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Schaltung zum Erzeugen einer Dreiecksspannung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erzeugen einer Dreiecksspannung auch unsymmetrischen Verlaufes, mit der sehr exakte, d. h. formreine Spannungen dieser Art gewonnen werden können. Die Erfindung geht dabei aus von einer Schaltung mit einem RC-Glied und einem dasselbe in Abhängigkeit von der Amplitude der erzeugten Spannung steuernden Schalter, welcher zwischen das dem Kondensator abgewendete Ende des Widerstandes des RC-Gliedes und der dem Widerstand abgekehrten Elektrode des Kondensators geschaltet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter in an sich bekannter Weise von einem Schmitt-Trigger gebildet, und sein Eingang über eine Phasenumkehrstufe mit dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand und Kondensator des RC-Gliedes verbunden ist.
Die erfindungsgemässe Schaltung ist somit dadurch ausgezeichnet, dass der Schalter, also der SchmittTrigger, im Gegensatz zu bekannten Schaltungen das den Spannungsverlauf bestimmende RC-Glied zur Gänze überbrückt oder offen lässt. Dies bedeutet aber, dass für die Ladung und Entladung des Speicherkondensators immer der gleicheKreiswiderstand vorgesehen ist. Damit kann eine absolut symmetrische Dreiecksspannung erzeugt werden und es ist ihre Amplitude unabhängig von der einstellbaren Frequenz konstant.
DurchParallelschaltung eines unsymmetrischen Widerstandes zumLadewiderstand kannjede beliebige unsymmetrische Dreiecksspannung, ebenfalls mit gleichbleibender Amplitude erzielt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in die Verbindung zwischen Phasenumkehrstufe und Schalter ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR-Widerstand)'oder eineZenerdiode geschaltet, wodurch eine Linearisierung der Spannungsflanken gewonnen wird.
An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel und dessen Wirkungsweise beschrieben.
In der Zeichnung sind mit 1 und 2 die beiden Stufen eines bekannten Schmitt-Triggers bezeichnet, die von Transistoren gebildet sind. Der Kollektor des einen Transistors 1 ist mit der Basis des zweiten 2 verbunden. Der Kollektor des ersten und auch der des zweiten Transistors ist je über einen Widerstand 3, 4 mit dem-Pol einer Spannungsquelle verbunden. Die Emitter beider Transistoren liegen über einen gemeinsamen Widerstand 5 an dem +Pol dieser Quelle.
Vom Ausgang des Schmitt-Triggers, der bekanntlich vom Kollektor des zweiten Transistors gebildet ist, führt ein Strompfad über einen einstellbaren Widerstand 6 einerseits zur Basis eines dritten Transistors 7, anderseits über einen Ladekondensator 8 an den +Pol.
Der Kollektor des dritten Transistors 7 liegt über einen Widerstand 9 am-Pol, sein Emitter über einen weiteren Widerstand 10 am +Pol. Vom Emitter führt eine Leitung zur Ausgangsklemme 11. an der die Dreiecks- bzw. Sägezahnschwingung abgenommen werden kann.
Vom Kollektor des dritten Transistors führt ein Gegenkopplungspfad zurück zum ersten Transistor, u. zw. besteht dieser Pfad aus der Serienschaltung zweier Widerstände 12 und 13, von denen letzterer als Potentiometer ausgebildet ist, dessen Schleifer (Abzapfung) an die Basis des ersten Transistors angeschlossen ist.
EinSchmitt-Trigger ist bekanntlich eine Schaltstufe, die zwei stabile Zustände aufweisen kann, was sich dadurch äussert, dass entweder der eine oder der andere Transistor leitend und der jeweils andere nichtleitend ist. Im vorliegenden Falle sei zunächst angenommen, dass der Transistor 2 sich im nichtleitenden Zustand befinde, was zur Folge hat, dass der Kondensator 8 über die Widerstände 4 und 6 aufgeladen wird.
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Zu einem bestimmten Zeitpunkt, dessen Eintritt später noch erläutert wird, wird der Transistor 2 leitend und der Kondensator 8 kann sich über diesen Transistor und den Widerstand 6 entladen. Diese Vorgänge ergeben einen zeitlichen Spannungsverlauf am Kondensator 8. der in der Figur durch die neben dem Kondensator gezeichnete Kurve angedeutet ist. Dieser Verlauf kann durch die Werte der Widerstände und des Kondensators in bekannter Weise beeinflusst werden, und zwecks Wahl des gewünschten Verlaufes. d. h. der Zeitdauer und Amplitude dieses Verlaufes ist der Widerstand 6 veränderlich.
Es ist jedoch klar, dass der Verlauf der Spannung am Kondensator keineswegs geradlinig ansteigend oder abfallend ist, sondern der bekannten Lade- bzw. Entladekurve mit exponentialem Verlauf entspricht.
Der dritte Transistor 7 wirkt in der gegebenen Schaltung über dieEmitter-Kollektorstrecke als Pha- senumkehrstufe, d. h. an seinem Ausgänge 11 erscheint der am Kondensator 8 auftretende Spannungsverlauf mit gleichem Vorzeichen, jedoch verringerter Impedanz, wohingegen am Kollektoranschluss (Punkt 14) die Kondensatorspannung gegenphasig auftritt.
Nun sei die Wirkung desGegenkopplungspfades betrachtet, u. zw. unter der Voraussetzung a), dass der Widerstand 12 ein reiner Ohmscher Widerstand sei.
Ausgehend vom oben angenommenen nichtleitenden Zustand des Transistors 2 erscheint also auch am Verbindungspunkt - 14 der Widerstände 9 und 12 der bei i1 gezeichnete Spannungsverlauf, allerdings mit umgekehrter Phase, u. zw. zunächst der Ladeast des Kondensators 8. Die Widerstände 12 und 13 bilden für diesen Spannungsverlauf einen Spannungsteiler, so dass an der Basis des Transistors 1, der voraussetzungsgemäss leitend ist, ein gewisser Bruchteil des Spannungsverlaufes wirksam wird. Unterschreitet nun diese Basisspannung den Schwellwert, so führt dies zu einem Kippen des Schmitt-Triggers und dessen zweiter Transistor wird leitend, so dass der Entladevorgang des Kondensators 8 einsetzt, was in der Folge wieder zu einem Rückkippen des Triggers führt, weil ja die Basisspannung des Transistors 1 wieder zunimmt.
Es ist leicht einzusehen, dass diese Schaltvorgänge sich periodisch wiederholen, und also amAusgange 11 eineDreieckspannung relativ hoherAmplitude abnehmbar ist, deren Verlauf aber eben nicht geradlinig ist. Nochmals sei betont : Dies ist also der Fall, wenn der Widerstand 12 rein ohmisch ist.
Anders liegen jedoch die Verhältnisse, wenn der Widerstand 12 des Gegenkopplungspfades ein VDR-Widerstand oder eine Zenerdiode ist. Beide Widerstandselemente haben bekanntlich die Eigenschaft, dass ihr Wechselstromwiderstand wesentlich kleiner ist als ihr Gleichstromwiderstand.
Durch Verwendung eines VDR-Widerstandes oder einer Zenerdiode in dem aus den Elementen 13 und 12 gebildeten Spannungsteiler ändern sich die an ihm auftretenden Spannungsverhältnisse derart, dass ein relativ grösserer Anteil der Ausgangsspannung am Punkt 14 an den Eingang des Schmitt-Triggers rückgeführt wird, also der Schaltzyklus desselben bei bereits geringen Amplituden der am Ausgang 11 auftretenden Spannung
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andern Worten : Durch Einfügung eines VDR-Widerstandes oder einer Zenerdiode kann am Ausgange 11 der Schaltung eine praktisch lineare Flanken aufweisende Dreiecksspannung gewonnen werden.
Wünscht man an Stelle einer Dreiecksspannung eine Sägezahnspannung herzustellen, so genügtes, parallel zum Widerstand 6 des Kondensator-Ladekreises eine Diode 15 zu schalten, welche die scharf abfallende Rückflanke des Sägezahns bildet, wenn sie den Widerstand in Entladerichtung kurzschliesst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zum Erzeugen einer Dreiecksspannung mit einem RC-Glied und einem dasselbe in Abhängigkeit von der Amplitude der erzeugten Spannung steuernden Schalter, welcher zwischen das dem Kondensator abgewendete Ende des Widerstandes des RC-Gliedes und der dem Widerstand abgekehrten Elektrode desKondensators geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter in an sich bekannter Weise von einem Schmitt-Trigger (l, 2) gebildet, und sein Eingang über eine Phasenumkehrstufe (7) mit dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand (6) und Kondensator (8) des RC-Gliedes verbunden ist.
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Circuit for generating a triangular voltage
The invention relates to a circuit for generating a triangular voltage, including an asymmetrical course, with the very exact, i.e. H. Pure form tensions of this kind can be obtained. The invention is based on a circuit with an RC element and a switch which controls the same as a function of the amplitude of the voltage generated and which is connected between the end of the resistor of the RC element facing away from the capacitor and the electrode of the capacitor facing away from the resistor , and is characterized in that the switch is formed in a manner known per se from a Schmitt trigger, and its input is connected to the connection point between the resistor and capacitor of the RC element via a phase inverter.
The circuit according to the invention is thus distinguished by the fact that the switch, that is to say the Schmitt trigger, in contrast to known circuits, completely bypasses the RC element determining the voltage curve or leaves it open. However, this means that the same circuit resistance is always provided for charging and discharging the storage capacitor. This means that an absolutely symmetrical triangular voltage can be generated and its amplitude is constant regardless of the adjustable frequency.
By connecting an asymmetrical resistor in parallel to the charging resistor, any asymmetrical triangular voltage can be achieved, also with a constant amplitude.
According to a further feature of the invention, a voltage-dependent resistor (VDR resistor) or a Zener diode is connected in the connection between the phase reversing stage and the switch, whereby a linearization of the voltage edges is obtained.
An exemplary embodiment and its mode of operation are described with reference to the drawing.
In the drawing, 1 and 2 denote the two stages of a known Schmitt trigger, which are formed by transistors. The collector of one transistor 1 is connected to the base of the second 2. The collector of the first and also that of the second transistor is each connected to the pole of a voltage source via a resistor 3, 4. The emitters of both transistors are connected to the + pole of this source via a common resistor 5.
From the output of the Schmitt trigger, which is known to be formed by the collector of the second transistor, a current path leads via an adjustable resistor 6 on the one hand to the base of a third transistor 7, on the other hand via a charging capacitor 8 to the + pole.
The collector of the third transistor 7 is connected to the pole via a resistor 9, and its emitter is connected to the + pole via a further resistor 10. A line leads from the emitter to output terminal 11, where the triangular or sawtooth oscillation can be picked up.
From the collector of the third transistor, a negative feedback path leads back to the first transistor, u. zw. This path consists of the series connection of two resistors 12 and 13, the latter of which is designed as a potentiometer, whose wiper (tap) is connected to the base of the first transistor.
As is known, a Schmitt trigger is a switching stage that can have two stable states, which is expressed in that either one or the other transistor is conductive and the other is non-conductive. In the present case it is initially assumed that the transistor 2 is in the non-conductive state, which has the consequence that the capacitor 8 is charged via the resistors 4 and 6.
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At a certain point in time, the occurrence of which will be explained later, the transistor 2 becomes conductive and the capacitor 8 can discharge via this transistor and the resistor 6. These processes result in a voltage profile over time on the capacitor 8, which is indicated in the figure by the curve drawn next to the capacitor. This curve can be influenced in a known manner by the values of the resistors and the capacitor, and for the purpose of selecting the desired curve. d. H. The resistance 6 is variable according to the duration and amplitude of this curve.
It is clear, however, that the course of the voltage across the capacitor does not rise or fall in a straight line, but rather corresponds to the known charging and discharging curve with an exponential course.
The third transistor 7 acts in the given circuit via the emitter-collector path as a phase reversal stage, i.e. H. at its outputs 11 the voltage curve occurring at the capacitor 8 appears with the same sign, but with a reduced impedance, whereas at the collector connection (point 14) the capacitor voltage occurs in phase opposition.
Now consider the effect of the negative feedback path, u. between the assumption a) that the resistor 12 is a pure ohmic resistor.
Based on the non-conductive state of the transistor 2 assumed above, the voltage curve shown at i1 also appears at the connection point - 14 of the resistors 9 and 12, albeit with a reversed phase, and the like. between first the load branch of the capacitor 8. The resistors 12 and 13 form a voltage divider for this voltage curve, so that a certain fraction of the voltage curve is effective at the base of the transistor 1, which is conductive according to the requirements. If this base voltage falls below the threshold value, this leads to a tilting of the Schmitt trigger and its second transistor becomes conductive, so that the discharging process of the capacitor 8 begins, which in turn leads to a tilting back of the trigger because the base voltage of the Transistor 1 increases again.
It is easy to see that these switching processes are repeated periodically, and that a triangular voltage of relatively high amplitude can be tapped at output 11, but the course is not straight. It should be emphasized again: This is the case when the resistor 12 is purely ohmic.
However, the situation is different if the resistor 12 of the negative feedback path is a VDR resistor or a Zener diode. As is known, both resistance elements have the property that their alternating current resistance is significantly smaller than their direct current resistance.
By using a VDR resistor or a Zener diode in the voltage divider formed from elements 13 and 12, the voltage ratios occurring at it change in such a way that a relatively larger proportion of the output voltage at point 14 is fed back to the input of the Schmitt trigger, i.e. the Switching cycle of the same with already low amplitudes of the voltage occurring at output 11
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In other words: by inserting a VDR resistor or a Zener diode, a triangular voltage having practically linear edges can be obtained at the output 11 of the circuit.
If you want to produce a sawtooth voltage instead of a triangular voltage, it is sufficient to connect a diode 15 parallel to the resistor 6 of the capacitor charging circuit, which forms the sharply falling trailing edge of the sawtooth when it shorts the resistor in the discharge direction.
PATENT CLAIMS:
1. A circuit for generating a triangular voltage with an RC element and a switch which controls the same as a function of the amplitude of the voltage generated and which is connected between the end of the resistor of the RC element facing away from the capacitor and the electrode of the capacitor facing away from the resistor characterized in that the switch is formed in a manner known per se from a Schmitt trigger (1, 2), and its input is connected to the connection point between the resistor (6) and capacitor (8) of the RC element via a phase reversal stage (7) .