DE1816050C3 - Sägezahnformer - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine« Sägezahnformer, bei dem einem Ladekondensator mit parallelgeschaltetem Entladungswiderstand Ladeimpulse konstanter Ladungsmenge, jedoch veränderbarer Frequenz zugeführt werden.

Die Amplitude der Sägezahnspannung eines solchen Sägezahngenerators, die meist über einen Auskoppelkondensator vom Ladekondensator abgenommen wird, ist bei konstanter Ladungsmenge konstant. Für die Aufladung gilt annähernd folgende Gleichung:

wobei Q die dem Ladekondensator zugeführte Ladungsmenge, J₁ der aus einer Stromquelle dem Ladekondensator meist über einen Ladewiderstand zügeführte konstante Ladestrom und J₁ die meist sehr kurze Ladezeit ist. Für die Entladung des Kondensators zwischen den aufeinanderfolgenden Ladeimpulsen in der Zeit /₂ gilt folgende Gleichung:

Aus diesen beiden Gleichungen ergibt sich, daß bei sich ändernder Entladezeit t₂, also bei sich ändernder Frequenz des Sägezahngenerators, auch der Entladestrom J₂ sich ändern muß. Wird die Entladezeit t₂ sehr klein, d. h. die Generatorfrequenz sehr groß, muß der Entladestrom J₂ zwangläufig ebenfalls sehr groß sein. Für den Entladestrom gilt angenähert folgende Gleichung:

U

wobei Ug die sich am Ladekondensator einstellende und der eigentlichen Sägezahnspannung überlagerte Gleichspannungskomponente und R der dem Ladekondensator parallelgeschaltete Entladewiderstand ist. Diese Gleichspannungskomponente U_f ist proporDaraus ergibt sich also, daß bei großen Frequenzvariationen des Sägezahngenerators sich auch die Gleichspannungskomponente in weiten Grenzen ändert. Bei einem zwischen 1 und 300 kHz veränderbaren Sägezahnformer würde daher auch die am Ladekondensator anliegende Gleichspannungskomponente ebenfalls im Verhältnis 1: 300 schwanken müssen, damit tatsächlich immer der aus obigen Energiebetrachtungen resultierende Endladestrom gegeben

Wenn der Entlädewiderstand ein rein ohmscher Widerstand mit einer linearen Kennlinie R nach F i g. 1 ist, ist für große Entladeströme J₂ eine sehr hohe Gleichspannungskomponente U_g nötig. Dies ist aber in manchen Fällen nicht mehr realisierbar, vor allem bei Schaltungen, bei denen ausschließlich Transistoren verwendet werden und daher nur relativ kleine Betriebsspannungen zur Verfügung stehen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Sägezahnformer der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem auch bei extrem großen Frequenzvariationen die am Ladekondensator nötige Gleichspannungskomponente nur in sehr geringen Grenzen variiert und bei dem trotzdem die sich aus obigen Energiebetrachtungen ergebenden Gleichgewichtsbedingungen zwischen Aufladung und Entladung eingehalten werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einem Sägezahnformer der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Verwendung eines mit steigender Spannung seinen Widerstandswert verringernden Entladewiderstandes.

Es ist bei Sägezahnformern an sich bekannt, zur Linearisierung der Sägezahnspannung parallel zum Ladekondensator einen mit steigender Spannung seinen Widerstandswert vergrößernden Entladewiderstand, beispielsweise einen Transistor, zu schalten. Ein solcher nichtlinearer Widerstand mit gerade umgekehrten Kennlinienverlauf hat die gegenteilige Wirkung zur Folge, nämlich einen stets konstanten Entladestrom, also das Gegenteil von dem, was erfindungsgemäß angestrebt wird. Diese bekannten Sägezahnformer sind daher auch nur für eine einzige Frequenz ausgelegt und geeignet.

Als erfindungsgemäßer Entladewiderstand sind alle bekannten spannungsabhängigen Widerstände geeignet, die eine Kennlinie W im Sinne der F i g. 1 besitzen, beispielsweise Heißleiter, Röhren, Zenerdioden oder Transistoren, also Elemente, die mit steigender Spannung U_g am Ladekondensator ihren Widerstandswert verringern. Am geeignetsten ist jedoch, wenn der spannungsabhängige Widerstand durch die Source-Drain-Strecke eines an konstantem Gate-Potential liegenden Feldeffekttransistors gebildet wird, da ein solcher Feldeffekttransistor in genügend weiten Grenzen aussteuerbar ist und daher die größten Variationsmöglichkeiten für den variablen Widerstand möglich sind. In der Praxis ist mit einem parallelgeschalteten Feldeffekttransistor z. B. ein Frequenzvariationsverhältnis von 1 : 200 erzielbar bei einer resultierenden Gleichspannungsänderung am Ladekondensator von lediglich 5 Volt, was ohne weiteres auch noch bei Transistorschaltungen tragbar ist.

Der verwendete Feldeffekttransistor ist ein sehr

schnelles Steuerelement, das in der Lage ist, nicht nur die Gleichspannung U_e langzeitmäßig auszuregeln, sondern er reduziert auch die bei einer eventuellen Frequenzmodulation des dem Ladekondensator zugeführten Ladeimpulszuges auftretenden Wechselspannungskomponenten, die andernfalls dem Sägezahn als Störungen überlagert wären. Wenn Störungen dieser Art unbeachtlich sind, kann der parallelgeschaltete Feldeffekttransistor wechselspannungsmäßig auch noch gegengekoppelt werden, und zwar durch einen parallel zur Gate-Source-Strecke geschalteten Gegenkopplungskondensator. Hierdurch wird die Linearität wesentlich verbessert, da der Drain-Source-Widerstand des Feldeffekttransistors über die Periodendauer konstant bleibt.

Schließlich hat es sich noch als vorteilhaft erwiesen, parallel zum Feldeffekttransistor noch einen ohmschen Widerstand zu schalten wodurch die untere Grenzfrequenz der Schaltung erheblich herabgesetzt wird.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der F i g. 2 an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 2 zeigt eine Sägezahnformerschaltung, bei welcher einem Ladekondensator C aus einer geeigneten Ladestromquelle Ladeimpulse konstanter Ladungsmenge J₁ ■ i, = const.) zugeführt werden. Die Frequenz dieser Ladeimpulse, also die Zeit t₂, soll in weiten Grenzen variierbar sein, beispielweise in einem Verhätlnis 1 : 200 oder mehr. Diese Frequenz der Ladeimpulse bestimmt auch die Frequenz der am Ausgang A über den Auskoppelkondensator K abgenommene Sägezahnspannung konstanter Amplitude. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden negative Ladeimpulse zugeführt.

Gemäß der Erfindung ist parallel zum Ladekondensator C ein spannungsabhängiger Widerstand geschaltet, und zwar in Form der Source-Drain-Strecke SD eines Feldeffekttransistors T. Der Drainanschluß D Hegt zur Einstellung einer genügend großen Drain-Source-Spannung vorzugsweise noch an einer zwischengeschalteten Vorspannungsquelle V. Hierdurch wird erreicht, daß auch bei tiefen Frequenzen (große Entladezeiten f₂) der Transistor T mit Sicherheit als spannungsabhängiger Widerstand wirken kann.

ίο Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ist folgende: Ändert sich beispielsweise die Entladezeit z, in einem Verhältnis von 1 :200, so würde sich ohne einen parallelgeschalteten Feldeffekttransistor T auch die Spannung U_g am Kondensator C in

diesem Verhältnis ändern. Der Widerstandswert der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors Γ ändert sich aber entsprechend der Steilheit des Feldeffekttransistors mit der anliegenden Spannung in umgekehrtem Sinne, d. h., mit zunehmender Gleicb-

ao spannung U_n wird der dem Kondensator C parallelgeschaltete Widerstandswert entsprechend dem Kennlinienverlauf W nach F i g. 1 verkleinert. Damit können mit wesentlich kleineren Gleichspannungspegeln am Kondensator auch für relativ kleine Entladungszeiten r„ die erforderlichen hohen Entladeströme J₂ erzeugt werden.

An sich würde parallel zum Kondensator C allein ein spannungsabhängiger Widerstand genügen. Es kann in manchen Fällen aber noch vorteilhaft sein, zusätzlich noch einen ohmschen Entladewiderstand O vorzusehen, damit auch bei relativ großen Entladezeiten, bei denen der Transistor Γ in seinem unteren Kennlinienstück arbeitet, noch ein definierter Entladewiderstand vorhanden ist. Dadurch wird die untere Grenzfrequenz der Schaltung erheblich herabgesetzt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche: Ί > tional abhängig von der Entladezeit t2. Für sie gilt folgende Gleichung:

1. Sägezahnformer, bei dem einem Ladekondensator mit parallelgeschaltetem Entladewiderstand Ladeimpulse konstanter Ladungsmenge, jedoch veränderbarer Frequenz zugeführt werden, gekennzeichnet durch die Verwendung eines mit steigender Spannung seinen Widerstandswert verringernden Entladewiderstandes (T).

2. Sägezahnformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladewiderstand durch die Source-Drain-Strecke (S, D) eines an konstantem Gate-Potential liegenden Feldeffekttransistors (T) gebildet ist.

3. Sägezahnformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Source-Strecke (G, S) des Feldeffekttransistors (Γ) mit einem Gegenkopplungskondensator (B) überbrückt ist.

4. Sägezahnformer nach Anspruch 2 oder 3, da- ao durch gekennzeichnet, daß parallel zum Feldeffekttransistor (7) ein Ohmscher Widerstand (O) geschaltet ist.