DE2014512B2 - Multivibrator - Google Patents
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Description
4. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß paiallel zu dem an die Basis
des ersten Transistors (7>3!) angeschlossenen Widerstand
(A32) ein weiterer Kor«, jnsator (C31) geschaltet
ist.
Die Erfindung betrifft einen Multivibrator zur Steuerung eines mechanischen Schwingers gemäß
dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein Multivibrator entsprechend dem Oberbegriff des Hauptanspruchs ist aus der NL-OS 6801245 bekannt.
Bei diesem Multivibrator wird der mechanische Schwinger durch eine elektrische Schaltung betrieben,
die jedoch keine ausreichenden temperaturunabhängigen Eigenschaften hat, infolgedessen sich die Frequenz
des Multivibrators mit der Temperatur ändert. Bei diesem Multivibrator ergibt eine Veränderung
bzw. Erhöhung der Widerstandswerte eine Vergrößerung der Ladezeit des vorgesehenen Kondensators
und - da die Widerstände gleichzeitig auch im Entladekreis des Kondensators liegen - auch eine vergrößerte
Entladezeit. Infolgedessen bewirkt die zur Ansteuerung des Schwingers ausgeübte magnetische
Kraft zuerst eine Ansteuerung, anschließend jedoch eine Dämpfung des Schwingers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Multivibrator zur Steuerung eines mechanischen
Schwingers zu schaffen, mit dem der mechanische Schwinger in Gang gesetzt werden kann und der insbesondere
temperaturunabhängige Eigenschaften hat, so daß die Schwingfrequenz des Schwingers weitgehend
konstant gehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Multivibrator wird der Ladekreis für den Kondensator aus der Speisequelle,
der Spule und einem Widerstand gebildet, während die Entlädung über zwei unterschiedliche Schaltungskreise erfolgt. Der eine Entladungskreis wird durch
den Emitter-Basis-Weg des zweiten Transistors und den Kollektor-Emitter-Weg des ersten Transistors
gebildet, während der zweite Entladekreis durch den Emitter-Kollektor-Weg des zweiten Transistors und
den ersten Widerstand bestimmt ist. Wenn somit der Wert dieses Widerstands erhöht wird, wodurch sich
die Ladezeit des Kondensators vergrößert, wird die Einschaltze.it des zweiten Transistors nur geringfügig
verändert, weil die Entladung im wesentlichen durch die Innenwiderstände der beiden Transistoren und
nicht durch den Wert des ersten Widerstands bestimmt ist. Der erfindungsgemäße Multivibrator ermöglicht
somit die Steuerung eines mechanischen Schwingers aus der Ruheposition heraus mit einer
weitgehend konstanten Schwingfrequenz. Außerdem werden Temperaturerhöhungen kompensiert und es
wird während des stationären Betriebs des Schwingers nur eine geringe Leitung verbraucht.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltung des erfindungsgemäßen Multivibrators,
Fig. 2 eine Ansicht des mechanischen Schwingers,
Fig. 3 A den Verlauf der Spannung am Kondensator,
Fig. 3 B den Verlauf der Basis-Emitter-Spannung des ersten Transistors,
Fig. 3C den durch die Spule fließenden Strom,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines Multivibrators,
Fig. 5 eine weiter abgewandelte Schaltung des Multivibrators, und
Fig. 6 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Multivibrators.
Fig. 1 zeigt einen Multivibrator mit einem mechanischen Schwinger. Der Schwinger 1 bildet zusammen
mit einer Spule L einen Wandler, wobei die Spule elektromagnetisch mit dem Schwinger 1 gekoppelt ist
und die Funktion des Abgriffs und des Antriebs hat. Der in Fig. 2 dargestellte Schwinger 1 hat eine zentrale
Welle 2, eine drehbar von der Welle getragene Scheibe 3, einen an der Oberseite der Scheibe 3 befestigten
Magneten 4 und ein Gewicht 5 als Gegengewicnt. Die ringförmige Spule L ist derart befestigt,
daß bei einer Drehung der Scheibe 3 der Magnet 4 darunter hindurchläuft. Die Spule L wandelt die
elektrische Energie eines zugeführten Signals in eine mechanische Bewegung des Schwingers 1 um und
greift gleichzeitig die mechanische Bewegung des Schwingers 1 ab und wandelt diese in ein elektrisches
Signal um. Deshalb dient sie sowohl als Antriebs- als auch Abgrrffspule. Der Kollektor eines npn-Transistors
Tr1 und die Basis eines pnp-Transistors Tr2 sind
in Reihe geschaltet. Ein Widerstand R2 liegt zwischen
dem Transistor Tr1 und dem positiven Pol einer Spannungsquelle
E, um den Transistor Tr1 in Durchlaßrichtung
vorzuspannen. Der Emitter des Transistors Tr1 ist mit einem Widerstand R1 verbunden. Zwischen
den Emittern der beiden Transistoren Trx und Tr1
ist ein Kondensator C vorgesehen, der die beiden
Emitter kapazitiv koppelt. Die Spule L ist mit dem Emitter des Transistors Tr2 verbunden. Der positive
Pol der Spannungsquelle E, die Spule L, der Kondensator C, der Widerstand R1, der Schalter S und
der negative Pol der Spannungsquelle E sind miteinander in einer Reihenschaltung verbunden. Der Kollektor
des Transistors Tr1 ist mit dem Schalter verbunden.
Somit liegen insgesamt vier Schaltungskreise vor, ein Entladekreis mit der Spannungsquelle E, der
Spule L, dem Kondensator C, dem Widerstand A1
und dem Schalter S; ein Entladekreis mit dem Kondensator C, dem Emitter und der Basis des Transistors
Tr2 und mit dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Tr1; ein Entladekreis mit dem Kondensator
C, dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Tr2 und dem Widerstand R1; ferner ein
Schwingkreis mit der Spannungsquelle E, der Spule L1 dem Emitter und dem Kollektor des Transistors
Tr1 und mit dem Schalter S.
Im folgenden wird die Arbeitsweise des Multivibrators
unter Bezugnahme auf Fig. 3 näher erläutert. Wenn sich der Schwinger 1 in Ruhe befindet, ist der
Schalter 5 geschlossen. Die Basis und der Emitter des Transistors 7V1 sind in Durchlaßrichtung vorgespannt,
jedoch ist der Transistor Trx gesperrt, weil der Kondensator
C über den Ladekreis aufgeladen ist.
In Fig. 3 A ist die Zeit t auf der Abszisse und die Spannung Vc an dem Kondensator C auf der Ordinate
aufgetragen. Über den Ladekreis wird der Kondensator entsprechend der Wellenform a0 auf ein bestimmtes
Niveau Ax aufgeladen. In Fig. 3B ist die
Zeit t auf der Abszisse und die Basis-Emitter-Spannung VBE des Transistors Tr1 auf der Ordinate aufgetragen.
Während der Kondensator C aufgeladen wird, steigt die Spannung entsprechend der Wellenform bu
auf das Niveau Bx. Der Transistor Tr1 wird durchgeschaltet,
wenn seine Basis-Emitter-Spannung den Wert Bx erreicht. Deshalb wird der Kondensator C
über den Entl^dekreis über diejenige Schaltung entladen, welche den Emitter und die Basis des Transistors
Tr2, den Kollektor und den Emitter des Transistors
Tr1 und den Kondensator C enthält. Gleichzeitig wird
der Transistor Tr2 sofort durchgeschaltet, und der
Entladestrom von dem Kondensator C wird auch über den Zweig geleitet, v/elcher den Emitter und den Kollektor
des Transistors Tr2, den Widerstand Rx und
den Kondensator Centhält. Danach fällt die Kondensatorspannung entsprechend der Wellenform Ax in
Fig. 3 A ab. Die Basis-E.nitter-Spannung des Transistors
Trx wird durch diese Entladung auf einem Niveau ß2(Fig. 2B)gehalten. Der Kondensator Cwird
entsprechend einer Zeitkonstanten entladen, welche durch die Kapazität des Kondensators C, den Widerstand
des Widerstands A1 und die Widerstandskomponenten
der Transistoren Trx und Tr2 bestimmt isl.
Wenn die Spannung des Kondensators C auf den Wert A1 abfällt, wird der Transistor Trx gesperrt und
der Transistor Tr2 wird ebenfalls sofort gesperrt. Solange
der Transistor Trx leitend ist, fließt ein großer
Strom durch den Multivibrator von der Spannungsquelle E über die Spule L und den Emitter und Kollektor
des Transistors Tr2. In Fig. 3C ist die Zeit f
auf der Abszisse und der Strom /,, welcher durch die Spule L fließt, auf der Ordinate aufgetragen, so daß
sich der dargestellte Strom ea ergibt, der als Aniriebsimpuls
durch die Spule L fließt.
Wenn der Transistor Tr2 abgeschaltet ist, wird der
Kondensator C wieder aufgeladen und der beschrie-
bene Arbeitszyklus wiederholt, um ein astabiles Schwingen durchzuführen.
Die Periode des astabilen Schwingvorganges ist auf eine Frequenz eingestellt, die größer als die Eigenfrequenz
des Schwingers ist. Der Stromverlauf eQ des Antriebsimpulses ist auf einen Wert eingestellt, der
eine ausreichende Antriebskraft zum Anstoßen des Schwingers liefert.
Der Schwinger 1 wird durch den Impuls e0 angestoßen
und in der Spule / wird eine Spannung induziert. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Tr1 wird
entsprechend dem Wert bx zugeführt, oder das Signal
ft0 in Fig. 3 B wird der induzierten Spannung überlagert.
Wenn die Spannung B1 erreicht wird, wird der
Transistor 7V1 durchgeschaltet. Zu diesem Zeitpunkt
ist der Kondensator C entsprechend der Wellenfor a2
auf eine Spannung A3 aufgeladen. Der Transistor Trx
wird also durch die Basis-Emitter-Spannung B1
durchgeschaltet, während in der beschriebenen Weise der Transistor Tr2 durch den Entla«.-2Strom durchgeschaltet
wird, welcher durch die ZeitLonstante des Kondensators C bestimmt ist, so daß sich der Kondensator
C entlädt, wie es die Wellenform O3 zeigt.
Der Impuls e, fließt durch die Spule L, wodurch der
Schwinger 1 angetrieben wird. Wenn der beschriebene Vorgang wiederholt wird und sich die Schwingamplitude
des Schwingers 1 allmählich erhöht, steigt auch die induzierte Spannung an und wird der Basis-Emitter-Spannung
überlagert, wodurch die Frequenz erhöht wird, durch welche der Transistor Trx umgeschaltet
wird. Folglich werden die Lade- und Entladeintervalle des Kondensators C stufenweise erhöht.
Die Impulsbreite des durch die Spure L während des leitenden Zustands des Transistors 7V2 fließenden
Stroms wird stetig verringert. Wenn der Schwinger einen stationären Bewegungszustand mit einer konstanten
Amplitude erreicht hat, sind die Stromimpulse ebenfalls stabile und stationäre Antriebsimpulse e mit
einer bestimmten Impulsbreite. Deshalb führt der Schwinger 1 stationäre Schwingungen aus.
Da der auf den Schwinger wirkende Stromimpuls e0 viel größer als der Stromimpuls e ist, welcher dann
vorliegt, wenn der Schwinger seinen stationären Bewegungszustand erreicht hat, kann der Schwinger in
Bewegung gesetzt werden, ohne daß dazu eine äußere Kraft erforderlich ist. Sobald der stationäre Zustand
erreicht ist, wird der Schwinger durch Stromimpulse e mit kleinerer Impulsbreite angetrieben, weshalb der
Leistungsverbrauch auf ein Minimum reduziert werden kann. Der Schwinger wird mit einem Stromimpuls
angetrieben, dessen Frequenz mit seiner Eigenfrequenz synchron ist.
DmJtt eine andere Anordnung der beiden Transistoren
und Anschluß der Spannungsquelle mit entgegengesetzter Polarität ist es möglich, eine andere
Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen Multivibrators zu erhalten. Die Arbeitsweise entspricht jedoch
der Schaltung nach Fig. 1.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Anstelle des Schwingers 1 nach Fig. 1 ist ein stabförmiger
Schwinger 16 vorgesehen. Dieser stabförmige Schwinger 16 ist am einen Ende befestigt und am
freien Ende mit einem Magnetstab 17 auf der einen Seite und mit einem Gewicht 18 auf der anderen Seite
versehen, wobei dieses Gewicht ein Gegengewicht für den Magnetstab darstellt. Eine ringförmige Spule L111
ist in der Nähe des Bewegungsbereichs des Magnetstabs 17 angerodnet. In der gezeigten Schaltung ist
ein Thermistor RIh19 zwischen den Kollektor des
Transistors Trn und den Emitter des Transistors Trn
geschaltet. Mit E10, S10, Rn, C10, und Rn sind entsprechend
die Spannungsquelle, der Schalter, der erste Widerstand, der Kondensator und der zweite Widerstand
bezeichnet.
Mit der Schaltung nach Fig. 4 können die Temperatur-Charakteristiken
der Transistoren Trn und Trn
weiter verbessert werden.
Fig. 5 zeigt einen Multivibrator mit einem Wandler, bei dem der Schwinger 29 der Rotor 28 eines Motors
ist. Der Schwinger 29 ist eine Ferritscheibe, die an einer Welle 30 befestigt ist und die zwei Paare von
Nordpolen und Südpolen hat. Eine ringförmige Spule E20 liefert die Abgriff- und Antriebsfunktion und ist
in einem geeigneten Abstand von den Polen an dem Rotor befestigt. Ein Kondensator C21 ist zwischen die
Basis und den Kollektor des Transistors Tr21 geschaltet.
Entsprechend Fig. 1 sind ein erster Transistor Tr21, eine Spule L20, eine Spannungsquelle E20, ein
Schalter S29, ein Kondensator C20, ein zweiter Transistor
7V22, ein erster und zweiter Widerstand Rn und
R22 vorgesehen. Mit dieser Schaltung kann ein Schwingen des Transistors 7V21 verhindert werden.
Fig. 6 zeigt eine Schaltung eines Multivibrators, in welcher ein Kondensator Cj1 parallel zu einem Widerstand
Rn zwischen der Basis eines Transistors Tr11
und dem positiven Pol einer Spannungsquellc E111 geschaltet
ist. Wie in Fig. 1 sind weiterhin ein erster Transistor 7V11, eine Spule E30, ein Schalter i',„, ein
Kondensator C' , ein zweiter Transistor 7V,,. ein erster
und zweiter Widerstand R31 und Rn vorgesehen.
Bei dieser Ausführungsform wird erreicht, daß die Antriebsimpulse die gewünschte Form haben.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Multivibrator zur Steuerung eines mechanischen Schwingers, bestehend aus zwei Transistoren
entgegengesetzter Leitfähigkeit, von weichen der Kollektor des ersten Transistors mit der Basis
des zweiten Transistors verbunden ist. einem die beiden Transistoren koppelnden Kondensator, einem
an die Basis des ersten Transistors einerseits und an eine Gleichspannungsquelle andererseits
angeschlossenem Widerstand, einer an den mechanischen Schwinger angekoppelten Spule, mit einem
zwischen dem Emitter des ersten Transistors und der Gleichspannungsquelle vorgesehenen
weiteren Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C; C10; C20, C30) zwischen
den Emitter des ersten und den des zweiten Transistors (Tr1, Tr1; Trn, Tr12; Tr21, Tr22; Tr11,
Tr32) geschaltet ist, und daß die Spule (L) mit dem
Emitter des zweiten Transistors (Tr1; Trn; Tr22;
Tr32) verbunden ist.
2. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kollektor des ersten
Transistors (Trn) und dem Emitter des zweiten
Transistors (Tr12) ein Thermistor (Rth10) liegt.
3. Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis und der Kollektor des
ersten Transistors (Tr21) über einen weiteren
Kondensator (C21) gekoppelt sind.
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