NL8301714A - Driehoekgenerator. - Google Patents

Description

. * , "> PHN 10.681 1 N.V. Philips* Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Driehoekgenerator.

De uitvinding heeft betrekking op een schakeling voor het opwekken van een driehoekvormige spanning over een kondensator, bevattende een laadstrocrobrcn voor het laden van de kondensator, een ontlaad-strocmhron voor het vervolgens ontladen van de kondensator, een verge-5 lijkingstrap voor het vergelijken van de opgewekte spanning met een eerste respektievelijk tweede referentiespanning en voor het opwekken van een stelsignaal bij het bereiken van de waarde van de eerste referentiespanning, respektievelijk van een terugstelsignaal bij het bereiken van de waarde van de tweede referentiespanning, en een bistabiel scha-10 kelelement dat onder invloed van het stel- respektievelijk terugstelsignaal telkens anschakelt voor het besturen van een schakelaar die het laden respektievelijk het ontladen van de kondensator bepaalt.

Een dergelijke schakeling is uit het Amerikaanse octrooischrift 3,745,367 bekend. In deze bekende schakeling zorgt het bistabiele ele-15 ment er voor dat de kondensator met zekerheid wordt ontladen nadat de opgewekte driehoekvormige spanning de waarde van de ene referentiespanning bereikt heeft en met zekerheid wordt geladen nadat de genoemde spanning de waarde van de andere referentiespanning bereikt heeft. Het bistabiele element bestaat uit trans is toren met bijbehorende veerstanden, 20 welke transistoren onder de voedingsspanning van de schakeling als gestuurde schakelaars werkzaam zijn. Dit houdt in dat deze transistoren betrekkelijk hoge spanningaiverwerken, dat wil zeggen nauwkeuriger uitgedrukt, dat de spanningen aan de verschillende elektroden hiervan een grote variatie ondergaan bij de overgang van de ene naar de andere 25 stabiele toestand van het element. Hetzelfde geldt voor de schakelaar die bepaalt of de kondensator ge- dan vel ontladen wordt.

Met de uitvinding wordt beoogd een verbeterde schakeling van de bovengenoemde soort te verschaffen die in staat is een driehoekvormige spanning met hoge herhalingsfrekwentie op te wekken en daartoe vertoont 30 <je schakeling volgens de uitvinding het kenmerk dat de schakeling tevens een op de kondensator aangesloten buffertrap bevat voor het uit de kon-densatorspanning afleiden van een voedingsspanning ten behoeve van het bistabiele schakelelement die van dezelfde orde van grootte is en die in 8301714 1 ï: \ PHN 10.681 2 dezelfde richting varieert als de opgewekte driehoekvormige spanning.

De uitvinding berust op het inzicht dat de bekende schakeling vanwege de vermelde, grote spanningszwaai over de verschillende schakel-transistoren niet geschikt is voor hoge frekwenties. Dank zij de maat-5 regel volgens de uitvinding is de variatie van de spanning over de tran-sistoren van het bistabiele element en van de schakelaar zeer gering, zodat deze variatie zeer snel doorlopen kan worden, waardoor de schakelaar zeer snel wordt gesperd respektievelijk in geleiding wordt gebracht.

Bij voorkeur vertoont de schakeling het kenmerk dat de 10 variatie van de voedingsspanning ten behoeve van het bistabiele schakel-element nagenoeg gelijk is aan de variatie van de opgewekte driehoekvormige spanning.

De schakeling kan het kenmerk vertonen dat de voedingsspanning ten behoeve van het bistabiele schakelelement nagenoeg gelijk is aan 15 de spanning over de kcndensator.

De schakeling kan ook het kenmerk vertonen dat de buffertrap een als emittervolger werkzame transistor bevat waarvan de emitter met de voedingsspanningsklem van het bistabiele schakelelement verbanden is en waarvan de basis een spanning draagt waarvan het verschil roet de 20 spanning over de kondensator ongeveer gelijk is aan één of meer malen een diodedrempelspanning.

Nog betere hoogfrekwenteigenschappen zullen worden verkregen indien de schakeling volgens de uitvinding de verdere kenmerken vertoont dat de schakelaar uitsluitend met halfgeleiderschakelelementen uitgerust 25 is waarvan de werking voornamelijk op elektronengeleiding berust en die buiten verzadiging werkzaam zijn en dat het bistabiele schakelelement uitsluitend met halfgeleiderschakelelementen uitgerust is waarvan de werking voornamelijk op elektronengeleiding berust en die buiten verzadiging werkzaam zijn.

30 De uitvinding zal aan de hand van de bijgaande figuur bij wijze van voorbeeld nader worden toegelicht, welke figuur een uitvoe-ringsvoorbeeld toont van de schakeling volgens de uitvinding.

De schakeling van de fig. bevat ten behoeve van een konden-sator C een laadstroombron met twee transistoren 1 en 2, een ontlaad-35 stroanbron net twee transistoren 3 en 4 en een schakelaar met twee transistoren 7 en 8. Hierbij is transistor 2 van het pnp-type terwijl alle andere transistoren van de schakeling van het npn-type zijn. Een weerstand 5 staat in serie met een als diode verbonden transistor 6 waar- 8301714 t . , r * PHN 10.681 3 de van de basis verbonden is met de basis van transistor 1 en metabases van transistoren 3 en 4. De emitters van transistoren 1, 3, 4 en 6 liggen aan massa. De koliek tor van transistor 1 is via een weerstand 9 en een kcmpenserende diode verbonden met een positieve voedingsspanning van 12 V.

5 De emitter van transistor 2 is via een weerstand 10 met nagenoeg dezelfde waarde als veerstand 9 verbonden met de voedingsspanning terwijl de basis met de koliek tor van transistor 1 en de koliek tor met kondensator C verbonden is. De andere aansluiting van kondensator C ligt aan massa. De koliek toren van transistoren 3 en 4 zijn met elkaar en met de emitters 10 van transistoren 7 en 8 verbonden. De koliektor van transistor 7 ligt aan de voedingsspanning terwijl die van transistor 8 met kondensator C verbonden is.

Wbrdt de door veerstand 5 vloeiende stroom i genoemd, dan blijkt uit het voorgaande dat de koliek tors troon van transistor 2 15 nagenoeg gelijk is aan stroom i. Deze koliektorstrocm laadt kondensator C. Stroombron 1, 2 kan uiteraard door een weerstand worden vervangen.

Door de leiding tussen transistoren 3 en 4 enerzijds en transistoren 7 en 8 anderzijds vloeit een stroom die nagenoeg gelijk is aan 2i en die zich tussen transistoren 7 en 8 verdeelt onder invloed van de nog te 20 beschrijven stuursignalen van deze transistoren. Geleidt transistor 8 terwijl transistor 7 gesperd is, dan vloeit een stroom ongeveer gelijk aan 2i uit kondensator C naar de kollektor van transistor 8, zodat kondensator C door een stroom i ontladen wordt. Onder deze omstandigheden is over de kondensator een synmetrische driehoek vormige spanning aanwezig.

25 Het zal duidelijk zijn dat door een andere keuze voor de stroombronnen een niet-syrrmetrische spanningsvorm verkregen kan worden. Is de ene stroom vele malen groter dan de andere, dan is de opgewekte spanning zaagtandvormig.

Een vergelijkingstrap met vier transistoren 11, 12, 13 en 14 30 is aangesloten op kondensator C. De emitters van transistoren 11 en 12 zijn met elkaar en met een stroombron 15 verbonden. Op soortgelijke wijze zijn de emitters van transistoren 13 en 14 met elkaar en met een stroombron 16 verbonden. De basis van transistor 11 en die van transistor 14 zijn met kondensator C verbonden. Het serienetwerk van drie weerstanden 35 17, 18 en 19 staat tussen de voedingsspanning en massa. De basis van transistor 12 is verbonden met het verbindingspunt van weerstanden 18 en 19, pp welk punt een referentiespanning van 3V aanwezig is. Op soortgelijke wijze is de basis van transistor 13 verbonden met het verbindings- 8301714 ΡΗΝ 10.681 4

λ V

I , punt van weerstanden 17 en 18, op welk punt een referentiespanning van 6V aanwezig is. De kollektoren van transistoren 11 en 13 liggen aan de voedingsspanning.

De schakeling bevat verder een bistabiel schakelelement in de 5 vorm van een flipflop met twee transistoren 20 en 21. De emitters hiervan zijn met elkaar en met een stroaribron 22 verbonden. De basis van transistor 20 is verbonden met de kollektor van transistor 21 en met die van transistor 12, alsmede met de basis van transistor 8. Op soortgelijke wijze is de basis van transistor 21 verbonden met de kollektor van tran-10 sistor 20 en met die van transistor 14, alsmede met de basis van transistor 7. Tussen een punt A, waarop een positieve voedingsspanning aanwezig is, en de kollektor van transistor 20 is een veerstand 23 verbonden, terwijl tussen punt A en de kollektor van transistor 21 een weerstand 24 verbonden is.

15 De beschreven schakeling is de vakman goed bekend. In een ge deelte van de periode is transistor 8 gesperd, zodat kondensator C door de kollektorstroan van transistor 2 wordt geladen. De spanning V over de kondensator is hoger dan 3V maar lager dan 6V en neemt op nagenoeg lineaire wijze toe. Transistoren 11 en 12 vormen een niveaudetektor: 20 transistor 11 geleidt en transistor 12 is gesperd. Ock transistoren 13 en 14 vormen een niveaudetektor, waarbij transistor 13 geleidt terwijl transistor 14 gesperd is. Flipflop 20, 21 is in de toestand waarin transistor 20 gesperd is terwijl transistor 21 geleidt. De spanning aan de kollektor van transistor 20 is hoog terwijl die aan de kollektor van 25 transistor 21 laag is, waardoor transistor 7 in de geleidings- en transistor 8 in de spertoestand worden gehouden.

Bereikt spanning V de waarde 6V, dan kant transistor 14 kort- v stondig in geleiding, waardoor de spanning aan de kollektor van transistor 20 lager wordt. Flipflop 20, 21 klapt on naar de toestand waarin 30 transistor 20 geleidt terwijl transistor 21 gesperd is. Hierdoor kant transistor 8 in geleiding terwijl transistor 7 gesperd raakt. Cmdat de stroon van bron 3, 4 groter is dan de kollektorstroan van transistor 2 neemt spanning V op nagenoeg lineaire wijze af. Vanwege de flipflop wordt deze toestand gehandhaafd totdat spanning V de waarde 3V bereikt 35 heeft, waardoor transistor 12 kortstondig in geleiding kont en de flipflop terugstelt' naar de reeds beschreven toestand waarin transistor 20 gesperd is terwijl transistor 21 geleidt, waarbij de over kondensator C opgewekte spanning weer toeneemt.

8301714 » • * ^ PHN 10.681 5

Volgens de uitvinding is punt A verbonden, niet met de voedingsspanning van de schakeling, doch net de emitter van een als emitter-volger werkzame transistor 28 waarvan de koliek tor aan de voedingsspanning ligt. De emitters van twee transistoren 25 en 26 zijn net elkaar en 5 net een stroombron 29 verbonden. De kollektor van transistor 26 is verbonden net de basis van een transistor 27 en met een weerstand 30 die anderzijds aangesloten is op de voedingsspanning. De basis van transistor 25 is net kcndensator C verbanden. De anode van een diode 31 is met de emitter van transistor 27 en de basis van transistor 28 verbonden terwijl 10 de katode verbonden is met de basis van transistor 26 en met een weerstand 32 waarvan de andere aansluiting aan massa ligt.

De emitterstrocm van transistor 25 en die van transistor 26 zijn beide ongeveer gelijk aan de helft van de stroom van bron 29. Treedt namelijk een ongelijkheid tussen deze stromen cp, dan zorgt de tegen-15 koppelweg met transistor 27 en diode 31 voor een verandering van de spanning aan de basis van transistor 26, waardoor het verschil kleiner wordt. Hierbij wordt verondersteld dat de strocmversterking van de transistoren zeer hoog is. Onder deze omstandigheden is de spanning aan punt A nagenoeg gelijk aan spanning V . In het tijdsinterval waarin spanning V 20 daalt en transistor 8 geleidt, is de spanning aan de basis van deze transistor, die met de kollektor van de niet-geleidende transistor 21 verbonden is, ongeveer gelijk aan spanning V . De basisstrcmen van tran-sistoren 20 en 8 veroorzaken iitmers over weerstand 24 slechts een kleine spanningsval. Transistor 8, waarvan de basis en de kollektor nagenoeg 25 dezelfde potentiaal hebben, is niet verzadigd en gedraagt zich nagenoeg als een geleidende diode. De spanning aan de emitter is gelijk aan de spanning aan de basis verminderd met de drempelspanning over de genoemde diode. Tijdens het stijgen van spanning Vc is de spanning aan de basis van de dan geleidende transistor 7, die met de kollektor van de niet-30 geleidende transistor 20 verbanden is, ongeveer gelijk aan spanning V , aange2ien de basisstrcmen van transistoren 21 en 7 slechts een kleine spanningsval veroorzaken over weerstand 23. De waarde van de spanning aan de emitter van transistor 7 en derhalve aan die van transistor 8 in de spertoestand van de laatstgenoemde transistor verschilt dus weinig van 35 de waarde van dezelfde spanning in de geleidings toes tand van de transistor. Doordat transistoren 7 en 8 lage spanningen schakelen en doordat deze transistoren van het npn-type zijn, vindt het sperren hiervan bij het bereiken van een referentiespanning zeer snel plaats. Zoals bekend 8301714 PHN 10.681 6

I i- V

* » hebben npn-transistoren betere hoogfrékwenteigenschappen dan pnp-transistor en.

Ook het omklappen van flipflop 20, 21 van de ene naar de andere stabiele toestand vindt zeer snel plaats, daar ook deze uitgerust is 5 net npn-transis toren die niet in de verzadigings toes tand geraken. Hiervoor worden de waarden van weerstanden 23 en 24 en van de stroom van bron 22 zodanig gekozen dat de variatie van de spanning over trans is toren 20 en 21 lager is dan een diodedrempelspanning. In een praktisch voorbeeld is een driehoekgenerator met een eigen herhalingsfrekwentie van 10 ca. 6 MHz gebouw!, waarbij de flipflop spanningen van 0,3 a 0,4V schakelt. Een dergelijke, hoge frékwentie kan niet worden bereikt indien punt A qp de voedingsspanning is aangesloten, in welk geval zowel de schakelaar als de flipflop hogere spanningen moeten schakelen. Ctndat, bovendien, de kol-lektor van de gesperde transistor van de flipflop in dit geval de poten-15 tiaal van de voedingsspanning draagt, moet de schakelaar pnp-trans is toren bevatten. Dit toont de fig. 6 van het Amerikaanse octrooischrift 3,745,367. Wel is in de schakeling volgens de uitvinding transistor 2 van het pnp-type, maar het betreft een transistor die niet als schakelaar werkzaam is.

20 De schakeling volgens de uitvinding kan in een halfgeleider- lichaam worden geïntegreerd. Bij hoge frekwenties heeft kondensator C een kleine kapaciteit, zodat ook deze kondensator cpgenanen kan worden in het halfgeleiderlichaam. In dat geval is weerstand 5, die de frekwentie van de opgewekte spanning mede bepaalt, de enige uitwendige kcmponent 25 van de schakeling. Bij het bovengenoemde uitvoeringsvoorbeeld wordt de generator gebruikt als teletextdataklok in een televisie-ontvanger.

De frekwentie van het opgewekte signaal wordt gedeeld voor het verkrijgen van een lijnfrekwent signaal dat met het ontvangen lijnsynchroniseersig-naal in faze wordt vergeleken voor het opwekken van een regelsignaal. Als 30 uitgangssignaal van de generator wordt de aan een kollektor van de flipflop aanwezige rechthoekvormige spanning gebruikt. Het regelsignaal wordt gesuperponeerd cp een van de referentiespanningen van de ver gel ij kings trap voor het verlengen respectievelijk het verkorten van de periode van de driehoekvorm.

35 Is voor de schakelaar een hogere stroanversterking gewenst, dan kunnen in plaats van enkelvoudige trans is toren dar 1 ingtonparen worden toegepast. Vanwege de additionele diodedrempelspanningen zullen de spanningen aan de koliek toren van trans istoren 20 en 21 hoger moeten zijn, 8301714 EHN 10.681 7 zodat ook de voedingsspanning van de flipflop hoger zal moeten zijn dan in het voorgaande het geval was. Terwijl spanning V tussen 3 en 6V varieert, moet dan de spanning aan punt A bijvoorbeeld tussen 3/5 en 6/5V variëren. Hiervoor kan de buffertrap met elementen 25 tot en met 5 32 qp eenvoudige wijze worden aangepast. Ock in een dergelijk geval vinden de omschakelingen zeer snel plaats en wel cm dezelfde redenen als in het voorgaande. Het zal overigens duidelijk zijn dat het voor de uitvinding van geen wezenlijk belang is dat de variatie van de spanning aan punt A ongeveer gelijk is aan de variatie van spanning V . Voor een

O

10 snel cmschakelen is bet voldoende dat de spanning aan punt A van dezelfde orde van grootte is als spanning V , dat wil zeggen niet veel verschilt van deze, en in dezelfde richting varieert als deze, dat wil zeggen hoger wordt als spanning V, hoger wordt en lager wordt als spanning V lager wordt.

15 Het zal ock duidelijk zijn dat de buffertrap, die kandensator C en punt A van elkaar scheidt voor het niet belasten van de konden-sator, pp andere wijze dan in de fig. uitgevoerd kan worden. Hierbij is slechts de emittervolger 28 van belang waarvan de basis een spanning voert die hoger is dan de spanning Vc met één of meer malen een diode-20 drempelspanning. Ode de andere, bekende delen van de schakeling kunnen op andere wijze worden uitgevoerd. In het beschreven voorbeeld zijn trans istoren 7, 8, 20 en 21 bij voorkeur geen pnp-trans is toren. Beschreven zijn npn-transistoren, dat zijn bipolaire schakelelementen waarvan de werking voornamelijk op elektrcnengeleiding berust. Het zal duidelijk 25 zijn dat ook unipolaire schakelelementen, zoals veldeffekttransistoren, voor het gestelde doel geschikt zijn.

30 35 8301714

Claims (7)

1. Schakeling voor het opwekken van een driehoek vormige spanning over een kcndensator, bevattende een laadstroanbron voor het laden van de kcndensator, een cntlaadstroambron voor het vervolgens ontladen van de kcndensator, een vergelij kings trap voor het vergelijken van de opgewekte 5 spanning met een eerste respektievelij k tweede referentiespanning en voor het cpwekken van een stelsignaal bij het bereiken van de waarde van de eerste referentiespanning, respektie velij k van een terugstelsignaal bij het bereiken van de waarde van de tweede referentiespanning, en een bi-stabiel schakelelement dat onder invloed van het stel- respektievelij k 10 terugstelsignaal telkens cmschakelt voor het besturen van een schakelaar die het laden respektievelijk het ontladen van de kcndensator bepaalt, met het kenmerk dat de schakeling tevens een qp de kcndensator aangesloten buffertrap bevat voor het uit de kondensatorspanning afleiden van een voedingsspanning ten behoeve van het bistabiele schakelelement die van 15 dezelfde orde van grootte is en die in dezelfde richting varieert als de opgewekte driehoekvormige spanning.

2. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de variatie van de voedingsspanning ten behoeve van het bistabiele schakelelement nagenoeg gelijk is aan de variatie van de opgewekte driehoekvormige span- 20 ning.

3. Schakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de voedingsspanning ten behoeve van het bistabiele schakelelement nagenoeg gelijk is aan de spanning over de kcndensator.

4. Schakeling volgens één der conclusies 2 en 3, met het kenmerk 25 dat de buffertrap een als emittervolger werkzame transistor bevat waarvan de emitter met de voedingsspanningsklem van het bistabiele schakelelement verbanden is en waarvan de basis een spanning draagt waarvan het verschil met de spanning over de kondensator ongeveer gelijk is aan één of meer malen een diodedrempelspanning.

5. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de schake laar uitsluitend met halfgeleiderschakelelementen uitgerust is waarvan de werking voornamelijk op elektronengeleiding berust en die buiten verzadiging werkzaam zijn.

6. Schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het bista-35 biele schakelelement uitsluitend met halfgeleiderschakelementen uitgerust is waarvan de werking voornamelijk op elektronengeleiding berust en die luiten verzadiging werkzaam zijn.

7. Schakeling volgens conclusie 6, met het kenmerk dat de variatie 8301714 ΕΉΝ 10.681 9 f van de spanning over de halfgeleiderschakelelementen van bet bistabiele schakelelement lager is dan een diodedranpelspanning. 5 10 % 15 f 20 25 30 35 8301714 1/1 1* 3. u ' IVj^e 25 |+ -1 Mi 31 u 23 u 24 29^l32A,r^"rf^.....r....................—i ♦ jL t 20SÜ —Jm21 h + £3 l·17 “Ύ «r 1¾ 1---f r 15 γΐ χ ï r ., * _ 9— —10 Ί X _L31 i* j_ - Li±1m 8 3 0 1 7 1 4 PHN 10681