DE2439055A1

DE2439055A1 - Nichtlineare netzwerke

Info

Publication number: DE2439055A1
Application number: DE2439055A
Authority: DE
Inventors: Hung Wah Anthony Lau
Original assignee: Solartron Electronic Group Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1973-08-21
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1975-02-27
Also published as: GB1485116A; US3961206A; FR2241925B1; NL7410277A; JPS5074354A; FR2241925A1

Description

Be schre ibung • zum Patentgesuch

der Firma The Solartron Electronic Group Limited, Victoria Road, Farnborough, Hampshire / England

betreffend:

"Nichtlineare Netzwerke"

Die vorliegende Erfindung betrifft nichtlineare Netzwerke und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich" Funktionsgeber.

Die Vorgänge der Frequenzmultiplikation, Division, Mischung usw., die zur Erzeugung stabiler Signale verwendet werden, enthalten allgemein ein Signal, das die erforderliche Grundfrequenz, jedoch einen hohen Oberwellenanteil aufweist,beispielsweise eine Rechteckwelle.

Tiefpaßfilter sind verwendet worden, um den Oberwellenanteil derartiger Signale zu reduzieren, jedoch ist eine variable Grenzfrequenz, wie sie in einem Breitbandsigna lgenerat or erforderlich sein würde, nicht ohne weiteres mit einer schnellen Dämpfung oberhalb der Grenzfrequenz kombinierbar.

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Andererseits ist die direkte Formung einer Rechteckwelle durch Funktionsgeber bekannt, jedoch erfordert dies allgemein Funktionsverstarker, so daß dies auf Frequenzen unterhalb von loo kHz durch Inbetrachtziehung des Phasenabgleichs beschränkt bliebe. Üblicherweise wird eine Rechteckwelle durch einen Integrator integriert, um eine dreieckige Wellenform zu erhalten, die dann mittels eines Diodenfunktionsgebers geformt wurde.

Jedoch liefern bekannte Diodenfunktionsgeber nicht den weiten Steilheitsbereich der Übertragungsfunktionscharakteristik, der benötigt wird, um Diskontinuitäten auf Spitzen der Ausgangswellenform zu vermeiden. Wenn die Steilheit der Übertragungscharakteristik an den Grenzen ihres Bereichs im Vergleich mit ihren Werten im mittleren Bereich nicht sehr klein ist, ergeben Diskontinuitäten an den Grenzen der Eingangswellenform Diskontinuitäten an den Grenzen der Ausgangswellenform. Eine Dreieckswelle wird beispielsweise eine Sinuswelle liefern, die eher spitze als gerundete Scheitel aufweist.

Es ist ferner wichtig, daß die Amplitude des Eingangssignals für einen Funktionsgeber von Scheitel zu Scheitel die Grenzen ihres Bereichs erreicht, diese jedoch nicht überschreitet, wenn die geforderte Form erreicht werden soll, ohne daß beispielsweise eine übermäßige Abflachung der Scheitel einer Sinuswelle auftritt.

Unter Berücksichtigung dieser Probleme wird erfindungsgemäß ein nichtlineares Netzwerk zur Verwendung in einem Funktionsgeber vorgeschlagen, das gekennzeichnet ist durch einen ersten und zweiten Anschluß und einen ersten und einen zweiten Transistor, die zwischen den beiden Anschlüssen in Parallelkreisschaltung angeordnet sind, und einen ersten und zweiten nichtlinearen SchaIt-

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kreis, die entsprechend zwischen der Basis und dem Kollektor des entsprechenden Transistors angeordnet sind, so daß der eine oder der andere dieser Transistoren fortschreitend leitend wird, wie der Absolutwert eines Eingangssignals, das an die beiden Anschlüsse angelegt wird, eine vorbestimmte Größe übersteigt, wobei der dynamische Widerstand, der durch das Netzwerk dargestellt wird, fortschreitend abnimmt.

Die Erfindung betrifft ferner einen Funktionsgeber zum Umformen von Rechteckwellen in Sinuswellen, der gekennzeichnet ist durch Mittel zum Kpnvertieren eines Rechteckwelleneingangssignals in ein Dreieckwellensignal, ein nichtlineares Netzwerk der vorgenannten Art und Mittel zum Aufbringen des Dreiecksignals auf die beiden Anschlüsse des Netzwerks, um ein sinusförmiges Ausgangesignal zu erzeugen, wobei die Mittel zum Integrieren einen Integrierkondensator aufweisen, der derart geschaltet ist, daß er Stromimpulse von einem Schalttransistor erhält, der durch das Rechteckwelleneingangssignal geschaltet wird, eine Bezugssignalquelle und einen RuckkopplungskreJs, der ein Signal entsprechend der Amplitude des Dreieckwellensignals und das Bezugssignal aufnimmt und einen Ausgang zum Einstellen der Amplitude von Stromimpulsen liefert, die durch den Schalttransistor geliefert werden, um die Amplitude des Dreieckwellensignals im wesentlichen konstant zu halten.

Vorteilhafterweise wird die Amplitude der Stromimpulse, die von dem Schalttransistor geliefert werden, durch Veränderung der Vorspannung am Transistor variiert, Ferner können die Mittel zum Integrieren temperaturab-

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hängige Mittel aufweisen, so daß die Amplitude des Dreieckwellensignals entsprechend der Temperatur reguliert werden kann, um Änderungen des dynamischen Widerstandes des Netzwerks mit der Temperatur zu kompensieren.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den beigefügten Abbildungen dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Funktionsgenerator zur Umwandlung einer Rechteckwellen- in eine Sinuswellenfunktion mit einem nichtlinearen zwei Anschlüsse aufweisenden Netzwerk.

Fig. 2 zeigt Wellenformen an verschiedenen Punkten im Funktionsgenerator von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Charakteristiken des mit

zwei Anschlüssen versehenen Netzwerks von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt einen Eingang 2 für ein Reckteckwelleneingangssignal, der über einen Kondensator 4 mit der Basis 6 eines Transistors 8 verbunden ist, dessen Emitter Io über eine reihengeschaltete Diode 12 mit der Erde verbunden ist. Der Kollektor 14 des Transistors 8 ist mit dem Kollektor 16 eines Transistors 18 verbunden, dessen Emitter mit einer Spannungsquelle 2o und dessen Basis 21 mit der Spannungsquelle 2o über einen parallel geschalteten Kondensator

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und einen Widerstand 24 verbunden ist. Der Kollektor 14 ist über einen Widerstand 26 mit einem integrierenden Kondensator 28 verbunden, dessen anderer Anschluß geerdet ist. Der Verbindungspunkt 29 von Kondensator 28 und Widerstand 26 ist über einen Widerstand 3o mit der Basis 31 eines Darlington-Paars 32 verbunden, dessen Kollektor 34 mit der Spannungsquelle 2o verbunden und dessen Emitter 36 über einen Widerstand 38 geerdet ist.

Der Emitter 36 ist ferner über einen Widerstand 4o mit der Basis 21 des Transistors 18 und über einen Kopplungskondensator 42 mit der Basis 43 eines Transistors 44 verbunden. Der Emitter 46 des Transistors 44 ist über einen Widerstand 48 geerdet. Ein Widerstand 50 ist zwischen seine Basis 43 und den Emitter 46 geschaltet. Ein Widerstand 52 ist zwischen der Basis 43 und der Spannungsquelle 2o und ein Widerstand 54 zwischen dem Kollektor 56 des Transistors 44 und der Spannungsquelle 2o geschaltet.

Der Kollektor 56 ist über einen Kopplungskondensator 58 mit einem Ausgang 60 verbunden. Ein nichtlineares Netzwerk 62 mit zwei Anschlüssen ist zwischen dem Ausgang 60 und der Erde geschaltet. Das Netzwerk 62. weist einen NPN-Transistor 64 und einen PNP-Transistor 66 auf, wobei jeder entsprechende Transistor mit seinem Emitter geerdet ist, während sein Kollektor mit dem Ausgang 60 und seine Basis mit einem Verbindungspunkt 68 verbunden ist. Der Verbindungspunkt 68 ist mit dem Ausgang 60 über einen Widerstand 70 verbunden, der parallel mit Schottky-Dioden 72 und 74 geschaltet ist, die umgekehrt miteinander verbunden sind. Der Verbindungspunkt 68 ist ferner über seriengeschaltete Widerstände 76 und 78 geerdet; zwei Schottky-Dioden 80, 82 sind umgekehrt miteinander verbunden und

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parallel über den Widerstand 78 geschaltet, wobei jede einen geerdeten Anschluß aufweist. Ein Widerstand 83 ist zwischen dem Ausgang 60 und der Erde geschaltet.

Der Emitter 36 des Darlington-Paars 32 ist über einen Kopplungskondensator 84 mit dem Anschluß eines Widerstandes 86, dessen anderer Anschluß geerdet ist, und einer Schottky-Diode 88 verbunden; der andere Anschluß der Diode 88 ist über einen Kondensator 90 geerdet und mit dem invertierenden Eingang 92 eines Verstärkers 94 verbunden, der einen nicht invertierenden Eingang 96 und einen Ausgang 98 aufweist. Ein Kondensator loo ist zwischen dem invertierenden Eingang 92 und dem Ausgang 98 angeordnet, während der Eingang 96 mit einer Bezugspotentialquelle V _f Io2 verbunden ist. Der Ausgang 98 ist über einen Widerstand Io4 mit der Basis 6 des Transistors 8 verbunden.

Der Transistor 18 ist daher derart geschaltet, daß er wie ein Stromspiegel für den Transistor 8 wirkt und hierbei einen hohen Quellwiderstand zum Treiben von Stromimpulsen in den Kondensator 28 liefert, der die Rechteckimpulse integriert, um eine Dreieckwellenform zu liefern. Das Darlington-Paar 32 ist derart geschaltet, daß es einen niedrigen Impedanzausgang am Punkt liefert, der repräsentativ für die Dreieckwellenform ist, die am Kondensator 28 erscheint. Eine Rückkopplungsschleife wird über den Kondensator 84, die Diode 88, den Verstärker 94 und den Widerstand Io4 entsprechend dem Scheitelwert des Signals am Emitter 36 gebildet; dieser Scheitelwert wird mit V _ef. Io2 verglichen, und der Verstärker 94 stellt die Stromverstärkung des Transistors 8 und auf diese Weise die Amplitude der

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Stromimpulse von dem integrierenden Kondensator 28 derart ein, daß der Scheitelwert des Signals am Emitter 36 über einen ausgedehnten Frequenzbereich der Impulse, die auf den Eingang 2 gegeben werden, konstant gehalten werden. Die Diode 88 ist temperaturempfindlich, so daß die Amplitude des Dreieckwellensignals am Emitter 36 geringfügig mit steigender Temperatur reduziert wird. Dies hat den Effekt einer Reduzierung der Steuerspannung, die auf das Netzwerk 62 gegeben wird, um auf diese Weise den Temperaturkoeffizienten des dynamischen Widerstandes des Netzwerkes 62 zu kompensieren.

♦ Der Transistor 44 wirkt als Steuerkreis für das Netzwerk 62, mit dem er über einen Kopplungskondensator 58 verbunden ist. Das Netzwerk 62 ist im Betrieb symmetrisch, wobei sein Widerstand zu Beginn durch die in Serie geschalteten Widerstände, 70, 76 und 78 bestimmt wird, wobei der dynamische Widerstand fortschreitend geringer wird, wenn erstens eine der Dioden 80 oder 82 abhängig von der Polarität des AusgangsSignaIs am Ausgang 60 und dann eine der Dioden 72 oder "Jk leitet; schließlich wird einer der Transistoren 64 oder 66 fortschreitend leitender, wodurch der dynamische Widerstand des Funktionsgenerators an den Grenzen seines vorbestimmten Bereichs weiter reduziert wird.

In Fig. 2 (a) ist eine Rechteckwelle gezeigt, die das Eingangssignal am Eingang 2 und die Stromimpulse darstellt, die von dem Kollektor 14 auf den Kondensator 28 gegeben werden.

Fig. 2 (b) zeigt die Dreieckspannungswellenform, die am Kondensator 28 als Ergebnis der Integration der Rechteckstromimpülse erscheint. Die gleiche

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Wellenform stellt die Spannung am Emitter 36 und den Strom im Transistor 44 dar.

Fig. 2 (c) zeigt die Spannungswellenform, die am Ausgang 60 erscheint, wobei die Stromwellenform von Fig. 2 (b) durch die Nichtlinearitäten des Netzwerks 62 modifiziert worden sind.

Fig. 3 zeigt Charakteristiken des Netzwerks 62; Fig. 3 (a) zeigt den dynamischen Widerstand des Netzwerks 62, der für große Auswanderungen des positiven oder negativen Stroms sehr klein ist, wenn einer der Transistoren 64, 62 leitend ist, der jedoch relativ groß bei kleinen Strömen ist, wo er dem Wert der Widerstände 70, 76, 78, die in Serie geschaltet sind, entspricht.

Fig. 3 (b) zeigt die Übertragungscharakteristik zwischen der Ausgangsspannung V am Ausgang 60 und der Eingangsstromwellenform, die von dem Kollektor 56 geliefert wird. Für die Dreieckwelle von Fig. 2 (b), die in die Sinusform von Fig. 2 (c) konvertiert werden soll, sollte die Übertragungscharakteristik von Fig. 3 (b) in

tr + η* ihrer Form über den Bereich von - g bis ~ der Kurve

sin χ und die von Fig. 3 (⁸O im selben Bereich cos χ entsprechen.

Die Amplitude des an das Netzwerk 62 angelegten Signals, die von der Amplitude des Signals am Emitter des Darlington-Paars 32 abhängig 1st, wird durch die Spannungsbezugsquelle Io2 derart eingestellt, daß die Auswanderungen von Scheitel zu Scheitel des Eingangssignals kx zum Netzwerk 62 Werten von χ von ~ - bis ⁺ ^" in Fig. 3 entsprechen.

Patentansprüche; 509809/0855

Claims

Patentansprüche

Iy Symmetrisches nichtlineares Netzwerk zur Verwendung in einem Funktionsgenerator mit einem ersten und einem zweiten Anschluß und einem ersten und einem zweiten Transistor, die zwischen den beiden Anschlüssen in Parallelkreisschaltung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis jedes entsprechenden Transistors (64, 66) mit dem gleichen Ausgang (6o) wie der Kollektor hiervon durch ein nichtlineares Netzwerk (7o, 72, 74) verbunden ist, so daß der eine oder andere Transistor (64, 66) fortschreitend gleitender wird, wie die EingangsSignaIe eine vorbestimmte Größe übersteigen.
2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis jedes entsprechenden Transistors (64, 66) mit dem gleichen Anschluß (Io8) wie der Emitter des entsprechenden Transistors durch ein nichtlineares Netzwerk (76, 78, 8o, 82). verbunden ist.
3. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der linearen Netzwerke eine Diode (72, 74, 8o, 82) aufweist, die geeignet ist, eine niedrigere Durchlaßspannung als diejenige der Basisemitterverbindung des entsprechenden Transistors (64, 66) zu führen.
4. · Netzwerk nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (72, 74) eine Schottky-Diode ist.
5. Funktionsgenerator zum Umformen von Rechteckwellen

in Sinuswellen mit Mitteln zum Integrieren zum Umformen eines Rechteckwelleneingangssignals in ein Dreieckwellensignal, ein nichtlineares Netzwerk und Mittel zum Aufbringen des Dreiecksignals auf das Netzwerk, um ein sinusförmiges Ausgangssignal zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare

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Netzwerk (62) entsprechend den Ansprüchen 1-4 ausgebildet ist und die Mittel zum Integrieren einen integrierenden Kondensator (28) aufweisen, der derart geschaltet ist, daß er Stromimpulse von einem Schalttransistor (8) empfängt, der durch das Rechteckwelleneingangssignal geschaltet wird, daß eine Bezugssignalquelle (Io2) und ein Rückkopplungskreis (88, 9o, 9^, loo) vorgesehen sind, die ein Signal entsprechend der Amplitude des Dreieckwellensignals und das Bezugssignal empfangen und einen Ausgang zum Einstellen der Amplitude der Stromimpulse liefern, die von dem Schalttransistor (8) geliefert werden, so daß die Amplitude des Dreieckwellensignals vor seiner Aufbringung auf das Netzwerk (62) im wesentlichen konstant gehalten wird.
6. Funktionsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Stromimpulse, die von dem Schalttransistor (8) geliefert werden, durch Veränderung des Vorspannungsstroms an der Basis (6) des Transistors (8) variierbar ist.
7. Punktionsgenerator nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Integrieren temperaturkompensierende Mittel (88) zum Einstellen der Amplitude des Dreieckwellensignals entsprechend der Temperatur aufweisen, um Veränderungen des dynamischen Widerstandes des Netzwerks (62) durch die Temperatur zu kompensieren.
8. Funktionsgenerator nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Kompensieren der Temperatur eine Halbleiterdiode (88) aufweisen, die in einem Gleichrichterkreis angeordnet ist, der derart geschaltet ist, daß er das Dreieckwellensignal empfängt und einen entsprechenden Ausgang hierzu liefert.

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9. . Funktionsgenerator nach einem der Ansprüche 5-8, dadurch gekennzeichnet,daß er einen Stromspiegelkreis aufweist, der mit dem Kollektor (14) des Schalttransistors (8) verbunden ist, in dem der Strom, der durch den Stromspiegelkreis abgenommen wird, durch Einstellung der Vorspannung an einem darin befindlichen Transistor (18) variierbar ist, so daß die mittlere Spannung an Ausgang (14) des Schaittransistors (7) im wesentlichen konstant gehalten wird.

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