DE2835766C3

DE2835766C3 - Sägezahngenerator

Info

Publication number: DE2835766C3
Application number: DE19782835766
Authority: DE
Inventors: Karl-Diether Dipl.-Ing. 7101 Oedheim Nutz
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Aumovio Microelectronic GmbH
Priority date: 1978-08-16
Filing date: 1978-08-16
Publication date: 1982-01-28
Also published as: DE2835766B2; DE2835766A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Sägezahngenerator entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. In der F i g. 1 ist ein Sägezahngenerator nach dem Stand der Technik dargestellt. Zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle U_B liegt die Reihenschaltung aus einer regelbaren Konstantstromquelle und einem Kondensator Q und parallel hierzu der Spannungsteiler aus den Widerständen R\ und R₂. Der Spannungsteiler und der Kondensator Q sind mit der Zündstrecke verbunden, die von den Transistoren Γι und T₂ und dem Kollektorwiderstand /?3 des Transistors Ti gebildet wird. Hierbei handelt es sich um eine Transistorschaltung mit den Eigenschaften eines Thyristors, woraus sich ergibt, daß die Transistoren Ti und T₂ zueinander komplementär sind.

Bei der Schaltung nach der F i g. 1 lädt sich die frequenzbestimmende Kapazität Ci bis zu einem Wert

U₁, =

ι/«

R,+R₂

+ U₁

'BET,

auf. Bei dieser Zündspannung wird die Transistorschaltung Γι und T₂ durchgeschaltet und der Kondensator Q kann sich über diese Zündstrecke bis auf den Wert Ubet2 entladen. 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

2j Transistors Ti. Dieser Zündstrom ist mindestens erforderlich, um die Transistorschaltung durchzusteuern. Der Haltestrom gibt den maximal zulässigen Strom an, bei dessen Erreichen ein Umkippen der Transistorschakung in den sperrenden Zustand nicht mehr möglich ist. Dieser Haltestrom ist im wesentlichen durch die Widerstände R\ und Rz und die Stromverstärkung des Transistors T₂ bestimmt.

Die in der F i g. 1 dargestellte Schaltung hat den Nachteil, daß über den Spannungsteiler R\ 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 10³zu.

Aus der DE-OS 27 11 986 ist ein Impulsgenerator bekannt, bei dem die Zündspannung des Zündelementes durch die Durchbruchsspannung einer Zenerdiode bestimmt wird. Bei dieser Schaltung wird jedoch die Batterie ständig durch einen Nebenschluß-Stromweg belastet.

Aus der DE-AS 24 43 406 ist eine ähnliche Schaltung

bekannt, bei der der die Zündspannung bestimmende Stromzweig gleichfalls ständig die Stromquelle belastet.

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 F i g. 1 entspricht oder dieser Schaltung ähnlich ist, die beiden Widerstände R] und R> 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 DurchbruchssDannuneen erößer als

die Versorgungsgleichspannung ist. Dadurch ist sichergestellt, daß jeweils höchstens eine Diode über die Zündstrecke in den Durchbruchsbereich gelangen kann.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung besteht die Zündstrecke vorzugsweise wiederum aus einer Transistorschaltung mit den Eigenschaften eines Tnyristors. Hierbei ist es empfehlenswert, das Prinzip einer Stromspiegelschaltung zur Einstellung definierter Ströme auszunutzen.

Die Erfindung soll im weiteren anhand von Atisführungsbeispielen noch näher erläutert werden. Die Prinzipschaltung ist in der Fig.2 dargestellt. Zwischen die Pole der Versorgungsgleichspannung U_B ist die Reihenschaltung aus der regelbaren Konstantstromquelle K und dem Kondensator Ci geschaltet. Parallel hierzu liegt die Reihenschaltung aus den beiden Zenerdioden Z\ und Z₂, deren Verbindungsstelle an die Zündstrecke Zangeschlossen ist. Auch die Verbindung zwischen der Konstantstromquelle K unc" dem Kondensator Ct ist an die Zündstrecke Zangeschlossen, da der Kondensator über diese Zündstrecke entladen werden muß. Da die Summe der Zenerspannungen der gleichsinnig in Reihe geschalteten Zenerdioden Zi und Zi größer ist als die Spannung Ub, kann während der Aufladezeit des Kondensators Ci über die Zenerdioden kein Strom abfließen, so daß der Gleichspannungsquelle allein der Ladestrom Il entnommen wird. Die Entladungsphase des Kondensators soll anhand der in F i g. 3 dargestellten Schaltung noch näher erläutert werden.

Gemäß der F i g. 3 besteht die Zündschaltung aus den komplementären Transistoren Ti und T₂. Der Transistor Ti ist als Stromverdopplerschaltung ausgebildet. Er weist zwei Kollektorstrecken auf, von denen eine mit dem Basisanschluß des Transistors Ti kurzgeschlossen ist. Die andere Kollektorstrecke enthält einen Kollektorwiderstand Rj. Die Kollektoremitterstrecke des Transistors T₂ ist parallel zur Zenerdiode Z₂ geschaltet, wodurch der Kollektor des Transistors T₂ an die Basis des Transistors Tj und zugleich an den zusätzlichen Kollektor dieses Transistors Ti angeschlossen ist. Die Emitterkollektorstrecke des Transistors Ti ist zusammen mit dem Kollektorwiderstand R3 parallel zum Ladekondensator Ci geschaltet. Außerdem ist der mit dem Kollektorwiderstand R3 verbundene Kollektoranschluß des Transistors Ti mit der Basiselektrode des Transistors Ti verknüpft.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Transistor Ti entweder drei gleichgroße Kollektorzonen auf, von denen zwei zusammengeschaltet und mit dem Kollektorwiderstand Λ3 verknüpft sind, oder aber es handelt sich um einen Transistor mit zwei unterschiedlich großen Kollektorzonen, wobei die mit der Basiszone kurzgeschlossene Kollektorzcne 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 Ti im Verhältnis 1 :2 auf die beiden Kollektorstrecken verteilt. Die Schaltung gemäß F i g. 3 funktioniert wir folgt:

Ein entladener Kondensator Ci wird nach dem Anschluß der Schaltung an die Versorgungsgleichspannung mit Hilfe des von der regelbaren Konstantstromquelle K abgegebenen Ladestroms l_L aufgeladen. Sobald am Kondensator die Spannung

U₇ = U₇₂ + U_BET,

erreicht ist kann über den Transistor Ti und die Zenerdiode Z₂ ein Basistrom fließen, der den Transistor Ti in den leitenden Zustand überführt Zwei Drittel des Emitterstroms des Transistors T_x fließt über den Widerstand Rz. Dieser Strom sorgt beim Erreichen des Zündstroms dafür, daß der Transistor T₂ in den Sättigungsbereich durchgeschaltet wird. Es gilt für den Zündstrom:

b =

Die Zündstrecke wird wieder gelöscht, wenn am Kondensator C\ nur noch die Löschspannung

uxi, = U_B -

_BEh

anliegt. Von diesem Zeitpunkt ab, kann der Transistor Ti keinen für die Durchsteuerung des Transistors T; mehr ausreichenden Strom liefern. Trotzdem ist noch während einer kurzen Zeitspanne ein Stromfluß über die Zenerdiode Zi und den Transistor Ti möglich. Dies liegt daran, daß der Transistor T₂ während der Entladezeit des Kondensators Ci übersteuert war. Während der zur Ausräumung der Ladungsträger in der Basis des Transistors T₂ erforderlichen Speicherzeit ist daher über den Transistor T₂ und die Zenderdiode Z, _trotz unzureichendem Basisstrom noch ein Stromfluß möglich, so daß sich in dieser kurzen Zeitspanne der Kondensator Ci noch geringfügig weiter entladen kann. In der Fig.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 Üz=Uzi+Ubet\. Der Kondensator entlädt sich dann rasch bis zu der genannten Löschspannung

U_Uml, = U₈-U_x, +6'««,

und entlädt sich noch geringfügig über diesen Wert hinaus während der Speicherzeit des Transistors T₂. Diese weitere Entladung ist in der Fig.4 durch eine gepunktete Linie angedeutet.

Der maximal zulässige Ladestrom ist bei der Schaltung nach F i g. 3 definiert als:

R₁ ■ B₂

R; -2

wobei R/der Innenwiderstand der Zenerdiode Zi ist. Zur Zenderdiode Z| 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 Zenderdiode Zi 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 aer Grenzbereich des möglichen Ladestroms wie folgt definiert ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel betrug die Gleichspannung Ub 9 V, während die Zenerspannung der

beiden Zenerdioden Z\ und Zi ca. 7 V betrug. Der Widerstand Ri liegt in der Größenordnung von 1 ΜΩ. Der Kondensator hat beispielsweise einen Wert von I μΡ. Bei einer derartigen Schaltung ist eine Ladestromvariation zwischen 2 μΑ und 20 mA möglich. Daraus resultiert ein Frequenzvariationsbereich des Faktors 10⁴, also beispielsweise von 0,1-1000 Hz.

Die in der Fig. 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 Fig.5 gewählt werden. Diese Schaltung nach der F i g. 5 entspricht wiederum der Schaltung gemäß Fig. 1, wobei jedoch die Widerstände R\ und Ri durch die Zenerdioden Z\ und Zi ersetzt wurden. Zur Zenerdiode Z\ kann ein externer Widerstand Rs in Reihe geschaltet werden.

Außerdem unterscheidet sich die Schaltung nach der -, F i g. 5 noch durch den zwischen die Emitterelektrode und die Basiselektrode des Transistors 7Ί geschalteten Widerstand Ri. Auch bei dieser Schaltung fließt über die Zenderdiodenstrecke nur während der Speicherzeit des Transistors Ti — und somit gemessen an der κι Impulsdauer nur während einer extrem kurzen Zeit — ein Strom. Die erfindungsgemäßen Schaltungen zeichnen sich somit durch einen extremen niedrigen Stromverbrauch und eine große Frequenzbandbreite aus.

Hier/u 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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, wobei die Zündspannung der Zündstrecke durch die Zenerspannung einer Zenerdiode in einem zwischen die Pole der Gleichspannungsquelle geschalteten Stromzweig bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromzweig zwei Zenerdioden (Zu Z₁) mit definierter Durchbruchsspannung enthält, die gleichsinnig zueinander in Reihe geschaltet sind, wobei die Verbindung zwischen den beiden Zenerdioden an die Zündstrecke (Z) angeschlossen ist, und daß die Durchbruchsspannung jeder einzelnen Diode kleiner ist als die Versorgungsgleichspannung, die Summe beider Durchbruchsspannungen jedoch größer ist als die Versorgungsgleichspannung, so daß jeweils nur eine Diode über die Zündstrecke (Z) in den Durchbruchsbereich gelangen kann.

2. Sägezahngenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündstrecke (Z) aus einer Transistorschaltung (Tu T₂) mit den Eigenschaften eines Thyristors besteht.

3. Sägezahngenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorschaltung aus zwei komplementären Transistoren (Ti, T₂) besteht, wobei die einen Kollektorwiderstand (R}) enthaltende Emitter-Kollektorstrecke des ersten Transistors (Ti) parallel zum Kondensator (Q) geschaltet ist, und die Basis dieses Transistors an die Verbindung zwischen den beiden Zenerdioden (Zu Z₂) angeschlossen ist, während die Kollektor-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.

4. Sägezahngenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Transistor (Ti) ein Transistor mit zwei Kollektorstrecken ist, wobei die zusätzliche Kollektorstrecke mit der Basis des ersten Transistors (Ti) und mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T₂) verbunden ist.

5. Sägezahngenerator nach Anspruch 4, 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.

6. Sägezahngenerator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Konstantstromquelle (K) abgegebene Strom zur Frequenzeinstellung regelbar ist.