DE2262565C2 - Schaltungsanordnung zum Erzeugen positiver und negativer, von ein und derselben Stromquelle gelieferter Ströme - Google Patents

Schaltungsanordnung zum Erzeugen positiver und negativer, von ein und derselben Stromquelle gelieferter Ströme

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DE2262565C2
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    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current
    • G05F3/08—Regulating voltage or current wherein the variable is dc
    • G05F3/10—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/22—Regulating voltage or current wherein the variable is dc using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the bipolar type only

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Description

Die Diode DT ist mit ihrer Kathode an das Potential VO gelegt und ihre Anode befindet sich auf einem niedrigen Pegel, so daß sie die Diode nicht leitet, und die Diode D8 ist in Sperrichtung vorgespannt, also ebenfalls mcMeiitend. Der durch den Widerstand R > fließende Strom /fließt daher von der Ausgangsklemme Sdes Stromgenerators durch die Diode D 5.
Wenn der Aasgangsanschluß S das Potential VO/2 aufweist, benutzt der Knotenpunkt N' das Potential VO/2— VD und die Spannung an den Anschlüssen des i" Widerstandes R beträgt VO/2 - VD, da der Knotenpunkt M'WEk atrf Erdpotential befindet.
Die Amplitude des —/-Stromes ist durch folgende Gleichung gegeben:
, ,, VQn-VD ' ["
Im zweiten FaM weisen die an die Anschlüsse A X und A 2 angelegten Steuersignale einen hohen Pegel auf (Fig. IB). Wenn der Anschluß A X einen hohen Pegel aufweist, leitet der Transistor 7"I und dadurch die Diode D X. Das Potential am Knotenpunkt M ist gleich dem hohen Pegel - Vben - VD und die Dioden D 2 und D 3 leiten nicht.
Der von der Stromsenke CSl gezogene Strom /0 fließt von der Spannungsquelle + Vüber den Transistor 7"I unddieDiodeOI.
Wenn der Anschluß A 2 einen hohen Pegel aufweist, leitet die Diode DS nicht und der durch die Stromquelle CS2 gelieferte Strom /0 fließt durch die leitenden Dioden D6 und D 7. Ein negativer Strom /0 fließt durch Diode D 7 und ein positiver Strom durch die Diode Z?6. Die Diode D 7 leitet, das Potential am Knotenpunkt N ist VO-VD.
Da Dioden mit identischer Charakteristik gewählt wurden, weist der Knotenpunkt /V'das Potential auf
VO-VD+VD=-VO.
Die Kathode der Diode D 5 weist das Potential VO und ihre Anode das Potential V0/2 auf, so daß die Diode D 5 nicht leitet und der durch die Diode D6 fließende Strom über den Widerstand R und die Diode D 4 zum Ausgangsanschluß S fließt, wobei die Diode D3 gesperrt ist. Das Potential am Knotenpunkt M'ist gleich VO/2+VO und daher liegt an den Anschlüssen des Widerstandes /?die Spannung
VO-(VO/2+ VD)= VO/2- VD.
Die Amplitude des positiven Stromes + / ist somit gleich:
van - VD
Die vom Stromgenerator im zweiten Fall gelieferte Amplitude des positiven Stromes + / ist genau gleich der Amplitude des vom Stromgenerator im ersten Fall gelieferten negativen Stromes — /.
Da die Spannung 1/0 fest vorgegeben ist, hängt der Wert der Amplitude dieser Ströme nur vom Werte des bo Widerstandes R ab, der ein diskretes Element sein kann, dessen Wert sich leicht verändern läßt.
Im dritten Fall weist das an den Anschluß A 1 angelegte Steuersignal einen niedrigen Pegel und das an den Anschluß A 2 angelegte Steuersignal einen hohen Pegel(Fig. IC)auf.
Wenn der Anschluß A 1 einen niedrigen Pegel aufweist, leiten der Transistor 7*1 und die Diode DX nicht und der von der Stromsenke CS1 gezogene Strom /0 wird vom Knotenpunkt M geliefert, und die Dioden D 2 und D3 leiten. Wenn die Dioden D2 und D3 leiten, weist der Knotenpunkt M' Nullpotential auf. Die Kathode der Diode D 4 weist das Potential VO/2 auf, ihre Anode auf Nullpotential, so daß sie nicht leitet.
Wenn der Anschluß A 2 einen hohen Pegel aufweist, leitet die Diode Di nicht und der von der Stromquelle CS2 gelieferte Strom /0 fließt durch die Dioden D6 und DT. Wenn die Dioden D6 und D7 leiten, weist der Knotenpunkt N' das Potential VO. Da die Kathode der Diode D5 auch das Potential VO aufweist und ihre Anode das Potential VO/2, leitet sie nicht. Beide Dioden D4 und D5 leiten nicht und somit wird dem Ausgangsanschluß 5 des Stromgenerators kein Strom zugeführt.
Da die Stromerzeugungsschaltung symmetrisch ist kann man einen Nullstrom auch erhalten, wenn der Anschluß A X einen hohen und der Anschluß A 2 einen niedrigen Pegel aufweist.
Die folgende Tabelle erhält man durch Darstellung der hohen und niedrigen Steuerpegel durch binäre Einsen und Nullen.
Steuerpegel A 1 0 0 1 1
Steuerpegel A 2 0 1 0 1
Ausgangsstrorn -/ 0 0 + /
Die das Fließen des von der Stromsenke CSX gezogenen Stromes /0 steuernde, den Transistor 7"1 und die Diode D X umfassende Einrichtung und die das Fließen des durch die Stromquelle CS 2 gelieferten Stromes /0 steuernde und die Diode DS umfassende Einrichtung haben dieselbe Funktion und können daher vertauscht werden. Der Transistor 7*1 und die Diode D X können durch eine Diode ersetzt werden, deren Anode mit dem Anschluß A 1 und deren Kathode mit dem Knotenpunkt M verbunden ist Genauso kann die Diode D 8 durch eine Reihenschaltung eines Transistors und einer Diode ersetzt werden, wobei der Kollektor des Transistors mit einer negativen Spannungsquelle — V und seine Basis mit dem Anschluß A 2 und die Anode der Diode mit dem Knotenpunkt N verbunden sind.
Der Widerstand R kann natürlich durch jedes widerstandsbehaftete Element ersetzt werden, z. B. durch den Innenwiderstand eines Transistors, der dann gesteuert werden könnte, um den Wert des positiven Stromes +/ oder des negativen Stromes —/zu variieren. Die Dioden DX bis DS können ebenfalls durch jedes nur in einer Richtung leitende Element wie z. B. einem Transistor ersetzt werden, dessen Basis und Kollektor kurzgeschlossen sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen positiver und negativer, von ein und derselben Stromquelle gelieferter Ströme, mit einem ersten, zwischen einem ersten Knotenpunkt und der Ausgangsklemme geschalteten elektrischen Ventil, das der Ausgangstrom durchfließt und einem zweiten elektrischen Ventil, das zwischen einem zweiten Knotenpunkt und der Ausgangsklemme geschaltet ist und das von einem von der Ausgar.gsklemme zum zweiten Knotenpunkt fließenden Strom durchflossen wird, gekennzeichnet durch einen mit den beiden Knotenpunkten (M', N') verbundenen Widerstand (R; Fig. la), eine erste Vorrichtung (CS 1), um einen Strom aus dem ersten Knotenpunkt M zu ziehen und das erste elektrische Ventil (D 4) nichtleitend zu machen unu eine zweite Vorrichtung (CS2), um dem zweiten Knotenpunkt (N') einen Strom zuzuführen und das zweite elektrische Ventil (DS) nichtleitend zu machen.
2. Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorrichtung enthält eine erste mit dem ersten Knotenpunkt (M') verbundene Vorspannungseinrichtung (D 2, D 3), die das erste elektrische Ventil leitend oder nichtleitend macht, eine zwischen der ersten Vorspannungseinrichtung und einer ersten Spannungsquelle (- V) angeordnete Stromsenke (CSi), die aus dem ersten Knotenpunkt (M') einen Strom zieht und eine erste Steuereinrichtung (Ti, Di), die zwischen der Stromsenke und einer zweiten Spannungsquelle angeordnet ist und auf erste Steuersignale anspricht, wobei die Stromsenke einen Strom aus der ersten Steuereinrichtung oder dem ersten Knotenpunkt zieht unter dem Einfluß des ersten Steuersignals.
3. Stromgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vorspannungseinrichtung enthält: ein drittes elektrisches Ventil (D2), das mit einem ersten Bezugspotential und einem dritten Knotenpunkt (M') verbunden ist, der der Stromsenke und der ersten Steuervorrichtung gemeinsam ist, so daß ein Strom von dem ersten Bezugspotential zum dritten Knotenpunkt fließen kann, und ein viertes elektrisches Ventil (D3), das mit dem ersten und dritten Knotenpunkt verbunden ist, so daß ein Strom vom zweiten zum dritten Knotenpunkt fließen kann.
4. Stromgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuervorrichtung einem ersten Transistor (Ti), dessen Kollektor mit der zweiten Spannungsquelle (+ V) und dessen Basis mit einer Steuerklemme (AX) verbunden ist, der das erste Steuersignal zugeführt wird, enthält sowie ein fünftes elektrisches Ventil (Di), das mit dem Emitter des ersten Transistors und dem dritten Knotenpunkt verbunden ist, so daß ein Strom vom Emitter des ersten Transistors zum dritten Knotenpunkt fließen kann.
5. Stromgenerator nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuervorrichtung ein sechstes elektrisches Ventil enthält, daß mit dem dritten Knotenpunkt und einer ersten Steuerklemme am dritten Knotenpunkt verbunden ist, so daß ein Strom über die erste Steuerklemme zum dritten Knotenpunkt fließen kann, wenn das sechste elektrische Ventil durch das erste Steuersignal leitend oder nichtleitend gemacht wird.
6. Stromgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorrichtung enthält: eine mit dem zweiten Knotenpunkt verbundene zweite Vorspannungseinrichtung (D 6; D 7), uni das zweite elektrische Ventil leitend oder nichtleitend zu machen
eine mit der zweiten Vorspannungseinrichtung und der zweiten Spannungsquelle (+V) verbundene Stromquelle (CS 2), die dem zweiten Knotenpunkt einen Strom zuführt, und
eine zweite Steuervorrichtung (DS), die mit der Stromquelle und der zweiten Spannungsquelle verbunden ist und durch das zweite Steuersignal gesteuert wird, wobti die Stromquelle einen Strom entweder der zweiten Steuervorrichtung oder dem zweiten Knotenpunkt je nach dem Wert des zweiten Steuersignals zuführt.
7. Stromgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Vorspannungseinrichtung enthält:
ein siebtes elektrisches Ventil (D 7), das so mit einem zweiten Bezugspotential (VO) und einem vierten Knotenpunkt (N) verbunden ist, der der Stromquelle und der zweiten Steuervorrichtung gemeinsam ist, daß ein Strom vom vierten Knotenpunkt zum zweiten Bezugspotential fließt, und
ein achtes, zwischen dem zweiten und vierten Knotenpunkt so angeordnetes elektrisches Ventil (D6), das ein Strom vom vierten zum zweiten Knotenpunkt fließen kann.
8. Stromgenerator nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuervorrichtung enthält:
einen zweiten Transistor, dessen Kollektor mit der ersten Spannungsquelle und dessen Basis mit einer zweiten Steuerklemme verbunden ist, der das zweite Steuersignal zugeführt wird, und
ein neuntes elektrisches Ventil zwischen dem Emitter des zweiten Transistors und dem vierten Knotenpunkt, so daß ein Strom vom vierten Knotenpunkt zum Emitter des zweiten Transistors fließt, der durch das zweite Steuersignal leitend oder nichtleitend gemacht wird.
9. Stromgenerator nach den Ansprüchen 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuervorrichtung ein zehntes elektrisches Ventil enthält, das zwischen dem vierten Knotenpunkt und der zweiten Steuerklemme so angeordnet ist, daß ein Strom vom vierten Knotenpunkt zur zweiten Steuerklemme fließen kann, wenn das zehnte elektrische Ventil durch das zweite Steuersignal leitend gemacht wird.
10. Stromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite elektrische Ventil durch das erste und zweite Steuersignal gleichzeitig nichtleitend gemacht werden.
11. Stromgenerator nach den Ansprüchen 1 bis 9, daß das erste oder das zweite elektrische Ventil selektiv durch das erste oder zweite Steuersignal leitend gemacht wird.
12. Stromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das widerstandsbehaftete Element einen Transistor enthält, der zwischen dem ersten und zweiten Knotenpunkt angeordnet ist.
13. Stromgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ventile Dioden sind.
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen positiver und negativer, von ein und derselben ' ο Stromquelle gelieferter Ströme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Konventionelle Schaltungsanordnungen, die positive und negative Ströme liefern können, bestehen hauptsächlich aus einer Quelle für einen positiven +/-Strom, einer Quelle für einen negativen oder —/-Strom und einer Dioden-Brückenschaltung. Die beiden Stromquellen sind entsprechend mit einem der beiden Mittelpunkte der Dioden-Brückenschaltung verbunden, die eine erste Diagonale dieser Brückenschaltunfe definieren, wobei einer der beiden anderen, die die zweite Diagonale der Dioden-Brückenschaltung definieren, mit einer Steuersignalquelle verbunden ist und der andere Mittelpunkt der Dioden-Brückenschaltung den Ausgangsanschluß der Einheit bildet Je nach der Polarität des Steuersignals liefert eine der beiden Stromquellen Strom an den Ausgangsanschluß der Einheit.
Ein Hauptnachteil derartiger Einheiten besteht in der Forderung nach zwei vollkommen symmetrischen Stromquellen, d. h. zwei Stromquellen, die Ströme so entgegengesetzter Richtung, aber mit genau gleichen Amplituden liefern.
Aus der Offenlegungsschrift 20 45 705 ist eine Schaltungsanordnung zum Laden und Entladen eines bei der Deltamodulation verwendeten Integrators bekannt, bei der der Lade- und der Entladestrom des Integrators gleich groß sind, weil sie von ein und derselben Stromquelle geliefert werden. Deren Strom fließt über eine gesteuerte Diodenbrücke und lädt den Integrator entweder auf oder entlädt ihn. Die Schaltung enthält zur Steuerung der Stromquelle einen Impulstransformator. Sie läßt sich daher nicht als integrierte Schaltung aufbauen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des An-Spruchs 1 zum Erzeugen von positiven, von ein und derselben Stromquelle gelieferten Strömen anzugeben, die als integrierte Schaltung ausgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird mit Hilfe der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. so
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig, IA, IB und IC gezeigt, die sich nur durch die Richtung des Stromflusses unterscheiden, und wird anschließend näher beschrieben.
Der Steueranschluß A1 ist mit der Bpsis des Transistors Ti verbunden, dessen Emitter mit der Anode einer Diode D1 und dessen Kollektor mit einer positiven Spannungsquelle + V verbunden sind. Die Kathode der Diode D 1 ist an eine Stromsenke CS1 angeschlossen, die mit einer negativen Spannungsquelle — Vverbunden ist und einen Strom /0 zieht, und an einen Knotenpunkt M. Der Knotenpunkt M ist mit der Kathode einer Diode Dl verbunden, deren Anode an ein Bezugspotential, im Beispiel Erdpotential angeschlossen ist und mit der Kathode einer Diode D 3, fc5 deren Anode mit einem Knotenpunkt W verbunden ist. Die Dioden D 3 und D 2 sind als Vorspannungseinrichtung für den Knotenpunkt M dargestellt. Der Knotenpunkt M' ist mit dem oberen Anschluß (in den Figuren) eines Widerstandselementes verbunden, welches im Beispiel als Widerstand R dargestellt ist und mit der Anode einer Diode £>4, deren Kathode mit dem Ausgangsanschluß 5 des Stromgenerators verbunden sind. Der Ausgangsanschluß S ist an die Anode einer Diode D 5 angeschlossen, deren Kathode mit einem Knotenpunkt N' und dem unteren Anschluß des Widerstandes R verbunden ist. Der Knotenpunkt N' ist mit der Kathode einer Diode D 6 verbunden, deren Anode an einen Knotenpunkt N und die Anode einer Diode D 7 angeschlossen ist, deren Kathode mit einem Potential Vo verbunden ist Die Dioden D 6 und D 7 sind mit einem Bezugspotential Vo verbunden und als Vorspannungseinrichtung für den Knotenpunkt N dargestellt. Der Knotenpunkt N ist an die Anode einer Diode D 8 angeschlossen, deren Anode auch mit einer Stromquelle CS 2 verbunden ist, die an eine Spannungsquelle + V angeschlossen ist und einen Strom /0 liefert und deren Kathode mit dem Steueranschluß A 2 verbunden ist.
Der Ausgangsanschluß S wird durch eine nichtdargestellte geeignete Einrichtung, z. B. eine Widerstands-Brückenschaltung, auf einem festen Potential gehalten, für welches der Wert von V 0/2 gewählt wurde.
Der Stromgenerator liefert entsprechend dem an die Anschlüsse A 1 und A 2 angelegten Steuersignal Ströme mit dem Werte — /, + /oder Null. Im ersten Fall sind die beiden an die Anschlüsse A 1 und A 2 angelegten Steuersignale auf einem niedrigen Pegel (F i g. 1 A).
Wenn der Anschluß A1 auf einem niedrigen Signalpegel steht, leitet der Transistor Ti nicht und dadurch auch die Diode D 1 nicht. Wenn die Diode D i nicht leitet, kommt der durch die Stromsenke CS i gezogene Strom /0 vom Knotenpunkt M. Dieser Strom kommt von einem Strom /0-/, der durch die Diode D 2 zirkuliert, die direkt vorgespannt ist und daher leitet und von einem Strom /, der durch die Diode D 3 fließt, die ebenfalls direkt vorgespannt ist und daher leitet.
Es wird angenommen, daß die Dioden Di bis D 8 dieselbe Charakteristik aufweisen, was sich heutzutage durch Integrationstechnik leicht erreichen läßt. Mit VD ist der Spannungsabfall an den Anschlüssen der Dioden D1 bis D8 in leitendem Zustand bezeichnet. Es ist
VD= VAnode— VKathode,
worin V^n0* und VKathode das Anoden- bzw. Kathodenpotential derselben Diode bezeichnen. Wenn die Diode D2 leitet und ihre Anode Erdpotential aufweist, weist ihre Kathode aufgrund der Gleichung 1 das Potential - VD auf. Die Diode D 3 leitet und ihre mit der Kathode der Diode D 2 verbundene Kathode weist ebenfalls das Potential — VD auf und aufgrund der Gleichung 1 befindet sich ihre Anode auf Erd- oder Nullpotential und der Knotenpunkt yVTebenfalls. Wenn sich die Anode der Diode D4 auf Erdpotential befindet und ihre Kathode, die mit dem Ausgangsanschluß S verbunden ist, das Potential VO/2 aufweist, dann ist die Diode in Sperrichtung vorgespannt und leitet daher nicht. Somit fließt der gesamte durch die Diode D 3 fließende Strom /durch den Widerstand R.
Wenn ein niedriger Pegel am Anschluß A 2 anliegt, ist die Diode D 8 leitend und der durch die Stromquelle CS2 gelieferte Strom /0 fließt durcn die Diode DS zum AnsLliluß A 2. Der Knotenpunkt N befindet sich auf einem niedrigen Pegel, der sich vom niedrigen Pegel am Anschluß A 2 nur durch den Spannungsabfall zwischen den Anschlüssen der Diode D8 unterscheidet.
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