Erzeugung der negativen Betriebsspannung für

rfe-Schaltungskatalog J9
Einfache monostabile Schaltung mit Operationsverstärker
Wirkungsweise (s. Bild)
Die Haltezeit tH berechnet sich zu
Im Ruhezustand liegt am invertierenden Eingang des Qperationsverstärkers die negqtive Referenzspannung U,.cr. Der
nichtinvertierende Eingang hat Nullpotential, so daß sich
die Ausgangsspannung im Bereich der positiven Sättigung
Uai·l befindet. Ein positiver Triggerimpuls UeH
U,.er . bewirkt auf Grund der hohen Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers und der positiven Rückkopplung über C2 und
R4 ein Umkippen der Ausgangsspannung in die negative.
Sättigung UaL· Durch den Ausgangsspannungssprung wird
C2 ouf - .dUa = - ( IUa LI
UaH) umgeladen. Anschließend
entlädt sich C 2, und Up nähert sich exponentiell wieder dem
NullpotentiaL Bei Erreichen der Referenzspannung kippt die
Schaltung zurück.
>
+
RJ
111 = Tuln ( -
R
3
+ R4
Uan- Ual.)
u, .. r
Die Diode VD 1 dient der Verkürzung der Erholzeit IJ-;. Aus
technischer Sicht kann der Erholvorgang nach
t~-:
= 5... 7TI·:
als ausreichend abgeschlossen gelten. Eine vollständige erneute Triggerung ist vor dem Ende der Kipp- und Erholzeit
nicht möglich.
Positive Ausgangsimpulse lassen sich durch Umpolen der
Referenzspannung erhalten (negative Triggerimpulse), wobei VD 1 ebenfalls umzupolen ist.
Hinweise
MAA748, MM741
+ ua a oso •
"8087
~~eH
.
ue
Ja
t-
h
1
~uaJ r=uaH
Bei dieser Schaltung tritt als maximale Differenzeingangsspa n nung für den Operationsverstärker _:_ (I Ua I - I U n·fl)
auf, was beim Einsatz berücksichtigt werden muß. Die angegebenen Typen sind ohne Einschränkungen anwendbar.
Durch die interne Frequenzgangkorrektur ist bei dem
MAA 741 bzw. B 081 die Steilheit-der Ausgangsimpulse allerdings relativ gering. Für andere Typen ist im gegebenen Fall
eventuell eine Begrenzung der Ausgangsamplitude erforderlich . Im Bild ist dazu eine Möglichkeit durch den gestrichelt
gezeichneten Widerstand R5 und die Z-Diode VD2 angegeben, die gleichzeitig eine TTL-Anpassung realisiert.
Für eine gute Reproduzierbarkeil der Haltezeit 111 muß die
Zeitkonstante Tll sehr viel kleiner als diese sein .
Der Widerstand R4 dient hauptsächlich der Strombegrenzung und richtet sich nach dem maximal zulässigen Ausgangsspitzenstrom des Operationsverstärkers. Er wird etwa
zu 1/10 bis 1/50 von R3 gewählt. Bei Vorhandensein von R5
und VD 2 kann R4 prinzipiell entfallen.
Roland Radandt
Literatur
[1 J Seifert,
M.: Digitale Schaltungen und Schaltkreise.
Verlog Technik 1982
Berlin: VEB
Erzeugung der negativen Betriebsspannung
für Operationsverstärker
-aus der positiven Betriebsspannung für Digitalschaltkreise
Bei . der Kopplung von Schaltungen der Mikrorechentechnik
mit der .. natürlichen" Umwelt kommen häufig analoge
Schaltungsteile zum Einsatz. Bei weitgehender Digitalisierung werden diese Schaltungen hinsichtlich ihrer Komplexität beschränkt bleiben und mitunter nur einige Operationsverstärker umfassen. Aus konstruktiven Gesichtspunkten heraus erweist es sich häufig als günstig, diese Schaltungsteile
auf der Leiterplatte der zugehörigen digitalen Baugruppe
unterzubringen. Bei geringem Leistungsbe>darf des analogen
Schaltungsteiles kann die erforderliche negative Betriebsspannung für die Operationsverstärker ouf einfache Weise
aus der positiven Betriebsspannung der digitalen Baugruppe
abgeleitet werden.
Nach einem Schaltungsvorschlag in [1] sind für eine derartige Schaltung nur ein CMOS-Schaltkr~is und sechs diskrete
Bauelemente erforderlich. Die verwendete Schaltungsstruktur zeigt Bild 1. Aus zwei CMOS-Invertern wird ein konventioneller RC-Oszillator gebildet, der bei der angegebenen
Beschaltung etwa mit einer Frequenz von 10kHz schwingt.
Vier CMOS-Inverter sind zur Erhöhung der Ausgangsbelnstbarkeit (Ausgangslostfaktor) parallelgeschaltet Liegen die
Inverterausgänge auf H, lädt sich die Kapazität C 1 über die
Diode VD 1 auf. Beim Umschalten dieser Ausgänge ouf L
erfolgt zwischen den Kapozitäte,n C 1 und C 2 über die nun
Hll
1
I(]
1
ouA"-Uoo
Bild 1: Schaltung zur Erxeugunp einer negativen Betriebsspannung
radio fernsehen elektronik
BERLIN
32 (1983) 9
573
Uoo~
01
2
3---n-2
CE'~2
l1
~ Uoo
06
5--i 9--t fUl
or
[1
131
02
141 7----J !-6 lt3J
I
n.c.
1
05
02
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Ot:
03
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GND
[6
I I
3
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I
15
2x3 roo
6
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15
7
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12V
10
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TOV
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CE2
t;
Uoo 14,5V
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I
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5V
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13
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10
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1t:
1t:
75
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t
06
12
11
GNDI81
10
15
13
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12
11
".
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~
Ot:
I
b) 0
Innenschaltung und Anschlußbelegung des Schaltkreises
Bild 2: A
CD 4009 (identisch mit CD 4049, jedoch Pin 16 n.c.)
CE2
CE4
Oi
Oj
L
Bild 3:
L
H
Ii
h
H i
H
L
Ti"
Tf
H
h
lnnenschaltung, Anschlußbelegung
Schaltkreises U 40098 D
i = (1, 2, 3, 4); j = (5, 6);
h
=
und Wahrheitstabelle des
hochohmig
-- ~
leitende Diode VD 2 ei n LbdungsaUsgleich. Im unbelasteten
Zustand bildet sich damit über der Kapazität C 2 e in e betragsmäßig etwa der Betriebsspannung gleiche Spannung
mit dem umgekehrten Vorzeichen. Da die Spannungsabfälle
über den Dioden und Ausgangstransistoren der Inverter
stromabhängig sind, w ird die Ausgangsspannung mit der
Belastung sinken.
·
Untersucht wurden die Eigenschaften der Schaltung nach
Bild 1 mit den Schaltkreisen CD 4009 (RCA) und U 40098
(Zentrum für Forschung und Technologie Mikroelektronik
Dresden, s. a. [2]}. Beide Schaltkreise beinhalten sechs Inverter, wobei der U 40098 a ls Treiber konzipiert ist. Innenschaltung und Anschlußbelegung sind den Bildern 2 und 3
zu entnehmen . Di e Wirkung der Eingäng e CE2 und CE4 ist
Bild 3 zu entnehmen. Die Betriebsspannung des CMOSSchaltkreises wurde im Bereich 5 V :;; Uoo :;; 15 V variiert,
0
5
10,
15
lAin m A - Bild 4:
lj
Abhängigkeit
der
Ausgangsspannung
von der Belastung.
a) U 40098 D (ZFTM). b) D 4009 (RCA)
h
h
wodurch der typische Betriebsspannungsbereich für digitale
Schaltungen auf der Basis von CMOS und TTL erlaßt ist. Die
erzeugte Ausgangsspannung ist in Abhängigkeit von der Belasiung im Bild 4'(a) U "40098 D, (b) CD 4009 dargestellt. Die
Beschaltung war in beiden Fällen durch die gleichen diskreten Bauelemente gebildet. Die höhere Ausgangsbeiastbarkeit des Schaltkreise s U 40098 D wird durch d·ie Meßwerte unterstrichen. Die maximale Ausgangsspannungswelligkeit lag bei beiden Schaltungen um etwa 100 mV im Falle
der maximalen Belastung.
Clous Kühne/
Literatur
[1)
Ramm, G.: Gleichsponnungsinvertierung mit CMOS-Gotter. Elektro-
nik, München 30 (1981) 14, S. 76
(2] Halbleiterinformationen 193: CMOS-Treiberscha ltkreis U 40098 D.
rodio fernsehen e lektronik, Berlin 32 .(1983) 6, S. 369 und 370
Berichtigung zu .. Taktgenerator für den Schaltkreis U 352 ..
-U7
U311
39k
EI.
EB
HE161
(Bk
VT;.
~
Bei
39k
der Veröff entlichung dieses
Beitrags im Heft 7 (1983) wurde
CP CT
-u2
bereits darauf hingewiesen, daß
17
das Bild 3 auf Seite 444 fehlerhaft ist und wir im Heft 9 das korrigierte Bild veröffentlichen. Hier
ist es. Es zeigt U 121 als Taktgenerator für U 352 und U 311.
574
BERLIN 32 (1983) 9
radio fernsehen e l ektronik
Jf=
Adresse
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II