Driehoek sinus converter
Eenvoudige functiegeneratoren hebben als basis een blokgolf / driehoekspanning generator. Om een sinus te verkrijgen wordt de driehoekspanning verwerkt door een sinus-shaper. Dit is vaak een weerstand-diode netwerk. Maar het kan ook anders. Zie hier een met bipolaire transistoren opgezette converter die gebruik maakt van de tangens-hyperbolische overdrachtkarakteristiek van een verschilversterker.
Longtailpair verschilversterker
De basis van de hier voorgestelde driehoek-sinus converter is de longtailpair verschilversterker die staat afgebeeld in figuur 1.
De eigenlijke verschilversterker bestaat uit de transistoren T3 & 4. Het verschil in de twee collectorstromen van deze transistoren is een functie van het spanningsverschil tussen de twee basissen.
De verschiltrap worden aan de onderzijde gevoed met en constante stroom welke afkomstig is van de stroomspiegel T1 & 2.
De collectorstroom van T3 wordt gespiegeld met stroomspiegel T5 & 6 en opgeteld bij de collectorstroom van T4. Dit heeft als resultaat dat de stroom Iout het verschil is tussen de collectorstromen van T3 & 4.
Voor de vergelijkingen in figuur 2 geldt:
De uitgangsstroom is dus een tangens-hyperbolische functie van de ingangsspanning en is evenredig met de staartstroom.
Combineren tangens-hyperbolische functies
Als inverterende ingang van de verschiltrap verbonden wordt met een vaste referentiespanning, dan kan op de tweede, niet-inverterende, ingang de variabele stuurspanning worden aangeboden. Als nu meerdere van deze verschilversterkers worden gemaakt en alle niet-inverterende ingangen verbonden worden met de variërende spanning en elk van de inverterende ingangen een iets andere spanning aanbied, worden een aantal van elkaar verschoven tangent-hyperbolen verkregen.
Het resultaat hiervan is te zien in Figuur 4. De vaste referentiespanning afstand (Uof) is hier 88 mV. Tevens is het teken van de uitgangsstroom van de verschillende verschilversterkers om en om gewisseld.
Een oneven aantal van deze verschoven tangent-hyperbolen kunnen met wisselend teken bij elkaar worden opgeteld. Hoe groter het aantal, hoe meer perioden er ontstaan zoals figuur 5 en de bijbehorende berekeningen laten zien:
Te zien is dat bij een groter aantal verschiltrappen de periode rond de nul beter de sinusvorm benaderd. Bij vijf verschiltrappen benaderd deze functie een sinus in het gebied tussen -90 ° en +90 ° al redelijk goed.
Het converter schema
Hiernaast staat het schema van de driehoek-sinus converter afgebeeld. De middelste kolom transitoren, T1...T10, zijn de 5 verschilversterkers. De collectoren zijn hier alternerend met elkaar verbonden om het wisselen van teken te realiseren. Aan de bovenzijde zijn de collectoren afgesloten met de stroomspiegel T11 & T12, waar de uitgangsstroom Iout kan worden afgenomen.
Met T13...18 is een vijfvoudige stroomspiegel opgebouwd. Deze dragen zorg voor de vijf gelijke staartstromen voor de verschilversterkers. De stroom wordt geïnjecteerd met R1.
De transistoren van de verschilversterkers aan de rechter zijde zijn elk op een iets andere spanning aangesloten met behulp van de spanningsdeler R2...7.
De uitgang levert dus een stroom. Wil men een spanning verkrijgen dan moet de uitgang worden afgesloten met een weerstand. Het uitgangsspanningsbereik ligt tussen +2 en +7 volt.
De amplitude van de driehoek ingangsspanning is bepalend voor de vervorming van de geproduceerde sinus. Deze moet ongeveer liggen tussen -130 en +130 mV.
Transistoren selecteren
Deze schakeling werkt alleen goed met gematchte transistoren. Niet alle transistoren hoeven exact gelijk te zijn, ze kunnen op gelijke eigenschappen worden geselecteerd in de volgende groepen:
T1 & T2, T3 & T4, T5 & T6, T7 & T8, T9 & T10, T11 & T12, T13...T18.
Het resultaat
Hieronder is het resultaat van de converter te zien. De geproduceerde sinus is niet geheel perfect doordat de transistoren nog niet geheel gelijk waren aan elkaar.
