DE2123747B2

DE2123747B2 - Symmetrischer dreieckspannungsgenerator

Info

Publication number: DE2123747B2
Application number: DE19712123747
Authority: DE
Inventors: Karel Elbert Eindhoven Kuijk (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1970-05-29
Filing date: 1971-05-13
Publication date: 1976-04-08
Also published as: JPS5129631B1; NL7007870A; CA923992A; SE368492B; GB1354358A; FR2093826A6; DE2123747A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen symmetrischen Dreieckspannungsgeneratcr mit einem ersten Kondensator, der von einer Speisequelle über einen ersten Schalter aufgeladen wird, wobei ein Multivibrator beim Erreichen einer bestimmten Spannung am ersten Kondensator umklappt und den ersten Schalter öffnet und einen zweiten Schalter schließt, und wobei der erste Kondensator entladen wird, bis ein Pegel erreicht ist, bei dem der Multivibrator wieder in den Anfangszustand gelangt und der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter geöffnet wird. Ein Generator dieser Art ist aus dem Hauptpatent 15 12 353.2 bekannt. Der in dieser Anmeldung beschriebene Generator ist dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kondensator sowie ein dritter und ein vierter Schalter vorgesehen sind, wobei der zweite Kondensator über einen dritten Schalter entladen wird, wenn der erste Kondensator aufgeladen wird, während der zweite Kondensator über einen vierten Schalter aufgeladen wird, wenn der erste Kondensator entladen wird, wobei eine Regelvorrichtung vorhanden ist mit deren Hilfe der Aufladestrom mittels der Spannung am zweiten Kondensator geregelt wird.

Zur Erzeugung einer möglichst linearen und symmetrischen Dreieckspannung mit Hilfe des obenerwähnten Dreieckspannungsgenerators ist es erforderlich, daß der zweite Kondensator viel größer als der erste Kondensator ist. Die auftretende nicht lineare Verzerrung der ansteigenden Flanke der am ersten Kondensator erzeugten Dreieckspannung und die mit dieser Verzerrung eingehende Asymmetrie der erzeugten Dreieckspannung sind, wie sich herausstellt, von dem Quotien-

ten ™ abhängig, wobei Ci der Kapazitätswert des ersten Kondensators und Ci der KaDazitätswert des zweiten Kondensators ist Je kleiner dieser Quotient ist, desto geringer werden die nichtlineare Verzerrung und die auftretende Asymmetrie sein.

Um die Abhängigkeit der Symmetrie der erzeugten Dreieckspannung von dem erwähnten Quotienten zu vermeiden, wird bei dem Dreieckspannungsgenerator nach dieser älteren Patentanmeldung vorzugsweise die von dem Regelverstärker abgekehrte Seite des zweiten Kondensators mit einem belastbaren Punkt verbunden, der der Spannung des ersten Kondensators folgt. Zu diesem Zweck ist die dem Multivibrator zugekehrte Seite des ersten Kondensators mit der Basis eines als Emitterfolger geschalteten Transistors verbunden, dessen Emitter mit der von dem Regelverstärker abgekehrten Seite des zweiten Kondensators verbunden ist Die hier angegebene Lösung zur Verbesserung der Symmetrie der erzeugten Dreieckspannung hat den Nachteil, daß die Symmetrie der erzeugten Dreieckspannung nun von der gegenseitigen Gleichheit des ersten und des zweiten Kondensators abhängt. Wenn 2. B. die Abweichung in der gegenseitigen Gleichheit der erwähnten Kondensatoren l%o beträgt, wird die Symmetrie in der erzeugten Dreieckspannung gleich l%o sein. Um eine möglichst genaue Symmetrie der erzeugten Dreieckspannung zu erzielen, ist es also erforderlich, die Kondensatoren mit größter Sorgfalt zu wählen.

Die Erfindung bezweckt, eine Verbesserung des oben beschriebenen Dreieckspannungsgenerators zu schaffen, die den obenerwähnten Nachteil verringert. Die Verbesserung besteht darin, daß der erste und der zweite Kondensator durch einen Kondensator ersetzt sind, der zwischen dem Verbindungspunkt des eisten und des zweiten Schalters und dem Verbindungspunkt des dritten und des vierten Schalters angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ausführungsform nach dem Hauptpatent 15 12 353,

F i g. 2 eine Ausführungsform nach der Erfindung und F i g. 3 ein Spannungsdiagramm.

In F i g. 1 ist der Emitter des Transistors 7o über den Widerstand Ro mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden, während der Kollektor dieses Transistors einerseits über die Schalter Si und S2 und andererseits über die Schalter Sj und Ii mit der regelbaren Stromquelle / verbunden ist. Die Basis des Transistors To ist mit dem Ausgang eines Regelverstärkers A verbunden, dessen Eingang mit dem Verbindungspunkt der Schalter S3 und St verbunden ist. Der letztere Verbindungspunkt ist außerdem über einen zweiten Kondensator Ci mit dem Emitter des als Emitterfolger geschalteten Transistors 7*2 verbunden. Die Basis des Transistors Ti ist mit dem Eingang des Multivibrators M und mit dem Verbindungspunkt der Schalter Si und S2 verbunden, während der letztere Verbindungspunkt außerdem über den ersten Kondensator Ci mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist. Die Stromquelle / liefert der Parallelschaltung ß einen Strom /1, der etwa gleich dem Entladestrom ist, während der Transistor To der Parallelschaltung einen Strom h liefert, der etwa glc ich dem Ladestrom ist. Die Ströme /1 und /2 werden während der Zeitspanne, in der sie den ersten Kondensator Ci nicht auf- bzw. nicht entladen, zur Auf- bzw. Entladung des zweiten Kondensators Ci verwendet. Zu diesem Zweck sind beim Aufladen des ersten Kondensators Ci bzw. beim Entladen des zweiten Kondensators C2 die Schalter S2 und Si geöffnet und die

und IK₂ =

Ir₁ ■/,

C,

II/, + IF₂ = 0.

(3)

'2 =

C₁
C,

(4)

Die Gesamtaufladezeit des Kondensators Ci
durch:

2 E

C₁

(5)

C₂ C,

15

Schalter Si und S3 geschlossen, während beim Entladen des ersten Kondensators Ci bzw. beim Aufladen des jweiten Kondensators C2 die Schauer Si und S3 geöffnet und die Schalter S2 und S4 geschlossen sind.

Die Kondensatoren Ci und C2 sind gleich groß. Die Eingangsspannung des Regelverstärkers A ist gleich der Summe der Spannungen über dem ersten Kondensator Ci und dem zweiten Kondensator C2. Wenn die beiden Ströf-ie /1 und /2 nun gleich groß sind, wird die Summe der Spannungen über den Kondensatoren Ci und C2 konstant und gleich 0 V sein, während der Strom /2 nicht nachgeregelt wird. Wenn die beiden Ströme /1 und /2 dagegen nicht gleich groß sind, wird die Summe der Spannungen über den beiden Kondensatoren Ci und Ci nicht konstant sein. Da die beiden Kondensatoren Ci und C2 ja gleich groß sind, wird bei Ungleichheit der beiden Ströme die Spannung übet einem Kondensator nicht um den gleichen Betrag zunehmen wie die Spannung über dem anderen Kondensatoren abnehmen wird. Der Regelverstärker A wird nun eine derartige Spannung an den Transistor To abgeben, daß die beiden Ströme wieder nahezu gleich groß sein werden. Die Entladezeit τ2 des Kondensators Ci liegt in jeder Periode der erzeugten Dreieckspannung fest und ist gleich:

¹E
T₂ = ~,- ■ C₂, (1)

wobei E die Amplitude der Dreieckspannung, /1 den Entladestrom des Kondensators Ci und Ci den Kapazitätswert des Kondensators Ci darstellt. Beim Aufladen des Kondensators Ci gelten die nachstehenden Beziehungen:

In diesen Beziehungen ist Δ Vi die Spannungszunahme über dem Kondensator Ci im Zeitintervall Δ τι, während Δ V2 die Spannungsabnahme über dem Kondensator Ci im Zeitintervall Δ τι, h den Aufladestrom deL Kondensators Ci und /1 den Entladestrom des Kondensators C2 im betrachteten Zeitintervall darstellt. Das Regelsystem (A, To) wirkt beim Aufladen des Kondensators Ci derart, daß stets die nachstehende Beziehung gilt:

45

5°

Kombination der Beziehungen (2) und (3) ergibt die folgende Beziehung:

55

gegeben. Das Einsetzen von (4) in (5) ergibt die nachstehende Beziehung:

(fi)

Aus der obenstehenden Beziehung (6) geht deutlich hervor, daß die auftretende Symmetrie der erzeugten Dreieckspannung von der gegenseitigen Gleichheit des Kondensators Ci und des Kondensators C2 abhängig ist. Wenn Ci genau gleich C2 ist, wird die erzeugte Dreieckspannung keine Assymetrie aufweisen, weil dann ja r 1 = T2\si.

In dem Dreieckspannungsgenerator nach F i g. 2 ist ein Kondensator C zwischen dem Verbindungspunkt des ersten Schalters Si und des zweiten Schalters & und dem Verbindungspunkt des dritten Schalters S3 und des vierten Schalters St angebracht. Der Verbindungspunkt der Schalter S2 und St ist über die Stromquelle Sn mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Verbindungspunkt der Schalter Si und Si ist mit dem Kollektor des Transistors 73 verbunden, dessen Emitter über den Widerstand Rb mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist Die Basis des Transistors Ti ist mit dem Ausgang des Differenzverstärkers V verbunden. Der Kondensator C ist außerdem zwischen der Basis des Transistors Ti und der Basis des Transistors Γ2 angebracht.

Der Emitter des Transistors 71 ist über die Reihenschaltung der Widerstände Ri und R2 mit dem Emitter des Transistors Ti verbunden. Die Emitter der Transistoren T\ und Ti sind über den Widerstand A3 bzw. den Widerstand /?4 mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstände R\ und Ri ist mit einem Eingang des Differenzverstärkers V verbunden, dessen anderer Eingang mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren Γι und Ti sind mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Die Basis des Transistors 7Ί ist über eine Trennstufe D mit dem Eingang des Multivibrators F verbunden. Die Trennstufe D sichert, daß die Punkte (1) und (2) auf gleiche Weise belastet werden; diese Stufe wird z. B. durch einen Emitterfolger gebildet. Der Multivibrator enthält die Transistoren Ti und 7\ deren Emitter zusammen über den Widerstand Rs mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden sind. Die Kollektoren der Transistoren Tt, und Ts sind über den Widerstand Ri bzw. über den Widerstand Rs mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Der Kollektor des Transistors 74 ist außerdem mit der Basis des Transistors Ti verbunden, während der Kollektor des Transistors Ti mit der Basis des Trans^;stors Tb verbunden ist. Die Emitter der Transistoren 76 und Ti sind zusammen mit dem Kollektor des Transistors Te verbunden, dessen Basis einerseits über einen Widerstand Rs an Erde gelegt und andererseits über eine Zererdiode Di mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden ist, an den auch der Emitter des Transistors Te über einen Widerstand R9 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors Tb ist mit der Basis des Transistors Ti verbunden, die außerdem über den Widerstand Rw an Erde gelegt und weiter mit dem Kollektor des Transistors T) verbunden ist. Der Emitter des Transistors T9 ist über den Widerstand Rn mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden, mit dem auch die Basis des Transistors T9 über die Reihenschaltung der Diode Di und des Widerstandes Ä13 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors Ti ist mit der Basis des Transistors T> verbunden.

Die Wirkungsweise des Dreieckspanniingsgenerators nach Fig. 2 ist folgende. Die Regelung mit Hilfe des Differenzverstärkers V ist derartig, daß das Potential am Verbindungspunkt der Widerstände R\ und R2

konstant auf Erdpotential gehalten wird. Dies hat zur Folge, daß die nachstehende Beziehung zwischen den Spannungen V2und Vi bestehen

V₂ V₁

κ, ·

Dabei ist Vi die Spannung an der Anschlußklemme 2 des Kondensators C und Vi die Spannung an der Anschlußklemme 1 des Kondensators C V/enn die Schalter Si und St geschlossen sind, wird der Kondensator C aufgeladen, so daß die Spannung Vi am Punkt 1 des Kondensators C zunehmen wird (siehe F i g. 3a, Intervalle το, τι und Γ4). Die Transistoren Ts und Tb werden während der erwähnten Intervalle leitend sein, wodurch der Punkt 3 ein positives Potential von z. B. + EV gegen Erde aufweisen wird, wie in Fig.3b dargestellt ist. Die Spannung am Punkt 1 der Schaltungsanordnung wird zunehmen, bis die Spannung an diesem Punkt gleich +EV geworden ist. Der Transistor Ta wird dann leitend und der Transistor 7s wird gesperrt. Dadurch, daß der Transistor T\ leitend wird, werden die Schalter Si und & geöffnet und die Schalter 52 und S3 geschlossen. Außerdem wird nun der Transistor Ti leitend, wodurch auch der Transistor 79 auch in den leitenden Zustand gelangt. Dadurch wird die Spannung am Punkt 3 der Schaltungsanordnung ein negatives Potential von z.B. -EV gegen Erde aufweisen, wie in Fig. 3b für die Intervalle τι, τι und rs dargestellt ist. Die Spannung am Punkt 1 wird nun abnehmen, bis die Spannung an diesem Punkt gleich - E V geworden ist, wonach der Transistor Ta wieder gesperrt wird. Dadurch werden die Schalter S2 und S: geöffnet, und die Schalter Si und Sa wieder geschlossen wodurch der Kondensator Cwieder aufgeladen wird.
Würde zwischen den Strömen /1 und /2 ein Unterschied auftreten, so müßte dieser Unterschied über die Parallelschaltungen der Ausgangsimpedanzen dei Stromquellen (73, Sn) und der Eingangsimpedanzen dei Emitterfolger (71, Ti) abfließen. Der Differenzstrorr erzeugt über den hohen Gesamtimpedanzen eine große Spannung, wodurch das Regelsystem augenblicklich sicher stellt, daß der Strom /2 gleich dem Strom /1 wird Die Symmetrie der erzeugten Dreieckspannung ist vor dem Kapazitätswert des Kondensators C unabhängig so daß dieser Kondensator nicht mit großer Sorgfal gewählt zu werden braucht. Außerdem ergibt da; anbringen des Kondensators zwischen den Punkten 1 und 2 des Dreieckspannungsgenerators nach F i g. 2 der Vorteil, daß wenn der Widerstand R\ gleich den Widerstand Ri ist, der benötigte Kapazitätswert de: Kondensators C bei einer bestimmten Frequenz dei erzeugten Dreieckspannung gleich der Hälfte dei benötigten Kapazitätswertes des Kondensators G dei F i g. 1 ist. Dadurch ist das benötigte Kondensatorvolu men bei dem Dreieckspannungsgenerator nach Fig.; um einen Faktor 4 kleiner als das benötigte Kondensa torvolumen bei dem Dreieckspannungsgenerator nacl Fig. 1. Dies ist insbesondere bei Dreieckspannungs generatoren zum Erzeugen von Niederfrequenz Dreieckspannungen, z. B. < 0,01 Hz, besonders vorteil haft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Symmetrischer Dreieckspannungsgenerator, der einen ersten Kondensator enthält, der von einer Speisequelle über einen ersten Schalter aufgeladen wird, wobei ein Multivibrator beim Erreichen einer bestimmten Spannung am ersten Kondensator umklappt und den ersten Schalter öffnet und einen zweiten Schalter schließt, wobei der erste Kondensator entladen wird, bis ein Pegel erreicht ist, bei dem der Multivibrator wieder in den Anfangszustand gelangt und der erste Schalter geschlossen und der zweite Schalter geöffnet wird, wobei ein zweiter Kondensator, ein dritter Schalter und ein vierter Schalter vorgesehen sind, wobei der aweite Kondeniator über den dritten Schalter entladen wird, wenn der erste Kondensator aufgeladen wird, während dieser zweite Kondensator über den vierten Schalter aufgeladen wird, wenn der erste Kondensator entladen wird, wobei eine Regelvorrichtung vorhanden ist, mit der der Aufladestrom mit Hilfe der Spannung am zweiten Kondensator geregelt wird nach Hauptpatent 15 12 353, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kondensator durch einen Kondensator (C) ersetzt 2s sind, der zwischen dem Verbindungspunkt des ersten (Si) und des zweiten (S2) Schalters und dem Verbindungspunkt des dritten (S3) und des vierten (Si) Schalters angeordnet ist.

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