DE1512342C3

DE1512342C3 -

Info

Publication number: DE1512342C3
Application number: DE1512342A
Authority: DE
Inventors: Geritt Eindhoven Klein (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-02-09
Filing date: 1969-05-21
Publication date: 1975-09-11
Also published as: DE1512342A1; CH452939A; DE1512342B2; NL6601606A; BE693813A; US3458729A; GB1134989A; FR1510687A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer ersten periodischen Spannung, die mindestens zwei Verstärkerelemente enthält, bei denen ein erstes Paar gleichnamiger Hauptelektroden miteinander verbunden sind und über eine Stromquellenschaltung an einer Klemme einer Speisequelle liegen, wobei den Steuerelektroden eine zweite bzw. eine dritte Spannung angeboten wird, von denen mindestens eine periodisch ist, und wobei sich in einer mit dem zweiten Hauptelektrodenpaar dieser Verstärkerelemente verbundenen Vorrichtung die erwünschte erste periodische Spannung ergibt.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird

ίο z. B. eine dreieckförmig verlaufende Spannung erzeugt, wenn den Steuerelektroden sinusförmige Spannungen, die z. B. verschiedene Frequenzen haben, angeboten werden. Entsprechend kann aus zwei dreieckförmigen Spannungen eine sinusförmige Spannung erhalten werden. Andere Mischprodukte zweier den Steuerelektroden der Verstärkerelemente angebotenen Spannungen sind gleichfalls denkbar. Wenn z. B. einer Steuerelektrode eine dreieckförmige Spannung und der anderen Steuerelektrode eine geeignete Gleichspannung angeboten wird, kann sich am Ausgang eine Hälfte einer sinusförmigen Spannung ergeben. Besonders mit Rücksicht auf die Erzeugung sinusförmiger Spannungen, die eine konstante Amplitude in einem großen Frequenzbereich aufweisen müssen, ist die Verwendung einer solchen bekannten Vorrichtung sehr vorteilhaft, weil die erforderlichen Dreieckspannungen mit hoher Genauigkeit und großer Amplitudenstabilität und über einem großen Frequenzbereich in einer geeigneten, übrigens bekannten Vorrichtung erzeugt werden können. Außerdem weist eine in dieser Weise erzeugte Sinusspannung keine bei niedrigen Frequenzen lästigen Einschalterscheinungen auf. Andere bekannte Vorrichtungen benutzen die Strom ■ Spannungs-Charakteristik nicht-linearer Elemente, wie eines Feldeffekttransistors. Dabei tritt jedoch eine nicht vernachlässigbare Verzerrung auf.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen zur Erzeugung bestimmter Spannungsformen ein nichtlinearer Widerstand, der mit Hilfe von Widerständen und Dioden erhalten wird, als Schalter Verwendung findet. Dabei ist es jedoch für ein gutes Ergebnis erforderlich, daß die Widerstände genau geeicht, z. B. innerhalb von 1 % genau, sind und daß scharf begrenzte Hilfsspannungen benutzt werden, während die Vorrichtung doppelt ausgebildet sein muß, nämlich für die positiven und für die negativen Perioden.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer periodischen Spannung zu schaffen, bei der sehr kleine Verzerrungen (z. B. 1 %o) auftreten und lediglich Widerstände mit genormten Werten und weiten Toleranzgrenzen (z. B. bis zu 10%) Verwendung finden können, wobei die Hilfsspannungen nur mäßige Anforderungen zu erfüllen brauchen und keine doppelte Ausbildung zur Erhaltung einer positiven und einer negativen Hälfte einer ganzen Periode einer periodischen Spannung erforderlich ist. Die Erfindung besteht darin, daß der Leitwert im Kreis des ersten Paares gleichnamiger Hauptelektroden in Abhängigkeit von der Spannung an diesen Elektroden eine bestimmte Funktion durchläuft, zu welchem Zweck mit dem ersten Paar gleichnamiger Hauptelektroden eine impedanz verbunden ist, die aus mehreren parallelgeschalteten Dioden-Widerstands-Zweigen aufgebaut ist, und daß zwischen den Zweigen an der vom ersten Hauptelektrodenpaar abgekehrten Seite Widerstände angebracht sind, die in Reihe aus einer Spannungsquelle gespeist werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der

Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt ^

F i g. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 die unterschiedlichen Spannungsformen, die in einem bestimmten Fall auftreten, und

F i g. 3 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispieles nach F i g. 1.

In F i g. 1 sind zwei Transistoren T₁ und T₂ als Verstärkerelemente in Emitterschaltung wirksam. Die Emitter sind über eine Stromquellenschaltung S mit einer Klemme A einer Speisequelle verbunden. Der Innenwiderstand der Stromquellenschaltung S ist groß gegenüber dem Emittereingangswiderstand der Transistoren T₁ und T₂ und ebenfalls groß gegenüber einer Impedanz Z, die gleichfalls mit den Emittern verbunden ist. Diese Impedanz Z besteht aus mehreren parallelgeschalteten Dioden-Widerstands-Zweigen 1, 2, ...,«, wobei zwischen je zwei benachbarten Zweigen auf der von den Emittern abgekehrten Seite ein Widerstand r_x, r₂, ... bzw. r_n geschaltet ist. Diese Zwischengeschäften Widerstände r_u r₂, ..., r_n bilden an sich zusammen mit einem Widerstand r₀ einen Reihenkreis, der auf der Seite des Widerstandes r₀ mit einer Klemme einer durch einen Transistor T₃ dargestellten Spannungsquelle verbunden ist und auf der anderen Seite an einem Punkt konstanten Potentials liegt. Der Innenwiderstand der Spannungsquelle ist klein gegenüber dem durch die Impedanz Z bedingten Widerstand. Die Widerstände der unterschiedlichen Zweige 1, 2, ..., η sind mit R₁, R₂, ... bzw. R_n bezeichnet, während die Dioden mit D₁, D₂, ... bzw. D_n bezeichnet sind. Die Kollektoren der Transistoren T₁ und T₂ sind über gleiche Widerstände W₁ bzw. W₂ mit einer Klemme B einer Speisequelle verbunden, mit der auch der Kollektor des Transistors T₃ verbunden ist. Den Steuerelektroden der Transistoren T_x und T₂ werden aus einer Quelle K Spannungen, von denen mindestens eine periodisch ist, angeboten, während sich an den Kollektoren dieser Transistoren die erwünschte periodische Spannung ergibt, die einer Vorrichtung C zugeführt wird. Die Steuerelektrode des Transistors T₃ ist mit einem Arm eines Potentiometers P verbunden, das einerseits an der Klemme B einer Speisequelle und andererseits an einem Punkt konstanten Potentials liegt. Die Wirkungsweise der Vorrichtung nach der Erfindung wird an Hand eines Beispieles erläutert, bei dem, ausgehend von zwei dreieckförmigen Spannungen, eine sinusförmige Spannung erzeugt wird, aber die Erfindung ist nicht auf dieses Beispiel beschränkt. Andere Spannungen, z. B. sinusförmige, gegebenenfalls mit verschiedenen Frequenzen, u. dgl. können ebenfalls als Ausgangspunkt zur Erhaltung bestimmter Spannungsformen gewählt werden.

In Fi g. 2 sind die verschiedenen Spannungsformen dargestellt, die an bestimmten Punkten der Schaltung nach F i g. 1 bei diesem speziellen Beispiel auftreten. Den Steuerelektroden der Transistoren T₁ und T₂ werden mit entgegengesetzter Phase dreieckförmige Spannungen V mit einem Scheitelwert V_x (s. F i g. 2, I bzw. II) von der Quelle K zugeführt. Die unterschiedlichen Zweige der Impedanz Z sind für diesen Fall so zusammengesetzt, daß sich der Leitwert C im Emitterkreis der Transistoren T₁ und T₂ proportional cos χ ändert, wobei χ = γ ist (s. F i g. 2, HI). Infolgedessen ^6$ ist der Strom durch einen leitenden Transistor T₁ oder T₂, welche Transistoren wechselweise während einer Halbperiode leitend oder gesperrt sind, proportional sin χ (s. F i g. 2, IV bzw. V)! Auf diese Weise ergibt sich an jedem der Kollektoren abwechselnd eine Periodenhälfte, deren Spannung proportional sin χ ist. In einer Vorrichtung C können diese Hälften zu einer normalen Sinusspannung zusammengefügt werden (s. F i g. 2, VI). Wenn infolge einer angebotenen Dreieckspannung einer der Transistoren T₁ und T₂ zu leiten beginnt, wird anfangs, weil sämtliche Dioden infolge des vorhandenen Spannungszustandes leitend sind, der Wert der Impedanz Z nur durch den Widerstand R_n bestimmt. Wenn die Spannung am Emitterkreis ansteigt, werden nacheinander die Dioden D_n, Z)_n-I, ..., D₁ nicht-leitend, wenn die Spannung an der vom gemeinsamen Emitterkreis abgekehrten Seite einen niedrigeren oder wenigstens gleichen Wert hat. Der von der durch den Transistor T₃ dargestellten Spannungsquelle gelieferte Strom erzeugt über den Reihenwiderständen r₀, r„ ..., r_n eine Reihe abnehmender Spannungen, derart, daß die Dioden D_n, D_n-I, ■. ■ bzw. D₁ zu den richtigen Zeitpunkten sperren. Hierdurch ändert sich somit die erwähnte Impedanz Z in Abhängigkeit von den Widerstandswerten der Widerstände R_n, /?„_„..., R₁, die viel größer als die Widerstände r_n, r_n-_x, ..., r₀ sind, in Verbindung mit den Spannungszuständen beiderseits der unterschiedlichen Zweigen 1, 2, 3, ...,«.

Um den erwähnten cosinusförmigen Verlauf der Impedanz Z zu erhalten, müssen die Widerstände R₁, R₂, ..., R_n und r₀, /·„ r₂, ..., r_n eigens zu diesem Zweck bemessen sein.

Nachstehend werden die unterschiedlichen Werte aufgeführt, die für das erwähnte Beispiel in der gegebenen Schaltungsanordnung ein gutes Ergebnis liefern und deren Genauigkeit lediglich besser als etwa 10% sein muß.

	= 56 kΩ	r_Q	= 11Ω
	= 39 kΩ		= 11Ω
R*	= 3OkQ	r₂	= 22Ω
R₃	24 kQ		= 22Ω
	2OkQ		33 Ω
	2OkQ		33 Ω
	15 kQ		33 Ω
	12 kQ		56 Ω
	12 kQ		56 Ω
	13 kQ		56 Ω
	15 kΩ		56 Ω
	15 kΩ		56 Ω
	16 kΩ		56 Ω
	18 kΩ		56 Ω
	20 kΩ		56 Ω
	22 kQ		56 Ω
	27 kQ		56 Ω
	33 kQ		56 Ω
	= 43 kQ		56 Ω
1—1	= 47 kQ	*rn-i*	= 56 Ω
R_n	Tn	= 112Ω

Mittels der beschriebenen Schaltungsanordnung sind in der geschilderten Weise Sinusspannungen mit konstanter Amplitude und Verzerrungen, die in einem großen Frequenzbereich kleiner als 1 %o sind, einfach erzeugbar.

Die in F i g. 1 angegebene Stromquelle S, die gegebenenfalls einstellbar sein kann, gleicht einen immer in der Schaltung vorhandener Ruhestrom aus, so daß dieser keine Verzerrungen herbeiführt.

In F i g. 1 ist mit der Steuerelektrode des Transistors T₃ ein Potentiometer P verbunden, um eine richtige Spannungsverteilung auf die Reihenwiderstände /·„, Γχ, ..., r_n einstellen zu können. Diese Einstellung kann z. B. auf bekannte Weise von einer Steuerspannung an einer Steuerelektrode eines der Transistoren T₁ und T₂ abgeleitet werden (s. in F i g. 1 die gestrichelt angegebene Verbindung L). Es sei bemerkt, daß Siliziumdioden in den Zweigen 1, 2, ..., η in der Praxis gute Resultate liefern, weil bei ihnen die Sperrströme sehr gering sind. Bei der Bemessung des Spannungsteilers mit den Widerständen r₀, r_u ..., r_n muß in diesem Falle die etwa 0,5 Volt große Spannung berücksichtigt werden, bei der eine Si-Diode schaltet. Das Bestreben muß dahin gehen, daß das Übernahmegebiet der Ströme in den Transistoren T₁ und T₂ möglichst beschränkt wird. Die Verwendung von Germaniumtransistoren gibt dafür ausreichende Gewähr. Hierbei sei noch bemerkt, daß durch eine Schaltungsanordnung nach F i g. 3 diese Übernahme weiter verbessert wird. Die Schaltungsanordnung der F i g. 3 ist eine Weiterbildung der Schaltungsanordnung nach F i g. 1, indem zwei Differenzverstärker IJ₁ und IJ₂ in der Schaltung aufgenommen sind. Von den beiden Eingängen jedes dieser Differenzverstärker ist je einer mit einem Ausgang der Steuersignalquelle K und der andere mit dem gemeinsamen Punkt der Emitter des Transistorpaars T₁ und T₂ verbunden. Der Ausgang

ίο jedes der Differenzverstärker IJ₁ bzw. IJ₂ ist mit der Steuerelektrode des Transistors T₁ bzw. des Transistors T₂ verbunden.

Auf diese Weise wird erreicht, daß die Spannung an den Emittern der beiden Transistoren T₁ und T₂ den Steuerspannungen, die von der Steuersignalquelle K angeboten werden, sehr genau folgt. Dadurch sind die Übernahmeschwierigkeiten, die bei der periodischen Umschaltung der Transistoren T₁ und T₂ auftreten können, beseitigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer ersten periodischen Spannung, die mindestens zwei Verstärkerelemente enthält, bei denen ein erstes Paar gleichnamiger Hauptelektroden miteinander verbunden sind und über eine Stromquellenschaltung an einer Klemme einer Speisequelle liegen, wobei den unterschiedlichen Steuerelektroden eine zweite bzw. eine dritte Spannung angeboten wird, von denen mindestens eine periodisch ist, und wobei sich in einer mit dem zweiten Hauptelektrodenpaar dieser Verstärkerelemente verbundenen Vorrichtung die erwünschte erste periodische Spannung ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitwert im Kreis des ersten Paares gleichnamiger Hauptelektroden in Abhängigkeit von der Spannung an diesen Elektroden eine vorgeschriebene Funktion durchläuft, zu welchem Zweck mit dem ersten Paar gleichnamiger Hauptelektroden eine Impedanz (Z) verbunden ist, die aus mehreren parallelgeschalteten Dioden-Widerstands-Zweigen (1, 2,..., ri) aufgebaut ist, und daß zwischen den Zweigen an den vom ersten Hauptelektrodenpaar abgekehrten Seiten Widerstände (r_lt r₂, ..., r_n) angebracht sind, die in Reihe aus einer Spannungsquelle (T₃) gespeist werden.

2. Vorrichtung zur Erzeugung einer sinusförmigen Spannung nach Anspruch 1, bei der den Steuerelektroden der Verstärkerelemente (T₁ und T₂) gegenphasig dreieckförmige Spannungen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine geeignete Wahl des Dioden-Widerstands-Netzwerkes (Z) der Leitwert im Kreis des ersten Paares gleichnamiger Hauptelektroden in Abhängigkeit von der Spannung an diesen Hauptelektroden einen cosinusförmigen Verlauf hat.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle, aus der das Dioden-Widerstands-Netzwerk (Z) gespeist wird, mit Hilfe eines Potentiometers (P) einstellbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Potentiometers (P) durch eine Spannung an einer Steuerelektrode eines der Transistoren (T₁ oder T₂) bestimmt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Differenzverstärker (IJ₁, IJ₂) in der Schaltung aufgenommen sind, wobei einem Eingang jedes der Differenzverstärker die zweite bzw. dritte Spannung angeboten wird und der andere Eingang jedes der Differenzverstärker (IJ₁, IJ₂) mit dem ersten Paar gleichnamiger Hauptelektroden der zwei Verstärkerelemente (T₁, T₂) verbunden ist, während der Ausgang der Differenzverstärker (IJ₁, IJ₂) mit der entsprechenden Steuerelektrode eines der Verstärkerelemente (T₁, T₂) verbunden ist.