NL194220C

NL194220C - Gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter.

Info

Publication number: NL194220C
Application number: NL8600865A
Authority: NL
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 1985-04-05
Filing date: 1986-04-04
Publication date: 2001-09-04
Also published as: FR2580125A1; GB2173654A; NL194220B; JPH0681492B2; GB8607583D0; DE3610996C2; FR2580125B1; NL8600865A; US4639659A; GB2173654B; DE3610996A1; JPS61231876A; CA1276976C

Description

1 194220 4

Gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter

De uitvinding heeft betrekking op een gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter, omvattende: een oscillatieschakeling met een oscillerende toestand, waarin een oscillerend uitgangssignaal wordt 5 opgewekt, en met een inactieve toestand; een uitgangsaansluiting; een spanningsbronaansluiting voor het ontvangen van van een energiebron afkomstige spanning; een spanningsvergrotende gelijkrichter, die van de spanningsbronaansluiting de van de energiebron afkomstige spanning ontvangt en die met de oscillatieschakeling is verbonden voor het in de oscillerende 10 toestand ontvangen vein het oscillerende uitgangssignaal en om een gelijkgericht uitgangssignaal op te wekken, waarvan de spanning ten minste twee maal de piekspanning van het oscillerende uitgangssignaal bedraagt

Een zodanige gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter is bekend uit het Amerikaanse octrooischrift 3.356.926.

Bij een radio-ontvanger met elektronische afstemming, dat wil zeggen een ontvanger die voorzien is van 15 een afstemschakeling, die een varicap-diode omvat, en waarbij de kanaalkeuze uitgevoerd wordt door het variëren van een aan de varicap-diode toegevoerde spanning, moet de kanaalkeuzespanning worden gevarieerd binnen een geschikt gebied, bijvoorbeeld van 0,5-0,4 V. Wanneer de ontvanger wordt gevoed door een batterij van 3 V of 6 V, waarbij in aanmerking wordt genomen dat de batterij steeds verder leeg raakt, wordt de kanaalkeuzespanning opgewekt door een gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter.

20 De bovengenoemde literatuurplaats toont in de figuren 1,2 en 3 gelijkstroomomzetters die van transformatoren zijn voorzien. In de figuren 4 en 5 worden schakelingen getoond, die van een klystron zijn voorzien.

Zowel een klystron als een transformator zijn zware, omvangrijke en kostbare componenten.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter die lichter, kleiner en goedkoper is, opdat deze geschikt is om te worden toegepast bij een door een batterij gevoede 25 radio-ontvanger.

Dit doel wordt bereikt doordat het gelijkgerichte uitgangssignaal bij de van de energiebron afkomstige spanning wordt opgeteld voor het aan de uitgangsaansluiting verschaffen van een uitgangsspanning, die groter is dan de van de energiebron afkomstige spanning, en dat de schakeling verder omvat een door een weerstand en een diode gevormde serieschakeling, die tussen de spanningsbronaansluiting 30 en de uitgangsaansluiting is geschakeld; en een zodanig tussen een verbindingspunt van de weerstand en de diode van de serieschakeling en aarde geschakelde spanningsdeler, dat in de inactieve toestand van de oscillatieschakeling de van de energiebron afkomstige spanning door de spanningsdeler wordt gedeeld voor het aan de uitgangsaansluiting verkrijgen van een uitgangsspanning, die kleiner is dan de van de energiebron afkomstige spanning.

35 Als gevolg van deze maatregelen worden zware, dure en omvangrijke componenten uit de schakeling geëlimineerd, zodat een lichte, kleine en goedkope schakeling wordt verkregen die gemakkelijk in een door een batterij gevoed, dus in het algemeen draagbaar uitgevoerd apparaat kan worden toegepast. Bovendien maakt de uitvinding het mogelijk de omzetter in geïntegreerde vorm uit te voeren.

Bij voorkeur omvat de omzetter middelen voor het doen variëren van de piekspanning van het oscille-40 rende uitgangssignaal en het daardoor instellen van de waarde van de uitgangsspanning in de oscillerende toestand van de oscillatieschakeling.

Vervolgens zal de uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuur 1, die een schakelschema toont van een gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter volgens de uitvinding.

45

In figuur 1 duidt het referentienummer 1 een oscillatieschakeling in zijn geheel aan. Zoals blijkt uit figuur 1 omvat oscillatieschakeling 1 transistoren Q1 en Q2 waarvan de emitters met elkaar en met de collector van een transistor Q3 zijn verbonden, welke transistor als een constante stroombron wordt gebruikt, zodat daardoor een verschilversterker wordt gevormd. Door condensatoren C1 en C2 wordt de oscillatieschakeling 50 1 positief teruggekoppeld, zodat schakeling 1 met een door een spoel L1 en een strooicapaciteft bepaalde oscillatiefrequentie oscilleert. Een constante spanningsbron Vr dient als een spanningsbron en ais een referentiespanningsbron. De basisinstelstroom wordt van deze constante spanningsbron via een weerstand R1 aan de basis van de transistor Q1 toegevoerd en direct aan de basis van transistor Q2 toegevoerd.

De gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter omvat verder een spanningsvergrotende gelijkrichtschakeling 2, die 55 tussen de collector van transistor Q2 en een uitgangsaansluiting T1 is geplaatst en die een condensator C3 en in serie geschakelde dioden D1, D2 en D3 omvat Een condensator C4 is parallel geschakeld aan de door dioden D1 en D2 gevormde serieschakeling. Het collector-emitter-traject van een transistor Q4 is * 194220 2 tussen een spanningsbronaansluiting T2 en het verbindingspunt van condensator C3 met diode D1 geschakeld. Een condensator C5 is tussen aansluiting T2 en het verbindingspunt tussen de dioden D1 en D2 geschakeld. Een weerstand R2 en een condensator C7 zijn elk tussen aansluiting T2 en de basis van transistor Q4 geschakeld. Een diode D4 is tussen de basis van transistor Q4 en de diode D3 geschakeld, 5 en een condensator C6 is tussen aansluiting T2 en T1 geschakeld. Het zal duidelijk zijn, dat weerstand R2 en diode D4 eigenlijk in serie zijn geschakeld tussen spanningsbronaansluiting T2 en uitgangsaansluiting Tl.

Verder zijn de weerstanden R7 en R8 in serie geschakeld met de spanningsbron Vr. Een op het verbindingspunt tussen weerstand R7 en R8 opgewekte spanning wordt aan een inverterende ingangs-10 aansluiting van een spanningsvergelijkschakeling 3 toegevoerd. Een potentiometer of weerstand VR met beweegbare aftakking is met de spanningsbron VR verbonden en weerstanden R9 en R10 zijn in serie geschakeld tussen aansluiting T1 en het beweegbare contact of de aftakking van de weerstand VR. Een op het verbindingspunt tussen weerstanden R9 en R10 opgewekte spanning Vs wordt aan een niet-inverterende ingangsaansluiting van de spanningsvergelijkschakeling 3 toegevoerd.

15 De weerstanden R3 en R4 en het collector-emitter-traject van een transistor Q5 zijn in serie geschakeld met de spanningsbron Vr. Een vergeleken uitgangssignaal Vc van de spanningsvergelijkschakeling 3 wordt aan de basis van transistor Q5 toegevoegd, waarvan de collector verbonden is met de basis van transistor Q3. Het verbindingspunt tussen weerstand R3 en R4 is met een basis van een transistor Q6 verbonden, waarvan de collector via een weerstand R5 met spanningsbron Vr is verbonden. De collector van transistor 20 Q6 is verder verbonden met bases van transistoren Q7 en Q8. De collector van transistor Q7 is verbonden met de basis van transistor Q4, dat wil zeggen met het verbindingspunt tussen weerstand R2 en diode D4, en de collector van transistor Q8 is verbonden met aansluiting T1. Tenslotte is een weerstand R6 geschakeld tussen de emitter van transistor Q8 en aarde.

De gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter volgens de onderhavige uitvinding zoals deze is beschreven met 25 betrekking tot figuur 1 werkt als volgt:

Wanneer het beweegbare contact van de weerstand VR op of in de nabijheid van zijn geaarde zijde wordt geplaatst, wordt op de aansluiting T1 een grote uitgangsspanning opgewekt. Meer in het bijzonder is in dit geval, omdat de spanning Vs relatief laag is, het aan de basis van transistor Q5 toegevoerde uitgangssignaal Vc eveneens laag, zodat de impedantie van transistor Q5 groot is. Er wordt dan ook een 30 grote basisinstelstroom toegevoerd aan transistor Q3 en er vloeit een relatief grote stroom door transistor Q3. Omdat de collectorstroom groot is, oscilleert de oscillatieschakeling 1 en het piekoscillatieniveau of de maximale amplitude daarvan is relatief groot.

Op dat moment heeft transistor Q6 de neiging gemakkelijker in te schakelen dan transistor Q3 omdat de basisinstelstroom van transistor Q6 de waarde van de spanningsval over weerstand R4 groter is dan die 35 van transistor Q3. De transistoren Q7 en Q8 worden dan ook uitgeschakeld. Omdat transistor Q7 wordt uitgeschakeld, wordt aan de basis van transistor Q4 via weerstand R2 spanning toegevoerd, zodat transistor Q4 wordt ingeschakeld en als een diode wordt gebruikt. Omdat eveneens transistor Q8 wordt uitgeschakeld, werkt schakeling 2 als een spanningsvergrotende gelijkrichtschakeling, dat wil zeggen, dat deze een gelijkgerichte spanning verschaft, die vier maal zo groot is al de piekspanning van het oscillatie-40 uitgangssignaal van schakeling 1.

Een dergelijk gelijkgericht uitgangssignaal van schakeling 2 wordt aan aansluiting T1 toegevoerd. Dan neemt de gelijkrichtschakeling 2 de spanning Vcc bij aansluiting T2 als zijn referentispanningspunt, zodat de op aansluiting T1 ontwikkelde uitgangsspanning de waarde heeft, die het resultaat is van het optellen van de spanning Vcc bij aansluiting T2 en het gelijkgerichte uitgangssignaal van schakeling 2, waarvan de 45 spanning vergroot is.

Wanneer het beweegbare contact van de weerstand VR met een vooraf bepaalde mate van aarde naar de ’’hete” zijde wordt bewogen, neemt de spanning Vs toe met de waarde, die overeenkomt met een dergelijke vooraf bepaalde mate van beweging en dus neemt het vergeleken uitgangssignaal Vc van vergelijkschakeling 3 eveneens toe. De impedantie van transistor Q5 wordt dus eveneens verminderd, 50 evenals de collectorstroom van transistor Q3. Hieruit vloeit voort dat het oscillatieniveau of de maximale amplitude van oscillatieschakeling 1 en het viervoudige, gelijkgerichte uitgangssignaal van schakeling 2 toenemen. De uitgangsspanning bij aansluiting T1 wordt dus verlaagd in een mate die overeenkomt met de mate van beweging van het beweegbare contact van de weerstand VR.

Zoals boven is beschreven, wordt, wanneer het beweegbare contact van de weerstand VR wordt 55 ingesteld langs het met de aarde verbonden deel van de weerstand, het oscillatieniveau of de piekwaarde van het uitgangssignaal van oscillatieschakeling 1 veranderd, waardoor, in responsie hierop, het uitgangssignaal aan de aansluiting T1 eveneens wordt veranderd.

• 3 194220

Wanneer het beweegbare contact van de weerstand VR op een plaats wordt ingesteld, en bijvoorbeeld . de uitgangsspanning op aansluiting T1 fluctueert, bijvoorbeeld wordt verlaagd, wordt het vergeleken uitgangssignaal Vc eveneens verlaagd, zodat de impedantie van transistor Q5 toeneemt en de collector* stroom van de transistor Q3 ook toeneemt Het oscillatieniveau of piekwaarde van het oscillatie-5 uitgangssignaal van oscillatieschakeling 1 neemt aldus toe om daardoor te voorkomen dat de uitgangsspanning op de aansluiting T1 verlaagd wordt. Wanneer dus de uitgangsspanning op aansluiting tl fluctueert, wordt de waarde van een dergelijke fluctuatie negatief teruggekoppeld aan oscillatieschakeling 1, waardoor het oscillatieniveau of de maximale amplitude daarvan op de juiste wijze wordt gevarieerd of gecompenseerd. Hieruit blijkt, dat de uitgangsspanning op aansluiting T1 gestabiliseerd is om een constante 10 ingestelde waarde te hebben.

Wanneer echter het beweegbare contact van de weerstand VR verder naar de "hete” zijde wordt bewogen, dat wil zeggen dat het beweegbare contact de "hete” zijde van de weerstand nadert, neemt de spanning Vs verder toe en het vergeleken uitgangssignaal Vc wordt voldoende hoog om de impedantie van de transistor Q5 te verlagen tot het punt waarbij transistor Q3 wordt uitgeschakeld en de oscillatie van de 15 oscillatieschakeling 1 wordt beëindigd.

Omdat op dat tijdstip bovendien de impedantie van transistor Q5 verder afneemt, wordt de impedantie van transistor Q6 groter om de basisinstelspanning van transistoren Q7 en Q8 te vergroten. Aldus worden de transistoren Q7 en Q8 in een vooraf bepaalde impedantietoestand geplaatst, die niet de uitgeschakelde toestand is. Als resultaat van het voorgaande wordt de spanning Vcc op aansluiting T2 via weerstand R2 en 20 diode D4 in serie aan aansluiting T1 toegevoerd en tegelijkertijd wordt deze uitgangsspanning door transistoren Q7 en Q8 en weerstand R6 gedeeld.

Wanneer dan ook het beweegbare contact van de weerstand VR wordt ingesteld langs het aan de "hete" zijde liggende deel van de weerstand en de transistoren Q7 en Q8 zich in een andere dan de uitgeschakelde toestand bevinden, wordt het vergeleken uitgangssignaal Wc gevarieerd in overeenstemming met een 25 dergelijke instelling en de impedantie van transistor Q5 wordt veranderd, waardoor de impedantie van transistor Q6 en dus de impedanties van transistoren Q7 en Q8 worden veranderd met het resultaat, dat de op een laag niveau liggende uitgangsspanning op aansluiting T1 wordt ingesteld.

Met andere woorden, wanneer het beweegbare contact van de weerstand VR wordt ingesteld langs het aan de "hete” zijde gelegen deel van de weerstand, wordt de spanningsdeelverhouding voor de van de 30 energiebron afkomstige spanning Vcc gevarieerd en de uitgangsspanning op de aansluiting T1 wordt in responsie hierop gevarieerd.

Wanneer echter het beweegbare contact van de weerstand VR op een vooraf bepaalde plaats aan het aan de "hete" zijde gelegen deel van de weerstand wordt geplaatst, en wanneer de uitgangsspanning op aansluiting T1 fluctueert, verschijnt deze verandering of fluctuatie als een verandering van het vergeleken 35 uitgangssignaal Vc en wordt negatief teruggekoppeld aan transistoren Q7 en Q8, zodat de uitgangsspanning op aansluiting T1 wordt gestabiliseerd zodat deze een constant ingestelde waarde krijgt.

Wanneer de werkpunten van transistoren Q3-Q8 juist worden gekozen en wanneer de uitgangsspanning op aansluiting T1 groter is dan de vein de energiebron afkomstige spanning Vcc op aansluiting T2, zal de oscillatieschakeling 1 oscilleren. Het oscillatie-uitgangssignaal wordt gelijkgericht en de piekspanning ervan 40 wordt in schakeling 2 met vier vermenigvuldigd en dan aan uitgangsaansluiting T1 toegevoerd. Wanneer daarentegen de uitgangsspanning op aansluiting T1 kleiner is dan de van de energiebron afkomstige spanning Vcc, wordt de oscillatie van oscillatieschakeling 1 beëindigd en de van de energiebron afkomstige spanning Vcc wordt gedeeld en dan aan aansluiting T1 toegevoerd. Op dat moment worden de schakel-elementen Q4 en D1-D3 uitgeschakeld, omdat de uitgangsspanning via diode D4 wordt toegevoerd, zodat 45 het mogelijk is de instabiliteit te verwijderen die ontstaat op het schakelpunt tussen de werking, waarbij de uitgangsspanning wordt afgeleid van het met vier vermenigvuldigen en gelijkrichten van het oscillatie* uitgangssignaal, en de werking waarbij de uitgangsspanning wordt afgeleid door het delen van van de energiebron afkomstige spanning Vcc.

Wanneer de uitgangsspanning op aansluiting T1 kleiner is dan de spanning van de spanningsbron Vr, 50 werkt transistor Q8 als een kortsluiting naar aarde voor de door de weerstanden R10 en R9 heen vloeiende stroom, zodat het mogelijk is de uitgangsspanning in de nabijheid van 0 V in te stellen.

Zoals boven beschreven is, oscilleert oscillatieschakeling 1 wanneer een uitgangsspanning vereist is, die groter is dan de van de energiebron afkomstige spanning Vcc en wordt de uitgangsspanning verkregen door het met vier vermenigvuldigen en gelijkrichten van het oscillatie-uitgangssignaal en, wanneer een uitgangs-55 spanning vereist is die kleiner is dan de van de energiebron afkomstige spanning Vcc, wordt het oscilleren van oscillatieschakeling 1 beëindigd en de uitgangsspanning wordt verkregen door het delen van de van de energiebron afkomstige spanning Vcc. Het is daardoor mogelijk de uitgangsspanning over een groot gebied

Claims

1. Gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter, omvattende: een oscillatieschakeling met een oscillerende toestand, waarin een oscillerend uitgangssignaal wordt 20 opgewekt, en met een inactieve toestand; een uitgangsaansluiting; een spanningsbronaansluiting voor het ontvangen van van een energiebron afkomstige spanning; een spanningsvergrotende gelijkrichter, die van de spanningsbronaansluiting de van de energiebron afkomstige spanning ontvangt en die met de oscillatieschakeling is verbonden voor het in de oscillerende 25 toestand ontvangen van het oscillerende uitgangssignaal en om een gelijkgericht uitgangssignaal op te wekken, waarvan de spanning ten minste twee maal de piekspanning van het oscillerende uitgangssignaal bedraagt, met het kenmerk, dat het gelijkgerichte uitgangssignaal bij de van de energiebron afkomstige spanning wordt opgeteld voor het aan de uitgangsaansluiting (Ti) verschaffen van een uitgangsspanning, die groter is dan de van de energiebron afkomstige spanning, en dat de schakeling 30 verder omvat. een door een weerstand (R2) en een diode (D4) gevormde serieschakelïng, die tussen de spanningsbronaansluiting (Tg) en de uitgangsaansluiting (Γ,) is geschakeld; en een zodanig tussen een verbindingspunt van de weerstand en de diode van de serieschakelïng en aarde geschakelde spanningsdeler, dat in de inactieve toestand van de oscillatieschakeling (1) de van de 35 energiebron afkomstige spanning door de spanningsdeler wordt gedeeld voor het aan de uitgangs-aansluiting (T,) verkrijgen van een uitgangsspanning, die kléiner is dan de van de energiebron afkomstige spanning.

2. Gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter volgens conclusie 1, gekenmerkt door middelen (Q3, Cy voor het doen variëren van de piekspanning van het oscillerende uitgangssignaal en het daardoor instellen van de 40 waarde van de uitgangsspanning in de oscillerende toestand van de oscillatieschakeling (2).

3. Gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter volgens conclusie 2, gekenmerkt door middelen, die op fluctuaties van de uitgangsspanning ten opzichte van een ingestelde waarde daarvan reageren voor het doen variëren van de piekspanning van het oscillerende uitgangssignaal in die zin dat de ingestelde waarde van het uitgangssignaal op de uitgangsaansluiting blijft behouden.

4. Gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de oscillatieschakeling een eerste en een tweede transistor (Q1t Cy omvat, die met een als een constante stroombron geschakelde derde transistor (Q3) zijn verbonden voor het vormen van een verschilversterker en tevens een schakeling voor positieve terugkoppeling omvat, en dat de middelen voor het doen variëren van de piekspanning van het oscillerende uitgangssignaal middelen (Cy omvatten voor het doen variëren van de basisinstelstroom 50 van de derde transistor.

5. Gelijkstroom-gelljkstroom-omzetter volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de middelen voor het doen variëren van de basisinstelstroom van de derde transistor omvatten: een referentiespanningsbron (Vr); een instelstroomregeltransistor, die verbonden is met de referentiespanningsbron (Qs) en met de derde 55 basis van de instelstroomregeltransistor toegevoerde regelspanning doen variëren van de basisinstelstroom van de derde transistor (Q3); een spanningsvergelijkschakeling (3) met een eerste en een tweede ingangsaansluiting, die een • 5 194220 vergelijkingsuitgangssignaal verschaft als het regelsignaal voor de instelstroomregeltransistor; , met de referentiespanningsbron verbonden middelen (R7l RJ voor het verschaffen van een constant spanningsniveau aan de eerste ingangsaansluiting; en met de uitgangsaansluiting verbonden middelen (R9> R10) voor het aan de tweede ingangsaansluiting 5 toevoeren van een spanning die proportioneel met de uitgangsspanning varieert.

5 Wanneer de uitgangsspanning klein is, wordt de uitgangsspanning via diode D4 toegevoerd, zodat transistor Q4 en de dioden D1-D3 uitgeschakeld worden. Als gevolg hiervan is het mogelijk geleidelijk over te gaan van de werking waarbij een grote uitgangsspanning wordt opgewekt door het met vier vermenigvuldigen en gelijkrichten van het oscillatie-uitgangssignaal naar de werking waarbij een lage uitgangsspanning wordt opgewekt door het delen van de van de energiebron afkomstige spanning Vcc.

10 Omdat in de gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter volgens de onderhavige uitvinding geen schakethandeling wordt uitgevoerd en de oscillatieschakeling 1 gebalanceerd is, worden slechts weinig stoorsignalen opgewekt. Storing van een radio-ontvanger door dergelijke stoorsignalen en dergelijke wordt dan ook voorkomen. 15

6. Gelïjkstroom-gelijkstroom-omzetter volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de middelen voor het aan de tweede ingangsaansluiting toevoeren van de spanning middelen (VR) omvatten voor het doen variëren van de tweede ingangsspanning ten opzichte van de uitgangsspanning.

7. Gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de middelen (VR) voor het 10 toevoeren van de tweede ingangsspanning omvatten: een met de referentiespanningsbron verbonden weerstand met een beweegbaar contact; twee tussen de uitgangsaansluiting en het beweegbare contact in de serie geschakelde weerstanden (Ra, Rio); en middelen voor het zodanig verbinden van het verbindingspunt van de genoemde twee weerstanden (Re,

15 R10) met de tweede ingangsaansluiting dat de spanning aan de tweede ingangsaansluiting door verplaatsing van het beweegbare contact instelbaar is.

8. Gelijkstroom-gelijkstroom-omzetter volgens conclusie 5 of 7, met het kenmerk, dat de derde transistor (Qa) wordt uitgeschakeld voor het veroorzaken van de inactieve toestand in responsie op een vooraf bepaald niveau van het vergelijkingsuitgangssignaal, en dat de spanningdeler een paar additionele 20 transistoren (Q7, Qe) omvat, waarvan de bases met elkaar zijn verbonden om ingeschakeld te worden wanneer het vergelijkingsuitgangssignaal het vooraf bepaalde niveau bereikt, waarbij het collector-emitter-traject van één van de additionele transistoren (Q7) geschakeld is tussen het verbindingspunt van de serieschakeling (R2, D) en aarde, en waarbij het collector-emitter-traject van de andere additionele transistor (Qe) enerzijds is verbonden met de uitgangsaansluiting en anderzijds via een weerstand (Rg) met aarde en 25 waarbij de impedanties van de additionele transistoren progressief afnemen in responsie op toename van het vergelijkingsuitgangssignaal boven het vooraf bepaalde niveau. Hierbij 1 blad tekening