei Ausbleiben dieser Impulsfolge bzw. einer wesentlichen Änderung der Impulsfolgefrequenz Schaltmaßnahmen vorzunehmen, die ein solches Ausbleiben der Impulsfolge anzeigen.

Zwar sind auch bereits Kippstufen zur Überwachung von Impulsfolgen bekannt (vgl. zum Beispiel USA.-Patentschrift 2 827574), die aus zwei ober ein ÄC-Glied verbundenen Verstärkerelementen bestehen und ein weiteres den Kondensator als Monostabiler Multivibrator

Anmelder:

BÖLKOW

Gesellschaft mit beschränkter Haftung,

8012 Ottobrunn

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Ing. Eberhard Reis, 8014 Neubiberg

Schalter überbrückendes Verstärkungselement aufweisen, um die durch die Umladezeit des Kondensators bestimmte Erholzeit der Kippstufe so klein wie möglich zu halten. Bei dieser bekannten Kippstufe zur Überwachung von Impulsfolgen werden die eintreffenden Impulsfolgen gleicher Polarität jedoch zwei unterschiedlichen Eingängen der Kippstufe zugeführt, die unmittelbar jeweils mit einem Steuereingang der beiden Verstärkerelemente verbunden sind. Dadurch wird bei der bekannten Kippstufe erreicht, daß diese bei Eintreffen einer zu überwachenden Impulsfolge als bistabile Kippstufe und bei Ausbleiben dieser Impulsfolge als monostabile Kippstufe wirkt. Auch diese Kippstufe ist also nach ihrem Umschalten auf Grund eines an ein erstes Verstärkerelement gegebenen Impulses nicht in der Lage, auf weitere an dieses gleiche Verstärkerelement gegebene Impulse anzusprechen, sondern kann dann nur durch einen auf das jeweils andere Verstärkerelement gegebenen Impuls beeinflußt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine zur Überwachung von Impulsfolgen geeignete monostabile Kippstufe zu schaffen, die sich durch sehr kurze Erholzeiten, einfachen Aufbau und durch eine Verwendbarkeit als Impulsdetektor auszeichnet, wobei sie bei Beaufschlagung mit einer Steuerimpulsfolge ihren instabilen und bei Ausbleiben der Steuerimpulsfolge ihren stabilen Schaltzustand einnimmt.

Ausgehend von einer monostabilen Kippstufe mit einem ersten und einem zweiten Verstärkerelement und einem unmittelbar zwischen dem Ausgang des ersten Verstärkerelements und dem Eingang des zweiten Verstärkerelements geschalteten Kondensator,

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durch den die Zeit bestimmbar ist, während der die Alles Nähere der Erfindung wird an Hand eines

von einem Steuerimpuls aus ihrem stabilen Zustand in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels

gebrachte Kippstufe in ihrem instabilen Zustand ver- erläutert. Im einzelnen zeigt

harrt, wobei der Kondensator von der Kollektor- Fig. 1 eine monostabile Kippstufe gemäß der Emitter-Strecke eines Transistors überbrückt ist, ist 5 Erfindung, die mit TTL-Schaltkreisen aufgebaut ist,

diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, F i g. 2 einen Impulsplan der am Eingang und den

daß die Basis dieses Transistors als von den Steuer- Ausgängen einer als Impulsdetektor betriebenen

impulsen beaufschlagter Eingang der Kippstufe her- monostabilen Kippstufe gemäß F i g. 1 auftretenden

ausgeführt ist. Impulse.

Durch diese verblüffend einfache Lösung wird io Die in F i g. 1 dargestellte Kippstufe besteht aus erreicht, daß bei jeder Ansteuerung der monostabilen zwei hier aus TTL-Schaltkreisen gebildeten Ver-Kippstufe durch einen Steuerimpuls der über den Stärkerelementen 1 und 2. Zwischen dem Ausgang A Kondensator geschaltete Transistor leitend und des ersten Verstärkerelements 1 und dem Eingang E₂₁ außerdem der Eingang des zweiten Verstärker- des zweiten Verstärkerelements 2 ist ein Kondenelements so beeinflußt wird, daß die monostabile 15 sator3 geschaltet, der mit der Kollektor-Emitter-Kippstufe in ihren instabilen Schaltzustand kippt, Strecke eines Transistors 4 überbrückt ist. Der wobei gleichzeitig der die Zeitkonstante der Kippstufe Kollektor des Transistors 4 ist dabei mit dem Ausbestimmende Kondensator mit konstantem Strom, gang A des Verstärkerelements 1 verbunden. Der d. h. in kürzester Zeit entladen wird. Emitter des Transistors 4 ist mit dem Eingang E₂₁

Eine merkbare Erholzeit der Kippstufe kann also 20 des zweiten Verstärkerelements 2 verbunden und nicht auftreten, da eine im Kondensator enthaltene über einen regelbaren Widerstand 5 an positive Ladung bei Auftreten eines Steuerimpulses über die Spannung gelegt. An den Ausgängen A des Verleitende Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors stärkerlements 1 und Ά des Verstärkerelements 2 abgebaut wird. Dabei ist vorausgesetzt, daß die zeit- sind die Ausgangssignale der monostabilen Kippstufe liehe Dauer des Steuerimpulses mindestens so groß 25 abnehmbar. Die Basis des Transistors 4 ist als Einwie die Entladezeit des Kondensators ist. gang B der Kippstufe herausgeführt.

Durch diese Entladung des Kondensators bei Die als Verstärkerelemente verwendeten TTL-

jedem eintreffenden Steuerimpuls bleibt die mono- Schaltkreise sind in herkömmlicher Weise aufgebaut

stabile Kippstufe so lange in ihrem instabilen Schalt- und an die Spannungsversorgung angeschlossen (vgl. zustand, bis innerhalb der auf den letzten Steuer- 30 zum Beispiel ELECTRONICS, 6. 3. 1967, S. 122),

impuls folgenden, durch die Zeitkonstante der Kipp- wobei hier nur eine vereinfachte Darstellung dieser

stufe gegebenen Zeitdauer kein neuer Steuerimpuls integrierten Schaltkreise verwendet ist. Das Verstär-

mehr auftritt. Da der Kondensator auch im instabilen kerelement 1 besitzt zwei Eingänge E₁₁ und E₁₂, von

Schaltzustand der Kippstufe von jedem eintreffenden denen jedoch nur der Eingang E₁₁ mit dem AusSteuerimpuls entladen wird, wird das durch die Zeit- 35 gang ~Ä des Verstärkerelements 2 verbunden ist. Das

konstante gegebene Zeitintervall, nach dem die Verstärkerelement 2 verfügt über die Eingänge E₂₁

Kippstufe in ihren stabilen Schaltzustand zurück- und E₂₂, von denen der Eingang E₂₁ mit dem Emitter

kehren würde, neu gestartet. des Transistors 4 bzw. dem einen Pol des Konden-

Eine solche monostabile Kippstufe wird daher sators 3 verbunden ist.

gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als Impuls- 40 Bei einer zweiten, hier gestrichelt angedeuteten detektor verwendet, der bei Beaufschlagung mit einer Schaltungsmöglichkeit der monostabilen Kippstufe, Steuerimpulsfolge seinen instabilen und bei Aus- bei der sie allerdings nicht als Impulsdetektor zu bleiben der Steuerimpulsfolge seinen stabilen Schalt- verwenden ist, ist der Eingang E₂₂ des Verstärkerzustand einnimmt. elements 2 als Eingang der Kippstufe herausgeführt,

Durch geeignete Wahl der Zeitkonstante der 45 wobei die Basis des Transistors 4 über einen Widermonostabilen Kippstufe gegenüber der Impulsfolge- stand 6 mit dem Ausgang ~Ä des zweiten Verstärkerfrequenz einer zu überwachenden Impulsfolge sind elements verbunden ist.

bei ihrem Ausbleiben bzw. einer Verkleinerung ihrer Die Betriebsweise der monostabilen Kippstufe wird

Impulsfolgefrequenz mit Hilfe der Kippstufe Schalt- an Hand des in F i g. 2 dargestellten Impulsplans

vorgänge auszulösen. 5° erläutert. Im Ruhezustand, also dem stabilen Schalt-

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der zustand der Kippstufe ist das Verstärkerelement 2

Erfindung sind als Verstärkerelemente integrierte leitend, so daß an seinem Ausgang ~Ä ein Signal »0«

Schaltkreise des TTL^Transistor-Transistor-Logic)- auftritt, während das Verstärkerelement 1 gesperrt

NAND-SYSTEMS mit Multiemittem als Eingängen ist und daher an seinem Ausgang^ ein Signal »1«

verwendet. 55 auftritt. Der Kondensator 3 möge zu diesem Zeit-

Durch die Verwendung derartiger integrierter punkt entladen sein, so daß auch am Eingang E₂₁ ein

TTL-NAND-Gatter kann die monostabile Kippstufe Signal »1« ansteht.

auch über die zweiten Emitter der Verstärkerelemente Zur Zeit t_t wird die monostabile Kippstufe durch angesteuert werden, wobei die Basis des über den einen an der Basis B des Transistors 4 auftretenden Kondensator geschalteten Transistors über einen 60 negativen Steuerimpuls beaufschlagt, der den EinWiderstand mit dem Ausgang des zweiten Verstärker- gang E₂₁ des Verstärkerelements 2 auf ein Potential elements verbunden ist. Wird die monostabile Kipp- »0« legt, so daß das Verstärkerelement 2 sperrt und stufe über einen zweiten Emitter der Verstärker- an seinem Ausgang ~Ä das Signal »1« auftritt. Damit elemente angesteuert, so ist sie allerdings als Impuls- wird aber das Verstärkerelement 1 leitend, so daß an detektor nicht zu verwenden, da wie bei den bisher 65 seinem Ausgang A das Signal »0« auftritt. Gleichbekannten monostabilen Kippstufen ein während zeitig mit diesem Umschalten der monostabilen des instabilen Schaltzustandes eintreffender weiterer Kippstufe in ihren instabilen Schaltzustand öffnet die Steuerimpuls die Kippstufe nicht beeinflußt. Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 4, so daß

eine eventuell sich auf dem Kondensator 3 befindliche Ladung abgebaut wird.

Im instabilen Zustand der Kippstufe lädt sich der Kondensator 3 über den regelbaren Widerstand 5 auf, gesperrt, und das Verstärkerelement 1 wird leitend. Der instabile Schaltzustand der Kippstufe dauert wieder so lange, bis sich der Kondensator 3 über den regelbaren Widerstand 5 so weit aufgeladen hat, daß

so daß am Eingang E₂₁ des Verstärkerelements 2 5 das am Eingang E₂₁ des Verstärkerelements 2 an-

^21

etwa in der im Impulsplan gezeigten Weise das Potential ansteigt. Bei jedem eventuell neu eintreffenden Steuerimpuls an der Basis des Transistors 4 wird der Kondensator 3 über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 4 erneut entladen, so daß der Aufladevorgang nach Ende des Steuerimpulses über den Widerstand 5 jeweils von neuem beginnt.

Tritt an der Basis des Transistors 4 dagegen kein neuer Steuerimpuls auf, so lädt sich der Kondensator 3 über den Widerstand 5 nach einer durch den eingestellten Wert des regelbaren Widerstands 5 gegebenen Zeit so weit auf, bis das am Eingang E₂₁ des Verstärkerelements 2 auftretende Potential als Signal »1« identifiziert wird und damit das Verstärkerelement 2 leitend wird. Bei leitendem Ver- ao Stärkerelement 2 wird das Verstärkerelement 1 gesperrt, so daß die monostabile Kippstufe wieder ihren stabilen Schaltzustand erreicht.

Die auf dem Kondensator 3 befindliche Ladung im Moment des Umschaltens der Kippstufe in den sta-Wien Schaltzustand baut sich über den Ladewiderstand 5 und den Kollektorwiderstand des Verstärkerelements 1 ab. Auch bei einer eventuell verbleibenden Restladung auf dem Kondensator 3 bzw. bei einem Eintreffen eines neuen Steuerimpulses unmittelbar nach Erreichen des stabilen Schaltzustandes macht sich dieses nicht durch eine Erholzeit der Kippstufe bemerkbar, da durch den Steuerimpuls der Transistor 4 geöffnet und damit der Kondensator 3 sofort entladen wird, wobei wieder vorausgesezt ist, daß die Dauer des Steuerimpulses mindestens so groß wie die Entladezeit des Kondensators ist.

Bei der in F i g. 1 gestrichelt angedeuteten Schaltungsvariante der monostabilen Kippstufe wird der Kondensator 3 unmittelbar beim Erreichen des stabilen Schaltzustandes über den Transistor 4 entladen, da seine Basis bei leitendem Verstärkerelement 2 negatives Potential erhält. Der Transistor 4 bleibt im stabilen Schaltzustand der Kippstufe geöffnet. Erst bei Eintreffen eines Steuerimpulses am Eingang E₂₂ des Verstärkerelements 2 wird das Verstärkerelement 2 und damit auch der Transistor 4 stehende
wird.

Potential als ein Signal »1« identifiziert

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Monostabile Kippstufe mit einem ersten und einem zweiten Verstärkerelement und einem unmittelbar zwischen dem Ausgang des ersten Verstärkerelements und dem Eingang des zweiten Verstärkerelements geschalteten Kondensator, durch den die Zeit gegeben ist, während der die von einem Steuerimpuls aus ihrem stabilen Schaltzustand gebrachte Kippstufe in ihrem instabilen Schaltzustand verharrt, wobei der Kondensator von der Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors überbrückt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis dieses Transistors (4) als von den Steuerimpulsen beaufschlagter Eingang (B) der Kippstufe herausgeführt ist.

2. Monostabile Kippstufe nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerelemente (1, 2) integrierte Schaltkreise des TTL-(Transistor -Transistor - Logic) - NAND - SYSTEMS mit Multiemittern als Eingängen verwendet sind.

3. Monostabile Kippstufe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Impulsdetektor verwendet ist, der bei Beaufschlagung mit einer Steuerimpulsfolge seinen instabilen und bei Ausbleiben der Steuerimpulsfolge seinen stabilen Schaltzustand einnimmt.

4. Monostabile Kippstufe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des über den Kondensator (3) geschalteten Transistors (4) über einen Widerstand (6) mit dem Ausgang (Ä) des zweiten Verstärkerelements (2) verbunden ist und daß ein zweiter Emitter des zweiten Verstärkerelements (2) als von den Steuerimpulsen beaufschlagter Eingang (E₂₂) der Kippstufe herausgeführt ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 827 574.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 617/496 9.68

Bundesdruckerei Berlin