DE2122527B2

DE2122527B2 - Schaltung zur Erzeugung sägezahnförmiger Spannungen

Info

Publication number: DE2122527B2
Application number: DE2122527A
Authority: DE
Inventors: Hideo Hino Tokio Matuoka (Japan)
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1970-05-07
Filing date: 1971-05-06
Publication date: 1975-05-15
Also published as: DE2122527C3; NL7106207A; FR2091299A5; DE2122527A1; GB1350216A; US3708692A; JPS498446B1

Description

F i g. 2 veranschaulicht eine andere bereits bekannte Schaltung zur Erzeugung sägezahnförmiger

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeu- 50 Spannungen, welche die vorgenannten Nachteile und

gung sägezahnförmiger Spannungen mit einem Miller- Mängel vermeiden soll. In F i g. 2 sind den Bauteilen

Integrator und mit einer Einrichtung zum Festhalten gemäß F i g. 1 entsprechende oder ähnliche Teile mit

eines Bezugspotentials am Integratorausgang. denselben Bezugsziffern bezeichnet. Diese Schaltung

2'.ur Erzeugung sägezahnförmiger Spannungen ist weist einen Vergleichschaltkreis COM mit zwei PNP-

beispielsweise aus der DT-AS 12 94 456 ein Miller- 55 Transistoren TR₁ und TR₂ auf, deren Emitter zusam-

Integrator bekannt, bei dem zur Begrenzung der mengeschaltet sind. Diese Emitter sind über einen

Stromaufnahme des aktiven Elements parallel zum Widerstand K₃ an eine Gleichspannungsquelle Eb₁

zwischen Ausgang und Eingang dieses aktiven EIe- angeschlossen, während die Basis des Transistors TR₂

ments liegenden Kondensator eine Z-Diode geschal- mit einer Bezugspotentialquelle E₁ verbunden ist.

tet ist, die eine Gleichstromgegenkopplung bewirkt, 60 Der Schaltkreis COM entspricht der Gleichspan-

sobald die Zenerspannung wirksam wird. Diesem be- nungsquelle Eb₁ von Fig.l. Eine Vorspannungs-

kannten Miller-Integrator, der sich an sich gut zur Diode D₃ ist an den Kollektor des Transistors TR₂

Erzeugung von Sägezahnspannungen auf solcher re- angeschlossen.

lativ hoher Frequenz eignet, haftet der prinzipielle Bei dieser Schaltung kann das Bezugspotential der

Nachteil an, daß sich das Bezugspotential am Inte- 65 an der Ausgangsklemme T₂ erscheinenden sägezahn-

gratorausgang nicht oder jedenfalls nicht in ausrei- förmigen Spannung auf dem Wert der Spannung der

c'hendem Maße konstant halten läßt, um solche Inte- an die Basis des Transistors TR, angeschlossenen Be-

gratoren etwa in Rechengeräten einsetzen zu können. zugsspannungsquelle Ec gehalten werden. Bei einem

Spannungs-Verstärkungsfaktor A₂ zwischen dem KoI- Oszillographen auch bis zu vergleichsweise sehr hohen

lektor des Transistors TR^ und der Basis des Transi- Betriebsfrequenzen und für Analogrechner. Für eine

stors TR₁ läßt sich zwar die Variation des Bezugspo- Anwendung kommen jedoch auch kommerzielle

potentials der an der Ausgangsklemme auftretenden Fernsehgeräte in Frage, da der Schaltungsaufbau

sägezahnförmigen Spannung, welch*·, durch Änderung 5 vergleichsweise einfach ist und sich gut zur Herstel-

des Spannungsabfalls E_{D t} über der Diode D₁ verur- lung in integrierter Schaltkreistechnik eignet
sacht wird, auf etwa l/A, vermindern. Wenn jedoch Die Erfindung ist im folgenden in einem Ausfüh-

bei dieser Anordnung der Spannungs-Verstärkungs- rungsbeispiel an Hand der Zeichnungen erläutert. Es

faktor A_i erhöht oder der Wert des Kondensators C₁ zeigt:

verringert wird, um eine sägezahnförmige Spannung io F i g. 1 eine oben bereits erläuterte bekannte

hoher Frequenz zu erzeugen, so verstärkt sich die Schaltung zur Erzeugung sägezahnförmiger Spannun-

Tendenz zu Eigenschwingungen oder Schwankungen gen mit einer Einrichtung zum Festhalten eines Be-

und dies führt zu instabilem Betriebsverhalten. Da zugspotentials am Schaltungsausgang,
außerdem das Ausgangssignal eines Integrators mit F i g. 2 eine ebenfalls bereits beschriebene bekannte

herkömmlichem Transistor etwa 10 V beträgt, kann 15 Schaltung zur Erzeugung sägezahnförmiger Spannun-

der normalerweise etwa 0,6 V betragende Spannungs- gen,

abfall einer Silizium-Diode nicht vernachlässigt F i g. 3 ein Übersichtsschaltbild für eine Schaltung

werden. Wenn zudem zur Erzeugung hoher Sägefre- zur Erzeugung sägezahnförmiger Spannungen mit

quenzen der Kondensator C₁ mit einem Wert von Merkmalen nach der Erfindung und
etwa 50 pF gewählt werden muß, etwa um eine hoch- ao F i g. 4 ein Detailschaltbild der Ausführungsform

frequente Abtastung zu ermöglichen, wird die in nach F i g. 3.

F i g. 2 dargestellte Schaltung sehr kompliziert. Die in F i g. 3 dargestellte bevorzugte Ausführungs-Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, form der Erfindung weist eine Z-Diode ZD, welche eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung sägezahn- der GleichstromquelleEb₁ gemäß Fig. 1 entspricht, förmiger Spannungen unter Verwendung eines Miller- 25 eine einen konstanten Strom I_e liefernde Strom-Integrators nach der zuletzt an Hand der F i g. 1 quelle I_cs, einen Bipolar-Transistor TR₃. eine Diode und 2 erläuterten Gattung so zu verbessern, daß D₄ und eine Gleichstromquelle Eb_t auf. Die anderen einerseits ein stabiles Betriebsverhalten auch bei sehr Bauteile entsprechen den Bauteilen in F i g. 1.
kleinem Rückkopplungskondensator, also bei sehr Fehlt ein stufenförmiges. Eingangssignal der Sihohen Betriebsfrequenzen, erreicht und gleichzeitig 3° gnalquelle Ei, so sind beide Dioden D₁ und D₂ sowie ein konstantes Bezugspotential am Verstärkerausgang der Bipolar-Transistor TR₃ durchgeschaltet, so daß unabhängig vom Eingangssignal gewährleistet wird. der Strom I_c der Stromquelle /„ über den Wider-Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung nach der stand R₂ die Diode D₁, den Transistor TR₃ und den eingangs genannten Gattung gemäß der Erfindung Widerstand R₁ an die Signalquelle Ei am Schaltungsdadurch gelöst, daß die Einrichtung zum Festhalten 35 eingang fließt. Außerdem fließt noch ein Strom des Bezugspotentials am Integratorausgang eine an Qc-'τ) ^v°n der Stromquelle I_Cs über ^den Transidie dem Eingang des Verstärkers abgewandte Klem- stör TR₃ und den Widerstand R₁ zur Signalquelle Ei. me des Ladewiderstands angeschlossene Konstant- Infolgedessen fließt unabhängig von Strom Z₇- ständig Stromquelle, eine anodenseitig mit dem Eingang des ein konstanter Strom (Z₇- + l_c — I_T) = Z_c über den Verstärkers verbundene Diode sowie einen kollek- 40 Transistor TR₃. Die Emitteirspannung ED₃ des Trantorseitig mit der Kathode der Diode verbundenen sistors TR₃ ist somit konstant, so daß das Bezugs-Bipolar-Transistor aufweist, dessen Emitter von potential der Ausgangsklemme T₂ am Beginn der einer Ansteuersignalquelle beaufschlagt wird und des- sägezahnförmigen Spannung auf einem konstanten sen Basis auf einem Bezugspotential liegt, und daß Wert, nämlich gleich — Eb₃+Eb_i+Eb₁ bleibt. Bei ein Festhalten des Verstärkerausgangs auf einem fe- 45 Anlegen eines stufenförmigen Eingangssignals durch sten Bezugspegel über den Transistor bei nicht vor- die Signalquelle Ei sperrt der Bipolar-Transistor TR₃, handenem Eingangssignal und unabhängig von bei wobei der Strom (Z_c — Z₇-) über die Diode D₄ und ein Änderungen der Anstiegsflankensteilheit bewirkten Strom Z₇- über den Kondensator C₁ fließt und eine Änderungen des dem Miller-Integrator zugeführten sägezahnförmige Spannung erzeugt, welche vom Stroms durch Festhalten des Potentials über der Emit- 50 Strom I₇ und dem Wert des Kondensators C₁ abter-Basis-Strecke des Transistors auf einem konstan- hängt.

ten Wert mittels Einspeisung eines konstanten Kollek- F i g. 4 veranschaulicht Einzelheiten der in F ig. 3 torstroms erreicht wird. gezeigten Schaltung, wobei die gestrichelten Blöcke Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Erfindungs- l_cs bzw. A jeweils Details der konstanten Strom Hegedankens sind in den Unteransprüchen gekenn- 55 fernden Quelle I_cs bzw. des Verstärkers A veranzeichnet, schaulichen. Der Verstärker A weist einen Feldeffekt-Gegenüber den bekannten und oben an Hand der Transistor TR₆, dessen Drain-Elektrode an die Span-F i g. 1 und 2 erläuterten Schaltungen zur Erzeugung nungsquelle Eb₆ angeschlossen ist, und einen NPN-sägezahnförmiger Spannungen, bei denen einem Mil- Transistor TR₇ auf, dessen Emitter auf Masse liegt. ler-Integrator eine Einrichtung zum Festhalten des 60 Die Source-Elektrode des Feldeflfekt-Transistors TR₆ Bezugspotentials am Integratorausgang zugeordnet und die Basis des Transistors TR₇ sind über einen ist, weist die Erfindung in Lösung der gestellten tech- Basis-Widerstand R₈ zusammengeschaltet. Die Basis nischen Aufgabe den Vorteil auf, daß sich das Be- des Transistors TR₁ ist ebenfalls über einen Widerzugspotential am Ausgang einwandfrei festlegen läßt, stand R₇ mit einer Spannungsquelle Eb₁ verbunden, unabhängig davon, ob ein Ansteuersignal vorhanden 65 Die Stromquelle I_cs weist einen PNP-Transistor ist oder nicht. Überdies wird eine genaue Festlegung TR_V einen NPN-Transistor TR_S, Spannungs quellen des Pegels des Sägezahnspitzenwerts erreicht. Die Eb_% und Eb_n, welche jeweils an die Basis der Tran-Schaltung eignet sich besonders gut für Präzisions- sistoren TR^ bzw. TR₅ angeschlossen sind, und einen

Widerstand R_t auf, welcher zwischen dem Emitter des Transistors TR₄ und einer Gleichspannungsquelle Eb₅ liegt.

Die Anode der Z-Diode ZD ist an eine Vorspannungs-Diode D₅ und einen Widerstand R₅ angeschlossen, welcher mit der Spannungsquelle Eb₁ verbunden ist. Die Ausgangsklemme T₂ des Verstärkers A liegt über einem Widerstand R_e an einer Spannungsquelle Eb₁₀. Selbstverständlich arbeitet die Schaltung gemäß F i g. 4 auf dieselbe Weise wie die in F i g. 3 dargestellte Schaltung. Die in F i g. 4 verwendeten Transistoren sind zum Teil Silizium-Transistoren, wobei die Emitter-Basis-Spannung des PNP-Transistors TR₄ und die Emitter-Basis-Spannung des NPN-Transistors jeweils etwa 0,6 V beträgt, so daß sich der über den Widerstand R₄ und den Transistor TR₃ fließende Strom I_c durch die Gleichung

0,6)

R₄

ausdrücken läßt, während sich der über den Widerstand R₂ fließende Strom I_T zu

__ (Eb₉ - 0,6) - E₄

bestimmen läßt, wobei E₄ die Gatt-Spannung des Feldeffekt-Transistors TR₆ darstellt.

Wie erwähnt, ist es mit Hilfe dieser Schaltung zur

ίο Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung möglich, das am Beginn einer auftretenden sägezahnförmigen Spannung an der Ausgangsklemme T₂ erscheinende Bezugspotential auf einem konstanten Wert zu halten. Da die Schaltung außerdem geringe Tendenz zur Schwingungserzeugung besitzt, eignet sie sich für hochfrequente Abtastung und kann mit guten Ergebnissen bei einer hochfrequenten Abtastschaltung eines Oszillographen oder bei einer sägezahnförmige Spannungen verwendende Verzögerungsschal-

ao tung Anwendung finden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

ß7Q

Claims

Um dieser Schwierigkeit der nicht konstanten BePatentansprüche: zugsspannung am Ausgang des Miller-Integrators zu begegnen, sind bereits Schaltungsanordnungeu be-

1. Schaltung zur Erzeugung sägezshnförmiger kanntgeworden, die im folgenden an Hand der Fig. 1 Spannungen mit einem Miller-Integrator und mit 5 und 2 erläutert werden.

einer Einrichtung zum Festhalten eines Bezugs- Die in Fi g. 1 dargestellte bekannte Schaltung zur potentials am Integratorausgang, dadurch ge- Erzeugung sägezahnförmiger Spannungen verwendet kennzeichnet, daß die Einrichtung zuai einen Miller-Integrator und weist eine Signalquelle Ei, Festhalten des Bezugspotentials am Integrator- Dioden D₁ und D₂, einen zwischen die Diode D, und ausgang eine an die dem Eingang (T₁) des Ver- io die Signalquelle Ei geschalteten Widerstand R₁, einen stärkers(A) abgewandte Klemme des Ladewider- Verstärker^ mit einem Verstärkungsgrad A_v einen stands (R₂) angeschlossene Konstant-Stromquel- über Verstärkereingang und -ausgang geschalteten Ie (/«), eine anodenseitig mit dem Eingang (T₁) Kondensator C₁, eine Gleichstromquelle Eb₁ zur Liedes Verstärkers (A) verbundene Diode (D₁) sowie ferung eines Bezugspotentials zur Bestimmung des einen kollektorseitig mit der Kathode der Diode 15 Integriervorgangs an der Ausgangsklemme T₂ des (D,) verbundenen Bipolar-Transistor (TR₃) auf- Verstärkers A sowie eine an die Eingangsklemme T₁ weist, dessen Emitter von einer Ansteuersignal- des Verstärkers angeschlossene Gleichstromquelle Eb₂ quelle (Ei) beaufschlagt wird und dessen Basis auf.

auf einem Bezugszpotential liegt, und daß ein Diese Schaltung arbeitet wie folgt: Liegt beispiels-Festhalten des Verstärkerausgangs (T,) auf einem 20 weise der Eingang des Verstärkers A beim Fehlen festen Bezugspegel über den Transistor (TRJ eines stufenförmigen Signals von der Signalquelle £ bei nicht vorhandenem Eingangssignal und unab- auf Null-Potential, so gelangt der von der Gleichhängig von bei Änderungen der Anstiegsflanken- Stromquelle Eb₂ über den Widerstand R₂ fließende Steilheit bewirkten Änderungen des dem Miller- Strom über die "DiodeDj und den Widerstand R₁ zur Integrator zugeführten Stroms durch Festhalten 25 Signalquelle Ei. Werden die Spannungen über den des Potentials über der Emitter-Basis-Strecke des Dioden D₁ und D₂ mit E₀₁ bzw. E₀, bezeichnet, so Transistors (TRJ auf einem konstanten Wert mit- läßt sich das Bezugspotential an der Klemme T₂ des tels Einspeisung eines konstanten Kollektorstroms Verstärkers A vor Einleiten des Integriervorgangs zu erreicht wird. — E₀ ₁ + E_{0 2} + Eb₁ bestimmen.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 Bei Anlegen eines stufenförmigen Eingangssignals kennzeichnet, daß eine zweite Einrichtung mit durch die Signalquelle Ei sperren die bisher leitenden einer Z-Diode (ZD) zur Festlegung und Konstant- Dioden D₁ und Z)₂, so daß der Strom I_T über den haltung des Spitzenwerts der Sägezahnspannung Widerstand A₂ zum Kondensator C₁ fließt. Hierdurch am Integratorausgang bei vorhandenem Ansteuer- wird nach Einleiten des Integriervorgangs eine sägesignal vorgesehen ist. 35 zahnförmige Spannung vorbestimmten Flankenanstieg

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch an der Ausgangsklemme T₂ des Verstärkers A ergekennzeichnet, daß der Emitter des Transistors zeugt.

(TRJ über die Z-Diode (ZD) und eine weitere Wird der Anstieg der Flanke der sägezahnförmigen Diode (D₂) an die Ausgangsklemme (T₂) und Spannung durch Änderung des Widerstands we rts R₂ außerdem"an die das Ansteuersignal liefernde 4° oder der Gleichstromquelle Eb₂ geändert, um den Quelle (Ei) angeschlossen ist, und daß der KoI- über den Widerstand R₂ fließenden Strom T₇- zu änlektor des Transistors (TRJ zur Gewährleistung dem, so bewirkt diese Einstellung auch eine Ändedes konstanten Kollektorstroms außerdem mit rung der Spannung E₀₁ über der Diode D₁, so daß einem weiteren Ausgang der Konstant-Strom- in dem Augenblick, in welchem sich die sägezahnförquelle (I_cs) verbunden ist, dem eine vorgespannte 45 mige Spannung zu erhöhen beginnt, an der Ausgangs-Diode (D₄) parallel geschaltet ist. Klemme T₂ kein konstanter Wert des Bezugspotentials beibehalten werden kann.