DE2053576C3 - Frequenzstabiler Impulsgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen frequenzstabilen ~o Impulsgenerator mit einem Taktkondensator, der periodisch von einer Gleichspannungsquelle aufgeladen und über ein Halbleiter-Schaltelement entladen wird, wobei der Taktkondensator und das Halbleiter-Schaltelement einseitig an einem Bezugspotential liegen und die an die Gleichspannungsi|uellc angeschlossene Seite des Taktkondensators mit der Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelementes \erbunden ist.

Impulsgeneratoren mit einem Taktkondensator und einem Transistorschalter sind in einer Vielzahl von Anwendungen bekannt. Derartige Impulsgeneratoren besitzen jedoch den Nachteil, daß sie von der Änderung der Versorgungsspannung abhängen, was zu einer Änderung der Betriebsfrequenz der Abhängigkeit von der Versorgungsspannung führt. Um diesen Nachteil zu überwinden, wird im allgemeinen der Impulsgenerator mit einer stabilisierten Vorspannung versorgt. Derartige Spunnungs-Stabilisationseinrichtungen sind verhältnismäßig leuer, so daß es wünschenswert ist, einen Irequenzstahilen Impulsgenerator zu schallen, der von derartigen Stabilisationseinrichtungen für die Versorgungsspannunn unabhängig ist.

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, einen frequen/stabilen Impulsgenerator zu schaffen, der bei einer Änderung tier Versorgungsspannung innerhalb eines verhältnismäßig großen Bereiches seine Betriebsfrequenz im wesentlichen nicht ändert.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von dem eingangs erwähnten Impulsgenerator, erfindungsgemäß dadurch uelöst. daß zwischen die ausgangsseitige Elektrode des Halbleiter-Schaltelementes und die Gleichspannungsquelle eine Kompensationseinrichtunn geschaltet ist. die bei leitendem Halbleiterschaltelement an den Taktkondensator ein dem Potentialwert der Gleichspannungsquelle proportionales Steuerpotential von entgegengesetzter Polarität anlegt.

[•hie weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Kompensationseinrichtung aus einem Stromtor und einem Transformator besteht, dessen Primärwicklung zwischen die ausgangsseitige Elektrode des Halbleiter-Schaltelementes und den einen Pol der Spannungsquelle und dessen Sekundärsvicklung zwischen die Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelementes und die spannungsführende Seite des Takikondensators geschaltet ist. daß ferner parallel zu der Sekundärwicklung das Stromtor geschaltet ist. das derart gepolt ist, daß die Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelementes über das Stromtor durch den Taktkondensator steuerbar ist.

Bei einem derartig ausgestalteten frequenzstabilen Impulsgenerator gemäß der Erfindung ist nach einer weiteren Ausgestaltung das in einer Richtung Wirkende Stromtor eine DirJe und das Halbleiter-Schaltelement ein Schalttransistor, der ein NPN-Transistor sein kann.

Ein nach den Merkmalen der Erfindung aufgebauter Impulsgenerator wird durch eine vom Impulsgenerator-Ausgang abgeleitete Rückkopplungsspannung frequenzstabilisiert, indem diese Spannung die Ladung des Taktkondensators zum Beginn der Aufladung in Abhängigkeit von der Änderung der Versorgungsspannung einstellt. Die Steuerspannung ist proportional der Amplitude der Versorgungsspannung und dieser entgegengerichtet, so daß beim Abfall der Versorgungsspannung die Steuerspannung kleiner und beim Ansteigen der Versorgungsspannung die Steuerspannung größer wird. Dadurch wird die Zeitdauer für das Aufladen des Taktkondensators auf eine bestimmte Amplitude stabilisiert.

Weitere Merkmale und Vorteile gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung hervor. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines Impulsgenerators gemäß der Erfindung,

F i g. 2 Arbeitscharakteristiken des Impulsgenerators gemäß Fig. 1.

Der in Fig. 1 dargestellte Impulsgenerator umfaßt einen NPN-Transistor 10, dessen Emitter mit Masse als Bezugspotential verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand 11, die Primärwicklung 12 eines Transformators 13 und einen Widerstand 14 an einem positiven Potential liegt. Der Taktkondlensator

ld iles Impulsgenerator* liegi mil einer Diode 18 und der du/u parallelliegenden Sekundärwicklung 26 des Transformators 13 in Serie geschaltet /wischen Masse und der Basis des Transistors H). Feiner ist der Zeitkondensator 16 über einen veränderlichen Widerstand 20 und einen Festwiderstand 21 an die positive Poiemialquelle angeschlossen.

Der Anteil des positiven Potentials, welches für die Aufladung des Kondensators 16 zur Verlütiung steht, wild von dem Spannungsteiler aus dem Widerstand 21 und einem weiteren Widerstand 23 bestimmt, der zwischen Masse und dem Verhindungspunkt der Widerstünde 20 und 21 liegt. In dieser Schaltung wird der Zeitkondensator 16 mit einer Geschwindigkeit aufgeladen, die von der Einstellung ties veränderlichen Widerstandes 20 und dem Wert des positiven Potentials arfi Verbindungspunkt der Widerstände 21 und 23 abhängt. Wenn die Kondensatorspannung des Kondensators 16 über die Diode 18 an die Basis des Transistors 10 angelegt wird und einen ausreichend hohen positiven Wert annimmt, wird der Transistor 10 leitend und entlädt den Kondensator 16 über die Basis-Emiuer-Strecke des Transistors.

Am Ende der Entladung wird der Transistor 10 wieder nichtleitend gemacht, womit ein neuer Zyklus beginnt. Dies ist die herkömmliche Wirkungsweise eines Impulsgenerators. Ein derartiger Impulsgenerator ist jedoch in starkem Maße \on dem Potential der Versorgungsspannung abhängig und verändert seine Frequenz mit einer Veränderung des Potentials dieser Spannung, da sich die Aufladung des Taktkondensators 16 in Abhängigkeit von einer Änderung der Versorgungsspannung ändert, was sich als Änderung des Vorspannungspotentials für den Transistor 10 auswirkt.

Um ein frequenzstabiles Arbeiten des impulsgenerator gemäß Fig. 1 zu erreichen, wobei die Frequenz von einer verhältnismäßig großen Variationsbreite des Spannungswertes der Versorgungsspannung im wesentlichen unabhängig ist, wurde in die Schaltung die Diode 18 eingefügt. Parallel zu dieser Diode 18 liegt die Sekundärwicklung des Transformators 13, so daß beim leitenden Transistor 10 ein über die Kollektor-Emitter-Strecke fließender Strom ebenfalls durch die Primärwicklung des Transformators 13 fließt und in der Sekundärwicklung 26 einen Strom induziert. Die Transformatorwicklungen sind derart polarisiert, daß während des leitenden Zustands des Transistors 10 die Diode 18 in Sperrichtung vorgespannt ist und das untere Ende der Sekundärwicklung 26 auf einem Potential festgehalten wird, das geringfügig über dem über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 10 übertragenen Massepotential liegt. Das obere Ende der Sekundärwicklung 26 nimmt ein negatives Potential an, wobei der Wert des negativen Potentials von dem Übersetzungsverhältnis der Wicklungen 12 und 26 abhängt. Dieses negative Potential wird an den Taktkondensator 16 als Ausgangsspannung· für den nächsten Funktionszyklus angelegt.

Sobald der Transistor 10 zu leiten aufhört, bricht der Magnetfluß im Transformator 13 zusammen, wobei die Diode 18 leitend wird und die Sekundärwicklung 26 kurzschließt. Dadurch wird der durch den Zusammenbruch des Magnetfeldes erzeugte Strom vernichtet. Das Potential, auf welches der Taktkondensator 16 durch die Wirkung der Sekundarwicklung 2Ci wahrend des Aulbaus des Magnetflusses durch den stromführenden Transistor 10 uufgeladen wird, ist direkt proportional der Amplitude der Versorgungsspannung, da der durch die Primärwicklung 12 fließende Strom dem Wert der Versoiuungsspannung direkt proportional ist. Das während des Lehens des Transistors 10 von der Wicklung 26 gelieferte negative Potential ist dem positiven Potential entgegengerichtet. das vom Verbindui.gspunkt der Widerstände 21 und 23 im Spannungsteiler aus angelegt wird. Das Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände 21 und 23 sowie das Übersetzungsverhältnis der Wicklungen des Transformators 13 werden in der Weise ausgewählt, daß eine bestimmte negative Verschiebespannung an den Taktkondensator 16 bei der normalen an den Impulsgenerator angelegten Versorgungsspannung angelegt wird. Diese nename Versehiehespannung steht mit der Betriebs!requenz des Impulsgenerators in einer direkten Beziehung. Die Amplitude der Verschiebespannung bzw. der Korrnensationsspannung wird derart austzewählt. daß sie so weit wie möglich der Amplitude des vom \erbinciungspunki 'ier Widerstände 21 und 23 aus angelegten La lepotentials entspricht, um eine Frequenzabhängigkeit der Schaltung \on der Amplitude der Versorgungsspannung zu eliminieren.

Nimmt man einen Anstieg der Versorgungsspannung an. so bildet sich am Verbindungspunkt der Widerstände 21 und 2j eine höhere Spannung aus, die als Ladespannung über den veränderlichen Widerstand 20 am Taktkondensator 16 wirksam wird. Ohne die Rückkopplung durch die Diode 18 würde dies zu einer kürzeren Ladezeit für den Kondensator führen, wodurch die Betriebsfrequenz des Impulsgenerators ansteigt. Die Diode 18 bewirkt jedoch, sobald der Transistor 10 leitet, eine Vergrößerung der Vorspannung in entgegengesetzter Richtung auf Grund des zunehmenden, durch die Primärwicklung 12 des Transformators 13 fließenden Stromes. Dadurch wird die negative Kompensationsspannung größer, die an den Taktkondensator 16 angelegt wird, und bewirkt, daß die Ausgangsspannung dieses Kondensators auf einem negativeren Wert liegt, als dies der Fall sein würde, wenn die normale Versorgungsspannung wirksam wäre. Der Betrag der Änderung der Ausgangsspannung reicht aus, um einer Änderung der Versorgungsspannug entgegenzuwirken. Daraus ergibt sich, daß der gesamte Spannungsbereich zunimmt, den der Taktkondensator 16 bis zu dem Punkt durchlaufen muß. bei welchem der Transistor 10 leitend wird. Da jedoch eine größere Ladespannung vorhanden ist, bleibt die Zeit, welche zum Erreichen dieses den Transistor 10 leitend machenden Arbeitspunktes notwendig ist. konstant.

Wej.,i die Versorgungsspannung abnimmt, nimmt auch das positive, am Verbindungspunkt der Widerstände ?.l und 23 wirksame Ladepotential ab, so daß am Taktkondensator 16 eine weniger negative, d.h. eine positivere, durch die Diode 18 von der Sekundärwicklung 26 des Transformators aus angelegte Startspannung liegt. Somit wird der Spannungsbereich, den der Taktkondensator beim Aufladen durchlaufen muß, kleiner. Da jedoch die Ladespannung kleiner ist, bleibt die Zeit konstant, welche benötigt wird, um das Potential aufzubauen, bei welchem der Transistor 10 leitend wird. Um die

■•Jetriehsfrequen/. abstimmen zu können, ist der verinderliche Widerstand 20 vorgesehen, jedoch erhält man eine die Bctriebsfreqiienz konstant haltende Wirkung mit jeder Umstellung dieses Widerstandes 20.

In Ii u. 2 ist eine Kennlinie/I dargestellt, die die Änderung der Frequenz des Impulsgenerator in Abhängigkeit vein einer 25-Volt-Versorgungsspanming darstellt, die /wischen 20 und 32 Volt variiert. Für eine ausgewählte Betriebsfrequenz von z. B. CiO 11/ kann man feststellen, daß die Änderung der Frequenz /wischen 5<λ7 H/ bei 20 Volt und W).3 Hz bei 32 Volt liegt. Dies ist der Frequenzänderung gegenübergestellt, die durch die Kennlinie H charakterisiert wird und das Frequenzverhalten eines herkömmlichen Impulsgenerator ohne die Stabilisierung gemaß der Frfindung beschreibt, wobei sich für dieselbe Änderung der Versorgungsspannimg eine Frequenzänderung von etwa 53 bis 67 Hz einstellt.

Aus der Darstellung gemäß Fig. 2 geht klar hervor, daß du-rch die geeignete Dimensionicrung des Spannungsteilers aus den Widerständen 21 und 23 sowie die Finlügung einer Diode 18 in eine herkömmliche Impulsgeneratorschaltimg eine hohe Frequenzstahilität erzielt werden kann. Auf diese Weise kann der Impulsgenerator mit einer nicht stabilisierten Gleichstromversorgung betrieben werden, die um 2l)"ii von der Normalspannung abweicht.

Wenn es wünschenswert ist. den Impulsgenerator gemäß F i g. I mit einem zugeführten Synchronisationssignal zu synchronisieren, können derartige Synchronisierungsimpulse 28 an die Basis des Transistors K) über einen Koppelkondensator 29 angelegt werden, wobei der Transistor 10 von dem Synchronisationsimpuls 28 in den leitenden Zustand gesteuert wird. Im übrigen arbeitet die Schaltung in dei vorausstehend beschriebenen Weise.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. rrequen/smbiler Impulsgenerator mit einem Taktkondensator, der periodisch vun einer Gleichspannungsquclle aufgeladen und über ein Halbleiterschaltelement entladen wird, wobei der Taktkondensator und das Halbleiter-Schallelemenl einseitig an einem Bezugspotential liegen und die an die Gleichspannungsquelle ange- ια sclilossene Seite des Taktkondensators mit der Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelementes verbunden ist. dadurch gekennzeichnet.

da 15 /wischen die ausgangsseitige Elektrode de·» Halbleiler-Schaltelementes (K)) "und die Cileichspannungsi|uelle eine Kompensationseinrichtung geschaltet ist. die bei leitendem Halbleiier-Sehaltelemenl an den Taktkondensator (16) ein dem Potentialwert der Gleichspannungsqueüe proportional s Steuerpotential von entgegengesetzter Polarität anlegt.

2. Impulsgenerator nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationseinrichtiing aus einem Stromtor (18) und einem Transformator (13) besteht, dessen Primärwicklung (12) zwischen die ausgabeseitige Elektrode des Halbleiter-Schaltelementes (10) und den einen Pol der Spannungsquelle und dessen Sekundärwicklung (26) zwischen die Steuerelektrode des Halbleite·-Schaltelementes (10) und die spannungsführende Seite des Taktkondensators (16) geschalter ist. daß ferner parallel zu der Sekundärwicklung (26) das Stromtor (18) geschaltet ist, das derart gepolt ist, daß g>c Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelementes (10) über das Stromtor (18) durch den Taktkondensator (16) steuerbar ist.

3. Impulsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in einer Richtung wirkende Stromtor (18) eine Diode und daß das Halbleiter-Schaltelement (10) ein Schalttrans.stör ist.

4. Impulsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor ein NPN-Transistor ist.