DE1272357B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung periodischer, saegezahnfoermiger Spannungen einstellbarer Amplitude und Polaritaet mit Hilfe eines Miller-Integrators - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/02

Nummer: 1272 357

Aktenzeichen: P 12 72 357.8-31 (J 29178)

Anmeldetag: 14. Oktober 1965

Auslegetag: 11. Mi 1968

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung periodischer, sägezahnförmiger Spannungen einstellbarer Amplitude und Polarität mit einem Miller-Integrator, der aus einem kapazitiv rückgekoppelten Verstärker besteht, dem über einen Widerstand impulsförmige Signale zugeführt werden.

Bei einem solchen Sägezahngenerator ist es häufig erforderlich, die Neigung der Anstiegsflanke des Sägezahnsignals zu ändern oder den Ruhepegel des Ausgangssignals auf einen beliebigen Wert einzustellen. So werden z. B. bei einer Radaranzeigevorrichtung zur Abbildung auf dem Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre den zugeordneten Ablenkspulen kontinuierlich sich ändernde Ablenkströme zugeführt, um eine kreisförmige Zeitbasis zu erhalten. Der Mittelpunkt einer solchen kreisförmigen Darstellung läßt sich dann durch entsprechende Änderung des Ruhepegels der Ablenkströme verschieben.

Bei Anwendung eines solchen Sägezahngenerators in der Analogtechnik oder bei Analog-Digital-Umsetzern wird eine variable Anstiegsflanke eines Sägezahnsignals ausgenützt, um eine variable Eingangsfunktion darzustellen, während eine Additionskonstante durch den Ruhepegel gegeben ist.

Nachteilig bei bekannten Sägezahngeneratoren ist es aber, daß ohne weiteres nicht die Anstiegsflanke und der Ruhepegel veränderbar sein können, während gleichzeitig eine stabile und betriebssichere Arbeitsweise beibehalten werden soll. Der Aufwand hierfür ist verhältnismäßig groß.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sägezahngenerator bereitzustellen, bei dem unter relativ geringem Aufwand die Möglichkeit geschaffen ist, sowohl die Anstiegsflanke als auch den Ruhepegel eines Sägezahnsignals nach Bedarf einstellen zu können, wobei die Betriebssicherheit und die Genauigkeit nicht beeinflußt werden. Außerdem soll die abfallende Flanke des Sägezahnsignals in einem wesentlich kürzeren Zeitintervall liegen als bisher.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Ausgang des kapazitiv rückgekoppelten Verstärkers mit dem ersten Eingang einer Vergleicherschaltung verbunden ist, deren zweitem Eingang ein jeweils die Bezugsspannung der sägezahnförmigen Spannungen definierendes erstes Steuersignal zugeführt wird und deren Ausgang über eine Schaltvorrichtung derart mit dem Eingang des kapazitiv rückgekoppelten Verstärkers verbunden ist, daß das Vergleicherausgangssignal zur jeweiligen Bereitstellung der Bezugsspannung nur während der jeweils die zeitliche Dauer des Auftretens der Bezugsspannung im sägezahnförmigen Ausgangssignal bestim-Schaltungsanordnung zur Erzeugung
periodischer, sägezahnförmiger Spannungen
einstellbarer Amplitude und Polarität mit
Hilfe eines Miller-Integrators

Anmelder:

International Business Machines Corporation,
Armonk, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Busch, Patentanwalt,

7030 Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Frank Douglas Dickin, Winchester, Hampshire

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 16. Oktober 1964 (42 240)

menden Impulspausen der impulsförmigen Eingangssignale wirksam ist, deren jeweilige Amplitude und Polarität zum entsprechenden Festlegen von Amplitude und Polarität der sägezahnförmigen Spannungen durch den Pegel eines zweiten Steuersignals (B) bestimmt sind.

Abgesehen davon, daß die Steilheit der Anstiegsflanke des Ausgangssignals von der Dachschräge des impulsförmigen Eingangssignals abhängig ist und dementsprechend vorbestimmt werden kann, läßt sich aber außerdem noch die Steilheit der Anstiegsflanke des Ausgangssignals durch die Wahl der Amplitude des der Vergleicherschaltung zugeführten Steuersignals festlegen, das gleichzeitig den Ruhepegel bestimmt. Dadurch, daß der Ruhepegel dauernd wirksam ist, ist auch der kapazitiv rückgekoppelte Verstärker, der in vorteilhafter Weise einen hohen Verstärkungsfaktor besitzt, dauernd wirksam, so daß kein sprunghafter Übergang, bedingt durch einen Einschaltvorgang, auftreten kann, wie es sonst bei Miller-Integratoren der Fall ist.

Schließlich ergibt sich zusätzlich noch der Vorteil, daß durch die Wirkung des zweiten Rückkopplungspfades die Abfallflanke des Sägezahnsignals versteuert wird, insbesondere dann, wenn gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung die Ver-

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gleicherschaltung aus einem Differentialverstärker Widerstandes 3 verbunden ist. Das andere Ende des hohen Verstärkungsgrades besteht, da dann im we- Widerstandes 3 liegt am Eingang des Umkehrversentlichen ein Rechteckimpuls auf den Eingang des stärkers 1. Mit Hilfe der Umschaltvorrichtung 7 läßt kapazitiv rückgekoppelten Verstärkers zurückgeführt sich so einmal der Schalteingang α zur Zuführung der wird. 5 zweiten Steuerspannung und zum anderen der Schalt-Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dient eingang δ zur Zuführung des Vergleichsschaltungsin vorteilhafter Weise zur Erzeugung impulsförmiger ausgangssignals über den Schaltausgang 7 mit dem Eingangssignale eine Schaltvorrichtung, die wechsel- Eingang des Miller-Integrators verbinden. Die Schaltweise den Eingang des kapazitiv rückgekoppelten vorrichtung 7 kann dabei eine mechanische, elektro-Verstärkers mit der Eingangsklemme zur Zuführung io mechanische, wie z.B. Relais, oder eine elektronische eines kontinuierlichen Steuersignals und mit der Aus- Schaltvorrichtung sein, wie z. B. ein Schaltwerk, das gangsleitung der Vergleicherschaltung koppelt. insbesondere aus zwei Verknüpfungsgliedern be-

Während beim Anlegen eines impulsförmigen stehen kann, deren Ausgänge miteinander verbunden

Steuersignals z. B. eine entsprechende Diodenanord- sind und wovon jeweils das eine oder andere wirk-

nung am Eingang des Miller-Integrators für das 15 sam ist.

wechselweise Anlegen des Steuersignals und des Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schal-Vergleicherausgangssignals wirksam sein kann, wird tungsanordnung läßt sich am besten mit Hilfe der beim Anlegen eines kontinuierlichen Steuersignals Diagramme in F i g. 2 beschreiben. Die Wellenform^ der Miller-Integrator durch die Wirkung der genann- zeigt den Schaltzustand der Schaltvorrichtung 7 ten Schaltvorrichtung gesteuert. Diese Schaltvorrich- 20 (Fig. 1), die WellenformB (Fig. 2) den Verlauf der rung kann z.B. ein elektronisches Schaltwerk sein, an die Eingangsklemme8 (Fig. 1) angelegten zweidas aus zwei UND-Verknüpfungsgliedern besteht, die ten Steuerspannung, die WellenformC (Fig. 2) das abwechselnd durch entsprechende Taktgeberimpulse Ausgangssignal an der Ausgangsklemme4 (Fig. 1) wirksam werden. Selbstverständlich kann auch eine und die Wellenform D (Fig. 2) das Vergleichermechanische oder elektromechanische Schaltvorrich- 35 schaltungsausgangssignal am Schalteingangb (Fig. 1). tung Verwendung finden. Der Verlauf der Wellenformen ist in jedem Fall

Erfmdungsgemäß liegt der Widerstand am Eingang idealisiert.

des kapazitiv rückgekoppelten Verstärkers zwischen Zum Zeitpunkt t₀ (F i g. 2) befindet sich die Schal-

diesem und dem Ausgang der Schaltvorrichtung. Für tung im Ruhezustand, in dem der Schalteingang b

Anpassungszwecke und zur Formung der Ausgangs- 30 (Fig. 1) mit dem Schaltausgang7 verbunden ist, ein

signale des erfindungsgemäßen Sägezahngenerators positives Signal B (F i g. 2) an der Eingangsklemme 8

ist es vorteilhaft, je einen Widerstand den Eingängen (Fig· 1) anliegt, das Ausgangssignal des Miller-

der Schaltvorrichtung als Ersatz für den genannten Integrators dem über die Eingangsklemme 6 der Ver-

Eingangswiderstand des kapazitiv rückgekoppelten gleicherschaltung 5 zugeführten Signal entspricht und

Verstärkers zuzuordnen. In diesem Fall hat der 35 der Ausgang der Vergleicherschaltung 5 Null ist.

Widerstand in der Ausgangsleitung der Vergleicher- Zum Zeitpunkt t_x (Fig. 2) ist der Schalteingang a

schaltung einen etwas geringeren Wert als der mit (Fig. 1) mit dem Schaltausgang7 verbunden, und das

der Eingangsklemme des Sägezahngenerators ver- Ausgangssignal des Miller-Integrators beginnt abzu-

bundene. sinken, wobei die Abnahmegeschwindigkeit durch die

Weitere Vorteile und Aufgaben der Erfindung er- 40 abnehmende Amplitude des Steuersignals an der

geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die Eingangsklemme 8 bestimmt wird. Wenn aber die

an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Amplitude des Ausgangssignals C des Miller-Inte-

Zeichnung die Erfindung näher erläutert, und aus grators absinkt, dann sinkt die Ausgangsamplitude

den Patentansprüchen. Es zeigt des Ausgangssignals D der Vergleicherschaltung um

F i g. 1 ein Prinzipschaltbild der erfindungsge- 45 so schneller ab, bis sehr rasch ein Minimalwert einmäßen Schaltungsanordnung, genommen wird, der dann bis kurz vor einem Zeit-

F i g. 2 Signaldiagramme zur Erläuterung der punkt t₃ (F i g. 2) beibehalten wird. Dieser rasche

Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltungs- Amplitudenabfall des Vergleicherschaltungsausgangs-

anordnung. signals D beruht auf der großen Verstärkerwirkung

Die im Prinzip in Fig. 1 gezeigte Schaltungs- 50 des Differentialverstärkers5 (Fig. 1), der beim Eranordnung enthält einen Miller-Integrator, bestehend reichen des Minimalwertes gesättigt ist.
aus einem Umkehrverstärker 1, der einen hohen Zum Zeitpunkt t₂ (F i g. 2) wird wieder der Schalt-Verstärkungsgrad besitzt, aus einem Kondensator 2, eingang b (Fi g. 1) mit dem Schaltausgang 7 verbunder zur Rückkopplung zwischen Verstärkerausgang den, so daß der Miller-Integrator im Ansprechen auf und -eingang dient, und aus einem Widerstand 3. Mit 55 das Vergleicherschaltungsausgangssignal D in den dem Ausgang des Umkehrverstärkers 1 ist sowohl die Ruhezustand zurückgestellt wird. Zwischen den Zeit-Ausgangsklemme 4 vorliegender Schaltungsanord- punkten t₂ und t_s (Fig. 2) sinkt das Ausgangssignal D nung als auch eine Eingangsklemme einer aus einem der Vergleicherschaltung5 (Fig. 1) auf Null ab, so-Differentialverstärker hohen Verstärkungsgrades be- wie sich die Amplitude des Ausgangssignals C des stehenden Vergleicherschaltung 5 verbunden. Die 60 Miller-Integrators der Amplitude des Steuersignals andere Eingangsklemme 6 der Vergleicherschaltung 5 an der Eingangsklemme 6 nähert. Jedenfalls ist das dient zur Zuführung einer Steuergleichspannung. Ausgangssignal D der Vergleicherschaltung 5 zum Die Ausgangsklemme der Vergleicherschaltung 5 ist Zeitpunkt i₃ (Fig. 2) auf Null abgesunken, so daß an einen Schalteingang b einer einpoligen Umschalt- auch die Amplitude des Ausgangssignals C des vorrichtung 7 angeschlossen, deren anderer Schalt- 65 Miller-Integrators dem Wert beim Ruhezustand enteingang α mit einer Eingangsklemme 8 zur Zuf üh- spricht, der der Amplitude des der Eingangsklemme 6 rung einer zweiten Steuerspannung verbunden ist, (Fig. 1) der Vergleicherschaltung 5 zugeführten während der Schaltausgang 7 mit einem Ende des Steuersignals entspricht.

Während des durch die Zeitpunkte i₄, i₃ und i₆ (F i g. 2) bestimmten Zeitabschnitts ist die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Schaltung ähnlich wie oben beschrieben. Nur ist aber in diesem Fall die Amplitude des Ausgangssignals C des Miller-Integrators geringer als vorher, da auch die Amplitude des Eingangssignals B des Miller-Integrators im ganzen geringer ist.

Für den Zeitabschnitt, der durch die Zeitpunkte t_v i₈ und i₉ festgelegt ist, ist jedoch das Eingangssignal B negativ, so daß die Amplitude des Ausgangssignals C des Miller-Integrators über den Ruhewert hinaus ansteigt und das Ausgangssignal D der Vergleicherschaltung 5 (F i g. 1) positiv wird. Die Wirkungsweise ist aber in jeder anderen Beziehung ähnlich der Wirkungsweise während des zwischen ^₁ und i₃ (F i g. 2) liegenden Zeitabschnitts, so daß die Amplitude des Ausgangssignals C des Miller-Integrators auf den Ruhewert zurückkehrt und die Amplitude des Ausgangssignals D der Vergleicherschaltung 5 ao (F i g. 1) wieder auf Null abfällt.

Da während des Ruhezustandes der erfindungsgemäßen Anordnung der Umkehrverstärker 1 wirksam bleibt, entsteht kein sprunghafter Übergang oder keine Verzögerung im Einsatz des Sägezahns, wenn die Schaltvorrichtung 7, a, b umgeschaltet wird. Dieser sprunghafte Übergang ist nämlich ein wesentlicher Nachteil bekannter Miller-Integratoren, während bei anderen Sägezahngeneratorenschaltungen die genannte Verzögerung nachteilig ist.

Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Amplitude des Signals B kontinuierlich absinken soll; sie kann aber auch ebensogut konstant bleiben oder sprunghaft geändert werden. Weiterhin läßt sich die Amplitude des Ausgangs- signalsC (Fig. 1) im Ruhezustand der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung durch Änderung des Steuersignals an der Eingangsklemme 6 der Vergleicherschaltung 5 variieren.

Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich insofern abwandeln, als der Widerstand 3 zwischen der Eingangsklemme 8 und der Schaltvorrichtung 7, a, b angeordnet wird. In diesem Fall muß dann auch der Ausgang der Vergleicherschaltung 5 über einen weiteren Widerstand mit einem kleineren Wert als dem des Widerstandes 3 an die Schaltvorrichtung 7, a, b angeschlossen werden. Die Wirkungsweise der Schaltung wird von diesen Änderungen jedenfalls nicht berührt.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ein Sägezahnausgangssignal liefert, bei dem die Amplitude des Ausgangssignals im Ruhezustand und die Steilheit der Amplitudenänderung durch Zuführung eines entsprechenden Steuersignals relativ leicht geändert werden können.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung periodischer, sägezahnförmiger Spannungen einstellbarer Amplitude und Polarität mit Hilfe eines Miller-Integrators, der aus einem kapazitiv rückgekoppelten Verstärker besteht, dem über einen Widerstand impulsförmige Signale zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des kapazitiv rückgekoppelten Verstärkers (1, 2) mit dem ersten Eingang einer Vergleichsschaltung (5) verbunden ist, deren zweitem Eingang (6) ein jeweils die Bezugsspannung der sägezahnförmigen Spannungen (C) definierendes erstes Steuersignal zugeführt wird und deren Ausgang über eine Schaltvorrichtung (7, a, b) derart mit dem Eingang des kapazitiv rückgekoppelten Verstärkers (1,2) verbunden ist, daß das Vergleicherausgangssignal (D) zur jeweiligen Bereitstellung der Bezugsspannung nur während der jeweils die zeitliche Dauer des Auftretens der Bezugsspannung im sägezahnförmigen Ausgangssignal bestimmenden Impulspausen der impulsförmigen Signale (A) wirksam ist, deren jeweilige Amplitude und Polarität entsprechenden Festlagen von Amplitude und Polarität der sägezahnförmigen Spannungen (C) durch den Pegel eines zweiten Steuersignals (B) bestimmt sind.

2. Sägezahngenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ableitung impulsförmiger Eingangssignale (A) eine Schaltvorrichtung (7, a, b) dient, die wechselweise den kapazitiv rückgekoppelten Verstärker (7, a, b) mit der Eingangsklemme (8) zur Zuführung eines kontinuierlichen Eingangssignals (B) und mit der Ausgangsleitung der Vergleicherschaltung (5) koppelt.

3. Sägezahngenerator mindestens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicherschaltung (5) aus einem Differentialverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor besteht.

4. Sägezahngenerator mindestens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand am Eingang des kapazitiv rückgekoppelten Verstärkers (1, 2) durch einen ersten Widerstand zwischen der Eingangsklemme (8) und dem ersten Eingang (a) und einem zweiten Widerstand zwischen dem zweiten Eingang (b) der Schaltvorrichtung (7, a, b) und der Vergleichsschaltung (5) ersetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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