ES2317515T3 - Circuiteria asi como un procedimiento para la generacion de una señal de onda cuadrada. - Google Patents
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Abstract
Circuitería para la generación de una señal de onda cuadrada (UN2) que presenta - una fuente de tensión continua para generar una tensión continua (UG), - un paso excitador (TS) realizado para conectar alternadamente un nodo de control (SK) con un potencial de referencia (GND) o con una tensión continua (UG), - un diodo (D1) y un primer condensador (C1), que son acoplados en serie en bucle entre un primer polo (PI) de la fuente de tensión continua y el nodo de control (SK), y - una fase de salida (AS) con un primer dispositivo de conmutación (TR1) controlable y un segundo dispositivo de conmutación (TR2) controlable, que están cableados de tal manera que sean alternativamente conductores durante el funcionamiento de la fase de salida (AS), con lo cual los dispositivos de conmutación (TR1, TR2) son acoplados en serie en bucle entre un nodo de conexión (N1) situado entre el diodo (D1) y el primer condensador (C1) y el nodo de control (SK) y un nodo de conexión (N2) entre el primer dispositivo de conmutación (TR1) y el segundo dispositivo de conmutación (TR2) forma un terminal de salida para la emisión de la señal de onda cuadrada, caracterizada por el hecho de que - el primer dispositivo de conmutación es un primer transistor bipolar (TR1) y el segundo dispositivo de conmutación es un segundo transistor bipolar (TR2), - el primero y el segundo transistor son transistores bipolares complementarios y - entre un terminal de base del primer transistor y el potencial de referencia son acoplados en serie en bucle una resistencia (R2) y un segundo condensador (C2), con lo cual un nodo de conexión (N3) entre la resistencia (R2) y el segundo condensador (C2) está conectado a un terminal de base del segundo transistor, y adicionalmente es acoplado un tercer condensador (C3) entre el terminal de base del primer transistor y el potencial de referencia.
Description
Circuitería así como un procedimiento para la
generación de una señal de onda cuadrada.
La invención se refiere a una circuitería para
la generación de una señal de onda cuadrada.
En circuitos electrónicos existe frecuentemente
una necesidad de señales de onda cuadrada, cuya amplitud es
superior al valor de una tensión de alimentación del circuito
electrónico.
Dicha señal de onda cuadrada puede ser generada
por ejemplo de manera que adicionalmente a una primera fuente de
tensión de alimentación, por ejemplo con una tensión de salida de 5
V, se prevé una segunda fuente de tensión, por ejemplo con una
tensión de salida de 10 V. Para generar la señal de onda cuadrada
que alterna entre una tensión de masa y 10 V se acoplan en serie en
bucle una resistencia adicional y un transistor, que es accionado
por un microprocesador alimentado con 5 V con una señal de onda
cuadrada con una amplitud de 5 V, entre la segunda fuente de
tensión y la tensión de masa. La tensión de salida es aplicada en
un punto de transferencia entre la resistencia adicional y el
transistor. Si el transistor se desconecta, como tensión de salida
se aplican 10 V descontando la caída de tensión en la resistencia
adicional. Si el transistor se transconecta se aplica como tensión
de salida la tensión de paso del transistor, es decir
aproximadamente 0 V. A causa de la resistencia adicional, el valor
más grande de la tensión de salida sin embargo depende en gran
medida de la carga, puesto que una corriente de carga provoca una
caída de tensión correspondiente en la resistencia adicional. Para
reducir esta dependencia de la carga debería elegirse la resistencia
adicional con una impedancia relativamente baja. Esto causa sin
embargo en transistores transconectados una corriente alta que
fluye sin ser aprovechada por el transistor en dirección a la masa.
Además es necesaria una segunda fuente de tensión, por lo cual
aumentan el gasto técnico en circuitos, la necesidad de espacio y
los gastos de fabricación de la
circuitería.
circuitería.
La US 4,016,476 y la US 4,149,232 muestran
respectivamente amplificadores de tensión que generan señales de
onda cuadrada para la amplificación de tensión.
El problema técnico de invención es proveer una
circuitería para la generación de una señal de onda cuadrada del
tipo inicialmente mencionado, que proporcione una señal inicial con
escasa dependencia de la carga y que sea realizable económicamente
con poca necesidad de espacio.
La invención resuelve este problema mediante una
circuitería con las características de la reivindicación 1. Las
configuraciones ventajosas y preferidas de la invención son objeto
de las reivindicaciones siguientes y se describen detalladamente a
continuación. El texto de las reivindicaciones se toma como
contenido de la descripción por referencia explícita.
Según la invención, la circuitería comprende,
para producir una señal de onda cuadrada, una fuente de tensión
continua para generar una tensión continua, un paso excitador que
está formado para la conexión alternante de un nodo de control con
un potencial de referencia o de tensión continua, un diodo y un
primer condensador que están acoplados en serie en bucle entre un
primer polo de la fuente de tensión continua y el nodo de control.
Además comprende una fase de salida con un primero y un segundo
dispositivo de conmutación controlable que son conectados de tal
manera que sean alternativamente conductores en servicio de la fase
de salida. En este caso, los dispositivos de conmutación son
acoplados en serie en bucle entre un nodo de conexión entre el
diodo y el primer condensador y el nodo de control. Un nodo de
conexión entre el primero y el segundo dispositivo de conmutación
forma un terminal de salida para la emisión de la señal de onda
cuadrada o la señal de onda cuadrada es aplicada a esta última. El
paso excitador, el diodo y el primer condensador forman una unidad
duplicadora de tensión que desplaza hacia arriba, por el valor de
la corriente continua, una tensión de onda cuadrada que se puede
generar en el paso excitador y que alterna entre la corriente
continua y el potencial de referencia. Esto significa que, en el
punto de transferencia entre el diodo y el primer condensador se
ajusta una tensión de onda cuadrada que alterna entre la corriente
continua por una parte y por aproximadamente el doble de la tensión
continua por otra parte. La fase de salida es cargada con esta
tensión de onda cuadrada.
Debido a la conexión de la fase de salida el
primer dispositivo de conmutación conduce, mientras que el segundo
dispositivo de conmutación bloquea, cuando la señal de onda cuadrada
desplazada presenta su valor máximo. En el terminal de salida por
consiguiente se aplica el valor máximo de la tensión de onda
cuadrada desplazada, es decir aproximadamente la doble tensión
continua. El primer dispositivo de conmutación bloquea y el segundo
dispositivo de conmutación se hará conductor cuando la señal de onda
cuadrada desplazada presente su valor mínimo, es decir, sea
aproximadamente igual a la tensión continua. Puesto que el segundo
dispositivo de conmutación está conectado al paso excitador y este
es transconectado momentáneamente contra el potencial de
referencia, el terminal de salida es transconectado igualmente
contra el potencial de referencia. En el terminal de salida por
consiguiente se produce una señal de salida en forma de una tensión
de onda cuadrada que alterna aproximadamente entre la tensión de
referencia y la doble tensión continua. Esto se logra sin necesidad
de otra fuente de tensión. Además, la señal de salida presenta
ventajosamente sólo una escasa dependencia de la carga, puesto que
únicamente se produce una resistencia interior más reducida del
terminal de salida debido al acoplamiento de baja impedancia por
medio de los elementos de conexión. Puesto que no es necesaria una
segunda fuente de tensión, la circuitería puede ser realizada
económicamente con poca necesidad de espacio.
El primer dispositivo de conmutación es un
primer transistor bipolar y el segundo dispositivo de conmutación
es un segundo transistor bipolar. Con la aplicación de transistores
bipolares se obtiene un efecto de borne de tensión debido a las
secuencias de diodos entre la respectiva base y el respectivo
emisor, que puede utilizarse para el accionamiento automático de los
transistores. Esto significa que en una conexión básica apropiada
se ajusta automáticamente una tensión de mando o tensión de base
deseada de los transistores debido a las secuencias de diodos. Para
garantizar un accionamiento automático de este tipo, una
resistencia y un segundo condensador son acoplados como terminal de
base en serie preferiblemente entre un terminal de base del primer
transistor y el potencial de referencia, con lo cual el segundo
condensador está conectado con el potencial de referencia. En este
caso, un nodo de conexión entre la resistencia y el segundo
condensador está conectado a un terminal de base del segundo
transistor. Adicionalmente un tercer condensador es acoplado entre
el terminal de base del primer transistor y el potencial de
referencia. El primero y el segundo transistor son transistores
complementarios. De esta manera se puede lograr fácilmente una
reacción de conmutación complementaria de los transistores.
En una configuración, la circuitería comprende
un microprocesador, donde el paso excitador es un terminal de
salida del microprocesador. Con ayuda de un terminal de salida de
un microprocesador el terminal de salida puede ser conectado bien a
baja impedancia con la tensión de referencia del microprocesador o
su tensión de alimentación. Esto significa que en el terminal de
salida del microprocesador puede generar fácilmente una tensión de
onda cuadrada en una amplia gama de frecuencias. Esta puede ser
adaptada a las restricciones dadas mediante el software, por
ejemplo a la frecuencia necesaria de la tensión de onda
cuadrada.
En un perfeccionamiento de la circuitería se
prevé una resistencia adicional entre el nodo de control y el paso
excitador para la protección del paso excitador. La resistencia
adicional ha de ser dimensionada de tal manera que se evite un
deterioro de la conexión y simultáneamente la resistencia interior
resultante de la salida que sirve de fuente de tensión de onda
cuadrada quede demasiado escasa para asegurar un funcionamiento
fiable de la circuitería.
Estas y otras características se deducen además
de las reivindicaciones también de la descripción y de los dibujos,
con lo cual las características individuales pueden ser realizadas
por sí solas o varias en forma de una subcombinación en una
realización de la invención o en otros campos y pueden representar
realizaciones ventajosas así como indicadas para su protección que
aquí se solicita. La subdivisión de la solicitud en secciones
individuales así como títulos provisionales no limitan las
declaraciones hechas bajo este concepto en su validez general.
Una realización ventajosa de la invención está
representada de manera esquemática en los dibujos y es descrita
detalladamente a continuación. Aquí ilustran:
Fig. 1 un esquema eléctrico de una circuitería
para generar una señal de onda cuadrada y
Fig. 2 un diagrama de señales de la circuitería
de Fig. 1.
La Fig. 1 ilustra una circuitería para generar
una señal de onda cuadrada UN2 con una fuente de tensión continua
para generar una tensión continua UG, un microprocesador MP
alimentado por la tensión continua UG con un terminal de salida que
sirve de paso excitador TS. A través del paso excitador TS se
conecta alternativamente un nodo de control SK con un potencial de
referencia GND o la tensión continua UG. Se prevé un diodo D1 y un
primer condensador C1 que son acoplados en serie en bucle entre un
primer polo P1, aquí el polo positivo, la fuente de tensión continua
y el nodo de control SK. Una resistencia adicional R1 está prevista
entre el nodo de control SK y el paso excitador TS para la
protección del paso excitador TS y para la limitación de la
corriente en procesos de conmutación de la salida del excitador.
Aquella sin embargo es elegida con baja impedancia y es
inapreciable durante su funcionamiento. Finalmente también se prevé
una fase de salida AS que está formada por la parte derecha del
circuito.
Esta fase de salida AS comprende un transistor
pnp TR1 bipolar y un transistor npn TR2 bipolar complementario que
son acoplados en serie entre un nodo de conexión N1 entre el diodo
D1 y el primer condensador C1 y nodo de control SK. Un nodo de
conexión N2 entre los transistores TR1 y TR2 sirve de terminal de
salida para la emisión de la señal de onda cuadrada UN2. Entre un
terminal de base del transistor TR1 y el potencial de referencia GND
son acoplados en serie en bucle una resistencia R2 y un segundo
condensador C2, con lo cual el segundo condensador C2 está
conectado a GND. Un nodo de conexión N3 entre la resistencia R2 y
el segundo condensador C2 está conectado a un terminal de base del
segundo transistor TR2. Adicionalmente se inserta un tercer
condensador C3 entre el terminal de base del primer transistor TR1
y el potencial de referencia GND. El condensador C2 en conexión con
R2, y el condensador C3 sirven para generar automáticamente la
tensión de base de los transistores TR1 o TR2, es decir, los
condensadores C2 y C3 tienen básicamente la misma función. La fase
de salida AS es simétrica, es decir, los transistores TR1 y TR2
presentan una reacción de conmutación simétrica.
La fase de salida AS trabaja en contrafase, es
decir, los transistores TR1 y TR2 se hacen alternativamente
conductores. Los transistores TR1 y TR2 son accionados en circuito
base. Las tensiones básicas de los transistores TR1 y TR2 son
producidas por los condensadores C2 y C3 y la resistencia de carga
R2. Las tensiones básicas necesarias para el servicio se regulan
automáticamente, puesto que son limitadas por el efecto de borne del
recorrido del emisor de base de los transistores TR1 y TR2. Puesto
que los transistores TR1 y TR2 se ponen en funcionamiento en un
circuito de base simétrico, la fase de salida AS tiene un amplio
ancho de banda y una señal de salida simétrica U N2.
La Fig. 2 ilustra un diagrama de señales de la
circuitería de la Fig. 1. El paso excitador TS, el diodo D1 y el
primer condensador C1 forman un circuito duplicador de tensión que
desplaza hacia arriba por el valor de la tensión continua una
tensión de onda cuadrada USK que se puede generar en el paso
excitador. La tensión de onda cuadrada USK alterna entre la tensión
continua UG y el potencial de referencia GND, como se ilustra en la
Figura 2. La tensión de onda cuadrada UN1 desplazada de esta manera
y aplicada al nodo N1 está representada igualmente en la Figura 2.
La tensión UN1 alterna entre aproximadamente el doble de la tensión
continua UG y el valor de la tensión continua UG misma. La caída de
la tensión de flujo en el diodo D1 se ignora en este caso.
La fase de salida AS es cargada con la tensión
de onda cuadrada UN1. Debido a la conexión de la fase de salida AS
el transistor TR1 conduce y el transistor TR2 bloquea, cuando la
tensión UN1 presenta su mayor valor, es decir, cuando asciende a
aprox. 2 UG. En el terminal de salida por consiguiente se aplica
aproximadamente la doble tensión continua UG.
Cuando la tensión UN1 es aproximadamente igual a
la tensión UG, el primer transistor TR1 bloquea y el segundo
transistor TR2 se hace conductor. Como el transistor TR2 o su
emisor está conectado con el paso excitador TS, y este es
transconectado momentáneamente contra el potencial de referencia
GND, el terminal de salida o el nodo N2 son transconectados
igualmente contra el potencial de referencia GND.
En el nodo N2 surge por consiguiente la señal de
salida UN2 en forma de una tensión de onda cuadrada ilustrada en la
Figura 2, que alterna aproximadamente entre la tensión continua
doble UG y la tensión de referencia GND.
En resumen se describe de nuevo el principio
funcional de la circuitería. A partir de la tensión continua UG se
genera una primera tensión de onda cuadrada USK que alterna entre
la tensión continua UG y la tensión de masa GND como se ilustra en
la Figura 2. A partir de la primera tensión de onda cuadrada USK se
genera una segunda tensión de onda cuadrada UN1 que alterna entre
la tensión continua doble UG y la tensión continua UG, como se
ilustra igualmente en la Figura 2. La segunda tensión de onda
cuadrada UN1 es emitida en el nodo N2, cuando es mayor que la
tensión continua UG, es decir, dos veces UG. De lo contrario se
emite en el nodo N2 el potencial de referencia GND. En total surge
en el nodo N2 la tensión de salida UN2 ilustrada en la Figura
2.
Resulta por consiguiente un recorrido de tensión
de salida de aprox. dos veces UG, sin necesidad de otra fuente de
tensión con una tensión de salida de dos veces UG. Además la señal
de salida presenta sólo una reducida dependencia de la carga,
puesto que únicamente se produce una resistencia interior más
reducida del terminal de salida debido al acoplamiento de baja
impedancia mediante los dispositivos de conmutación. Puesto que no
es necesaria una segunda fuente de tensión, la circuitería puede
ser realizada económicamente con poca necesidad de espacio.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de documentos citados por el
solicitante ha sido recopilada exclusivamente para la información
del lector y no forma parte del documento de patente europea. La
misma ha sido confeccionada con la mayor diligencia; la OEP sin
embargo no asume responsabilidad alguna por eventuales errores u
omisiones.
\bullet US 4016476 A [0004]
\bullet US 4149232 A [0004]
Claims (3)
1. Circuitería para la generación de una señal
de onda cuadrada (UN2) que presenta
- -
- una fuente de tensión continua para generar una tensión continua (UG),
- -
- un paso excitador (TS) realizado para conectar alternadamente un nodo de control (SK) con un potencial de referencia (GND) o con una tensión continua (UG),
- -
- un diodo (D1) y un primer condensador (C1), que son acoplados en serie en bucle entre un primer polo (PI) de la fuente de tensión continua y el nodo de control (SK), y
- -
- una fase de salida (AS) con un primer dispositivo de conmutación (TR1) controlable y un segundo dispositivo de conmutación (TR2) controlable, que están cableados de tal manera que sean alternativamente conductores durante el funcionamiento de la fase de salida (AS), con lo cual los dispositivos de conmutación (TR1, TR2) son acoplados en serie en bucle entre un nodo de conexión (N1) situado entre el diodo (D1) y el primer condensador (C1) y el nodo de control (SK) y un nodo de conexión (N2) entre el primer dispositivo de conmutación (TR1) y el segundo dispositivo de conmutación (TR2) forma un terminal de salida para la emisión de la señal de onda cuadrada,
caracterizada por el hecho de que
- -
- el primer dispositivo de conmutación es un primer transistor bipolar (TR1) y el segundo dispositivo de conmutación es un segundo transistor bipolar (TR2),
- -
- el primero y el segundo transistor son transistores bipolares complementarios y
- -
- entre un terminal de base del primer transistor y el potencial de referencia son acoplados en serie en bucle una resistencia (R2) y un segundo condensador (C2), con lo cual un nodo de conexión (N3) entre la resistencia (R2) y el segundo condensador (C2) está conectado a un terminal de base del segundo transistor, y adicionalmente es acoplado un tercer condensador (C3) entre el terminal de base del primer transistor y el potencial de referencia.
2. Circuitería según la reivindicación 1,
caracterizada por el hecho de que esta comprende un
microprocesador (MP), con lo cual el paso excitador es un terminal
de salida del microprocesador.
3. Circuitería según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada por el hecho de que para la protección del
paso excitador está prevista una resistencia adicional (R1) entre
el nodo de control y el paso excitador.
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