DE1462652B2

DE1462652B2 - Schaltungsanordnung zur umformung einer periodischen dreieckspannung in eine periodische sinusspannung gleicher frequenz

Info

Publication number: DE1462652B2
Application number: DE19661462652
Authority: DE
Inventors: William George Endwell NY Crouse (VStA)
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-01-21
Filing date: 1966-01-19
Publication date: 1973-08-16
Also published as: DE1487327A1; DE1487327B2; CH447272A; DE1462652C3; FR1469559A; DE1462652A1; BE674337A; GB1123079A

Description

ist, und der zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors angeordnet ist. Der Kollektor des linearen Verstärkers 13 ist über den Widerstand 22 mit der Betriebsspannung + V verbunden.

Die Widerstände 18 und 19 und die mit ihnen verbundenen Vorspannungen, die aus den Spannungsquellen »Erdpotential« am Widerstand 10 α und + V am Widerstand 22 abgeleitet werden, bewirken in den beiden Dioden 15 und 16 hohe Ruheströme, deren Werte in F i g. 2 durch die Gerade 25 dargestellt sind. Den nichtlinearen Exponentialverlauf dieser Charakteristik zeigt die Kurve 26. Dieser Kurvenverlauf wird durch den Einfluß des Widerstandes 20 an. die Sinusform der Kurve 27 angenähert. Die Eingangssignale der Dreieckspannung steuern die Betriebsströme der Dioden vorzugsweise bis zu dem Punkt 28 der Charakteristik 27 und nicht bis zu dem Nullpunkt, so daß eine bessere Annäherung der Ausgangssignale an die Sinusform erreicht wird.

Der Kapazitätswert des Kondensators 17 ist ausreichend groß, so daß zwischen den Dioden im Frequenzbereich der Eingangssignale sehr niedrige Impedanzwerte erzielt werden und daß er zusätzlich dazu dient, eine Gleichstromtrennung zwischen den beiden Dioden herbeizuführen. Diese Anordnung ergibt für die am Oszillator 10 abgeleitete Dreieckspannung im wesentlichen einen Wechselstromwiderstand, der zusammengesetzt ist aus einer Reihenschaltung der mit Vorspannung betriebenen Dioden und dem Widerstand 20. Der Eingangsstrom ist daher eine Funktion dieser Impedanz.

Wenn am Spannungsteiler 10 a die dreieckförmige Eingangsspannung ansteigt vom Erdpotential bis zu seinem Spitzenwert von z. B. 0,4 Volt, nimmt der Impedanzwert der Diode 15 ab in Form einer Exponentialkurve, da die Charakteristik in den Bereich der niedrigen Impedanzwerte eintritt. Dagegen vergrößert sich die Impedanz der Diode 16, wodurch der Diodenstrom annähernd nach einem sinusförmigen Verlauf bis zum Punkt 28 ermäßigt wird. Dadurch ändern sich die Ströme in den beiden Dioden 15 und 16, wodurch sich der Eingangsstrom/ auf Grund der Eingangspannung V gemäß der Darstellung nach F i g. 3 ändert.

Wenn die Eingangsspannung wieder abnimmt bis zu dem Wert des Erdpotentials, werden entsprechend dazu die Eingangs- und Ausgangsströme bis zum Wert des Ruhestroms ermäßigt. Die dem Wiederstand 20 zugeführte Eingangsspannung ändert sich vom Nullpotential bis zum negativen Spitzenwert von z.B. — 0,4VoIt, und von diesem Spitzenwert wieder zum Erdpotential. Dadurch wird die Impedanz der Dioden verkleinert und dann wieder expinential vergrößert, während die Impedanz der Diode 15 zunächst anwächst und dann wieder expinential verkleinert wird. Der Strom/ des Netzwerks, der zur Steuerung des linearen Netzwerks 13 benützt wird, ändert sich so, wie das in Fig. 3'dargestellt ist. Diese Stromänderung ergibt sich auf Grund einer Änderung der Betriebsströme in den beiden Dioden 15 und 16.

Der lineare Verstärker 13 wird mit niedriger Impedanz betrieben, so daß durch den sinusförmigen Stromverlauf durch die Diode 16 die Ausgangsspannung des linearen Verstärkers 13 in einem entsprechenden sinusförmigen Kurvenverlauf geändert wird. Da der lineare Verstärker 13 als Inverterschaltung betrieben wird, hat seine Ausgangsspannung bezüglich seiner Eingangsspannung eine Phasenverschiebung von 180°, wie das in Fig. 4 dargestellt ist. Wenn die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 mit den Frequenzen von 1 und 2 Kilohertz betrieben wird, ergeben sich für die verschiedenen Elemente der Schaltung die folgenden Werte:

Widerstände	Widerstandswerte
ίο 18	60,000 Ohm
19	60,000 Ohm
20	: 1,000 Ohm
21	3,600 Ohm
22	2,700 Ohm

Kapazität	Kapazitätswerte
	6,8 Mikrofarad

Betriebsspannung

+ 12 Volt, 4· 12 Volt

Für die nach F i g. 1 beschriebene Schaltungsan-

!- Ordnung, werden Dioden benützt. Diese können auch ersetzt werden durch Schaltelemente, wenn diese ähnliche Strom-Spannungs-Kennlinien aufweisen wie die Dioden, z. B. die Basis-Emitter-Verbindung eines Transistors.

Andere Ausführungsbeispiele für ein Netzwert der genannten Art werden dargestellt durch Schaltungs-

anordnungen gemäß der Fig. 5 und 6. In diesen Schaltungsanordnungen werden diejenigen Schaltelemente, welche die gleiche Betriebsfunktion haben, wie die Schaltelemente in Fig. 1, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Jede dieser Schaltungsan-Ordnungen kann mit der in F i g. 1 dargestellten Steuerschaltung 11 und dem Oszillator betrieben werden, jedoch haben die Schaltungsanordnungen der F i g. 1 und 5 die beste Temperaturstabilität, und es ist nicht notwendig, den statischen Betriebspunkt der Schaltung an die Nullinie der Strom-Spannungs-Charakteristik zu legen, an dem die Diodenkennlinien nicht genau gleichförmig sind.

In der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 sind die Dioden 15 und 16 und der Kondensator 17 in Reihenschaltung mit der Basiselektrode des Transistors im Linearverstärker 13 verbunden. Der Widerstand 20 ist dagegen mit der Diode 15 über den Koppelkondensator 40 verbunden, und der Vorspannungswiderstand 41 ist zwischen der Diode 15 und dem Erdpotential angeordnet. Die Widerstände 18 und 19 sind mit der negativen Vorspannung über den Widerstand 46 verbunden. Der Widerstand 22 ist mit der positiven Vorspannung über einen Widerstand 47 und mit dem Erdpotential über den Kondensator 48 verbunden. Ein Widerstand 49 bildet einen Nebenschluß zu der Diode 16 und dem Widerstand 19. Ein Kondensator 50 stellt die Verbindung her von den Widerständen 19 und 49 zu dem Erdpotential. Das Eingangssignal wird am Widerstand 20 von der Emitterelektrode eines Kollektorverstärkers 42 abgeleitet. Die Vorspannung der Emitterelektrode wird durch die Widerstände 44 und 45 auf einen gewünschten Wert eingestellt, z. B. — 3 Volt.

Die dreieckförmigen Eingangssignale werden der Basiselektrode des Verstärkers 42 über den Koppelkondensator 43 zugeführt. Diese Signale erzeugen an der Emitterelektrode eine dreieckförmige Signalspannung, die in Form und Amplitude den Spannungsän-

derungen des Eingangssignals der in Fig. 1 dargestellten Schaltung entspricht.

Für die Elemente der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 können die folgenden Werte angenommen werden:

Widerstände	Widerstandswerte
18	42,200 Ohm
19	56,200 Ohm
20	910 Ohm
21	3,600 Ohm
22	2,700 Ohm
41	10,000 Ohm
44	300,000 Ohm
45	16,000 Ohm
46	1,500 Ohm
47	1,000 Ohm
49	56,000 Ohm

Kondensatoren	Kapazitätswerte
17	6,8 Mikrofarad
40	6,8 Mikrofarad
43	1 Mikrofarad
48	6,8 Mikrofarad
50	6,8 Mikrofarad

Die F i g. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der

ίο grundsätzlichen Schaltungsanordnung nach Fig. 1, in welcher der Widerstand 20 direkt zwischen der Diode 15 und dem Erdpotential angeordnet ist, und in welcher das Eingangssignal I durch eine dreieckförmige Funktion des Stromes dargestellt wird, der sich zwischen +0,4 und — 0,4 Milliampere ändert.

Das Ausgangssignal/ erscheint sinusförmig an der Anode der Diode 16. Für die Elemente der in F i g. 6 dargestellten Schaltungsanordnung können dieselben Werte angenommen werden, wie sie für die Schaltungsanordnung der F i g. 1 angegeben wurden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2

Patentanspruch· riodischen Dreieckspannung in eine periodische Si-

' nusspannung gleicher Frequenz so auszubilden, daß

Schaltungsanordnung zur Umformung einer die Linearform der Dreieckspannung mit guter Anperiodischen Dreiecksspannung in eine periodi- näherung in die Kurvenform einer Sinusspannung sehe Sinusspannung gleicher Frequenz durch 5 umgewandelt werden kann.

Halbleiterdioden mit nichtlinearen Strom-Span- Eine Schaltungsanordnung zur Umformung einer nungs-Kennlinien, die mit der Dreieckspannung periodischen Dreieckspannung in eine periodische Siin entgegengesetzter Leitfähigkeitsrichtung ver- nusspannung gleicher Frequenz wird gemäß der Erbunden sind, dadurch gekennzeichnet, findung dadurch verbessert, daß zwischen den Eindaß zwischen den Eingangs- und Ausgangsan- io gangs- und Ausgangsanschluß der Schaltung zwei Schluß der Schaltung zwei Dioden (15, 16), die Dioden, die gleiche Strom-Spannungs-Kennlinien gleiche Strom-Spannungs-Kennlinien. aufweisen; aufweisen, über einen Kondensator gegensinnig hinüber einen Kondensator (17) gegensinnig hinter- ereinandergeschaltet und durch eine Vorspannungseinändergesch'altet' und durch eine Vorspän_T quelle und Widerstände an gleiche Betriebspunkte nungsquelle (-F) und Widerstände (18, 19, 20, 15 ihrer Strom-Spannungs-Kennlinien eingestellt sind.
21, 46, 22, 47) an gleiche Betriebspunkte (25) ih- Eine Schaltungsanordnung der genannten Art hat rer Strom-Spaniiungs-Kennlinien eingestellt sind den Vorteil, daß die Hintereinanderschaltung der (Fig. 1, 5, 6). ...(-,-. , Dioden über einen Kondensator im Bereich ,des Be-

''*'-'^J ^: ■·'■'' triebspunktes der beiden Dioden eine Linearisierung

ao der Betriebskennlinie zur Folge hat.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung Hand der Abbildungen näher erläutert,

zur Umformung einer periodischen Dreieckspannung F i g; 1 zeigt eine Schaltungsanordnung zur Umfor-

in eine periodische Sinusspannung gleicher Frequenz mung einer Dreieckspannung vorgegebener Frequenz

durch Halbleiterdioden mit nichtlinearen Strom- 25 in eine Sinusspannung entsprechender Frequenz;

Spannungs-Kennlinien, die mit der Dreieckspannung F i g. 2 zeigt die Strom-Spannungs-Charakteristik

in entgegengesetzter Leitfähigkeitsrichtung verbun- einer Diode und deren Betriebspunkte in der Schal-

densind. ·'' ' tungsanordnung nach F i g. 1■; :_:

Es ist bekannt (deutsche Patentschrift 1 103 403), ■ Fig. 3 zeigt die Arbeitskennlinie der Schaltungseine sinusförmige Wechselspannung dadurch zu er- 3° anordnung nach Fig. 1, aii der die dreieckförmige zeugen, daß einem Dioden-Netzwerk eine symmetri- Eihgangsspannung in eine sinusförmige Ausgangssche Dreieckspannung-zugeführt wird. Die Dioden spannung umgeformt wirdjdes Netzwerks.sind.mit, der Dreieckspannung in ent- Fig. 4 zeigt die Sginalform der dreieckfprmigen gegengesetzter ,Leitfähigkeitsrichtung verbunden, so Eirigangsspannung und der sinusförmigen Äusgangdaß die linear ansteigenden und abfallenden Flanken 35 spannung;

der symmetrischen Dreieckspannung an den nichtli- F i g. 5 und 6 enthalten weitere Ausführungsbeinearen Strom-Spannungs-Kennlinien der in symme- spiele eines Netzwerks zur Umformung der perioditrischer Anordnung betriebenen Dioden nichtlinear sehen Dreieckspannungen in entsprechende' Sinusansteigende und abfallende Kurvenäste der Halbwel- spannungen gleicher Frequenz. .
len einer Sinusspannung erzeugen. Für Schaltungsan- 40 Die. in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung Ordnungen dieser Art ist es von wesentlicher Bedeu- enthält einen Oszillator 10, eine Steuerschaltung 11, ^;tung, daß jeweils'¹ZwIi'¹'Halbleiterdioden, des.DioV;.:; durch welche die Betriebsfrequenz des Oszillators 10

i i i Nk 12

g jq

den-Netzwerks für die Erzeugung von symmetrischen eingestellt wird, ein Netzwerk 12 zur Umformung Kurvenformen der Sinusspannung auf genau gleichen einer periodischen Dreieckspannung in eine periodi-Betriebspunkten ι ihf6£ (S.trpm-Spannungs-Kennlinien_: 45.] sehe Sinusspannung gleicher Frequenz und einen Iigehalten werden. Dies wird in bekannter Art (deut- nearen Verstärker 13.

sehe Patentschrift 1 042 022) durch Diodenschaltun- Der Oszillator 10 erzeugt eine Dreieckspannung,

gen, die für die symmetrische Begrenzung einer deren Betriebsfrequenzen durch die veränderlichen Wechselspannung benützt werden, dadurch erreicht, Werte eines Kondensators einstellbar sind. Die Ein? daß zwei Halbleiterdioden, die mit der zu begrenzen- 50 stellung erfolgt durch die Steuerschaltung 11. Da die den Wechselspannung in entgegengesetzter Leitfähig- Ausgangsspannungen des Oszillators 10 verhältniskeitsrichtung verbunden sind, durch eine Vorspan- mäßig hoch sind, werden diese Spannungswerte nungsquelle und einen Widerstand an gleiche Be- durch den Spannungsteiler 10 a an die Schaltung 12 triebspunkte ihrer Strom-Spannungs-Kennlinien ein- angepaßt,
gestellt sind. ι''!.'- ■ ■ 55 Das Netzwerk 12 enthält ein Paar von Dioden 15

Durch die Diodenschaltungen der bekannten Art und 16, deren Elektroden in entgegengesetzter Poist es möglich, den Kurvenverlauf der Spannungen, lung über den Kondensator 17 hintereinandergedie zur Umformung bestimmt sind, mit großer Ge- schaltet sind. Die Kathoden der Dioden sind ferner nauigkeit symmetrisch zu. gestalten. Die Symmetrie über die Widerstände 18 bzw. 19 mit einer negativen der Umformung erfordert jedoch Betriebspunkte der 60 Vorspannung -V verbunden, durch welche die Dio-Dioden im linearen Bereich der Strom-Spannungs- den an Betriebspunkte ihrer Strom-Spannungs-Kenn-Kennlinien, so daß es durch die Schaltungsanordnun- linien eingestellt sind. Die Anode der Diode 15 ist gen der bekannten Art nicht möglich ist, die linearen mit der Dreieckspannung des Oszillators 10 über den Kurvenäste einer Dreieckspannung in die lineare Widerstand 20 verbunden. Die Anode der Diode 16 Kurvenform im Bereich der Wendepunkte des Kur- 65 ist mit der Basiselektrode eines Transistors verbunvenverlaufs einer Sinusspannung umzuwandeln. den, der den linearen Verstärker 13 bildet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Der lineare Verstärker 13 enthält einen Rückeine Schaltungsanordnung zur Umformung einer pe- kopplungswiderstand 21, dessen Impedanzwert klein