| Probleme bei VCO's mit Rampenintegratoren und Stromspiegeln |
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| Bei diesen VCO's wird der Steuerstrom des Exponentialkonverters dazu verwendet,
mittels eines Rampenintergrators zuerst eine Sägezahnschwingung zu erzeugen.
Aus diesem Sägezahn wird dann mit einem Stromspiegel ein Dreieck erzeugt,
aus dem wiederum mit Komparatoren das Rechteck gewonnen wird.
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| Anmerkung: Falls man den Expokonverter getrennt betrachtet, handelt es sich
bei diesen Oszillatoren immer um CCO's ( Current Controlled Oscillators ).
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| Da es aber unmöglich ist, einen Kondensator, egal wie gering seine Kapazität ist, in
"Nullzeit" zu entladen, kann die Flanke des Sägezahns niemals zu 100% steil sein.
Daraus folgt, daß die Erzeugung des Dreiecks mit dem Stromspiegel fehlerhaft ist.
Folgende Animation verdeutlicht ( stark übertrieben ) dieses Problem:
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| Ideal, aber nicht realisierbar - Sägezahn und Dreieckerzeugung mit Stromspiegel |
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| Realisierbar, Flanke des Sägezahns ist nicht 100% steil - Fehlerhaftes Dreieck |
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| Dieses fehlerhafte Dreieck, welches ja durch die unzureichende Flankensteilheit
des Sägezahns entsteht, wird in der Praxis mit einem Kondensator korrigiert.
Leider wird dadurch die obere Spitze des Dreiecks frequenzabhängig abgerundet.
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| Durch Kondensator korrigiertes, aber abgerundetes Dreieck |
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| Problem: Je größer die Flankensteilheit des Sägezahns ist, desto größer muß
die Kapazität dieses Kondensators gewählt werden.
Wird die Flankensteilheit des Sägezahns geringer, erhöht sich der Pegel der
ersten Oberwelle bis theoretisch 100% - eine Frequenzverdopplung ist die Folge.
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| Theoretische Frequenzverdopplung durch geringe Sägezahnflanke |
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| Problem: Die Energie einer Flanke ist ein Differenzial. Vereinfacht ausgedrückt,
steigt die Energie, je steiler die Flanke wird, bis theoretisch unendlich.
Der Kondensator verliert seine Wirkung !
Das Ergebnis ist eine drastische Erhöhung des inharmonischen Oberwellen-
gehalts. Man hört quasi zwei Wellenformen - Dreieck und Puls.
Zusätzlich verändert sich der Puls mit zunehmender Frequenz theoretisch bis
zum Rechteck, da die Zeit der Flanke konstant, die Frequenz jedoch variabel ist.
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| Diese konstante Schaltzeit, die der Rampenintegrator benötigt, sorgt außerdem
für den nichtlinearen Frequenzverlauf des VCO's. Während die Schaltzeit im
niedrigen Frequenzbereich keine Rolle spielt, nimmt deren Einfluß bei hohen
Frequenzen zu. Diese Nichtlinearität wird mit einem " High End Trim " korrigiert.
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| Über Rhi fällt eine Spannung ab, die proportional zum Ladestrom ist.
Bei kleinen Ladeströmen ( niedrige Frequenzen ) ist er fast wirkungslos,
während bei steigenden Ladeströmen ( hohe Frequenzen ) über Rhi mehr
Spannung abfällt.
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| Problem: Die Wirkung bestimmt nicht nur die Zeit, sondern es kommt auch
noch zu einer zeit- bzw. frequenzvariablen Erhöhung des Innenwiderstandes
der Stromquelle. Dadurch ist der Ladestrom aber nicht mehr über die Zeit
konstant, sondern steigt durch die Potentialverschiebung mit Ur-Uc an.
Dies hat in hohen Frequenzen eine Deformation des Sägezahns zur Folge.
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| Links: kleiner Ladestrom ( niedrige Frequenz ) Rechts: großer Ladestrom ( hohe Frequenz ) |
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| Diese Deformation birgt eine Fehlerfortpflanzung in sich, da alle Wellenformen aus
diesem Sägezahn erzeugt werden. Zum Schluß einige stark übertriebene Darstellungen,
welche die Deformationen zeigen ( Links: niedrige Frequenzen / Rechts: hohe Frequenzen )
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| Ideal, aber mit Rampenintegratoren nicht realisierbar |
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| Real, ohne "Glättungskondensator" und ohne "High End Trim" |
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| Real, mit "Glättungskondensator" und "High End Trim" |
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| zu " Modular " |
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