DE2249082B2

DE2249082B2 - Dreieckspannungsgenerator

Info

Publication number: DE2249082B2
Application number: DE2249082A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing.(Grad.) 2000 Hamburg Herzner
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1980-04-10
Also published as: CA994436A; FR2202404A1; US3859603A; FR2202404B1; GB1412380A; DE2249082A1; JPS5624417B2; JPS4974468A; DE2249082C3

Description

tier ersten Sieuerspannung.

Die Frequenz der Dreieckspannung kann durch Verändern der ersten Hilfsspannung eingestellt werden, jedoch ändert sich dann auch das Tastverhältnis der Dreieckspannung. Um dies zu vermeiden, wird die erste .Steuerspannung durch eine zweite Multiplizierschaltung erzeugt, deren einer Eingang die erste Hilfsspannung zugeführt wird und deren anderer Eingang mit dem Ausgang einer zweiten Dividierschaltung verbunden ist. Dem Dividendeneingang dieser zweiten Dividierschaltung wird eine zweite Hilfsspannung zugeführt, und an den Divisoreingang wird eine Tastverhältnis-Steuerspannung angelegt, mittels der das Tastverhältnis direkt proportional eingestellt werden kann. Die Frequenz der Dreieckspannung ist weiterhin direkt proportional der ersten Hilfsspannung, jedoch beeinflußt diese nicht mehr das Tastverhältnis. Damit können also das Tastverhältnis und die Frequenz der Dreieckspannung unabhängig voneinander durch jeweils eine Spannung eingestellt werden.

Die Amplitude der Dreieckspannung ist durch den Abstand der beiden Spannungsschwellen, d. h durch den dadurch bestimmten Spannungsbereich gegeben. Wenn die Amplitude der Dreieckspannung dui^ch z. B. Vergrößern des Spannungsbereichs vergrößert wird, wird die Frequenz der Dreieckspannung niedriger, da bei gleicher Steilheit der ansteigenden und abfallenden Flanke deren Gesamtdauer und damit die Periodendauer der Dreieckspannung vergrößert wird. Um dies zu vermeiden, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die erste Hilfsspannung an dem Ausgang einer dritten Multiplizierschaltung erzeugt, an deren einem Eingang eine den Abstand der Spannungsschwellen bestimmende Schwellen-Steuerspanung und an deren anderem Eingang eine Frequenz-Steuerspannung anliegt. Dadurch ist es nun möglich, sowohl die Frequenz als auch die Amplitude und das Tastverhältnis der Dreieckspannung unabhängig voneinander einzustellen.

Ausführungsbcispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. I die Prinzipschaltung zur Erzeugung einer Dreieckspannung mittels eines Kondensator und eines urnschallbaren Stromgenerators,

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Spannung am Kondensator.

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer eriindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Veränderung des Tastverhältnisses,

Fig.4 das Blockschaltbild einer erweiterten Schaltungsanordnung nach F i g. 3,

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erweiterten Schaltungsanordnung nach F i g. 4.

Die Grundschaltung zur Erzeugung einer Dreickspannung ist in Fig. 1 dargestellt. Der Stromgenerator / erzeugt an seinem Ausgang einen Stiom, der proportional zu der Spannung an seinem Steuereingang ist. In der gezeichneten Stellung des Umschalters S ist dies die .Steuerspannung U\. Der Strom lädt einen Kondensator C'auf, an dem eine zeillich linear ansteigende Spannung entsteht, Wenn diese Spannung einen oberen Schwellwert erreicht, schaltet ein nicht gesondert dargestellter Schwellwertschalter den Umschalter S um, so daß nunmehr die Steuerspannung U₂ an dem Steuereingang des Stromgenerators / liegt. Diese Steuerspannung hat einen derartigen V/c^rt. daß sie am Ausgang einen Strom in umgekehrter Richtung erzeugt, der den Kondensator C in entgegengesetzter Richtung auflädt, so daß eine zeitlich linear abfallende Spannung daran entsteht. Wenn die^e Spannung nun einen unteren Schwellwert erreicht, schaltet der Schwellwertschalter den Umschalter 5 zurück, so daß am Steuereingang des Stromgeneralors / wieder die Steuerspannung i.A. liegt, die den Kondensator wieder positiv auflädt. Durch eine Steuerspannung LA,· kann der Abstand der Spannungsschwellen, bei denen der Schwellwertschalter in dem Stromgenerator /umschaltet, und damit die Amplitude der Dreieckspannung beeinflußt werden. Der Aufbau des Stromgenerators mit dem darin enthaltenen Schwellwertschalter soll hier nicht näher erläutert werden, da solche Schaltungen bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Der zeitliche Verlauf der Dreieckspannung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Steigung der ansteigenden Flanke wird durch die Größe des Stromes und des Kondensators C in Fig. I bestimmt. Da der Wert des Kondensators C konstant und der Strom proportional der Steuerjpannung LA ist, ist die Anstiegszeit r.„, bei festen Spannungsschwellen umgeL^hri proportional dieser Steuerspannung. Das gleiche gilt für die Abfallzeit t.,h, die umgekehrt proportional der Steuerspannung LA ist. Die Summe von Anstiegs- und Abfallzeit ist die Periodendauer bzw. der Kehrwert der Frequer.z /der Dreieckspannung.

Aus der F i g. 2 ist unmittelbar zu erkennen, daß eine Veränderung des Tastverhältnisses Γ durch Änderung der Anstiegszeit t.„, oder der Abfallzeit f.,/, unmittelbar eine Änderung der Periodendauer und damit der Frequenz der Dreieckspannung zur Folge hat. Das Tastverhältnis 7~wird hier wie folgt definiert.

T =

U-,

Außerdem ist aus Fig. 2 zu erkennen, daß eine Änderung des Spannungsbereichs L/, zwischen den Schwellspannungen Up und t/v, bei denen der Schwellwertschalter in dem Stromgenerator /in F i g. 1 anspricht, auch unmittelbar die Frequenz der Dreieckspannung verändert, da die Steigung der Flanken unverändert bleibt und sich dadurch die Anstiegszeit und die Abfallzeit im gleichen Verhältnis verändern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Tastverhältnis der Dreieckspannung durch Veränderung nur einer Sieuerspannung ohne Beeinflussung der Frequenz verändert werden kann, ist in Fig. 3 dargestellt. Darin ist die Anordnung 1 die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsinordnung. Die erste Steuerspanr'iiig LA wird dem Umschalter 5 direkt von außen zugeführt, während die zweite Steuerspannung durch eine DividierscnaltLng 2 erzeugt wird. Der LVvidendeneingang dieser Dividierschaltung ist mit dem Ausgang einer Multiplizierschaltung 4 verbunden, an deren beiden Eingängen die erste Steuerspannung LA und eine erste Hilfsspannung Un angeschlossen ist, und der Divisorcingang der Dividierschaltung 2 ist mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers; 3 verbunden, an dessen nicht invertierenden Eingang die erste Hilfsspannung Un und an dessen invertierenden Eingang die erste Steuerspannung LA anliegt. Wenn bei dieser Schaltungsanordnung die erste Steuerspannung LA. verändert wird, ändert sich die an dem Ausgang der Dividierschaltung 2 erzeugte zweite Steuerspannung gerade so, daß nur das

Tastverhältnis der erzeugten Dreieckspannung verändert wird, ohne die Frequenz zu beeinflussen. Für die Frequenz f der Dreieckspannung gilt nämlich mich Fig. 2:

',,., ι '„„

Wenn in diese Gleichung die durch die Schaltungsanordnung nach F i g. 3 erzeugte Spannung eingesetzt wird, so ergibt sich, daß dann in der Gleichung für die Frequenz f die .Steuerspannung U\ nicht mehr vorkommt.

Die Dividicrschaltung 2 ist eine Schaltungsanord-Dann wird auch die et sie llilfsspannung nicht mehr \nti außen direkt zugeführt, sondern durch eine zweite Mtiltiplizierschallung 5 erzeugt, an deren einem Eingang die erste llilfsspannung Hn anliegt und deren anderer Eingang mn dem Ausgang einer zweiten Dividierschal Hing ft verbunden ist. an deren Dividendeneingang eine zweiie llilfsspannung (// und an deren Divisoreingang eine "Tastverhällnis-Stcuerspannung lh anliegt. Hei dieser Schaltungsanordnung ist die Hilfsspannung IUi wieder direkt proportional zu der Frequenz f der erzeugten Dreieckspannung, beeinflußt nun aber nicht mehr das Tastverhältnis 7' Durch die Dividicrschaltung ft ist ilas Tastverhältnis /nun auch direkt proportional /u tier Tastverhältnis-Steuerspannung (';. wobei die zweckmäßig konstant zu haltende zweite I lilfsspannung Ui einen konstanten Faktor für die Tastverhältnis Steuerspannung daistellt. Diese zweite Dividierschaltiing ft kann entfallen, wenn das Tastverhältnis /

llung, mc mi niiciVi nüSgäiig ccilc ofmimüPig CiVCiigi.

deren Wert gleich dem Wert der an dem oberen Eingang anliegenden Spannung geteilt durch den Wert der an dem unteren Eingang anliegenden Spannung ist. gegebenenfalls mit einem Proportionalitätsfaktor. Die Multiplizierschaltung 4 ist eine Schaltungsanordnung, bei der der Wert der Ausgangsspannung gleich dem Produkt der Werte der beiden Eingangsspannungen ist. wobei auch gegebenenfalls ein konstanter Faktor zu berücksichtigen ist. Der Differenzverstärker 3 ist eine Schaltungsanordnung, bei der der Wert der Ausgangs spannung gleich der Differenz der Werte der Eingangsspannungen ist. Der Aufbau derartiger Schaltungen ist bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden, da er nicht crfindungswcsenilich ist.

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 ist das Tastverhältnis Tumgekehrt proportional zu der ersten Steuerspannung U\, und bei Änderung der Frequenz f der erzeugten Dreieckspannung durch Änderung der ersten Hilfsspannung Un wird auch das Tastverhältnis T mit beeinflußt. Um dies zu vermeiden, wird eine in F i g. 4 dargestellte Schaltungsanordnung verwendet.

Ultimi M. Ill I |'IW|'WI UIMIlII /(I liiiu .tlLULl ιμιιιιιιιι ι it ,*..r.

Wie bereits erwähnt, ist die Frequenz Ader erzeugten Dreieckspannung abhängig von deren Amplitude, die durch den Abstand der beiden Schwellspannungen ί V und ί \ nach F i g. 2 gegeben ist. wobei dieser Abstand durch die Schwellcn-Stcuerspannung IK bestimmt «ml. Um diese Abhängigkeit zu vermeiden, wird die in I ι g. > dargestellte Schaltungsanordnung verwendet. Darin wir' die erste llilfsspannung durch eine weitere Multiplizierschaltung 7 erzeugt, an deren Eingängen die Frequenz-Steuerspannung (/,und die Sehwellen-Steuerspannung (Λ anliegt. Im übrigen ist diese Schaltungsanordnung gleich der in F i g. 4 c'f.rgcstclllcn.

Mit der Schaltungsanordnung nach F i g. 5 können nun alle 3 Parameter der erzeugten Dreieckspannung voneinander unabhängig durch jeweils eine Steuer? pan· nung eingestellt werden, nämlich das Tastverhältnis 7 proportional durch die Tastverhältnis-Steuerspanniing Lh. die Frequenz ί proportional durch die Frequenz-Sleuerspannung U, und die Amplitude proportional durch die Schwellen-Steuerspannung (Λ.

Hierzu 2 Hlati /.eichniiivjen

Claims

Patentansprüche:

1. SchalHingsanordnung zur Erzeugung einer steuerbaren Dreieckspannung mittels eines spannungsgesteuerten Siromgenerators, dessen Ausgang einen der an einem Sieuereingang anliegenden Spannung proportionalen Strom in einen Kondensator einspeist, an dem die Dreieckspannung abnehmbar ist, und dessen Steuereingang über einen Umschalter abwechselnd mit einer von zwei Sieuerspannungen verbunden ist, die zueinander entgegengesetzte Ströme am Ausgang des Stromgenerators erzeugen, wobei der Umschalter jeweils umgeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung einen durch zwei Spannungsschwellcn gegebenen Spannungsbereich überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerspannung (U₁) an dem einen Eingang einer Muliiplizierschaltung (4) und an dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers (3) anliegt, daß eine erste Hilfsspanrung (Un) an dem anderen Eingang der Mulliplijisfl-schaltung (4) und an dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (3) anliegt, daß der Ausgang der Multiplizierschaliung (4) mit dem Dividendeneingang und der Ausgang des Differenzverstärkers (3) mit dem Divisoreingang einer Dividierschaltung (2) verbunden ist, .-Jercn Ausgang die zweite Steuerspannung für den Stromgenerator (I) liefert, und daß die erste Steuerspannung (U_t) dps Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Wiederholfrequenz bestimmt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß eine zv jite Hilfsspannung (Ui) an dem Dividcndenekgang und eine Tastverhältnis-Steuerspaniiung (Ui) an dem )ivisorcingang einer zweiten Dividierschaltung (6) anliegen, daß der Ausgang der zweiten Dividierschaltung (6) mit dem einen Eingang einer zweiten Multiplizierschaltung (5) verbunden ist und die erste Hilfsspannung (Un) auch an dem anderen Eingang dieser zweiten Multiplizierschaltung (5) anliegt, daß das Ausgangssignal der zweiten Multiplizicrschaltung (5) die erste Steuerspannung (Ui) darstellt, und daß die eriae Hilfsspannung (Un) nur die Wiederholfrequenz der Dreieckspannung ohne Beeinflussung deren Tastverhältnisses und die Tastverhältnis-Steucrspannung (Uj) nur das Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflussung deren Wiederholfrequenz bestimmt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz-Steuerspannung (Ur)an dem einen Eingang und eine den Abstand der Spannungsschwellen bestimmende Schwellen-Steuerspannung (Us) an dem anderen Eingang einer dritten Multiplizierschaltung (7) anliegt, daß das Ausgangssignal dieser dritten Multiplizierschaliung (7) die erste Hilfsspannung (Un) darstellt, und daß die Schwellen-Steuerspannung (Us)nut die Amplitude der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Frequenz und des Tastverhältnisses und die FrequenZ'Steuerspannung (Ui) nur die Wiederholfrequenz der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Amplitude oder des Tastverhältnisses bestimmt, und das die Tastverhältnis-Steuerspannung (Ui) nur das Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Frequenz und der Amplitude hestimint.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer steuerbaren Dreieckspannung mittels eines spannungsgesteuerten Siromgenerators, dessen Ausgang einen der an einem Sieuercingang anliegenden Spannung proportionalen Strom in einen Kondensator einspeist, an dem die Dreieckspannung abnehmbar ist, und dessen Steuereingang über einen Umschalter abwechselnd mil einer von zwei Steuerspannungen verbunden ist, die zueinander entgegengesetzt. Ströme am Ausgang des .Siromgenerators erzeugen, wobei der Umschalter jeweils umgeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannimg einen durch zwei Spannungsschwellen gegebenen .Spannungsbereich überschre-tet.

Die Erzeugung von Oreieckspannungen durch Auf- und Entladung eines Kondensators mittels konstanten Strömen ist an !.ich bekannt. So besteht in der US-PS 34 40 448 der Stromgenerator aus zwei Stromquellen mit entgegengesetzt gerichteten Strömen, von denen die eine, einen größeren Strom liefernde Stromquelle durch einen Vergleicher ein- bzw. ausgeschaltet wird, wenn ein Vergleicher feststellt, daß die an dem Kondensator entstehende Ausgangsspannung einen vorgegebenen Spannungsbereich verläßt. Die Ströme beider Stromquellen können gemeinsam durch eine Eingangsspannung gesteuert werden, so daß sich damit die Frequenz der Dreieckspannung verändert. Eine spannungsgesteuer'i Veränderung des Tastverhältnisses der Dreieckspannung ist damit jedoch nicht möglich und auch nicht beabsichtigt.

Eine weitere Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Dreieckspannung ist aus der DE-AS 19 21035 bekannt, wo ebenfalls ein Kondensator durch einen Stromgenerator abwechselnd auf- und entladen wird und der Stromgencrato: wieder zwei Stromquellen mit entgegengesetzt gerichteten Strömen enthält, von denen die eine Stromquelle durch einen Schwellwertschalter ein- bzw. ausgeschaltet wird, wenn die Spannung an dem Kondensator die vorgegebenen Schwellspannungen erreicht. Hier sind beide Stromquellen voneinander unabhängig steuerbar, so daß die Steilheit der ansteigenden und der abfallenden Flanke der Ausgangsspannung und damit das Tastverhältnis eingestellt werden können. Dadurch wird im allgemeinen aber gleichzeitig die Wiederholfrequenz der Dreieckspannungsperiode verändert.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe eine Schaltungsanordnung an/ugcben, mittels der das Tastverhältnis der Dreieckspannung verändert werden kann, ohne die Wiederholfrequenz zu beeinflussen. Ausgehend von der eingangs angegebenen Schaltungsanordnung löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß die erste Stcucrspannung an dem einen Eingang einer Multiplizicrschaltung und an dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers anliegt, daß eine erste Hilfsspannung an dem anderen Eingang der Multiplizierschaltung und an dem nicht invertierenden F.ingang des Differenzverstärkers anliegt, daß der Ausgang der Multipiizierschaltung mit dem Dividendeneingang und der Ausgang des Differenzverstärkers mit dem Divisoreingang einer Dividierschaltung verbunden ist, deren Ausgang die zweite Steuerspannung für den Stromgenerator liefert, und dal! die erste Steuerspannung das Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Wiedrrholfrequcnz bestimmt. Auf diese Weise kann durch Verändern nur einer Steuerspannung direkt das Tastverhältnis verändert werden, ohne die Frequenz /ti beeinflussen. Allerdings ändert sich dabei das Tastverhältnis umgekehrt proportional /u