DE2737432A1

DE2737432A1 - Integratorschaltung mit begrenzung

Info

Publication number: DE2737432A1
Application number: DE19772737432
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Falke; Werner Dipl Ing Huettemann
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Priority date: 1977-08-19
Filing date: 1977-08-19
Publication date: 1979-03-01
Also published as: JPS6042519Y2; FR2400799B1; GB2002985B; FR2400799A1; DE2737432B2; GB2002985A; DE2737432C3; JPS5438456U; US4228366A

Description

Int. Az.: DT 46 ^ 17. August ]9 77

Hewlett-Packard GmbH

INTEGRATORSCHALTUNG MIT BEGRENZUNG

Die Erfindung betrifft eine Integratorschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Integratorschaltungen werden zum Beispiel für die Formung von Impulsen benutzt. Es lassen sich dadurch Anstiegs- und Abfal1 flanken mit vorgegebenen Steigungen erzeugen. Zwischen den beiden Flanken liegt ein Bereich konstanter Spannung, welche durch die Begrenzung vorgegeben ist.

Die Begrenzung läßt sich im wesentlichen auf zwei Wegen erreichen. Bei der aktiven Begrenzung wird nach Erreichen der Begrenzungsspannung ein Regelkreis aktiviert, der die Spannung am Kondensator konstant hält. Die Verstärkung des Regelkreises muß dabei klein gehalten werden, damit der Regelkreis schnell einschwingt. Das bedeutet aber, daß die Begrenzungsspannung nicht konstant ist und daß die Differenz zwischen dem Begrenzungseinsatz und dem Begrenzungsendwert relativ groß ist.

Bei der passiven Begrenzung wird eine Klemmschaltung mit Dioden verwendet, welche nach Erreichen der Klemmspannung den zuvor dem Kondensator zugeführten konstanten Strom aufnimmt. Die den Dioden eigentümliche Strom/Spannungscharakteristik führt jedoch dazu, daß beim Übergang von der konstanten Klemmspannung auf die abfallende Flanke (Entladen des Kondensators) ein Spannungssprung entsteht, wodurch die Impulsform unsauber wird. Diesen Spannungssprung kann man zwar dadurch beseitigen, daß man den Impuls durch eine zusätzliche Begrenzerschaltung laufen läßt, die den unsauberen Teil des Impulses abschneidet. Das hat aber wiederum den Nachteil, daß bei Änderung der Steigung der ansteigenden und/ oder abfallenden Flanke sich die Dauer des Abschnittes kon-

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stanter Spannung ändert. Dieser Abschnitt soll aber bei vielen Anwendungsfällen eine konstante Länge haben, auch wenn die Flankensteigung verstellt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Integratorschaltung zu schaffen, die mit einer Dioden enthaltenden Begrenzungseinrichtung arbeitet und saubere Übergänge zwischen den Flanken und dem Abschnitt konstanter Spannung liefert, ohne daß eine Veränderung der Dauer des Abschnittes konstanter Spannung auftritt, wenn die Flankensteigung.verändert wird. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Die Abtrennung der Begrenzungseinrichtung vermeidet Effekte, die auf der Strom/Spannungskennlinie der Diode beruhen, insbesondere also den unerwünschten Spannungssprung.

Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig- 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Integrators ;
Fig. 2 den Verlauf der Ausgangsspannung über der Zeit bei

der Schaltung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit Cj ein Integrationskondensator bezeichnet, der durch Stromquellen I_R und Iy geladen bzw. entladen werden kann. Die Kondensatorspannung U ist an einer Ausgangsklemme 11 abgreifbar. Klemmschaltungen 13 und 13' ver-

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hindern den Anstieg der Kondensatorspannung U über einen bestimmten Wert + U _a · Sowohl die beiden Stromquellen I_R und I_v als auch die Klemmschaltungen 13 und 13' lassen sich durch Schalter S,, S_? und S, bzw. S,' mit dem Integrationskondensator C₁ verbinden. Die Schalter S₁, S , S, und S ' sind durch eine Steuerschaltung 15 betätigbar.

Die von der Steuerschaltung 15 abgegebene Schaltfolge wird nun in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, welche den Verlauf der Ausgangsspannung U über der Zeit darstellt. Zum Zeitpunkt t werden die Schalter S, und S, geschlossen, während die Schalter S2 und S,¹ geöffnet bleiben. Dies ist die in Fig. 1 dargestellte Schalterstellung. Der Kondensator C, wird dann von der Stromquelle I_R (Fig. 1) aufgeladen, wodurch die Spannung U rampenförmig ansteigt, bis im Zeitpunkt t, die Klemmspannung U.

1 cma χ

erreicht wird. Diese Spannung wird dann bis zum Zeitpunkt tj beibehalten.

Im Zeitpunkt ty werden die Schalter S, und S, geöffnet, und der Schalter S wird geschlossen. Der Kondensator C wird dann von der Stromquelle Iy entladen, wodurch die Spannung U rampenförmig abfällt bis sie im Zeitpunkt t, den Wert Null erreicht hat. Etwa zu diesem Zeitpunkt wird der Schalter S^, geschlossen. Der Kondensator CLwird weiter negativ geladen und die Spannung U fällt weiter ab, bis zum Zeitpunkt t. die negative Klemmspannung-U erreicht

" CZΙΠ el Λ

ist. Diese Spannung wird bis zum Zeitpunkt t,- beibehalten.

Im Zeitpunkt t,- werden die Schalter S₂ und S,' geöffnet, und der Schalter S, wird geschlossen. Der Kondensator C_T wird dadurch wieder positiv durch I_R geladen. Etwa zum Zeitpunkt t₆ wird auch der Schalter S, wieder geschlossen, und der Vorgang wiederholt sich wie vom Zeitpunkt t an.

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In Fig. 3 ist die Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Integrationskondensator ist wieder mit C₁ bezeichnet. Seine Spannung U kann an einer Ausgangsklemme 23 abgegriffen werden. Die Ladung bzw. Entladung des Integrationskondensators C_T erfolgt durch Stromquellen 29 bzw. 29' mit Strömen I_R bzw. Iy.

Einer Eingangsklemme 21 wird ein symmetrisches Schaltsignal (Rechtecksignal) von einer hier nicht dargestellten Steuerschaltung zugeführt. Dieses Signal gelangt an jeweils eine Basis zweier als Differenzverstärker wirkender Transistorpaare T. bzw. T',. Die jeweils andere Basis liegt an Masse. Die Transistorpaare T, und T₁, erzeugen auf Leitungen 25 und 25' gegenphasige und auf Leitungen 27 und 27'gleichphasige Signale bezüglich des Eingangssignals an der Klemme 21. Die komplementären Signale auf den Leitungen 25 und 27 werden u.a. einem Transistorpaar Tj zugeführt. Ein niedriger Signalpegel auf der Leitung (wobei gleichzeitig der Signalpegel auf der Leitung 27 hoch ist) bewirkt, daß der Strom I_R einerStromquel Ie 29 auf den Integrationskondensator C_T geschaltet wird und diesen auflädt. Die Spannung U am Integrationskondensator Cj ist an einer Klemme 23 abgreifbar.

Geht man davon aus, daß die Spannung U während des Aufladens von Cj niedriger ist als die Spannung U, einer Spannungsquelle 31, so ist die Diode D₂ gesperrt, und eine Stromquelle 33 mit 1,3 I_R zieht Strom über eine Diode D. aus der Spannungsquelle 31. Sobald die Spannung U gleich der Spannung U. wird, wird die Diode D₂ leitend, und der Strom I_R von der Stromquelle 29 wird über die Diode D₂ zur Stromquelle 33 (1,3 I_R) geleitet. Der Integrationskondensator C, lädt sich dann nicht weiter auf. Seine Spannung bleibt konstant. Es ergibt sich also eine Klemmung.

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Wechselt nun wieder der Signalpegel auf den Leitungen 25 und 27, schaltet das Transistorpaar T_? um, und der bisher über die Diode D_? laufende Strom I_R wird der Verbindungsstelle 35 der Dioden D. und D₂ zugeführt. Dieser Verbindungssteile wird gleichzeitig zusätzlich vom Transistorpaar T, der Strom 0,3 I_R von einer Stromquelle 37 geliefert, welcher zuvor vom Transistorpaar T, nach Masse abgeleitet wurde. Da der Verbindungsstelle 35 nunmehr der gleiche Strom zugeführt wie von ihm abgeführt wird (jeweils 1,3 I_R) , kann durch die Diode D₇ kein Strom mehr fließen. Damit ist die Klemmschaltung vom Integrationskondensator C, abgetrennt .

Gleichzeitig verbindet das Transistorpaar T'₉ eine Stromquelle 29 (I_v) mit dem Integrationskondensator C,, so daß dieser entladen wird. Die Funktion der unteren Hälfte der Schaltung gemäß Fig. 3 ist dabei im Prinzip identisch mit der des oberen Schaltungsteils, jedoch sind die Richtungen bzw. Orientierungen der Bauelemente (T ', T ' T ' D. ', Demgegenüber T,, T₂, T,, D,, D₂), Ströme (I_v gegenüber τ) und Spannungen (U, 'gegenüber U.) entgegengesetzt. Die Signale auf den Leitungen 25' und 27' sind gleichphasig mit denen auf den Leitungen 25 und 27. Die Ausgangsspannung U an der Klemme 23 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen trapezförmigen Verlauf (wie in Fig. 2) mit konstanten Abschnitten von +2 Volt bzw. -2 Volt, zwischen denen lineare rampenförmige Abschnitte liegen, deren Steigung durch entsprechende Änderung der Ströme I„ bzw. I„ einstellbar ist.

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Claims

Hewlett-Packard GmbH Int. Az.: UT 46 Patentansprüche

1. Integratorschaltung mit einem Kondensator, mindestens einer zu- und abschaltbaren Stromquelle zum Laden und Entladen des Kondensators und einer Dioden enthaltenden Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung der Kondensatorspannung auf einen vorgegebenen Wert, dadurch g e kennze ichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (13, 1.V) von der restlichen Integrationsschaltung abtrennbar ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (15), die gleichzeitig die Begrenzungseinrichtung (13, 13') abtrennt und die Stromquelle (In bzw. Iy) zum Entladen des Kondensators (C.) zuschaltet.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Klemmschaltung aus der Reihenschaltung einer Spannungsquelle (U, bzw. U₁ ¹) und zweier einander entgegengerichteter Dioden (D₁, D₂ bzw. D.', U₇ ¹) besteht, wobei der Verbindungspunkt (35 bzw. 35') der beiden Dioden einerseits mit einer größeren als der zu- und abschaltbaren Stromquelle (I.. bzw. I„) verbunden ist und andererseits die zu- und abschaltbare Stromquelle gleichzeitig mit der Abschaltung vom Kondensator (C') zusammen mit einer Zusatzstromquelle (0,3 I_R bzw. 0,3 Iy) an den Verbindungspunkt anlegbar ist, derart, daß die Summe der diesem zugeführten Ströme Null ist, so daß die dem Kondensator zugewandte Diode (D₂) der Klemmschaltung stromlos wird.

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ORIGINAL INSPECTED