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Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer Sägezahnspannung an einem Kondensator
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen einer periodischen,
wenigstens annähernd sägezahnförmigen Spannung an einem Kondensator, der über eine
Impedanz aufgeladen und über eine wesentlich kleinere Impedanz entladen wird.
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Bei bekannten Schaltungen dieser Art wurde der Kondensator über einen
ohmschen Widerstand aufgeladen und über eine im wesentlichen reelle Impedanz entladen.
Dadurch ergibt sich einerseits ein wesentlicher Energieverlust. Andererseits war
es im Hinblick auf die gewünschte Linearität notwendig, den Aufladevorgang schon
frühzeitig abzubrechen, wenn die Spannung am Kondensator noch verhältnismäßig klein
war gegenüber der zur Verfügung stehenden Speisespannung. Auch spannungsmäßig ergab
sich somit eine schlechte Ausnutzung der Speisequelle.
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Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art werden diese
Nachteile vermieden und bei geringstem Energieaufwand kann die Gesamtamplitude der
Sägezahnspannung in der Größenordnung der Speisespannung liegen,, insbesondere diese
beträchtlich übersteigen, wenn gemäß der Erfindung in an sich bekannter Weise als
Ladeimpedanz eine erste Induktivität dient, die mit dem Kondensator einen Schwingungskreis
bildet mit einer ersten Resonanzfrequenz, die klein ist gegenüber der Sägezahnfrequenz,
und wenn der Kondensator entladen wird über eine zweite Induktivität, die mit dem
Kondensator einen Schwingungskreis bildet mit einer zweiten Resonanzfrequenz, deren
Periodendauer etwa gleich ist der doppelten Rücklaufdauer.
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Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, daß es bekannt ist, zum Erzeugen
eines Sägezahnstromes durch eine Induktivität einen Kondensator über eine Induktivität
in Resonanz aufzuladen und über eine wesentlich kleinere Induktivität in Resonanz
zu entladen. Bei der Aufladeresonanz entspricht dabei eine halbe Periode etwa der
Hinlaufdauer, während die Periodendauer der Rücklaufresonanz etwa der vierfachen
Rücklaufdauer entspricht. Während der Rufladung des Kondensators wird dort eine
Spannung erreicht, die doppelt so hoch ist wie die Speisespannung, und am Ende des
Rücklaufes ist die Kondensatorspannung etwa Null, während der Strom durch die Entladeinduktivität
einen Maximalwert erreicht hat. Dieser Strom wird dann durch Anschalten einer Quelle
konstanter Spannung sägezahnförmig vermindert.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. F i g. 1 zeigt eine Schaltung nach der Erfindung in einer dem Prinzip
entsprechenden einfachen Ausführung; F i g. 2 zeigt eine Weiterbildung, bei der
aus der sägezahnförmigen Kondensatorspannung ein annähernd pärabelförmiger Strom
durch eine Induktivität abgeleitet wird; F i g. 3 a zeigt den zeitlichen Verlauf
der Spannung am Kondensator, und F i g. 3 b stellt den zeitlichen Verlauf des Stromes
durch die als Ladeimpedanz dienende Induktivität dar.
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In F i g. 1 ist der Kondensator C von 56 nF einerseits an Erde und
damit den Minuspol einer Speisequelle von 6 V angeschlossen und andererseits über
eine erste Induktivität L1 von 80 mH mit dem positiven Pol der Speisequelle verbunden.
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Der Kondensator C ist weiter an eine zweite Induktivität L2 von 0,220
mH angeschlossen, deren anderes Ende über die Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors
1 (AC 127) an Erde liegt. Der Basis des Transistors 1 werden über einen Widerstand
2 von 25 kOhm und über einen Transformator 3 während des Rücklaufes positive Impulse
4 mit einer Frequenz von 1.5 625 Hz (Zeilenfrequenz) zugeführt, die an der dem Transistor
1 zugewandten Sekundärwicklung des Transformators 3 eine Spitzenamplitude von 120
V erreichen.
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Der Kondensator C wird von der Speisespannung über die erste Induktivität
L1 entsprechend einer Sinusschwingung aufgeladen; dabei wird der Speisequelle ein
Strom von 41,5 mA entnommen. Während der Aufladezeit ist der Transistor 1 gesperrt,
so daß durch die zweite Indüktivität L2 kein Strom fließt. Je nach den Anforderungen
an die Linearität der Kondensatorspannung darf dieser Aufladevorgang nur einen Teil
der Sinusschwingung betragen, deren
Resonanzfrequenz sich durch
Li und C bestimmt. Vorzugsweise erstreckt sich der Aufladevorgang und damit die
eine Hälfte des Hinlaufes über höchstens 44°, vorzugsweise höchstens 14°, der Aufladesinusschwingung;
man erhält dann maximal 10 bzw. 1% Abweichungen von der Linearität.
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Wenn der im Hinblick auf die Linearität gewünschte Teil der Aufladesinusschwingung
abgelaufen ist, wird der Transistor 1 durch einen seiner Basis zugeführten positiven
Impuls leitend gemacht. Dadurch wird die stromlose Induktivität L2 parallel zum
Kondensator C gelegt, und die Kondensatorspannung beginnt eine kosinusförmige Entladeschwingung,
deren Schwingungsdauer durch die Kondensatorkapazität und die parallel liegenden
Induktivitäten L2 und L1 bedingt wird. Im Hinblick auf die gewünschte Linearität
des Sägezahnes und die im allgemeinen gegenüber dem Hinlauf kurze Rücklaufdauer
ist die Induktivität L2 in der Regel klein gegen die Induktivität L1, so daß L1
bei der Berechnung der Resonanzfrequenz praktisch außer Betracht gelassen werden
kann.
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Die Rücklaufschwingung ist derart gewählt, daß ihre Periodendauer
etwa gleich ist der doppelten Rücklaufdauer. Am Ende des Rücklaufes hat daher die
kosinusförmige Entladeschwingung eine gegenüber dem Rücklaufbeginn gleich große,
aber negative Spannung am Kondensator C hervorgerufen. Wenn nun der Transistor 1
wieder gesperrt wird, so setzt ein etwa sinusförmiger Abfall der Kondensatorspannung
ein, so daß sie entsprechend dieser Sinusschwingung den Nullwert erreicht und erneut
ansteigt, wie dies bereits beschrieben wurde, bis der nächste Steuerimpuls ein Rücklaufintervall
einleitet. Die Kondensatorspannung u, ändert sich dabei um 40 V66; der zeitliche
Verlauf von uc ist in F i g. 3 a dargestellt.
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Entsprechend der sinusförmigen Änderung der Kondensatorspannung im
Hinlaufintervall ergibt sich in der Aufladeinduktivität L1 ein Strom iL, der einer
Kosinuskuppe entspricht. Sein zeitlicher Verlauf geht aus F i g. 3 b hervor. Mit
einer Schaltung nach der Erfindung kann somit auch ein solcher periodischer, kuppenförmiger
Strom erzeugt werden. In manchen Schaltungen wird z. B. ein periodischer, dem Scheitel
einer Parabel entsprechender Stromverlauf gewünscht, der bekanntlich durch eine
Kosinuskuppe angenähert werden kann. Eine weitere Induktivität, in der ein solcher
Stromverlauf gewünscht wird, kann dazu mit der ersten Induktivität L1 gekoppelt
werden. Dies zeigt F i g. 2, in der die mit F i g. 1 übereinstimmenden Teile mit
den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
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Danach wird der parabelförmige bzw. kuppenförmige durch die Spule
L1 verlaufende Strom einer weiteren Induktivität L3 zugeleitet dadurch, daß diese
an eine mit der Induktivität L1 gekoppelte Induktivität L4 angeschlossen ist; die
Induktivitäten L1 und L4 bilden somit einen Transformator. Die Induktivität L3 kann
eine Ablenkspule einer Bildwiedergaberöhre, z. B. eine Konvergenzablenkspule einer
Farbbildelektronenstrahlröhre, sein. Gegebenenfalls kann die Induktivität L1 selbst
die Ablenkspule sein.
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Damit die Rücklaufschwingung möglichst gut kosinusförmig verläuft
und insbesondere möglichst genau am Kosinusscheitel beendet wird, wird nach F i
g. 2 der im Rücklaufintervall eingeschalteten Induktivität L2 über eine mit ihr
transformatorisch gekoppelte Induktivität L5 eine Spannung entnommen, die in öffnendem
Sinne im Basiszweig des Transistors 1 zwischen dem Widerstand 2 und dem Transformator
3 eingeschaltet ist. Durch die Spule L5 wird eine dem Differentialquotienten des
Stromes durch die Spule L2 entsprechende Spannung zugeführt, die also an der Kuppe
am Ende des kosinusförmigen Rücklaufes praktisch Null wird. Die Bemessung kann so
gewählt werden, daß dann der Transistor 1 nicht mehr geöffnet ist und somit ein
neuer Hinlauf mit sägezahnförmiger Spannungsänderung am Kondensator C beginnt. Damit
der Rücklauf, jedenfalls an seinem Ende, im wesentlichen durch die von der Induktivität
5 abgeleiteten Spannung, gesteuert wird, ist es zweckmäßig, den Steuerimpuls 4,
der sich in der Regel praktisch über das ganze Rücklaufintervall erstreckt, mittels
eines Reihenkondensators 5 und eines Querwiderstandes 6 zu differenzieren, so daß
am Transformator 3 ein im wesentlichen aus zwei Spitzen bestehender Spannungsverlauf
7 entsteht. Durch diesen wird der Transistor 1 nur am Anfang und gegebenenfalls
im ersten Teil des Rücklaufintervalls geöffnet, während er im folgenden Teil durch
die Öffnungsspannung von der Induktivität L5 her gesteuert wird. Um einen unerwünschten
Einfluß des in Sperrichtung wirkenden Teiles der differenzierten Spannung 7 zu vermeiden,
kann einer Wicklung des Transformators 3 eine am Ende des Rücklaufes leitende Diode
8 parallel geschaltet sein.