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Die
Erfindung betrifft eine gesteuerte Stromquelle, versehen mit einem
Steuereingang für
den Erhalt eines Steuersignals und einem Ausgang für die Abgabe
eines Stroms, dessen Wert vom Wert des Steuersignals abhängt, mit:
- – einer
Vielzahl sogenannter Leistungstransistoren, parallel angeordnet,
wobei jeder Transistor mit einer Bezugsklemme, einer Transferklemme und
einer Polarisationsklemme versehen ist und die Transferklemmen der
Leistungstransistoren zusammen mit dem Ausgang der Stromquelle verbunden
sind, und
- – einem
Steuermodul, versehen mit einem Eingang für den Erhalt des Steuersignals
und einem Ausgang für
die Abgabe eines Signals, um die Leistungstransistoren leitend zu
machen.
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Solche
Stromquellen werden oft verwendet für den Bau von Ladepumpen zur
Abgabe von Stromimpulsen zum Steuern einer Ladung oder Entladung
von kapazitiven Elementen in Phasenverriegelungsschleifen, die eine
Frequenzsteuerung eines von einem spannungsgesteuerten Oszillators
abgegebenen Signals bewirken. Eine solche Phasenverriegelungsschleife
wird insbesondere in der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 670 629 A1 beschrieben. Die in dieser Schleife
enthaltene Ladepumpe verwendet gesteuerte Stromquellen des im einleitenden
Absatz beschriebenen Typs, in denen die Leistungstransistoren vom
Typ PNP sind, ihre Basen, Emitter und Kollektoren jeweils Polarisations-,
Bezugs- und Transferklemmen bilden. Diese Leistungstransistoren
werden mit einem permanent von einer positiven Versorgungsklemme
abgegebenen Emitterstrom polarisiert, wobei sie von einem Steuermodul
mittels einer geeigneten Basisspannung leitend gemacht wird, wenn
das Steuersignal das Steuermodul hierzu anweist. Die Leistungstransistoren
leiten dann den Polarisationsstrom von ihren Eimern an ihre Kollektoren
und zum Ausgang der gesteuerten Stromquelle.
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Die
Leistungstransistoren leitend zu machen muss sehr schnell verlaufen,
besonders wenn die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators
hoch ist, z. B. im Bereich des Gigahertz, wobei die sogenannte Schaltfrequenz,
mit der die Leistungstransistoren vom gesperrten auf den gesättigten
Zustand übergehen,
dann im Bereich des Megahertz liegen kann. Dabei ist der Wert des
von der gesteuerten Stromquelle, wenn sie leitet, abgegebenen Stroms, mit
Nominalwert bezeichnet, oft sehr groß. Dies führt zur Verwendung, um jeweils
eine gesteuerte Stromquelle zu erstellen, von mehreren Transistoren,
deren Größe in Bezug
auf die anderen Transistoren, einschließlich derer der Phasenverriegelungsschleife,
groß ist.
Solche Strukturen weisen beträchtliche Störkapazitäten auf,
besonders im Bereich der Kollektor-Basis-Verbindungen, die das effektive
Leiten der Leistungstransistoren verzögern und Beeinträchtigungen
in der Form der Stromimpulse verursachen, die von der gesteuerten
Stromquelle abgegeben werden, Beeinträchtigungen, die im Wesentlichen
aus positiven und negativen Stromspitzen bei Umschaltungen der Leistungstransitoren
bestehen.
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Auch
nach dem Stand der Technik bekannt ist das Patent der Vereinigten
Staaten von Amerika, veröffentlicht
unter der Nummer US-A-5 508 702, das die Struktur einer gesteuerten
Stromquelle beschreibt und für
die Verwendung in einem Digital-Analog-Konverter bestimmt ist.
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Eines
der Ziele der Erfindung ist die weitgehende Behebung dieser Nachteile,
indem eine gesteuerte Stromquelle vorgeschlagen wird, in der der Einfluss
der Störkapazitäten der
Leistungstransistoren beträchtlich
minimiert wird.
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Denn
eine dem einleitenden Absatz entsprechende gesteuerte Stromquelle
nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsklemmen
der Leistungstransistoren zusammen mit dem Ausgang des Steuermoduls
zur Abgabe eines Stroms verbunden sind, dessen Wert vom Wert des Steuersignals
abhängt,
wobei die Polarisationsklemmen der Leistungstransistoren, wenn die
Stromquelle in Betrieb ist, permmanent einer Spannung eines vorbestimmten
Wertes ausgesetzt sind, was es ermöglicht, die besagten Leistungstransistoren
potenziell leitend zu machen.
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In
solch einer gesteuerten Stromquelle führt die den Polarisationsklemmen
der Leistungstransistoren zugeführte
Polarisationsspannung gewissermaßen eine Vorladung der Störkapazitäten der
besagten Transistoren durch und macht diese Transistoren potenziell
leitend. Nun genügt
es, einen Strom an ihre Bezugsklemmen zu führen, um sie effektiv leitend
zu machen, und dies quasi unmittelbar. Und da die Störkapazitäten vorgeladen
sind unterliegen sie keinen Spannungsunterbrechungen im Gegensatz zu
dem, was sich in einer gesteuerten Stromquelle bekannten Typs ereignet.
Die Beeinträchtigungen der
Form des Ausgangsstroms der gesteuerten Stromquelle aufgrund von
Umschaltungen der Leistungstransistoren werden somit in der gesteuerten Stromquelle
nach der Erfindung beträchtlich
vermindert.
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In
einer dieser Ausführungsformen
ist eine gesteuerte Stromquelle wie hiervor beschrieben dadurch
gekennzeichnet, dass das Steuermodul einen ersten und einen zweiten
Transistor aufweist, die ein erstes Differenzialpaar bilden und
dafür bestimmt sind,
an ihren Polarisationsklemmen das Steuersignal zu erhalten, und
einen dritten Transistor, dessen Hauptstromweg in Serie mit einem
ersten Widerstand zwischen der positiven Versorgungsklemme und dem
Ausgang des Steuermoduls angeordnet ist, während die Transferklemme des
ersten Transistors mit der positiven Versorgungsklemme, die Transferklemme
des zweiten Transistors einerseits über einen zweiten Widerstand
mit der positiven Versorgungsklemme und andererseits mit der Polarisationsklemme
des dritten Transistors verbunden ist.
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Diese
Ausführungsform
ist dank ihrer Einfachheit und der Verwendung einer begrenzten Anzahl
Bauteile vorteilhaft. Außerdem
wird in der weiteren Erklärung
aufgezeigt, dass der Nominalwert des Ausgangsstroms einer solchen
gesteuerten Stromquelle direkt vom Wert des ersten Widerstands abhängt, was
eine einfache Kalibrierung des besagten Ausgangsstroms der Quelle
ermöglicht.
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In
einer Variante der hiervor beschriebenen Ausführungsform enthält das Steuermodul
außerdem
einen vierten und einen fünften
Transistor, die ein dafür
bestimmtes zweites Differenzialpaar bilden, an ihren Polarisationsklemmen
ein sogenanntes Auswahlsignal zu erhalten, wobei die Transferklemme
des vierten Transistors mit der positiven Versorgungsklemme, die
Transferklemme des fünften
Transistors einerseits über
ein Spannungsregelelement mit der positiven Versorgungsklemme und
andererseits über
einen dritten Widerstand mit der Polarisationsklemme des dritten
Transistors verbunden ist.
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Es
wird in der weiteren Erklärung
aufgezeigt, dass eine solche Variante es ermöglicht, einen Nominalwert für den Ausgangsstrom
unter zwei vorbestimmten Werten auszuwählen und es der gesteuerten
Stromquelle so zu ermöglichen,
Ladungen oder Entladungen von kapazitiven Elementen mehr oder weniger
großen
Ausmaßes
zu bewirken.
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In
einer besonderen Ausführungsform
dieser Variante der Erfindung wird das Spannungsregelelement aus
einer Diode gebildet.
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So
können
wie weiter oben dargelegt zwei der Erfindung entsprechende Stromquellen
vorteilhaft verwendet werden, um eine Ladepumpe zu bauen. Die Erfindung betrifft
demnach auch eine Ladepumpe, versehen mit zwei Steuereingängen für den Erhalt
der Steuersignale und einem Ausgang zur Abgabe eines Ausgangsstroms,
dessen Richtung und Wert von den Werten der Steuersignale abhängen, dadurch
gekennzeichnet, dass sie eine erste und eine zweite gesteuerte Stromquelle
wie zuvor beschrieben enthält,
deren Steuereingänge
die Steuereingänge
der Ladepumpe bilden, während
die Ausgänge
der ersten und zweiten Stromquelle mit dem ersten und zweiten Zweig
eines Stromspiegels verbunden sind und der Ausgang einer der Stromquellen außerdem mit
dem Ausgang der Ladepumpe verbunden ist.
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Einer
vorteilhaften Ausführungsform
zufolge enthält
eine solche Ladepumpe außerdem
eine sogenannte Drain-Stromquelle, um, wenn die Ladepumpe in Betrieb
ist, ständig
einen Strom abzugeben, dessen Nominalwert gegenüber dem Maximalwert des Ausgangsstroms
der Ladepumpe vernachlässigbar
ist, während
die Drain-Stromquelle zwischen demjenigen der Ausgänge der
ersten und zweiten Stromquelle, die keine Verbindung mit dem Ausgang
der Ladepumpe hat, und einer negativen Versorgungsklemme angeordnet
ist.
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Die
Drain-Stromquelle ermöglicht
die Ableitung elektrischer Ladungen, die in den den Stromspiegel
bildenden Transistoren gespeichert sind, was verhindert, dass ein
Stör-Leckstrom
an einem der Zweige des besagten Stromspiegels auftritt, um diese
Ladungen an die negative Versorgungsklemme abzuleiten, nachdem das
Leiten der ersten Stromquelle unterbrochen wurde. Ein solcher Leckstrom würde einen
ständigen
negativen Strom am Ausgang der Ladepumpe als umso unerwünschteres
Phänomen
verursachen, je höher
die Schaltfrequenz der Ladepumpe ist.
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Eine
solche Ladepumpe könnte
vorteilhaft in einer Phasenverriegelungsschleife eingesetzt werden.
Solche Schleifen werden oft verwendet, um in Empfängern von
Funksignalen, wie z. B. Fernsehgeräten oder Funktelefonen, Frequenzwandlungen
vorzunehmen. Die Erfindung betrifft folglich auch ein Empfangsgerät von Funksignalen
mit einem Antennen- und Filtersystem, um den Empfang eines Signals
zu ermöglichen,
dessen Frequenz innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs ausgewählt wird, und
seine Umwandlung in ein elektronisches Signal, einem sogenannten
Funksignal, ein Gerät,
in dem eine Frequenzwandlung von der ausgewählten Frequenz in eine vorbestimmte
Zwischenfrequenz mit einem Mischer ausgeführt wird, der einerseits für den Erhalt
des Funksignals und andererseits eines Ausgangssignals aus einem
lokalen Oszillator bestimmt ist, dessen Frequenz vom Wert einer
Regelspannung festgelegt wird, ein Gerät, das außerdem einen Phasen/Frequenz-Detektor
aufweist, dafür
bestimmt, die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators mit der
eines Bezugssignals zu vergleichen und einer Ladepumpe die Steuersignale
abzugeben, deren Werte vom Ergebnis des besagten Vergleichs abhängen, wobei
der Ausgang der Ladepumpe mit einer Kapazität verbunden ist, die zur Erzeugung
der Regelspannung an ihren Klemmen vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnetes
Gerät,
dass die Ladepumpe der vorangehenden Beschreibung entspricht.
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Die
Erfindung wird besser anhand der folgenden Beschreibung als nicht
erschöpfendes
Beispiel und hinsichtlich der beigefügten Zeichnungen verstanden,
von denen:
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1 ein elektrischer Schaltplan
zur Beschreibung eine gesteuerten Stromquelle nach der Erfindung
ist,
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2 ein elektrischer Schaltplan
zur Beschreibung einer Ladepumpe ist die solche Stromquellen integriert,
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3 ein elektrischer Schaltplan
zur Beschreibung eine gesteuerten Stromquelle nach einer vorgezogenen
Ausführungsform
der Erfindung ist,
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4 ein Teil-Funktionsschema
zur Beschreibung eines Empfangsgeräts von Funksignalen, welches
die Erfindung integriert.
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1 zeigt schematisch eine
gesteuerte Stromquelle CSi, versehen mit einem Steuereingang für den Erhalt
eines Steuersignals Vi und einem Ausgang OUTi für die Abgabe eines Stroms IOi,
dessen Wert vom Wert des Steuersignals Vi abhängt. Der Wert dieses Stroms
IOi kann z. B. null sein, solange der Wert des Steuersignals Vi
negativ oder null ist, und gleich einem nominalen vorbestimmten
Wert ungleich null sein, wenn der Wert des Steuersignals positiv
ist. Im hier beschriebenen Beispiel wird das Steuersignal Vi von
einer Spannung gebildet. Die gesteuerte Stromquelle CSi enthält:
- – ein
Leistungsmodul PAi mit einer Vielzahl sogenannter Leistungstransistoren,
parallel angeordnet, wobei jeder Transistor mit einer Bezugsklemme,
einer Transferklemme und einer Polarisationsklemme versehen ist
und die Transferklemmen der Leistungstransistoren zusammen mit dem
Ausgang der Stromquelle verbunden sind, und
- – einem
Steuermodul CNTi, versehen mit einem Eingang für den Erhalt des Steuersignals
Vi und einem Ausgang für
die Abgabe eines Signals, um die Leistungstransistoren leitend zu
machen.
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In
dem auf dieser Figur beschriebenen Beispiel sind die Leistungstransistoren
vom Typ PNP. Ihre Bezugs-, Transfer- und Polarisationsklemmen werden
jeweils aus ihren Emitter, Kollektoren und Basen gebildet. Die Emitter
der Leistungstransistoren sind zusammen mit dem Ausgang des Steuermoduls CNTi
verbunden, wobei ihre Basen, wenn die Stromquelle CSi in Betrieb
ist, permanent einer vorbestimmten Spannung VCC-3·Vd ausgesetzt
sind. Diese Spannung wird mit einem Bauteil aus drei Dioden D1i,
D2i und D3i erzeugt, die in Serie mit einem Widerstand Rdi zwischen
einer positiven Versorgungsklemme VCC und einer negativen Versorgungsklemme
GND angeordnet sind, die der Masse der Schaltung entsprechen kann.
Die von den drei Dioden D1i, D2i und D3i erzeugte Spannung ist gleich
3·Vd,
wobei Vd die Spannung einer einzigen Diode ist. So ist die Emitter-Basis-Spannung
der Leistungstransistoren gleich 3Vd-Vcnti, wobei Vcnti einen Spannungsabfall
darstellt, der vom Steuermodul CNTi erzeugt wird. Wie man später sehen
wird können
die die gesteuerte Stromquelle CSi bildenden Bauteile leicht so dimensioniert
werden, dass 3Vd – Vcnti > Vebth,
wobei Vebth den minimalen Wert darstellt,
den die Emitter-Basis-Spannung der Leistungstransistoren aufweisen
muss, damit diese leitend sind. Die Polarisationsspannung VCC-3·Vd, die
den Basen der Leistungstransistoren zugeführt wird, nimmt dann gewissermaßen eine
Vorladung der Störkapazitäten der besagten
Transistoren durch und macht diese Transistoren potenziell leitend.
Es genügt
somit in dieser Konfiguration, einen Strom Ii an ihre Emitter zu
führen,
um sie effektiv leitend zu machen, und dies quasi unmittelbar.
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2 ist ein Schaltplan, der
eine Ladepumpe CP darstellt, die zwei Stromquellen des hiervor beschriebenen
Typs einschließt.
Diese Ladepumpe CP ist mit zwei Steuereingängen für den Erhalt der Steuersignale
V1 und V2 und mit einem Ausgang OUT für die Abgabe eines Ausgangsstroms
versehen, dessen Richtung und Wert von den Werten der Steuersignale
V1 und V2 abhängen.
Die Ladepumpe CP enthält
eine erste und eine zweite gesteuerte Stromquelle CS1 und CS2 vom
vorgenannten Typ, deren Steuereingänge die Steuereingänge der
Ladepumpe CP bilden, wobei die Ausgänge OUT1 und OUT2 der ersten
und zweiten Stromquelle mit dem ersten und zweiten Zweig eines Stromspiegels
(M1, M2) verbunden sind und der Ausgang der zweiten Stromquellen
CS2 außerdem
mit dem Ausgang OUT der Ladepumpe CP verbunden ist. Der Stromspiegel (M1,
M2) wird aus zwei Transistoren M1 und M2 gebildet, deren Kollektoren
jeweils den ersten und zweiten Zweig des Stromspiegels bilden, deren
Basen zusammen mit dem Kollektor des ersten Transistors M1 verbunden
sind und deren Emitter mit einer negativen Versorgungsklemme GND
verbunden sind. Wenn das Steuersignal V2 der zweiten gesteuerten Stromquelle
CS2 dies anordnet, leitet die besagte Quelle CS2 einen Strom IO2.
Da die erste Stromquelle CS1 nicht leitet wird der Ausgangsstrom
IO2 der zweiten Stromquelle CS2 an den Ausgang OUT der Ladepumpe
CP geleitet, die folglich einen positiven Strom abgibt. Umgekehrt
gibt, wenn das Steuersignal V1 der ersten gesteuerten Stromquelle
CS1 das Leiten der besagten Quelle CS1 anordnet, diese einen Strom
IO1 an den ersten Zweig des Stromspiegels (M1, M2) ab, und der Stromspiegel
reproduziert dann den besagten Strom IO1 auf den zweiten Zweig.
Da die zweite Stromquelle CS2 nicht leitet wird der im zweiten Zweig
des das Bild des Stroms IO1 darstellenden Stromspiegels (M1, M2)
fließende Strom
am Ausgang OUT der Ladepumpe CP entnommen, die so einen negativen
Strom abgibt. Die Ladepumpe CP enthält außerdem eine sogenannte Drain-Stromquelle, die
zwischen dem Ausgang der ersten Stromquelle CS1 und der negativen
Versorgungsklemme GND angeordnet ist. Diese Stromquelle ist dafür bestimmt,
wenn die Ladepumpe CP in Betrieb ist permanent einen Strom Id abzugeben, dessen
Nominalwert gegenüber
dem Maximalwert des Ausgangsstroms IO1 oder IO2 der Ladepumpe CP
vernachlässigbar
ist. Die Drain-Stromquelle ermöglicht
die Ableitung elektrischer Ladungen, die in Störkapazitäten der den Stromspiegel bildenden Transistoren
M1 und M2 gespeichert sind, was verhindert, dass ein Stör-Leckstrom
an einem der Zweige des besagten Stromspiegels auftritt, um diese
Ladungen an die negative Versorgumgsklemme GND abzuleiten, nachdem
das Leiten der ersten Stromquelle CS1 unterbrochen wurde. Ein solcher
Leckstrom würde
einen ständigen
negativen Strom am Ausgang OUT der Ladepumpe als umso unerwünschteres
Phänomen
verursachen, je höher
die Schaltfrequenz der Ladepumpe CP ist.
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3 zeigt schematisch eine
gesteuerte Stromquelle CS1 entsprechend einer vorgezogenen Ausführungsform
der Erfindung. Im Bereich des Möglichen
wurde die Bezeichnung der Elemente beibehalten, die mit denen der
hiervor beschriebenen Stromquelle identisch sind. In dieser gesteuerten Stromquelle
CS1 enthält
das Steuermodul CNT1 einen ersten und einen zweiten Transistor T1
und T2, die ein erstes Differenzialpaar bilden und dafür bestimmt
sind, an ihren Basen eine Steuerspannung V1 zu erhalten, und einen
dritten Transistor T3, dessen Hauptstromweg, also der Weg Kollektor-Emitter,
in Serie mit einem ersten Widerstand R11 zwischen der positiven
Versorgungsklemme VCC und dem Ausgang des Steuermoduls CNT1 angeordnet
ist, während
der Kollektor des ersten Transistors T1 mit der positiven Versorgungsklemme
VCC, der Kollektor des zweiten Transistors T2 einerseits über einen zweiten
Widerstand R21 mit der positiven Versorgungsklemme VCC und andererseits
mit der Basis dritten Transistors T3 verbunden ist. Das Steuermodul
CNT1 enthält
außerdem
einen vierten und einen fünften
Transistor T4 und T5, die ein dafür bestimmtes zweites Differenzialpaar
bilden, an ihren Basen ein sogenanntes Auswahlsignal V × 1 zu erhalten, das
hier aus einer Spannung gebildet wird, wobei der Kollektor des vierten
Transistors T4 mit der positiven Versorgungsklemme, der Kollektor
des fünften
Transistors T5 einerseits über
einen als Diode geschalteten Transistor Q5 mit der positiven Versorgungsklemme
VCC und andererseits über
einen dritten Widerstand R31 mit der Basis des dritten Transistors
T3 verbunden ist. Die Dioden D1i, D2i und D3i werden hier aus den
Transistoren Q1, Q2 und Q3 gebildet, polarisiert mit einem Transistor
Q4, in Serie mit den vorgenannten Transistoren angeordnet, nach
einer dem Fachmann bekannten Technik.
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Wenn
in den in dieser Beschreibung dargelegten Ausführungsbeispielen die verwendeten
Transistoren bipolare Transistoren sind steht fest, dass an ihrer
Stelle Transistoren vom Typ MOS, deren Gates, Drains und Sources
jeweils die Polarisations-, Transfer- und Bezugsklemmen bilden würden, verwendet werden
können.
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Die
Stromquelle CS1 arbeitet folgendermaßen:
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Bei
einer negativen Steuerspannung V1 leitet der zweite Transistor T2,
während
der erste Transistor T1 gesperrt ist. Der dritte Transistor T3 arbeitet als
Spannungsfolger und kopiert das Potenzial der Basis des besagten
dritten Transistors T3 an seinen Emitter mit einer Versetzung gleich
einer Basis-Emitter-Spannung. Den zweiten Widerstand R21 durchläuft ein
beträchtlicher
Strom, er erzeugt an seinen Klemmen einen ausreichend großen Spannungsabfall,
damit der Wert der Differenz zwischen dem Potenzial des Emitters
des dritten Transistors T3 und dem der Basen der Leistungstransistoren
unter den minimal zulässigen
Wert kommt, um die besagten Leistungstransistoren leitend zu machen.
Der Spannungsabfall an den Klemmen des zweiten Widerstands R21 versichert
es so, die Leistungstransistoren gesperrt zu halten. Der vom Steuermodul
CNT1 abgegebene Strom I1 ist folglich null, und das Leistungsmodul
PA1 inaktiv.
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Wenn
der Wert der Steuerspannung V1 positiv wird, wird der zweite Transistor
T2 gesperrt, während
der erste Transistor T1 leitend wird. Das Potenzial der Basis des
dritten Transistors T3 wird demnach ähnlich zu dem der positiven
Versorgungsklemme VCC, während
das Potenzial des Emitters des besagten dritten Transistors T3 ausreichend
ansteigt, um die Transistoren potenziell leitend zu machen. Der
dritte Transistor T3 liefert dann über den ersten Transistor R11
einen Strom I1 ungleich null an den Ausgang des Steuermoduls CNT1.
Dieser Strom I1 macht alle Leistungstransistoren leitend, sobald
er an ihre Emitter gelangt, und die gesteuerte Stromquelle CS1 gibt
einen Ausgangsstrom IO1 ungleich null ab. Der Nominalwert dieses
Ausgangsstroms IO1 kann folgendermaßen festgestellt werden: ein
erstes Maschengesetz ergibt: Vbe(T3) + V11 + Veb = Vbe(Q1) + Vbe(Q2)
+ Vbe(Q), wobei Vbe(Ti) und Vbe(Qi) Basis-Emitter-Spannungen der
jeweiligen Transistoren NPN, Ti und Qi sind, Veb die Emitter-Basis-Spannung
der Leistungstransistoren PNP und V11 die Spannung an den Klemmen
des ersten Widerstands R11 ist. Die Basis-Emitter-Spannungen und
die Emitter-Basis-Spannungen
der verschiedenen Transistoren sind baubedingt weitgehend gleich
einem Wert Vbe der Größenordnung
von 0,6 Volt. Man kann demnach schreiben: V11 = Vbe, oder unter
Anwendung des Ohmschen Gesetzes auch: I1 = Vbe/R11. Wenn die Auswahlspannung
V × 1
positiv ist, hat der Ausgangsstrom IO1 der Ladepumpe CS1 demnach einen
nominalen Wert Vbe/R11. Die Wahl des Wertes des ersten Widerstands
R11 ermöglicht
somit eine einfache Kalibrierung des Ausgangsstroms IO1.
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Wenn
die Ausgangsspannung V × 1
negativ ist, kann die vorhergehende Überlegung mit Ausnahme dessen
angewandt werden, dass das erste Maschengesetz nicht mehr gültig ist.
Denn eine negative Auswahlspannung V × 1 macht den fünften Transistor
T5 leitend, während
der vierte Transistor T4 sich sperrt. Die von dem Transistor Q5
gebildete Diode wird demnach durchlässig und gibt an den Klemmen der
Serienanordnung des zweiten und dritten Widerstands R21 und R31,
die eine Spannungsteilerbrücke
bilden, eine Spannung Vbe vor. So entsteht an den Klemmen des zweiten
Widerstands R21 eine Spannung x·Vbe, wobei x = R21/(R21 +
R31). Ein zweites Maschengesetz ergibt demnach: x·Vbe + Vbe(T3)
+ V11 + Veb = Vbe(Q1) + Vbe(Q2) + Vbe(Q), oder auch V11 = Vbe(1 – x). Man
erhält
so I1 = (1 – x)·Vbe/R11.
Wenn die Auswahlspannung negativ ist, entspricht der Nominalwert
des Ausgangsstroms IO1 der gesteuerten Stromquelle CS1 nur noch
einen Bruchteil des Nominalwerts, den der Ausgangsstrom IO1 hat,
wenn die Auswahlspannung V × 1
positiv ist. Die Auswahlspannung V × 1 ermöglicht es so, den Nominalwert
des Ausgangsstroms IO1 unter zwei vorbestimmten Werten zu wählen, von
denen der eine gleich (1 – x)-mal
dem anderen ist. Diese Möglichkeit
erweist sich bei gewissen Anwendungen wie der auf der nächsten Figur
beschriebenen als interessant.
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4 zeigt z. T. ein Empfangsgerät von Funksignalen,
das eine Ladepumpe CP einschließt, die
auf der Grundlage von zwei gesteuerten Stromquellen CS1 und CS2
des hiervor beschriebenen Typs gebaut ist. Dieses Gerät enthält ein Antennen- und
Filtersystem AF, um den Empfang eines Signals zu ermöglichen,
dessen Frequenz innerhalb eines bestimmten Frequenzbereichs ausgewählt wird,
und seine Umwandlung in ein elektronisches Signal Vfr, einem sogenannten
Funksignal, mit einer Frequenz FR, die Funkfrequenz bezeichnet wird.
Es wird in diesem Gerät
eine Frequenzwandlung von der ausgewählten Funkfrequenz FR in eine
vorbestimmte Zwischenfrequenz FI mit einem Mischer MX ausgeführt, der
einerseits für
den Erhalt des Funksignals Vfr und andererseits eines Ausgangssignals
Vco aus einem lokalen Oszillator OSC bestimmt ist, dessen Schwingfrequenz
FLO vom Wert einer Regelspannung Vtun festgelegt wird. Dieses Gerät weist
außerdem
einen Phasen/Frequenz-Detektor PD auf, dafür bestimmt, die Frequenz FLO
des Ausgangssignals Vco des Oszillators OSC mit der Frequenz FREF
eines Bezugssignals Vref zu vergleichen und einer Ladepumpe CP die
Steuer- V1, V2 und Auswahlsignale V × 1, V × 2 abzugeben, deren Werte
vom Ergebnis des besagten Vergleichs abhängen. Der Ausgang der Ladepumpe
CP ist dabei mit einer Kapazität
Cs verbunden, die zur Erzeugung der Regelspannung Vtun an ihren
Klemmen vorgesehen ist.
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Der
Mischer Mx ist konzipiert, damit FI = FR – FLO, wobei der Wert der Zwischenfrequenz
FI z. B. mit einer auf der Figur nicht abgebildeten, am Ausgang
des Mischers MX angeordneten Filtervorrichtung festgelegt wird.
Die Schwingfrequenz FLO bestimmt die Funkfrequenz FR des ausgewählten Funksignals,
da FR = FLO + FI. Die Wahl des Wertes der Bezugsfrequenz, vom Anwender
des Empfangsgeräts
vorgenommen, definiert folglich das auszuwählende Funksignal. Die Schwingfrequenz
FLO wird mit einer Phasenverriegelungsschleife gesteuert, die die
Ladepumpe CP enthält.
Diese Schleife arbeitet folgendermaßen: Wenn die Schwingfrequenz FLO
unter der Bezugsfrequenz FREF liegt, überträgt der Phasen/Frequenz-Detektor
PD eine positive Steuerspannung an die Ladepumpe, die dann einen positiven
Ausgangsstrom Ics an die Kapazität
Cs abgibt. Dann steigt die Regelspannung Vtun, die an den Klemmen
der besagten Kapazität
Cs vorhanden ist, an und bewirkt die Erhöhung des Schwingfrequenzwertes
FLO. Dieser Zyklus wird wiederholt, bis die Schwingfrequenz FLO
gleich der Bezugsfrequenz FREF wird, wobei die Schleife dann ihren
Verriegelungszustand erreicht. (Diese Überlegung kann auf den Fall übertragen
werden, in dem Die Schwingfrequenz FLO über der Bezugsfrequenz FREF
liegt, während
der Phasen/Frequenz-Detektor PD eine positive Steuerspannung V1
an die Ladepumpe abgibt, die dann mit einem negativen Ausgangsstrom
Ics eine Verringerung des Wertes der Regelspannung Vtun und demnach
der Schwingfrequenz FLO vorgibt). Bei der Annäherung an den Verriegelungszustand,
d. h. wenn der Phasen/Frequenz-Detektor PD einen Unterschied zwischen
den Frequenzen FREF und FLO ungleich null doch unter einer vorbestimmten
Schwelle erkennt, kann der besagte Phasen/Frequenz-Detektor PD zusätzlich zur
positiven Steuerspannung V2 vorteilhaft eine negative Steuerspannung
V × 2
an die Ladepumpe CP abgeben. Dies bewirkt eine beträchtliche
Verringerung des Nominalwerts des Ausgangsstroms Ics der Ladepumpe
CP, was die Risiken verringert, dass Korrekturüberschreitungen eintreten.
Solche Überschreitungen
kommen vor, wenn ein zu großer
Wert des Ausgangsstroms Ics einen zu großen Anstieg der Regelspannung
Vtun und somit des Werts der Schwingfrequenz FLO auslöst, der
den Wert der Bezugsfrequenz FREF übersteigt und den Phasen/Frequenz-Detektor
PD dazu bringt, der Ladepumpe CP eine Umkehrung ihres Ausgangsstroms
Ics anzuweisen. Solche Phänomene
können
die Schleife in eine Instabilität
führen.
Die dank der negativen Spannungsauswahl V × 2 erhaltene Verringerung
der Korrekturgröße ermöglicht es der
Schleife folglich, ihren Verriegelungszustand schneller zu erreichen.