DE1174831B - Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Saegezahnspannung mit einem Transistor-Integrator und einem Schalttransistor - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/02

Nummer: 1174 831

Aktenzeichen: N 23227 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 25. Mai 1963

Auslegetag: 30. Juli 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Sägezahnspannung mit einem Transistor-Integrator und einem Schalttransistor des dem des erstgenannten Transistors entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, deren Emitterelektroden mit je einer der Klemmen einer Speisespannungsquelle verbunden sind, während die beiden Kollektorelektroden über einen Widerstand miteinander verbunden sind und die Basiselektrode des der Integratorschaltung zugehörigen Transistors über einen Kondensator an die Kollektorelektrode des Schalttransistors angeschlossen ist.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der Zeitschrift »Elektronische Rundschau«, 1961, Nr. 12, S. 582, bekannt. Diese Schaltungsanordnung ermöglicht, mit Hilfe von nur zwei Transistoren eine sehr linear verlaufende Sägezahnspannung zu erzielen, wobei die Rücklaufzeit im Vergleich zu der Hinlaufzeit verhältnismäßig kurz ist. Eine solche Schaltungsanordnung ist z. B. in einem mit Transistoren ausgenutzten Fernsehempfänger anwendbar, wobei die dieser Schaltung entnommene Spannung als Steuerspannung einer die Ablenkströme für die Vertikalablenkung des Elektronenbündels liefernden Schaltung zugeführt wird.

Wenn jedoch, wie dies meistens der Fall ist, die Sägezahnspannung über einen Koppelkondensator einer verhältnismäßig niederohmigen Belastung, z. B. der Basiselektrode eines folgenden Transistors, zugeführt wird, ergibt sich eine Verzerrung der Sägezahnspannung.

Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art wird dieser Nachteil vermieden, wenn gemäß der Erfindung die Anordnung über einen Kondensator mit einer Belastung verbunden ist und wenn ein Punkt des die beiden Kollektoren verbindenden Widerstandes über die Reihenschaltung eines zweiten Widerstandes und einer Spannungsquelle mit der Emitterelektrode des der Integrationsschaltung zugehörigen Transistors verbunden ist, welche Spannungsquelle eine Spannung liefert, die gleich der Spannung der Speisespannungsquelle oder größer als diese ist und eine den Transistor des Integrators entsperrende Polarität hat.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine bekannte Schaltungsanordnung;

F i g. 2 dient zur weiteren Erläuterung dieser Anordnung, wobei die angegebenen Spannungsformen an den in F i g. 1 mit entsprechenden Buchstaben bezeichneten Punkten der Anordnung auftreten;

Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer
Sägezahnspannung mit einem Transistor-Integrator und einem Schalttransistor

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
ίο Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. E. Walther, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Karl Frans Nicki von Nikelsberg,
Wouter Smeulers, Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 30. Mai 1962 (279 155)

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung;

F i g. 4 dient zur Erläuterung der Schaltung nach Fig. 3, und

F i g. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

In F i g. 1 ist mit 1 ein pnp-Transistor bezeichnet, dessen Emitterelektrode mit der Plusklemme der Spannungsquelle 2 und dessen Kollektorelektrode mit einem Widerstand 3 verbunden ist. Die Emitterelektrode eines zweiten Transistors 4 des npn-Typs ist an die Minusklemme der Speisespannungsquelle und die Kollektorelektrode an das andere Ende des Widerstandes 3 angeschlossen. Die Basiselektrode des Transistors 1 ist über einen Widerstand 5 mit der Minusklemme der Speisespannungsquelle und über einen Kondensator 6 mit der Kollektorelektrode des npn-Transistors verbunden. Um eine selbstschwingende Anordnung zum Erzeugen von Sägezahnspannungen zu erzielen, ist die Basiselektrode des Transistors 4 über einen Widerstand 7 an die Plusklemme der Speisespannungsquelle und über einen Kondensator 8 an die Kollektorelektrode des Transistors 1 angeschlossen. Die Zeitkonstante R₁C₈ des i?C-Netz-

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Werkes wird vorzugsweise erheblich größer gewählt als die Zeitkonstante des Netzwerkes R_s C₆.

Die verschiedenen Anschlüsse brauchen nicht notwendigerweise durch direkte Verbindungen hergestellt zu werden. Es ist möglich, z. B. für Synchronisierzwecke, verhältnismäßig niedrige Widerstände in die Verbindung einzufügen.

Während der Hinlaufzeit ist der Schalttransistor 4 gesperrt, während der Transistor 1 leitend ist. Am Anfang dieser Hinlaufzeit ist der Kondensator 6 bis nahezu an die Speisespannung aufgeladen. Dieser Kondensator entlädt sich darauf über den Transistor 1, den Widerstand 3, den Widerstand 5 und die Speisespannungsquelle. Die Basisspannung des Transistors 1 bleibt dabei nahezu auf Erdpotential, so daß der Spannungsabfall über den Widerstand 5 gleich der Batteriespannung E ist. Der diesen Widerstand durchfließende Strom ist somit konstant und gleich EIR₅. Dieser Strom durchfließt nahezu vollständig den Kondensator 6 und den Kollektorkreis des Transistors 1, da der Basisstrom dieses Transistors nur ein Bruchteil dessen Kollektorstroms ist.

Der konstante Entladestrom EfR₅ durch den Kondensator 6 ruft am Kollektor des Transistors 4 eine linear ansteigende Spannung hervor, deren Neigung gleich EIR₅ C₆ (F i g. 2 a) ist. Eine Spannung mit gleicher Neigung ist vorhanden am Kollektor des Transistors 1 (Fig. 2b) und über den Koppelkondensator C₈ an der Basis des Transistors 4 (F i g. 2 c).

Sobald am Zeitpunkt t_t die Basisspannung dieses Transistors etwa gleich dessen Emitterspannung ist (-E), wird der Schalttransistor 4 leitend. Der infolgedessen an der Kollektorelektrode dieses Transistors auftretende Spannungsabfall (F i g. 2 a) wird über den Kondensator 6 auf die Basiselektrode des Transistors 1 übertragen (F i g. 2d). Dieser Transistor führt somit einen höheren Strom, und die infolgedessen an der Kollektorelektrode des Transistors 1 auftretende Spannungszunahme (F i g. 2 b) wird über den Kondensator 8 auf die Basiselektrode des Transistors 4 übertragen (F i g. 2 c), so daß auch dieser Transistor einen höheren Strom führt. Die beiden Transistoren werden somit in kurzer Zeit in den Sättigungszustand ausgesteuert. Die volle Batteriespannung ist dann über dem Widerstand 3 wirksam.

Während der dann angefangenen Rücklaufzeit wird der Kondensator 6 über den gesättigten Transistor 4 und den in dieser Zeit stark leitenden Basis-Emitter-Übergang des Transistors 1 auf eine Spannung aufgeladen, die nahezu der Speisespannung gleich ist. Der sehr geringe Ohmsche Widerstand in dem Aufladekreis erlaubt eine schnelle Aufladung des Kondensators 6 und somit eine sehr kurze Rücklaufzeit. Sobald im Zeitpunkt i₂ der Kondensator 6 nahezu ganz aufgeladen ist und der Strom durch den Basis-Emitter-Übergang des Transistors 1 somit stark abgenommen hat, gerät dieser Transistor aus dem gesättigten Zustand heraus. Infolge des dabei am Kollektor des Transistors 1 auftretenden Spannungsabfalles (Fig. 2b), der über den Kondensator 8 auf die Basis des Transistors 4 übertragen wird (Fig. 2c), wird der Transistor 4 gesperrt. Die infolgedessen im Zeitpunkt L₂ hervorgerufene Spannungszunahme an der Kollektorelektrode des Transistors 4 (F i g. 2 a) ergibt eine gleiche Zunahme der Spannung an der Basis des Transistors 1 (F i g. 2 d), wodurch der Basisstrom dieses Transistors auf einen sehr niedrigen Wert herabgemindert wird. Alle Anfangsbedingungen zum Erzeugen einer nächstfolgenden Periode der Sägezahnspannung liegen dann wieder vor.

Die negative Vorspannung an der Basis des Transistors 4, wodurch dieser Transistor während der ganzen Hinlaufzeit gesperrt bleibt, stellt sich selbsttätig durch die gleichrichtende Wirkung des Basis-Emitter-Übergangs des Transistors 4 ein. Mit Rücksicht darauf muß die Zeitkonstante des Netzwerkes R₇ C₈ hinreichend groß gewählt werden.

ίο Die so an der Kollektorelektrode des Transistors 1 oder die an der Kollektorelektrode des Transistors 4 erzeugte Sägezahnspannung muß meistens über einen Koppelkondensator einer nächstfolgenden Stufe zugeführt werden. Wenn der als Belastung für die Schaltung wirksame Eingangswiderstand der nächstfolgenden Stufe hinreichend hochohmig gewählt werden kann, was z. B. bei Röhrenschaltungen möglich ist, wird die Gestalt der Sägezahnspannung nicht von der Belastung beeeinträchtigt. Wenn jedoch, wie dies bei Transistorschaltungen der Fall ist, der Eingangswiderstand der nächstfolgenden Stufe nicht hinreichend hochohmig gewählt werden kann, ergibt sich eine Verzerrung der Sägezahnspannung. Die Ursache dieser Verzerrung und die erfindungsgemäße Lösung zum Vermeiden derselben werden an Hand der F i g. 3 und 4 erläutert.

F i g. 3 zeigt eine Belastung in Form des Widerstandes 9, der über einen großen Koppelkondensator 10 z. B. mit der Kollektorelektrode des Transistors 4 verbunden ist. Während der Hinlaufzeit bleibt die Basisspannung des Transistors 1, wenigstens solange dieser Transistor als Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor wirksam ist, nahezu gleich Erdpotential. Es ergibt sich somit, daß der konstante Strom durch den Widerstand 5 und somit der Entladestrom durch den Kondensator 6 unabhängig von der angeschlossenen Belastung 9 ist. Daraus folgt, daß auch die in Fig. 4 veranschaulichte Sägezahnspannung an der Kollektorelektrode des Transistors 4 nahezu unabhängig von der Belastung ist. Eine Änderung der angeschlossenen Belastung hat somit lediglich eine Änderung des Stromes durch diese Belastung und somit eine Änderung des Transistorstromes zur Folge, aber, vorausgesetzt daß der Transistor 1 als Verstärker wirksam bleibt, ergibt sich keine Änderung der über der Belastung vorhandenen Spannung.

Da die Belastung über einen großen Koppelkondensator angeschlossen ist, tritt am Widerstand 9 die gleiche Spannungsform auf wie in F i g. 2 a, welche Spannungsform jedoch keine Gleichspannungskomponente enthält. Der Strom I₁ durch diesen Widerstand und durch den Kondensator 10 verläuft auf entsprechende Weise. Dieser Strom ist in F i g. 4 a sowohl für geringe (Kurve I) als auch für hohe (Kurve II) Belastung dargestellt. F i g. 4 b zeigt den Strom L₁, der während der Hinlaufzeit durch den Kondensator 6 fließt und der, wie vorstehend erwähnt, unabhängig von der Belastung ist. Die Summe der beiden Ströme I₁ und I₂ ist gleich dem Kollektorstrom I₃ des Transistors 1. Dieser Strom ist in F i g. 4 c veranschaulicht. Aus dieser Figur zeigt es sich, daß, wenn nur eine geringe Belastung vorhanden ist (vgl. F i g. 4 c, Kurve I), der Kollektorstrom durch den Transistor 1 stets positiv ist, so daß eine unverzerrte Sägezahnspannung erzeugt wird. Bei höherer Belastung jedoch (F i g. 4 c, Kurve II) ergibt es sich, daß Verzerrung der Sägezahnspannung auftritt während des ersten Teiles des Hinlaufs. Der

Transistor 1 kann nicht gleichzeitig einen negativen Strom führen und als Verstärkungselement wirksam bleiben.

Um auch bei höherer Belastung eine unverzerrte Sägezahnspannung zu erzielen, wird gemäß der Erfindung die Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Spannungsquelle zwischen einem Punkt des Widerstandes 3 und der Emitterelektrode des Transistors 1 eingeschaltet, welche Spannungsquelle eine gleiche oder größere Spannung liefert als die Speisespannungsquelle und eine den Transistor 1 leitend machende Polarität hat. In der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 ist diese Spannungsquelle dieselbe wie die Speisespannungsquelle. Der Widerstand 11 ist zwischen der Kollektorelektrode des Transistors 4 und der Minusklemme der Speisespannungsquelle E eingeschaltet.

Die über dem Widerstand 11 vorhandene Sägezahnspannung ruft durch den Widerstand einen Sägezahnstrom /₄ hervor, dessen Amplitude lediglich von dem Wert dieses Widerstandes abhängig ist. Durch Einschaltung des Widerstandes 11 wird der Kollektorstrom des Transistors 1 erhöht, und zwar um einen Wert gleich dem Strom durch diesen Widerstand. Die Ströme Z₁ und I₂ durch die Kondensatoren 10 bzw. 6 sind unabhängig von dem Widerstand 11. In F i g. 4 d ist der durch den Transistor 1 fließende Kollektorgesamtstrom I₃' dargestellt, der aus dem in Fig. 4c (Kurvell) dargestellten Kollektorstrom/₃ und dem Sägezahnstrom /₄ durch den Widerstand 11 zusammengesetzt ist. Die verschiedenen Kurven von F i g. 4 d zeigen den Verlauf des Kollektorstromes bei verschiedenen Werten dieses Widerstandes. Aus diesen Kurven zeigt es sich, daß die Verzerrung des Sägezahnstromes stets kleiner wird, in dem Maße, wie der Widerstand 11 kleiner gewählt wird. Bei einem hinreichend kleinen Widerstand kann schließlich jede Verzerrung vermieden werden. Der Widerstand 11 darf dabei selbstverständlich nicht so gering gewählt werden, daß der Kondensator 6 in bezug auf die Minusklemme der Speisespannungsquelle nahezu kurzgeschlossen wird, wodurch die Integrationswirkung gestört werden würde.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die bei höherer Belastung auftretende Verzerrung der Sägezahnspannung zu vermeiden, indem der Entladestrom des Kondensators 6 erhöht wird. Dies kann dadurch bewerkstelligt werden, daß ein kleinerer Widerstand 5 gewählt wird, wobei gleichzeitig der Kondensator 6 größer gewählt werden muß. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß während der Rücklaufzeit ein sehr hoher Ladestrom durch den Transistor 4 und den Basis-Emitter-Ubergang des Transistors 1 fließt. Dies würde außerdem einen sehr großen konstanten Kapazitätswert und damit einen kostspieligen Kondensator 6 erfordern.

Aus F i g. 4 d zeigt es sich, daß zum Erzielen eines kleinen zusätzlichen Stromes durch den Transistor 1 während des Anfanges der Hinlaufzeit ein verhältnismäßig großer zusätzlicher Strom während des weiteren Teiles dieser Hinlaufzeit durch diesen Transistor fließt. Wenn eine negative Spannungsquelle zur Verfügung steht, die eine größere Spannung liefert als die Speisespannungsquelle 2, kann dies dadurch verbessert werden, daß ein größerer Widerstand 11' nicht an die Speisespannungsquelle 2, sondern an die höhere negative Spannung angeschlossen wird. Dies ist in F i g. 5 dargestellt, wo entsprechende Elemente mit den gleichen Bezeichnungen wie in F i g. 3 angedeutet sind.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der Widerstand 11' an eine Spannungsquelle 14 angeschlossen, die eine Spannung E' liefert, welche größer ist als die Spannung E der Quelle 2.

Der Widerstand 11' wird in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Potentiometer gebildet, an dessen Abgriff die Belastung 9 über den Kondensator 10 angeschlossen ist. Mittels dieses Potentiometers kann die Amplitude der über der Belastung erzeugten Sägezahnspannung eingestellt werden.

Es ist z. B. bei Fernsehempfänger häufig erwünscht, der Sägezahnspannung eine etwas S-förmige Gestalt zu erteilen, zu welchem Zweck in dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 die Reihenschaltung eines Widerstandes 12 und eines Kondensators 13 zwischen der Kollektorelektrode des Transistors 4 und der Minusklemme der Quelle 2 eingeschaltet ist; wenn die Zeitkonstante dieses i?C-Netzwerkes hinreichend groß gewählt wird, wird über dem Kondensator 13 eine Parabelspannung erzeugt. Indem der Widerstand 5 nicht an die Speisespannungsquelle 2, sondern an den Verbindungspunkt des Kondensators 13 und des Widerstandes 12 angeschlossen wird, integriert der Transistor 1 nicht eine konstante Spannung, sondern eine Parabelspannung; auf diese Weise entsteht am Kollektor des Transistors 4 eine Sägezahnspannung mit S-förmiger Gestalt.
Die Reihenschaltung des Widerstandes 12 und des Kondensators 13 ruft jedoch ähnlich wie die Reihenschaltung des Widerstandes 9 und des Kondensators 10 eine Verzerrung der Sägezahnspannung während des Anfangs der Hinlaufzeit hervor. In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 dient somit der erfindungsgemäß aufgenommene Widerstand 11' außerdem zum Vermeiden von Verzerrung, die durch das Z?C-Netzwerk 12-13 herbeigeführt wird.

In den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 3 und 5 können Widerstände 11 und 11' statt mit der Kollektorelektrode des Transistors 4 auch mit der Kollektorelektrode des Transistors 1 oder mit einer Anzapfung des Widerstandes 3 verbunden werden. Die Verringerung der Verzerrung der Sägezahnspannung gemäß der Erfindung kann stets dadurch erzielt werden, daß zwischen der Kollektorelektrode des Transisitors 1 und einem Punkt negativer Spannung größer als die Spannung der Speisespannungsquelle oder gleich dieser ein Gleichstromkreis angebracht wird, der während des Hinlaufes nicht gesperrt ist. In ähnlicher Weise kann die Erfindung bei einem Sägezahngenerator mit einem Integrationstransistor des npn-Typs und einem Schalttransistor des pnp-Typs benutzt werden. An eine solche Schaltung müssen positive Spannungsquellen 2 bzw. 14 angeschlossen werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf einen nicht selbstschwingenden Sägezahngenerator; ein solcher Generator läßt sich z. B. dadurch erhalten, daß in den Ausführungsbeispielen der F i g. 3 und 5 der Widerstand 7 und der Kondensator 8 weggelassen und der Basiselektrode des Schalttransistors 4 Synchronisierimpulse zugeführt werden, die diesen Transistor in den richtigen Augenblicken entsperren und sperren.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Sägezahnspannung mit einem Transistor-Integra-

tor und einem Schalttransistor des dem des erstgenannten Transistors entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, deren Emitterelektroden mit je einer der Klemmen einer Speisespannungsquelle verbunden sind, während die beiden Kollektorelektroden über einen Widerstand miteinander verbunden sind und die Basiselektrode des der Integratorschaltung zugehöngen Transistors über einen Kondensator an die Kollektorelektrode des Schalttransistors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung über einen Kondensator (10) mit einer Belastung (9) verbunden ist und daß ein Punkt des die beiden Kollektoren verbindenden Widerstandes (3) über

IO

die Reihenschaltung eines zweiten Widerstandes (11) und einer Spannungsquelle (E) mit der Emitterelektrode des der Integrationsschaltung zugehörigen Transistors (1) verbunden ist, welche Spannungsquelle (E) eine Spannung liefert, die gleich der Spannung der Speisespannungsquelle oder größer als diese ist und eine den Transistor (1) des Integrators entsperrende Polarität hat.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte zweite Widerstand durch ein Potentiometer gebildet wird, dessen Anzapfung die Sägezahnspannung entnommen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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