DE1223877B - Saegezahngenerator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/02

Nummer: 1 223 877

Aktenzeichen: M 62866 VIII a/21 al

Anmeldetag: 23. Oktober 1964

Auslegetag: 1. September 1966

Die Erfindung betrifft einen Sägezahngenerator zur Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung, die eine lange Hinlaufzeit, jedoch eine kurze Rücklaufzeit und gute Linearität aufweist.

Bei einer Sägezahnspannung mit einer langen Hinlaufzeit in der Größenordnung von 100 Sekunden und mehr ist es schwierig, eine kurze Rücklaufzeit und eine gute Linearität der sägezahnförmigen Spannung zu erhalten. Bekannte Schaltungen zur Erzeugung sägezahnförmiger Spannungen sind der Millerintegrator, die sogenannte Bootstrap-Schaltung sowie Kipposzillatorschaltungen, bei denen eine Kapazität von einer Quelle konstanten Stromes aufgeladen wird. Derartige Schaltungen sind zufriedenstellend bei der Erzeugung von Sägezahnspannungen relativ kurzer Periode. Zur Erzeugung von Spannungen langer Periode ist es aber notwendig, Kondensatoren großer Kapazität zu verwenden, die mit ansteigender Periodendauer der Sägezahnspannung .ansteigt. Derart große Kondensatoren haben aber große Kriechströme, die eine mangelhafte Linearität' in der erzeugten Spannung verursachen. Da außerdem bei solchen Schaltungen die zur Entladung des Kondensators dienenden Schaltelemente nur einen begrenzten Strom verarbeiten können, sind dem Verhältnis von Hinlaufzeit zu Rücklaufzeit Grenzen gesetzt. Bei einer langen Hinlaufzeit, d. h. großen Kondensatoren, ist eine kurze Rücklaufzeit praktisch nicht erreichbar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierigkeiten zu vermeiden. Durch die Erfindung wird es ermöglicht, Rücklaufzeiten in der Größenordnung von 10~⁴ Sekunden und gute Linearität der sägezahnförmigen Spannung bei einer Hinlaufzeit in der Größenordnung von 10³ Sekunden zu erzielen.

Die Erfindung besteht bei einem Generator für eine Sägezahnspannung besonders langer Periodendauer darin, daß zunächst eine Treppenspannung erzeugt wird, deren Amplitude sich während der langen Periodendauer in gleichmäßigen Stufen ändert, und daß diese Treppenspannung durch Hinzufügen einer sägezahnförmigen Hilfsspannung mit der Periodendauer und der Amplitude einer Treppenstufe zu der gewünschten Sägezahnspannung ergänzt wird.

Es ist zwar bekannt (»Elektronik«, 1957, S. 167), durch Zusammenfügen einer ersten Sägezahnspannung mit einer zweiten, höherfrequenten Sägezahnspannung eine Treppenspannung zu gewinnen. Dieser Schaltung liegt aber nicht die Aufgabe zugrunde, eine Sägezahnspannung besonders langer Periodendauer zu erzeugen. Auch wird hier nicht zur Erzeu-Sägezahngenerator

Anmelder:

Marconi Instruments Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,

Hannover, Göttinger Chaussee 76

Als Erfinder benannt:

John Francis Fulford, St. Albans, Hertfordshire

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 24. Oktober 1963 (41 966),
vom 23. September 1964

gung einer Sägezahnspannung zunächst eine Treppenspannung erzeugt, die dann durch eine höherfrequente Sägezahnspannung zu einer Sägezahnspannung langer Periodendauer ergänzt wird.

Die sägezahnförmige Hilfsspannung wird im folgenden als Sägezahnspannung kurzer Periodendauer bezeichnet.

Die Addition der beiden genannten Spannungen erfolgt vorzugsweise in einem Addiernetzwerk, wobei Mittel vorgesehen sind, mit denen die Amplituden der beiden Spannungen gegensinnig veränderbar sind, so daß nach entsprechender Einstellung die Amplitude der Sägezahnspannung kurzer Periodendauer der Amplitude der einzelnen Stufen der Treppenspannung gleich ist.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung haben die beiden zusammengefügten Spannungen, d. h. die Treppenspannung und die Sägezahnspannung kurzer Periode, bereits bei ihrer Erzeugung gleiche Amplitude.

Vorzugsweise wird die Treppenspannung von einem digitalen Treppenspannungsgenerator erzeugt, der durch Impulse von einem Generator angesteuert wird, der gleichzeitig den Generator für die Sägezahnspannung kurzer Periode steuert. Der genannte Generator zur Erzeugung der Sägezahnspannung kurzer Periode enthält vorzugsweise einen Kondensator, eine den Kondensator aufladende Quelle an-

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nähernd konstanten Stromes sowie eine durch den Die Schaltung nach Fig, 1 erzeugt gemäß Fig. 2a

Impulsgenerator gesteuerte Schaltung zur Entladung am Ausgang der Addierstufe 6 eine Treppenspan-

des Kondensators. nung 10, wobei die Periodendauer einer Stufe, d. h.

Die Periodendauer und/oder die Steigung der er- die Breite einer Stufe, gegeben ist durch die Periode findungsgemäß erzeugten Sägezahnspannung langer 5 der Steuerimpulse 13 vom Impulsgenerator 1, und Periode können dadurch einstellbar gemacht werden, zwar ist die Periodendauer einer Treppenstufe gleich daß der Treppenspannungsgenerator und gleichzeitig der Periodendauer der Steuerimpulse 13 am Ausder Generator für die Sägezahnspannung kurzer gang des Impulsgenerators 1. Am »heißen« Ende des Periode eingestellt werden, wobei bei allen Einstel- Kondensators 3 wird eine Sägezahnspannung 11 gelungen die Summe der beiden Spannungen der bei- io maß Fig. 2b kurzer Periode erzeugt und dem Einden Generatoren eine Sägezahnspannung annähern gang des Trennverstärkers 7 zugeführt. Die Pelinearen Verlaufes und langer Periode ergibt. Wenn riodendauer dieser Sägezahnspannung kurzer Periode der Impulsgenerator gleichzeitig den digitalen Trep- ist gleich der Periodendauer einer Stufe der Treppenspannungsgenerator und die Entladung des Kon- penspannung 10, und die Amplitude der Sägezahndensators bewirkt, der sich in dem Generator zur 15 spannung 11 ist gleich dem Amplitudenunterschied Erzeugung der Sägezahnspannung kurzer Periode zwischen zwei Treppenstufen in der Treppenspanbefindet und von einer Quelle konstanten Stromes nung 10.

aufgeladen wird, kann die Frequenz des Impuls- Es ist auch möglich, daß die Amplitude der Sägegenerators einstellbar und mit einer Steuerschaltung zahnspannung 11 nicht gleich dem Amplitudenunter·' gekuppelt sein, die die Ausgangsspannung der Quelle _ao schied zweier Stufen der Treppenspannung 10 ist konstanten Stromes beeinflußt. Dann ist aber die Addierstufe 8 so eingestellt, daß

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der durch die Addition der beiden zugeführten Span* Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher nungen die Amplituden der effektiv zusammengefügerläutert, ten Spannungen 10 und 11 wieder gleich groß sind,

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der Erfindung, 35 Die beiden Spannungen 10 und 11 gemäß Fig. 2a

während in und 2b ergeben'nach ihrer Zusammenfügung in der

F i g. 2 Kurvenzüge zur Erläuterung der Wir- Addierstufe 8 eine Sägezahnspannung 12 . langer

kungsweise der Schaltung nach F i g. 1 dargestellt Periode gemäß F i g. 2 c, die eine gute Linearität und

sind; eine besonders kurze Rücklaufzeit aufweist. .

Fig. 2a zeigt die erzeugte Treppenspannung, 30 Die Sägezahnspannung 11 kurzer Periode dient

Fig. 2b die Sägezahnspannung kurzer Periode also dazu, die einzelnen Treppenstufen der Treppen-:

und spannung 10 »aufzufüllen«. Das Verhältnis der

Fig. 2c die Sägezahnspannung langer Periode Periodendauer der Sägezahnspannung 12 langer

und kurzer Rücklaufzeit, die durch die Addition der Periode zu der »Auffüllspannung 11« kann also be-

Spannungen gemäß den Fig. 2a und 2b entsteht. 35 liebig groß gemacht werden, indem eine entspre-

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die chende Anzahl von Stufen in der Treppenspannung

Steigung der Sägezahnspannung langer Periode Ί0 gewählt wird. Wenn,, wie in dem dargestellten

positiv, d. h., die Spannung steigt in ihrer Ampli- Ausfuhrungsbeispiel, der Treppenspannungsgenera-

tude mit der Zeit an. Die Erfindung ist natürlich tor 5 eine digitale Schaltungsanordnung ist, ist die

auch anwendbar für die Erzeugung einer sägezahn- 40 Zahl der Stufen im allgemeinen ein Vielfaches von

fönnigen Spannung langer Periode und negativer zwei. Durch entsprechende Nachstellimpulse kann

Steigung. aber in bekannter Weise auch eine andere Zahl von

Fig. 1 zeigt einen Impulsgenerator, dessen Fre- Treppenstufen erzielt werden. Beispielsweise entquenz, wie durch den Pfeil dargestellt, einstellbar ist. steht durch die Addition einer Treppenspannung mit Die Schaltung enthält außerdem eine Quelle 2 an- 45 512 (2⁹) Stufen und einer »Auffüllspannung« mit nähernd konstanten Stromes bekannter Bauart. Vor- einer Periodendauer von 5 Sekunden eine Sägezahnzugsweise ist der Wert des konstanten Stromes am spannung mit einer langen Periode von 2560 Sekun-Ausgang der Quelle 2, wie durch den Pfeil angedeu- den, wobei trotz der großen Länge dieser Periodentet, einstellbar. Die Einstellmittel des Impulsgenera- dauer die Rücklaufzeit der entstehenden Ausgangstors 1 und der Quelle 2 sind miteinander verkoppelt, 50 spannung in der Größenordnung der Rücklaufzeit wie durch die strichpunktierte Linie angedeutet. der »Auffüllspannung« liegt. Da die Periodendauer

Der Strom von der Quelle 2 lädt annähernd linear dieser »Auffüllspannung« nur 5 Sekunden beträgt,

einen Kondensator 3 auf, der über eine Entlade^ so ist es nicht schwierig, eine Rücklaufzeit in der

schaltung 4 entladen werden kann. Die Entladeschal- Größenordnung von 10~⁴ Sekunden zu erzielen,

tang 4 wird durch Steuerimpulse 13 vom Impuls- 55 Die Periodendauer der Treppenspannung 10 kann

generator 1 gesteuert. durch Änderung der Impulsfrequenz der Steuer-

Die Steuerimpulse 13 werden außerdem einer An- impulse 13 vom Impulsgenerator 1 geändert werden. Ordnung 5 mit binären Schaltungen zugeführt, deren Zur Erhaltung der Linearität in der Sägezahnspan-Ausgänge an eine Summierschaltung 6 angeschlos- nung 12 langer Periodendauer wird bei einer Einsen sind, die aus den zugeführten Eingangsspannun- 60 stellung deren Periode die Steigung der »Auffüllgen eine Treppenspannung 10 erzeugt, spannung 11« ebenfalls so eingestellt, daß diese

Das »heiße« Ende des Kondensators 3 ist an den »Auffüllspannung« die Treppenspannung 10 immer Eingang eines Trennverstärkers 7 angeschlossen. Die gerade auffüllt. Um einen großen Einstellbereich für Ausgangsspannungen der Addierstufe 6 und des die Frequenz der Ausgangsspannung 12 zu erzie-Trennverstärkers 7 werden in einer Addierstufe 8 65 len, kann die Zahl der Treppenstufen in der Trep-· zusammengefügt, die an einer Ausgangsklemme 9 penspannung 10 auf verschiedene Werte einstellbar die gewünschte Sägezahnspannung 12 langer Periode sein, so daß bei einem verhältnismäßig kleinen Beliefert, reich der Frequenz der Steuerimpulse 13 und der

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Sägezahnspannung 11 ein großer Frequenzbereich für die erzeugte Sägezahnspannung 12 erzielt werden kann.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Generator für eine Sägezahnspannung besonders langer Periodendauer, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Treppenspannung (10) erzeugt wird, deren Amplitude sich während der langen Periodendauer in gleichmäßigen Stufen ändert, und daß diese Treppenspannung (10) durch Hinzufügen einer sägezahnförmigen Hilfsspannung (11) mit der Periodendauer und der Amplitude einer Treppenstufe zu der gewünschten Sägezahnspannung (12) ergänzt wird.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden der in einer Addierstufe (8) zusammengesetzten Treppenspannung (10) und der Hilfsspannung (11) gegensinnig veränderbar sind.

3. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treppenspannung (10) von einem digitalen Treppenspannungsgenerator (5) erzeugt wird, der durch Impulse (13) eines gleichzeitig den Hilf sspaanungsgenerator (2, 3, 4) steuernden Impulsgenerator (1) gesteuert wird.

4. Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsspannungsgenerator einen Kondensator (3) und eine daran angeschlossene Quelle (2) konstanten Stromes enthält, und daß der Kondensator (3) durch eine vom Impulsgenerator (1) gesteuerte Schaltung (4) entladen wird.

5. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Periodendauer und/oder Amplitude der Sägezahnspannung (12) langer Periodendauer der Treppenspannungsgenerator (5) und der Hilfsspannungsgenerator (2, 3, 4) gleichzeitig so einstellbar sind, daß bei jeder Einstellung die Summe der Spannungen (10, 11) der beiden Generatoren die gewünschte Sägezahnspannung (12) ergibt.

6. Generator nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Impulsgenerators (1) und die Ausgangsspannung der Quelle (2) konstanten Stromes im Gleichlauf einstellbar sind.

7. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer einer Treppenstufe klein ist gegenüber der langen Periodendauer der gewünschten Sägezahnspannung (12).

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Elektronik«, 1957, Nr. 6, S. 167 und 168.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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