DE2507819A1 - Schaltungsanordnung zur erzeugung einer periodischen spannung und/oder eines periodischen stromes mit in weiten grenzen waehlbarer anstiegsausbildung - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer periodischen Spannung und/oder eines periodischen Stromes mit in weiten Grenzen wählbarer Anstiegsausbildung.
• Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur erzeugung einer periodischen Spannung und/oder eines periodischen Stromes mit in weiten Grenzen wahlbarer Anstiegsausbildung.
• Für die verschiedensten Verwendungszwecke werden periodische Spannungen, seltener auch periodische Ströme mit unterschiedlicher Anstiegsausbildung benötigt.
• So werden z.B. Generatoren für Ablenkzwecke des Blektronenstrahls in Elektronenstrahlröhren benötigt, die eine Sägezahnspannung oder einen Sägezahnstrom sehr hoher Linearität erzeugen sowie eine Beeinflussung der Amplitude und der Lage des Säge zahns zu einem Bezugspo tential gewährleisten. Für diesen Verwendungszweck sind Generatoren bekannt, die eine sägezahnförmige Spannungssteuerung aus endlichem Innenwiderstand über einen Koppelkondensator ermöglichen und gegebenenfalls eine stromproportionale Rückführung enthalten.
• Mittels geeigneter Mittel ist eine Vorkompensation der durch die Koppelkondensatoren verursachten Verzerrungen des Sägezahnstromes üblich. Die erforderliche Sägezahn-Lage-Verschiebung wird über geeignete Entkopplungsmittel bewirkt.
• Diese Generatoren haben ein großes Volumen, einen schlechten .IYirkungsgrad und zudem eine hohe-Ausfallrate.
• Die Vielzahl derartig spezieller Schaltungen beeinträchtigt eine Fertigung dieser Generatoren in großen Stückzahlen erheblich, da dieselben recht aufwendig sind und zu unterschiedliche Bauelemente beinhalten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete, an und für sich bekannte Grundschaltung auszuwählen und schaltungsmäßig derart zu verändern, daß mittels einer geeigneten Ansteuerung eine wählbare anstiegsausbildung; einer periodischen Spannung und/oder eines periodischen Stromes möglich ist.
• Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Schaltungseingang eines Integrators, der aus einem zeitabhängig mit- und zeitunabhängig gegengekoppelten Operationsverstärker besteht, bei dem ein Verbindungs punkt zweier in Reihe geschalteter Widerstände, die einerseits an den Ausgang des Operationsverstärkers und andererseits an ein Bezugspotential gelegt sind, sowohl über einen Widerstand mit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers, der außerdem mit einem am Bezugspotential liegenden Kondensator verbunden ist, dem ein denselben periodisch entladender Schalter zugeordnet ist, und einen mit diesem itiderstand in Reihe geschalteten Widerstand mit dem Schaltungseingang als auch über einen Widerstand mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und einen mit diesem Widerstand in Reihe geschalteten Widerstand mit dem Bezugspotential verbunden ist, mit einer den Anstieg bestimmenden Steuerspannung beaufschlagt ist, daß ein zweiter Steuereingang, der über einen Widerstand mit dem nichtinvertierenden Eingang und einen anderen widerstand mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbunden ist, mit einer zweiten Steuerspannung beaufschlagt ist, die dem am Schaltungsausgang erzeugten zeitlichen Integral der am Schaltungseingang des Integrators anliegenden Steuerspannung in einem durch das Verhältnis des zwischen dem Verbindungapunkt zweier in Reihe geschalteter Widerstände, die einerseits an den Ausgang des Operationsverstärkers und andererseits an ein Bezugspotential gelegt sind, und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegenden Xiderstandes zu dem zwischen dem zweiten Steuereingang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegenden iJlders-t;and bestimmten Maße invertierend und rückwirkungsfrei überlagert wird, daß die beiden Steuerspannungen einer zeitlinearen, periodischen Funktion mit endlich vielen Unstetigkeitsstellen innerhalb des Periodizitätsintervalls genügen und daß die eingesetzten Widerstände ein bestimmtes Verhältnis zueinander haben. Es muß sich der zwischen dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter Widerstände, die mit dem Operationsverstarkerausgang und dem Bezugspotential verbunden sind, und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegende wiiderstand zu dem mit ihm im Mitkopplungszweig in Reihe liegenden, mit dem Schaltungseingang verbundenen Widerstung verhalten wie der zwischen dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter ..iderstandS, die mit dem Operationsverstärkerausgang und dem Bezugspotential verbuiiden sind, und-dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers liegende Widerstand zu dem mit ihm im Gegenkopplungszweig in Reihe liegenden, mit dem Eezugspotential verbundenen Widerstand. Anßerdem muß sich der zwischen dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter Widerstände und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordnete Widerstand zu dem zwischen dem zweiten Steuereingang und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordnete Widerstand verhalten wie der zwischen dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter Widerstände und den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordnete .iiderstand zu dem zwischen dem zweiten Steuereingang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordnete Widerstand.
• als günstig hat sich erwiesen, wenn die Widerstande unter Beachtung o.g. Verhältnisse so ausgelegt sind, daß der zwischen dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter widerstände und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordnete Widerstand gleich dem zwischen dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter Jiderstande und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeordneten Widerstand ist, der im Mitkopplungszweig am Schaltungseingang liegende Widerstand des Integra tors gleich dem im Gegenkopplungszweig am Bezugspotential liegenden Widerstand ist und daß die beiden dem zweiten Steuereingang zugeordneten IJiderstände gleich sind.
• @@r bestimmte Verwendungszwecke ist es vorteilhaft, den fteuereingang eines entsprechend ausgewählten schalters zur periodischen Entladung des im Mitkopplungszweig angeordaeten Kondensators mit dem Ausgang eines monostabilen Multivibrators zu verbinden, dessen Eingang mit dem Ausgang eines Komparators verbunden ist, dessen einer Eingang mit dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter Widerstände, die einerseits an den Ausgang des Operationsverstärkers und andererseits an ein Bezagspotential gelegt sind, und dessen anderer Eingang mit einer einstellbaren, konstanten Referenzspannung beaufschlagt ist.
• Der gleiche Effekt, jedoch weitaus billiger und für die meisten Anwendungsfälle ausreichend läßt sich durch Verwendung eines geeigneten Halbleiterbauelementes als Schalter zur periodischen Entladung des im Mitkopplungszweig angeordneten Kondensators erreichen. Als besonders vorteilhaft und Sür die meisten Anwendungsfälle ausreichend hat sich die Verwendung eines Unijunction-Transistors als Schalter bewährt, während für höhere Ansprüche die Verwendung eines programmierbaren Unijunction-Transistors sinnvoller ist.
• Eine derart ausgebildete Schaltungsanordnung eignet sich hervorragend für einen integrierten Schaltungsaufbau.
• Die Ausgangsspannung dieser Schaltung ist eine dreifach zeitabhängige Funktion. Faßt man die an den beiden Steuereingängen anliegenden Steuerspannungen z.B als zeitlineare periodische Funktionen mit endlich vielen Unstetigkeitsstellen innerhalb eines Periodizitätsintervalls auf, ergeben sich in Abhängigkeit von der Ansteuerung periodische Spannungen und/oder periodische Ströme mit willkürlich wählbarem Anstieg, wodurch sich die Schaltungsanordnung universell einsetzen läßt.
• So ist die Schaltung z.B. zur Erzeugung einer periodischen Sägezahnspannung und/oder eines periodischen Sägezahnstromes sehr hoher 1inearität verwendbar, indem der Schaltungseingang und der zweite Steuereingang 'lt je einer einstellbaren, konstanten Spannung beaufshla sind. Über die am Schaltungseingang anliegende einstellbare, konstante Spannung kann die Amplitude der Sägezahnspannung und über die am zweiten Steuereingang anliegende einstellbare.
• konstante Spannung kann die Lage der Sägezahnspannung zu einem Bezagspotential beeinflußt werden. Durch Veränderung des zwischen dem Verbindungspunkt zweier in Reihe geschalteter, zwischen dem Operationsverstärkerausgang und dem Bezugspotential liegender Widerstände und dem Bezugspotential angeordneten Widerstandes ist eine zusätzliche Beeinflussung des Sägezahnstromes durch den am Operationsverstarkerausgang angeordneten Widerstand möglich.
• Mit gleichem Erfolg ist die Schaltung als progressiver Sägezahngenerator verwendbar, indem der Schaltungaeingang mit einer einstellbaren, konstanten Spannung und der zusätzliche Steuereingang mit einer Sägezahnspannung beausschlag ist.
• Dies läßt sich vorteilhaft derart realisieren, daß der Schaltungseingang mit einer einstellbaren, konstanten Spannungsquelle und der zweite Steuereingang mit dem Schaltungsausgang einer zweiten erfindungsgemäßen Schaltung verbunden ist, deren Schaltungseingang und deren zweiter Steuereingang mit je einer einstellbaren, konstanten Spannung beaufschlagt sind Mit der Schaltung kann auch eine einstellbar schiefsymmetrische Parabelspanuung erzeugt werden, wenn der Schaltungseingang und der zweite Steuereingang mit einer Sägezahnspannung gleicher Periodizität (gleiche Zeitbasis, Phasenverschiebung gleich Null) beaufschlagt sind.
• besonders vorteilhaft wird dies dadurch realisiert, daß der Schaltungseingang und der zweite Steuereingang mit dem Schaltungsausgang einer zweiten erfindungsgemäßen Schaltung verbunden sind, deren Schaltungseingang und deren zweiter Steuereingang mit je einer einstellbaren, konstanten Spannung beaufschlagt sind.
• Ferner ist die Schaltung auch als zeitlich nichtlinearer Sägezahngenerator verwendbar, wenn der Schaltungseingang mit einer diskreten, periodischen Spannungsfolge und der zweite Steuereingang mit einer einstellbaren, Sonstanten Spannung beaufschlagt ist.
• Durch die Erfindung ist es möglich, mit einer Schaltung eine in weiten Grenzen wählbare, definierte Ausbildung des Spannungs- und/oder Stromanstieges zu gewährleisten.
• Dadurch ist die Schaltung für viele Verwendungszwecke geeignet, wodurch eine rationelle Fertigung in großen Stückzahlen ermöglicht wird.
• Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfilrungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Ausbildung der erfindungsgemäßen Schaltung.
• Der den Schaltungsausgang bildende Verbindungspunkt 3 zweier in Reihe geschalteter 4iderstände Bii Rg, die einerseits an den Ausgang des Operationsverstärkers 2 und andererseits an ein Bezugspotential gelegt sind, ist sowohl über einen Widerstand R3 mit dem nichtinvertierenden Eingang 4 des Operationsverstärkers 2 und einen mit dem Widerstand R3 in Reihe geschalteten Widerstand R1 mit dem Schaltungseingang 1 als auch über einen Widerstand R4 mit dem invertierenden Eingang 5 des Operationsverstärkers 2 und einen mit dem Widerstand R4 in Reihe geschalteten Widerstand R2 mit dem Bezugspotential verbunden. Der nichtinvertierende Eingang 4 des Operationsverstärkers 2 ist außerdem mit einem am Bezugspotential liegenden Kondensator C verbunden, dem ein denselben periodisch entladender Schalter S zugeordnet ist. Ein zweiter Steuereingang 6 ist über einen widerstand R5 mit dem nichtinvertierenden Eingang 4 und einen anderen Widerstand R6 mit dem invertierenden Eingang 5 verbunden.
• Die Widerstände R1 bis R6 sind so dimensioniert, daß sich per Widerstand R3 zum Widerstand R1 verhält wie der Widerstand R4 zum Widerstand R2 und der Widerstand R3 zum Widerstand R5 wie der Widerstand R4 zum Widerstand R6.
• Als für die Herstellung sehr günstig hat sich erwiesen, den Widerstand R1 gleich dem Widerstand R2, den Widerstand R3 gleich dem Widerstand R4 und den Widerstand gleich dem Widerstand R6 zu dimensionieren.
• Werden der Schaltungseingang 1 und der zweite Steuereingang 6 mit je einer Spannung u1 bzw. u2 beaufschlagt, die einer zeitlinearen, periodischen Funktion mit endlich vielen Unstetigkeitsstellen innerhalb des Periodizitätsintervalls genügt, kann in Abhängigkeit von den angelegten Spannungen u1 bzw. u2 am Verbindungspunkt 3 eine periodische Spannung entnommen und/oder im Widerstand R7 ein periodischer Strom erzeugt werden, wobei eine deSinierte Anstiegsausbildurg gewährleistet ist. Der periodische Strom durch den Widerstand R7 kann zusätzlich beeinflußt werden, wenn der Widerstand R8 verändert wird.
• Werden der Schaltungseingang 1 und der zweite Steuereingang 6 mit je einer einstellbaren, konstanten Spannung U1 bzw. u2 beaufschlagt, erzeugt die Schaltung eine periodusche Sägezahnspannung und/oder einen Sägezahnstrom sehr hoher Linearität. Mittels der einstellbaren, konstanten Spannung u1 kann die Amplitude der Sägezahnspannung und mittels der einstellbaren, konstanten Spannung u2 die Iage der Sägezahnspannung zu einem bestimmten Bezugspotential beeinflußt werden.
• dird der Schaltungseingang 1 mit einer einstellbaren, konstanten Spannung u1 und der zweite Steuereingang 6 mit einer Sägezahnspannung u2 beaufschlagt, erzeugt die Schaltung eine periodische Spannung und/oder einen periodischen Strom mit progressivem Anstieg.
• Eine einstellbar schiefsymmetrische Parabelspannung wird durch die Schaltung erzeugt, wenn sowohl der SchaltungseinganO 1 als auch der zweite Steuereingang 6 mit einer Sägezahnspannung u1 = u2 gleicher Periodizität, gleicher Zeitbasis und einer Phasenverschiebung gleich Null beaufschlagt sind.
• Die Schaltung kann auch als zeitlich nichtlinearer Sägezahugenerator verwendet werden, wenn der Schaltungseingang 1 mit einer diskreten, periodischen Spannungsfolge ul und der zweite Steuereingang 6 mit einer einstellbaren, konstanten Spannung u2 beaufschlagt sind.
• Ein progressiver Sägezahngenerator wird sinnvoll derart realisiert, daß der Sohaltungseingang 1 mit einer einstellbaren, konstanten Spannung ul beaufschlagt ist und der zweite Steuereingang 6 mit dem Verbindungspunkt 3' einer weiteren derartigen Schaltung verbunden ist, deren Schaltungseingang 1 und deren zweiter Steuereingang 6' jeweils mit einer einstellbaren, konstanten Spannung u1 bzw. u2 beaufschlagt sind.
• Eine einstellbar schiefsymmetrische Parabelspannung wird besonders vorteilhaft derart erzeugt, daß sowohi der Schaltungseingang 1 als auch der zweite Steuereingang 6 der Schaltung mit dem Verbindungspunkt 3' einer weiteren derartigen Schaltung verbunden sind, deren Schaltungseingang 1 und deren zweiter Steuereingang 6 mit je einer einstellbaren, konstanten Spannung u1 bzw. u2 beaufschlagt sind.
• Wird als Schalter S z.B. ein Unijunction-Transistor oder ein programmierbarer Unijunction-Transistor eingesetzt, arbeitet die Schaltungsanordnung selbsttätig, d.h. ohne Beeinflussung von außen.

Claims (13)

PatentansPrüche

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer periodischen Spannung und/oder eines periodischen Stromes mit in weiten Grenzen wählbarer Anstiegsausbildung, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungseingang (1) eines Integrators, der aus einem zeitabhängig mit- und zeitunabhängig gegengekoppelten Operationsverstärker (2) besteht, bei dem ein Verbindungspunkt (3) zweier in Reihe geschalteter Widerstände (R7; R8), die einerseits an den Ausgang des Operationsverstärkers (2) und andererseits an ein Bezugspotential gelegt sind, sowohl über einen Widerstand (R3) mit dem nichtinvertierenden Eingang (4) des Operationsverstärkers (2), der außerdem mit einem am Bezugspotential liegenden Kondensator (C) verbunden ist, dem ein denselben periodisch entladender Schalter (S) zugeordnet ist, und einen mit diesem Widerstand (R3) in Reihe geschalteten Widerstand (R1) mit dem Schaltungseingang (1) als auch über einen Widerstand (R4) mit dem invertierenden Eingang (5) des Operationsverstärkers (2) und einen mit diesem Widerstand (R*) in Reihe geschalteten fliderstand (R2) mit dem Bezagapotevtial verbunden ist, mit einer den Anstieg bestimmenden Steuerspannung (u1) beaufschlagt ist, daß ein zweiter Steuereingang (6), der über einen Widerstand (R5) mit dem niohtinvertierenden Eingang (4) uid einen anderen Widerstand (R6) mit dem invertierenden Eingang (5) des Operationsverstärkers (2) verbunden ist, mit einer Steuerspannung (u2) beauSschlagt-ist, die dem am Schaltungsausgang erzeugten zeitlichen Integral der Steuerspannung (u1) in einem durch das Widerstandsverhältnis (R4 : R6) bestimmten Maße invertierend und rückwirkungsfrei überlagert wird, daß die Steuerspannungen (u1; u2)je einer zeitlinearen, periodischen Funktion mit endlich vielen Unstetigkeitsstellen innerhalb des Periodizitätsintervalls genügen und daß die Widerstände (R1 bis R6) ein bestimmtes Verhältnis zueinander haben, nämlich R3 :R1 =R4:$2 sowie R3:R5 = R4:R6.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R1 bis R6) zusätzlich die Gleichungen R1 = R2:R3 = R4 sowie R5 = R6 erfüllen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang eines Komparators mit dem Verbindungspunkt (3) zweier in Reihe geschalteter Widerstände (R7; R8), die einerseits an den Ausgang des Operationsverstärkers (2) und andererseits an ein Bezugspotential gelegt sind, verbunden ist, der andere Eingang des Komparators mit einer einstellbaren, konstanten Referenzspannung beaufschlagt ist, der Ausgang des Komparators mit dem Eingang eines monostabilen Multivibrators und der iviultivibratorausgang mit dem Steuereingang eines an und für sich bekannten, entsprechend ausgewählten Schalters (S) zur periodischen Entladung des im Mitkopplungszweig angeordneten Koniensators (C) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (S) ein Halbleiterbauelement eingesetzt ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (s) ein Unijunction-Uransistor eingesetzt ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Schalter (S) ein programmierbarer Unijunction-Transistor eingesetzt ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung einen integrierten Aufbau aufweist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekeXxzeichnet, daß der Schaltungseingang (1) und der zweite Steuereingang (6) mit je einer einstellbaren, konstanten Spannung (u1 bzw. u2) beaufschlagt sind.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungseingang (1) mit einer einstellbaren, konstanten Spannung (u1) und dep zite Steuereingan (6) mit einer Sägezahnspannung (u2) beaufschlagt ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Schaltungseingang (1) eine einstellbare, konstante Spannung Cu1) anliegt und der zweite Steuereingang (6) mit dem Verbindungspunkt (3) zweier in Reihe geschalteter Widerstände (R7; R8) einer Schaltung gemäß Anspruch 8 verbunden ist.

11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungseingang (1) und der zweite Steuereingang (6) mit einer Sägezahn-Spannung gleicher Periodizität (gleiche Zeitbasis, Phasenverschiebung gleich Null) beaufschlagt sind.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungseingang (1) und der zweite Steuereingang (6) mit dem Verbindungspunkt (3) zweier Widerstände (R7; R8) einer Schaltung gemäß Anspruch 8 verbunden sind.

13. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungseingang (1) mit einer diskreten, periodischen Spannungsfolge und der zweite Steuereingang (6) mit einer einstellbaren, konstanten Spannung beaufschlagt ist.

L e e r s e i t e