DE3110127A1 - Saegezahnwellen- bzw. dreieckwellen-oszillator - Google Patents

Saegezahnwellen- bzw. dreieckwellen-oszillator

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Description

Sägezahnwellen-bzw· Dreieckwellen-Oszillator
' mm , , .ι ι ■. \
Die Erfindung betrifft allgemein einen Sägezahnwellen- bzw. 'Dreieckwellen-Oszillator und insbesondere einen Sägezahnwellen- bzw· Dreieckwellen-Generator einfachen Aufbaues·
Ein herkömmlicher Sägezahnwellen- bzw· Dreieckwellen-Generator kann keine Sägezahnwelle mit guter Linearität erzeugen bzw. ist die durch einen herkömmlichen Sägezahnwellen-Generatpr erzeugte Sägczahnwelle an ihrem Oberende abgestumpft·
Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Sägezahnwellen-(bzw. Dreieckwellen-) -Oszillator anzugeben mit dem eine Sägezahnwelle guter Linearität erzeugbar ist, wobei einfacher Aufbau vorliegen soll·
Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Sägezahnwellen- bzw. Dreieckwellen-Oszillator vorgesehen, der aufweist a) eine Reihenschaltung·aus einer Ladeeinrichtung und einem ersten Kondensator,
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b) einen spannungsabhängigen Kondensator parallel zum ersten Kondensator und
c) eine Entladeeinrichtung parallel zum ersten Kondensator·
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert· Es zeigen
Fig. 1 ein Schaltbild des theoretischen
Aufbaues eines herkömmlichen Sägezahnwellen-Oszillators,
Fig, 2 ein Schaltbild einer praktischen Ausführungsforra eines herkömmlichen Sägezahnwellen-Oszillators gemäß Fig. 1,
Fig· 3 jeweils Signalverläufe zur Erläuterung A1B1C · der Erfindung,
Fig. k ein Schaltbild des theoretischen
Aufbaues des Sägezahnwellen-Oszillators gemäß der Erfindung,
Fig· 5 ein Schaltbild einer praktischen Ausführungsform des Sägezahnwellen-Oszillators gemäß Fig· 4» '
Fig· 6 im Schnitt eine Halbleitereinrichtung/
in der eine Ausführungsform der Erfindung ausgebildet ist,
Fig. 7 in Aufsicht die Anordnung gemäß Fig. 6,
Fig. 8u«9 Darstellungen von Merkmalen zur Erläuterung der Erfindung·
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Zum einfacheren Verständnis der Erfindung wird zunächst ein herkömmlicher Sägezahnwellen-Oszillätor bzw.-Generator mit Bezug auf die Fig· 1 und 2 näher erlätztert.
Fig. 1 zeigt den theoretischen Aufbau eines herkömmlichen Dreieckwellen-Oszillators oder -Generators der zum Erzeugen einer Sägezahnwelle verwendet wird. Fig» 1 zeigt einen Kondensator bzw· ein kapazitives Element Cq* Eine Konstantstromquelle 10 zum Laden des kapazitiven Elements C_ ist in Reihe dazu geschaltet, wobei ein Schalter 20 zum Entladen des kapazitiven Elements C_ dazu parallel geschaltet ist·
Fig. 2 zeigt einen praktischen Schaltungsaufbau des Dreieckwellen-Generators gemäß Fig· 1. Wie in Fig. 2 dargestellt ist die Konstantstromquelle 10 durch einen PNP- Transistor 11, einen PNP-Transistor 12, der als Diode angeschlossen ist zum Anlegen einer konstanten Vorspannung an die Basis des Transistors 11, und einen Widerstand 13 gebildet. Durch den Transistor fließt ein Strom I· Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schalter 20 durch einen NPN-Transistor gebildet.
Bei einem derart ausgebildeten herkömmlichen Dreieckwellen-Generator ist es als ideal anzusehen wenn die Ausgangsimpedanz der Konstantstromquelle 10 unendlich groß ist und das kapazitive Element CQ keine Spannungsabhängigkeit besitzt. Wenn die obige Bedingung erfüllt XSt7 wird' eine Dreieck- oder Sägezahnwelle als Ausgangsspannung Vc über dem kapazitiven Element Cq erzeugt, das gute Linearität besitzt wie das in Fig. 3 A durch eine Vollinie dargestellt ist. Zwar kann in der Praxis ein Kondensator oder ein kapazitives Element das keine ' Spannungsabhängigkeit besitzt vergleichsweise einfach
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-Λ- : 311012?
hergestellt werden, jedoch ist es schwierig die Ausgangs?· impedanz der Konstantstromquelle 10 unendlich hoch zu machen« Das heißt, wenn die Konstantstromquelle 10 durch den Transistor 11 gebildet ist, ist die Early - Spannung relativ niedrig· Deshalb nimmt mit zunehmender Anschlußspannung y der in das kapazitive Element Cn fließende Strom ab· Als Ergebnis wird der Signalverlauf der Anschlußspannung Vc so, daß dessen oberer Abschnitt abgestumpft wird, wie das in Fig. 3 A durch die Strichlinie dargestellt ist.
Die Erfindung weist diesen Nachteil der herkömmlichen Anordnung nicht auf.
Die Erfindung beruht auf der Tatsache daß die Kapazität eines PN-Übergangs eine Spannungsabhängigkeit bes±tzt7 daß nämlich dann wenn die an den PN-Übergang angelegte Vorspannung in Sperrichtung hoch ist dessen Kapazität niedrig wird·
Die Erfindung nutzt diese Tatsache aus/ d. h. sie nützt in positiver Weise die Übergangskapazität aus um eine Sägezahn- oder Dreieckwelle mit guter Linearität zu erreichen,
Fig. 4 zeigt den theoretischen Aufbau des Sägezahnwellen— Oszillators gemäß der Erfindung bei dem die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind, um gleiche Bauelemente zu bezeichnen, und der eine Sägezahnwelle erzeugen kann.
Bei dem Aufbau gemäß Fig. 4 ist ein PN-Übergang Jc d· h· ein kapazitives Übergangs- oder junction-element (Sperrschichtkapazitätselement) Cj parallel zum kapazitiven Element Cq angeschlossen/ das keine Spannungsabhängigkeit besitzt, ist die ladende Konstantstromquelle 10 zu
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"" 311012?
der Parallelschaltung aus dem kapazitiven Element Cn und dem kapazitiven Junctionelement C. reingeschaltet
3 -
und ist der Entladeschalter 20 parallel zu der Parallelschaltung bzw. dem kapazitiven Element Cn geschaltet«
Eine praktische Ausführungsform des Sägezahnwellen-Oszillators gemäß Fig. 4.ist in Fig· 5 dargestellt wobei die Bezugszeichen^die auch in den Fig. 2 und k dargestellt sind/ jeweils gleiche Bauelemente bezeichnen. Wie in Fig. 5 dargestellt, ist die Konstantstromquelle 10 durch den PNP-Transistor 11, den PNP-Transistor 12, der als Diode geschaltet ist, um eine konstante Vorspannung an die Basis des Transistors 11 anzulegen,und den Widerstand 13 gebildet· Durch den Transistor 11 fließt der Strom I. Bei diese Ausführungsform ist der Schalter 20 ebenfalls durch einen NPN-Transistor gebildet.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist zum ggf« Einstellen der Early-Spannung des Trnasistors 11 ein Widerstand R4 mit dessen Emitter verbunden. In diesem Zusammenhang ist auch ein Widerstand R0 mit dem Emitter des Transistors 12 verbunden.
Das kapazitive Element Cn das keine Spannungsabhängigkeit besitz^ ist.in einer Halbleitereinricfiitung ausgebildeten der auch der PN-Übergang J ausgebildet ist.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsforra der Halbleitereinrichtung· Bei dieser Ausführungsform sind auf einem P-Substrat 30 epitaxial gewachsene N-Schichten 40 X und 40 Y gebildet. Auf der Schicht 40 X ist ein N ■'■-Diffusionsbereich kl gebildet auf dem ein dünnes Dielektrikum 52 wie ein Siliziumnitrid oder dergleichen ausgebildet ist.
Eine Elektrode 53 ist auf dem Bereich 52 gebildet
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und eine Elektrode 54 ist auf dem Dielektrikum 52 gebildet· Auf diese Weise wird das kapazitive Element Cq, das keine Spannungsabhängigkeit besitzt, gebildet» In diesem Fall wird der PN-Übergang Jc zwischen dem Substrat 30 und der Schicht 40 X erreicht· Durch jeweiliges Legen des Substrats 30 und der Elektrode 54 an Masse ist der PN-Übergang JC/ d.h. das kapazitive Junctionelement C= parallel zu dem kapazitiven Element • Co geschaltet das keine Spannungsabhängigkeit besitzt.
Weiter sind auf der Schicht 40 Y jeweils P-Diffusions-
Λ bereiche 11 E, 11 C, 1-2 E und 12 C gebildet um jeweils
few '
*" zu bilden den PNP-Lateraltransistor 11 dessen Emitter-
bereich durch den Bereich 11 E, dessen Basisbereich durch die Schicht 40 Y und dessen Kollektorbereich durch den Bereich 11 C gebildet ist und auch den PNP-Lateraltransistor 12, dessen Enitterbereich durch den Bereich 12 E gebildet ist, dessen Basisbereich durch die Schicht 40 Y gebildet ist und dessen Kollektorbereich durch, den Bereich 12 C gebildet ist. Ein N +-Diftfttsionsbereich 6l ist auf der Schicht 40 Y gebildet,um eine Basiselektrode herauszuführen, eine Elektrode 62 ist auf dem Kollektorbereich 11 C des Transistors 11 gebildet, eine Elektrode 63 ist sowohl den Kollektorbereich 12 -C des Transistors 12 als auch den Bereich 6l überlagernd gebildet und eine Elektrode 64 ist den Emitterbereich 11 E des Transistors 11 und den Emitterbereich 12 E des Transistors 12 überlagernd ausgebildet.
Die Widerstände R^ und R2 sind jeweils derart gebildet, daß sowohl die Emitfcerbereiche 11 E und 12 E große Breite besitzen und die Elektrode 64 auf einem Seitenabschnitt jedes der Emifcterbereiche 11 E und 12 E gebildet ist, wie das in den Fig., insbesondere Fig· 7, ,dargestellt ist.
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q 311012?
Weiter ist in Fig. 6 eine überdeckte N +-Schicht 7O, ein P +-Difussionsbereich 8(
SiO2-Schicht 90 vergesehen·
ein P -Difussionsbereich 80 zur Isolation und eine
Wie bereits erwähnt ist es schwierig, die Ausgangsimpedanz der Konstantstromquelle 10 unendlich hoch zu machen· Das heißt die■Early-Spannung des Transistors 11 ist relativ niedrig· Folglich nimmt, wenn das gesamte kapazitive Element C durch den Strom I von der Konstantstromquelle 10 aufgeladen wird, wenn die.Anschlußspannung Vc hoch wird der Strom ijab. Das heißt, wenn die Versorgungsspannung zu Vcc angenommen wird und die Early-Spannung des Transistors 11 zu V» angenommen wird, ergibt sich der Strom I zu:
wobei IQ der Wert des Stromes I ist, wenn Vcc= 0 ist.
Gemäß der Erfindung ist jedoch das gesamte kapazitive Element C durch das.kapazitive Element C . ohne Spannungsabhängigkeit und das kapazitive Junction-Element C. gebildet und ergibt sich die gesamte Kapa-
J .
zität C davon zu:
C - Co + CJ *
Daher besitzt die Kapazität C . und folglich die gesamte Kapazität C eine Spannungsabhängigkeit· Das heißt, wenn die Anschlußspannung Vc hoch wird nimmt die Kapazität C ab· Dgshalb wird, wenn die Early-Spannung V. des Transistors 11 und die Kapazität C., d.h. die Spannungsabhängigkeit der Kapazität C geeignet gewählt ist, die zeitliche Änderung der Anschlußspannung V .die sich aus der folgenden Gleichung ergibt/konstant, wodurch die Linearität gut wird:
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1ο 311012?
(V + V. - V ) I
ICC JV CO ,
nt
Wie sich aus. der* Darstellung gemäß Fig. · 8 ergibt^ sind, wenn die Junctionkapazität C_ entsprechend dem folgenden Ausdruck (4) gewählt wird:
- o, 37 (4)
Cj = 5,8 vc pP,
die Kapazität C- zu 56 t_ (C" = 56 pF ) und die Versorgungsspannung Vcc zu 12 V (Vcc = 12 V) gewählt und ist die Zeitänderung der Anschlußspannung V bei den jeweiligen Fällen so gewählt daß die Early-Spannung V\. 20 V bzw. 50 V beträgt, wodurch sich die Darstellung gemäß Fig. 9 ergibt· In dieser Darstellung ist der Wert von A. V / Δ. t zu Eins gewählt wenn die Anschlußspannung
VlV beträgt ( V = 1 V).
c c
Aus der Darstellung gemäß Fig. 9 ergibt sich, daß dann, wenn die Junctionlcapazität C . mit der durch die Gleichung
wiedergegebenen Spannungsabhangigkext hinzugefügt
ist und die Early-Spannung V. zu 50 V (V = 50 V)
gewählt ist, sich ^V /At um lediglich — 0,3% in. -
dem Bereich von 1 - 3,5 V der Anschluß spannung V
ändert,weshalb die Linearität sehr stark verbessert ist.
Die vorstehende Ausführungforra der Erfindung entspricht einem solchen Fall, bei dem die Konstantstromquelle zum Laden des kapazitiven Elements und der Schalter zum Entladen des kapazitiven Elements vorgesehen is^ um die Dreieck-oder Sägezahnwellen zu erzeugen, die. in Fig. 3 A durch die Vollinie wiedergegeben ist.
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Die Erfindung ist jedoch mit der gleichen Wirkung auf einen Fall anwendbar, bei dem der Schalter zum Laden und die Konstantstromquelle zum Entladen vorgesehen sind um eine Dreieck- oder Sägezahnwelle gemäß Fig. 3 B zu erzeugen und auch auf· einen solchen Fall, in dem Konstantstromquellen zum sowohl Aufladen als auch zum Entladen vorgesehen sind um eine Dreieck- bzw. Sägezahnwelle gemäß Fig. 3 C zu erzeugen. In diesem Fall können die Konstantstromquellen durch einen Widerstand gebildet sein der hohen Widerstandswert besitzt.
Selbstverständlich sindnoch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich.
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Leerseite

Claims (2)

  1. Dipl.-Ing. H. MITSCH ErLiCH " :__ ..: " :..: .;. D-8000 MDNCHEN 22
    Dipl.-Ing. K. GUNSCHMANN Steinsdorfstraße 10
    Dr.rer. not. W. KÖRBER W (OW)" '29 66»4
    Dipl.-Ing. J. SCHMIDT-EVERS 3110127 PATENTANWÄLTE
    16 . März 1981
    SONY CORPORATION
    7-35 Kitashinagwa 6-chome
    Sinagawa-ku
    TOKYO/JAPAN
    Ansprüche
    Dreieckwellen- bzw· Sägezahnwellen-Oszillator, gekennzeichnet durch:
    a) Eine Reihenschaltung aus einer Ladeeinrichtung (11,12) und einem ersten Kondensator (CQ),
    b) einen spannungsabhängigen Kondensator (Jr) parallel zum ersten Kondensator (CQ) und
    c) eine Entladungseinrichtung (20) parallel zum ersten Kondensator (CQ)·
  2. 2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der erste Kondensator (C_) und der spannungsabhängige Kondensator (Jc) in der gleichen Halbleitereinrichtung ausgebildet sind·
    3· Oszillator nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß Ladeeinrichtung (11,12) und Entladeeinrichtung
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    (20) jeweils durch Transistoren gebildet sind·
    Oszillator nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kondensator ( CQ ),der spannungsabhängige Kondensator ( J_ ) die Ladeeinrichtung (11,12) und die Entladeeinrichtung (20) in der gleichen Halbleitereinrichtung ausgebildet sind.
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DE19813110127 1980-03-14 1981-03-16 Saegezahnwellen- bzw. dreieckwellen-oszillator Granted DE3110127A1 (de)

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