NL8101164A - Zaagtandgolfvormgenerator, - Google Patents

Description

*· i

Zaagtandgolfvormgenerator. __

De uitvinding heeft betrekking op een generator voor opwekking en afgifte van een zaagtandgolfvormig signaal, en meer in het bijzonder op een dergelijke generator van eenvoudige constructie.

5 Tot nog toe bekende zaagtandgolfvormgeneratoren zijn meestal niet in staat tot afgifte van een zaagtandgolfvormig signaal met voldoende lineariteit van de zaagtandgolfvorm; deze is meestal nabij zijn piekwaarde afgezwakt.

De onderhavige uitvinding stelt zich ten doel, een 10 nieuw type v'. Z’aagtandgolfgenerator te verschaffen, welke een zaagtandgolfvormig signaal met goede zaagtandlineariteit kan afgeven.

Voorts stelt de uitvinding zich ten doel, een zaag-tandgolfgenerator te verschaffen, welke een eenvoudige con-15 structie paart aan vorming en afgifte van een signaal met goede zaagtandlineariteit.

Daartoe verschaft de uitvinding een generator voor opwekking en afgifte van een zaagtandgolfvormig signaal, welke de volgende componenten omvat: 20 a) een serieschakeling van oplaadmiddelen en een eerste capaciteit, b) een aan de eerste capaciteit parallel geschakelde, tweede capaciteit met spanningafhankelijke capaciteitswaarde, en c) aan de eerste capaciteit parallel geschakelde ont-25 laadmiddelen.

De uitvinding zal worden verduidelijkt in de nu volgende beschrijving aan de hand van de bijbehorende tekening van enige uitvoeringsvormen, waartoe de uitvinding zich echter niet beperkt. In de tekening tonen: 30 figuur 1 een principeschema van êen zaagtandgolfgene- rator van bekend type, figuur 2 een schema van een practische uitvoeringsvorm van de zaagtandgolfgenerator volgens figuur 1, figuur 3A, 3B en 3C enige golfvormen ter verduidelijking 35 van de onderhavige uitvinding, figuur 4 een principeschema van een zaagtandgolfgenerator volgens de uitvinding, 8101164 - 2 - figuur 5 een schema van een practische uitvoeringsvorm van de zaagtandgolfgenerator volgens figuur 4, figuur 6 een dwarsdoorsnede door een halfgeleider-inrichting met een zaagtandgolfgenerator volgens de uit-5 vinding, figuur 7 een bovenaanzicht op de halfgeleiderin-richting volgens figuur 6, en figuur 8 en 9 enige karakteristieken ter verduidelijking van de uitvinding.

10 Voor een beter begrip van de uitvinding wordt eerst aan de hand van de figuren 1 en 2 een zaagtandgolfgenerator van bekend type beschreven.

Figuur 1 toont een principeschema van een dergelijke zaagtandgolfgenerator. Deze bevat een capaciteit of ander 15 capacitief element Cg, waarmede een bron 10 van constante stroom voor oplading in serie is geschakeld en waaraan een schakelaar 20 voor ontlading parallel is geschakeld. Figuur 2 toont het schema van een practische uitvoeringsvorm van een zaagtandgolfgenerator van bekend type volgens figuur 1. Zoals 20 figuur 2 laat zien, bestaat de bron 10 van constante stroom uit een transistor 11 van het PNP-type, een transistor 12 van het PNP-type en een weerstand 13, waarbij de transistor 12 als diode is geschakeld voor levering van een constante instelspanning aan de basis van de transistor 11. Door deze 25 laatstgenoemde vloeit een stroom I. Bij de hier beschreven uitvoeringsvorm bestaat de schakelaar 20 uit een transistor van het NPN-type.

In het ideale geval heeft de uitgangsimpedantie van de bron 10 van constante stroom een oneindig grote waarde en 30 vertoont het capacitieve element Cg geen scanningsafhankelijkheid. Wanneer aan deze waarde zou worden voldaan, hetgeen in de praktijk nimmer het geval is, zal de schakeling over het capacitieve element Cg een driehoekgolfvormige of zaagtandgolf vormige klemspanning V produceren, welke een goede zaag- v*« 35 tandlineariteit heeft, zoals in figuur 3A met een volle lijn is weergegeven.

In de praktijk levert de vervaardiging van een capa- 8101164 - 3 - citeit of capacitief element zonder spanningsafhankelijkheid geen problemen op, doch dit geldt niet voor het vereiste, dat de uitgangsimpedantie van de bron. 10 van constante stroom een oneindig grote waarde heeft. Indien de bron 10 van con- 5 stante stroom bijvoorbeeld door de transistor 11 wordt gevormd, zal de aanloopspanning over de capaciteit betrekkelijk klein zijn. Bij een toename van de spanning V over de capaciteit, zal de stroom I naar de capaciteit Cq, dat wil zeggen de oplaadstroom echter afnemen. Dit heeft tot gevolg, dat de « 10 golfvorm van de spanning V over de capaciteit nabij zijn top of piekwaarde een afzwakking gaat vertonen, zoals in figuur 3A mèt een gebroken lijn is weergegeven.

De zaagtandgolfgenerator volgens de onderhavige uitvinding is vrij van dit bezwaar, zoals hierna zal worden be-15 schreven.

De uitvinding is gebaseerd op het feit, dat de capa-citeitswaarde van een PN-overgang spanningsafhankelijk is; wanneer een aan de overgang aangelegde blokkeringsspanning in waarde toeneemt, daalt de capaciteitswaarde van de overgang.

20 Dit gegeven wordt bij de uitvinding toegepast voor vorming van een zaagtandgolfvormig signaal met een goed lineaire zaagtandgo1fvorm.

Figuur 4 toont het principeschema van een generator volgens de onderhavige uitvinding; daarbij zijn zoveel moge-25 lijk dezelfde verwijzingssymbolen als in figuur 1 toegepast.

Bij de in figuur 4 weergegeven zaagtandgolfgenerator volgens de uitvinding is een spanningsafhankelijk capacitiêf element Cj in de vorm van een PN-overgang Jc parallel aan het spanningsonafhankelijke capacitieve element Cq geschakeld; de 30 voor oplading dienende bron 10 van constante stroom is weer in serieschakeling met de parallelschakeling van de bij de capacitieve elementen CQ en Cj opgenomen, terwijl de ontlaad-schakelaar 20 parallel aan de genoemde parallelschakeling is geschakeld.

35 Figuur 5 toont het schema van een practische uitvoe ringsvorm van een zaagtandgolfgenerator volgens figuur 4; daarbij zijn weer dezelfde verwijzingssymbolen als in de figuren 8101164 - 4 - 4 en 2 gebruikt.

Zoals figuur 5 laat zien, wordt de bron 10 van constante stroom gevormd door de transistoe 11 van het PNP-type, de transistor 12 van het PNP-type en de weerstand 13, waarbij 5 de transistor 12 weer als diode is geschakeld voor levering van een constante instelspanning aan de basis van de transistor 11. Door deze laatstgenoemde vloeit de stroom I. Bij de hier beschreven uitvoeringsvorm bestaat ook de ontlaadschake-laar 20 uit een transistor van het NPN-type.

4 10 Bij de hier beschreven uitvoeringsvorm kan voor be paling of instelling van de uitgangsspanning van de transistor 11 eventueel een weerstand R^ in de emitterstroomkring van de transistor wordei.opgenomen, In dat geval wordt een weerstand R2 in de emitterstroomkring van de transistor 12 opgenomen.

15 Het spanningsonafhankelijke capacitieve element Cq is gevormd op of in een halfgeleiderinrichting, waarin tevens de spanningsafhankelijke PN-overgang Jc is gevormd.

De figuren 6 en 7 tonen een practische uitvoeringsvorm van een dergelijke halfgeleiderinrichting. Daarbij zijn op een 20 substraat 30 van het P-type door epitaxiale groei lagen 40X en 40Y van het N-type gevormd. Op de laag 40X is een diffusie-gebied 51 van het N -type gevormd, terwijl op dit gebied 51 een dunne laag 52 van diëlectrisch materiaal, zoals silicium-nitride of dergelijke, is aangebracht. Op het gebied 51 is een 25 electrode 53 gevormd, terwijl op de'diëlectrische laag 52 een electrode 54 is gevormd. Op deze wijze wordt het spanningsonafhankelijke capacitieve element CQ-verkregen. Daarbij ontstaat de capacitiève, spanningsafhankelijke PN-overgang J tus- v sen het substraat 30 van het N-type en de laag 40X van het 30 P-type. Wanneer het substraat 30 en de electrode 54 worden geaard, wordt de PN-overgang J , dat wil zeggen het spannings-afhankelijke capacitieve element Cj, aan het spanningsonafhankelijke capacitieve element parallelgeschakeld.

Op de laag 40Y zijn door diffusie gebieden HE, 11C, 35 12E en 12C van het P-type gevormd ter verkrijging van niet alleen de transistor 11 van het "laterale" PNP-type met het gebied 11E als emittergebied, de laag 40Y als basisgebied en 8101164 W. v - 5 - u— het gebied 11C als collectorgebied, doch tevens ter verkrijging van de transistor 12 van het "laterale" PNP-type met het gebied 12E als emittergebied, de laag 4.0Y als basisgebied en het gebied 12C als collectorgebied. Op de laag 40Y is door diffusie + 5 een gebied 61 van het N -type gevormd als basisaansluitelec-trode, terwijl op het collectorgebied 11C van de transistor 11 een electrode 62 is gevormd, over zowel het collectorgebied 12C van de transistor 12 als het gebied 61 een electrode 63 is gevormd en over zowel het emittergebied 11E van de transis-·· 10 tor 11 als d&t 12E van'de transistor 12 eén electrode 64 is gevormd. De beide weerstanden R^' en R2 zijn op zodanige wijze gevormd, dat de beide emittergebieden 11Ξ en 12E een aanzienlijke breedte hebben; de electrode 64 bevindt zich aan de ene zijde van de beidé emittergebieden 11Ξ en 12E, zoals 15 meer in het bijzonder in figuur 7 is te zien.

In figuur 6 heeft het verwijzingsgetal 70 betrekking op een "begraven" gebied van het N -type, terwijl het verwij zingsgetal 80 betrekking heeft op een diffusiegebied van het P+-type voor isolatie en het verwijzingsgetal 900betrek-20 king heeft op een laag SiC^.

Zoals in het voorgaande reeds is opgeraerkt, is het moeilijk aan de bron 10 van constante stroom een uitgangs-impedantie van oneindig grote waarde te geven. Dit heeft tot gevolg, dat de aanloopspanning van de transistor 11 betrek-25 kelijk laag ligt. Bij oplading van het totale capacitieve element C met de van de bron 10 afkomstige stroom I zal deze laatstgenoemde, wanneer de spanning V over de capaciteit een hoge waarde bereikt, afnemen. Indien wordt aangenomen, dat de spanning over de voedingsbron de waarde V heeft en dat de C w 30 aanvangsspanning over de transistor 11 de waarde heeft, kan de stroom I worden weergegeven door: s/ 1 - (vcc + VA - V *0

35 waarbij IQ

Volgens de uitvinding bestaat het totale capacitieve element C echter uit het spanningsonafhankelijke element C.Q

810 1 164 w > - 6 - en het spanningsafhankelijke element CT, zodat de totale ca- u paciteitswaarde C wordt weergegeven door: C = C0 + CJ (2> 5

Dit wil zeggen, dat niet alleen de capaciteitswaarde Cj spanningsafhankeli jk is, doch ook de totale capaciteitswaarde C, en wel zodanig, dat de totale capaciteitswaarde C afneemt wanneer de klemspanning V van de totale capaciteit groter wordt.

10 Indien nu de aanvangsspanning van de transistor 11 en de spanningsafhankelijkheid van het capacitieve element C_, en derhalve ook van de totale capaciteit C, geschikt worden gekozen, kan de verandering met de tijd van de klemspanning V , c welke door de hierna volgende uitdrukking (3) wordt weerge-15 geven, ter verbetering van de lineariteit constant worden gemaakt.

*Zc l ^co+W T0 ...

Δ t C - C0 + Cj l3)

Zoals de grafiek volgens figuur 8 laat zien, kan de 20 capaciteitswaarde Cj van de PN-overgang Jc zodanig worden gekozen, dat wordt voldaan aan de hierna volgende vergelijking (4).

-0,37 cj = 5,8 Vc pF (4) 25 Wanneer voor de capaciteitswaarde CQ 56 pF wordt gekozen en van een voedingsspanning V is gelijk 12V wordt uitgegaan, y Cv X kunnen voor waarden VA = 20V en VA = 50V van de aanvangsspan- ning over de transistor 11 de grafieken volgens figuur: 9 worden verkregen. Daarbij wordt verondersteld, dat ^c de waarde 1 £L ψ 30 heeft wanneer de klemspanning V van de capaciteit gelijk is aan IV.

Uit figuur 9 komt naar voren, dat toevoeging van een PN-overgang met een spanningsafhankelijkheid volgens de uitdrukking (4) en bij keuze van een waarde van 50V voor de aan-35 vangsspanning V over de transistor 11 slechts een variatie van -0,5 % van ^ c resulteert binnen een klemspanningswaarden-gebied V met grenzen van 1 en 3,5V; daardoor wordt de linea-

V

riteit van de zaagtandgolfvorm in sterke mate verbeterd.

8101164 - 7 -

De in het voorgaande beschreven uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft betrekking op een situatie, waarbij de bron van constante stroom voor levering van de oplaadstroom aan het capacitieve element en de schakelaar voor ontlading 5 van het capacitieve element worden toegepast, waarbij de in figuur 3A met een volle lijn weergegeven driehoekgolfvorm of zaagtandgolfvorm wordt verkregen. De onderhavige uitvinding kan echter evenzeer worden toegepast bij een uitvoeringsvorm, waarbij de schakelaar dient voor levering van de oplaadstroom 10 en de bron van constante stroom dient voor ontlading van het capacitieve element, waarbij een driehoekgolfvorm of zaagtandgolfvorm volgens figuur 3B wordt verkregen; toepassing van bronnen van. .constante stroom voor zowel het opladen als het ontladen van het capacitieve element leiden tot een drie-15 hoekgolfvorm of zaagtandgolfvorm volgens figuur 3C. In het laatstgenoemde geval kunnen de bronnen van constante stroom bijvoorbeeld bestaan uit een weerstand met een hoge weerstands-waarde.

Het zal derhalve duidelijk zijn, dat de uitvinding zich 20 niet tot de in het voorgaande beschreven en in de tekening weergegeven uitvoeringsvorm beperkt.Verschillende wijzigingen kunnen in de beschreven onderdelen en in hun onderlinge samenhang worden aangebracht, zonder dat daarbij het kader van de uitvinding wordt overschreden.

8101164

Claims (4)

1. Generator voor opwekking en afgifte van een zaag-tandgolfvormig signaal, omvattende: a) een serieschakeling van oplaadmiddelen en een eerste capaciteit, benevens 5 b) aan de ·. eerste capaciteit parallel geschakelde ontlaadmiddelen/ gekenmerkt door: c) een aan de eerste capaciteit paraHLel geschakelde, * tweede capaciteit van spanningsafhankelijk type.

2. Generator volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat de eerste capaciteit en de tweede capaciteit in een zelfde halfgeleiderinrichting zijn gevormd.

3. Generator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de oplaadmiddelen en de ontlaadmiddelen bestaan uit transistoren of deze bevatten. 15

4. Generator volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de eerste capaciteit, de tweede capaciteit, de oplaadmiddelen en de ontlaadmiddelen in een zelfde halfgeleider-inrichting zijn gevormd. 8101 164