DE2835766A1 - Saegezahngenerator - Google Patents

Saegezahngenerator

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DE2835766A1
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K4/00Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions
    • H03K4/06Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape
    • H03K4/08Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape
    • H03K4/83Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices with more than two PN junctions or with more than three electrodes or more than one electrode connected to the same conductivity region
    • H03K4/84Generators in which the semiconductor device is conducting during the fly-back part of the cycle
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • H03K4/08Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape
    • H03K4/48Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices
    • H03K4/50Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices in which a sawtooth voltage is produced across a capacitor
    • H03K4/501Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices in which a sawtooth voltage is produced across a capacitor the starting point of the flyback period being determined by the amplitude of the voltage across the capacitor, e.g. by a comparator

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Description

  • Sägezahngenerator
  • Die Erfindung betrifft einen Sägezahngenerator entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
  • In der Figur 1 ist ein Sägezahngenerator nach dem Stand der Technik dargestellt. Zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle UB liegt die Reihenschaltung aus einer regelbaren Konstantstromquelle und einem Kondensator cl und parallel hierzu der Spannungsteiler aus den Widerständen R1 und R2. Der Spannungsteiler und der Kondensator C1 sind mit der Zündstrecke verbunden, die von den Transistoren T1 und T2 und dem Kollektorwiderstand R3 des rransistors T1 gebildet wird. Hierbei handelt es sich. um eine Transistorschaltung mit den Eigenschaften eines Thyristors, woraus sich ergibt, daß die Transistoren T1 und T2 zueinander komplementär sind.
  • Bei der Schaltung nach der Figur 1 lädt sich die frequenzbestimmende Kapazitåt C1 bis zu einem Wert auf. Bei dieser Zündspannung wird die Transistorschaltung T1 und T2 durchgeschaltet und der Kondensator C1 kann sich über diese Zündstrecke bis auf den Wert UBET entladen.
  • BET2 Die Frequenz des Sägezahnimpulses wird vom Ladestrom bestimmt, den die Konstantstromquelle K abgibt. Um ein möglichst großes Frequenzspektrum zuzulassen, wird eine regelbare Konstantstromquelle verwendet, bei der die Stromstärken zwischen dem Zündstrom und dem Haltestrom eingestellt werden können. Der Zündstrom wird vorgegeben durch den Widerstand R3 und die Gleichstromverstärkung des Transistors T1. Dieser Zündstrom ist mindestens erforderlich, um die Transistorschaltung durchzusteuern.
  • Der Haltestrom gibt den maximal zuläßigen Strom an, bei dessen Erreichen ein Umkippen der Transistorschaltung in den sperrenden Zustand nicht mehr möglich ist. Dieser Haltestrom ist im wesentlichen durch die Widerstände R1 und R3 und die Stromverstärkung des Transistors T2 bestimmt.
  • Die in der Figur 1 dargestellte Schaltung hat den Nachteil, daß über den Spannungsteiler R1 und R2 während des gesamten Betriebs des Sägezahngenerators Strom der Gleichspannungsquelle entzogen wird. Außerdem läßt die bekannte Schaltung ohne Kapazitätsumschaltung nur einen Frequenzvariationsbereich vom Faktor 103 zu.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Sägezahngenerator anzugeben, mit dem die Frequenz in einem größeren Bereich variiert werden kann und der, abgesehen vom Ladestrom für die frequenzbestimmende Kapazität, keine zusätzliche Stromversorgung während des Ladevorganges benötigt. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst.
  • Die Erfindung besteht somit im wesentlichen darin, daß bei einer Schaltung, die der der Figur 1 entspricht oder dieser Schaltung ähnlich ist, die beiden Widerstände R1 und R2 durch Bauelemente mit einer definierten Durchbruchsspannung ersetzt werden. Solche Bauelemente sind vorzugsweise Zenerdioden, die bei einer bestimmten Spannung, die als Zenerspannung bezeichnet wird, in den kontrollierten Durchbruchsbereich gelangen. Dabei ist wesentlich, daß die Durchbruchsspannung jeder einzelnen Diode kleiner ist, als die anliegende Versorgungsgleichspannung UB, während die Summe beider Durchbruchsspannungen größer als die Versorgungsgleichspannung ist.
  • Dadurch ist sichergestellt, daß jeweils höchstens eine Diode über die Zündstrecke in den Durchbruchsbereich gelangen kann.
  • Bei der erfindungsgemäBen Schaltung besteht die Zündstrecke vorzugsweise wiederum aus einer Transistorschaltung mit den Eigenschaften eines Thyristors. Hierbei ist es empfehlenswert, das Prinzip einer Stromspiegelschaltung zur Einstellung definierter Ströme auszunutzen.
  • Die Erfindung soll im weiteren anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden. Die Prinzipschaltung ist in der Figur 2 dargestellt. Zwischen die Pole der Versorgungsgleichspannung UB ist die Reihenschaltung aus der regelbaren Konstantstromquelle K und dem Kondensator C1 geschaltet. Parallel hierzu liegt die Reihenschaltung aus den beiden Zenerdioden Z1 und Z2, deren Verbindungsstelle an die Zündstrecke Z angeschlossen ist.
  • Auch die Verbindung zwischen der Konstantstromquelle K und dem Kondensator C1 ist an die Zündstrecke Z angeschlossen, da der Kondensator über diese Zündstrecke entladen werden muß. Da die Summe der Zenerspannungen der gleichsinnig in Reihe geschalteten Zenerdioden Z1 und Z2 größer ist als die Spannung UBt kann während der Aufladezeit des Kondensators C1 über die Zenerdioden kein Strom abfließen, so daß der Gleichspannungsquelle allein der Ladestrom 1L entnommen wird. Die Entladungsphase des Kondensators soll anhand der in Figur 3 dargestellten Schaltung noch näher erläutert werden.
  • Gemäß der Figur 3 besteht die Zündschaltung aus den komplementären Transistoren T1 und T2. Der Transistor T1 ist als Stromverdopplerschaltung ausgebildet. Er weist zwei Kollektorstrecken auf, von denen eine mit dem Basisanschluß des Transistors T1 kurzgeschlossen ist. Die andere Kollektorstrecke enthält einen Kollektorwiderstand R3. Die Kollektoremitterstrecke des Transistors T2 ist parallel zur Zenerdiode Z2 geschaltet, wodurch der Kollektor des Transistors T2 an die Basis des Transistors T1 und zugleich an den zusätzlichen Kollektor dieses Transistors T1 angeschlossen ist. Die Emitterkollektorstrecke des Transistors T1 ist zusammen mit dem Kollektorwiderstand R3 parallel zum Ladekondensator C1 geschaltet. Außerdem ist der mit dem Kollektorwiderstand R3 verbundene Kollektoranschluß des Tansistors T1 mit der Basiselektrode des Transitors T2 verknüpft.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Transistor T1 entweder drei gleichgroße Kollektorzonen auf, von denen zwei zusammengeschaltet und mit dem Kollektorwiderstand R3 verknüpft sind, oder aber es handelt sich um einen Transistor mit zwei unterschiedlich großen Kollektorzonen, wobei die mit der Basiszone kurzgeschlossene Kollektorzone nur halb so groß ist wie die an den Kollektorwiderstand R3 angeschlossene größere Kollektorzone.
  • Auf diese Weise wird erreicht, daß sich der Emitterstrom des Transistors T1 im Verhältnis 1 : 2 auf die beiden Kollektorstrecken verteilt. Die Schaltung gemäß figur 3 funktioniert wie folgt: Ein entladener Kondensator C1 wird nach dem Anschluß der Schaltung an die Versorgungsgleichspannung mit Hilfe des von der regelbaren Konstantstromquelle K abgegebenen Ladestroms IL aufgeladen. Sobald am Kondensator die Spannung Z = Z2 + UBET1 erreicht ist, kann über den Transistor T1 und die Zenerdiode Z2 ein Basisstrom fließen, der den Transistor T1 in den leitenden Zustand überführt. Zwei Drittel des Emitterstroms des Transistors T1 fließt über den Widerstand R3. Dieser Strom sorgt beim Erreichen des Zündstroms dafür, daß der Transistor T2 in den Sättigungsbereich durchgeschaltet wird. Es gilt für den Zündstrom: Die Zündstrecke wird wieder gelöscht, wenn am Kondensator C1 nur noch die Löschspannung Lösch UB Uzi +UBET1 anliegt. Von diesem Zeitpunkt ab, kann der Transistor T1 keinen für die Durchsteuerung des Transistors T2 mehr ausreichenden Strom liefern. Trotzdem ist noch während einer kurzen Zeitspanne ein Stromfluß über die Zenerdiode Z1 und den Transistor T2 möglich. Dies liegt daran, daß der Transistor T2 während der Entladezeit des Kondensators C1 übersteuert war. Während der zur Ausräumung der Ladungsträger in der Basis des Transistors T2 erforderlichen Speicherzeit ist daher über den Transistor T2 und die Zenerdiode Z1 trotz unzureichendem Basisstrom noch ein Stromfluß möglich, so daß sich in dieser kurzen Zeitspanne der Kondensator C1 noch geringfügig weiter entladen kann.
  • In der Figur 3 ist der Sägezahnimpuls über der Zeit dargestellt. Die Anstiegsflanke des Sägezahns wird durch die Aufladezeit des Kondensators C1 bestimmt. Die maximale Spannung am Kondensator ist die Zündspannung UZ Uz2 + UBET1. Der Kondensator entlädt sich dann rasch bis zu der genannten Löschspannung Lösch = UB - Uz1 + UBET BET1 und entlädt sich noch geringfügig über diesen Wert hinaus während der Speicherzeit des Transistors T2. Diese weitere Entladung ist in der Figur 4 durch eine gepunktete Linie angedeutet.
  • Der maximal zuläßige Ladestrom ist bei der Schaltung nach Figur 3 definiert als: wobei R. der Innenwiderstand der Zenerdiode Z1 ist. Zur Zenerdiode Z1 kann noch ein externer Widerstand in Reihe geschaltet werden, wenn dies zur Strombegrenzung erforderlich ist. Dieser zusätzliche Widerstand wäre dann dem Innenwiderstand der Zenerdiode hinzuzuaddieren, wenn nach der oben angegebenen Formel der Haltestrom berechnet wird. B2 ist die Stromverstärkung des Transistors T2.
  • Da über die Zenerdiode Z1 nur während der Speicherzeit Strom fließen kann, darf dieser Stromweg niederohmig sein, so daß man.möglichst auf einen zusätzlichen, der Zenerdiode nachgeschalteten Widerstand verzichtet.
  • Die obere Grenze des Ladestromes wird dann nur durch die Belastbarkeit des Transistors T2 bestimmt. Dies bedeutet, daß der Grenzbereich des möglichen Ladestroms wie folgt definiert ist.
  • 1Z < IL zu CT2max Bei einem Ausführungsbeispiel betrug die Gleichspannung UB 9 V, während die Zenerspannung der beiden Zenerdioden Z1 und Z2 ca. 7 V betrug. Der Widerstand R2 liegt in der Größenordnung von 1 MQ. Der Kondensator hat beispielsweise einen Wert von 1 ßF. Bei einer derartigen Schaltung ist eine Ladestromvariation zwischen 2 FA und 20 mA möglich. Daraus resultiert ein Frequenzvariationsbereich des Faktors 104, also beispielweise von 0,1 - 1000 Hz.
  • Die in der Figur 3 dargestellte Schaltung eignet sich insbesondere für die Realisierung in integrierter Schaltungstechnik. Baut man eine entsprechende Schaltung mit Einzelkomponenten auf, so kann beispielsweise eine Schaltung nach der Figur 5 gewählt werden. Diese Schaltung nach der Figur 5 entspricht wiederum der Schaltung gemäß Figur 1, wobei jedoch die Widerstände R1 und R2-durch die Zenerdioden Z1 und Z2 ersetzt wurden. Zur Zenerdiode Z1 kann ein externer Widerstand R5 in Reihe geschaltet werden.
  • Außerdem unterscheidet sich die Schaltung nach der Figur 5 noch durch den zwischen die Emitterelektrode und die Basiselektrode des Transistors T1 geschalteten Widerstand R4. Auch bei dieser Schaltung fließt über die Zenerdiodenstrecke nur während der Speicherzeit des Transistors T2 -und somit gemessen an der Impulsdauer nur während einer extrem kurzen Zeit - ein Strom. Die erfindungsgemäßen Schaltungen zeichnen sich somit durch einen extrem niedrigen Stromverbrauch und eine große Frequenzbandbreite aus.
  • Leerseite

Claims (7)

  1. Patentansprüche Sägezahngenerator, bei dem zwischen die Pole einer Gleichspannungsquelle die Reihenschaltung aus einer Konstantstromquelle und dem frequenzbestimmenden Kondensator und parallel zum Kondensator eine Zündstrecke (Z) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Pole der Gleichspannungsquelle ferner eine Reihenschaltung aus zwei Bauelementen (Z1, Z2) mit definierter Durchbruchsspannung geschaltet ist, wobei die Verbindung zwischen den beiden Bauelementen an die Zündstrecke (Z) angeschlossen ist.
  2. 2) Sägezahngenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Bauelemente mit definierter Durchbruchsspannung Zenerdioden (Z1, Z2) sind, die gleichsinnig zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Durchbruchsspannung jeder einzelnen Diode kleiner ist als die Versorgungsgleichspannung, die Summe beider Durchbruchsspannungen jedoch größer ist als die Versorgungsgleichspannung, so daß jeweils eine Diode über die Zündstrecke (Z) in den Durchbruchsbereich gelangen kann.
  3. 3) Sägezahngenerator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündstrecke (Z) aus einer Transistorschaltung (T1, T2) mit den Eigenschaften eines Thyristors besteht.
  4. 4) Sägezahngenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorschaltung aus zwei komplementären Transistoren (T1, T2) besteht, wobei die einen Kollektorwiderstand (R3) enthaltende Emitter-Kollektorstrecke des ersten Transistors (T1) parallel zum Kondensator (C1) geschaltet ist, und die Basis dieses Transistors an die Verbindung zwischen den beiden Zenerdioden (Z11 Z2) angeschlossen ist, während die Kollekor-Emitterstrecke des zweiten Transistors (T2) parallel zu der einen Zenerdiode (Z2) geschaltet ist und die Basis dieses Transistors mit dem Kollektor des ersten Transistors verbunden ist.
  5. 5) Sägezahngenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (T1) ein Transistor mit zwei Kollektorstrecken ist, wobei die zusätzliche Kollektorstrecke mit der Basis des ersten Transistors (T1) und mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) verbunden ist.
  6. 6) Sägezahngenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor mit zwei Kollektorstrecken so ausgebildet ist, daß über die zusätzliche Kollektorstrecke die Hälfte des über die andere Kollektorstrecke fließenden Stroms fließt.
  7. 7) Sägezahngenerator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Konstantstromquelle (K) abgegebene Strom zur Frequenzeinstellung regelbar ist.
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DE2835766B2 DE2835766B2 (de) 1981-04-30
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2443406B1 (de) * 1974-09-11 1975-12-04 Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt Sägezahngenerator mit großem Frequenzvariationsbereich
DE2711986A1 (de) * 1976-03-18 1977-09-22 Mitsubishi Electric Corp Impulsgeneratorschaltung
GB1491166A (en) * 1974-09-30 1977-11-09 Wolsk Ass Ltd Oscillator circuit

Patent Citations (3)

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