DE1046798B - Elektrische Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer linearen Entladungscharakteristik eines Kondensators - Google Patents
Elektrische Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer linearen Entladungscharakteristik eines KondensatorsInfo
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Description
DEUTSCHES
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung mit einem zeitweise aufgeladenen und sich
in den Zwischenphasen über einen Entladestromkreis entladenden Kondensator. Der Kondensator wird vorzugsweise
periodisch aufgeladen.
Wenn der Entladestromkreis des Kondensators einen unveränderlichen Widerstand R enthält, so ist
der Wert des Entladestromes eine Funktion des Momentanwertes der am Kondensator liegenden Spannung,
die ihrerseits entsprechend der bereits abgefiossenen
Ladung abnimmt. Demgemäß läßt sich bei der Entladung eines Kondensators über einen festen
Widerstand grundsätzlich keine lineare Abnahme der Kondensatorspannung als Funktion der Zeit erzielen.
Man hilft sich oft dadurch, daß der Kondensator nicht vollständig, sondern nur um einen Bruchteil seiner
Ladespannung entladen und nachher wieder aufgeladen wird.
Es ist bekannt, das Aufladen und Entladen von Kondensatoren, von denen eine bestimmte Spannungscharakteristik
abgegriffen werden soll, mittels Röhren vorzunehmen. In einer bekannten Schaltung hängt die
sich als Gleichgewichtszustand einstellende Amplitude des Lädungszustandes des Kondensators von den besonderen
Betriebskennlinien der Röhren und der veränderbaren Widerstände der bekannten Schaltung ab.
Außerdem sind die Kapazitäten der Schaltung von besonderem Einfluß. Alle diese Einflüsse gehen so
weit, daß eine exakte Steuerung des zeitlichen Lade- und Entladeverlaufes und insbesondere' eine geradlinige
Entladecharakteristik nicht erreicht werden kann.
Mit der Erfindung wird eine Schaltung angegeben, die es gestattet, ein bestimmtes Ladepotential des
Kondensators immer genau innerhalb der Stabilitätsgenauigkeit eines Vergleichspotentials zu erreichen,
und zwar ohne Rücksicht auf eine Frequenzänderung der Steuerimpulse in weiten Grenzen. Es soll aber
nicht nur die Abhängigkeit von der Freuqenz der als Entsperrungsimpuls des Ladestromkreises dienenden
Steuerimpulse, sondern auch die Abhängigkeit von bestimmten Bauelementen, die unter Umständen durch
äquivalente Bauelemente ersetzt werden müssen, ausgeschaltet werden. Dieses wird nach der Erfindung
dadurch erreicht, daß in der Schaltungsanordnung zwischen einer Gleichstromquelle und der einen Kondensatorbelegung
ein von einer Quelle für Entsperrungsimpulse aus elektronisch gesteuerter Schalter,
vorzugsweise ein Transistor, eingeordnet ist und daß zwischen derselben Kondensatorbelegung und einer
zweiten, gleichpolarisierten Gleichstromquelle von vorbestimmtem, stabilisiertem, vorzugsweise einstellbarem
Potential ein Stromventil eingeordnet ist, über welches nach erfolgter Aufladung der Kondensator-Elektrische
Schaltungsanordnung
zur Erzeugung einer linearen Entladungscharakteristik eines Kondensators
zur Erzeugung einer linearen Entladungscharakteristik eines Kondensators
Anmelder:
Contraves A. G., Zürich (Schweiz)
Contraves A. G., Zürich (Schweiz)
Vertreter: Dipl.-Ing.E. Rathmann, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Neue Mainzer Str. 40-42
Frankfurt/M., Neue Mainzer Str. 40-42
Beanspruchte Priorität:"
Schweiz vom 1. März 1957
Schweiz vom 1. März 1957
Hermann August Gähwüer, Zürich (Schweiz),
ist als Erfinder genannt worden
ist als Erfinder genannt worden
kapazität auf das Potential der zweiten Gleichstromquelle der überflüssige Ladestrom über die Kollektorelektrode
eines zweiten .Transistors abfließt und der Entladestrom mit Hilfe eines veränderbaren, in die
Emitter- oder Basiselektrode des zweiten Transistors geleiteten Steuerstromes auf einen gewünschten konstanten
Wert einstellbar ist.
Auf diese Weise wird erreicht, daß die Entladung nicht mehr davon abhängt, ob bestimmte Bauelemente,
wie etwa einer der Transistoren, der Kondensator oder ein Stromventil, durch ein gleichwertiges Bauelement
ersetzt werden müssen, da die Betriebskennlinien dieser Elemente den zeitlichen Verlauf der
Spannung am Kondensator nicht beeinflussen können.
Die Erfindung schafft also die Möglichkeit, eine ideal lineare Entladungscharakteristik von Kondensatoren
über den ganzen Bereich der Ladespannung zu erzielen. Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis
aus, daß an Transistoren der Kollektorstrom durch entsprechende Einstellung eines Steuerstromes in die
Emitter- bzw. Basiselektrode auf einen von der Größe der wirksamen Quellenspannung praktisch unabhängigen
Wert einstellbar ist, der auch praktisch unabhängig von der Temperatur ist, sofern die Entladung
über die Kollektor-Basis- (bzw. Kollektor-Emitter-) Strecke des Transistors erfolgt und eine entsprechende
Steuerstromquelle an die Emitter- bzw. Basiselektrode angelegt wird.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich besonders gut zur Erzeugung einer idealen Sägespannung,
d. h. einer Spannung, die periodisch auf
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einen Wert Uc springt und dann innerhalb der
Periodendauer linear auf den Wert Null absinkt.
Mit der Schaltung nach der Erfindung läßt sich eine Impulsbreiten-Modulationseinrichtung aufbauen,
wie sie in Fig. 1 der Zeichnung als Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
Fig. 2 zeigt Zeitdiagramme einzelner Spannungsgrößen.
In Fig. 1 sind mit Bl, B 2 und BZ drei Gleichspannungsquellen
bezeichnet, die einpolig an den ge- ίο meinsamen Nulleiter LO mit dem Potential Null angeschlossen
sind und die Leiter Ll, L2, L3 auf Potentialen + U1 bzw. + U2 bzw. — CZ3 halten, wobei
das Potential U1 höher als das Potential U2 ist. Mit
MV ist ein Multivibrator oder eine ähnliche Quelle für periodisch auftretende, kurzzeitige Spannungsimpulse bezeichnet, welche von diesem bekannten Gerät
an die Eingangswicklung eines Übertragers Ue abgegeben werden.
Die eine Belegung eines Kondensators C ist an den Nulleiter LO und seine andere Belegung ist an die
Emitterelektrode eines Transistors Tl angeschlossen, dessen Kollektorelektrode an den Leiter Ll mit der
Spannung U1 angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung
des Übertragers Ue, an welcher periodisch erscheinende (z. B. zehnmal pro Sekunde), kurzzeitig
(z. B. 2 bis 4 msec) wirksame Entsperrungsimpulse für den Kollektorkreis des Transistors Tl induziert werden,
liegt zwischen der Emitter- und der Basiselektrode des Transistors.
Über die Diode D1 ist die obere Belegung des Kondensators
C auch mit der Leitung L2 von Potential U2
verbunden, welche den überflüssigen Ladestrom aus dem Transistor Tl auf die Leitung L 2 abfließen läßt,
sobald die Spannung Uc am Kondensator C das gewünschte
Potential U2 erreicht hat.
Die Entladung des Kondensators C erfolgt über die Kollektorelektrode des Transistors T2, dessen Basis
an den Nulleiter LO angeschlossen ist und dessen Emitter elektrisch über einen Festwiderstand Rl und
einen veränderbaren Potentiometerwiderstand P1 an
die negative Steuerspannungsquelle L3 (Batterie B3) angeschlossen ist. Je nach der Einstellung des Abgriffwiderstandes
am veränderbaren Widerstand Pl ergibt sich ein bis zu einem Minimalwert stufenlos
veränderbarer Entladestrom für den aufgeladenen Kondensator C. Dabei ist der durch die Größe des
Festwiderstandes Rl und den Wert der Spannung U3
bestimmte Minimalwert des Entladungsstromes so bemessen, daß der auf die Spannung U aufgeladene
Kondensator C in der Zeit T (z. B. 100 msec) zwischen zwei Aufladungen vollständig entladen wird (s. Spannungsgerade
Uc von Fig. 2 a), während die Entladung rascher erfolgt, wenn der Entladestrom ic auf einen
größeren Wert eingestellt ist (s. gestrichelte Gerade in Fig. 2 a).
In jedem Falle nimmt die Spannung Uc des Kondensators
C in streng linearer Charakteristik ab und springt jeweils periodisch wieder auf den vollen
Ladungswert U2.
Der Kondensator C stellt also in dieser Schaltungsanordnung
eine Quelle für eine ideale Sägezahnspannung Uc dar. Nun ist die positiv geladene Belegung
des Kondensators C weiterhin über eine Diode£>2 und
die Emitter-Basis-Strecke eines Transistors T 3 an eine Modulationsspannungsquelle von stufenlos veränderbarem
Wert Um angeschlossen, während die Kollektorelektrode dieses Transistors TZ über einen
Festwiderstand R2 an die Leitung Ll mit dem Potential + U1 angeschlossen ist.
Die Modulationsspannungsquelle wird durch den verschiebbaren Abgriff an einem Potentiometer P 2
und den Nulleiter gebildet, wobei das Potentiometer/52
zwischen die Leiter L2 und LO eingeschaltet ist. Durch Verschieben des Abgriffkontaktes am Potentiometer
P 2 kann also die Modulationsspannung Um zwischen
den Werten 0 und + U2 stufenlos verändert werden.
In Fig. 2 a ist als Beispiel ein stetig lineares Ansteigen der Modulationsspannung Um eingezeichnet.
Sobald in einer solchen Schaltungsanordnung die Kondensatorspannung Uc auf einen der Modulationsspannung
Um gleichen Wert abgesunken ist, fließt im Kollektorkreis
des Transistors T 3 und dem Widerstand R2 der Durchlaßstrom, so daß dann die Spannung t/a
sprunghaft vom vollen Wert U1 auf einen tieferen
Spannungswert absinkt. Wenn der Kondensator nachher wieder auf die Spannung U2 aufgeladen worden
ist, verschwindet der Durchlaßstroin wieder. Auf diese Weise ergibt sich ein Spannungsverlauf Z7a gemäß
Fig. 2 b.
Die Diode D 2 dient nur zur Verbesserung des Sperrwiderstandes Emitter—Basis, der wegen ihrer
relativ kleinen Temperaturempfindlichkeit zur Verwendung gelangenden Silikontransistoren.
Die Spannung C/a liegt an der Basiselektrode eines
Schalttransistors Ti, dessen Emitterelektrode am
Leiter Ll angeschlossen ist und dessen Kollektorelektrode über einen Festwiderstand i?3 an den Leiter
LO angeschlossen ist.
Am Widerstand R3 entsteht nun eine Spannung Ub,
deren Verlauf in Fig. 2 c der Zeichnung eingezeichnet ist.
Sie besteht aus einer Reihe von Rechteckimpulsen (Verstärkung der Flankensteilheit durch den Schalttransistor
T4!), die je nach konstanter Periodendauer T (bestimmt durch Wiederholungsfrequenz des Multiplikators
MV) endigen und je nach einer Zeit (J1, t2,
h· */") beginnen, welche in Abhängigkeit vom gewählten
Wert des Entladestromes ic und vom Momentanwert der Modulationsspannung Um veränderlich ist.
Die Abhängigkeit der Impulsdauer ist durch folgende Gleichung gegeben:
wobei für die Modulationsspannung Um die Bedingungen
0<Um<U2
und für den Entladungsstrom ic die Bedingungen
eingehalten werden müssen.
Es ergibt sich daraus die Möglichkeit einer Impulsbreitenmodulation
in linear-funktioneller Abhängigkeit vom Verhältnis
Um:ic.
Es liegt im Ermessen des Fachmannes, Transistoren im variierter Anordnung (Polarisierung) unter Polaritätsänderungen
der Steuerspannungsquelle in die beschriebene Schaltungsanordnung einzufügen und die
Mittel zur Veränderung der Steuergrößen ic und Um,
die hier als DrehköpfeKl und K2 von die Abgriffkontakte
der Potentiometer Pl und P 2 tragenden Gewindespindeln Sl und S2 dargestellt sind, nach den
besonderen Bedürfnissen zu gestalten.
Ebenso ist es möglich, durch Veränderung der Aufladespannung U2 des Kondensators in Abhängigkeit
von veränderlichen Größen und eventuell der Impulsfrequenz weitere Parameter in der Schaltungsanordnung
auszunutzen.
Wesentlich ist die Erzielung eines genau beherrschbaren Entladestromes ic des Kondensators über die
Kollektorelektrode eines Transistors.
Claims (3)
1. Elektrische Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer linearen Entladungscharakteristik eines
zeitweise, vorzugsweise periodisch, aufgeladenen und sich in den Zwischenphasen entladenden Kondensators,
dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Gleichstromquelle (U1) und der einen Kondensatorbelegung
ein von einer Quelle (MV) für Entsperrungsimpulse aus elektronisch gesteuerter
Schalter, vorzugsweise ein Transistor (Tl), eingeordnet ist und daß zwischen derselben Kondensatorbelegung
und einer zweiten, gleichpolarisierten Gleichstromquelle von vorbestimmtem, stabilisiertem,
vorzugsweise einstellbarem Potential (U2) ein Stromventil (DV) eingeordnet ist, über welches
nach erfolgter Aufladung der Kondensatorkapazität auf das Potential (U2) der überflüssige Ladestrom
über die Kollektorelektrode eines zweiten Transistors (T 2) abfließt und der Entladestrom
mit Hilfe eines veränderbaren in die Emitter- oder
Basiselektrode des zweiten Transistors geleiteten Steuerstromes auf einen gewünschten konstanten
Wert einstellbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator ein
Spannungsvergleicher parallel geschaltet ist, welcher einen Transistor (T 3) umfaßt, der unter
Wirkung einer zwischen den Werten U2 und 0 stufenlos veränderbaren Modulationsspannung
(Um) seinen Kollektorstrom sprunghaft verändert,
wenn der Kondensator aufgeladen wird und wenn die linear abnehmende Kondensatorspannung (Uc)
auf den Wert der Modulationsspannung abgesunken ist.
3. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Steuerung der Impulsbreiten (tm) von mit der Periode
(T) auftretenden Gleichstromimpulse in Funktion des Verhältnisses Um: iQ verwendet ist, wobei
Um die stufenlos veränderbare Steuerspannung 0<CUm<CU2 und i0 der oberhalb des Wertes
TJ C
H min ~ ebenfalls stufenlos veränderbare Entladestrom
des Kondensators (C) ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 886 500.
Deutsche Patentschrift Nr. 886 500.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
809 699/463 12.58
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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