DE2524904B2

DE2524904B2 - Saegezahnspannungsformerschaltung

Info

Publication number: DE2524904B2
Application number: DE19752524904
Authority: DE
Inventors: Kouichi Higashiosaka; Mizota Tacuo Kadoma; Takeda Kiyoshi Katano; Osaka; Aoki Kunio Toyama; Yamada (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-06-04
Filing date: 1975-06-02
Publication date: 1977-02-17
Also published as: DE2524904A1; GB1509385A; JPS50156348A; CA1024607A; AU8156975A; US4009398A

Description

Die Erfindung betrifft eine Sägezahnspannungsformerschaltung mit einem ersten und einem zweiten Transformator, die als Differenzverstärker geschaltet •ind, und mit einem mit dem Differenzverstärker verbundenen Konstantstromkreis zur Erzeugung stabiler Trapez- bzw. Dreiecksspannungen mit nur geringen Schwankungen der steigenden und fallenden Flanken bei gleichzeitiger und willkürlicher Änderbarkeit der Steigung letzterer.

Es ist eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer gleichschenkligen dreieckförmigen Spannung mit einem Differenzverstärker bekannt (DT-AS 1159013), wobei jedoch zwei sinusförmige Spannungen gleicher Amplitude und verschiedener Frequenz an die Basiselektroden der Transformatoren gelegt werden und die Wellenform des Eingangssignals auf eine bestimmte Art begrenzt ist.

Bei einer ähnlichen bekannten Schaltungsanordnung zur Erzeugung dreieckiger Spannungen mit einem Differenzverstärker (DT-AS 1290581) werden die dreieckige Wellenform unabhängig vom Eingangssignal erzeugt, und eine Konstantstromquelle in einem Komparator wird zur Strombegrenzung in der Schaltung auf einen bestimmten Wert benutzt.

Bekannt ist ferner eine Schaltung zur Bildung einer Trapezwelle (vgl. Fig. 1 der Zeichnung), wobei ungleiche Steigungen der steigenden und der fellenden Flanken der Trapezwelle erzeugt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sägezahnformerschaltung gemäß der eingangs erwähnten Art derart zu gestalten, daß stabile Trapez- bzw. Dreiecksspannungen mit nur geringen Schwankungen der steigenden und fallenden Flanken bei gleichzeitiger and willkürlicher Änderbarkeit der Steigung

ίο der Flanken erzeugbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Vorspannungsquelle an die Basiselektroden des ersten und des zweiten Transformators angeschlossen ist, die den an letztere gelegten Strom

und die angelegte Spannung bestimmt, daß mit dem Differenzverstärker ein Schaltkreis verbunden ist, der abwechselnd den Basisstrom und die Basisspannung aus der Vorspannungsquelle auf den ersten und zweiten Transformator schaltet, daß der Konstant-Stromkreis zwischen einer Betriebsspannungsquelle und den Kollektoren des Differenzverstärkers geschaltet ist und im zweiten Transformator einen Strom gleich oder proportional dem Kollektorstrom des ersten Transformators fließen läßt, und daß zwischen Masse und dem gemeinsamen Anschluß des Konstantstromkreises und des Differenzverstärkers ein Kondensator liegt, wobei die Ladung und Entladung des Kondensators durch den Strom und die Spannung der Vorspannungsquelle steuerbar ist.

Vorteilhafterweise zeichnet sich die erfindungsgemäße Schaltung weiterhin dadurch aus, daß ein zweiter Kondensator an den gemeinsamen Anschluß des Konstantstromkreises und des Differenzverstärkers und ein zweiter Schaltstromkreis vom zweiten Kondensator nach Masse geschaltet sind.

Vorteilhafterweise lassen sich stabile Sägezahn,

Trapez- und Dreieckspannungen mit gleichen bzw. proportionalen Anstiegs- und Abfallzeiten erzeugen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung. In letzterer sind

F i g. 1 eine Prinzipdarstellung der obengenannten herkömmlichen Schaltung zur Erzeugung von Trapezspannungen,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Aufbaus der Sägezahnspannungsformerschaltung nach der Erfindung,

F i g. 3 eine Ausführungsform der Formerschaltung nach der Erfindung und

F i g. 4 ein Diagramm verschiedener Wellenformen für bestimmte Punkte der Schaltung nach Fig. 3.

Die F i g. 1 zeigt die Schaltung einer herkömmlichen

Anordnung zur Ausbildung einer Trapezwelle, bei der es sich um eine Art von Sägezahnwelle handelt. Die Widerstände 1, 2 bestimmen die Vorspannung, der Widerstand 3 den Wert des Konstantstroms. Ein Transistor 4 dient dazu, den Kondensator 5 mit dem durch den Widerstand 3 bestimmten Konstantstrom zu laden. Über einen Transistor 9, für den die Widerstände 6, 7 die Vorspannung und ein Widerstand 8 den Wert des Konstantstroms festlegen, wird der Kondensator 5 mit dem vom Widerstand 8 bestimmten Konstantstrom entladen. Mit Schaltern 10, 11 wird die Ladung und Entladung abwechselnd durchgeführt.

Weiter ist eine Gleichspannungsquelle 12 vorgesehen. Wenn in dieser Schaltung der Schalter 10 geschlossen und der Schalter 11 geöffnet ist, fließt der

KoEStantstrom Z₁ in den Kondensator 5 hinein und lädt ihn; ist andererseits der Schalter 11 geschlossen während der Schalter 10 offen ist, entlädt der Kondensator 5 sich mit dem Konstantste α I₂.

Nimmt man nun die Werte der Widerstände 12 3 6, 7 und 8 zu A₁, R₂, R₃, R₆, R₁ bzw. R₈ an' und vernachlässigt den Stromverstärkungsgrad h_FE der Transistoren 4 und 9, d. h. das Verhältnis des Siroms des Ausgangssfgnals zum Strom des Basiseingangssignals, dann ergeben sich die Konstantströme J₁ und I₂ zu

I₂ = I₁

h„:

''FE

(D

Ist der Stromverstärkungsgrad h_FE des Transistors 17 ausreichend groß, gilt

Z₂ = I₁ .

(2)

geladen wird, aus der Gl. (2):
'3 = h

Dabei ist V_BE der Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter. Da die beiden Ströme /, und I₂ von zwei getrennten Schaltungen erzeugt werden, sind sie wegen der mangelnden Übereinstimmung unter den Widerständen 1, 2, 3, 6, 7 und 8 nur unter Schwierigkeiten gleich zu halten, wenn man die Anordnung als integrierte Schaltung durchführt. Aus diesem Grunde sind die Steigungen der steigenden und der fallenden Flanke ungleich.

Die F i g. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Sägezahnspannungsformerschaltung nach der Erfindung. Der Anschluß 13 dient zur Zuführung des Betriebsstroms und der Anschluß 14 zum Anlegen einer Spannung oder eines Stromes. Schalter 15 und 16 sind vorgesehen, und Transistoren 17 und 18 bilden einen Differenzverstärker.

Weiterhin sind eine Konstantstromquelle 19 und eine Konstantstromschaltung 20 vorgesehen. Ein Kondensator 21 dient als zu ladendes bzw. entladendes Element. Vom Anschluß 14 der Vorrichtung her werden nun eine Spannung bzw. ein Strom abwechselnd über die Schalter 15 und 16 auf die Basiselektroden der den Differenzverstärker bildenden Transistoren 17, 18 gelegt. Schaltet der Transistor 17 durch, gilt für seinen Kollektorstrom I₂

Schaltet der Transistor 18 durch, wird der Entladestrom Z₄ gegeben durch

Z₄=Z₁

1 +h_f

Ist der Stromverstärkungsgrad h_FE für den Transistor 18 ausreichend groß gilt

U = h-

Legt man die Schaltung so aus, daß der Kollektorstrom Z₂ des Transistors 17 und der Ladestrom Z₃ fur den Kondensator 21 gleich sind, sind auch nach GIn. (3) und (6) der Ladestrom Z₃ und der Entladestrom Z₄ gleich, d. h.

Der Strom Z₃ bestimmt sich aus dem Aufbau der Schaltung, die ermöglicht, daß ein dem Kollektorstrom I₂ des Transistors 17 gleicher oder proportionaler Strom fließt.

Legt man diese Schaltung so aus, daß der Strom /₃ gleich dem Kollektorstrom I₂ des Transistors 17 wird, gilt für den Strom Z₃, mit dem der Kondensator 21 h = U ■

Es ist also immer möglich, den Ladestrom Z₃ und den Entladestrom Z₄ einander gleich zu machen.

Die Fig 3 und 4 zeigen eine Trapezspannungs formerschaltung nach der vorliegenden Erfindung und die Form der Wellenzüge an einigen ausgezeichneten Punkten derselben.

An den Anschluß 22 der Fig. 3 wird die Betriebsspannung gelegt. Die Widerstände 23, 24, 25, 26 und 27 und die Dioden 28 und 29 sowie der Transistor 30 bilden denjenigen Schaltungsteil, mit dem die Vorspannung an die Basiselektroden der Transistoren 31, 32 gelegt wird, die den Differenzverstärker darstellen. Infolge der Anordnung aus den Widerständen 33, 34 und der Transistoren 35, 36 und 37 werden die Transistoren 31, 32 des Differenzverstärkers abwechselnd von dem Eingangssignal geschaltet, das am freien Ende 38 des Widerstandes 34 liegt. Der Widerstand 39 bestimmt den Wert des Konstantstroms.
Die Transistoren 40,41 und 42 bilden eine Konstant-Stromschaltung, und das Bezugszeichen 43 bezeichnet den Ladekondensator. Das Ausgangssignal am Anschluß 46 wird über einen Transistor 44 und einen Widerstand 45 abgenommen.
Bei dieser Schaltungsanordnung lassen sich die Vorspannungen V_b und V_c an den Basiselektroden der Transistoren 31, 32, die den Differenzverstärker darstellen, wie folgt ändern: Ist das über den Anschluß 38 eingegebene Eingangssignal auf niedrigem Pegel (wesentlich geringer als der Spannungsabfall V_BE zwisehen Emitterelektrode und Basiselektrode), sperren die Transistoren 35, 36 und ist der Transistor 37 durchgeschaltet. Nimmt man entsprechend V_b und V_c zu dieser Zeit zu V_bl und V_cl an, gelten

K₁ = 0

und

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

Bezeichnet man nun V_h und V_c mit V_h2 und V_c2, gelten die Beziehungen

K₂ = K-KlE.

κ, = ο.

(9)
(10)

Aus diesen Beziehungen läßt sich ersehen, daß, wenn das Eingangssignal am Eingangsanschluß 38 einen hohen Wen hat, der Transistor 32 des Difierenzverstärkers durchgeschaltet und der Transistor 31 gesperrt ist, während bei niedrigem Eingangspegel der Transistor 32 des Differenzverstärkers sperrt und der Transistor 31 durchgeschaltet ist. Nimmt man nun die für Widerstände 23, 24 und 39 die Widerstandswerte R₂₃, R_2A. bzw. A₃₉ an, ergibt sich die Emitterspannung V_d der Transistoren 31, 32 des Differenzverstärkers zu

= K₁-KlE
= K-2KlE

= v_b

_b2

^rBE

Die Spannung V_a am gemeinsamen Anschluß des Widerstandes R₂₃ und der Diode 28 ist

ν.=

Bh

Aus den Gin. (11) und (12) folgt

(12)

(13)

Der durch die Transistoren 31, 32 fließende Strom

₃₉

R₂₃ +

(14)

Infolge der Verwendung der Anordnungen aus den PNP-Transistoren 40,41 und 42 werden der Strom I₂ im Kollektorkreis des Transistors 31 und der Ladestrom /₃ des Kondensators 43 gleich, wenn der Parameter h_FE der PNP-Transistoren 40, 41 und 42 ausreichend groß ist. Folglich lassen der Ladestrom I₃ und der Entladestrom U sich ausdrücken durch
(V-V_BE)-R_M

I₃ = U =

R,, + R

(15)

24

Die Anstiegszeit mit i, und die Abfallzeit X₂ der Trapezwelle am Ausgang werden also gleich, wobei mit C₁₁ als dem Kapazitätswert des Kondensators 43 folgende Bezeichnungen gelten:

V-2V,

BE _

V-2V₁

BE

(16)

Es folgt also, daß der Ladestrom I₃ und der Lade-

strom U unabhängig von Schwankungen der Spannung V_a infolge von Ungleichheiten der Widerstände 23 und 24 und Schwankungen des Konstantstroms /, immer gleich sind; auch die Anstiegszeit J₁ und die Abfallzeit f₂ der Trapezspannung am Ausgang lassen

sich also immer gleich halten. Wenn man nun an den Kollektor des Transistors 32 einen Kondensator 47 und diesen über einen Transistor 48 nach Masse legt (Kollektor an den Kondensator, Emitter an Masse), läßt die Steigung der steigenden und der fallenden

Flanke der Trapezwelle sich willkürlich einstellen, indem man das Schaltsignal an die Basis des Transistors 47 gibt. Die Schaltung läßt sich gleichermaßen zur Bildung einer Dreieckspannung als einer Art von Sägezahn verwenden, nicht nur zur Bildung einer Trapezwelle.

Es ist also eine Schaltung angegeben worden, bei der die Spannung oder der Strom abwechselnd auf die Basiselektroden des ersten oder des zweiten Transistors gegeben werden, die einen Differenzverstärker dar-

stellen. Eine weitere Schaltung zwischen der Betriebsspannungsquelle und dem Kollektor des zweiten Transistors bewirkt einen Stromfluß gleich oder proportional dem Kollektorstrom des ersten Transistors. Am gemeinsamen Anschluß dieser Schaltung und des Kpllektorkreises liegt ein Kondensator, der mit einem Strom ge- bzw. entladen wird, der gleich oder proportional dem Kollektorstrom ist, so daß sich stabile Sägezahn-, Trapez- und Dreiecksspannungen mit gleichen bzw. proportionalen Anstiegs- und Abfallzeiten erzeugen lassen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnuneen

803

Claims

Patentansprüche:

1. Sägezahnspannungsformerschaltung mit einem ersten und einem zweiten Transformator, die als Differenzverstärker geschaltet sind, und mit einem mit dem Differenzverstärker verbundenen Kontaktstromkreis zur Erzeugung stabiler Trapez- bzw. Dreieckspannungen mit nur geringen Schwankungen der steigenden und fallenden Flanken bei gleichzeitiger und willkürlicher Änderbarkeit der Steigung letzterer, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorspannungsquelle an die Basiselektroden des ersten und des zweiten Transformators (15, 16, 31, 32) angeschlossen ist, die den an letztere gelegten Strom und die angelegte Spannung bestimmt, daß mit dem Differenzverstärker ein Schaltkreis (15, 16, 35, 36, 37) verbunden ist, der abwechselnd den Basisstrom und die Basisspannung aus der Vorspannungsquelle auf den ersten und den zweiten Transformator (15,16,31,32) schaltet, daß der Konstantstromkreis (20) zwischen einer Betriebsspannungsquelle und den Kollektoren des Differenzverstärkers geschaltet ist und im zweiten Transformator einen Strom gleich oder proportional dem Kollektorstrom des ersten Transformators fließen läßt, und daß zwischen Masse und dem gemeinsamen Anschluß des Konstantstromkreises und des Differenzverstärkers ein Kondensator (21, 43) liegt, wobei die Ladung und Entladung des Kondensators (21,43) durch den Strom und die Spannung der Vorspannungsquelle steuerbar ist.

2. Sägezahnspannungsformerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kondensator an den gemeinsamen Anschluß des Konstantstromkreises und des Differenzverstärkers und ein zweiter Schaltstromkreis vom zweiten Kondensator nach Masse geschaltet sind.