DE3219815A1 - Dreieckgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dreieckgenerator mit einer Vergleicherschaltung, die über einen Begrenzer einen Integrator ansteuert, dessen Ausgang ein erster Eingang der Vergleicherschaltung nachgeschaltet ist und an dessem Ausgang die gewünschte Dreieckspannung ansteht.

Geräte mit einem derartig aufgebauten Dreieckgenerator sind im Handel erhältlich. Dabei ist einem Komparator eine Flip-Flop-Schaltung nachgeschaltet, die eine positive oder negative Spannung abgibt. Der Ausgang der Flip-Flop-Schaltung ist in einem Begrenzer über einen Widerstand und eine erste Diode mit einer negativen Referenzspannungsquelle und Über denselben Widerstand und eine zweite Diode mit einer zweiten, entgegengesetzt gepolten Referenzspannungsquelle verbunden. Am Ausgang des Begrenzers steht damit eine Spannung an, die zwischen der positiven und der negativen Referenzspannung, jeweils zusätzlich der entsprechenden Diodenschwellen, wechselt. Dem nachgeschalteten Integrator wird damit eine durch die Referenzspannungen festgelegte Eingangsspannung vorgegeben. An einem Vergleichseingang steht einmal eine positive und einmal eine negative Vergleichsspannung an, mit der die Ausgangsspannung des Integrators und der Umschaltpunkt der Flip-Flop-Schaltung festgelegt wird. Diese Schaltung ist verhältnismäßig aufwendig, da zusätzlich zum Komparator eine Flip-Flop-Schaltung sowie eine Umschalteinrichtung für die Vergleichsspannung des Komparators erforderlich ist. Außerdem ist aufgrund unterschiedlicher Schwellspannungen der beiden gegen die Referenzspannungen geschalteten

Sid 2 Bim / 18.05.1982

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Dioden keine völlige Symmetrie der Dreieckspannung erreichbar.

Im Handel sind ferner Geräte mit Dreieckgeneratoren erhältlich, bei denen der Vergleicherschaltung ein Integrator direkt nachgeschaltet ist. Die Umschaltung der Vergleichsspannung für die ansteigende bzw. abfallende Flanke der Dreieckspannung wird realisiert, indem bei einem als Komparator wirkenden Operationsverstärker der Ausgang über einen Widerstand auf den Eingang zurUckgekoppelt ist. Bei einer derartigen Ausführung ist jedoch die Steigung der Dreieckflanken nicht gleich, weil der als Komparator dienende Operationsverstärker in die Endaussteuerung geht und dabei unterschiedliche Sättigungsspannungen bei positiver und negativer Endaussteuerung aufweist. Durch die unterschiedlichen Spannungen auf der positiven und auf der negativen Seite sind auch der positive und der negative Scheitelwert der Dreieckspannung ungleich. Diese können zwar durch eine dem Komparator aufgeschaltete Vorspannung in Übereinstimmung gebracht werden, wobei jedoch ein Abgleich der Schaltung erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Dreieckgenerator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Dreieckspannung ohne Abgleich der Schaltung völlig symmetrisch wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Begrenzer direkt mit dem Ausgang der Vergleicherschaltung verbunden ist, daß der Ausgang der Vergleicherschaltung auf ihren ersten Eingang zurückgekoppelt ist und daß der Ausgang des Integrators über einen I-Regler mit einem zweiten Eingang der Vergleicherschaltung verbunden ist, wobei der I-Regler eine wesentlich größere Zeitkonstante als der Integrator hat.

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Bei dieser Schaltung werden also die positive und die negative Eingangsspannung des Integrators durch einen Begrenzer festgelegt. Eine aufgrund unterschiedlicher Ansprechpunkte des Begrenzers in positiver und negativer Richtung verbleibende Unsymmetrie der Dreieckspannung wird mit Hilfe des I-Reglers beseitigt. Dieser verschiebt den Ansprechpunkt der Vergleicherschaltung in positiver oder negativer Richtung soweit, bis die Sägezahnspannung den Mittelwert Null aufweist, also symmetrisch ist. Durch die Rückkopplung des Ausgangs der Vergleicherschaltung auf ihren ersten Eingang über einen Widerstand wird die Vergleichsspannung der Vergleicherschaltung selbsttätig umgeschaltet, so daß keine gesonderte Umschaltvorrichtung erforderlich ist.

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Der I-Regler kann am einfachsten ein Operationsverstärker mit einem zwischen Ausgang und invertierendem Eingang geschalteten Kondensator sein.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die Vergleicherschaltung ein Komparator mit einem mit der ersten Referenzspannungsquelle verbundenen Kollektor-Ausgang, dessen Emitter-Ausgang über eine Diode mit dem Verbindungspunkt einer zwischen einer Versorgungsspannungsquelle und einer zweiten Referenzspannungsquelle liegenden Reihenschaltung eines Widerstands und einer weiteren Diode verbunden ist, wobei die Polarität der Versorgungsspannungsquelle und der zweiten Referenzspannungsquelle der Polarität der ersten Referenzspannungsquelle entgegengerichtet ist. Dabei wird also eine Eingangsspannung des Integrators direkt durch die erste Referenzspannungsquelle und die zweite Eingangsspannung des Integrators durch eine an die zweite Referenzspannungsquelle angeschlossene Begrenzerschaltung festgelegt.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist der Integrator 1 mit einem Operationsverstärkers 1a realisiert, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung und dessen Ausgang über einen Integrationskondensator 1b mit seinem invertierenden Eingang verbunden ist. Außerdem ist der Ausgang des Operations-Verstärkers 1a über einen Widerstand 6 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines als Vergleicherschaltung wirkenden Operationsverstärkers 2 verbunden. Dem Operationsverstärker 2 ist ein Widerstand 3c nachgeschaltet, dessen zweiter Anschluß über eine Diode 3a mit einer ersten, positiven Referenzspannung + U #, und über eine Diode 3b mit einer zweiten, negativen Referenzspannung -Vf verbunden. Dabei ist die Kathode der Diode 3a der positiven Referenzspannung +U _f und die Anode der Diode 3b der negativen Referenzspannung ~U - zugewandt.

Der Verbindungspunkt des Widerstands 3c mit den Dioden 3a und 3b ist über einen Widerstand 5 auf den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2 zurückgekoppelt und über einen Widerstand 1c mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 1a verbunden.

Die positive und die negative Referenzspannung ⁺U_ref, -U * weisen betragsmäßig denselben Wert auf, der kleiner ist als der vom Operationsverstärker 2 bei Vollaussteuerung abgegebene Spannungswert.

Wenn man bei der soweit beschriebenen Schaltung zunächst annimmt, daß am Ausgang des Operationsverstärkers 2 eine positive Spannung ansteht, so wird diese mit dem aus dem Operationsverstärker Ta, dem Kondensator 1b und dem Widerstand 1c gebildeten Integrator 1 in negativer Richtung aufintegriert, d.h. am Ausgang des Integrators 1 wird die negative Flanke der Dreieckspannung gebildet. Über die Widerstände 5 und 6, die gleiche Werte

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aufweisen, wird die Ausgangsspannung des Begrenzers 3 und die Ausgangsspannung des Integrators 1 aufsummiert. Der Operationsverstärker 2 bleibt solange in der positiven Endaussteuerung, bis die Ausgangsspannung des Integrators 1 betragsmäßig größer wird als die Ausgangsspannung des Begrenzers 3. Sobald der Betrag der Ausgangsspannung des Integrators 1 jedoch diesen Wert überschreitet, geht der Ausgang des Operationsverstärkers 2 in die negative Endaussteuerung. Damit wird die Diode 3b leitend, so daß am Ausgang des Begrenzers 3 eine Spannung ansteht, die gleich der negativen Referenzspannung -U-. plus der Schwellspannung der Diode 3b ist. Der Integrator 1 integriert diese negative Spannung aufgrund seiner Inversionswirkung nach oben, so daß an seinem Ausgang jetzt die positive Flanke der Dreieckspannung ansteht. Diese wird wiederum mit der negativen Ausgangsspannung des Begrenzers 3 verglichen. Der Integrator 1 integriert solange nach oben, bis seine Ausgangsspannung den Betrag der Ausgangsspannung des Begrenzers 3 übersteigt. Dann kippt der Ausgang des Operationsverstärkers 2 wieder auf positive Werte. Damit wird wieder die Diode 3a leitend, so daß jetzt am Ausgang des Begrenzers 3 die positive Referenzspannung +U - plus die Schwellspannung der Diode 3a ansteht.

Bei der bisher beschriebenen Schaltung wird also die Eingangsspannung des Integrators 1 jeweils durch die positive bzw. negative Referenzspannung +U-, -U-zuzüglich bzw. abzüglich des Schwellwerts der jeweiligen Diode 3a bzw. 3b festgelegt. Ebenso werden die Scheitelwerte der Dreieckspannung, d.h. die Kippunkte des Operationsverstärkers 2 mit diesen Spannungen festgelegt. Da die Referenzspannungen +U _f, -U „ sehr genau vorgegeben werden können, ist die Genauigkeit der Flankensteigung und der Scheitelwerte der Dreieckspannung im wesentlichen nur noch von den Schwellwerten der Dioden 3a und 3b und von der Offsetspannung der Operationsverstärker 1 und

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abhängig. Um auch den Einfluß dieser gegebenenfalls unterschiedlichen Schwellwerte zu eliminieren, ist bei der Schaltungsanordnung nach Figur 1 zwischen Ausgang des Integrators 1 und invertierendem Eingang des Operations-Verstärkers 2 ein I-Regler 4 geschaltet.

Dieser Regler 4 enthält einen Operationsverstärker 4a, dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Bezugspotential der Schaltungsanordnung und dessen invertierender Eingang über einen Kondensator 4b mit seinem Ausgang und einen Widerstand 4c mit dem Ausgang des Integrators 1 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 4a ist mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2 verbunden. Der I-Regler 4 stellt also ebenfalls einen Integrator dar. Der Kondensator 4b ist wesentlicher größer als der Kondensator 1b des Integrators 1, so daß der I-Regler 4 eine wesentlich größere Zeitkonstante als der Integrator 1 hat. Die Ausgangsspannung des I-Reglers 4 folgt daher praktisch nicht dem Verlauf der Dreieckspannung, sondern stellt lediglich ein Integral ihres Mittelwerts dar.

Solange der Mittelwert der Dreieckspannung Null ißt, d.h. wenn bei linearer Dreieckspannung positiver und negativer Scheitelwert gleich sind, ist auch die Ausgangsspannung des I-Reglers 4 Null und dieser hat keinen Einfluß auf den Kippunkt des Operationsverstärkers 2. Ist dagegen beispielsweise der positive Scheitelwert der Dreieckspannung größer als deren negativer Scheitelwert, so wird der Mittelwert positiv. Dieser positive Mittelwert wird mit dem I-Regler 4 in negativer Richtung aufintegriert, so daß am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 2 eine negative Spannung ansteht. Damit werden der obere und der untere Kippunkt der Dreieckspannung nach unten verlagert, d.h. der positive Scheitelwert der Dreieckspannung solange verkleinert und der

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negative Scheitelwert der Dreieckspannung solange vergrößert, bis beide Scheitelwerte wieder gleich sind und der Mittelwert Null ist. Umgekehrt wird bei negativem Mittelwert der negative Scheitelwert verkleinert und der positive Scheitelwert vergrößert, bis die beiden Werte ebenfalls wieder gleich sind. Mit dem Regler 4 werden also die durch unterschiedliche Schwellwerte der Dioden 3a und 3b sowie durch die Offsetspannungen der Operationsverstärker 2 und 3 hervorgerufenen Unsymmetrien der Dreieckspannung ausgeregelt, ohne daß hierfür ein besonderer Abgleich oder eine spezielle Auswahl der Dioden 3a, 3b erforderlich wäre. Die positiven und negativen Scheitelwerte der Dreieckspannung hängen damit nur noch von der Toleranz der Vergleichswiderstände 5,6 sowie der Referenzspannungen ⁺U_ref/ ""^f ^ab* Diese Größen können jedoch in engen Toleranzen vorgegeben werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 anstelle des Operationsverstärkers 2 ein Komparator 2 mit offenem Kollektor-Ausgang eingesetzt. Dieser offene Kollektor-Ausgang ist mit der negativen Referenzspannung -Uf verbunden. Wenn daher die Summe der Eingangsspannungswerte des Komparators 2 negativ ist, steht an seinem Emitter-Ausgang die negative Referenzspannung ~^u _ref ⁺ die Durchlaßspannung der Ausgangsstufe des Komparators 2 an. Die Ausgangsspannung muß daher in negativer Richtung nicht mehr begrenzt werden, sondern es ist lediglich eine Begrenzung in positiver Richtung erforderlich. Dazu ist die Reihenschaltung eines Widerstands 3f und einer Diode 3e vorgesehen, wobei ein Anschuß des Widerstands mit einer positiven, nicht stabilisierten Versorgungsspannung +U und die Kathode der Diode 3e mit der positiven Referenzspannung +U _f verbunden. Der Verbindungspunkt von Widerstand 3f und Diode 3e ist über eine Diode 3d mit dem Emitter-Ausgang des Komparators 2 verbunden, wobei die Kathode dem Emitter-Ausgang des Komparators 2 zugewandt

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ist. Wenn daher bei positiver Summe der Eingangsspannungen des Komparators 2 dessen Ausgangsstufe sperrt, _so steht am Verbindungspunkt von Widerstand 3f und Diode 3e die positive Referenzspannung+U _f plus die Schwellspannung der Diode 3e an. Am Eingang des Integrators 1c steht dieser Wert um die Schwellspannung der Diode 3d verringert an. Wenn also die Dioden 3e und 3d gleiche Schwell werte haben, so wird die positive Referenzspannung ^{+ u}*_ref unverfälscht übertragen.

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Um ungleiche Schwell werte der Dioden 3d und 3e sowie die Durchlaßspannung des Komparators 2 auszugleichen, ist wie in Figur 1 ein I-Regler 4 vorgesehen. Damit wird auch dieser Schaltung eine symmetrische Dreieckspannung erreicht, deren Parameter lediglich von eng tolerierbaren Widerständen und Referenzspannungen abhängen.

2 Figuren

2 Patentansprüche

Leerseite

Claims (1)

1. Patentansprüche

   /T) Dreieckgenerator mit einer Vergleicherschaltung/ die über einen Begrenzer einen Integrator ansteuert, dessen Ausgang ein erster Eingang der Vergleicherschaltung nachgeschaltet ist und an dessen Ausgang die gewünschte Dreieckspannung ansteht, dadurch gekennzeichnet , daß der Begrenzer (3) direkt mit dem Ausgang der Vergleicherschaltung (2) verbunden ist, daß der Ausgang der Vergleicherschaltung (2) auf ihren ersten Eingang über einen Widerstand (5) zurückgekoppelt ist/ und daß der Ausgang des Integrators (1) über einen I-Regler (4) mit einem:zweiten Eingang der Vergleicherschaltung (2) verbunden ist, wobei der I-Regler (4) eine wesentlich größere Zeitkonstante als der Integrator (1) hat.

   2« Dreieckgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der I-Regler (4) ein Operationsverstärker (4a) mit einem zwischen Ausgang und invertierendem Eingang geschalteten Kondensator (4b) ist.

   3. Dreieckgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicherschaltung ein Komparator (2) mit einem mit der ersten Referenzspannungsquelle (~^u _ref) verbundenen Kollektor-Ausgang ist, dessen Emitter-Ausgang über eine Diode (3d) mit dem Verbindungspunkt einer zwischen einer Versorgungsspannungsquelle (U ) liegenden Reihenschaltung eines Widerstands (3f) und einer weiteren Diode (3e) verbunden ist, wobei die Polarität der Versorgungsspannungsquelle (U ) und der zweiten Referenzspannungsquelle (+U „) der Polarität der ersten Referenzspannungsquelle (~^u _ref) entgegengerichtet ist.