DE1933184C3

DE1933184C3 - Impulsgenerator zur Erzeugung von Impulsen mit veränderbarer Flankensteilheit

Info

Publication number: DE1933184C3
Application number: DE19691933184
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: 1978-11-09
Also published as: DE1933184B2; DE1933184A1

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 der 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 (DE-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 DE-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 Impulsamplitude 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 deshalb darin, einen Impulsgenerator anzugeben, bei der die ImpLlsamplitude am Ausgang des Impulsgenerators nicht mehr von der Flankensteilheit der abgegebenen Impulse abhängt

Diese Aufgabe wird dadurch geiöst, 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, wann 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

-hl·

l/C = ^J fdr

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

>r.f =

UC C

'■!

Dabei ist t_r die Anstiegszeit, tr die Abfallzeit, l_r der Ladestrom, If 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

F i g. 1 ein Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Impulsgenerators,

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

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

In Fig. 1 sind zwei Stromquellen mit Ql, Q2 bezeichnet. Die Stromquelle Q1 erzeugt einen eingeprägten Strom /1, die Stromquelle Q 2 einen eingeprägten Strom /2. Die Werte dieser eingeprägten Ströme können verändert werden. Die Stromquelle Q1 ist über einen Schalter 51 entweder mit einer Diode D1 oder mit einem Kondensator Cverbunden.

Die Stromquelle Q 2 ist über einen Schalter 52 entweder an eine Diode D2 oder an den Kondensator C angeschlossen. Die Diode D 1 liegt außerdem an einer festen Spannung UX, die Diode D 2 an einer festen Spannung (72. Die Polung der Dioden Dl, D2 ist derart, daß sie für die eingeprägten Ströme /1 und /2 durchlässig sind. Am Ausgang des Kondensators C ist eine Begrenzerschaltung angeordnet, die im Ausführungsbeispiel aus den Begrenzerdioden DBi und Di? 2 besteht Zur Festlegung des Maximalwertes der Ausgangsamplitude ist die Begrenzerdiode Di? 1 mit einer großen Spannung i/max, zur Festlegung der minimalen Amplitude die Begrenzerdiode Di?-2 mit einer minimalen Spannung Ltain verbunden.

Die Schalter 51 und S2 werden so von Steuerimpulsen gesteuert, daß sie entweder die eine Stromquelle oder die andere Stromquelle an den Kondensator C

ίο legen. Die nicht mit dem Kondensator C verbundene Stromquelle liegt über einer der Dioden D1 oder D 2 an einer der festen Spannungsquellen UX oder U2. Die Schalter 51 und 52 werden also im Gegentaki betrieben.

ii Sollen Impulse entsprechender Flankensteilheit erzeugt werden, dann werden die Stromquellen Q1, Q 2 entsprechend eingestellt. Sie erzeugen eingeprägte Ströme /1 bzw. 12, die den Kondensator C so schnell aufladen bzw. entladen, daß die gewünschte Steilheit der Impulsflanken am Ausgang A des Impulsgenerators entstehen. Zur Erzeugung der Vorderflanke des Impulses wird dann z. B. die Stromquelle Q1 durch den Schalter 5 mit dem Kondensator C verbunden. Der Kondensator C lädt sich auf, bis die Begrenzerdiode DB1 durchlässig wird und die Spannung über dem Kondensator C begrenzt. Während der Zeit der Aufladung des Kondensators ist die Stromquelle Q 2 durch den Schalter 52 an die Diode D 2 angeschlossen. Zur Erzeugung der Rückflanke des Ausgangsimpulses

jo werden die Schalter 51, 52 umgeschaltet, so daß die Stromquelle Q 2 nun an dem Kondensator C liegt und diesen entlädt. Diese Entladung des Kondensators C erfolgt so lange, bis die zweite Begrenzerdiode Di? 2 durchlässig wird und damit den minimalen Amplituden-

ji wert des Ausgangsimpulses festlegt. Während der Entladung des Kondensators C ist die erste Stromquelle Q1 über dem Schalter 51 mit der Diode D 2 verbunden.

Das Hin- und Herschalten der Stromquellen Ql, Q2

zwischen dem Kondensator Cund den Dioden D1, D2 bedingt ein unterbrechungsloses Fließen der eingeprägten Ströme /1, 12. Dies ist für einen sauberen Einsatzpunkt der 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 F i g. 1 und Fig.2 sind mit gleichen Bezugszeichen benannt. Der Schalter 51 besteht aus einem Transistor 751, der Schalter 52 aus einem Transistor Γ52. Der Transistor 751 ist komplementär zu dem Transistor 752. Die Basisanschlüsse dieser Transistoren 751 und Γ52 sind je über eine Zenerdiode ZX bzw. Z 2 zusammengefaßt und werden gemeinsam von den Steuerimpulsen angesteuert. Die Emitter der Transistoren 751 bzw. 752 liegen an den Stromquellen Ql bzw. Q2 und an den Dioden Dl bzw. D 2. Die Kollektoren der Transistoren 751, 752 sind zusammengeschlossen und mit dem Kondensator Cverbunden. Zur Einstellung des Arbeitspunktes der Transistoren 751, 752 und zur Lieferung des notwendigen Vorstromes für die Zenerdiode sind die Widerstände R1 und R 2 und^die festen Spannungsquellen t/3 und t/4 vorgesehen.

Der Kondensator C kann entfallen, insbesondere dann, ,venn steile Anstiegsflanken gewünscht werden,

b j da die Sperrkapazitäten der Dioden DB 1 und DB 2 und die Ausgangskapazitäten der Transistoren Γ51 und TS2 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 Cbewirkt eine weitere Linearisierung der Flanken, aber auch eine Erhöhung der Anstiegszeit. >

Werden die Transistoren TS1, TS2 von einem Steuerimpuls angesleuert, dann ist entweder der eine Transistor oder der andere Transistor leitend. Entsprechend fließen die eingeprägten Ströme /I bzw. /2 entweder über die Emitter-Kollektor-Strecke zum m Kondensator Coder über die Diode D1 bzw. D 2 zu den festen Spannungsquellen L¹I bzw. U 2. Ist also z. B. der Transistor TiSl leitend gesteuert, dann fließt der eingeprägte Strom /1 der Spannungsquelle QI über den Transistor TSl zu dem Kondensator C. Der r, eingeprägte Strom /2 der Stromquelle Q 2 wird über die Diode D 2 abgeleitet. Ist Transistor TS2 leitend und Transistor TSl gesperrt, dann ist die Funktion der Schaltung gerade umgekehrt.

Da die Anstiegs- und Abfallzeiten der Impulse am >n 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 Begrenzerdio- _>-, den DSl, DB2 würde daher dazu führen, daß die Impulsamplitude am Ausgang A wegen des stromabhängigen Spannungsabfalles an den Begrenzerdioden DSl, DB 2 von der Flankensteilheit der Impulse abhängt. Um dies zu verhindern, werden die Begren- j<> Zungsspannungen t/max und /7min so geregelt, daß trotz Veränderung der Ströme durch die Begrenzungsdioden DBX und DB 2 die Amplitudenwerte der Ausgangsimpulse konstant bleiben. Eine Schaltung, mit der dies erreicht werden kann, ist in F i g. 3 dargestellt. Die Regelung der Begrenzerspannungen Lfrnax und t/min läßt sich so realisieren, daß der zu erwartende Spannungsabfall über den Begrenzerdioden DB1, DB 2 mit je einem Differenzverstärker für jede Begrenzerdiode DSl, DS2 gemessen wird und diese Spannung zu einer gewünschten Grundspannung addiert wird. Zu diesem Zwecke werden Dioden D3, D4 gleichen Typs wie die Begrenzerdioden DB I, DS2 und mit möglichst übereinstimmender Kennlinie, z. B. zwischen die Stromquellen Qi, Q2 und die Schallcr 51, S2 gelegt. Die eingeprägten Ströme /1 bzw. /2 fließen dann über diese Dioden D3 bzw. DA. Die Spannung über der Diode D3 wird von einem Differenzverstärker Vl, die Spannung über der Diode D4 von einem Differenzverstärker V2 gemessen und zu der Grundspannung UO hinzuaddierl. Wird z. B. der Strom durch die Diode D 3 größer, dann wird die von dem Differenzverstärker Vl abgegriffene größere Spannung zu der Spannung UO addiert, so daß die Begrenzungsspannung der Begrenzerdiode DB1 ansteigt. Dadurch wird der durch den erhöhten eingeprägten Strom /1 in der Begrenzungsdiode Dß 1 verursachte erhöhte Spannungsabfall kompensiert und der Amplitudenwert des Ausgangsimpulses konstant gehalten.

Der Regelkreis muß bezüglich seiner Regelgeschwindigkeil so ausgelegt werden, daß die Begrenzerpotentiale Umax und (.'min auch dann noch korrigiert werden können, wenn sich die Flankensteilheiten nach jedem Impuls ändern.

Um zu verhindern, daß die Impulsflanken des Impulsgenerators von den nachfolgenden Stufen maßgeslich beeinflußt werden, wird am Ausgang eine Entkoppelstufe angeordnet, die z. B. in einem Emitterfolger bestehen kann (siehe Fig.4). Der Emitterfolger besteht aus dem Transistor Γ54, an dessen Emitter eine Konstantstromquelle Q 3 angeschlossen ist. Die Basis des Transistors TS4 ist mit dem Verbindungspunkt der Begrenzerdioden Dß 1, Dß 2 verbunden.

Der erfindungsgemäße Impulsgenerator ist im wesentlichen anhand von Ersatzschaltbildern erläutert worden. Die Realisierung der einzelnen Schaltungselemente, wie der Stromquellen Qi, 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 Stromwerten 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 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), dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemme (A) des Kondensators (C) über eine erste Begrenzerdiode (DBi) mit einer ersten Begrenzungsspannungsquelle (Umax) und über eine zweite Begrenzerdiode (DB2) mit einer zweiten Begrenzungsspannungsquelle (L/min) verbunden ist und daß die Spannungen der Begrenzungsspannungsquellen (Umax, ίΛηίη) 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 (DBi, DB 2) ändert

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Stromquellen (Qi, Q 2) und den Schaltern (Sl, S 2) jeweils eine den Begrenzerdioden (DB 1, DB 2) entsprechende Diode (D 3, D 4) eingefügt ist und daß an den Anschlüssen jeder Diode (D 3, D 4) jeweils die Eingänge eines Differenzverstärkers (Vl₁ V2) angeschlossen sind und jeder Differenzverstärker (Vl, V2) jeweils mit einer festen Spannungsquelle (UO) verbunden ist, die an die Begrenzerdioden (DB 1, DB 2) angeschlossen sind.

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 Kondensator verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C) aus den Sperrkapazitäten der Begrenzerdioden (DBi, DB 2) und den Ausgangskapazitäten der Transistoren (TSi, TS 2) besteht.

4. Impulsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitteranschluß des ersten Transistors (TSl) über eine erste Diode (Dl) mit einer ersten festen Spannungsquelle (U 1) verbunden ist und daß der Emitteranschluß des zweiten Transistors (TS2) über eine zweite Diode (D2) 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) to angeschlossen ist, zu der ihr zugeordneten festen Spannungsquelle (Ui, U2) schließt.