DE1512199B2 - Schaltung zur Erzeugung einer exponentiell ansteigenden und abfallenden Ausgangsspannung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeu- F i g. 3 eine Darstellung von Beispielen der am

gung einer exponentiell ansteigenden und abfallenden Ausgang der Schaltung erhältlichen Spannungen.

Ausgangsspannung, z.B. zum Antrieb eines Schritt- Gemäß Fig. 1 dienen die Eingangsklemmen E₂

schaltmotors (Impulsmotors). bis E₉ zum Anlegen der Speisespannung, um sicher-

Es sind bereits Schaltungen bekannt, die sinushalb- 5 zustellen, daß die Transistoren 8, 10, 11 und 13

wellenförmige Impulse mit veränderlicher Amplitude normal arbeiten. Die Klemme E₁ dient zum Anlegen

und Basisbreite der Sinushalbwelle erzeugen. Bei den der Steuereingangsspannung. Die Spannung der

bekannten Schaltungen ist jedoch ein erheblicher Klemme E₈ wird auf einem geeigneten Normalwert

Schaltungsaufwand erforderlich, um den gewünsch- gehalten. Diese Klemmen können z. B. folgende

ten Zweck zu erreichen. io Werte haben: E₁= +6 V, E, = OV, E₃ = —12 V,

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe E₄ = -24 V, E₅ = +12V, E₆ = -30 V, E₇ = zugrunde, eine Schaltung zur Erzeugung einer ex- — 8 V, E₈ = 0 V, E₉ = —12 V.
ponentiell ansteigenden und abfallenden Ausgangs- Die verbleibende Klemme, die kein Bezugszeichen Spannung zu schaffen, die in einfachster Weise auf- hat, ist die Ausgangsklemme, die mit der Leitung 17 gebaut ist. Erfindungsgemäß wird hierfür vorgesehen, 15 verbunden ist. Mit 1 ist ein erster Steuerschalter bedaß zwei Stromverstärkerkreise und eine Ladeein- zeichnet, der geöffnet ist, wenn er sich im Ruherichtung vorgesehen sind, die an die gemeinsame zustand befindet, und der geschlossen ist, wenn er Ausgangsstufe der zwei Stromverstärkerkreise ange- sich in dem Betriebszustand befindet. Mit 2 ist ein schaltet ist, wobei die Ladeeinrichtung durch den zweiter Steuerschalter beschrieben, der im Ruhezueinen Stromverstärkerkreis aufladbar und durch den 20 stand geschlossen und im Betriebszustand geöffnet anderen Stromverstärkerkreis entladbar ist, und daß ist. Mit 3 ist ein erster Kondensator bezeichnet, und jeder Stromverstärkerkreis aus einer Reihenschaltung mit 4 ist ein dritter Steuerschalter bezeichnet, der im von zwei Transistoren besteht, wobei an die Basis Ruhezustand geschlossen und im Betriebszustand der zwei Transistoren in jedem Stromverstärkerkreis geöffnet ist. Gemäß Fig. 1 befinden sich die Steuerje eine Steuerspannung anlegbar ist und die eine 25 schalter im Ruhezustand. Mit 5 ist ein erster Wider-Steuerspannung an beiden Enden eines Widerstandes stand bezeichnet und mit 6 ist ein zweiter Widerstand in einer aus dem Widerstand und einem Kondensator bezeichnet. Mit 7 ist ein zweiter Kondensator bebestehenden Reihenschaltung und die andere Steuer- zeichnet und mit 8 ist ein erster Transistor bezeichspannung an beiden Enden eines weiteren Konden- net, der vom Typ n-p-n ist. Mit 9 ist ein dritter sators einer zweiten aus dem weiteren Kondensator 30 Widerstand bezeichnet und mit 10 ist ein zweiter und einem weiteren Widerstand bestehenden Reihen- Transistor bezeichnet, der vom p-n-p-Typ ist. Mit 11 schaltung gewonnen werden, und daß die Ausgangs- ist ein dritter Transistor bezeichnet, der vom n-p-nspannung an dem Verbindungspunkt zwischen den Typ ist. Mit 12 ist ein vierter Widerstand bezeichnet Stromverstärkerkreisen und der Ladeeinrichtung ab- und mit 13 ist ein vierter Transistor bezeichnet, der nehmbar ist. Die Ladeeinrichtung enthält Vorzugs- 35 vom p-n-p-Typ ist. Mit 14 ist eine Diode bezeichnet weise einen Kondensator. und mit 15 ist ein dritter Kondensator bezeichnet.

Die Spannung einer der Klemmen dieses Konden- Mit 16 ist ein fünfter Widerstand bezeichnet, und sators wird konstant gehalten. Der Kreis zum Ein- mit 17 ist eine Leitung für den obenerwähnten Ausspeisen und Abgeben der elektrischen Ladung ist mit gang bezeichnet.

der anderen Klemme des Kondensators verbunden. 40 Die Arbeitsweise der Schaltung der F i g. 1 wird Die Schaltung zum Einspeisen und Abgeben der nachfolgend beschrieben. Der Grundbetrieb der elektrischen Ladung arbeitet nach einer Kennlinie Schaltung wird durch Blöcke I bis V beschrieben, mit konstanter Leistung. Es handelt sich also um eine die mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Der erste Schaltung, die exponentiell arbeitet. Die elektrische Block I ist eine Schaltung zum Erzeugen einer Span-Ladung, die eingespeist wird, steigt exponentiell an, 45 nung, die exponentiell verringert wird. Der zweite während die elektrische Ladung, die abgegeben wird, Block II ist ein Kreis zum Erzeugen einer Spannung, exponentiell abfällt. Im anderen Fall erhöht sich die die exponentiell ansteigt. Der dritte Block III ist ein elektrische Ladung, die abgegeben wird, exponentiell, Verstärkerkreis (Eintrittsschaltung) zum Verstärken während die elektrische Ladung, die einfließt, expo- der Spannung, die exponentiell verringert wird, und nentiell abfällt. Die Ladeeinrichtung für die elektri- 50 zum Steuern des Stromes durch die Spannung, so sehe Ladung kann somit eine Änderung der elektri- daß dieser exponentiell verringert wird. Der vierte sehen Ladung erhalten, die im Ganzen einen expo- Block IV ist ein Verstärkerkreis (Steuerschaltung) nentiell ansteigenden und abfallenden Verlauf zeigt. zum Verstärken der Spannung, die exponentiell an-Die Spannung kann im allgemeinen Fall negativ oder. steigt, und zum Steuern des Stromes durch die Spanpositiv verlaufen. '55 nung, so daß dieser exponentiell ansteigt. Der fünfte

Während bei den bekannten Anordnungen der Block V ist ein Ausgangskreis mit einem Konden-

Verlauf der Spannung fest vorgegeben ist, kann ge- sator 15 als Ladeeinrichtung.

maß der Erfindung der Verlauf der exponentiell an- Die Spannung, die exponentiell verringert wird, steigenden und abfallenden Teile der Spannung durch wird an beiden Enden des Widerstandes 6 einer Rei-Beeinflussung der den Stromverstärkern vorgeschal- 60 henschaltung mit dem Widerstand 6 und dem Konteten ÄC-Gliedern verändert werden. densator 3, der in Block I enthalten ist, erzeugt. Die

Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Spannung, die exponentiell ansteigt, wird an beiden

wird an Hand der Zeichnung erläutert, in der Enden des Kondensators 7 einer Reihenschaltung mit

Fig. 1 ein Schaltbild der Erfindung ist, dem Widerstands und dem Kondensator7, die in

Fig. 2 eine Darstellung der Beziehung zwischen 65 dem Block II enthalten ist, erzeugt,

der Zeit und der elektrischen Ladung, die auf den Die Reihenschaltung mit einem Widerstand und

Kondensator aufgebracht und von diesem abgenom- einem Kondensator arbeitet in bekannter Weise als

men wird, und Integrierschaltung. In einer Integrierschaltung ist der

Spannungsabfall zwischen den beiden Enden des differenz zwischen E₁ und E₂ augenblicklich an den Kondensators am Anfang nicht so groß, steigt jedoch beiden Enden des Widerstandes 6 erzeugt, und die mit der Zeit exponentiell an. Umgekehrt ist der Differenz wird exponentiell im Verlauf der Zeit verSpannungsabfall zwischen den beiden Enden des ringert. Die Ladeschaltung mit dem Widerstand 6 Widerstandes am Anfang groß, verringert sich jedoch 5 und dem Kondensator 3 bewirkt nämlich, daß sich mit der Zeit exponentiell. Die beiden Enden des das Basispotential des Transistors 10 dem Wert E₁ Widerstandes 6 des Blocks I sind mit dem Strom- allmählich annähert und der Spannungsabfall im verstärkerkreis III verbunden. Der Stromverstärker- Widerstand 6 Null wird, wenn E₁ erreicht ist. Ankreis III versorgt die Ladeeinrichtung 15 mit der dererseits steigt die Potentialdifferenz zwischen den positiven elektrischen Ladung, die exponentiell ver- io elektrischen Potentialen der beiden Enden des Konringert wird. densators 7 allmählich exponentiell durch die Lade-Diebeiden Enden des Kondensators 7 des Blocks II schaltung mit dem Widerstands und dem Kondensind mit dem Stromverstärkerkreis IV verbunden. sator 7 an, bis sie sich auf einen Wert der Differenz Der Stromverstärkerkreis IV liefert an die Ladeein- zwischen Ε_Ά und E_i einstellt. Wenn der Kondensator richtung 15 die negative elektrische Ladung, die ex- 15 15 geladen ist, erhöht sich das elektrische Potential ponentieü ansteigt, d. h. die positive elektrische La- der Ausgangsklemme 17 allmählich, jedoch ist die dung absorbiert. Diode 14 zu diesem Zeitpunkt in entgegengesetzter Wie in den Blöcken III und IV dargestellt ist, ent- Richtung vorgespannt. Hier ist der Wert des Widerhält jeder Stromverstärkerkreis zwei Transistoren. Standes 16 ausreichend groß, und deshalb fließt nur Dadurch wird die Eingangsimpedanz erhöht, was als 20 ein geringer Betrag der elektrischen Ladung durch Konstantstromkreis bezeichnet wird. Da ein Vor- den Widerstand 16 ab. Andererseits fließt ein Strom spannkreis für die Ladeeinrichtung vorhanden ist, mit einem Wert, der durch Teilung der Potentialvermischen sich die beiden Spannungen miteinander, differenz zwischen den elektrischen Potentialen der und es würde schwierig, die gewünschte Kennlinie beiden Enden des Kondensators 7 durch den Wert zu erhalten. Aus diesem Grunde werden zur Tren- 25 des Widerstandes 12 erhältlich ist, in einer solchen nung der i?C-Glieder von der Ladeeinrichtung die Richtung, daß der Kondensator 15 entladen wird, Stromverstärkerkreise verwendet, deren Transistoren und dieser Wert steigt mit der Zeit allmählich an, miteinander verbunden sind. bis der Entladestrom größer als der Ladestrom wird Der Ausgangskreis V enthält einen Vorspannkreis und sich deshalb das elektrische Potential an der mit einem Widerstand 16 und einer Sperreinrichtung 30 Ausgangsklemme 17 verringert,
mit einer Diode 14 zusätzlich zu dem Kondensator 15 Nach einer bestimmten Zeitperiode wird der Ladeais Ladeeinrichtung. Der Vorspannkreis und die strom Null, und nur der Entladestrom bleibt beste-Sperreinrichtung sind in dem Ausführungsbeispiel zu hen, jedoch wird das elektrische Potential der Ausdem Zweck vorgesehen, die Erzeugung einer Span- gangsklemme 17 nicht kleiner als E₁, da die Diode nung, die nach der negativen Seite gerichtet ist, zu 35 14 wieder in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Falls verhindern. Falls dieser Kreis geöffnet wird, nach- der Schalter 1 geöffnet ist und die Schalter 2 und 4 dem die Kondensatoren 3 und 7 aufgeladen sind, geschlossen sind, werden die elektrischen Ladungen, d. h. falls der Schalter in seinen ursprünglichen Zu- die in den Kondensatoren 3 und 7 enthalten sind, in stand zurückgeführt wird, wird eine Spannung in dem einer kurzen Zeitperiode entladen, und der Ruhe-Kondensator 15 erzeugt, die in umgekehrter Rieh- 40 zustand wird wiederhergestellt, jedoch wird die Austung zu der vorangehenden Spannung gerichtet ist, gangsleitung 17 nicht beeinflußt. Durch die vorsted. h., es wird eine Spannung, die in die negative hende Arbeitsweise wird eine exponentiell ansteigende Richtung weist, erzeugt. Diese Spannung muß be- und abfallende Ausgangsspannung erhalten,
seitigt werden, da sie bei der vorliegenden Ausfüh- Nachfolgend wird beschrieben, wie sich die Ausrungsform nicht notwendig ist. Diese Beseitigung 45 gangsspannung ändert, wenn E₁ geändert wird, z. B. wird durch die Sperreinrichtung ausgeführt. Wenn -1-2V, +3V, +4V oder + 5 V. In F i g. 2 zeigt das elektrische Potential des Kondensators 15 nied- die Kurve 22 die Beziehung zwischen der Zeit und riger als die Spannung E₇ wird, kommt die Diode 14 der elektrischen Ladung a, auf die der Kondensator sofort in den »Ein«-Zustand und verhindert, daß 15 aufgeladen ist, wenn E₁ = + 5 V ist, und die deren elektrisches Potential niedriger als das elek- 5° Kurven 19, 20 und 21 zeigen die Beziehung zwischen irische Potential E₁ wird. der Zeit und den elektrischen Ladungen, wenn E₁ Nachfolgend wird die Arbeitsweise der Schaltung jeweils + 2 V, + 3 V und + 4 V ist. Die Kurve 18 nach der Erfindung beschrieben. Im Ruhezustand ist zeigt die entnommene elektrische Ladung des Konder Schalter 1 geöffnet und die Schalter 2 und 4 sind densators 15. Eine elektrische Ladung eines Wertes, geschlossen, und deshalb sind die Spannungen der 55 der durch Subtraktion der entnommenen elektrischen beiden Enden der Kondensatoren 3 und 7 Null, und Ladung von der aufgenommenen elektrischen Ladie Basispotentiale der Transistoren 8 und 10 sind dung erhältlich ist, fließt letztlich in den Kondeneinander gleich, und die Basispotentiale der Transi- sator 15, und dies ergibt die Ausgangsspannung. Aus stören 11 und 13 sind auch einander gleich. Aus die- F i g. 2 ergibt sich, daß die Überschneidungspunkte sem Grunde befinden sich die Transistoren alle in 60 der Kurven 19, 20, 21 und 22 mit der Kurve 18 vondem Zustand »Aus«. In diesem Zustand ist die Diode einander verschieden sind, und die Werte der aufge-14 in Vorwärtsrichtung vorgespannt, und deshalb ist nommenen elektrischen Ladungen und die Zeitperider Ausgang 17 auf der Spannung von E₁ festgehal- öden der Stetigkeit sind auch unterschiedlich, und ten. Bis hierin handelt es sich um den Ruhezustand. deshalb können, wie dies durch die Kurven 23, 24, Nachfolgend wird der Betriebszustand beschrieben. 65 25 und 26 in F i g. 3 gezeigt ist, Ausgangsspannungen Wenn nun der Schalter 1 zum Zeitpunkt i₀ geschlos- erhalten werden, die einander nahezu analog sind, sen wird, und die Schalter 2 und 4 werden zu dem Darüber hinaus ist es bei dieser Schaltung möggleichen Zeitpunkt geöffnet, wird eine Potential- lieh, den Verlauf der ansteigenden Teile und der

abfallenden Teile der Ausgangswellenformen zu ändern, indem die öffnung des Schalters 4 gegenüber der öffnung der Schalter 1 und 2 verzögert wird und indem die Widerstände 9 und 12 geändert werden.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Schaltung zur Erzeugung einer exponentiell ansteigenden und abfallenden Ausgangsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß zwei ι ο Stromverstärkerkreise (III, IV) und eine Ladeeinrichtung (15) vorgesehen sind, die an die gemeinsame Ausgangsstufe der zwei Stromverstärkerkreise angeschaltet ist, wobei die Ladeeinrichtung durch den einen Stromverstärkerkreis aufladbar und durch den anderen Stromverstärkerkreis entladbar ist, und daß jeder Stromverstärkerkreis aus einer Reihenschaltung von zwei Transistoren (8, 10; 11, 13) besteht, wobei an die Basis der zwei Transistoren in jedem Stromverstärkerkreis je eine Steuerspannung anlegbar ist und die eine Steuerspannung an beiden Enden eines Widerstandes (6) in einer aus dem Widerstand (6) und einem Kondensator (3) bestehenden Reihenschaltung und die andere Steuerspannung an beiden Enden eines weiteren Kondensators (7) einer zweiten aus dem weiteren Kondensator (7) und einem weiteren Widerstand (5) bestehenden Reihenschaltung gewonnen werden, und daß die Ausgangsspannung an dem Verbindungspunkt zwischen den Stromverstärkerkreisen (III, IV) und der Ladeeinrichtung (15) abnehmbar ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeeinrichtung einen Kondensator (15) enthält.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten Transistors (8) des einen Stromverstärkerkreises (III) mit einem Ende des Widerstandes (6) verbunden ist, daß die Basis des zweiten Transistors (10) dieses Stromverstärkerkreises mit dem anderen Ende des Widerstandes (6) verbunden ist, daß der Kollektor des ersten Transistors (8) mit einer Spannungsquelle verbunden ist, daß der Emitter des ersten Transistors (8) mit dem Emitter des zweiten Transistors (10) über einen Widerstand (9) verbunden ist und daß der Kollektor des zweiten Transistors (10) mit der Ladeeinrichtung (15) verbunden ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 und 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (2) zum Kurzschließen der beiden Enden des einen Kondensators (3).

5. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des ersten Transistors (13) des zweiten Stromverstärkerkreises (IV) mit einem Ende des weiteren Kondensators (7) verbunden ist, daß die Basis des zweiten Transistors (11) dieses Stromverstärkerkreises mit dem anderen Ende des weiteren Kondensators (7) verbunden ist, daß der Kollektor des ersten Transistors (13) mit einer Stromquelle verbunden ist, daß der Emitter des ersten Transistors (13) mit dem Emitter des zweiten Transistors über einen Widerstand (12) verbunden ist, und daß der Kollektor des zweiten Transistors (11) mit der Ladeeinrichtung (15) verbunden ist.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 und 5, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (4) zum Kurzschließen der beiden Enden des weiteren Kondensators (7).

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung mit einer Diode (14) zum Ändern des elektrischen Potentials in der Ladeeinrichtung.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg und Abfall der Ausgangsspannung durch Änderung der Eingangsspannungen (E₁, E₂) für die Reihenschaltung aus dem einen Widerstand (6) und dem einen Kondensator (3) steuerbar sind.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg und Abfall der Ausgangsspannung durch unterschiedliche öffnung der Kurzschlußeinrichtungen (4, 2) steuerbar sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen