DE2249082A1

DE2249082A1 - Dreieckspannungsgenerator

Info

Publication number: DE2249082A1
Application number: DE2249082A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Herzner
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1974-04-18
Also published as: FR2202404A1; JPS5624417B2; US3859603A; JPS4974468A; GB1412380A; DE2249082C3; CA994436A; FR2202404B1; DE2249082B2

Description

Philips Patentverwaltung GmbH, Hamburg 1, Steindamm 94

Dreieckspannungsgenerator

Die Erfindung betrifft" eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer steuerbaren Dreieckspannung mittels eines spannungsgesteuerten Stromgenerator, dessen Ausgang einen der an einem Steuereingang anliegenden Spannung proportionalen Strom in einen Kondensator einspeist, an dem die Dreieckspannung abnehmbar ist, und dessen Steuereingang über einen Umschalter abwechselnd mit einer von zwei Steuerspannungen verbunden ist, die zueinander entgegengesetzte Ströme am Ausgang des Stromgenerators erzeugen, wobei der Umschalter jeweils umgeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung einen durch zwei Spannungsschwellen gegebenen Spannungsbereich überschreitet.

Die Erzeugung von Dreieckspannungen durch Auf- und Entladung eines Kondensators mittels konstanten Strömen ist an sich bekannt. So besteht in der US-PS 3 440 448 der Stromgeneratoraus zwei Stromquellen mit entgegengesetzt gerichteten Strömen,

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PHJ) 72-129 Po/S.

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von denen die eine, einen größeren Stroinu.iefernde Stromquelle durch einen Vergleicher ein- bzw. ausgeschaltet wird, wenn ein Vergleicher feststellt, daß die an dem Kondensator entstehende Ausgangsspannung einen vorgegebenen Spannungsbereich verläßt. Die Ströme beider Stromquellen können gemeinsam durch eine Eingangsspannung gesteuert werden, so daß sich damit die Frequenz der Dreieckspannung verändert. Eine spannungsgesteuerte Veränderung des Tastverhältnisses der Dreieckspannung ist damit jedoch nicht möglich und auch nicht beabsichtigt.

Eine weitere Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Dreieckspannung ist aus der DAS 1 921 035 bekannt, wo ebenfalls ein Kondensator durch einen Stromgenerator abwechselnd auf- und entladen wird und der Stromgenerator wieder zwei Stromquellen mit entgegengesetzt gerichteten Strömen enthält, von denen die eine Stromquelle durch einen Schv/ellwert schalter ein- bzw. ausgeschaltet wird, wenn die Spannung an dem Kondensator die vorgegebenen Schwellspannungen erreicht. Hier sind beide Stromquellen voneinander unabhängig steuerbar, so daß die Steilheit der ansteigenden und der abfallenden Flanke der Ausgangsspannung und damit das Tastverhältnis eingestellt werden können. Dadurch wird im allgemeinen aber gleichzeitig die Wiederholfrequenz der Dreieckspannungsperiode verändert.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe eine Schaltungsanordnung anzugeben, mittels der das Tastverhältnis der Dreieckspannung verändert werden kann, ohne die V/iederholfrequenz zu beeinflussen. Ausgehend von der eingangs angegebenen Schaltungs-

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anordnung löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß die erste Steuerspannung an dem einen Eingang einer Multiplizierschaltung und an dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers anliegt, daß eine erste Hilfsspannung an dem anderen Eingang der Multiplizierschaltung und an dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers anliegt, daß der Ausgang der Multiplizierschaltung mit dem Dividendeneingang und der Ausgang des Differenzverstärkers mit dem Divisoreingang einer Dividierschaltung verbunden ist, deren Ausgang die zweite Steuerspannung für den Stromgenerator liefert, und daß die erste Steuerspannung das Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Wiederholfrequenz bestimmt. Auf diese Weise kann durch Verändern nur einer Steuerspannung direkt das Tastverhältnis verändert werden, ohne die Frequenz zu beeinflussen. Allerdings ändert sich dabei das Tastverhältnis umgekehrt proportional zu der ersten Steuerspannung.

Die Frequenz der Dreieckspannung kann durch Verändern der ersten Hilfsspannung eingestellt werden, jedoch ändert sich dann auch das Tastverhältnis der Dreieckspannung. Um dies zu vermeiden, wird die erste Steuerspannung durch eine zweite Multiplizierschaltung erzeugt, deren einer Eingang die erste Hilfsspannung zugeführt wird und deren anderer Eingang mit dem Ausgang einer zweiten Dividierschaltung verbunden ist. Dem Divi— dendeneingang dieser zweiten Dividierschaltung wird eine zweite Hilfsspannung zugeführt, und an den Divisoreingang wird, eine Tastverhältnis-Steuerspannung angelegt, mittels" der das · '

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Tastverhältnis direkt proportional eingestellt werden kann. Die Frequenz der Dreieckspannung ist weiterhin direkt proportional der ersten Hilfsspannung, jedoch beeinflußt diese nicht mehr das Tastverhältnis. Damit können also das Tastverhältnis und. die Frequenz der Dreieckspannung unabhängig voneinander durch jeweils eine Spannung eingestellt werden.

Die Amplitude der Dreieckspannung ist durch den Abstand der beiden Spannungsschwellen, d.h. durch den dadurch bestimmten Spannungsbereich gegeben. Wenn die Amplitude der Dreieckspannung durch z.B. Vergrößern des Spannungsbereichs vergrößert wird, wird die Frequenz der Dreieckspannung niedriger, da bei gleicher Steilheit der ansteigenden und abfallenden Flanke deren Gesamtdauer und damit die Periodendauer der Dreieckspannung vergrößert-wird. Um dies zu vermeiden, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die erste Hilfsspannung an dem Ausgang einer dritten Multiplizierschaltung erzeugt, an deren einem Eingang eine den Abstand der Spannungsschwellen bestimmende Schwellen-Steuerspannung und an deren anderem Eingang eine Frequenz-Steuerspannung anliegt. Dadurch ist es nun möglich, sowohl die Frequenz als auch die Amplitude und das Tastverhältnis der Dreieckspannung unabhängig voneinander einzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

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Fig, 1 die Prinzipschaltung zur Erzeugung.einer Dreieckspannung mittels eines Kondensators und eines ümschaltbaren Stromgenerators,

Fig. 2 den seitlichen Verlauf der Spannung am Kondensator,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Veränderung des Tastverhältnisses, Fig. 4 das Blockschaltbild einer erweiterten Schaltungsanordnung nach Fig. 3»

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer erweiterten Schaltungsanordnung nach Fig. 4.

Die Grundschaltung zur -Erzeugung einer Dreieckspannung ist in Fig. 1 dargestellt. Der Stromgenerator I erzeugt an seinem Ausgang einen Strom, der proportional zu der Spannung an seinem Steuereingang ist. In der gezeichneten Stellung des Umschalters S ist dies die Steuerspannung IL· . Der Strom lädt einen Kondensator C auf, an dem eine zeitlich linear ansteigende Spannung entsteht. Venn diese Spannung einen oberen Schwellwert erreicht, schaltet ein nicht gesondert dargestellter Schwellwertschalter den Umschalter S um, so daß nunmehr die Steuerspannung Up an dem Steuereingang des Stromgenerators I liegt. Diese Steuersparmung hat einen derartigen Viert_s daß sie am Ausgang einen Strom in umgekehrter Richtung erzeugt, der den Kondensator C in entgegengesetzter Richtung auflädt, so daß eine zeitlich linear abfallende Spannung daran-entsteht. Wenn diese Spannung nun e.inen unteren Schwellwert erreicht, schaltet der Schwellwertschalter den Umschalter S zurück, so daß am Steuereingang

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des Stromgenerators I wieder die Steuerspannung U₁ liegt, die den Kondensator wieder positiv auflädt. Durch eine Steuerspan-nung Ug kann der Abstand der Spannungsschv/ellen,bei denen der Schwellwertschalter in dem Stromgenerator I umschaltet, und damit die Amplitude der Dreieckspannung beeinflußt werden. Der Aufbau des Stromgenerators mit dem darin enthaltenen Schwellwertschalter soll hier nicht nriher erläutert v/erden, da solche Schaltungen bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Der zeitliche Verlauf der Dreieckspannung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Steigung der ansteigenden Flanke wird durch die Größe des Stromes und des Kondensators C in Fig. 1 bestimmt. Da der Wert des Kondensators C konstant und der Strom proportional der Steuerspannung \J. ist, ist die Anstiegszeit t

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bei festen Spannungsschv/ellen umgekehrt proportional· dieser Steuerspannung. Das gleiche gilt für die Abfallzeit t ,, die umgekehrt proportional der Steuerspannung Up ist. Die Summe von Anstiegs- und Abfallzeit ist die Periodendauer bzw. der Kehrwert der Frequenz f der Dreieckspannung.

Aus der Fig. 2 ist unmittelbar zu erkennen, daß eine Veränderung des Tastverhältnisses T durch Änderung der Anstiegszeit t__ oder der Abfallzeit t . unmittelbar eine Änderung der Periodendauer und damit der Frequenz der Dreieckspannung zur Folge hat. Das Tastverhältnis T wird hier wie folgt definiert.

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Außerdem ist aus Fig. 2 zu erkennen, daß eine Änderung des Spannungsbereichs U_g zwischen den Schwellspannungen U_p und U_M, bei denen der Schwellwertschalter in dem Stromgenerator in Fig. 1 anspricht, auch unmittelbar die Frequenz der Dreieckspannung verändert, da die Steigung der Flanken unverändert bleibt und sich dadurch die Anstiegszeit und die Abfallzeit im gleichen Verhältnis verändern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das.Tastverhältnis der Dreieckspannung durch Veränderung nur einer Steuerspannung ohne Beeinflussung der Frequenz verändert werden kann, ist in Fig. 3 dargestellt. Darin ist die Anordnung 1 die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung. Die erste Steuerspannung U- wird dem Umschalter S direkt von außen :■ zugeführt, während die zweite Steuerspannung durch eine Dividierschaltung 2 erzeugt wird. Der Dividendeneingang dieser Dividierschaltung ist mit dem Ausgang einer Multiplizierschaltung 4 verbunden, an deren beiden Eingängen die erste Steuerspannung U^ und eine erste Hilfsspannung Uj, angeschlossen ist, und der Divisoreingang der Dividierschaltung 2 ist mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers 3 verbunden, an dessen nicht invertierenden Eingang die erste Hilfsspannung Ujt und an dessen invertierenden Eingang die erste Steuerspannung U,, anliegt. Wenn "bei dieser Schaltungsanordnung die erste Steuerspannung U₁ verändert wird, ändert sich die an dem Ausgang der Dividierschaltung 2 erzeugte zweite Steuerspannung gerade so, daß nur das Tastverhältnis der erzeugten Dreieckspannung verändert wird, ohne die Frequenz zu beeinflussen.

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Fur die Frequenz f der Dreieckspannung gilt nämlich nach Fig. 2:

Wenn in diese Gleichung die durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 erzeugte Spannung eingesetzt wird, so ergibt sich, daß dann in der Gleichung für die Frequenz f die Steuerspannung IL nicht mehr vorkommt.

Die Dividierschaltung 2 ist eine Schaltungsanordnung, die an ihrem Ausgang eine Spannung erzeugt, deren Wert gleich dem Wert der an dem oberen Eingang anliegenden Spannung geteilt durch den Wert der an dem unteren Eingang anliegenden Spannung ist, gegebenenfalls mit einem Proportionalitätsfaktor. Die Multiplizierschaltung 4 ist eine Schaltungsanordnung, bei der der Wert der Ausgangsspannung gleich dem Produkt der Vierte der beiden Eingangsspannungen ist, wobei auch gegebenenfalls ein konstanter Faktor zu berücksichtigen ist. Der Differenzverstärker ist eine Schaltungsanordnung, bei der der Wert der Ausgangsspannung gleich der Differenz der Werte der Eingangsspannungen ist. Der Aufbau derartiger Schaltungen ist bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden, da er nicht erfindungswesentlich ist.

Bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist das Tastverhältnis T umgekehrt proportional zu der ersten Steuerspannung U₁, und bei

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Änderung der Frequenz f der erzeugten Dreieckspannung durch Änderung der ersten Hilfsspannung üVr wird auch das Tastverhältnis T mit beeinflußt. Um dies zu vermeiden, wird eine in • Fig. 4 dargestellte Schaltungsanordnung verwendet. Darin wird auch die erste Hilfsspannung nicht mehr von außen direkt zugeführt, sondern durch eine zweite Multiplizierschaltung 5 erzeugt, an deren einem Eingang die erste Hilfsspannung U^- anliegt und deren anderer Eingang mit dem Ausgang einer zweiten Dividierschaltung 6 verbunden ist, an deren Dividendeneingang eine zweite Hilfsspannung U™ und an deren Divisoreingang eine Tastverhältnis-Steuerspannung IL₁ anliegt. Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Hilfsspannung U^ wieder direkt proportional zu- der Frequenz f der erzeugten Dreieckspannung, beeinflußt nun aber nicht mehr das Tastverhältnis T. Durch die Dividierschaltung 6 ist das Tastverhältnis T nun auch direkt proportional zu der Tastverhältnis-Steuerspannung U^₁, wobei die zweckmäßig konstant zu haltende zweite Hilfsspannung U^ einen konstanten Faktor fiir die Tastverhältnis-Steuerspannung darstellt. Diese zweite Dividierschaltung 6 kann entfallen, wenn das Tastverhältnis T umgekehrt proportional zu einer . Steuerspannung sein soll.

Wie bereits erwähnt, ist die Frequenz f der erzeugten Dreieckspannung abhängig von deren Amplitude, die durch den Abstand der beiden Schwellspannungen Up und tLj nach Fig. 2 gegeben ist, wobei dieser Abstand durch 'die Schwellen-Steuerspannung U bestimmt wird. Um diese Abhängigkeit zu vermeiden, wird die. in Fig. 5 dargestellte Schaltungsanordnung verwendet. Darin

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wird die erste Hilfsspannung durch eine v/eitere Multiplizier--■ schaltung 7 erzeugt, an deren Eingängen d.ie Freqvcnz-Steuerspannung U~ und die Schwellen-Steuerspannung U₀ anliegt. Iw übrigen Ist diese Schaltungsanordnung gleich der In Fig. A dargestellten.

Mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 können nun alle 3 Parameter der erzeugten Dreieckspannung voneinander unabhängig durch jeweils eine Steuerspannung eingestellt v/erden, nämlich das Tastverhältnis T proportional durch die Tastverhältnirj-Steuerspannung Un₁, die Frequenz f proportional durch die Frequenz-Steuerspannung Uo und die Amplitude proportional durch die Schwellen-Steuerspannung U₀.

Petentonsprüehe:

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Claims

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Patentansprüche:^

Μ J Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer steuerbaren Dreieckspannung mittels eines spannungsgesteuerten Stromgenerators, dessen Ausgang" einen der an einem Steuereingang anliegenden Spannung proportionalen Strom in einen Kondensator einspeist, an dem die Dreieckspannung abnehmbar ist, und dessen Steuereingang über einen Umschalter abwechselnd mit einer von 'zwei Steuerspannungen verbunden ist, die zueinander entgegengesetzte Ströme am Ausgang des Stromgenerators erzeugen, wobei der Umschalter jeweils umgeschaltet wird, wenn die Ausg&ngsspannung einen durch zwei Spannungsschwellen gegebenen Spannungsbereich überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuer spannung (U,.) an dem einen Eingang einer Multiplizierschaltung (4) und an dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärker'(3) anliegt, daß eine erste Hilfsspannung (Ujt) an dem anderen Eingang der Multiplizierschaltung (4) und an dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (3) anliegt, daß der Ausgang der Multiplizierschaitung (4) mit dem Dividendeneingang und der Ausgang des Differenzverstärkers (3) mit dem Divisoreingang einer Dividierschaltung (2) verbunden ist, deren Ausgang die zweite Steuerspannung für den Stromgenerator (1).liefert, und daß die erste Steuerspannung (U₁) das Tastverhältnis der

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Dreieckspannung ohne Beeinflussung der V/iederholfrequenz bestimmt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Hilfsspannung (U„) an dem Dividendeneingang und eine Tastverhältnis-Steuerspannung (Um) an dem Divisoreingang einer zweiten Dividierschaltung (6) anliegen, daß der Ausgang der zweiten Dividierschaltung (6) mit dem einen Eingang einer zweiten Multiplizierschaltung (5) verbunden ist und die erste Hilfsspannung (U„) auch an dem anderen Eingang dieser zweiten Multiplizierschaltung (5) anliegt, daß das Ausgangssignal der zweiten Multiplizierschaltung (5) die erste Steuerspannung (U₁) darstellt, und daß die erste Hilfsspannung (Ujt) nur die V/iederholfrequenz der Dreieckspannung ohne Beeinflussung deren Tastverhältnisses und die Tastverhältnis-Steuerspannung (Um) nur das Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflussung deren V/iederholfrequenz bestimmt.

3· Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz-Steuerspannung (U ~) an dem einen Eingang und eine den Abstand der Spannungsschwellen bestimmende Schwellen-Steuerspannung (Ug) an dem anderen Eingang einer dritten Multiplizierschaltung (7) anliegt, daß das Ausgangssignal dieser dritten Multiplizierschaltung (7) die erste Hilfsspannung (Uu) darstellt, und daß die Schwellen-Steuerspannung (U_s) nur die Amplitude der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Frequenz und des Tastverhältnisses und die Frequenz-Steuerspannung

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(TLO nur die Wiederholfrequenz der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Amplitude oder des Eastverhältnisses bestimmt,
und das die lastverhältnis-Steuerspannung (IL·,) nur das !Tastverhältnis der Dreieckßpannung ohne Beeinflussung der Frequenz und der Amplitude bestimmt.

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