DE2737432C3

DE2737432C3 - Integratorschaltung mit Begrenzung

Info

Publication number: DE2737432C3
Application number: DE2737432A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. 7031 Altdorf Falke; Werner Dipl.-Ing. 7033 Herrenberg Huettemann
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Priority date: 1977-08-19
Filing date: 1977-08-19
Publication date: 1980-03-06
Also published as: GB2002985B; FR2400799A1; DE2737432A1; JPS6042519Y2; DE2737432B2; FR2400799B1; JPS5438456U; US4228366A; GB2002985A

Description

Die Erfindung betrifft eine Integratorschaltung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Integratorschaltungen werden zum Beispiel für die Formung von Impulsen benutzt. Es lassen sich dadurch Anstiegs- und Abfallflanken mit vorgegebenen Steigungen erzeugen. Zwischen den beiden Flanken liegt ein Bereich konstanter Spannung, welche durch die Begrenzung vorgegeben ist.

Die Begrenzung läßt sich im wesentlichen auf zwei Wegen erreichen. Bei der aktiven Begrenzung wird nach Erreichen der Begrenzungsspannung ein Regelkreis aktiviert, der die Spannung am Kondensator konstant hält. Die Verstärkung des Regelkreises muß dabei klein gehalten werden, damit der Regelkreis schnell einschwingt. Das bedeutet aber, daß die Begrenzungsspannung nicht konstant ist und daß die Differenz zwischen dem Begrenzungseinsatz und dem Begrenzungsendwert relativ groß ist.

Bei der passiven Begrenzung wird eine Klemmschaltung mit Dioden verwendet, welche nach Erreichen der Klemmspannung den zuvor dem Kondensator zugeführten konstanten Strom aufnimmt. Die den Dioden eigentümliche Strom/Spannungscharakteristik führt jedoch dazu, daß beim Übergang von der konstanten Klemmspannung auf die abfallende Flanke (Entladen des Kondensators) ein Spannungssprung entsteht, wodurch die Impulsform unsauber wird. Diesen Spannungssprung kann man zwar dadurch beseitigen, daß man den Impuls durch eine zusätzliche Begrenzerschaltung laufen läßt, die den unsauberen Teil des Impulses abschneidet. Das hat aber wiederum den Nachteil, daß bei Änderung der Steigung der ansteigenden und/oder abfallenden Flanke sich die Dauer des Abschnittes konstanter Spannung ändert. Dieser Abschnitt soll aber bei vielen Anwendungsfällen eine konstante Länge haben, auch wenn die Flankensteigung verstellt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Integratorschaltung zu schaffen, die mit einer Dioden enthaltenden Begrenzungseinrichtung arbeitet und saubere Übergänge zwischen den Flanken

ίο und dem Abschnitt konstanter Spannung liefert, ohne daß eine Veränderung der Dauer des Abschnittes konstanter Spannung auftritt, wenn die Flankensteigung verändert wird. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet

Die Abtrennung der Begrenzungseinrichtung vermeidet Effekte, die auf der Strom/Spannungskennlinie der Diode beruhen, insbesondere also den unerwünschten Spannungssprung.

Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild eines erfindungsgemäßen Integrators;

F i g. 2 den Verlauf der Ausgangsspannung über der Zeit bei der Schaltung gemäß F i g. 1 und
F i g. 3 ein detailliertes Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

In F i g. 1 ist mit Ci ein Integrationskondensator bezeichnet, der durch Stromquellen Ir und Iv geladen bzw. entladen werden kann. Die Kondensatorspannung U₀ ist an einer Ausgangsklemme It abgreifbar.

Klemmschaltungen 13 und 13' verhindern den Anstieg der Kondensatorspannung U_c über einen bestimmten Wert ± Ucmax- Sowohl die beiden Stromquellen Ir und Iv als auch die Klemmschaltungen 13 und 13' lassen sich durch Schalter Si, S₂ und S₃ bzw. S₃' mit dem Integrationskondensator Ci verbinden. Die Schalter S-,, S₂, S₃ und S₃' sind durch eine Steuerschaltung 15 betätigbar.

Die von der Steuerschaltung 15 abgegebene Schaltfolge wird nun in Verbindung mit Fig.2 erläutert, welche den Verlauf der Ausgangsspannung U₀ über der Zeit darstellt. Zum Zeitpunkt fo werden die Schalter Si und S₃ geschlossen, während die Schalter S₂ und S₃' geöffnet bleiben. Dies ist die in F i g. 1 dargestellte Schalterstellung. Der Kondensator C/wird dann von der Stromquelle Ir (Fig. 1) aufgeladen, wodurch die Spannung U_c rampenförmig ansteigt, bis im Zeitpunkt t\ die Klemmspannung U_Cmax erreicht wird. Diese Spannung wird dann bis zum Zeitpunkt t₂ beibehalten.

Im Zeitpunkt f₂ werden die Schalter Si und S₃ geöffnet, und der Schalter S₂ wird geschlossen. Der Kondensator C wird dann von der Stromquelle Iv entladen, wodurch die Spannung U rampenförmig abfällt bis sie im Zeitpunkt f₃ den Wert Null erreicht hat. Etwa zu diesem Zeitpunkt wird der Schalter S₃' geschlossen. Der Kondensator Ci wird weiter negativ geladen und die Spannung U_c fällt weiter ab, bis zum Zeitpunkt U die negative Klemmspannung- U_cmax erreicht ist. Diese Spannung wird bis zum Zeitpunkt fs beibehalten.

Im Zeitpunkt is werden die Schalter S₂ und Sj' geöffnet, und der Schalter Si wird geschlossen. Der Kondensator Ci wird dadurch wieder positiv durch Ir geladen. Etwa zum Zeitpunkt tt wird auch der Schalter

5} wieder geschlossen, und der Vorgang wiederholt sich wie vom Zeitpunkt Jd an.

In Fig.3 ist die Schaltung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dargestellt Der Integrationskondensator ist wieder mit Q bezeichnet. Seine Spannung U_c kann εη einer Ausgangsklenune 23 abgegriffen werden. Die Ladung bzw. Entladung des Integrationskondensators Q erfolgt durch Stromquellen 29 bzw. 29* mit Strömen Ir bzw. Iv-

Einer Eingangsklemme 21 wird ein symmetrisches Schaltsignal (Rechtecksignal) von einer hier nicht dargestellten Steuerschaltung zugeführt Dieses Signal gelangt an jeweils eine Basis zweier als Differenzverstärker wirkender Transistorpaare Ti bzw. T\. Die jeweils andere Basis liegt an Masse. Die Transistorpaare 7} und Ty erzeugen auf Leitungen 25 und 25' gegenphasige und auf Leitungen 27 und 27' gleichphasige Signale bezüglich des Eingangssignals an der Klemme 21. Die komplementären Signale auf den Leitungen 25 und 27 werden u. a. einem Transistorpaar T₂ zugeführt Ein niedriger Signalpegel auf der Leitung 25 (wobei gleichzeitig der Signalpegel auf der Leitung 27 hoch ist) bewirkt, daß der Strom Ir einer Stromquelle 29 auf den Integrationskondensator C/ geschaltet wird und diesen auflädt Die Spannung U_c am Integrationskondensator C/ist an einer Klemme 23 abgreifbar.

Geht man davon aus, daß die Spannung U_c während des Aufladens von Q niedriger ist als die Spannung U\ einer Spannungsquelle 31, so ist die Diode D₂ gesperrt, und eine Stromquelle 33 mit 13 Ir zieht Strom über eine Diode D\ aus der Spannungsquelle 31. Sobald die Spannung U_c gleich der Spannung U\ wird, wird die Diode D₂ leitend, und der Strom Ir von der Stromquelle 29 wird über die Diode D₂ zur Stromquelle 33 (13 Ir) geleitet Der Integrationskondensator Q lädt sich dann nicht weiter auf. Seme Spannung bleibt konstant Es ergibt sich also eine Klemmung. Wechselt nun wieder der Signalpegel auf den Leitungen 25 und 27, schaltet das Transistorpaar Tt um, und der bisher über die Diode Di laufende Strom Ir wird der Verbindungsstelle 35 der Dioden A und Di zugeführt Dieser Verbindungsstelle wird gleichzeitig zusätzlich vom Transistorpaar T3 der Strom 03 Ir von einer Stromquelle 37 geliefert, welcher zuvor vom Transistorpaar Tj nach Masse abgeleitet wurde. Da der Verbindungsstelle 35 nunmehr der gleiche Strom zugeführt wie von ihm abgeführt wird (jeweils 13 Ir), kann durch die Diode D₂ kein Strom mehr fließen. Damit ist die Klemmschaltung vom Integrationskondensator Q abgetrennt

Gleichzeitig verbindet das Transistorpaar T₂ eine Stromquelle 29' (I_v) mit dem Integrationskondensator Cu so daß dieser entladen wird. Die Funktion der unteren Hälfte der Schaltung gemäß F i g. 3 ist dabei im Prinzip identisch mit der des oberen Schaltungsteils, jedoch sind die Richtungen bzw. Orientierungen der Bauelemente (Ti', T₂, T₃', D_x', D₂ gegenüber Ti, T₂, T₃, D\, D₂), Ströme (Iv gegenüber Ir) und Spannungen (Ui gegenüber Ut) entgegengesetzt Die Signale auf den Leitungen 25' und 27' sind gleichphasig mit denen auf den Leitungen 25 und 27. Die Ausgangsspannung U_c an der Klemme 23 hat im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen trapezförmigen Verlauf (wie in Fig.2) mit

jo konstanten Abschnitten von +2 Volt bzw. —2 Volt, zwischen denen lineare rampenförmige Abschnitte liegen, deren Steigung durch entsprechende Änderung der Ströme /«bzw. Iveinstellbar ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Integratorschaltung mit einem Kondensator, mindestens einer zu- und abschaltbaren Stromquelle zum Laden und Entladen des Kondensators und einer Dioden enthaltenden Begrenzungseinrichtung zur Begrenzung der Kondensatorspannung auf einem vorgegebenen Wert, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung (13, 13') von der restlichen Integratorschaltung abtrennbar ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (15), die gleichzeitig die Begrenzungseinrichtung (13, 13') abtrennt und die Stromquelle (Ir bzw. Iv) zum Entladen des Kondensators (C!) zuschaltet

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungseinrichtung eine Klemmschaltung bestehend aus der Reihenschaltung einer Spannungsquelle (U\ bzw. U\) und zweier einander entgegengerichteter Dioden (D\, Di bzw. A', Di') ist, wobei der Verbindungspunkt (35 bzw. 35') der beiden Dioden einerseits mit einer größeren als der zu- und abschaltbaren Stromquelle (Ir bzw. Iv) verbunden ist und andererseits die zu- und abschaltbare Stromquelle gleichzeitig mit der Abschaltung vom Kondensator (Q) zusammen mit einer Zusatzstromquelle (0,3 Ir bzw. 0,3 Iv) an den Verbindungspunkt anlegbar ist, derart, daß die Summe der diesem zugeführten Ströme Null ist, so daß die dem Kondensator zugewandte Diode (D₂) der Klemmschaltung stromlos wird.