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Relaxations-Oszillator für hohe Impulsfolgefrequenzen mit einer Doppelbasisdiode
Die Erfindung betrifft einen Helaxations-Oszillator für hohe Impulsfolgefrequenzen
mit einer Doppelbasisd-iode, deren Emitterelektrode an den Kondensator einer aus
diesem und einem Ladewiderstand gebildeten Reihenschaltung angeschlossen ist, die
wie die Basiselektroden an einer Gleichspannungsquelle liegen. Derartige Oszillatoren
werden beiepieleweise für Impulsgeneratoren, Triggerschaltungen, Sägezahngeneratoren
sowie Zeitschaltungen verwendet und sind in der Zeitschrift NTZ 1966,
11. 11, S. 684 - 687 beschrieben.
Fig. 1 zeigt die bekannte
Schaltungsanordnung eines einfachen Relaxations-Uszillators: Als aktives Bauelement
für diesen Oszillatorist eine Doppelbasisdiode DB1 vorgesehen, deren Basiselektrode
B1 über einen Widerstand R2 und die Basiselektrode B2 über einen Widerstand k3 mit
einer Gleichspannungsquelle verbunden sind. An die Emitterelektrode E der Doppelbasisdiode
DB1 ist die Reihenschaltung aus einem Widerstand R1 und einem Kondensator C1 angeschlossen,
die ebenfalls mit der Gleichspannungsquelle verbunden sind. Die Wirkungsweise der
Schaltungsanordnung ist folgende: Zunächst möge die Doppelbasisdiode DB1 gesperrt
sein. Dann ist die Strecke E-B1 hochohmig. Während dieser Zeit wird der Kondensator
C1 über den Widerstand R1 geladen. Sobald sich der Kondensator C1 auf eine bestimmte
Spannung aufgeladen hat, wird die Doppelbasisdiode DB1 leitend. In dem@Augenblick
verkleinert sich der Widerstand zwischen der Emitterelektrode E und der Basiselektrode
B1 auf einen geringen Restwiderstand von ca. 15 Ohm. Über diesen Widerstand und
den damit in Reihe geschalteten Widerstand R2 entlädt sich der Kondensator C1. Sobald
der Strom in diesem Kreis einen bestimmten Wert, den Haltestrom, unterschreitet,
wird die Doppelbasisdiode DB1 wieder gesperrt, und der beschriebene Vorgang wiederholt
sich. Es ist leicht einzusehen, daß die Impulsfrequenz dieses Relaxations-Oszillators
im wesentlichen direkt vom Wert der Widerstände R1 und R2 sowie von der Kapazität
des Kondensators C1 abhängt. Die Kapazität des Kondensators C1 und der Wert des
Widerstandes R2 sind in den meisten Fällen durch die erforderliche Impulsleistung
und Impulslänge festgelegt, so daß die Impulsfolgefrequenz nur noch durch den Wert
des Widerstandes R1 zu verändern ist.
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Für manche Anwendungsfälle, z. B. zum Ansteuern von Thyristoren, ist
es erwünscht, die Impulafolgefrequenz in einem großen Bereich verändern zu können.
Zum Erzeugen von besonders hohen Folgefrequenzen ergeben sich jedoch besondere Schwierigkeiten,
weil der Wert des Widerstandes R1 nicht beliebig klein gemacht werden darf.
Wird
nämlich der Wert des Widerstandes R1 zu klein gewählt, so kann am Ende jedes Entladevorganges
des Kondensators C1 der durch die Eigenschaften der Doppelbasisdiode DB1 vorgegebene
Haltestrom über die Emitterelektrode E und die Basiselektrode B1 nicht unterschritten
werden, und die Doppelbasisdiode würde nicht in den sperrenden Zustand gelangen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Relaxations-Oszillator unter Verwendung
einer Doppelbasisdiode anzugeben, der Impulse mit höherer als bisher üblicher Folgefrequenz
erzeugt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in Reihe mit
dem Ladewiderstand die Schaltstrecke eines Transistors geschaltet ist, der jeweils
bei leitender Doppelbasisdiode über eine an den Stromzweig einer Basiselektrode
der Doppelbasisdiode angeschlossene Zeitung in den sperrenden Zustand steuerbar
ist.
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Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Ladewiderstand, also den
Wert des Widerstandes R1 (Fig. 1), beliebig klein zu machen, weil dieser Widerstand
während der Entladezeit des Kondensators C1 unwirksam geschaltet ist. Mit dieser
Schaltungsanordnung können also in vorteilhafter Weise ohne großen besonderen zusätzlichen
Aufwand hohe Impulsfolgefrequenzen erzielt werden.
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Ein Ausführungsbgispiel der Erfindung wird nachstehend anhand von
Fig. 2 der Zeichnung näher erläutert. Alle Bauelemente dieser Schaltungsanordnung,
die bereits für die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 beschrieben wurden, tragen dieselben
bereits verwendeten Bezugszeichen. Die Schaltungsanordnung des erfindungsgemäßen
Relaxations-Oszillators nach Fig. 2 enthält einen pnp-Transistor T1 in-Emitterschaltung.
Der Ladewiderstand R1 (Fig. 1) des Kondensators C1 ist mindestens teilweise als
Emitterwiderstand R11 des Transistors T1 vorgesehen.
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Der Restwiderstand ist mit R12 bezeichnet. Die Basiselektrode B3 des
Transistors T1 ist mit zwei Widerständen R4 und R5 verbunden, die an der Gleichspannung
liegen. Dieser Spannungsteiler sorgt dafür, daß die Schaltstrecke Emitter E1 -Kollektor
K1 des Transistors T1 normalerweise leitend geschaltete ist.
Im
Stromkreis der Basiselektrode B1 der Doppelbasisdiode DB1 liegt ein aus den Widerständen
R21 und R22 gebildeter Spannungsteiler, der mit der Pasiselektrode B4 eines als
' Schaltverstärker dienenden Transistors T2 verbunden ist.
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Den beiden Widerständen R21 und R 22 entspricht der Widerstand R2
der Schaltungsanordnung nach Fig. 1. Der Ausgangsstromkreis des Transistors T2 ist
über die Primärwicklung W1 eines Transformators TR und einen Widerstand R6 an die
Emitterelektrode E1 des Transistors T1 angeschlossen.
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Bei der Betrachtung.der Wirkungsweise dieses Relaxations-Oszillators
wird wieder davon ausgegangen, daß die Doppelbasisdiode DB1 gesperrt ist. Dies gilt
dann auch für den Transistor T2, weil dessen Basiselektrode B4 ungefähr auf gleichem
Potential liegt wie dessen Emitterelektrode E2. Dabei ist die Schaltstrecke des
Transistors. T1 niederohmig, weil dessen Basiselektrode B3 gegenüber der Emitterelektrode
negativ ist. Der Kondensator C1 wird dann über die Widerstände R11 und R12 aufgeladen.
Nach einer vorgegebenen Zeit wird die Doppelbasisdiode DB1 leitend. In diesem Zustand
wird der Kondensator C1 über die Doppelbasisd iod e und die Widerstände R21 und
R22 entladen. Dabei gelangt an die Basiselektrode B4 des Transistors T2 positives
Potential, so daß dieser Transistor durchgeschaltet wird. Dies hat zur Folge, daß
sich an der Emitterelektrode E1 des Transistors T1 negativeres Potential als an
dessen Basiselektrode B3 einstellt, wodurch dieser Transistor gesperrt wird. Hierdurch
ist während der Entladezeit des Kondensators C1 dieser praktisch von der Gleichspannungsquelle
abgeschaltet, weil die Schaltstrecke E1-K1 des Transistors T1 sehr hochohmig ist.
Der vom Transistor T2 verstärkte Impuls wird über die Sekundärwicklung W2 des Transformators
TR für weitere Steuerzwecke an nicht dargestellte Einrichtungen weitergeleitet.
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Sobald der Kondensator C1 ausreichend entladen ist und der Haltestrom
der Doppelbasisdiode DB1 unterschritten wird, -gelangt diese wieder in den sperrenden
Zustand. Daraufhin wird die Schaltstrecke E1-K1 des Transistors T1 wieder leitend,
weil der Transistor T2 gesperrt wird.
Der geschilderte Vorgang wiederholt
sich nun von neuem. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt. Der erfindungsgemäße Relaxations-Oszillator kann noch in mancher Hinsicht
in vorteilhafter Weise abgewandelt werden. So ist es bei entsprechender Dimensionierung
des Widerstandes R11 möglich, auf den Widerstand R12 zu verzichten. Parallel zu
dem als Emitterwiderstand des Transistors Ti dienenden Widerstand R11 kann ein Kondensator
C2 geschaltet werden, der eine Verlängerung des Sperrzustandes des Transistors T1
bewirkt und somit eine Verbesserung der Schalteigenschaften des Oszillators gestattet.
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Weiterhin kann der Transistor T1 zur externen Steuerung der Impulsfolgefrequenz
herangezogen werden. Bei dieser Schaltungsvariante kann auf den Spannungsteiler
mit den Widerständen R4 und R5, die die feste Basisspannung zum Durchschalten des
Transistors T1 während der Ladephase zur Verfügung stellen, verzichtet und durch
eine variable Spannungsquelle ersetzt werden. An die Basiselektrode B3 des Transistors
T1 kann auch zusätzlich eine Zenerdiode Z1 angeschlossen werden, die der Basis B3
positive Steuerspannungen zuführt. Als Strombegrenzungswiderstand für die Zenerdiode
Z1 dient gleichzeitig der Widerstand R11. Die Zenerdiode hat die Aufgabe, das Sperren
des Transistors T1 von einem durch die betreffende Zenerspannung vorgegebenen Wert
der Amplitude der Steuerspannung an zu gestatten. Sollte der Wert des Widerstandes
R11 zu klein sein, so daß keine ausreichende Strombegrenzung für die Zenerdiode
Z1 gewährleistet ist, so kann beispielsweise zwischen die Zenerdiode und die Basiselektrode
B3 noch ein weiterer Schutzwiderstand eingefügt werden. Je höher der Wert der über
die Zenerdiode Z1 gegebenen Steuerspannung ist, umso geringer wird die Folgefrequenz
des Relaxations-Oezillators, weil die Schaltstrecke des Transistors T1unter Einwirkung
der positiven Steuerspannung hochohmiger -ist und der Kondensator 01 daher
langsamer aufgeladen wird.
Die Anwendung der Zenerdiode ist besonders
vorteilhaft bei solchen Relaxations-Oszillatoren, die zum Steuern von Thyristoren
in Wandlerschaltungen nach dem Phasenanschnittsverfahren dienen. Hierbei ist es
erwünscht, eine vorgegebene Ausgangsgleichspannung konstant zu halten--Zu diesem
Zweck wird die positive Ausgangsgleichspannung - wie oben beschrieben -über
die Zenerdiode-in den Relaxations-Oszillator eingekoppelt. Beim Überschreiten eines
vorgegebenen Wertes der Ausgangsgleichspannung spricht die Zenerdiode an. Die Herabsetzung
der Folgefrequenz des Relaxations-Oszillators hat eine derartige Veränderung der
Ansteuerung der Thyristoren zur Folge, daß die Ausgangsgleichspannung kleiner wird
und sich wieder auf den vorgegebenen Wert einstellt.
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Der zusätzliche Schaltverstärker (T2) kann auch über den Stromzweig
der Basiselektrode B2 der Doppelbasisdiode gesteuert, werden. In diesem Fall wäre
der Widerstand R3 aufzuteilen und ein pnp-Transistor zu verwenden.