DE2054699C3

DE2054699C3 - Schaltungsanordnung zum periodischen Aufladen und Entladen eines Kondensators

Info

Publication number: DE2054699C3
Application number: DE2054699A
Authority: DE
Inventors: Paulus Joseph Maria Hovens; Wouter Smeulers
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1969-12-06
Filing date: 1970-11-06
Publication date: 1975-11-20
Also published as: DE2054699A1; NL6918361A; JPS5024182B1; DK133219B; AT315258B; BE759909A; DK133219C; CA950976A; YU34230B; US3714454A; YU295570A; GB1340021A; ES386186A1; OA03537A; DE2054699B2; FR2072905A5; CH527519A; SE366441B; NL149044B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, insbesondere in integrierter Halbleitertechnik, zum periodischen Aufladen und Entladen eines Kondensators mittels Halbleiterschalter, bei der in der Aufladezeit von einer Speisespannungsquelle eine Spannungsänderung bewirkt wird und bei der in der Entladezeit über einen Entladewiderstand ein von der Speiscspannungsquelle gelieferter Entladestrom zugeführt wird.

Bei sogenannten kapazitiven Sägezahngencratoren wird ein Kondensator über einen Widerstand durch eine Gleiehspannungsquelle aufgeladen. Danach wird parallel zum Kondensator mittels eines Schalters ein anderer Widersland geschaltet, wodurch die im Kondensator gespeicherte Ladung wegfließt. Bei manchen Anwendungen, beispielsweise in der Fernschtechnik, ist die Dauer eines dieser zwei Prozesse viel kürzer ( Rücklauf) als die des anderen ( Hinlauf). Einer Vielzahl von Generatoren liegt dieses Prinzip zugrunde. Ein derartiger Generator ist der sogenannte Miller-Integrator, der beispielsweise im Buch »Fern-

sehen« von F. Kerkhof und W. Werner, erste Auflage, S. 153, 154, beschrieben wurden ist. Dabei liegt der Kondensator zwischen den Ausgangs- und Eingangsklemmen eines Verstärkers. Bekanntlich ist die Linearität der erhaltenen Sägezahnspannung besonders gut.

Als Verstärker und als Schalter werden meistens Transistoren gewählt. Da jedoch Transistoren temperaturabhängige Elemente sinu, können unerwünschte Schwankungen auftreten. Auch kann die Speisespannung schwanken, beispielsweise info!nc von Temperaturänderungen, infolge von Schwankungen der Netzspannung oder infolge von Schwankungen in den an dieselbe Speisespannung angeschlossenen Belastungen. Die Folge all dieser Schwankungen ist, daß die Auflade- und/oder Entladezeiten schwanken, wodurch die Frequenz des erzeugten Signals schwankt. Zwar enthält meistens das Gerät, von dem der Generator einen Teil bildet, einen Frequenzregelkreis, beispielsweise einen Phasendiskritninator. der dafür sorgt, daß die Frequenz konstant gehalten wird; es hat sich jedoch herausgestellt, daß die be-,chriebenen Abweichungen derart groß werden können. 600 Hz oder mehr im Falle eines Zeilenoszillators, daß eine Nachregelung der Frequenz wahrend des obenstehcnd beschriebenen Verlaufes schwierig wild. Außerdem wird dann der Teil des Haltcbereiches des Regelkreises, der für die Nachregelung sorgt, wenn die Frequenz aus anderen Gründen verläuft, kleiner, während auch derjenige Teil des Fangbereiches, in (.!ein noch eingefangen werden kann, kleiner wird. Ein derartiger Fall ergibt sich bei einem Fernsehempfänger, wenn vom einen Sender auf einen anderen geschaltet wird. Nicht nur fallen dann vorübergehend sämtliche Synchroninipulse weg, sondern es kann auch passieren, daß die Zeilenfrequenz beider Sender nicht gleich ist. Sollten die genannten Schwankungen zugelassen werden, so ist die Gefahr nicht imaginär, daß der Zeilenoszillator durchaus nicht eingefangen werden kann.

Besonders störende Streuungen ergehen sich bei bekannten Schaltungen, bei denen die Aufladung und/oder die Entladung des Kondensators über einen Widerstand nach einem Exponentialgesclz erfolgt, weil dann die Steilheit des Spannungsverlaufes am Ende des gewünschten Zeitraumes, wenn ein Schalter betätigt werden soll, nur gering ist, so daß sich temperaturbrdingte Änderungen der Schaltschwelle stark auf die I age des Schaltzeitpunktes auswirken. Man hat zwar versucht, eine Kompensation zu erreichen, dadurch, daß an geeignet erscheinenden Stellen des Stromkreises temperaturabhängige Widerstände eingeschaltet wurden. Solche Widerstände haben jedoch infolge ihrer Eigenschaften und in'ohie der Anordnung getrennt von den Schaltelementen eine etwas abweichende Tcmpcraturcharakleiistik, so daß die erreichte Kompensation in der Regel nicht befriedigt.

Die Erfindung bezweckt, &,\< erzeugte Signal ι hohem Maße zu stabilisieren, uinl weist da/u das Kennzeichen auf, daß der Ent ladest rom proportional ist zu einer Entladespannung, die durch die Speisespannung abzüglich der in einer .Λπ/ahl von Halbleiterbauelementen auftretenden Spannung bcdini't wird, welche Spannung gleich ist der Spannung, die an den während der Aufladung wirksamen Halbleiterbauelementen auftritt, wobei ein Teil von den genannten Halbleiterbauelementen /u den Schaltern Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere dazu, einen Teil einer integrierten Schaltung zu bilden, und der betreffende Halbleiterkörper weist das Kennzeichen auf, daß sämtliche genannien Halbleiter und die nur als Widerstand angedeuteten Widerstände im Halbleiterkörper integriert sind.

Ausführungsbcispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden

ίο näher beschrieben. Es zeigen

F i g. 1 und 5 einen Teil des Schaltbildes eines erfindungsgemäßen Zeilenfrequenzgenerators bzw. das vollständige Schaltbild desselben,

Fig. 2 und 6 einige Spannungsformen, die in den Schaltungsanordnungen nach den Fig. 1 und 5 auftreten,

Fig. 3 ein vereinfachtes Schaltbild eines Teils der Schaltungsanordnung nach Fig. I,

F i g. 4 den Verlauf einer in Fig. 3 auftretenden Spannung.

In F i g. 1 stellen 1 den Kondensator, 2 den Leckwiderstana und 3 den als Transistor ausgebildeten Verstärker dar, die zusammen einen Miller-Integrator bilden. Der Leckwiderstand 2 ist über drei Transistoren 5, 6 und 7 und einen Leiter 4 an eine Gleichspannung V_x angeschlossen. Wie noch näher erläutert wird, sind diese Transistoren als Dioden geschaltet, so daß die Spannung am freien Ende des Leckwiderstandes 2 der Spannung V_x. verringert um die dreifache Basis-Emitter-Schwellenspannung v,,_r eines Transistors, gleich ist. wenn vorausgesetzt wird, daß die drei Transistoren 5, 6 und 7 identisch sind. Diese Voraussetzung ist berechtigt, wenn dieses Transistoren in demselben Halbleiterkörper integriert sind. Es dürfte einleuchten, daß die Transistoren 5. 6 und 7 durch Halbleiterdioden mit derselben v_be ersetzt werden können. Sind sie aus Silizium, so beträgt v,,,, etwa 0,8 V. Der Emitter des Transistors 7 ist über einen Widerstand 8 an Erde gelegt, welcher Widerstand 8 einen viel geringeren Wert hat als der I .eckwiderstand 2, so daß die Emitterspannung desTransistors 7. d.h. die Spannung am freien Ende des I.eckwiderstandes 2, von den Schwankungen des durch den Leckwiderstand 2 fließenden Stromes nahezu unabhängig ist. Der Verbindungspunkt des Kondensators 1 und des Leckwiderstandes 2 ist mit der Basis des Transistors 3 und der andere Anschluß des Kondensators 1 über einen Widerstand 9 mit dem Kollektor des Transistors 3 verbunden, wobei der Wert des Widerstandes 9 viel geringer ist als der des Leckwiderstandes 2. In einer praktischen Ausbildung dei erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, wobei clic erzeugte Frequenz die Zeilenfrequcnz, d. h. in vieler Ländern 15 625Hz ist, sind die Werte der Wider

S5 stände 2, 8 und 9 etwa 56 kOhm, 3,6 kOhm bzw 1,3 kOhm, während die Kapazität des Kondensators I etwa 1,2 ηF beträft.

Der Emitter des Transistors 3 ist an Erde gelegt Der Verbindungspunkt des Kondensators 1 und de:

Widerstandes 9 isi an den Emitter des Transistors K angeschlossen, dessen Kollektor an die Quelle K₁ ge legt ist, welcher Tiansistor während des Hinlauf nichtleitend ist. Wenn vorausgesetzt wird, daß de Kondensator 1 am Anfang des Hinlaufes völlig aufge laden ist, in dem Sinne, daß der Verbindungspunk des Kondensator·, 1 und des Widerstandes 9 gegen über dem anderen Anschluß des Kondensators 1 po sitiv ist. während der Transistor 3 von einem durcl

den I.eckwiderstand 2 fließenden und von der Quelle I₁ heu ülii'enden Strom im leitenden Zustand gehalten wird, so fließt durch den Leckwiderstand 2, den Kondensator 1, den Widerstand 9 und den Transistor 3 ein Strom, der den Kondensator 1 entladt. Dieser Strom wird durch die Spannung am Leckwiderstand 2, d. h. durch den Unterschied zwischen der Emillerspannung des Transistors 7 und der v,„, des Transistors 3 (d. h. etwa 0,8 V), und den Wert des Leckwidei Standes 2 ungefähr bestimmt und hat daher eine nahezu konstante Stärke. Derjenige Teil des durch den Leckwiderstand 2 fließenden Stromes, der in die Basis des Transistors 3 Hießt, ist gegenüber dem Entladcstrom des Kondensators 1 vernachlässigbar klein. Dieser Basisstrom ist ja \' (=■- der Stromve! slärkungsfaktor des Transistors 3) mal kleiner als der Lntladestrom. Weil dieser Entladcstrom nahezu konstant ist, nimmt die Kolleklorspannung des Transistors 3 nahezu linear ab.

Die Kollektorspaunung des Transistors 3 steuert die Basis eines Transistors 11, dessen Emitter über zwei Widerstände 12 und 13 an Erde gelegt ist und über einen Widerstand 14 die Basis eines weiteren Transistors 15 steuert, dessen Emitter mit Erde verbunden ist. Die Emitterspannung des Transistors 11 folgt seiner Basisspannung, aber mit einem Unter- -chied gleich v,„. Im Zeilpunkt i, (siehe Fig. 2), wo die Kollektorspannung c, des Transistors 3 den Wert 2 ν,,,, unterschreitet, d.h. in dem Zeitpunkt, wo die Emitterspannung des Transistors 11 den Wert v₍„, unterschreitet, wird der Transistor 15 weniger leitend sein. Der Basisstrom dieses Transistors wird kleiner, so daß der durch diesen Strom am Widerstand 14 (in dem bereits genannten Beispiel etwa 1 .S kOhm) verursachte Spannungsabfall dann vernachlässigbar ist.

Der Kollektor des Transistors 15 ist über drei Widerstände 16, 17 und 18 mit der Quelle t", verbunden. Im Zeitpunkt I₁ nimmt die Kollektorspannung des Transistors 15 zu. Die Basis eines Transistors 19 ist an den Verbindungspunkt der Widerstände 17 und 18. sein Kollektor an die Quelle V₁ und sein Emitter über zwei Widerstände 20 und 21 an Erde angeschlossen. Die Widerstände 16. 17 und 18 haben einen ziemlich großen Wert, etwa 3.5 kOhm, Ci.⁽> kOhm bzw. 8.8 kOhm, wodurch der Transistor 15 uesättigt ist. solange seine Basisspannung höher ist als v_hi, so daß der Transistor 19 dann gesperrt ist. Ist nun der Transistor 15 nicht mehr im Sättigungszustand, so wird der Transistor 19 leitend. Seine Emitterspannung war 0 und wird nun positiv. Diese Spannung steuert die Basis des Transistors 10. der auch leitend wird, wodurch seine Emitterspannung e₁₍₁ steigt. Der Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 steuert die Basis eines weiteren Transistors 22. dessen Emitter mit Erde und dessen Kollektor über einen Widerstand 23 mit der Basis des Transistors 3 verbunden ist. Wenn der Transistor 19 leitend wird, ist der Transistor 22 auch leitend, sobald seine Basisspannung den Wert v_hl. überschreitet.

Der Anstieg der Emitterspannung α_ϊη des Transistors 10 wird über den Kondensator 1 der Basis des Transistors 3 übertragen, wodurch dieser Transistor leitender wird und seine Kollektorspannung noch weiter absinkt. Dieser EITekt ist daher kumulativ. Im Zeitpunkt i, wird daher der Transistor 15 sehr schnell gesperrt, und an seinem Kollektor sowie an den Basiselektroden der Transistoren 19. 10 und 22 entstehen auf die.^?p Weise Spannungssprüngc. Der Transistor 22 wird nun gesättigt, und seine Kollektorspannimg wird nahezu Null Die Basisspannimg des Transistors 3 kann sich nach dem Zeitpunkt Z₁ daher nicht behaupten. Denn wenn diese Spannung dem Wert 0,8 V gleichbleiben sollte, wäre der Kollektorstrom des Transistor 22 mit einem Wert von etwa 2,6 kOhm für den Wideisiaiul 23 im genannten Ausführungsbeispiel etwa 0.8 : 2,6 0,31 mA. Die Spannung V₄ beträgt etwa 7 V. so daß der durch den I.cckwiderstand 2 fließende Strom etwa

4 · 0.8
56

- 0,07 mA

wäre. Weil dieser Wert kleiner ist als der zuerst berechnete, kann die Spanning an der Basis des Transistors 3 dem Wert 0.8 V nicht gleichbleiben, wird jedoch niedriger, sobald die Ladungsträger aus seiner Basisschicht abtransportiert sind. Durch den Strom, der durch den Transistor 10, den Kondensator 1, den Widerstand 23 und den Transistor 22 fließt, wird der Kondensator 1 aufgeladen mit einer Zeitkonstanle, die durch den Kondensator 1 und die Widerstände, die im Emitter des Transistors 10 und in der Basis des Transistors 3 »gesehen« werden, bestimmt wird und die daher kurz ist.

Wenn der beschriebene Prozeß fortdauern könnte, würde die Basisspannung b₃ des Transistors 3 noch niedriger werden; sie würde nämlich dert, Wert annehmen, der durch clic Emitterspannung des Transistors 7 und die Widerstände 2 und 23 bestimmt wird, d. h. etwa

2.6 · (7 3 · 0,8

56 -i- 2,6

0,2 V.

Tn einem Zeitpunkt /., (siehe F i g. 2) wird jedoch die Basisspannung des Transistors 3 niedriger als v.,_e, wodurch der Transistor 3 gesperrt wird. Der Zeitpunkt I₂ ist der Augenblick, wo die Summe der durch den I .eckwiderstand 2 fließenden Ströme, d. h. des Kollektorstromcs des Transistors 22 und des Basisstromes des Transistors 3. kleiner wird als 0.31 mA, und wird daher durch die Wahl des Verhältnisses des Wertes des Widerstandes 23 zu dem des Leckwiderstandes 2 bestimmt. Die Kolleklorspannunc r₈ des Transistors 3 nimmt dann zu bis zur Spannung, die am Emitter des Transistors 10 vorhanden ist. d.h. bis zur Spannung V₄. verringert um die doppelte v,„„ d. h. die der Transistoren 19 und 10. wenn vorausgesetzt wird, daß der durch den Basisstrom des Transistors 19 an den Widerständen 16 und 17 verursachte Spannungsabfall klein ist. Infolge der Zunahme der Spannung C₃ vom Zeitpunkt /., an werden die Transistoren 11 und If wieder leitend, sobald die Spannung c, höher wire als 2 v_hc. wodurch die Basisspannungen der Transisto ren 19, 22 und 10 abnehmen und wodurch auf ent sprechende Weise die Basisspannung des Transistors f noch weiter sinkt und der Effekt des Anstieges de Spannung r., kumulativ ist. Nahezu im Zeitpunkt t werden die Transistoren 19, 10 und 20 gesperrt. Da Umschlagen im Zeitpunkt f₃ erfolgt so schnell, dal die Basisspannung />,, des Transistors 3 im wesenl liehen nicht nennenswert niedriger werden kann al v,,,.. Nach dem Zeitpunkt r„ liefert die Quelle F₄ übe die Transistoren 5, 6 und 7 und den Leckwiderstand dem Transistor 3 nach wie vor einen Basisstrom, wc durch dieser Transistor im leitenden Zustand gehalte

und wodurch der Kondensator 1 sich über den Widerstand 1 und den Transistor 3 entlädt. Dies ist die ursprüngliche Situation.

Es sei bemerkt, daß die Schaltungsanordnung nur unter der Bedingung gut funktionieren kann, daß der Leckwiderstand 2 nicht einen zu niedrigen Wert hat, d. h.. daß der Kollektoistrom des Transistors 22 größer sein muß als der durch den Leckwiderstand fließende Strom, da sonst der Transistor 3 nach dem Zeitpunkt T₁ gesättigt bleiben würde. Der Widerstand

14 (etwa l,8k()hm) hat den Zweck, die Belastung des Transistors U zu verringern, wenn der Transistor

15 gesättigt ist. Der Widersland 9 ist eine Trennung zwischen dem Kollektor des Transistors 3 und dem Emitter des Transistors 10.

In F i g. 2 sind einige Spannungsformen dargestellt, und zwar die Spannung c.₍, C₁₁₁ und />.,. Die Spannung C_1n entspricht der Spannung c_;i nahezu, ausgenommen zwischen den Zeitpunkten J₁ und /./. Im Zeitpunkt /, ist die Spannung c₁₀ die von Erde, vermehrt um die doppelte v,,₍, d.h. die der Transistoren 11 und 15. Zwischen den Zeitpunkten I₁ und /„ nimmt die Spannung c_ln den Wert F₄, verringert um die doppelte v,,_r, d. h. die der Transistoren 19 und 10 an. Die Spitzezu Spitzen-Amplitude der Spannung C₁₀ ist daher die Spannung I₄, verringert um die vierfache v,„,, d. h. in diesem Beispiel etwa 7 40,8 3,8 V. Der eine Anschluß des Kondensators 1, d.h. der. der mit der Basis des Transistors 3 verbunden ist. hat ein nahezu konstantes Potential, nämlich v,„. Die Ladcspannung des Kondensators 1 entspricht daher nahezu der Schwankung der Spannung C₁₀. d.h. V₄ -4 v,,,,. Weil die Spannung am Emitter des Transistors 7 der Spannung V₄. verringert um die dreifache v_fir, gleich ist, ist die während der Entladczeit am Leckwiderstand 2 herrschende Gleichspannung V₄ 4v,„, und daher der Ladespannung des Kondensators 10 gleich. Sind die Spannung V₄ und die v_hl'$ konstant und sind die v,„"s einander gleich, so ist diese Ladcspannung konstant. Weil die Rücklaufzeit ((,. t.,) durch das Verhältnis der Werte der Widerstände 23 und 2 und der Kapazität des Kondensators 1 und der Hinlaufzeit (-■ Entladczeit) durch den Wert des Leckwiderstandes 2 und dieselbe Kapazität sowie durch die v_(l|."s bestimmt werden, sind auch diese Zeiten konstant. Daraus geht hervor, daß die Frequenz der während der F.ntladezcit erzeugten sägezahnförmigcn Spannung auch konstant ist.

Die gestellte Bedingung, daß alle ν ,„'s. die in der beschriebenen Schaltungsanordnung auftreten, einander gleich sein müssen, kann erfüllt werden, wenn sämtliche Transistoren in ein und demselben Halbleiterkörper integriert sind. Dann haben sie immer alle nahezu dieselbe Temperatur. Sowohl die Speisespannung V₄ als auch die v^'s können jedoch infolge von Temperaturänderungen schwanken. Außerdem kann, wie obenstehend bereits bemerkt wurde, auch die Spannung V₄ schwanken. Die Amplitude der betrachteten sägczahnförmigen Spannung ist daher nicht konstant. Es ist jedoch eine Erkenntnis der Erfindung, daß die Frequenz der genannten Spannung trotz ihrer AmplitudenscViwankungen konstant bleibt.

Dies läßt sich wie folgt erkennen. Da während der Enlladezcit die Transistoren 22 und 10 gesperrt sind, läßt sich das Schaltbild auf das nach F\ g. 3 vereinfachen, wobei der Widerstand 9 gegenüber dem Widerstand 2 vernachlässigbar ist. Zwischen dem freien Ende des Leckwiderstandes 2 und Erde ist die Spannung V ---■ V₄ 3v,,_f wirksam. Während der ganzen Entladezcit ist der Transistor 3 leitend, so daß angenommen werden darf, daß seine Basis-Emitter-Spannung konstant, nämlich gleich v₍,_f> bleibt. Wenn der Basisstrom des Transistors 3 gegenüber seinem Kollektor strom vernachlässigt wird, was erlaubt ist, da der Stromverstärkungsfaktor V des Transistors sehr groß ist, läßt sich sagen, daß ein und derselbe Strom ι durch den Leckwiderstand 2, den Kondensator 1 und den Transistor 3 fließt. Weil v_br als konstant vorausgesetzt worden ist, ist der Strom i konstant, und zwar gleich

'5 R₂ ' ~ K₂

wobei R., der Wert des Leckwiderstandes 2 ist. Der Strom ι ist zugleich der Entladestrom des Kondensators 1, so daß die Spannlingsschwankung v_f j daran durch die nachfolgende Gleichung gegeben wird:

R,,

df

in der C₁ die Kapazität des Kondensators 1 ist und wobei die Lösung lautet:

R₈C₁

^V* +K.

K ist der Wert, der für v₍., am Anfang i., der EnUudczeit angenommen wird, d.h. die Ladespannung des Kondensators 1. Daraus folgt, daß

^V* ~~ ^4v'"· , j.

Dies ist eine abnehmende sägezahnförmigc Funktion, und zwar die Spannungsänderung \\.,, die nach einem Intervall τ nach dem Zeitpunkt t.. Null wird:

τ - Zi₂C₁.

Daraus geht hervor, daß der Ausdruck für τ von sowohl der Spannung V₁ als auch von der Spannung v,„. unabhängig ist. In Fi g. 4 sind Spannungsschwankungen v_r j aiii Kondensator 1 für zwei verschiedene Anfangswcrie dieser Spannung dargestellt.

Es ist jedoch notwendig, daß die Kapazität C₁ und der Widerstandswert R., von der Temperatur nahezu unabhängig bleiben. Aus diesem Grunde werden der Kondensator 1 und der Leckwiderstand 2 im Halbleiterkörper, in dem sich die übrigen Schaltungstcile der beschriebenen Schaltungsanordnung befinden.

nicht integriert. Damit die Frequenz des erzeugten Signals gut konstant bleibt, muß noch gewährleiste¹ werden, daß die Rücklaufzcit ((,, t.₂) sich nicht ändert Dadurch ist eine sehr kurze Rücklaufzeit gewähl worden, und zwar in der Größenordnung von 2°/ der Gesaintperiode. Ändert sich nun die Temperatu um 30° C, wodurch der Wert des Widerstandes 2. um O,25"/(i'^rC ändert, so ändert sich die Rücklauf zeit um

0.25 ■ 30 7.5"/ο. d. h. 7.5 · 0,02 0.15⁰/o

der Gesamtperiode, was vernachlässigbar ist. Mit d< beschriebenen Schaltungsanordnung ist also mit eine

509 647/¹

ZΌ

:in/.igcn /?('-Netzwerk ein sehr stabiler Oszillator vervirklicht worden.

Weil das erzeugte Signal, das beispielsweise dem ■Imitter des Transistors Il zur Verfügung steht, eine Jerart kurze Rückiaufzeit hat, ist es nicht ohne weteies geeignet, einer Ausgangsstufe zugeführt zu A'crdcn. Diese Ausgangsstufe arbeitet außerdem als Schalter, so daß die ihm zugeführte Steuerspannung steile Flanken haben muß. In Fig. 5 wird die ganze Schaltungsanordnung dargestellt. Aus dem Knotenpunkt der Widerstände 12 und 13 steuert die Ausgangsspannung des Oszillators über einen Widerstand 24 einen aus den Tiansistorcn 25, 26 und 27 bestehenden Wandler. Der Transistor 25 ist gesättigt, ausgenommen zwischen den Zeitpunkten t₃ und f, (siehe Fig. 6 a, in der seine Rasisspannung h.,. dargestellt ist), wodurch an seinem Kollektor die impulsförniigc Sp. Innung <·.,, in Fig. 6b entsteht. Der Widerstand 24 verringert die Belastung am Transistor 11. wählend das Verhältnis der Widerstände 12 und Ϊ3 (hier etwa 2 kOhm bzw. 2,3 kOhm) die Sperrzeit (r_v I₁I des Transistors 25 bestimmt, d.h. 20⁰O der I'eii.ide. Die Transistoren 26 und 27 sorgen noch für steilere Flanken. Danach erreicht über einen Emitterfolger 28 die erhaltene impulsförmigc Spannung 29 das Gitter einer Röhre 30, deren Anodenspannung 31 die Steuerspannung einer Bildröhre ist. Diese kann, ebenso wie die Röhre 30, auch ein anderes Schaltelement sein, z. B. ein Transistor.

Bisher ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung unter Nennverhältnissen beschrieben worden, d. h. im Synchronzustand. Wenn nun der Oszillator diesen Zustand noch nicht erreicht hat, muß die Frequenz oder die Phase der erzeugten Spannung geregelt werden können. Dies läßt sich durch Addition eines positiven bzw. negativen Betrages gegenüber dem Nennwert bei der Speisespannung des Leckwiderstandes 2 erhalten. Weil diese Speisespannung vom Emitter eines Transistors herrührt, ist jedoch eine derartige Schwankung schwierig. Die Schaltungsanordnung, beispielsweise ein Phasendiskriminator, die diese Korrektur bewerkstelligen muß, müßte einen sehr großen Strom liefern. Die nachfolgend beschriebene Schaltungsanordnung bezweckt, diesen Nachteil aufzuheben.

In F ι g. 5 stellt 32 einen Phasendiskriminator eines bekannten Typs dar, zwischen dessen zwei Ausgangsklemmen 33 und 34 eine positive oder negative Spannung erzeugt wird als Funktion des Frequenzoder Phasenunterschiedes zwischen den eintreffenden Synchronimpulsen und dem Ausgangssignal 29. An der Klep-rne 34 Hegt außerdem eine konstante positive Spannung l',, von beispielsweise 3 V. Im Halbleiterkörper, in dem die Teile 3 bis einschließlich 28 integriert sind, ist auch eine sogenannte »long-tailedpair«-Schaltungsanordnung aufgenommen, die aus einem als Stromquelle wirksamen Transistor 35 und zwei emittergekoppelten Transistoren 36 und 37 besteht. Die Basis des Transistors 36 ist mit der Klemme 33 und sein Kollektor mit dem Knotenpunkt der Widerstände 16 und 17 verbunden, während die Basis des Transistors 37 mit der Klemme 34 verbunden ist. Die Basis und der Kollektor der Transistoren 6 bzw. 7 sind miteinander verbunden, so daß die Spannung an diesen Transistoren v_f,_f, wie obenstehend erwähnt, entspricht.

Es ist eine Erkenntnis der Erfindung, den Transistor 5 derart zu schalten, daß die Basis-Emitter-

Spannung desselben unter den nominellen Verhältnissen dem Wert v,„. entspricht, während die Basis desselben Transistors zur Frequenz- und Phasenregelung verwendbar ist. Dazu wird ein Widerstand 38, der dem Widerstand 16 entspricht (3,5 kOhm), zwischen die Basis des Ti.insislors 5 und den Leiter 4 und der Kollektor des Transistors 37 an dieselbe Basis angeschlossen. Unter nominellen Verhältnissen, d. h. wenn der Spannungsunterschied zwischen den

ίο Klemmen 33 und 34 Null ist, Hießen durch die Widerstände 16 und 38 gleiche Ströme, und die Spannung am Widerstand 16 entspricht daher der im Widerstand 38. Diese Spannungen sind temperaturabhängig, aber immer gleich, so daß die Schaltungsanordnung immer in Balance ist und die Frequenz ungeändert bleibt. Fin kleiner Fehler wird jedoch verursacht durch die Tatsache, daß ein Strom auch durch den Widerstand 17 Hießt, und zwar der Basisstrom des Transistors 19 im Intervall (r,, f.,), aber dieser Fehler wird nun soviel wie nur möglich dadurch ausgeglichen, daß für die Summe der Widerstände 20 und 21 ein größerer Wert gewählt wird als für den Widerstand 8.

Während der Regelung bekommen die Basiselektroden der Transistoren 36 und 37 ungleiche Spannungen zugeführt. Weil die Summe der Kollektorströme der Transistoren 36 und 37 konstant ist, nimmt die Kollcktorspannung eines dieser Transistoren in gleichem Maße ab. wie die Kollektorspannung des anderen zunimmt. Dadurch ändert sich der Emitterstrom des Transistors S und daher die Speisespannung des Leckwidersiandes 2. Liefert der Phasendiskriminator 32 beispielsweise eine negative Spannung, d. h., wird die Spannung an der Klemme 33 niedriger als die an der Klemme 34 vorhandene Spannung */,,, so Hießt durch den Transistor 37 ein größerer Kollektorstrom als durch den Transistor 36, wodurch der Emitterstrom des Transistors S kleiner wird. Der Leckwiderstand 2 wird durch eine niedrigere Spannung gespeist, während die Kollektorspannung des Transistors 36 steigt, so daß die Spannung e_in (siehe F i g. 2) höher wird zwischen den Zeitpunkten r. und I., als unter den nominellen Verhältnissen. Dies hat zur Folge, daß die Enlladezcit τ des Kondensators 1 länger wird als unter den nominellen Verhältnissen, oder mit anderen Worten, die Frequenz des abgegebenen Signals wird niedriger. Die obenstehend beschriebene Gleichung ist nun:

I*~ ^4vv ~^AY.- = -c ^dv-^L

K₂" ' df

während K V_t - 4v,„, + AV wird, so daß die Spannungsschwankung v_{r t} nach einer Zeit r' Null wird:

Vi-Avtt-AV

Dieser Faktor 2 ist der Tatsache zu ve ■ .!anken, daß die Empfindlichkeit einer »long-taile.o pair«-Schal-

tungsanordnung das Doppelte der Empfindlichkeil eines einfachen Verstärkers ist.

Zwei gleiche Gegenkoppelwiderstände sind in di< Emitterleirungen der Transistoren 36 und 37 aufge nommen, um die Empfindlichkeit der Regelung etwa

zu verringern. Mit etwa 4,6 kOhm als Wert für dies' Widerstände ist die Empfindlichkeit etwa 2 kHz/V also ziemlich groß. Wäre sie noch größer, so könnt die Schleifenverstärkung kritisch werden.

~t \J SJ yj

Zwar nimmt während der Frequenzregelung die »m Leckwiderstand 2 herrschende Spannung einen .linieren Wert als K₁ 4 v,,_r an, so daß obengenannte Uedingung für Temperaturstabilisierung nicht mehr erfüllt wird. Die relative Schwankung der genannten Spannung während des Einfangprozesses isl jedoch so klein, elaΙΛ die beabsichtigte Stabilisierung nichl nennenswert gefährdet wird, Eine Schwankung von .MK) II/ entspricht 1^Άι» der Nennfrequenz.

Hin Vorteil der beschriebenen Frequenzregelung ist, daß die Frequenz des erzeugten Signals ihren Nennwert hat, wenn der Phascndiskriminator keine Spannung abgibt, so daß er dann völlig weggedacht werden kann. Die Stabilisierung pe gen Schwankungen der Temperatur und/oder der Speisespannung wird auf diese Weise durch das Vorhandensein der Regelschaltung 32 his einschließlich 37 nichl geslorl. Fine Reaktan/schaHimg benimmt sich dagegen immer als reaktive Impedanz, die auch unter den nomineller'. Verhältnissen angeschlossen ist., mit dem Nachteil, daß sie temperaturabhängig ist, da eine deraitigc Schaltungsanordnung meistens mittels eines lransistors oder eines spannungsabhängigen Kondensators realisiert wird. Hin anderer Vorteil der bclrelTenden Frequenzregelung ist. daß die vom Phasendiskriminator 32 gelieferte Spannung klein -ein kann. Diese Spannung wird ja durch Transistoren 36 und 37 verstärkt.

Weil die Zcilcnausgcngsstiife meistens ^tabilisier* ist, werden ihr oft Speisespannungen cninotnmui. Dies kann hier nicht ohne weiteres gc-chehcn, da i'.i¹.· erfindungsgemäße Schaltungsanordnung cw. Steucrspannung für die Zeilenausgang^sHi'c iietcrt. Der

v> 'Zweck der als Dioden geschalteten Transistoren 39 und 40, deren Emitter gekoppelt sind (F i g. 5), ist, zu bewerkstelligen, daß die für die beschriebene Schaltungsanordnung erforderliche Speisespannung aufgebaut werden kann. Der Verbindungspunkt der Emitterelektroden der Transistoren 39 und 40 ist mit dein Leiter 4 verbunden, der für die beschriebene Schaltungsanordnung als Speisespannungsquelle wirksam ist. Der Tiansistor 39 bekommt eine durch (ileichriehtung erhaltene, vom Netz herrührende Spannung K₁ zugeführt, die nichl gut geglättet sein braucht, während der Transistor 40 mit einer Klemme mi der Zeilenablenksehaltunu verbunden ist, an der im normalen Betrieb eine konstante Gleichspannung V., entsteht. Die Spannung \'., ist höher als die Spannung I₁, beispielsweise etwa 12 V bzw. 8 V. Beim Einschalten des Gerätes entsteht zunächst die Spannung K₁, wodurch der Transistor 39 leitend und der Zeilenosziliator eingeschaltet wird. Nach kurzer Zeit wird die Spannung K., erzeugt, wodurch der Transistor 40 leitend wird, wahrend der Transistor 39 dadurch gesperrt wird. Die Speisespannung K₁ erhält auf diese WeKe ihren endgültigen Wert und ist kon-Mml und brummspanmingsfrei.

In Fig.? sind die Einzelteile, die im Halbleiterkörper integriert sind, innerhalb des durch gestrichelte Linien angegebenen Teils der Figur dargestellt.

Es dürfte einleuchten, daß der Anwendungsbereich der eifmdungsgi mäßen Schaltungsanordnung nicht auf das Zeilcnkippgerät eines Fenr-ehempfängcrs beschränkt /u sein braucht, sondern sich auch für jede Anordnung eignet, in der ein sägezahnförmiges Signal mit konstanter Ficquenz erforderlich ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

1

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung, insbesondere in integrierter Halbleitertechnik, zum periodischen Aufladen und Entladen eines Kondensators mittels Halbleiterschalter, bei der in der Aufladezeil von einer Speiscspannungsquelle eine Spannungsänilerung bewirkt wird und bei der in der Entlade/eil über einen Entladewiderstand ein von der Speisespannungsquelle gelieferter Entladestruin zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestrom proportional ist zu einer Emiadespannung, die durch die Speisespannung (F₄) abzüglich der in einer Anzahl von Halbleiterbauelementen (5, 6, 7, 3) auftretenden Spannung bedingt wird, welche Spannung gleich ist der Spannung, die an den während der Aufladung wirksamen Halbleiiei bauelementen (10, 11, 15, 19) auftritt, wobei ein Teil von den genannten Halbleiterbauelementen zu den Schaltern gehört.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmen der Ladespannung die Basis eines ersten Transistors (J), welche Basis zugleich mit dem Verbindungspunkt des Kondensators (1) und des Leckwiderstandes (2) verbunden ist, und der Limitier eines zweiten Transistors (10) sind, wobei /wischen dem Kollektor des ersten und dem Emitter des zweiten Transistors ein gegenüber dem Leckwiderstand kleiner Widerstand (9) geschaltet ist, während der Kollektor des zweiten an eine erste Klemme (4) der Speisespannung und der Emitter des ersten Transistors an eine zweite Klemme der Speisespannung gelegt sind, daß die Klemmen der Entladespannung die Basis des ersten Transistors (3) und der Emitter eines dritten Transistors (7) sind, wobei der Kollektor des dritten Transistors über zwei weitere Transistoren an die erste Klemme (4), während sein Emitter über einen gegenüber dem Leckwiderstand (2) kleinen Widerstand (8) an die zweite Klemme der Speisespannung angeschlossen sind, daß der Kollektor des ersten Transistors (3) die Basis eines als Emitterfolger geschalteten vierten Transistors (Jl) steuert, dessen Emitter einen fünften Transistor (15) steuert, dessen Emitter an die zweite Klemme und dessen Kollektor über Widerstände (16, 17, 18) an die erste Klemme (4) der Speisespannung gelegt sind, 5» daß der Verbindungspunkt von zwei der genannten Widerslände (17, 18) die Basis eines als Emitterfolger geschalteten sechsten Transistors (I¹)) steuert, dessen Emitter die Basis des /weilen Transistors (10) unmittelbar und die Basis eines siebenten Transistor'. (22) über ilen Verbindungspunkt zweier reihcngesclialleter Widerstände (20, ?!),die den Emitterwideisland des sechsten Transistors bilden, steuert, und daß der Emitter des siebenten 'Transistors (22) an die zweite Klemme der Speisespannung gelegt ist, während scm Knilektor über einen Widerstand (23) mit der llasis des ersten Transistors (3) verbunden i>t.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der erste (3). der /weite (10), der vierte (11). der fünfte (15) und der sechste (19) Transistor als Schalter wirksam sind und zugleich für die Stabilisierung soigcn, daß der siebente Transistor (19) ausschließlich als Schalter wirksam ist und daß der dritte (7) und die zwei weiteren (5, 6) Transistoren ausschließlich für die Stabilisierung sorgen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Kollektorwiderstandes (23) des siebenten Transistors (22) viel kleiner, mindestens zehnmal kleiner ist als der Leckwiderstand (2).

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Liniladezeit die Ausgangsklemmen (33, 34) eines Frequenz- und oder Phasenregelkreises (32) mit den Basiselektroden zweier emittergekoppclter Transistoren (36, 37) verbunden sind, deren gemeinsame Emitter an eine konstante Stromquelle (35) angeschlossen sind, daß der Kollektor eines der emitlergekoppelten Transistoren (37) über einen Widerstand (38) an die erste Klemme (4) der Speisespannung gelegt ist und an die Basis eines der weiteren Transistoren (5), die mit dem Kollektor des dritten Transistors (7) verbunden sind, und daß der Kollektor des anderen emittergekoppelten 1 ransistors (36) mit dem Verbindungspunkt zweier der Kollektorwiderstände (16, 17) des fünften Transistors (15) verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurcL gekennzeichnet, daß der Wert des Widers'andes (38), der zwischen dem Kollektor eines der emittergekoppeltcn Transistoren (37) und der ersten Klemme (4) der Speisespannung liegt, dem Wert iles Widerstandes (16), der zwischen dem Kollektor des anderen emittergekoppelten Transistors (36) und der ersten Klemme der Speisespannung liegt, entspricht.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des erzeugten Signals die Zcilenfrcquenz einer Bildwiedergabeanordnung ist.

8. Halbleiterkörper zum Gebrauch in einer Anordnung nach einem der vorstehenden Anspiüch<\ dailiirch gekennzeichnet, daß sämtliche genannten Halbleiter und die nur als Widerstand angedeuteten Widerstände im Halbleiterkörper integriert sind.