DE2444250B2

DE2444250B2 - OSCILLATOR FOR GENERATING A RECTANGULAR PULSE TRAIN, WHOSE PULSE TRAIN FREQUENCY CAN BE CONTROLLED

Info

Publication number: DE2444250B2
Application number: DE19742444250
Authority: DE
Inventors: Ernst Alfred Dipl.-Ing.; Koeth Helmut; 8000 München Fuchs
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1974-09-16
Publication date: 1976-07-22
Also published as: DE2444250A1

Description

Ausgang (P7) des Verstärkers (V) und an einen Erfindungsgemäß ist beim Oszillator der eingangs zweiten Schaltungspunkt (P4) mit einem zweiten 5° genannten Gattung der Ausgang des Verstärkers mit konstanten Potential je eine entgegengesetzt ge einem in TTL-Technik erstellten Schmitt-Trigger verpolte Diode (Dl bzw Dl) angeschlossen ist bunden. dessen erster Schwellwert und dessen zweiter (Fig. 1, 2). Schwellwert beide die gleiche Polarität besitzen undOutput (P7) of the amplifier (V) and to an according to the invention is at the oscillator of the initially second circuit point (P4) with a second 5 ° named type of the output of the amplifier with constant potential each one opposite to a Schmitt trigger created in TTL technology Reverse polarity diode (Dl or Dl) connected is tied. its first threshold value and its second (Fig. 1, 2). Threshold value both have the same polarity and

5. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch ge- der über seinen Ausgang die rechteckförmige Impulskennzeichnet, daß als Verstärker ein Operations- 55 folge abgibt, deren Impulsflanken in Abhängigkeil verstärker (V) vorgesehen ist. vom ersten bzw. zweiten Schwellwert der Ladespan-5. Oscillator according to claim 1, characterized in that the output of the square-wave pulse characterizes the output of an operational sequence as an amplifier, the pulse edges of which are provided in the dependent wedge amplifier (V). from the first or second threshold value of the charging voltage

6. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch ge- nung am Ladekondensator erzeugt werden. Außerkennzeichnet, daß als Verstärker ein CMOS-In- dem ist der Ausgang des Schmitt- Triggers mit einem verter vorgesehen ist. Steuereingang des Schaltelementes verbunden.6. The oscillator according to claim 1, characterized in that the charging capacitor is generated. Unmarked, that the amplifier is a CMOS-In- the output of the Schmitt trigger with a verter is provided. Control input of the switching element connected.

60 Der erfindungsgemäße Oszillator zeichnet sich60 The oscillator according to the invention stands out

durch geringen technischen Aufwand aus, weil derdue to low technical effort, because the

mit dem Ausgang des Verstärkers verbundeneconnected to the output of the amplifier

Die Erfindung bezieht sich auf einen Oszillator zur Schmitt-Trigger einen geringeren technischen AufErzeugung einer rechteckförmigen Impulsfolge, deren wand erfordert als die beiden Vergleicher und der Impulsfolgefrequenz steuerbar ist und der einen Inte- 65 zweite Integrator beim eingangs genannten bekanngrator enthält, der seinerseits aus einem invertieren- ten Oszillator. Da es Schmitt-Trigger in TTL-Bauden Verstärker besteht, dessen Ausgang über einen weise gibt, ist der erfindungsgemäße Oszillator ohne Ladekondensator mit dem invertierenden Eingang des zusätzlichen technischen Aufwand in TTL-BauweiseThe invention relates to an oscillator for Schmitt trigger of a lower technical level a rectangular pulse train whose wall requires than the two comparators and the Pulse repetition frequency is controllable and the one integrator 65 second integrator in the above-mentioned known which in turn consists of an inverted oscillator. Since there are Schmitt triggers in TTL structures There is an amplifier whose output is wise, the oscillator according to the invention is without Charging capacitor with the inverting input of the additional technical effort in TTL design

realisierbar. Durch die Verwendung des Schmitt-Triggers treten keine unerwünschten Schwingungen auf. weil der Rückkopphingsweg vcm Ausgang des Schmitt-Triggers zum elektronisch steuerbaren Schaltelement denkbar kurz gehalten werden kann, wogegen beim bekannten Oszillator ein relativ langer Rückkopplungsweq vom Ausgang des ersten Vergleichers über den zweiten Integrator und über den zweiten Vergleicher zum steuerbaren Schaltelement berücksichtigt werden muß.realizable. Using the Schmitt trigger prevents unwanted oscillations on. because the Rückkopphingsweg vcm output of the Schmitt trigger for the electronically controllable switching element can be kept as short as possible, whereas with the known oscillator a relatively long feedback path from the output of the first comparator via the second integrator and via the second Comparator to the controllable switching element must be taken into account.

Falls eine rechteckförmige Impulsfolge mit einer relativ niedrigen Impulsfolgefrequenz erzeugt werden soll, dann ist es zweckmäßig, als Schaltelement einen Feldeffekttransistor vorzusehen, dessen Schaltstrecke einerseits an den invertierenden Eingang und andererseits an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist und dessen Steuereingang mit dem Ausgang des Schmitt-Triggers verbunden ist.If a square-wave pulse train with a relatively low pulse train frequency is generated should, then it is appropriate to provide a field effect transistor as the switching element, the switching path connected on the one hand to the inverting input and on the other hand to the output of the amplifier and whose control input is connected to the output of the Schmitt trigger.

Falls eine rechteckförmige Impulsfolge erzeugt werden soll, deren Impulsfolgefrequenz relativ hoch ist, dann ist es zweckmäßig, als Schaltelement einen Transistor vorzusehen, dessen Emitter-Kollekior-Strecke an den invertierenden Eingang und an den Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist und dessen Basis die erzeugte rechteckförmige Impulsfolge zugeführt wird.If a square-wave pulse train is to be generated, its pulse train frequency is relatively high is, then it is useful to provide a transistor as the switching element, its emitter-collector path is connected to the inverting input and to the output of the amplifier and its Basis of the generated rectangular pulse train is fed.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der F i g. 1 bis 3 beschrieben, wobei in mehreren Figuren dargestellte gleiche Gegenstände mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Es zeigtThe following are exemplary embodiments of the invention on the basis of FIG. 1 to 3 described, with the same items shown in several figures are provided with the same reference numerals. It shows

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines spannungsgesteuerten Oszillators unter Verwendung eine« Feldeffekttransistors,Fig. 1 shows a first embodiment of a voltage-controlled Oscillator using a «field effect transistor,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines spannungsgesteuerten Oszillators unter Verwendung eines Schalttransistors undF i g. 2 a second embodiment of a voltage controlled Oscillator using a switching transistor and

Fig. 3 Signale, die beim Betrieb der Oszillatoren gemäß F i g. 1 und 2 auftreten.FIG. 3 shows signals that are generated during operation of the oscillators according to FIG. 1 and 2 occur.

Der in Fig. 1 dargestellte Oszillator besteht aus dem Operationsverstärker V, dem Kondensator C, dem Feldeffekttransistor FT, dem Schmitt-Trigger ST, den Dioden Dl, D2 und aus den Widerständen R1, R 2. Der Operationsverstärker V besitzt zwei Eingänge, von denen einer mit einem Minuszeichen und der andere mit einem Pluszeichen gekennzeichnet ist. Der mit einem Minuszeichen bzw. mit einem Pluszeichen gekennzeichnete Eingang ist mit dem invertierenden bzw. mit dem nicht invertierenden Kanal des Operationsverstärkers V verbunden. Der Operationsverstärker V bildet mit dem Kondensator C einen Integrator, dessen Integrationsdauer unter Verwendung des Feldeffekttransistors FT eingestellt wird. Im folgenden wird die Wirkungsweise des in F i g. 1 dargestellten Oszillators anhand der in F i g. 3 dargestellten Signale erläutert. Die Abszissenrichtungen beziehen sich auf die Zeit t An den Schaltungspunkten Pl und P2 liegt die in Fig. 3 dargestellte Steuerspannung A an. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird vorausgesetzt, daß die Steuerspannung ausgehend von einem Betrag von 0 V zum Zeitpunkt Z₁ auf einen Betrag von —10 V zum Zeitpunkt i₅ ansteigt. Zwischen den Schaltungspunkten P7 und P8 und damit am Ladekondensator C bildet sich die Spannung B aus, die ab dem Zeitpunkt r, zunimmt und zum Zeitpunkt fo einen Schwellwert 51 erreicht, der bei diesem Ausführungsbeispiel + 1,7 V beträgt. Ab dem Zeitpunkt r_x bis zum Zeitpunkt t₂ wird vom Schmitt-Trigger ST das Signal D mit einer Spannung von +5 V abgegeben. Zum Zeitpunkt t_z schaltet der Schmitt-Trigger ST, so daß während der Dauer d₂ das Signal D auf den Betrag von 0 V absinkt und der Feldeffekttransistor FT derart gesteuert wird, daß er die Schaltungspunkte P 7 und P 8 leitend miteinander verbindet und der Ladekondensator C entladen wird. Im Zuge dieser Entladung wird die am Kondensator C anliegende Spannung B ab dem Zeitpunkt i₂ erniedrigt, bis sie den zweiten Schwellwert S 2 erreicht, der bei vorliegendem Ausführungsbeispiel mit +0,9 V eingestellt ist Dieser zweite Schwellwert 52 wird zum ZeitpunktThe oscillator shown in Fig. 1 consists of the operational amplifier V, the capacitor C, the field effect transistor FT, the Schmitt trigger ST, the diodes Dl, D2 and the resistors R 1, R 2. The operational amplifier V has two inputs, from one with a minus sign and the other with a plus sign. The input marked with a minus sign or a plus sign is connected to the inverting or non-inverting channel of the operational amplifier V. The operational amplifier V forms an integrator with the capacitor C , the integration duration of which is set using the field effect transistor FT. In the following, the mode of operation of the in F i g. 1 illustrated oscillator based on the in F i g. 3 illustrated signals explained. The abscissa directions relate to the time t. The control voltage A shown in FIG. 3 is applied to the circuit points P1 and P2. In this exemplary embodiment, it is assumed that the control voltage, starting from an amount of 0 V at time Z _1, rises to an amount of -10 V at time i _5. The voltage B develops between the circuit points P7 and P8 and thus on the charging capacitor C , which increases from the point in time r and reaches a threshold value 51 at the point in time fo, which is + 1.7 V in this exemplary embodiment. From the time r _x to the time t ₂ , the Schmitt trigger ST emits the signal D with a voltage of +5 V. At the time t _z , the Schmitt trigger ST switches, so that the signal D drops to the value of 0 V during the duration d ₂ and the field effect transistor FT is controlled in such a way that it conducts the connection points P 7 and P 8 to one another and the Charging capacitor C is discharged. In the course of this discharge, the voltage B applied to the capacitor C is decreased from the point in time i ₂ until it reaches the second threshold value S 2 , which is set at +0.9 V in the present exemplary embodiment

is /₃ erreicht, zu dem der Schmitt-Trigger erneut schaltet, so daß mit dem Signal D gleich + 5 V die Schaltstrecke des Feldeffekttransistors FT sperrt und der Kondensator C ab dem Zeitpunkt /_s bis zum Zeitpunkt /₄ erneut aufgeladen wird.is / _{3 is} reached, at which the Schmitt trigger switches again, so that the switching path of the field effect transistor FT blocks with the signal D equal to + 5 V and the capacitor C is recharged _{from time / s} to time / _4.

ao Die maximal erreichbare Impulsfolgefreqenz der über die Schaltungspunkte P 3 und P 4 abgegebenen erzeugten Impulsfolge D ist von den Zeiten d_t und d₃ abhängig. Dabei ist d_t die Integrationszeit, die einerseits in proportionaler Weise von der Spannung A abas hängig ist und andererseits vom Produkt des Betrages des Widerstandes R1 und der Kapazität des Kondensators C und von weiteren Daten des Operationsverstärkers V abhängt. Die Zeit <f_ä wird nur durch den Innenwiderstand der Schaltstrecke des Feldeffekttransistors FT bestimmt. Da der Innenwiderstand dieser Schaltstrecke des Feldeffekttransistors FT relativ groß ist, eignet sich das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 hauptsächlich zur Erzeugung einer rechteckförmigen Impulsfolge D relativ geringer Impulsfolgefrequenz. ao The maximum achievable pulse repetition frequency of the generated pulse train D emitted via the switching points P 3 and P 4 depends on the times d _t and d _3. Here, d _{t is} the integration time, which on the one hand is proportionally dependent on the voltage A abas and on the other hand on the product of the amount of the resistance R 1 and the capacitance of the capacitor C and on other data from the operational amplifier V. The time <f _ä is only determined by the internal resistance of the switching path of the field effect transistor FT . Since the internal resistance of this switching path of the field effect transistor FT is relatively large, the exemplary embodiment according to FIG. 1 is suitable. 1 mainly for generating a square-wave pulse train D relatively low pulse train frequency.

Am Schaltungspunkt PS und an Masse liegt eine positive Betriebsspannung von + 5 V an. Die beiden entgegengesetzt gepolten Dioden D1 und D 2 dienen zum Schutz des Schmitt-Triggers ST. Als Schmitt-Trigger ST ist ein TTL-Gatter mit einer bekannten Schmitt-Trigger-Eingangsschaltung vorgesehen.A positive operating voltage of + 5 V is applied to the circuit point PS and to ground. The two oppositely polarized diodes D 1 and D 2 serve to protect the Schmitt trigger ST. A TTL gate with a known Schmitt trigger input circuit is provided as the Schmitt trigger ST.

F i g. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines spannungsgesteuerten Oszillators, bei dem anstelle eines Feldeffekttransistors der Schalttransistor TR vorgesehen ist. Das Signal D vom Ausgang des Schmitt-Triggers 57" wird unter Verwendung des weiteren Schmitt-Triggers STl polaritätsmäßig umgekehrt, so daß sich das Signal Ό ergibt, das einerseits über die Schaltungspunkte P 3 und P 4 abgegeben wird und das andererseits über den Widerstand R 3 an die Basis des Transistors TR zurückgeführt wird und die Emitter-Kollektor-Strecke dieses Transistors während der Dauer d_x gesperrt und während der Dauer d_s geöffnet wird und auf diese Weise die inF i g. 2 shows a further exemplary embodiment of a voltage-controlled oscillator in which the switching transistor TR is provided instead of a field effect transistor. The signal D from the output of the Schmitt trigger 57 ″ is reversed in polarity using the further Schmitt trigger STl, so that the result is the signal Ό , which is output on the one hand via the switching points P 3 and P 4 and on the other hand via the resistor R. 3 is fed back to the base of the transistor TR and the emitter-collector path of this transistor is _{blocked for the duration d x} and opened for the duration d _s and in this way the in

F i g. 3 dargestellten Signale B. D. Ό erzeugt werden. Da der Innenwiderstand der Schalmrceke des Transistors TA kleiner ist als der Innenwiderstand der Sthaltstrecke des in F i g. 1 dargestellten Feldeffekttransistors FT, eignet sich der Oszillator gemäß F i g. 2 zur Erzeugung von Impulsfolgen höherer Impulsfolgefrequenz. F i g. 3 signals BD Ό shown are generated. Since the internal resistance of the Schalmrceke of the transistor TA is smaller than the internal resistance of the holding path of the in F i g. The field effect transistor FT shown in FIG. 1, the oscillator according to FIG. 1 is suitable. 2 for generating pulse trains with a higher pulse train frequency.

Anstelle des Verstärkers V kann auch ein CMOS-Inverter vorgesehen sein, dessen Ausgang an den Punkt P 7 und dessen Eingang an den Punkt P 8 angeschlossen ist.Instead of the amplifier V , a CMOS inverter can also be provided, the output of which is connected to the point P 7 and the input of which is connected to the point P 8.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 21 2

_ ... the amplifier is connected

Claims: integrator from an electronically controllable switching

L oscillator for generating a rectangular element whose switching path is parallel to the charging con-

migen pulse train whose hnpulsfoigefrequeoz capacitor is switched. The oscillator contains additional controllable and which contains an integrator, lent a resistor to which on the one hand a spa

standing from an inverting amplifier, voltage for controlling the pulse repetition frequency is applied

its output via a charging capacitor and the other with the inverting input

the inverting channel of the amplifier is connected to the amplifier

is bound, and consists of an electronic input according to Electronics magazine, July 5, 1971, controllable switching element, whose switching path io p. 59, known oscillator consists of a first

is connected in parallel to the charging capacitor and integrator, from a second integrator, also from

with a resistor at which, on the one hand, a first comparator and a second

Voltage to control the pulse repetition frequency the same. The output of a first op-

is applied and the other hand with the inverting * rationsversterkers or a second Operationsver channel of the amplifier is connected, thereby 15 amplifier via a first charging capacitor or via

characterized in that the output (P 7) of a second charging capacitor with the inverting

Amplifier (V) using an input of the first or second operation mode using TTL technology.

Schmitt trigger (ST) is connected, stronger connected. Parallel to the first or second

its first threshold value (S 1) and its second «charging capacitor is an electronically controllable one

Threshold value (S 2) both have the same folarity as the first or second switching element. The outcome of the

sit and the square-wave first operational amplifier via its output has an input

shaped pulse train (D, ZJ) emits, the pulse of which is connected to the first comparator, and at one

edge depending on the first or second second input of the first comparator is a first

Threshold value (Sl or S 2) of the charging voltage (B) control voltage for controlling the pulse width of

can be generated at the charging capacitor (C) and can be connected as rectangular pulses. The outcome of the

the output of the Schmitt trigger (ST) with a second operational amplifier has an input

Control input of the switching element (FT, TR) connected to the second comparator and to one

is bound (Fig. 1 to 3). second input of this second comparator is one

2. Oscillator according to claim 1, characterized in that a second control voltage for controlling the duration of the indicates that a field 30 pulse gaps can be connected as a switching element. The output of the two-effect transistor (FT) is provided, the th comparator of which is connected to a control electrode of the switching path to the output (P 7) of the first controllable switching element. This kers and to the inverting channel (P 8) of the known oscillator requires because of the use amplifier (V) is connected and whose control input of the two comparators and the two integrators with the output of the Schmitt 35 requires a relatively large technical effort and has triggers ( ST) is connected (Fig. 1). the disadvantage that it cannot be used with TTL components.

3. Oscillator according to claim 1, characterized in that it can be generated. Another disadvantage of this known characterizes that the switching element is a switching oscillator that special precautionary transistor (TR) is provided, the emitter gene must be taken to avoid an unintentional collector path to the output (P 7) of the Ver 40 oscillations in the area of the first and the second amplifier (V) and connected to the inverting channel of the comparator, especially with low pulse train amplifier (V) and its frequencies of the generated rectangular pulse base electrode with the output of the Schmitt sequence to prevent.

Triggers (ST) is connected (Fig. 2). The invention has for its object to be a

4. Oscillator according to claim 1, characterized in that the output (P 7) of the amplifier is characterized by a comparatively low technical amplifier (V) and a circuit point (P6) effort at the output (P 7) and which can be implemented using a first constant potential or on the TTL modules.