DE2249082C3

DE2249082C3 - Dreieckspannungsgenerator

Info

Publication number: DE2249082C3
Application number: DE2249082A
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Ing.(Grad.) 2000 Hamburg Herzner
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1972-10-06
Filing date: 1972-10-06
Publication date: 1980-11-27
Also published as: FR2202404A1; JPS5624417B2; DE2249082A1; US3859603A; CA994436A; DE2249082B2; JPS4974468A; FR2202404B1; GB1412380A

Description

der ersten Steuerspannung.

Die Frequenz der Dreieckspannung kann durch Verändern der ersten Hilfsspannung eingestellt werden, jedoch ändert sich dann auch das Testverhältnis der Dreieckspannung. Um dies zu vermeiden, wird die erste Steuerspannung durch eine zweite Multiplizierschaltung erzeugt, deren einer Eingang die erste Hilfsspannung zugeführt wird und deren anderer Eingang mit dem Ausgang einer zweiten Dividierschaltung verbunden isl. Dem Dividendeneingang dieser zweiten Dividierschaltung wird eine zweite Hilfsspannung zugeführt, und an den Divisoreingang wird eine Tastverhältnis-Steuerspannung angelegt, mittels der das Tastverhältnis direkt proportional eingestellt werden kann. Die Frequenz der Dreieckspannung ist weiterhin η direkt proportional der ersten Hilfsspannung, jedoch beeinflußt diese nicht mehr das Tastverhältnis. Damit können also das Tastverhältnis und die Frequenz der Dreieckspannung unabhängig voneinander durch jeweils eine Spannung eingesteJJ t werden.

Die Amplitude der Dreieckspannung ist durch den Abstand der beiden Spannungsschwellen, d. h. durch den dadurch bestimmten Spannungsbereich gegeben. Wenn die Amplitude der Dreieckspannung durch z. B. Vergrößern des Spannungsbereichs vergrößert wird, wird die Frequenz der Dreieckspannung niedriger, da bei gleicher Steilheit der ansteigenden und abfallenden Flanke deren Gesamtdauer und damit die Periodendauer der Dreieckspannung vergrößert wird. Um dies zu vermeiden, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die erste Hilfsspannung an dem Ausgang einer dritten Multiplizierschaltung erzeugt, an deren einem Eingang eine den Abstand der Spannungsschwellen bestimmende Schwellen-Steuerspanung und an deren anderem Eingang eine Frequenz-Steuerspannung anliegt. Dadurch ist es nun möglich, sowohl die Frequenz als auch die Amplitude und das Tastverhältnis der Dreieckspannung unabhängig voneinander einzustellen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Prinzipschaltung zur Erzeugung einer Dreieckspannung mittels eines Kondensators und eines umschaltbaren Stromgenerators,

Fig.2 den zeitlichen Verlauf der Spannung am Kondensator,

Fig.3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Veränderung des Tastverhältnisses,

F i g. 4 das Blockschaltbild einer erweiterten Schaltungsanordnung nach F i g. 3,

Fig.5 ein Blockschaltbild einer erweiterten Schaltungsanordnung nach F i g. 4.

Die Grundschaltung zur Erzeugung einer Dreickspannung ist in F i g. 1 dargestellt. Der Stromgenerator / erzeugt an seinem Ausgang einen Strom, der proportional zu der Spannung an seinem Steuereingang ist. In der gezeichneten Stellung des Umschalters S ist dies die Steuerspannung U). Der Strom lädt einen Kondensator C auf, an dem eine zeitlich linear ansteigende Spannung e>o entsteht. Wenn diese Sp^'n: · ■? einen oberen Schwellwert erreicht, schaltet ein nicht gesondert dargestellter Schwellwertschalter den Umschalter 5 um, so daß nunmehr die Steuerspannung Ui an dem Steuereingang des Stromgenerators / liegt. Diese Steuerspannung hat einen derartigen Wert, daß sie am Ausgang einen Strom in umgekehrter Richtung erzeugt, der den Kondensator C in entgegengesetzter Richtung auflädt, so daß eine zeitlich linear abfallende Spannung daran entsteht Wenn diese Spannung nun einen unteren Schwellwert erreicht, schaltet der Schwellwertschalter den Umschalter 5 zurück, so daß am Steuercingang des Stromgenerators / wieder die Steuerspannung U\ liegt, die den Kondensator wieder positiv auflädt Durch eine Steuerspannung Us kann der Abstand der Spannungsschwellen, bei denen der Schwellwertschalter in dem Stromgenerator / umschaltet und damit die Amplitude der Dreieckspannung beeinflußt werden. Der Aufbau des Stromgenerators mit dem darin enthaltenen Schwellwertschalter soll hier nicht näher erläutert werden, da solche Schaltungen bekannt und nicht Gegenstand der Erfindung sind.

Der zeitliche Verlauf der Dreieckspannung ist in F i g. 2 dargestellt Die Steigung der ansteigenden Flanke wird durch die Größe des Stromes und des Kondensators Cin Fig. 1 bestimmt Da der Wert des Kondensators C konstant und der Strom proportional der Steuerspannung Ui ist, ist die Anstiegszeit t_a„ bei festen Spannungsschwellen umgekehrt proportional dieser Steuerspannung. Das gleiche gilt für die Abfallzeit tab, die umgekehrt proportional der Steuerspannung Uz ist. Die Summe von Anstiegs- und Abfallzeit ist die Periodendauer bzw. der Kehrwert der Frequenz /der Dreieckspannung.

Aus der F i g. 2 ist unmittelbar zu erkennen, daß eine Veränderung des Tastverhältnisses Γ durch Änderung der Anstiegszeil /,-,„ oder der Abfallzeit f.* unmittelbar eine Änderung der Periodendauer und damit der Frequenz der Dreieckspannung zur Folge hat. Das Tastverhältnis Twird hier wie folgt definiert.

T =

Außerdem ist aus F i g. 2 zu erkennen, dab eine Änderung des Spannungsbereichs U_s zwischen den Schwellspannungen £//>und Un, bei denen der Schwellwertschalter in dem Stromgenerator /in Fig. 1 anspricht, auch unmittelbar die Frequenz der Dreieckspannung verändert, da die Steigung der Flanken unverändert bleibt und sich dadurch die Anstiegszeit und die Abfallzeit im gleichen Verhältnis verändern.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Tastverhältnis der Dreieckspannung durch Veränderung nur einer Steuerspannung ohne Beeinflussung der Frequenz verändert werden kann, ist in F i g. 3 dargestellt. Darin ist die Anordnung 1 die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung. Die erste Steuerspannung U] wird dem Umschalter 5 direkt von außen zugeführt, während die zweite Steuerspannung durch eine Dividierschaltung 2 erzeugt wird. Der Dividendeneingang dieser DividierschaUung ist mit dem Ausgang einer Multiplizierschaltung 4 verbunden, an deren beiden Eingängen die erste Steuerspannung U\ und eine erste Hilfsspannung Uh angeschlossen ist, und der Divisoreingang der Dividierschaltung 2 ist mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers 3 verbunden, an dessen nicht invertierenden Eingang die erste Hilfsspannung Uh und an dessen invertierenden Eingang die erste Steuerspannung U\ anliegt. Wenn bei dieser Schaltungsanordnung die erste Steuerspannung U\ verändert wird, ändert sich die an dem Ausgang der Dividierschaltung 2 erzeugte zweite Steuerspannung gerade so, daß nur das

Tastverhältnis der erzeugten Dreieckspannung verändert wird, ohne die Frequenz zu beeinflussen. Für die Frequenz / der Dreieckspannung gilt nämlich nach Fig.2:

^f"T_m

Wenn in diese Gleichung die durch die Schaltungsanordnung nach Fig.3 erzeugte Spannung eingesetzt wird, so ergibt sich, daß dann in der Gleichung für die Frequenz /" die Steuerspannung ü\ nicht mehr vorkommt.

Die Dividierschaltung 2 ist eine Schaltungsanordnung, die an ihrem Ausgang eine Spannung erzeugt, deren Wert gleich dem Wert der an dem oberen Eingang anliegenden Spannung geteilt durch den Wert der an dem unteren Eingang anliegenden Spannung ist, gegebenenfalls mit einem Proportionalitätsfaktor. Die¹ Multiplizierschaltung 4 ist eine Schaltungsanordnung, bei der der Wert der Ausgangsspannung gleich dem Produkt der Werte der beiden Eingangsspannungen ist, wobei auch gegebenenfalls ein konstanter Faktor zu berücksichtigen ist. Der Differenzverstärker 3 ist eine Schaltungsanordnung, bei der der Wert der Ausgangsspannung gleich der Differenz der Werte der Eingangsspannungen ist. Der Aufbau derartiger Schaltungen ist bekannt und soll hier nicht näher erläutert werden, da er nicht erfindungswesentlich ist.

Bei der Schaltungsanordnung nach F i g. 3 ist das Tastverhältnis Tumgekehrt proportional zu der ersten Steuerspannung U\, und bei Änderung der Frequenz f der erzeugten Dreieckspannung durch Änderung der ersten Hilfsspannung Unwrd auch das Tastverhältnis T mit beeinflußt Um dies zu vermeiden, wird eine in Fig.4 dargestellte Schaltungsanordnung verwendet.

Darin wird auch die erste Hilfsspannung nicht mehr von außen direkt zugeführt, sondern durch eine zweite Multiplizierschallung 5 erzeugt, an deren einem Eingang die erste Hilfsspannung Uu anliegt und deren anderer Eingang mit dem Ausgang einer zweiten Dividierschaltung 6 verbunden ist, an deren Dividendeneingang eine zweite Hilfsspannung Un und an deren Divisoreingang eine Tastverhältnis-Steuerspannung Ut anliegt. Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Hilfsspannung Un

m wieder direkt proportional zu der Frequenz f der erzeugten Dreieckspannung, beeinflußt nun aber nicht mehr das Tastverhältnis T. Durch die Dividierschaltung 6 ist das Tastverhältnis Γ nun auch direkt proportional zu der Tastverhältnis-Steuerspannung Ur, wobei die zweckmäßig konstant zu haltende zweite Hilfsspannung Ui; einen konstanten Faktor für die Tastverhäitnis-Steuerspannung darstellt. Diese zweite Dividierschaltung 6 kann entfallen, wenn das Tastverhältnis T umgekehrt proportional zu einer Steuerspannung sein soll.

Wie bereits erwähnt, ist die Frequenz /"der erzeugten Dreieckspannung abhängig von deren Amplitude, die durch den Abstand der beiden Schwellspannungen Up und Un nach F i g. 2 gegeben ist, wobei dieser Abstand durch die Schwellen-Steuerspannung Usbestimmt wird. Um diese Abhängigkeit zu vermeiden, wird die in F i g. 5 dargestellte Schaltungsanordnung verwendet. Darin wird die erste Hilfsspannung durch eine weitere Multiplizierschaltung 7 erzeugt, an deren Eingängen die

jo Frequenz-Steuerspannung Urund die Schwellen-Steuerspannung Us anliegt. Im übrigen ist diese Schaltungsanordnung gleich der in F i g. 4 dargestellten.

Mit der Schaltungsanordnung nach Fig.5 können nun alle 3 Parameter der erzeugten Dreieckspannung voneinander unabhängig durch jeweils eine Steuerspannung eingestellt werden, nämlich das Tastverhältnis T proportional durch die Tastverhältnis-Steuerspannung Ur, die Frequenz / proportional durch die Frequenz-Steuerspannung Uf und die Amplitude proportional durch die Schwellen-Steuerspannung Us-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer steuerbaren Dreieckspannung mittels eines spannungsgesteuerten Stromgenerators, dessen Ausgang einen der an einem Steuereingang anliegenden Spannung proportionalen Strom in einen Kondensator einspeist, an dem die Dreieckspannung abnehmbar ist, und dessen Steuereingang über einen Umschalter abwechselnd mit einer von zwei Steuerspannungen verbunden ist, die zueinander ι ο entgegengesetzte Ströme am Ausgang des Stromgenerators erzeugen, wobei der Umschalter jeweils umgeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung einen durch· zwei Spannungsschwellen gegebenen Spannungsbereich überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerspannung (U\) an dem einen Eingang einer Multiplizierschaltung (4) und an dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers (3) anliegt, daß eine erste Hilfsspannung (Uh) an dem anderen Eingang der Multiplizierschaltung (4) und an dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers (3) anliegt, daß der Ausgang der Multiplizierschaltung (4) mit dem Dividendeneingang und der Ausgang des Differenzverstärkers (3) mit dem Divisoreingang 2'> einer Dividierschaltung (2) verbunden ist, deren Ausgang die zweite Steuerspannung für den Stromgenerator (1) liefert, und daß die erste Steuerspannung (U\) das Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Wieder- jo holfrequenz bestimmt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Hilfsspannung (UiJ an dem Dividendeneingang und eine Tastverhältnis-Steuerspannung (Ut) an dem Divisoreingang einer zweiten Dividierschaltung (6) anliegen, daß der Ausgang der zweiten Dividierschaltung (6) mit dem einen Eingang einer zweiten Multiplizierschaltung (5) verbunden ist und die erste Hilfsspannung (Un) auch an dem anderen Eingang dieser zweiten Multiplizierschaltung (5) anliegt, daß das Ausgangssignal der zweiten Multiplizierschaltung (5) die erste Steuerspannung (U\) darstellt, und daß die erste Hilfsspannung (Uh) nur die Wiederholfrequenz der Dreieckspannung ohne Beeinflussung deren Tast-Verhältnisses und die Tastverhältnis-Steuerspannung (Ut) nur das Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflussung deren Wiederholfrequenz bestimmt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Frequenz-Steuerspannung (Ur) an dem einen Eingang und eine den Abstand der Spannungsschwellen bestimmende Schwellen-Steuerspannung (Us) an dem anderen Eingang einer dritten Multiplizierschaltung (7) anliegt, daß das Ausgangssignal dieser dritten Multiplizierschaltung (7) die erste Hilfsspannung (Uh) darstellt, und daß die Schwellen-Steuerspannung (Us) nur die Amplitude der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Frequenz und des Tastverhältnisses und die Fre- to quenz-Steuerspannung (Ui) nur die Wiederholfrequenz der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Amplitude oder des Tastverhältnisses bestimmt, und das die Tastverhältnis-Steuerspamnung (U_T) nur das Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflus- bs sung der Frequenz und der Amplitude bestimmt.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer steuerbaren Dreieckspannung mittels eines spannungsgesteuerten Stromgenerctors, dessen Ausgang einen der an einem Steuereingang anliegenden Spannung proportionalen Strom in einen Kondensator einspeist, an dem die Dreieckspannung abnehmbar ist, und dessen Steuereingang über einen Umschalter abwechselnd mit einer von zwei Steuerspannungen verbunden ist, die zueinander entgegengesetzte Ströme am Ausgang des Stromgenerators erzeugen, wobei der Umschalter jeweils umgeschaltet wird, wenn die Ausgangsspannung einen durch zwei Spannungsschwellen gegebenen Spannungsbereich überschreitet.

Die Erzeugung von Dreieckspannungen durch Auf- und Entladung eines Kondensators mittels konstanten Strömen ist an sich bekannt. So besteht in der US-PS 34 40 448 der Stromgenerator aus zwei Stromquellen mit entgegengesetzt gerichteten Strömen, von denen die eine, einen größeren Strom liefernde Stromquelle durch einen Vergleicher ein- bzw. ausgeschaltet wird, wenn ein Vergleicher feststellt, daß die an dem Kondensator entstehende Ausgangsspannung einen vorgegebenen Spannungsbereich verläßt. Die Ströme beider Stromquellen können gemeinsam durch eine Eingangsspannung gesteuert werden, so daß sich damit die Frequenz der Dreieckspannung verändert. Eine spannungsgesteuerte Veränderung des Tastverhältnisses der Dreieckspannung ist damit jedoch nicht möglich und auch nicht beabsichtigt.

Eine weitere Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Dreieckspannung ist aus der DE-AS 19 21 035 bekannt, wo ebenfalls ein Kondensator durch einen Stromgenerator abwechselnd auf- und entladen wird und der Stromgenerator wieder zwei Stromquellen mit entgegengesetzt gerichteten Strömen enthält, von denen die eine Stromquelle durch einen Schwellwertschalter ein- bzw. ausgeschaltet wird, wenn die Spannung an dem Kondensator die vorgegebenen Schwellspannungen erreicht. Hier sind beide Stromquellen voneinander unabhängig steuerbar, so daß die Steilheit der ansteigenden und der abfallenden Flanke der Aissgangsspannung und damit das Tastverhältnis eingestellt werden können. Dadurch wird im allgemeinen aber gleichzeitig die Wiederholfrequenz der Dreieckspannungsperiode verändert.

Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe eine Schaltungsanordnung anzugeben, mittels der das Tastverhältnis der Dreieckspannung verändert werden kann, ohne die Wiederholfrequenz zu beeinflussen. Ausgehend von der eingangs angegebenen Schaltungsanordnung löst die Erfindung diese Aufgabe dadurch, daß die erste Steuerspannung an dem einen Eingang einer Multiplizierschaltung und an dem invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers anliegt, daß eine erste Hilfsspannung an dem anderen Eingang der Multiplizierschaltung und an dem nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers anliegt, daß der Ausgang der Multiplizierschaltung mit dem Dividendeneingang und der Ausgang des Differenzverstärkers mit dem Divisoreingang einer Dividierschaltung verbunden ist, deren Ausgang die zweite Steuerspannung für den Stromgenerator liefert, und daß die erste Steuerspannung das Tastverhältnis der Dreieckspannung ohne Beeinflussung der Wiederholfrequenz bestimmt. Auf diese Weise kann durch Verändern nur einer Steuerspannung direkt das Tastverhältnis verändert werden, ohne die Frequenz zu beeinflussen. Allerdings ändert sich dabei das Tastverhältnis umgekehrt proportional zu