DE1134706B - Transistor-Schaltungsanordnung zur Erzeugung linearer saegezahnfoermiger Spannungen - Google Patents

Transistor-Schaltungsanordnung zur Erzeugung linearer saegezahnfoermiger Spannungen

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DE1134706B
DE1134706B DEE20806A DEE0020806A DE1134706B DE 1134706 B DE1134706 B DE 1134706B DE E20806 A DEE20806 A DE E20806A DE E0020806 A DEE0020806 A DE E0020806A DE 1134706 B DE1134706 B DE 1134706B
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transistor
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capacitor
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DEE20806A
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Dipl-Ing Friedrich Heim
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ELEKTRONISCHES ENTWICKLUNGSINS
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K4/00Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions
    • H03K4/06Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape
    • H03K4/08Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape
    • H03K4/48Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices
    • H03K4/50Generating pulses having essentially a finite slope or stepped portions having triangular shape having sawtooth shape using as active elements semiconductor devices in which a sawtooth voltage is produced across a capacitor

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Description

  • Transistor-Schaltungsanordnung zur Erzeugung linearer sägezahnförmiger Spannungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von sägezahnförmigen Spannungen großer Linearität und hoher Belastbarkeit bei vergleichsweise geringem Aufwand.
  • Es sind bereits eine Reihe von Schaltungsanordnungen zur Erzeugung von sägezahnförmigen Spannungen bekannt, bei denen der Effekt ausgenützt wird, daß ein Kondensator, der mit konstantem Strom geladen wird, seine Spannung linear ändert. Wenn die Spannung am Kondensator einen gewissen Wert erreicht hat, wird dieser kurzgeschlossen. Der Spannungsverlauf zwischen den Belägen des Kondensators, der abwechslungsweise mit konstantem Strom geladen und anschließend kurzgeschlossen wird, ergibt die sägezahnförmige Spannung. Um aber diese Spannung am Kondensator abgreifen und somit anderen Schaltungsanordnungen zuführen zu können, wird der Kondensator mit einem ohmschen Widerstand belastet. Diese Belastung bedeutet aber eine Verschlechterung der Linearität des Spannungsverlaufs am Kondensator und macht sich um so störender bemerkbar, je größer das Verhältnis des in den Verbraucherwiderstand fließenden zu dem in den Kondensator fließenden Strom ist. Es besteht also bei den herkömnflichen Schaltungen das Problem, daß bei geforderter großer Linearität die Ankopplung des Verbrauchers an den Kondensator, an dem der sägezahnförmige Spannungsverlauf primär entsteht, sehr hochohmig erfolgen muß. Dieses Problem ist bei Verwendung von Röhren dadurch gelöst, daß deren Eingangswiderstand sehr hoch und die Belastung des Kondensators, von dessen Spannung eine Röhre wieder angesteuert wird, verhältnismäßig gering ist. Bei Verwendung von Transistoren ist dies jedoch vollkommen anders. Auch im günstigsten Fall, also wenn der an den Kondensator angekoppelte Transistor in Kollektorschaltung betrieben wird, ist der Eingangswiderstand wesentlich geringer als der einer Röhre, so daß also, um die Linearität des sägezahnförmigen Spannungsverlaufs beizubehalten, der Ladestrom des Kondensators entsprechend erhöht werden muß. Dies bedeutet aber einen größeren Kondensator. Für große Ablenkzeiten, z. B. von 10 oder 100 Sekunden, wird dieser Kondensator dann aber sehr unhandlich und teuer; da er wegen der geforderten zeitlichen Konstanz der Ablenkzeiten in Papier- oder Metallpapierbauweise hergestellt sein muß. Herkömmliche Schaltungsanordnungen zur Erzeugung von sägezahnförmigen Spannungsverläufen haben also besonders für die Erzeugung niederfrequenter Spannungen verschiedene Nachteile. Erstens müssen die Kondensatoren sehr groß sein, damit der Strom, der von ihren Belägen für den Verbraucher abgezweigt wird, nicht ins Gewicht fällt. Ferner bedingen die großen Kondensatoren einen hohen Ladestrom, der wiederum die Notwendigkeit einer entsprechend leistungsstarken Auslegung der Stromquelle mit sich bringt, und schließlich läßt sich die ideale Linearität nur schwer erreichen, es sei denn mit unendlich großem Aufwand.
  • Es ist ferner eine Schaltungsanordnung bekannt, bei der ein Kondensator über die Anode einer Pentode aufgeladen wird. Da die Anode einer idealen Pentode den Innenwiderstand Unendlich hat, würde also zunächst die Aufladung des Kondensators mit konstantem Strom erfolgen und damit die Spannungszeitfunktion am Kondensator linear verlaufen. Eine tatsächliche Pentode hat aber infolge eines Restdurchgriffs einen von der Anoden-Kathoden-Spannung nicht ganz unabhängigen Strom. Um diesen Restdurchgriff weiter herunterzusetzen, wird in der genannten Schaltungsanordnung über eine Triode ein zum Anodensignal der Pentode spiegelbildliches Signal erzeugt und über einen Spannungsteiler mit geeignetem Teilerverhältnis dem Steuergitter der Pentode zugeführt. Diese Schaltungsanordnung ist aber ebenfalls nicht für die Ankopplung eines niederohmigen Verbrauchers vorgesehen.
  • Diese Nachteile der bekannten Schaltungsanordnungen vermeidet die Erfindung dadurch, daß von dem Kollektor eines Transistors, in dessen Kollektorkreis der Ladekondensator und parallel dazu eine ohmsche Last angeordnet ist, ein dem durch die Belastung fließenden Strom proportionales Signal abgegriffen und über einen zusätzlichen Transistor auf eine Steuerelektrode des erstgenannten Transistors rückgekoppelt wird.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig. 1.
  • Die Schaltung besteht aus dem Kondensator C, dessen einer Belag mit dem positiven Pol einer Spannungsquelle verbunden ist und dessen anderer Belag vom Kollektor des npn-Transistors T1 gespeist wird. Die Basis des Transistors ist über den Widerstand RB 1 mit dem positiven und über den Widerstand RB 2 mit dem negativen Pol der Speisespannungsquelle verbunden. An den Emitter des Transistors T 1 schließt sich der Widerstand RE11 an und daran der Widerstand RE12, der die Verbindung zum negativen Pol der Spannungsquelle herstellt. Vom Verbindungspunkt der beiden genannten Widerstände wird über den veränderbaren Widerstand RE2 der Emitter eines weiteren Transistors T2 gespeist, dessen Basis mit dem Kollektor von T1 und dessen Kollektor mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden sind. Parallel zum Kondensator C liegt der Schalter S, dessen Kontakt in Ruhestellung geschlossen ist. Ferner liegt parallel zum Kondensator C der Lastwiderstand Ra. Die Aufladung des Kondensators mit konstantem Strom geschieht auf folgende Weise: über den Spannungsteiler, gebildet aus den Widerständen RB 1 und RB 2, erhält die Basis des Transistors T1 ein gewisses positives Potential.
  • Dieses Potential steht etwa auch am Emitter des Transistors T1, so daß der Emitterstrom und damit praktisch der Kollektorstrom durch die Spannung an die Serienschaltung der Widerstände RE 11 und RE 12 sowie durch die Summe der obengenannten Widerstände bestimmt wird. Voraussetzung ist allerdings, daß der Strom über den Widerstand RE2 gleich Null ist. Der Strom ist also von dem am Kollektor des Transistors T1 stehenden Potential praktisch unabhängig. Der Sägezahn wird auf folgende Weise gebildet: Im Ruhezustand hat der Schalter S geschlossen, am Kondensator steht die Spannung Null. Im Arbeitszustand öffnet der Schalter S, und über den aus dem Kollektor des Transistors T 1 kommenden Strom wird der Kondensator C geladen. Da dieser Strom konstant ist, also unabhängig vom Potential des Kollektors von T1, entsteht ein linearer Spannungsanstieg am Kondensator C. Falls die Spannung eine gewisse Höhe erreicht hat, wird der Schalter S geschlossen und entlädt den Kondensator, worauf der Schalter bei gegebener Veranlassung wieder geöffnet wird, so daß ein neuer Anstieg der Spannung am Kondensator C entstehen kann. Der Kondensator C ist durch den Widerstand RA belastet, wobei der Widerstand RA zunächst bewirken würde, daß die Ladung des Kondensators C nicht mehr linear erfolgt, da der in den Widerstand RA abfließende Stromanteil abhängig von der an diesem Widerstand stehenden Spannung ist und somit auch die Ladung des Kondensators C nicht mehr mit konstantem Strom folgen würde. Um die Linearität des Spannungsverlaufes am Kondensator C wieder herzustellen, wird nun der Transistor T2 eingeführt. Dieser arbeitet in Kollektorschaltung und hat die Aufgabe, den Köllektorstrom des Transistors TI jeweils um den Betrag zu vergrößern, der über den Widerstand RA abfließt. Dies geschieht auf folgende Weise: Zu Beginn des Spannungsanstieges am Kondensator C, also im Moment der Öffnung des Schalters S, ist das Emitterpotential des Transistors T 2 etwa gleich Massepotential. Der vom negativen Pol vier Spannungsquelle über RE 12 kommende Strom verteilt sich auf die Widerstände RE 11 und RE 2. Dabei bildet der über den Widerstand RE2 fließende Stromanteil ein Maximum. Mit Zunahme der Spannung am Kondensator C wird auch das Emitterpotential des Transistors T2 immer negativer. Dadurch wird der Stromanteil, der über den Widerstand RE 2 fließt, auch immer geringer. Der Strom im Widerstand RE 11 und damit im Kollektor des Transistors T 1 wächst dagegen. Wenn nun die Stromzunahme im Kollektor des Transistors T1 genau und in jedem Zeitpunkt dem Strom gleicht, der über den Belastungswiderstand RA fließt, so ist der Spannungsverlauf am Kondensator C wieder linear. Der Strom über den Kollektor T1 besteht also praktisch aus zwei Anteilen, einmal dem Ladestrom für den Kondensator C. Dies ist der Kollektorstrom zur Zeit der Öffnung des Schalters S. Der zweite Stromanteil des Kollektörstromes des Transistors T1 ist nicht konstant und entspricht in jedem Augenblick dem über den Widerstand RA abfließenden Strom. Durch die Schaltmaßnahme, daß der Transistor T2 zugeschaltet wird, der den Emitterstrom des Transistors T1 beeinflußt; wird natürlich nicht nur die Belastung des Kondensators durch den Widerstand RA, sondern auch die Belastung des Kondensators durch den Transistor T2 selbst kompensiert. Die Linearität des sägezahnförurigen Anstiegs der Spannung am Kondensator C ist allerdings nicht mehr gegeben, wenn der Widerstand RA geändert wird. Bei Änderung des Widerstandes RA muß zur Aufrechterhaltung der Linearität vielmehr der Widerstand RE2 mitgeändert werden. Eine Schaltungsanordnung, bei der sich diese Maßnahme erübrigt, bei der also die Linearität des sägezahnförmigen Spannungsanstieges für verschiedene Belastungen gewahrt bleibt, zeigt die Fig. 2.
  • Die Belastung des Kondensators C ist darin durch den Belastungswiderstand des Transistors T2 gegeben. Diese Belastung wird ausgeglichen nicht wie in der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 durch die direkte Veränderung des Emitterstroms des Transistors T1, sondern durch die Veränderung des Emitterstroms des Transistors T1 auf dem Umweg über die Änderung seiner Basisspannung. Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Im Ruhezustand ist der Schalter S wieder geschlossen und der Kondensator C entladen. Öffnet der Schalter S, so fließt im ersten Moment der Kollektorstrom des Transistors T1 nur in den Kondensator C. Mit wachsender Spannung an diesem Kondensator wächst aber auch die Spannung an dem Widerstand RA und an dem Vorbelastungswiderstand RA V. Proportional der Spannung an diesen Widerständen ist der Emitterstrom, und proportional dem Emitterstrom ist der Basisstrom und der Kollektorstrom des Transistors T2. Es muß darauf geachtet werden, daß eine Transistortype für den Transistor T2 gewählt wird, bei der Proportionalität zwischen dem Basis- und dem Kollektorstrom besteht. Proportional zum Kollektorstrom des Transistors T2 ändert sich schließlich sein Kollektorpotential und damit der Strom über den Widerstand RC22 und schließlich die Spannung am Verbindungspunkt der WiderständeRR21 und RB22 und zuletzt die Spannung an der Basis des Transistors T 1. Mit der linearen Spannungsänderung an der Basis des Transistors T1: ist eine gleiche Spannungsänderung am Emitter des Transistors T1 und dadurch verursacht eine ebensolche Emitterstromänderung schließlich eine ebensolche Kollektorstromänderung. Der Strom, der im Kollektor des Transistors T1 fließt, besteht also wiederum aus zwei Anteilen, einem konstanten Anteil, der den Kondensator C speist, und einem der Spannung am Kondensator C proportionalen Anteil, der in die Basis des Transistors T2 fließt. Nun ist aber der Stromanteil, der in die Basis des Transistors T2 fließt, nicht ausschließlich proportional der Spannung am Kondensator C, sondern er ist auch proportional dem Basisstrom des Transistors T2, da ja auch bei gleichbleibender Basisspannung des Transistors T2 und steigender Last der Emitter-, der Basis- sowie der Kollektorstrom des Transistors T2 proportional wachsen soll. Die Schaltung erzeugt also einen linearen Spannungsanstieg, unabhängig vom Wert des Widerstandes RA.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Transistorschaltungsanordnung zur Erzeugung linearer sägezahnförmiger Spannungen mit einem im Kollektorkreis eines Transistors angeordneten Ladekondensator, der mittels eines Schalters entladbar ist und zu dem eine ohmsche Last parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Kollektor des Transistors (T1) ein dem durch die Belastung (Ra) fließenden Strom proportionales Signal abgegriffen und über einen zusätzlichen Transistor (T2) auf eine Steuerelektrode des erstgenannten Transistors (T1) rückgekoppelt wird.
  2. 2. Transistorschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearisierung des Spannungsverlaufs am Kondensator (C) durch Beeinflussung des Emitterstroms des in Anspruch 1 genannten Speisetransistors erreicht wird.
  3. 3. Transistorschaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beeinflussung des Emitterstroms des Speisetransistors (T 1) in der Weise erreicht wird, daß vom Kollektor des Speisetransistors (T1) ein in Kollektorschaltung betriebener weiterer Transistor (T2, Fig.1) angesteuert wird, dessen Emitter über einen Widerstand (RE 2) entweder direkt mit dem Emitter des Speisetransistors (T1) oder mit einer Anzapfung seines Emitterwiderstandes (RE 11; RE 12) verbunden ist.
  4. 4. Transistorschaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Linearisierung der Sägezahnspannung das Basispotential des Speisetransistors (T1) verändert wird.
  5. 5. Transistorschaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Basispotential des Speisetransistors (T1) vom Kollektor eines zweiten Transistors (T2, Fig. 2) her beeinflußt wird, dessen Basis mit dem Kollektor des Speisetransistors (T1) verbunden ist und an dessen Emitter der Verbraucher (Ra) angeschlossen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: »Elektrische Nachrichtentechnik«, August 1942, S. 142 bis 144.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1299696B (de) * 1968-01-11 1969-07-24 Siemens Ag Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Summe der Impulszeitdauer von in beliebigen Zeitabstaenden auftretenden Impulsen

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DE1299696B (de) * 1968-01-11 1969-07-24 Siemens Ag Schaltungsanordnung zur Bestimmung der Summe der Impulszeitdauer von in beliebigen Zeitabstaenden auftretenden Impulsen

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