DE2405500C3 - Bistabiler Multivibrator - Google Patents

Description

3. Bistabiler Multivibrator, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Treiber-Transistor (17) in Reihenschaltung zwischen die ersten Elektrode (Emitter) der die Stromsteuertorschaltung (3 bildenden Transistoren (13, 14) und Masse eingefüg ist und daß die Steuerelektrode des zweitei Treiber-Transistors (17) über ein Dämpfungsgliei (20, 21) mit der Impulsquelle (12) für die Eingangsim pulse verbunden ist, derart, daß der zweit« Treiber-Transistor (17) infolge der endlichen Steil heit der Vorderflanken der Eingangsimpulse zi ίο einem späteren Zeitpunkt in seinen leitender Zustand gelangt als der erste Treiber-Transistor (16)

4. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Haupt-Flip-Flop und die Stromsteuertorschaltung den ersten und den zweiten Transistor (33 und 34) jeweils gemeinsam haben und mit einem einzigen gemeinsamen Anschluß (9) versehen sind, der mit den ersten Treiber-Transistor (26) verbunden ist (F i g. 7).

5. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Transistor (13, 14) der Stromsteuertorschaltung (3) mit ihren ersten Elektroden (Emitter) miteinander und mit einem der Stromsteuertorschaltung (3) individuell zugeordneter, gemeinsamen Anschluß (24) verbunden sind, daß dieser gemeinsame Anschluß (24) mit der zweiten Elektrode (Kollektor) eines weiteren Treiber-Transistors (27) der von den Eingangsimpulsen gesteuerten Stromquelle verbunden ist, wobei die Steuerelektrode und die erste Elektrode dieses weiteren Treiber-Transistors (27) mit den gleichnamigen Elektroden des ersten Treiber-Transistors (26) verbunden sind, daß die zweiten Elektroden des ersten und zweiten Transistors (13, 14) der Stromsteuertorschaltung (3) mit den zweiten Elektroden des dritten bzw. vierten Transistors (7, 8) des Neben-Flip-Flops verbunden sind und daß die Steuerelektroden des ersten und zweiten Transistors (13, 14) der Stromsteuertorschaltung (3) mit den zweiten Elektroden des ersten und zweiten Transistors (5, 6) des Haupt-Flip-Flops (1) verbunden sind.

Die Erfindung betrifft einen bistabilen Multivibrator der im Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Art.

Ein solcher bistabiler Multivibrator ist beispielsweise durch die FR-PS 20 93 494 bekannt. Er zeichnet sich dadurch aus, daß in die Verbindung zwischen den beiden Flip-Flops keine Widerstände eingefügt sind, so daß es sich besonders einfach als monolitisch integrierte Schaltung herstellen läßt. Ein weiterer Vorteil dieses bekannten bistabilen Multivibrators besteht darin, daß durch die Verwendung der Stromsteuertorschaltung eine Rückkopplung zwischen den beiden Flip-Flops vermieden ist, so daß das Auftreten von Eigenschwingungen weitgehend unterdrückt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bistabilen Multivibrator zu schaffen, bei dem die Entkopplung zwischen Haupt-Flip-Flop und Neben-Flip-Flop derart verbessert ist, daß die von den Eingangsimpulsen gesteuerten Schaltzustandsänderungen mit noch größerer Zuverlässigkeit erfolgen. Ferner soll der bistabile Multivibrator gemäß der Erfindung gegenüber Änderungen der Umgebungstemperatur und der Speisespannung weitgehend unempfindlich sein.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden feil des Patentanspruches i genannten Merkmale 'döst.

Durch die Verwendung getrennter Sfotnpfade zur Ansteuerung von Haupt- und Neben-FHp-Flop oder des Haupt-Flip-Flops und der Stromsteuertorschaltung und dadurch, daß diese Ansteuerstromkreise außerdem zeitlich gegeneinander entkoppelt sind, wird vermeden, daß sich Stromschleifen bilden, über welche der die Transistoren der Stromsteuertorschahung durchfließende Sperrstrom die Funktion der von den Eingangsimpulsen gesteuerten Stromquelle zur Ansteuerung der Flip-Flops beeinti ächtigen könnten.

Durch eine Weiterbildung der Erfindung gemäß dem. Patentanspruch 2 wird der bistabile Multivibrator so abgewandelt, daß er auch für den Betrieb mit höheren Eingangsfrequenzen geeignet ist.

Hierdurch wird erreicht, daß die Stre'ikapazität der Diodenübergänge der Transistoren der Stromsteuertorschaltung beim Übergang vom Diodenbetrieb in den Transistorbetrieb besonders schnell aufgeladen werden, so daß dieser Übergang ebenfalls entsprechend schnell erfolgt. Dies wiederum ermöglicht den Betrieb bei höheren Eingangsfrequenzen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert:

Fig. 1 zeigt die Schaltung eines bistabilen Multivibrators nach dem Stand der Technik,

F i g. 2 zeigt eine Tabelle mit den Schaltzuständen der Transistoren der Schaltung nach F i g. 1,

Fig. 3 zeigt tabellarisch die Abhängigkeit der Ausgangsspannungen der Schaltung nach F i g. 1 in Abhängigkeit von den Eingangsimpulsen,

Fig.4A bis 4D zeigen Zeitdiagramme zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 1 sowie des Multivibrators gemäß der Erfindung,

Fig.5 bis 7 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Der in Fig. 1 dargestellte bistabile Multivibrator ist vom sog. T-Typ. Er dient als Frequenzteile und besteht aus einem Haupt-Flip-Flop 1 und einem Neben-Flip-Flop 2 sowie einer Stromsteuertorschaltung 3. Alle Transistoren ^ind vom ntn-Typ, ihre Kollektoren sind mit dem Anschluß 4 für den positiven Pol der Speisespannung V_1x verbunden.Indem Haupt-Flip-Flop 1 ist der Kollektor jedes der Transistoren 5 und 6 mit der Basis des jeweils anderen Transistors 6 bzw. 5 verbunden. Ihre Emitter stehen miteinander und mit dem gemeinsamen Anschluß 9 des Haupt-Flip-Flops 1 in Verbindung.

In ähnlicher Weise sind die Kollektoren der Transistoren 7 und 8 des Neben-Fli^-Flops 2 mit der Basis des jeweils anderen Transistors 8 bzw. 7 verbunden, ihre Emitter stehen unmittelbar mit dem Bezugspotential Masse in Verbindung. Der gemeinsame Anschluß 9 des Haupt-Flip-Flops ist über eine geschaltete Stromquelle mit dem Bezugspotential verbunden. Diese Stromquelle besteht aus einem Transistor 11, der durch ein Zeitgebersignal 12 gesteuert wird und einen konstanten, d. h. von der Belastung unabhängigen, Strom liefert.

Die Stromsteuertorschaltung 3 besteht aus zwei Transistoren 13 und 14, deren Emitter miteinander und mit dem gemeinsamen Anschluß 9 der geschalteten Stromquelle verbunden sind. Basiselektroden der Transistoren 13 und 14 sind mit den Kollektoren der Transistoren 5 bzw. 6 verbunden. Ihre Kollektor-Elektroden stehen mit den Kollektor-Elekiroden der Transistoren 7 bzw. 8 in Verbindung.

Im folgenden sei die Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Schaltung unter Bezug auf Fig. 2 bis 4 erläutert:

In Fig. 2 bedeuten die Ausdrücke »CW« und »OFF« den leitenden bzw. nichtleitenden Zustand der betreffenden Transistoren. Das Diodensymbol bedeutet, daß die betreffenden Transistoren 13 bzw. 14 derart vorgespannt sind, daß ihre Basis-Kollektor-Strecken als Dioden wirken.

Ihr Ausgangszustand ist dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor 7 des Neben-Flip-Flops 2 leitend und der Transistor 8 nichtleitend ist. Die Zeitgeberimpulse am gemeinsamen Anschluß 9 sind in Fig.4A dargestellt. Wenn einer dieser Zeitgeberimpulse zu Beginn des Intervalls Ti seinen oberen Pegelwert erreicht, sind die Transistoren 5, 6. 13 und 14 nichtleitend. Es sei vorausgesetzt, daß hierbei die Basis-Kollektor-Strecken der Transistoren 13 und 14 in Flußrichtung, die Transistoren also invers, d. h. als Dioden betrieben werden. Bei dem in der ersten Zeile der Tabelle nach F i g. 2 dargestellten Schaltzustand fließt der Strom von dem Batterieanschluß 4 über die Basis-KoUektor-Strekke des Transistors 14 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 8 nach Masse. Da der Transistor 8 zunächst leitend ist, liegen die Kollektoren der Transistoren 8 und 14 praktisch auf Null-Potential. Dementsprechend hat das Basispotential des Transistors 14 in bezug auf das Bezugspotential (auf Masse) den Wert V^ der dem Spannungsabfall über der Basis-Kollektor-Strecke des Transistors 14 entspricht (F ig. 4C).

Das Basispotential des Transistors 13 hat den Wert 2 Vbe (Fig. 4B), das den Spannungsabfall an der Basis-Kollektor-Strecke des Transistors 14 zuzüglich dem Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 8 entspricht. Fig. 4D und 4E zeigen die Kollektorpotentiale der Transistoren 7 und 8.

Die in F i g. 3 dargestellte Tabelle zeigt die Spannungen an den Kollektoren, d. h. an den Schaltungspunkten T P, Q und Q in Abhängigkeit von den Zeitgeberimpulsen am gemeinsamen Anschluß 9. Wenn dieser seinen oberen Pegelwert hat, arbeiten die beiden Transistoren 13 und 14 als Dioden.

Wenn die Signalspannung am gemeinsamen Anschluß 9 während der Zeitspanne T₂ auf ihren niedrigen Wert absinkt, wird der Transistor 6 leitend. Der Transistor 5 bleibt infolge der unterschiedlichen Basisvorspannung der Transistoren 13 und 14 nichtleitend. Auf diese Weise wird der Schaltzustand des Neben-Flip-Flops 2, dessen Transistor 7 nichtleitend und dessen Transistor 8 leitend ist, auf das Haupt-Flip-Flop 1 übertragen. Dadurch nehmen die Basispotentiale der Transistoren 13 und 14 die Pegelwerte V^ebzw. Null an, wie dies in F i g. 4B und 4C dargestellt ist.

Gleichzeitig werden die Transistoren 13 und 14 derart umgesteuert, daß sie im Transistorbetrieb arbeiten. In diesem Zustand ist der Transistor 13 leitend, während der Transistor 14 nichtleitend ist. Der Zustand des Neben-Flip-Flops 2 wird invertiert. Aus den in Fig. 2 und 3 dargestellten Tabellen sowie aus den Zeitdiagrammen nach Fig. 4D und 4E ist erkennbar, daß der Transistor 7 während der Zeitspanne T₂ leitend und der Transistor 8 nichtleitend ist.

Zu Beginn der Zeitspanne T₃ steigt die Spannung am gemeinsamen Anschluß 9 von neuem an. Die Tiansisto-

ren 13 und 14 sind wieder so vorgespannt, daß sie als Dioden arbeiten. Deshalb nimmt das Basispotential des Transistors 13 den Wert Vde an, der dem Spannungsabfall über der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 13 entspricht. Das Brasispotential des Transistors 14 nimmt den Wert 2 Vde an, der dem Spannungsabfall über der Kollektor-Basis-Strecke des Transistors 14 zuzüglich dem Spannungsabfall über der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 7 entspricht (F i g. 3 und 4). Während der Zeitspanne Ta, fällt die Spannung am gemeinsamen Anschluß 9 von neuem ab, so daß der Transistor 5 leitend und der Transistor 6 nichtleitend wird. Damit wird der Schaltzustand des Neben-Flip-Flops 2, in welchem der Transistor 7 leitend und der Transistor 8 nichtleitend ist, auf das Haupt-Flip-Flop 1 übertragen. Das Basispotential des Transistors 13 wird Null und das Basispotential des Transistors 14 nimmt den Wert Vde an. Dies ist aus der unteren Zeile der Tabelle nach F i g. 3 und aus den Zeitdiagrammen nach F i g. 4D und 4E für die Zeitspanne T₄ erkennbar. Der Transistor 7 wird dementsprechend nichtleitend und der Transistor 8 wird leitend.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor, daß das Neben-Flip-Flop 2 nacheinander zwei stabile Schaltzustände einnimmt und daß an den Kollektoren eine Frequenzteilung der Eingangsimpulse auftritt. Wie aus Fig. 4D und 4E erkennbar ist, haben die Ausgangsimpulse, d. h. die Impulse an den Kollektoren der Transistoren 7 und 8, die halbe Frequenz der Eingangsimpulse. Die Polarität der Ausgangsimpulse wechselt jeweils mit der Rückflanke des Eingangssignals am gemeinsamen Schaltungspunkt 9.

Wenn die Transistoren 13 und 14 invers, d. h. als Dioden, arbeiten, fließt ein endlicher Leckstrom von den Emittern der Transistoren 5 und 6 über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 13 zum Transistor 7 und über diesen nach Masse. Dies entspricht dem Schaltzustand während der Zeitspanne T₃. Während dieser Zeitspanne kann das Potential am gemeinsamen Anschluß 9 und damit am Kollektor des Transistors 11 zu Null werden, so daß das Eingangssignal den Transistor 12 nicht korrekt in seinen leitenden Zustand steuert.

F i g. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das diesen Nachteil vermeidet. Bei der Schaltung nach F i g. 5 werden die zum Umschalten der Transistoren bestimmten Signale dem Haupt-FlipFlop 1 und der Stromsteuertorschaltung 3 getrennt zugeführt. Die von den Eingamgsimpulsen der Impulsquelle 12 gesteuerte Stromquelle besteht aus zwei Transistoren 16 und 17. Während die Basis des Transistors 16 unmittelbar mit der Irnpulsquclle 12 verbunden ist, ist in die Verbindung zwischen der Basis des Transistors 17 und der Impulsquelle 12 ein als Spannungsteile ausgebildetes Dämpfungsglied eingefügt. Durch die Widerstände 20 und 21 dieses Spannungstciles sowie durch die Widerstände 18 und 19 im Basiskreis des Transistors 16 bzw. im Kollcktorkrcis des Transistors 17 sind die Transistoren 16 und 17 derart vorgespannt, daß der Transistor 16 infolge der endlichen Steilheit der Vordcrflankc der Eingangsimpulse um eine endliche Zeitspanne früher in seinen leitenden Zustand gelangt als der Transistor 17. Der hohe Wert des Emitterpotcntials des Haupt-Flip-Flops 1 sinkt dann auf das Bezugspolential ab, während der Schaltzustand des Ncbcn-Flip-Flops 2 beibehalten wird. Die Transistoren 13 und 14, welche zunächst invers betrieben werden, also als Dioden arbeiten, werden durch die Zustandsänderung des Haupt-Flip-Flops so umgesteuert, daß sie im Transistorbetrieb arbeiten.

In dem Zeitpunkt, in welchem sich der Betriebszustand der Transistoren 13 und 14 in der vorgenannten Weise ändert, wird eine von ihnen für den Kollektorstrom eines der Transistoren 7 oder 8 des Neben-Flip-Flops durchlässig. Das Neben-Flip-Flop ändert dadurch seinen Schaltzustand, während die Transistoren 16 und 17 der gesteuerten Stromquelle leitend sind.

ίο Wenn die Spannung des von der Impulsquelle 12 gelieferten Eingangssignals abfällt, wird der Transistor 17 eine endliche Zeitspanne früher in seinen nichtleitenden Zustand gesteuert als der Transistor 16. Die Betriebsart der Transistoren 13 und 14 wird umgekehrt,

IS so daß diese invers, d. h. als Dioden arbeiten. Sobald der Transistor 16 vollständig nichtleitend ist, fließt ein Strom von der Speisespannungsquelle über den leitenden Transistor des Haupt-Flip-Flops 1 zu der Basis des Transistors 13 bzw. 14. Dementsprechend wird das

ίο Kollektorpotential der Transistoren 5 und 6 auf die Werte 2 Vde bzw. V_re fixiert, wie dies oben anhand von F i g. 1 beschrieben wurde.

Die bei der Beschreibung der Schaltung nach F i g. 1 erwähnte Stromschleife, welche das ordnungsgemäße Umschalten des Transistors 11 der gesteuerten Stromquelle beeinträchtigt, ist bei der Schaltung nach Fig.5 nicht vorhanden, da die Emitter der Transistoren des Haupt-Flip-Flops 1 und der Stromsteuertorschaltung 3 voneinander getrennt sind. Da dem mit dem gemeinsamen Anschluß 24 verbundenen Kollektor des Transistors 17 über den Widerstand 18 außerdem ein endlicher Strom zur Vorspannungserzeugung zugeführt wird, kann sein Kollektorpotential niemals auf den Wert Null fallen. Daher kann das von der Impulsquelle 12 gelieferte Eingangssignal den Transistor 17 ohne jede Beeinträchtigung in seinen leitenden Zustand steuern.

F i g. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mit Eingangssignalen sehr hoher Frequenz betrieben werden kann. Die Frequenz kann etwa 80 Mhz betragen. Die von den Eingangsimpulsen gesteuerte Stromquelle ist bei der Schaltung nach F i g. 6 als Differentialschaltung ausgebildet. Sie besteht aus den Transistoren 26, 27 und 28. Die Emitter dieser Transistoren sind miteinander und über eine aus einem Transistor 29, dessen Basis durch eine Spannungsquelle 31 vorgespannt ist, bestehende Stromquelle mit dem Bezugspotential verbunden. Die Basis des Transistors 28, welcher Bestandteil der erwähnten Differentialschal· tung ist, ist durch eine Spannungsquelle 30 vorgespannt so daß die Steuersignale der Transistoren 26 und 2Ί einerseits und des Transistors 28 andererseits gegen phasig sind. Da die Spannung an den Emittern dci Transistoren 13 und 14 einerseits und die Spannung an Kollektor der Transistoren 7 und 8 unterschiedlich« Phase besitzen, werden die Transistoren 13 und 14 dann wenn sie invers, d. h. als Dioden betrieben werden schnell in den Betriebszustand umgeschaltet, in welchen sie als normale Transistoren arbeiten. Dies bedeute! daß die Kapazität der Diodenübergänge der Transisto rcn 13 und 14 schnell aufgeladen werden. Infolge de hohen Kollektorspannung der Transistoren 7 und ι werden die Transistoren 13 und 14 anschließend rase' auf normalen Transistorbetrieb geschaltet.

F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel de Erfindung. Bei diesem sind das Haupt-Flip-Flop und di Stromsteuertorschaltung zu einer einzigen Schaltung; stufe 32 zusammengefaßt. Der gemeinsame Anschlu des Haupt-Flip-Flops und der des Nebcn-Flip-Flor.

sind wieder mit gegeneinander entkoppelten Ausgängen der von den Eingangsimpulsen 12 gesteuerten Stromquelle verbunden, welche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.5 als Differentialschaltung ausgebildet ist. Der erste Transistor 26 wird durch das Eingangssignal 12 wieder direkt angesteuert, während der zweite Transistor 28, dessen Basispotential dui die Spannungsquelle 30 festgelegt ist, als Phasenu kehrschaltung betrieben wird, so daß die an c Kollektoren 26 und 28 auftretenden Steuersign entgegengesetzte Phasenlage besitzen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

709 641/3:

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   I. ßistabiler Multivibrator mit einem Haupt-Flip-Flop, welches einen ersten und einen zweiten Transistor mit jeweils einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einer Steuereleketrode aufweist, wobei die ersten Elektroden beider Transistoren mit einem ersten gemeinsamen Anschluß verbunden sind, mit einem Neben-Flip-Flop, welches einen dritten und einen vierten Transistor mit jeweils einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einer Steuerelektrode aufweist, wobei die ersten Elektroden des dritten und vierten Transistors miteinander verbunden sind, mit einer Stromsteuertorschaltung, die zwei den beiden Flip-Flops zugeordneten Transistoren' enthält, welche im Takt der Eingangsimpulse alternativ im Dioden- oder Transistorbetrieb arbeiten und damit eine Rückkopplung zwischen den beiden Flip-Flops verhindern, ferner mit einer durch die Eingangsimpuise gesteuerten Stromquelle, die mit dem genannten ersten gemeinsamen Anschluß und der Stromsteuertorschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Eingangsimpulsen (12) gesteuerte Stromquelle einen ersten (16, 26) und einen zweiten Treiber-Transistor (17, 28) umfaßt, daß der in seiner Leitfähigkeit beeinflußbare Strompfad jedes dieser Treiber-Transistoren von der zwischen der ersten (Emitter) und der zweiten Elektrode (Kollektor) liegenden Halbieiterstrecke gebildet ist, daß die Eingangsimpulse der Steuerelektrode (Basis) des ersten Treiber-Transistors (16, 26) zugeführt werden, derart, daß dieser vor dem zweiten Treiber-Transistor (17, 28) in seinen leitenden Zustand gesteuert wird, und daß der steuerbare Strompfad zwischen der ersten (Emitter) und der zweiten Elektrode (Kollektor) des zweiten Treiber-Transistors (17, 28) mit einem zweiten gemeinsamen Anschluß (Masse, 24) in Reihe geschaltet ist, der von dem Verbindungspunkt der ersten Elektroden (Emitter) der beiden Transistoren (13, 14) der Stromsteuertorschaltung (3) oder dem Verbindungspunkt der ersten Elektroden (Emitter) der beiden Transistoren (7, 8) des Neben-FIip-Flops (2) gebildet ist.
2. 2. Bistabiler Multivibrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Treiber-Transistor (26 und 28) in Differentialschaltung miteinander verbunden sind und daß der zweite Treiber-Transistor (28) in Serienschaltung zwischen die miteinander verbundenen ersten Elektroden (Emitter) des dritten und vierten Transistors (7 und 8) und Masse eingefügt ist, daß die von den Eingangsimpulsen gesteuerte Stromquelle einen als Konstantstrornquelle dienenden dritten Transistor (29) mit einer ersten, einer zweiten und einer Steuerelektrode umfaßt, und daß die zwischen der ersten und der zweiten Elektrode liegende Halbleiterstrecke (Emitter-Kollektor-Strecke) dieses als Konstantstromquelle dienenden Transistors (29) mit den entsprechenden Halbleiterstrecken (Emitter-Kollektor-Strecken) der beiden Differentialschaltungen miteinander verbundenen Treiber-Transistoren (26 und 28) verbunden ist (F i g. 6 und