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Schaltung zum Erzeugen einer Dreiecksspannung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erzeugen einer Dreiecksspannung auch unsymmetrischen Verlaufes, mit der sehr exakte, d. h. formreine Spannungen dieser Art gewonnen werden können. Die Erfindung geht dabei aus von einer Schaltung mit einem RC-Glied und einem dasselbe in Abhängigkeit von der Amplitude der erzeugten Spannung steuernden Schalter, welcher zwischen das dem Kondensator abgewendete Ende des Widerstandes des RC-Gliedes und der dem Widerstand abgekehrten Elektrode des Kondensators geschaltet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter in an sich bekannter Weise von einem Schmitt-Trigger gebildet, und sein Eingang über eine Phasenumkehrstufe mit dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand und Kondensator des RC-Gliedes verbunden ist.
Die erfindungsgemässe Schaltung ist somit dadurch ausgezeichnet, dass der Schalter, also der SchmittTrigger, im Gegensatz zu bekannten Schaltungen das den Spannungsverlauf bestimmende RC-Glied zur Gänze überbrückt oder offen lässt. Dies bedeutet aber, dass für die Ladung und Entladung des Speicherkondensators immer der gleicheKreiswiderstand vorgesehen ist. Damit kann eine absolut symmetrische Dreiecksspannung erzeugt werden und es ist ihre Amplitude unabhängig von der einstellbaren Frequenz konstant.
DurchParallelschaltung eines unsymmetrischen Widerstandes zumLadewiderstand kannjede beliebige unsymmetrische Dreiecksspannung, ebenfalls mit gleichbleibender Amplitude erzielt werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist in die Verbindung zwischen Phasenumkehrstufe und Schalter ein spannungsabhängiger Widerstand (VDR-Widerstand)'oder eineZenerdiode geschaltet, wodurch eine Linearisierung der Spannungsflanken gewonnen wird.
An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel und dessen Wirkungsweise beschrieben.
In der Zeichnung sind mit 1 und 2 die beiden Stufen eines bekannten Schmitt-Triggers bezeichnet, die von Transistoren gebildet sind. Der Kollektor des einen Transistors 1 ist mit der Basis des zweiten 2 verbunden. Der Kollektor des ersten und auch der des zweiten Transistors ist je über einen Widerstand 3, 4 mit dem-Pol einer Spannungsquelle verbunden. Die Emitter beider Transistoren liegen über einen gemeinsamen Widerstand 5 an dem +Pol dieser Quelle.
Vom Ausgang des Schmitt-Triggers, der bekanntlich vom Kollektor des zweiten Transistors gebildet ist, führt ein Strompfad über einen einstellbaren Widerstand 6 einerseits zur Basis eines dritten Transistors 7, anderseits über einen Ladekondensator 8 an den +Pol.
Der Kollektor des dritten Transistors 7 liegt über einen Widerstand 9 am-Pol, sein Emitter über einen weiteren Widerstand 10 am +Pol. Vom Emitter führt eine Leitung zur Ausgangsklemme 11. an der die Dreiecks- bzw. Sägezahnschwingung abgenommen werden kann.
Vom Kollektor des dritten Transistors führt ein Gegenkopplungspfad zurück zum ersten Transistor, u. zw. besteht dieser Pfad aus der Serienschaltung zweier Widerstände 12 und 13, von denen letzterer als Potentiometer ausgebildet ist, dessen Schleifer (Abzapfung) an die Basis des ersten Transistors angeschlossen ist.
EinSchmitt-Trigger ist bekanntlich eine Schaltstufe, die zwei stabile Zustände aufweisen kann, was sich dadurch äussert, dass entweder der eine oder der andere Transistor leitend und der jeweils andere nichtleitend ist. Im vorliegenden Falle sei zunächst angenommen, dass der Transistor 2 sich im nichtleitenden Zustand befinde, was zur Folge hat, dass der Kondensator 8 über die Widerstände 4 und 6 aufgeladen wird.
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Zu einem bestimmten Zeitpunkt, dessen Eintritt später noch erläutert wird, wird der Transistor 2 leitend und der Kondensator 8 kann sich über diesen Transistor und den Widerstand 6 entladen. Diese Vorgänge ergeben einen zeitlichen Spannungsverlauf am Kondensator 8. der in der Figur durch die neben dem Kondensator gezeichnete Kurve angedeutet ist. Dieser Verlauf kann durch die Werte der Widerstände und des Kondensators in bekannter Weise beeinflusst werden, und zwecks Wahl des gewünschten Verlaufes. d. h. der Zeitdauer und Amplitude dieses Verlaufes ist der Widerstand 6 veränderlich.
Es ist jedoch klar, dass der Verlauf der Spannung am Kondensator keineswegs geradlinig ansteigend oder abfallend ist, sondern der bekannten Lade- bzw. Entladekurve mit exponentialem Verlauf entspricht.
Der dritte Transistor 7 wirkt in der gegebenen Schaltung über dieEmitter-Kollektorstrecke als Pha- senumkehrstufe, d. h. an seinem Ausgänge 11 erscheint der am Kondensator 8 auftretende Spannungsverlauf mit gleichem Vorzeichen, jedoch verringerter Impedanz, wohingegen am Kollektoranschluss (Punkt 14) die Kondensatorspannung gegenphasig auftritt.
Nun sei die Wirkung desGegenkopplungspfades betrachtet, u. zw. unter der Voraussetzung a), dass der Widerstand 12 ein reiner Ohmscher Widerstand sei.
Ausgehend vom oben angenommenen nichtleitenden Zustand des Transistors 2 erscheint also auch am Verbindungspunkt - 14 der Widerstände 9 und 12 der bei i1 gezeichnete Spannungsverlauf, allerdings mit umgekehrter Phase, u. zw. zunächst der Ladeast des Kondensators 8. Die Widerstände 12 und 13 bilden für diesen Spannungsverlauf einen Spannungsteiler, so dass an der Basis des Transistors 1, der voraussetzungsgemäss leitend ist, ein gewisser Bruchteil des Spannungsverlaufes wirksam wird. Unterschreitet nun diese Basisspannung den Schwellwert, so führt dies zu einem Kippen des Schmitt-Triggers und dessen zweiter Transistor wird leitend, so dass der Entladevorgang des Kondensators 8 einsetzt, was in der Folge wieder zu einem Rückkippen des Triggers führt, weil ja die Basisspannung des Transistors 1 wieder zunimmt.
Es ist leicht einzusehen, dass diese Schaltvorgänge sich periodisch wiederholen, und also amAusgange 11 eineDreieckspannung relativ hoherAmplitude abnehmbar ist, deren Verlauf aber eben nicht geradlinig ist. Nochmals sei betont : Dies ist also der Fall, wenn der Widerstand 12 rein ohmisch ist.
Anders liegen jedoch die Verhältnisse, wenn der Widerstand 12 des Gegenkopplungspfades ein VDR-Widerstand oder eine Zenerdiode ist. Beide Widerstandselemente haben bekanntlich die Eigenschaft, dass ihr Wechselstromwiderstand wesentlich kleiner ist als ihr Gleichstromwiderstand.
Durch Verwendung eines VDR-Widerstandes oder einer Zenerdiode in dem aus den Elementen 13 und 12 gebildeten Spannungsteiler ändern sich die an ihm auftretenden Spannungsverhältnisse derart, dass ein relativ grösserer Anteil der Ausgangsspannung am Punkt 14 an den Eingang des Schmitt-Triggers rückgeführt wird, also der Schaltzyklus desselben bei bereits geringen Amplituden der am Ausgang 11 auftretenden Spannung
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andern Worten : Durch Einfügung eines VDR-Widerstandes oder einer Zenerdiode kann am Ausgange 11 der Schaltung eine praktisch lineare Flanken aufweisende Dreiecksspannung gewonnen werden.
Wünscht man an Stelle einer Dreiecksspannung eine Sägezahnspannung herzustellen, so genügtes, parallel zum Widerstand 6 des Kondensator-Ladekreises eine Diode 15 zu schalten, welche die scharf abfallende Rückflanke des Sägezahns bildet, wenn sie den Widerstand in Entladerichtung kurzschliesst.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zum Erzeugen einer Dreiecksspannung mit einem RC-Glied und einem dasselbe in Abhängigkeit von der Amplitude der erzeugten Spannung steuernden Schalter, welcher zwischen das dem Kondensator abgewendete Ende des Widerstandes des RC-Gliedes und der dem Widerstand abgekehrten Elektrode desKondensators geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter in an sich bekannter Weise von einem Schmitt-Trigger (l, 2) gebildet, und sein Eingang über eine Phasenumkehrstufe (7) mit dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand (6) und Kondensator (8) des RC-Gliedes verbunden ist.