DE2524904A1 - Saegezahn-formerschaltung - Google Patents

Description

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Dr. - I..«. HANS RUSOMKÖ Dipl. -If.ς. OLT KUS-JHKe Dipl. i;v.h..;:c: t..^llU^.-;KE

ι it ι: ι? L ι π 33 Auguste-Viktoiia-StraUfl ©

Matsushita ElEctric Industrial Cpmpany, Limited, Kadoma, Osaka, Japan

Sänezahn-Formerschaltung

Zusammenfassung dar Offenbarung

Sägezahn-Forderschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß Ein Eingangssignal abwechselnd auf die BasiselEktrodEn sinss erstsn und eines zweiten Transistors gegeben uird, die einen Differenzverstärker darstellen, daß zwischen den Differenzverstärker und die BetriEbsspannungsquelle eine Schaltung eingefügt ist, die einen Stram fließen läßt, der dem im Hollektor des ersten Transistors fließenden Strom gleich oder proportional ist, und daß zwischen Masse und dem gemeinsamen Anschluß dieser Schaltung und des Differenzverstärkers ein KondEnsator liegt. Bei dieser Anordnung läßt der Lade- und der Entladevorgang des Kondensators sich mit dem Eingangssignal steuern.

Durch Verwendung einer Säqezahn-Formerschaltung, die auf diese Uteise aufgebaut ist, lassen sich stabile trapez- oder dreieckförmige liiellenzüge mit nur geringen Schwankungen in der ansteigenden bzw. fallenden Flanke erzeugen.

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sägezahn-Formerschaltung und insbesondere eine Sägezahn-Farmerschaltung, für die ein Differenzverstärker verwendet wird.

Die Fig. 1 zeigt die Schaltung einer herkömmlichen Anordnung zur Ausbildung einer Trapezwelle, bei der es sich um eine Art von SänezahnwElIe handelt. Die Widerstände 1, 2 bestimmen die Vorspannung, der Widerstand 3 den Wert des Konstantstroms. Ein Transistor k dient dazu, den Kondensator 5 mit dem durch den Widerstand 3 bestimmten Konstantstem zu laden, über einen Transistor 9, für den die Widerstände G, 7 die Vorspannung und ein Widerstand 8 den LJert des Konstantstroms festlegen, uird der Kondensator 5 mit dem vom Widerstand 8 bestimmten Konstantstram entladen. Die Bezugszahlen 1d, 11 bezeichnen Schalter, mit denen die Ladung und Entladung abwechselnd durchgeführt wird.

Das Bezugszeichen 12 bezeichnet eine Gleichspannungsquelle. Ulenn in dieser Schaltung der Schalter 1o geschlossen und der Schalter 11 geöffnet ist, fließt der Konstantstrom I. in den Kondensator 5 hinein und lädt ihn; ist andererseits der Schalter 11 geschlossen, während der Schalter 1α offen ist, entlädt der Kondensator 5 sich mit dem Konstantstrom I_?.

Nimmt man nun die liferte der Widerstände 1, 2, 3, 6, 7und 8 zu R₁, R„, R₃, R_ß, R₇ bzw. Rg an und vernachlässigt den Parameter tw der Transistoren if und 3 dann ergeben sich die Konstantströme I. und I₉ zu

R₁ +R₂ ^{+ V}BE>

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FL

Da die beiden Ströme I. und 1_? von zuiei getrennten Schaltungen erzeugt uerden, sind sie uegen der mangelnden Übereinstimmung unter den Widerständen 1, 2, 3, 6, 7 und B nur unter Schwierigkeiten gleich zu halten, iuenn man die Anordnung als integrierte Schaltung durchführt. Aus diesem Erunde sind die Steigungen der steigenden und der fallenden Flanke ungleich.

Es ist das erste Ziel der vorliegenden Erfindung, zur Lösung dieses Problems eine Sägezahn-Formerschaltung anzugeben, die stabile Trapez- dzuj. Dreieckspannungen mit nur geringen Schwankungen der steigenden und fallenden Flanke abgeben kann.

Das zuleite Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Sägezahn-Formerschaltung anzugeben, bei der die Steigung der steigenden und fallenden Flanken gleichzeitig und udllkürlich änderbar ist.

Diese Ziele lassen sich erreichen durch die Sägezahn-Formerschaltung nach der vorliegenden Erfindung, die einen ersten und einen zweiten Transistor, die zu einem Differenzverstärker verschaltet sind, eine an die Basiselektroden des ersten und des zueiten Transistors angeschlossene uOrspannungsquelle, die die Basisspannung und den Basisstrom dieser Transistoren bestimmt, eine Schaltschaltung, die das Eingangssignal aus der uOrspannungsquelle abwechselnd an den ersten und den zueiten Transistor legt, eine Hnnstantstramschaltung zwischen der BetriebsspannungsquelJe und den Kollektoren des Differenzverstär-

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mm Li. μ

kers, die im zweiten Transistor einen Strom gleich oder propoertional dem Hollektürstrom des ersten Transistars fließen läßt, und einen Kondensator zwischen Masse und dem gemeinsamen Anschluß der Honstantstromschaltung und des Differenzverstärkers aufweist, wodurch der Lade- bzw. Entladevorgang des Kondensators sich mit dem Eingangssignal steuern läßt.

Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung.

Fin. 1 ist eine Prinzipdarstellung einer herkömmlichen Schaltung zur Erzeugung von Trapezspannungen;

Fig. 2 ist eine Prinzipdarstellung des Aufbaus der Trapezspannungsschaltung nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Formerschaltuhg nach der vorliegenden Erfindung und

Fig. k ist ein Diagramm verschiedener UJellenformen für bestimmte Punkte der Schaltung nach Fig. 3.

Die Erfindung soll nun unter Bezug auf die Zeichnungen im einzelnen beschrieben werden.

Die Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Trapezspannungsformerschaltung nach der vorliegenden Erfindung. Der flnschluß 13 dient zur Zuführung des Betriebsstroms, der Anschluß 1*t ist ein Anschluß zum Anlegen einer Spannung oder eines Stromea. Die Bezugszeichen 15 und 1G bezeichnen Schalter und die Transistoren 17, 1B bilden einen Differenzverstärker.

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Hit dem BezugszeichEn 19 ist eine KonstantstramquEllE bEZEichnst, mit ctem Bezugszeichen 2o Eine Kanstantstroma,chaltung. Ein KondEnsator 21 dient als zu ladendes bzui. entladendes Element. Vom Anschluß 14 der Anordnung her tJErden nun είπε Spannung bzu. ein Strom abuechselnd übar die Schalter 15 und 16 auf die Basiselektroden dEr dsn Differenzverstärker bildenden Transistoren 17, gelegt. Schaltet der Transistor 17 durch, gilt für seinen Hollektorstrom I„

^h
I = I

1 ₊h_FE

Ist dsr ParamstEr fw des Transistors 17 ausreichEnd groß, gilt

I₂ = I₁ (2)

Strom I, bestimmt sich aus dem Aufbau dar Schaltung, die ermöglicht, daß Ein dsm HollEktorstrom I„ des Transistors 17 gleicher oder proportionaler Strom fließt.

Legt man diese Schaltung so aus, daß der Strom I., gleich dem HollEktarstrom Ip des Transistors 17 uird, gilt für den Strom I,, mit dem der Hondensator 21 geladen uird, aus der Gl. (2):

I₃ = I₁ (3)

Schaltet der Transistor 18 durch, ider der Entladestram I. gegeben durch

h_FE

h_FE

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Ist dEr Parameter hpr- für dEn Transistor 18 ausreichend groß, gilt

= I₁ (5)

Lagt man die Schaltung sd aus, daß der Hollektorstrom I„dBS Transistors 17
und dEr LadBstram I-, für dEn Kondensator 21 gleich sind, sind auch nach GIn. (3) und (G) der Ladestrom I, und der Entladestram I_L gleich, d.h.

I, » I₁ (6)

3 it

Es ist also immer möglich, den Ladestrom I, und den Entladestrom I₁ einander gleich zu machen.

Die Figuren 3 und k zeigen eine Trapezspannungsfarmerschaltung nach der warliegenden Erfindung und die Form der Wellenzüge an einigen ausgezeichneten
Punkten derselben.

In der Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 22 den Anschluß für die Betriebsspannung. Die Widerstände 23, 2*t, 25, 26 und 27 und die Dioden 28 und 29 sowie der Transistor 3d bilden denjenigen Schaltungsteil, mit dem die Vorspannung an die Basiselektroden der Transistoren 31, 32 gelegt uird, die den
Differenzverstärker darstellen.

Infolge der Anordnung aus den Widerständen 33, 3k und der Transistoren 35,
36 und 37 uerden die Transistoren 31, 32 des Differenzverstärkers abwechselnd von dem Eingangssignal geschaltet, das am freien Ende 38 des Widerstandes 3k liegt. Der Widerstand 39 bestimmt den Wert des Kanstantstroms.

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Die Transistoren Uo, W\ und U2 bilden eine Konstantstromschaitung und das Bezugszeichen W5 bezeichnet den Ladekondensatar. Das Ausnangssignal am Anschluß ^n wird über einen Transistor Mt und einen Widerstand it5 abgenommen.

Bei dieser Schaltungsanordnung lassen sich die Vorspannungen U und U an den Basiselektroden der Transistoren 31, 32, die den Differenzverstärker darstellen, kiie folgt ändern: Ist das über den Anschluß 38 eingegebene Eingangssignal auf niedrigem Pegel (wesentlich geringer als V_QE), sperren die Transistoren 35, 3G und ist der Transistor 37 durchgeschaltet. iMimmt man entsprechend U, und U zu dieser Zeit zu V. , und \J , an, gelten

^Ucl = ^D

und V = U_a-U_aE (B)

Hat man demgegenüber das Eingangssignal am Anschluß 38 einen hohen Pegel (wesentlich höher als U™-) hat, schalten die Transistoren 35, 36 durch und sperrt der Transistor 37.

Bezeichnet man nun U und U mit U und U „, gelten die Beziehungen:

v"_h2 = α do)

Aus diesen Beziehungen läßt sich ersehen, daß, iuenn das Eingangssignal am Eingangsanschluß 38 einen hohen Ulert hat, der Transistor 32 des Differenz-

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Verstärkers durchgeschaltet und der Transistor 31 gesperrt ist, während bei niedrinem Einnannspegel der Transistor 32 des Differenzverstärkers sperrt und der Transistor 31 durchgeschaltet ist. Nimmt man ä nun die für Ididerstände 23, 2^t und 39 die Uiderstandswerte R₉₃, R₉, bzw. R₃₉ an, ernibt sich die Ernitterspannung U, der Transistoren 31, 32 des Differenzverstärkers zu

= ^Ucl

Die Spannung U am gemeinsamen Anschluß des Widerstandes R₉-, und der Diode 28 ist

CU - V/ ) · R _k

₂₃

Aus den GIn. (11) und (12) folgt:

^R23

Der durch die Transistoren 31, 32 fließende Strom ist U₄ (U - U_n^) . R_n,

_{β =}

^{39 R}23

Infolge der Ueruendung der Anordnungen aus den PNP-Transistoren ha, hl und hZ werden der Strom I₂ im Kollektorkreis des Transistors 31 und der Lade-

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strüm I-, des Hnndensators 43 gleich, wenn der Parameter Iy^. der PIMP-Transistoren 4o, 41 und 42 ausreichend grc-ß ist. Folglich lassen der Ladestrom Ϊ-. und der EntladeEtrom I_; sich ausdrucken durch

^(U - ^UBE⁾ * ^R24 Ξ§ S£t (15)

Die Anstiegszeit mit t. und die Abfallzeit t„ der Trapezwelle am Ausnann werden also gleich, weobei mit C_H als dem Kapazitätswert des Kondensators 43 folgende Bezeichnungen gelten:

^CH · h ' ^CH

Es folgt also, daß der Ladestrom I-, und der Ladestrom I, unabhängig von Schuankungen der Spannung V infolge von Ungleichheiten der Widerstände 23

und 2M und Schwankungen des Honstantstroms 1, immer gleich sind; auch die AnstiegBaeit t. und die Abfallzeit t„ der Trapezspannung am Ausgang lassen sich also immer gleich halten. Wenn man nun an den Hollektor des Transistors 32 einen Kondensator hl und diesen über einen Transistor 48 nach Masse legt (Kollektor an den Kondensator, Emitter an Masse), läßt die Steigung der steinenden und der fallenden Flanke der Trapezuelle sich uillkürlich einstellen, indem man das Schaltsignal an die Basis des Transistors kl gibt. Die Schaltung läßt sich gleichermaßen zur Bildung einer Dreiecksspannung als einer Art von Sänezahn verwenden, nicht nur zur Bildung einer Trapezuielle.

Es ist also eine Schaltung angegeben worden, bei der die Spannung oder der Strom abwechselnd auf die Basiselektroden des ersten oder des zweiten Tran-

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sistars neneben werden, die einen Differenzverstärker darstellen. Eine weitere Schaltung zwischen der ßetriebsspannunnsquelie und dem Kollektor des zuleiten Transistors bewirkt einen Gtromfluß nleich ader nropartional dem Kallektarstrom des ersten Transistors. Am gemeinsamen Anschluß dieser Schaltung und des Hollektorkreises lieqt ein Kondensator, der mit einem Strom ne- bzw. entladen üärd, der gleich oder proportional dem Kollektorstroi.; ist, so daß sich stabile Sägezahn-, Trapez- und Dreieci:nspannunoen mit nieichen Iüzu. proportionalen Sägezahn-, Trapez- und Dreiecksspannnnren mit n!eichen bzui. proportionalen Anstiegs- und Abfallzeiten erzeugen lassen.

Während oben bevorzugte Ausführunnsfarmen der vorlienenden Erfindu.io beschrieben wurden, lassen an diesen sich verschiedene Anderunnen durchführen. Die folgenden Ansprüche sollen alle solchen Änderunnen umfassen, nie den Grundgedanken und -umfang der Erfinduno nicht verlassen.

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Claims (2)

1. Patentansprü ehe

   Λ.) SänEzahnspannunnsFormerschaltung mit ειπεπι ersten und

   εϊπεγπ zuieitEn Transistor, die einen Differenzverstärker darstellen, einer an die Basiselektroden des ersten und des zweiten Transistors angeschlossenen Uorspannunnsquelle, die den an die Transistoren zu legenden Strom bzw. die anzulegEnde Spannunn bestimmt, mit einer Schaltschaltung, die das Eingannssignal aus der V/orsnannunqsquelle abwechselnd auf den ersten und dEn zweiten Transistor schaltet, einer zwischen die Betriebsspannungsquelle und die Hollektoren des Differenzverstärkers gelegte Konstantstromschaltung, die im zweiten Transistor einen Strom gleich oder proportional dem Hollektorstrom des ersten Transistors fließen läßt, und mit einem zwischen Masse und dem gemeinsamen Anschluß der Konstantstromschaltung und des Differenzverstärkers liegenden Kondensator, bei der die Ladung und Entladung des Kondensators sich mit dem Eingangssignal steuern läßt.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der ein zweiter Kondensator an den gemeinsamen Anschluß der Konstantstromschaltung des Differenzverstärkers und eine zweite Schaltschaltunq υοη dem zweiten Kondensator nach Masse oelent sind.