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Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Impulsreihe
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Impulsreihe mit einer Wiederholungsfrequenz, die der Stromstärke eines Steuergleichstromes wenigstens angenähert proportional ist, wofür eine Ladevorrichtung für einen Kondensator zur Integration des Steuergleichstromes und ein mit der Spannung über dem Kondensator auslösbarer Sperrschwinger aus einem Transistor und aus einem Transformator vorgesehen sind.
Bei Fernübertragung einer Messgrösse hat es sich als vorteilhaft erwiesen, diese in eine Impulsfolge mit einerder Messgrösseproportionalen Wiederholungsfrequenz umzuwandeln, da auf diese Weise eine sehr schnelle und gegen Verzerrung hochgradig unempfindliche Fernmessung erhalten wird.
In einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art wird mit dem Steuergleichstrom ein Kondensator geladen, der über eine Diode an eine konstante Gleichstromquelle angeschlossen ist, derart, dass die Diode leitend wird, wenn die Spannung des Kondensators die Spannung der Gleichstromquelle übersteigt.
Der Durchlassstrom der Diode wird zur Steuerung eines monostabilen Multivibrators verwendet. Die Impuls- folge wird dann dadurch erhalten, dass die Kippfrequenz des Multivibrators von der Entladezeit des genannten Kondensators gegen die Gleichspannung bestimmt wird.
Anderseits ist aus der Datenverarbeitungstechnik ebenfalls eine ähnlich wirkende Schaltungsanordnung zur Umformung von Analogdaten in Digitaldaten bekanntgeworden.
Das Prinzip der Umformung der Analogsignale beruht darauf, dass eine Integration des Analogsignals durchgeführt wird, bis die Integration durch eine Ladungsschwelle abgebrochen wird. Dies löst einen Schaltvorgang aus, durch den das Analogsignal in Gegenwirkung mit dem Strom einer konstanten Bezugsquelle gesetzt wird, wobei der Bezugsstrom grösser ist als der Analogstrom und daher einen Abbau des Integrals bewirkt. Dieser Abbau dauert an, bis ein bestimmter Minimalwert erreicht wird, bei dem die Wirkung des Gegenstromes durch Unterschreiten einer zweiten Schwellenspannung unterbrochen wird. Die Zeitdauer der Wirkung dieses Gegenstromes wird dadurch gemessen, dass die Spannungen bei Überschreiten der Schwellenspannungen einen Impulsgenerator auslösen, dessen abgegebene Impulse entsprechend dem angelegten Analogsignal impulsbreitenmoduliert sind.
Durch die Einführung von Schrittschaltmotoren (Stepping motors) hat diese Umwandlung auch in der Servotechnik an Bedeutung gewonnen. Entfällt doch damit die kritische Einstellarbeit an Servoverstärkem, da bei Impulssteuerung die Amplitudenschwankungen keinen Einfluss haben. Auch bewegt sich die Drehzahlregulierung in einem viel grösseren Bereich als dies bei Servomotoren möglich ist.
Diebekannten Schaltungsanordnungen zur Erzeugung einer Impulsreihe, deren Wiederholungsfrequenz angenähert zu einem Gleichstrom proportional ist, weisen allgemein einen grossen Aufwand an Schaltungselementen auf. Ausserdem werden meistens Vergleichsströme verwendet. an deren Konstanz hohe Anforderungen gestellt sind.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer eingangs erwähnten Schaltungsanordnung mit geringem Aufwand und ohneVerwendungeinesVergleichsstromes. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator zwischen den Ausgang der Ladevorrichtung und den Emitter des Sperrschwingertransistors geschaltet ist, und dass der Rückkopplungspfad des Sperrschwingers vom Emitter des Sperrschwingertransistors über den Kondensator über eine Diodenschaltung und die Rückkopplungswicklung des Sperrschwingertransformators auf die Basis des Sperrschwingertransistors geführt ist.
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Werden zwei gegeneinander fliessende Ströme als Fehlersignal verwendet so können zwei Sperrschwinger verwendet werden, die von demselben Kondensator gesteuert werden, so dass der eine Sperrschwinger bei der einen Polarität des Kondensators und der andere bei der andern Polarität des Kondensators ausgelöst wird. Diese zwei entstehenden Impulsreihen können dem Schrittmotor auf die Weise zugeführt werden, dass der Motor je nach der Polarität der Summenfehlerspannung in der einen oder andern Drehrichtung geschaltet wird.
An Hand der Zeichnungen werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend näher erläutert, wobei Fig. l schematisch die Schaltungsanordnung einer ersten Ausführungsform zeigt, Fig. 2 zeigt zwei Spannungsverläufe, wie sie in Fig. l auftreten und Fig. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung einer zweiten Ausführungsform mit zwei Sperrschwingern.
An die Eingangsklemmen El und E2 wird die Gleichspannung UE angelegt. Der Widerstand Rl ist zwischen die Eingangsklemmen El und E2 geschaltet. Die Eingangsklemme El ist auf die Basis des Transistors Tl geführt. Der Transistor Tl ist als Emitterfolger geschaltet. Der Kollektor ist auf die positive Batteriespannung geführt. Zwischen dem Emitter und der Eingangsklemme E2 liegen zwei Widerstände R2 und R3 in Serie, wobei der Widerstand R3 einstellbar ist. Der Kondensator C ist mit der Klemme E2 verbunden. Dieser Kondensator C ist durch zwei mit entgegengesetzter Durchlassrichtung in Reihe geschalteten Dioden D1 und D3 überbrückt.
Am gemeinsamen Verbindungspunkt dieser Dioden Dl und D3 ist die Anode einer weiteren Diode D2 angeschlossen, deren Kathode auf die Rückkopplungswicklung Wl des Sperrschwingertransformators geführt ist. Der zweite Anschluss dieser Rückkopplungswicklung W2 ist auf die Basis des Transistors T2 geführt, die über den Widerstand R4 mit der positiven Spannungsquelle verbunden ist. Der Kollektor dieses Transistors T2 ist über die Primärwicklung W2 ebenfalls auf die positive Spannungsquelle geführt. Der Emitter ist mit der Ausgangsklemme A2 verbunden. Die Ausgangswicklung W3 des Sperrschwingertransformators ist zwischen die Ausgangsklemmen Al und A2 geschaltet.
Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist die folgende :
Die zwischen den Eingangsklemmen El und E2 angelegte Gleichspannung UE bewirkt über den Emitterfolger mit dem Transistor Tl einen zur Spannung UE angenähert proportionalen Strom il. Dieser Gleichstrom il lädt den Kondensator C auf. Sobald die Spannung über dem Kondensator C grösser ist als die Basis-Emitter-Spannung UBE des Transistors T2, fliesst ein Strom über die Dioden DlundD2, über die Wicklung Wl des Sperrschwingertransformators und über die Basis-EmitterStrecke des Transistors T2. Infolge des Vorstromes über den Widerstand R4 wird der Transistor T2 sofort leitend. Der Strom durch die Dioden Dl und D2 erniedrigt deren differentiellen Widerstand.
Sobald diese differentiellen Widerstände genügend klein sind, erregt sich der Sperrschwinger, d. h. an der Wicklung W3 erscheint ein Ausgangsimpuls, der an den Klemmen Al und A2 abgenommen werden kann. Der in der Wicklung Wl induzierte Impuls bewirkt einen Strom i2 über die Basis-EmitterStrecke des Transistors T2 und weiter über den Kondensator C und über die Dioden Dl und D2. Damit wird der Kondensator C entladen, bis die Summe der Spannungen über dem Kondensator C und der Diode Dl kleiner ist als die Durchlassspannung der Diode D3. Ist dieser Wert erreicht, so bleibt die Spannung über dem Kondensator C angenähert konstant. Der Strom i2 fliesst dann im wesentlichen über die Diode D3.
Zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators C und der Diode D3 und dem Emitter des Transistors T2 könnte eine Batterie eingeschaltet werden, deren Konstanz unwesentlich ist. Mit dieser Batterie, deren negativer Pol auf die Diode D3 geführt ist, könnte die Ansprechspannung des Sperrschwingers erhöht werden, indem die Spannung über dem Kondensator C grösser sein muss als die Summe der Batteriespannung und der Basis-Emitter-Spannung UBE des Transistors T2.
In Fig. 2a ist der Verlauf der Spannung Uc über dem Kondensator C in Fig. l und in Fig. 2b die Kurvenform der Ausgangsspannung UA dargestellt. Die Annahme dabei ist, dass die Eingangsspannung UE konstant bleibe. Im eingeschwungenen Zustand steigt die Spannung UE über dem Kondensator C während des Ladevorganges bis sie grösser ist als die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T2 und einer allfälligen Batterie. Dieser Punkt ist in Fig. 2a mit I bezeichnet. Über die Dioden Dl, D2 und die Wicklung Wl wird der Strom il dem Transistor T2 zugeführt, wodurch der in Fig. 2b dargestellte Sperrschwingerimpuls erzeugt wird.
Der Kondensator C wird durch den Strom i2 umgeladen, bis die Summe der Spannungen über dem sich nun negativ ladenden Kondensator C und über der Diode Dl die Durchlassspannung der Diode D3 erreicht. Dieser Wert entspreche dem Punkt II in Fig. 2a. Mit der Endflanke des Sperrschwingerimpulses der Fig. 2b wird der Strom i2 abgeschaltet (Punkt III in Fig. 2a), und die positive Ladung des Kondensators C beginnt von neuem, bis die
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Spannung wieder den Wert (IV) erreicht hat, bei dem der Sperrschwinger ausgelöst wird.
Daraus ist leicht ersichtlich, dass der Impulsabstand zwischen zwei Impulsen des Sperrschwingers direkt vom Strom il abhängig ist, der seinerseits proportional zur Eingangsspannung UE ist.
In Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der zwei Sperrschwinger in Abhängigkeit von der Summe zweier Spannungen und deren Polarität ausgelöst werden. Grundsätzlich handelt es sich dabei um die gleiche Schaltungsanordnung wie in Fig. l, nur dass die Dioden der einen Hälfte für positive Ströme und diejenigen der andern Hälfte für negative Ströme geschaltet sind.
Bei positiven Strömen arbeitet die obere Hälfte der Schaltungsanordnung mit den Transistoren TU und T12, den Widerständen Rll, R12 und R14, den Dioden DU, D12 und D13 und mit den Sperrschwingertransformatorwicklungen Wll, W12 und W13.
Bei negativen Strömen arbeitet die untere Hälfte der Schaltungsanordnung mit den Transistoren T21 und T22, den Widerständen R21, R22 und R24. den Dioden D21, D22 und D23 sowie den Sperrschwingertransformatorwicklungen W21, W22 und W23.
An die Eingänge Exil, E12 und E21, E22 werden zwei Wechselspannungen angelegt, die zur Steuerung des Schrittmotors M verwendet werden sollen. Die Transformatoren Tr31 und Tr32 dienen zur galvanischen Trennung der Stromkreise. Die Sekundärwicklungen derselben sind in Reihe geschaltet. Mit den Dioden D31 und D32 werden die Spannungen gleichgerichtet, u. zw. derart. dass überdieDiode D31 nur die positiven und über die Diode D32 nur die negativen Halbwellen geleitet werden. Über den Kondensatoren C31 und C32 bilden sich zwei Gleichspannungen U1 und U2. Die Transistoren TU und T21, die als Emitterfolger geschaltet sind, bewirken, dass am Emitter angenähert die gleiche Spannung herrscht wie an deren Basis, bezogen auf den gemeinsamen Punkt der Widerstände Rll und R21.
Damit fliesst ein zu U1 proportionaler Strom von der positiven Spannungsquelle durch den Transistor TU und über die Widerstände R12 und R31 auf den Abgriff des Widerstandes R31. Ein zu U2 proportionaler Strom fliesst vom Abgriff des Widerstandes R31 über diesen Widerstand, den Widerstand R22 und den Transistor T21 auf die negative Spannungsquelle. Je nach der Grösse der beiden Spannungen U1 und U2 fliesst ein Strom i vom Kondensator C über den Abgriff des Widerstandes R31 in den Widerstand R31 und weiter auf die negative Spannungsquelleoder von der positiven Spannungsquelle über den Abriff des Widerstandes auf den Kondensator C. Damit wird der Kondensator C positiv oder negativ aufgeladen, je nachdem, ob U1 grösser oder kleiner ist als U2.
Die Dioden DU, D12 und D13 einerseits und die Dioden D21, D22 und D23 anderseits sind derart gepolt, dass bei positiver Ladung auf dem Kondensator C der obere Sperrschwinger mit dem Transistor T12 und bei negativer Ladung auf dem Kondensator C der untere Sperrschwinger mit dem Transistor T22 leitend wird.
Die Ausgangswicklungen W13, W23 der beiden Sperrschwingertransformatoren sind auf die Eingangsklemmen eines elektronischen Schalters MS geführt. Dieser Schalter wurde nicht besonders gezeichnet, da er allgemein bekannt und beispielsweise im "Tentative Data-Blatt" der Firma Philips AG für Schrittmotoren, April 1962, beschrieben ist. Die vier Ausgänge dieses Schalters sind auf die beiden Wicklungen des Schrittmotors M geführt.
Die Schaltungsanordnung am Eingang dieser beschriebenen Anordnung, mit den Transformatoren Tr31 und Tr32, den Dioden D31 und D32 sowie den Kondensatoren C31 und C32 kann auch bei einer Umwandlung einer Impulsfolge, bei der die Informationen in Form einer Impulsamplitudenoder Impulslängenmodulation vorliegen, verwendet werden. Diese Impulse werden damit in einen Gleichstrom umgewandelt, von dem dann die frequenzmodulierte Impulsfolge abgeleitet wird. Dies findet vor allem bei der Distanznachlaufsteuerung eines Radargerätes Verwendung.
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