DE1512353C3 - Dreie ^spannungsgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen symmetrischen Dreieckspannungsgenerator mit einem ersten Kondensator, der aus einer Spannungsquelle über einen ersten Schalter aufgeladen wird, wobei ein Multivibrator beim Erreichen einer bestimmten Spannung an dem ersten Kondensator umschaltet und einen ersten Schalter öffnet und einen zweiten Schalter schließt, wodurch der erste Kondensator sich entlädt, bis ein Pegel erreicht wird, bei dem der Multivibrator wieder in den vorhergehenden Zustand gelangt, und der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter geöffnet wird.

Solche Dreieckspannungsgeneratoren sind bekannt, dabei entsteht durch abwechselnde Auf- und Entladung des ersten Kondensators zwischen den festen Umschaltpegeln des Multivibrators eine Dreieckspannung, die eine konstante Amplitude hat und deren Frequenz innerhalb weiter Grenzen veränderbar ist und durch den Wert der Auflade- bzw. Entladeströme bestimmt wird.

Neben der Anforderung der konstanten Amplitude und der innerhalb weiter Grenzen veränderbaren Frequenz der Dreieckspannung, soll die Dreieckspannung außerdem gut symmetrisch sein, was bedeutet, daß die Auflade- und Entladeströme einander genau gleich sein müssen. Diese symmetrischen Dreieckspannungen können in bekannter Weise z. B. zum Erzeugen sinusförmiger Spannung benutzt werden. Es ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Anforderung der Symmetrie durch Gleichheit der Auflade- und Entladeströme erfüllt werden kann. Es wird dabei ein Strom durch eine einem Widerstand entnommene Spannung geregelt. In dem vorliegenden Fall kann z. B. der Aufladestrom durch einen Strom geregelt werden, der während der Entladung der Entladestrom an sich ist und der eine ein Verstärkereleo ment steuernde Spannung über einem Widerstand erzeugt.

F i g. 1 der Zeichnung zeigt ein Beispiel einer möglichen Lösung. Dabei bezeichnet C₁ den ersten Kondensator, S₁ den ersten und S₂ den zweiten Schalter.

M bezeichnet den Multivibrator mit den zwei feststehenden Umschaltpegeln.

S'₂ ist ein Schalter. Die Schalters,, S., und S'₂ können mechanische Relais oder elektronische Schalter sein, die von dem Multivibrator gesteuert werden.

T₁ ist ein Transistor, der als Emitterfolgetransistor geschaltet ist und Widerstände R₁ und /?., besitzt.

/ ist eine Stromquelle und 1 und 2 bezeichnen Klemmen einer Speisespannungsquelle Z₁ ist der Entladestrom und I₂ ist der Aufladestrom. Wenn die Schalter S₁ und S'., geschlossen sind, lädt sich der Kondensator C₁. Gleichzeitig fließt der Strom /,durch den Widerstand/?, und den Schalter S'₂. Über dem Widerstand R₁ entsteht eine Spannung, welche die Einstellung des Transistors T₁ bedingt. Es wird dabei auch der Aufladestrom /., bestimmt und, wenn R₁^R₂, sind die Ströme Z₁ und /., annähernd einander gleich. Die weitere Wirkungsweise ist selbstverständlich. Wenn die Spannung am Kondensator C₁ den Umschaltpegel des Multivibrators M erreicht, schaltet letzterer um und schließt den Schalter S₂, während die Schalter S₁ und S'₂ geöffnet werden, so daß der Kondensator C₁ sich mit dem Strom I₁ entlädt. Bei dem zweiten Umschaltpegel des Multivibrators wird der erste Zustand wieder erreicht und so weiter. Auf diese Weise entsteht am Kondensator C₁ eine annähernd symmetrische Dreieckspannung.

Der Nachteil einer Vorrichtung nach Fig. 1 ist jedoch der, daß bei geringen Strömen auch die Regelspannung über den Widerstand R₁ gering ist, so daß etwaige Schwankungen der Ruhespannungen, z. B. der Speisespannung, einen großen Einfluß auf den Aufladestrom haben. Bei niedriger Frequenz der Dreieckspannung ist der erforderliche Strom niedrig, so daß in dem Bereich der niedrigen Frequenzen unzulässige Änderungen der erhaltenen Dreieckspannung auftreten können.

Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beheben, und besteht darin, daß ein zweiter Kondensator, ein dritter und ein vierter Schalter vorgesehen sind, und der zweite Kondensator sich über den dritten Schalter entlädt, wenn der erste Kondensator sich auflädt, während er sich über den vierten Schalter auflädt, wenn der erste Kondensator sich entlädt, und daß eine Regelvorrichtung vorgesehen ist, durch welche der Aufladestrom mittels der Spannung des zweiten Kondensators geregelt wird.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der
F i g. 2 ein Beispiel einer Vorrichtung nach der

Erfindung und

F i g. 3 ein Beispiel einer Vorrichtung in einer weiteren Ausbildung der Erfindung zeigen.
In F i g. 2 bezeichnet C₁ den ersten Kondensator,

S₁ den ersten Schalter, S₂ den zweiten Schalter, N den Multivibrator mit zwei festen Umschaltpegeln, der die Scheitelspannung der Dreieckspannung bestimmt. C, bezeichnet den zweiten Kondensator und S_;! und S₄ den vierten Schalter. A ist ein Regelspannungsverstärker, dessen Eingang mit dem Kondensator C₂ und dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors T₀ verbunden ist. Der Transistor T₀ ist ein Emitterfolgetransistor, dessen Emitter über einen Widerstand R₀ mit einer ersten Klemme 3 einer Spannungsquelle verbunden ist. Der Kollektor ist mit einer Parallelschaltung B des Schalters S₄ in Reihe mit S_:!, und S₁ in Reihe mit S., verbunden, während die andere Seite der Parallelschaltung B über eine Stromquelle / mit der zweiten Klemme 4 der Speisespannungsquelle verbunden ist.

Mit einem Punkt zwischen den Schaltern S₁ und S₂ ist der erste Kondensator C₁, und mit einem Punkt zwischen den Schaltern S_:! und S₄ ist der zweite Kondensator C₂ verbunden. An den ersten Kondensator C₁ ist schließlich der Multivibrator M angeschlossen, der weiter die vorzugsweise elektronischen Schalter S₁, S₂, S., und S₄ betätigt.

Die Stromquelle / liefert für die Parallelschaltung B einen Strom I₁, der annähernd gleich dem Entladestrom ist, und der Transistor T₀ liefert für die Parallelschaltung B einen Strom /.„ der annähernd gleich dem Aufladestrom ist.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß in dieser Vorrichtung die Ströme I₁ und I.,, wenn sie den KondensatorC₁ nicht auf- bzw. entladen- den zweiten Kondensator C.„ der zunächst bedeutend größer als C₁ gedacht ist, auf- bzw. entladen, wobei die mittlere Spannung V₀₂ des zweiten Kondensators zur Steuerung des Stromes I₂ benutzt wird. Zu diesem Zweck sind während der Aufladung des ersten Kondensators C₁ bzw. der Entladung des zweiten Kondensators C, die SchalterS₂ und S₄ geöffnet und die Schalters, und S.j geschlossen, während beim Entladen des ersten Kondensators C₁ bzw. beim Aufladen des zweiten Kondensators C₂ die Schalter S₂ und S₄ geschlossen und die Schalter S₁ und S., geöffnet sind.

Abgesehen von einer Welligkeit am Kondensator C₂ und den etwaigen, im Kreis auftretenden Leckströmen, gilt für den ersten Kondensator C₁: C₁ r = I₂ (Τ—τ) und für den zweiten Kondensator C₂:1.,τ — I₁ (Τ—τ), wobei r die Zeit darstellt, in der der Kondensator C₁ sich entlädt bzw. der Kondensator C, sich auflädt, und (Τ—τ) die Zeit, in der der Kondensator C₁ sich auflädt und der Kondensator C₂ sich entlädt. T ist dabei somit die Gesamtperiodendauer der erzeugten Dreieckspannung. Die Ausrechnung dieser Gleichungen ergibt, daß I₁ = I₂ und r — Var, so daß während einer Halbperiode Auflade- und Entladeströme einander gleich sind, was erwünscht ist.

Es sei hier jedoch bemerkt, daß der Wert der Leckströme, die bei Anwendung von Schalttransistoren für die Schalter S₁, S₂, S.,, S₄ auftreten, und der Wert der Basisströme eines Eingangstransistors des Multivibrators und des Regelverstärkers A für das richtige Zutreffen der vorerwähnten Gleichungen maßgebend sind.

Es zeigt sich jedoch, daß z. B. bei Anwendung von Siliziumtransistoren die Leckströme sehr gering sind, während bei der symmetrischen Anordnung der Vorrichtung noch eine gewisse Kompensation auftritt.

Ein zweiter einschränkender Faktor ist, daß der Strom /₂ beim Aufladen des ersten Kondensators C₁ durch die Spannung des zweiten Kondensators C, nachgeregelt wird, die eine Welligkeit aufweist. Indem die umlaufende Verstärkung durch den Regelverstärker A gering gehalten wird, kann die beeinträchtigende Wirkung der Welligkeitsspannung gering gehalten werden, was jedoch bedeutet, daß die Regelzeit verlängert wird. Letzteres beeinflußt auch die Einstellung der Dreierspannung auf eine neue Periodendauer, z. B. durch Einstellung der Stromquelle /. Bei einer längeren Regelzeit ist die dazu erforderliche Einstellzeit auch langer. In der Praxis kann durch gleichzeitige und ähnliche Änderung der Ströme I₁ und I₂, z. B. durch Änderung des Widerstands R₀ gleichzeitig mit der Einstellung der Stromquelle /, die Einstellzeit innerhalb geeigneter Grenzen gehalten werden; die Einstellzeit kann z. B. 10 Perioden der erzeugten Dreieckspannung betragen.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfindung, wobei der störende Einfluß der Welligkeitsspannung des zweiten Kondensators C₂ beseitigt ist. Zu diesem Zweck ist die von dem Regelverstärker A abliegende Seite des Kondensators C₂ mit einem belastbaren, der Spannung des ersten Kondensators C₂ folgenden Punkt verbunden. In dieser Figur sind die gleichen Bezugszeichen wie in F ig. 2 angewandt. Die von dem Regelverstärker A abliegende Seite des zweiten Kondensators C, ist an den Emitter eines Emitterfolgetransistors T₀ angeschlossen, dessen Basis durch die Spannung des ersten Kondensators C₁ gesteuert wird. Der Kondensator C₂ ist annähernd gleich dem Kondensator C₁. Da die untere Seite des Kondensators C, mit dem Emitter des Transistors T₂ verbunden ist, der der Spannung K₀₁ des Kondensators C₁ genau folgt, ist die Spannung K₀₂ des Kondensators C₂ frei von Welligkeit. In der Praxis ist der Kondensator C, etwas größer als der Kondensator C₁, um einen nicht vollkommen genauen Gleichlauf der Spannung K₀₁ des Kondensators C₁ auszugleichen. Auf diese Weise wird die Welligkeit des Kondensators C₂ beschränkt (z. B. auf etwa 1% der Spannung K₀₁), und die Verstärkung des Regelverstärkers A kann im Vergleich zu der Vorrichtung nach F ig. 2 größer gewählt werden, so daß die Regelzeit verringert wird.

Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung nach F i g. 3 ist der, daß, weil der Kondensator C₂ nicht viel größer als der Kondensator C₁ zu sein braucht, die niedrigste Frequenz nicht wie bei der Vorrichtung nach F i g. 2 durch den Kondensator C₂ bestimmt bzw. beschränkt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Symmetrischer Dreieckspannungsgenerator mit einem ersten Kondensator, der aus einer Speisequelle über einen ersten Schalter aufgeladen wird, wobei ein Multivibrator, wenn eine bestimmte Spannung am ersten Kondensator erreicht wird, umschaltet und den ersten Schalter öffnet und einen zweiten Schalter schließt, welcher erste Kondensator darauf entladen wird, bis ein Pegel erreicht wird, bei dem der Multivibrator wieder in den vorhergehenden Zustand gelangt, und der erste Schalter sich schließt und der zweite Schalter sich öffnet, dadurchgekennzeichn e t, daß ein zweiter Kondensator C₂, ein dritter und ein vierter Schalter (S₃, S₄) vorgesehen sind, und der zweite Kondensator (C.,) sich über den dritten Schalter (S₃) entlädt, wenn der erste Kondensator (C₁) sich auflädt, während er sich über den vierten Schalter (S₄) auflädt, wenn der erste Kondensator (C₁) sich entlädt, und daß eine Regelvorrichtung (A, T₀) vorgesehen ist, durch welche der Aufladestrom durch die Spannung des zweiten Kondensators (C₂) geregelt wird.

2. Symmetrischer Dreieckspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Regelspannungsverstärker (A) abliegende Seite des zweiten Kondensators (C₂) mit einem belastbaren, der Spannung des ersten Kondensators (C₁) folgenden Punkt (5) verbunden ist.

3. Symmetrischer Dreieckspannungsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (S₁, S₂, S₃, S₄) elektronische Schalter sind.