-
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