DE1933184B2

DE1933184B2 - Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen mit veränderbarer Flankensteilheit

Info

Publication number: DE1933184B2
Application number: DE1933184A
Authority: DE
Inventors: Rolf-Dieter Dipl.-Ing. 8000 Muenchen Bieck
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-06-30
Filing date: 1969-06-30
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE1933184A1; DE1933184C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen veränderbarer Steilheit der Impulsflanken, bei dem zwei in ihren Stromwerten veränderbare Stromquellen zur Abgabe von eingeprägten Strömen vorgesehen sind, von denen zur Formung dei Impulse der eine den Strom für die Aufladung und der andere den Strom für die Entladung eines Kondensators liefert und bei dem zwei Schalter vorgesehen sind, von denen der erste die erste Stromquelle an den Kondensator, der zweite die zweite Stromquelle an den Kondensator legt, und die von Steuersignalen so angesteuert werden, daß entweder die erste Stromquelle oder die zweite Stromquelle mit dem Kondensator verbunden ist (Gegentaktbetrieb).

Impulsgeneratoren zur Erzeugung von Impulsen veränderbarer Flankensteilheit sind z. B. zum rechengesteuerten Prüfen von Bauelementen und Baugruppen notwendig. Dabei können Fehler der Bauelemente und der Baugruppen dadurch festgestellt werden, daß Impulse veränderbarer Steilheit ihrer Impulsflanken den Baugruppen zugeführt und die an den Ausgängen der Baugruppen auftretenden Ausgangsimpulse dann überprüft werden. Der Impulsgenerator übernimmt Dauer und Abstandsinformation der Impulse in analoger Form vom Rechner, die Anstiegszeit, die Abfallszeit, der Hub und die Nullinie der erzeugten Impulse muß aber veränderbar sein.

Es ist bekannt, trapezförmige Impulse aus Rechteckimpulsen dadurch herzustellen, daß ein konstanter Strom über einen Kondensator geleitet wird (DT-AS 12 42 687). Der konstante Strom lädt z.B. den Kondensator linear auf und linear ab. Eine Begrenzerschaltung am Ausgang des Kondensators sorgt dafür, daß der maximale und der minimale Amplitudenwert der Ausgangsimpulse immer gleich bleibt.

Die Begrenzerschaltung ist mit Hilfe von vorgespannten Dioden aufgebaut. Aus der DT-AS 12 42 687 ergibt sich, daß die Impulsflankensteilheit durch Änderung der Kapazität des Kondensators beeinflußt werden kann. Mit dieser bekannten Schaltung ist es jedoch nicht möglich, die Steilheit der Anstiegsflanke und der Abfallflanke unabhängig voneinander zu verändern, wobei diese Steilheiten einen ganz bestimmten vorgebbaren Wert haben sollen. Außerdem ist es nicht möglich, bei Impulszügen die Flankensteilheiten nach jedem einzelnen Impuls zu ändern.

Es ist weiterhin bekannt, Sägezahnimpulse veränderbarer Steilheit der Flanken dadurch zu erzeugen, daß zwei in ihren Stromwerten veränderbare Stromquellen zur Abgabe von eingeprägten Strömen vorgesehen sind, die über zwei Schalter mit einem Kondensator verbunden sind. Durch den ersten Schalter wird die erste Stromquelle an den Kondensator gelegt, der durch den von der Stromquelle gelieferten eingeprägten Strom aufgeladen wird. Durch den zweiten Schalter wird die zweite Stromquelle an den Kondensator gelegt, der durch den von dieser abgegebenen eingeprägten Strom wieder entladen wird. Die beiden Schalter werden im Gegentakt betrieben. Durch Veränderung der von den Stromquellen gelieferten Stromwerten kann die Steilheit der Flanken verändert werden.

Da die Anstiegs- und Abfallzeiten der Impulse am Ausgang des Impulsgenerators in einem sehr großen Bereich veränderbar sein müssen, bedeutet dies, daß auch die Lade- und Entladeströme des Kondensators sehr stark verändert werden müssen. Die einfache Begrenzung der Kondensatorspannung mit Hilfe von vorgespannten Dioden gemäß der DT-AS 12 42 687 würde aber dann dazu führen, daß die ImpiilsampliUide am Ausgang des Impulsgenerators wegen des stromab-

hängigen Spannungsabfalls an den Dioden von der Flankensteilheit der Impulse abhängt. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshglb darin, einen Impulsgenerator anzugeben, bei der die Impulsamplitude am Ausgang des Impulsgenerators nicht mehr von der Flankensteilheit der abgegebenen Impulse abhängt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Ausgangsklemme des Kondensators über eine erste Begrenzerdiode mit einer ersten Begrenzungsspannungsquelle und über eine zweite Begrenzerdiode mit einer zweiten Begrenzungsspannungsquelle verbunden ist und daß die Spannungen der Begrenzungsspannungsquellen so verändert werden, daß die maximale und die minimale Spannung über dem Kondensator auch dann konstant bleibt, wenn sich der Strom durch die Begrenzerdioden ändert.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein impuls mit definierter Anstiegs- und Abfallzeit läßt sich durch Laden und Entladen eines Kondensators erzeugen. Werden die maximale und die minimale Spannung am Kondensator begrenzt, so kann die Anstiegszeit aus der Beziehung

UC

- el·*

entnommen werden. Unter der Voraussetzung, daß Strom während des Lade- und Entladevorganges konstant ist, gilt für die Anstiegs- bzw. Abfallzeit die Gleichung

UC C

Dabei ist t_r die Anstiegszeit, tr die Abfallzeit, l_r der Ladestrom, U der Entladestrom, C die Kapazität des Kondensators und UC die Spannung über dem Kondensator. Je nach Wahl des Stromes über dem Kondensator läßt sich also die Steilheit der Impulsflanken einstellen.

Die erfindungsgemäße Realisierung dieses Prinzips bei einem Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen veränderbarer Flankensteilheit soll anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben werden. Es zeigt

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Impulsgenerators,

F i g. 2 die Realisierung der Schalter des Ersatzschaltbildes,

F i g. 3 eine Ersatzschaltung mit Impulsamplitudenregelung der Ausgangsimpulse des Impulsgenerator, F i g. 4 eine Ausgangsschaltung des Impulsgenerators.

In Fig. 1 sind zwei Stromquellen mit QX, Q2 bezeichnet. Die Stromquelle Q X erzeugt einen eingeprägten Strom /1, die Stromquelle Q 2 einen eingeprägten Strom 12. Die Werte dieser eingeprägten Ströme können verändert werden. Die Stromquelle Q 1 ist über einen Schalter 51 entweder mit einer Diode Dl oder mit einem Kondensator Cverbunden.

Die Stromquelle Q2 ist über einen Schalter 52 entweder an eine Diode D 2 oder an den Kondensator C angeschlossen. Die Diode D 1 liegt außerdem an einer festen Spannung UX, die Diode D2 an einer festen Spannung U2. Die Polung der Dioden Dl, D2 ist derart, daß sie für die eingeprägten Ströme IX und /2 durchlässig sind. Am Ausgang des Kondensators C ist eine Begrenzerschaltung angeordnet, die im Ausführungsbeispiel aus den Uegren/erdioden DBX und DB2 besteht. Zur Festlegung des Maximalwertes der Ausgangsamplitude isi die Begrenzerdiode DB1 mit einer großen Spannung i<^:m;ix. /ur Festlegung der ι minimalen Amplitude die Begrenzerdiode DB 2 mit einer minimalen .Spannung I 'min verbunden.

Die Schalter 5 1 und 52 werden -.o von Steuerimpulsen gesteuert, daß sie entweder die eine Stromquelle oder die andere Stromquelle an den Kondensator C

in legen. Die nicht mit dem Kondensator C verbundene Stromquelle liegt über einer der Dioden D 1 oder D 2 an einer der festen Spannungsquellen UX oder U2. Die Schalter 51 und 52 werden also im Gegentakt betrieben.

η Sollen Impulse entsprechender Flankensteilheit erzeugt werden, dann werden die Stromquellen QX, Q2 entsprechend eingestellt. Sie erzeugen eingeprägte Ströme IX bzw. 12, die den Kondensator C so schnell aufladen bzw. entladen, daß die gewünschte Steilheil der

_>(i Impulsflanken am Ausgang A des Impulsgenerators entstehen. Zur Erzeugung der Vorderflanke des Impulses wird dann ι. B. die Stromquelle Q 1 durch den Schalter 5 mit dem Kondensator C verbunden. Der Kondensator C lädt sich auf, bis die Begrenzerdiode

.·-. DSl durchlässig wird und die Spannung über dem Kondensator C begrenzt. Während der Zeit der Aufladung des Kondensators ist die Stromquelle Q2 durch den Schalter 52 an die Diode D2 angeschlossen. Zur Erzeugung der Rückflanke des Ausgangsimpulses

jo werden die Schalter 51, 52 umgeschaltet, so daß die Stromquelle Q2 nun an dem Kondensator Cliegt und diesen entlädt. Diese Entladung des Kondensators C erfolgt so lange, bis die zweite Begrenzerdiode DÖ2 durchlässig wird und damit den minimalen Amplituden-

r, wert des Ausgangsimpulses festlegt. Während der Entladung des Kondensators Cist die erste Stromquelle Q X über dem Schalter 51 mit der Diode D 2 verbunden. Das Hin- und Herschalten der Stromquellen Q 1, Q2 zwischen dem Kondensator Cund den Dioden Dl, D2

4(i bedingt ein unterbrechungsloses Fließen der eingeprägten Ströme /1, 12. Dies ist für einen sauberen Einsatzpunki d;r Impulsflanken, insbesondere bei kurzer Anstiegszeit, unerläßlich.

Die Realisierung der in F i g. 1 angedeuteten Schalter 51 und 52 mit Hilfe von Transistoren ist in Fig. 2 gezeigt. Gleiche Schaltungselemente in Fig. 1 und Fig. 2 sind mit gleichen Bezugszeichen benannt. Der Schalter 51 besteht aus einem Transistor Γ51, der Schalter 52 aus einem Transistor T52. Der Transistor

751 ist komplementär zu dem Transistor 752. Die Basisanschlüsse dieser Transistoren Γ51 und 7"52 sind je über eine Zenerdiode ZX bzw. Z2 zusammengefaßt und werden gemeinsam von den Steuerimpulsen angesteuert. Die Emitter der Transistoren 751 bzw.

752 liegen an den Stromquellen Q 1 bzw. Q2 und an den Dioden Dl bzw. D2. Die Kollektoren der Transistoren 751, 752 sind zusammengeschlossen und mit dem Kondensator Cverbunden. Zur Einstellung des Arbeitspunktes der Transistoren 751, Γ52 und zur Lieferung des notwendigen Vorstromes für die Zenerdiode sind die Widerstände R X und R2 und die festen Spannungsquellen £73 und (74 vorgesehen.

Der Kondensator C kann entfallen, insbesondere dann, wenn steile Anstiegsflanken gewünscht werden, da die Sperrkapazitäten der Dioden DB X und Dß2 und die Ausgangskapazitäten der Transistoren TS1 und 752 zusätzlich vorhanden sind. Obwohl diese Kapazitäten jeweils spannungsabhängig sind und sich damit

während der Bildung der Impulsflanken ändern, ist ihre Summe hinreichend konstant, so daß die Anstiegsflanken linear bleiben. Die zusätzliche Kapazität C bewirkt eine weitere Linearisierung der Flanken, aber auch eine Erhöhung der Anstiegszeit.

Werden die Transistoren TSi, TS2 von einem Steuerimpuls angesteuert, dann ist entweder der eine Transistor oder der andere Transistor leitend. Entsprechend fließen die eingeprägten Ströme /1 bzw. /2 entweder über die Emitter-Kollektor-Strecke zum Kondensator Coder über die Diode D1 bzw. D 2 zu den festen Spannungsquellen U\ bzw. U 2.1st also z. B. der Transistor TS i leitend gesteuert, dann fließt der eingeprägte Strom /1 der Spannungsquelle Q i über den Transistor TS1 zu dem Kondensator C. Der eingeprägte Strom /2 der Stromquelle Q 2 wird über die Diode D 2 abgeleitet. Ist Transistor TS2 leitend und Transistor TIS1 gesperrt, dann ist die Funktion der Schaltung gerade umgekehrt.

Da die Anstiegs- und Abfallzeiten der Impulse am Ausgang des Impulsgenerators in einem sehr großen Bereich veränderbar sind, bedeutet dies, daß auch die Lade- und Entladeströme des Kondensators C sehr stark verändert werden müssen. Die einfache Begrenzung der Kondensatorspannung mit den Begrenzerdioden DSl, DB 2 würde daher dazu führen, daß die Impulsamplitude am Ausgang A wegen des stromabhängigen Spannungsabfalles an den Begrenzerdioden DBi, DB2 von der Flankensteilheit der Impulse abhängt. Um dies zu verhindern, werden die Begrenzungsspannungen i/max und L/min so geregelt, daß trotz Veränderung der Ströme durch die Begrenzungsdioden DSI und DS 2 die Amplitudenwerte der Ausgangsimpul.se konstant bleiben. F.inc Schaltung, mit der dies erreicht werden kann, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Regelung der Begrcnzerspanniingen L/inax und (/min läßt sich so realisieren, daß tier zu erwartende Spannungsabfall über den Begrenzerdioden DB 1, DS2 mit je einem Differenzverstärker für jede Begrenzerdiode DSl, DB2 gemessen wird und diese Spannung zu einer gewünschten Grundspannung addiert wird. Zu diesem Zwecke werden Dioden DZ, DA gleichen Typs wie die Begrenzerdioden DBi, DB2 und mit möglichst übereinstimmender Kennlinie, z, B. zwischen die Strom-

■-. quellen Qi, Q2 und die Schalter Sl, S2 gelegt. Die eingeprägten Ströme / 1 bzw. / 2 fließen dann über diese Dioden D 3 bzw. D 4. Die Spannung über der Diode D 3 wird von einem Differenzverstärker Vl, die Spannung über der Diode D4 von einem Differenzverstärker V2

ίο gemessen und zu der Grundspannung LO hinzuaddiert. Wird z. B. der Strom durch die Diode D3 größer, dann wird die von dem Differenzverstärker Vl abgegriffene größere Spannung zu der Spannung LO addiert, so daß die Begrenzungsspannung der Begrenzerdiode DB1

Ii ansteigt. Dadurch wird der durch den erhöhten eingeprägten Strom / 1 in der Begrenzungsdiodc DB 1 verursachte erhöhte Spannungsabfall kompensiert und der Amplitudenweri des Ausgangsimpulses konstant gehalten.

2(i Der Regelkreis muß bezüglich seiner Regelgcschwindigkeit so ausgelegt werden, daß die Begrenzerpotentiale L/inax und L/min auch dann noch korrigiert werden können, wenn sich die Flankensteilheiten nach jedem Impuls ändern.

>ϊ Um zu verhindern, daß die Impulsflanken des Impulsgenerator von den nachfolgenden Stufen maßgeblich beeinflußt werden, wird am Ausgang eine Entkoppelstufe angeordnet, die z. B. in einem Emitterfolger bestehen kann (siehe Fig. 4). Der Emitterfolger

in besteht aus dem Transistor 754, an dessen Emitter eine Konstantstromquelle ζ) 3 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors TSA ist mit dem Verbindungspunkt der Begrenzerdioden DB 1, DB 2 verbunden.

Der erfindungsgemäßc Impulsgenerator ist im wc-

π sentlichen anhand von Ersatzschaltbildern erläutert worden. Die Realisierung der einzelnen Schaltungselemente, wie der Stromquellen Ql₁ Q2; der Schalter 51 S2; der Differenzverstärker Vl, V2 usw., kann auf an sich bekannte Weise erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen veränderbarer Steilheit der Impulsflanken, bei dem -. zwei in ihren Strom werten veränderbare Stromquellen zur Abgabe von eingeprägten Strömen vorgesehen sind, von denen zur Formung der Impulse der eine den Strom für die Aufladung und der andere den Strom für die Entladung eines Kundensators in liefert und bei dem zwei Schalter vorgesehen sind, von denen der erste die erste Stromquelle an den Kondensator, der zweite die zweite Stromquelle an den Kondensator legt, und die von Steuersignalen so angesteuert werden, daß entweder die erste π Stromquelle oder die zweite Stromquelle mit dem Kondensator verbunden ist (Gegentaktbetrieb), dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemme (A) des Kondensators (C) über eine erste Begrenzerdiode (DBi) mit einer ersten jo Begrenzungsspannungsquelle (Lfrnax) und über eine zweite Begrenzerdiode (DB 2) mit einer zweiten Begrenzungsspannungsquelle (Um'm) verbunden ist und daß die Spannungen der Begrenzungsspannungsqueilen (Umax, Lfrnin) so verändert werden, _'■> daß die maximale und die minimale Spannung über den Kondensator (C) auch dann konstant bleibt, wenn sich der Strom durch die Begrenzerdioden CDSl, DB 2) ändert.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch in gekennzeichnet, daß zwischen den Stromquellen (Qi, Q2) und den Schaltern (Si, S2) jeweils eine den Begrenzerdioden (DB 1, DBl) entsprechende Diode (D 3, D4) eingefügt ist und daß an den Anschlüssen jeder Diode (D3, D4) jeweils die π Eingänge eines Differenzverstärkers (V 1, V2) angeschlossen sind und jeder Differenzverstärker (Vi, V2) jeweils mit einer festen Spannungsquelle (UQ) verbunden ist, die an die Begrenzerdioden (DBi, DB 2) angeschlossen sind. w

3. Impulsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Schalter aus Transistoren bestehen, die komplementär zueinander sind, an deren Emitteranschlüsse die erste bzw. zweite Stromquelle angeschlossen ist und deren Kollektoranschlüsse mit dem -n Kondensator verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C)aus den Sperrkapazitäten der Begrenzerdioden (DBi, DB2) und den Ausgangskapazitäten der Transistoren (TSi, 752) besteht. ><i

4. Impulsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitteranschluß des ersten Transistors (TSi) über eine erste Diode (Dl) mit einer ersten festen Spannungsquelle (Ui) verbunden ist und daß der Emitteranschluß des zweiten ■>-, Transistors (TS 2) über eine zweite Diode (D 2) an eine zweite Spannungsquelle (U2) angeschlossen ist und daß die erste und die zweite Diode eine solche Polung hat, daß der Strom derjenigen Stromquelle (Qi, Q2), die nicht an den Kondensator (C) wi angeschlossen ist, zu der ihr zugeordneten festen Spannungsquelle (U \,U2) schließt.