DE1122996B

DE1122996B - Anordnung zur Konstanthaltung der Amplitude einer sinusfoermigen Schwingung eines elektrischen Schwingungserzeugers

Info

Publication number: DE1122996B
Application number: DES63988A
Authority: DE
Inventors: David Leighton Davies
Original assignee: Solartron Electronic Group Ltd
Current assignee: Gemalto Terminals Ltd
Priority date: 1958-07-21
Filing date: 1959-07-18
Publication date: 1962-02-01
Also published as: GB916033A; US3024426A; FR1234893A

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Schwingungserzeuger und bezieht sich insbesondere auf die Konstanthaltung der Amplitude der erzeugten Schwingungen.

Die Erfindung ist besonders bei Schwingungserzeugern anwendbar, die mit sehr niedrigen Frequenzen arbeiten, sie kann jedoch auch bei Schwingungserzeugern beliebiger Frequenz benutzt werden.

Tn einigen Fällen, z. B. beim Prüfen von Servosystemen, ist eine Schwingung genau konstanter Amplitude und sehr niedriger Frequenz erforderlich. Die Frequenz kann z. B. eine Periode in 24 Stunden betragen. Obwohl es möglich ist, mit bekannten Mitteln einen Schwingungserzeuger bei dieser niedrigen Frequenz zu betreiben und dabei eine Änderung der Amplitude von höchstens 1 °/₀ oder sogar weniger pro Periode zu erreichen, sind doch für manche Zwecke noch höhere Anforderungen bezüglich der Konstanz zu stellen, z. B. 1 °/o über eine beliebig große Zahl von Perioden.

Es ist bekannt, die Amplitude einer sinusförmigen Schwingung eines Schwingungserzeugers dadurch zu stabilisieren, daß die Amplitude der Schwingung mit einer konstanten Spannung verglichen wird, um einen Korrekturimpuls zu erzeugen, dessen Dauer kurz im Vergleich mit der Periodendauer der Schwingung ist und der eine Amplitude aufweist, die im wesentlichen proportional der Spannungsdifferenz zwischen der Amplitude der konstant zu haltenden Schwingung und der konstanten Bezugsspannung ist und deren Vorzeichen von dem Vorzeichen der Spannungsdifferenz abhängt. In der bekannten Vorrichtung wird dieser Korrekturimpuls dazu benutzt, den Schwellwert eines Amplitudenbegrenzers zu steuern. Diese bekannte Vorrichtung hat aber nicht die für viele Zwecke ausreichende Genauigkeit, besonders nicht bei sehr tiefen Frequenzen. Gemäß der Erfindung ist die Anordnung zur Konstanthaltung der Amplitude einer sinusförmigen Schwingung eines Schwingungserzeugers mit Einrichtungen zum Vergleich der Amplitude der Schwingung mit einer konstanten Bezugsspannung, zur Erzeugung eines Korrekturimpulses kurzer Dauer in Vergleich mit der Periodendauer der Schwingung und mit einer Amplitude, die im wesentlichen proportional der Spannungsdifferenz zwischen einem Extremwert der Schwingung und der konstanten Bezugsspannung ist und deren Vorzeichen von dem Vorzeichen der Differenz abhängt, derart ausgebildet, daß der Korrekturimpuls in solcher Weise additiv mit der Schwingung selbst vereinigt wird, daß die Amplitude der Schwingung konstant bleibt.

Anordnung zur Konstanthaltung

der Amplitude einer sinusförmigen

Schwingung eines elektrischen

Schwingungserzeugers

Anmelder:

The Solartron Electronic Group Limited,
Thames Ditton, Surrey (Großbritannien)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M. 1, Parkstr. 13

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. Juli 1958 (Nr. 23 384)

David Leighton Davies, Guildford, Surrey

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Schaltbild gemäß der Erfindung, und Fig. 2 und 3 zeigen Spannungsdiagramme.

Die Verstärker 10 und 11 der Fig. 1 liegen in Reihe mit Widerständen 12, 13 und parallel zu Rückkopplungskondensatoren 14, 15, so daß jeder Verstärker eine Phasenverschiebung von etwa 90° und den Verstärkungsfaktor von etwa 1 bei der betreffenden Frequenz hat. Ein Rückkopplungsverstärker 16 liegt zwischen dem Ausgang des Verstärkers 11 und dem Eingang des Verstärkers 10 und hat eine Verstärkung von etwa 1 mit Phasenumkehr. Die Verstärkung innerhalb der Schleife 10, 11, 16 ist positiv und etwa gleich 1, so daß eine Schwingung, die einmal angefacht ist, mit nahezu konstanter Amplitude aufrechterhalten wird.

Es ist nicht schwierig, mit bekannten Schaltungen, die Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor aufweisen, sowie unter Verwendung von Präzisionsbauteilen zu erreichen, daß die Amplitudenunterschiede von aufeinanderfolgenden Perioden 1 °/₀ oder weniger betragen. Die Schaltung der Fig. 1 liefert jedoch eine weit höhere Konstanz auf folgende Weise:

Die Summe einer Sinusspannung am Ausgang des Verstärkers 10 und einer negativen konstanten Bezugs-

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spannung, z.B. —100V,einer Spannungsquelle 17wird bei einem negativen Spitzenwert oder in der Nähe

über einen Verstärker 25 einer Torschaltung 18 züge- desselben vorgenommen werden anstatt in der Nähe

führt. Die Summenspannung ist Null, wenn die der positiven Spitze.

Spannung am Ausgang des Verstärkers 10 im vor- Da man annehmen kann, daß die Korrektur der

liegenden Beispiel+100 V beträgt. Die Torschaltung 18 5 Amplitude pro Periode nur klein zu sein braucht,

wird bei einer positiven Spannungsspitze am Ausgang ergibt sich nur eine geringe harmonische Verzerrung

des Verstärkers 10 in der folgenden Weise geöffnet: aus der Korrektur durch den ansteigenden Stromteil.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 11, die Selbst diese kleine Verzerrung kann noch verringert derjenigen des Verstärkers 10 um 90° voreilt, wird werden, wenn man die Ausgangsspannung des Genedurch eine Diode 19 gleichgerichtet; die Ausgangs- io rators von einem oder beiden Ausgängen des Verspannung des Verstärkers 11 wird außerdem durch stärkers 11 oder 20 abnimmt, da der Phasenvereinen Verstärker 20 mit dem Verstärkungsfaktor — 1 Schiebungsverstärker 11 fortschreitend die höheren in der Phase umgekehrt und darauf ebenfalls durch harmonischen im Vergleich mit der Grundschwingung eine Diode 21 gleichgerichtet. Die Doppelweggleich- dämpft.

richtung, die sich durch Addition der beiden gleich- 15 Die Erfindung ist nicht an die Verwendung von

gerichteten Spannungen in einer gemeinsamen Leitung zwei Verstärkern 10 und 11 zur Phasenverschiebung

22 ergibt, würde natürlich zwei Nullstellen pro Periode gebunden. Die notwendigen Phasenverschiebungen

haben, und um dies zu vermeiden, wird ein kleiner können z. B. mit Hilfe von RC- oder ÄL-Schaltungen

Teil der Sinusspannung am Ausgang des Verstärkers 10 erzielt werden; der Umkehrverstärker 16 kann so

in seinem Vorzeichen durch einen Verstärker 26 mit 20 ausgebildet sein, daß er die notwendige erhöhte

dem Verstärkungsgrad —1 umgekehrt, durch eine Verstärkung liefert.

Diode 27 gleichgerichtet und dann mit der Spannung Die Amplitudenkorrektur, die im eben beschriebenen

in der gemeinsamen Leitung 22 vereinigt. Fall einmal pro Periode erfolgt, kann auch «-mal pro

Die resultierende Spannung wird einem Amplituden- Periode oder wahlweise bei jeder η-ten Periode

sieb 23 zugeführt, welches einen Torimpuls kurzer 25 benutzt werden, wobei η eine positive ganze Zahl ist.

Dauer im Vergleich mit der Dauer der vollständigen Eine zweimalige Korrektur pro Periode läßt sich

Periode, z. B. von V100 Periode, erzeugt. erreichen, indem man nicht nur mit den positiven

In Fig. 2 sind die Spannungswellen (a) und (b) am Spitzenwerten am Ausgang des Verstärkers 10 nach Ausgang der Dioden 19 und 21 dargestellt. Die Fig. 1, sondern auch mit den negativen Spitzenwerten Spannung (c) am Ausgang der Diode 27 wird mit den 30 derselben Spannung arbeitet. Wenn eine weitere Spannungen (α) und (b) additiv vereinigt und ergibt Korrektur erwünscht ist, kann der eben beschriebene am Eingang des Amplitudensiebes 23 den Verlauf (d). Vorgang auch in ähnlicher Weise bei den positiven Das Amplitudensieb schneidet an dem Pegel 24 ab und/oder negativen Spizenwerten der Ausgangsund trennt einen negativen Impuls (e) ab, der am spannungen der Verstärker 20, 11 oder 26 erfolgen, einen Ausgang des Amplitudensiebes 23 auftritt, 35 die alle eine Phasenverschiebung gegenüber der während ein weiterer positiver Impuls (/) an einem Ausgangsspannung des Verstärkers 10 haben. Die anderen Ausgang des Amplitudensiebes erscheint. Stelle der Oszillatorschleife, an der der Korrektur-Diese Impulse werden dazu verwendet, die Tor- spannungsimpuls zugeführt wird, ist mit Bezug auf schaltung 18 zu öffnen. die Phase des Spannungsimpulses so gewählt, daß der

Der Verstärker 25 bewirkt eine Gleichstromver- 40 Impuls in der Nähe des zugehörigen Spitzenwertes

Stärkung und Vorzeichenumkehr der Summe der der Sinuslinie auftritt und das Bestreben hat, die

Spannungen des Verstärkers 10 und der Spannungs- Amplitude der Schwingung konstant zu halten,

quelle 17. Beim Auftreten der Impulse (e) und (/) Die Amplitude der Schwingung wird hauptsächlich

wird die Ausgangsspannung des Verstärkers 25 über die durch das Verhältnis von Rl: Rl und die Spannungs-

Torschaltung 18 dem Eingang des Verstärkers 16 45 quelle 17 bestimmt. Wenn z. B. die Spannung —85 V

zugeführt. beträgt und das Verhältnis von Rl:Rl = 100:85

Die Wirkung dieser Maßnahme ist in Fig. 3 dar- ist, dann würde die Spannung am Ausgang des Vergestellt. Das Herausgreifen der Spannung durch die stärkers 10100 V betragen.

Torschaltung 18 findet bei einem positiven Spitzenwert Um eine konstante Amplitude vom Beginn der der Sinuslinie am Ausgsng des Verstärkers 10 statt; 50 Schwingung an sicherzustellen, ist eine Klemm- oder es sei angenommen, daß im Zeitpunkt der Messung Festhalteschaltung vorgesehen, die nach Fig. 1 zwei die Amplitude zu klein ist, so daß am Eingang des Schalter 51 und 52 enthält, die zwischen dem EinVerstärkers 25 die negative Spannung überwiegt. gang und dem Ausgang des Verstärkers 10 bzw. 11

Die Spannung am Ausgang des Verstärkers 25 angeordnet sind, wobei ein Widerstand r in Reihe ist in diesem Augenblick positiv, und die Ausgangs- 55 mit dem Schalter Sl liegt. Die Schalter 51 und 52 spannung an der Torschaltung 18 ist dann ein positiver sind im festgehaltenen Zustand geschlossen. Die Impuls (g). Die Spannung, die durch diesen Impuls Spannung am Ausgang des Verstärkers 11 ist dann am Ausgang des Verstärkers 16 erzeugt wird, hat die Null, während die Spannung am Ausgang des VerForm eines negativen Impulses (A). Die Wirkung stärkers 10 in der oben beschriebenen Weise hauptdieses Impulses auf die Spannung am Ausgang des 60 sächlich durch Rl, Rl und die Spannungsquelle 17 Verstärkers 10 ist bei (J) dargestellt. Die Ausgangs- bestimmt und in dem angegebenen Beispiel auf spannung wird an der Stelle 26 erhöht. Die Sinus- +100 V gehalten wird. Um die Schwingung anzuschwingung setzt sich danach bei 27 mit größerer fachen, werden die Schalter 51 und 52 gleichzeitig Amplitude fort. geöffnet.

Es ist klar, daß ein negativer Impuls am Ausgang der 65 In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel

Torschaltung 18 erzeugt wird, wenn zur Zeit der wird die Differenz zwischen der Bezugsspannung 17

Messung die Amplitude zu hoch ist, so daß die Am- und den Sinusspannungen am Ausgang der Ver-

plitude vermindert wird. Die Messung kann auch stärker 10, 11 oder 16 des Oszillators gemessen. Im

Claims

Bedarfsfalle können auch die Sinusspannungen von 10, 11,16 zuerst mit Hilfe einer Torschaltung 18 ausgeblendet werden, und die Differenz zwischen der Ausgangsspannung der Torschaltung und einer Bezugsspannung kann dann mit der sinusförmigen Spannung der Verstärker 10, 11 oder 16 kombiniert werden, indem z. B. die Differenzspannung dem Eingang des Verstärkers 16 zugeführt wird.

1. Anordnung zur Konstanthaltung der Amplitude einer sinusförmigen Schwingung eines elektrischen Schwingungserzeugers mit Einrichtungen zum Vergleich der Amplitude der Schwingung mit einer konstanten Bezugsspannung, zur Erzeugung eines Korrekturimpulses kurzer Dauer im Vergleich mit der Periodendauer der Schwingung und mit einer Amplitude, die im wesentlichen proportional der Spannungsdifferenz zwischen einem Extremwert der konstant zu haltenden Schwingung und der konstanten Bezugsspannung ist und deren Vorzeichen von dem Vorzeichen der Differenz abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturimpuls in solcher Weise additiv mit der Schwingung selbst vereinigt wird, daß die Amplitude der Schwingung konstant bleibt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sinusförmige Schwingung einer Torschaltung (18) zugeführt wird und daß die Torschaltung während eines kleinen Teils jeder Periode der Schwingung in der Nähe des Maximal- oder Minimalwertes mit Hilfe eines Torimpulses leitend gemacht wird, der von der sinusförmigen Schwingung abgeleitet ist, und daß die von der Torschaltung durchgelassene Spannung den Korrekturimpuls bildet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Torimpuls durch Doppelweggleichrichtung aus der sinusförmigen Schwingung abgeleitet ist und daß mit dieser gleichgerichteten Spannung eine weitere gleichgerichtete Spannung kombiniert wird, die eine Phasenverschiebung von 90° gegenüber der Schwingung hat, daß eine Amplitudensiebanordnung vorgesehen ist, welche die Torimpulse von den vereinigten gleichgerichteten Spannungen abtrennt.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, welche die Schwingung der Spannungsquelle während kleiner Teile der Periodendauer in der Nähe sowohl der positiven als auch der negativen Spitzenwerte durchlassen, daß ferner Einrichtungen vorgesehen sind, welche zwei Spannungsimpulse erzeugen und diese additiv mit der Schwingung vereinigen, wobei diese Spannungsimpulse je eine Dauer haben, die kurz gegenüber der Periodendauer der Schwingung ist, und je eine Amplitude aufweisen, die im wesentlichen proportional zur Differenz zwischen der herausgegriffenen Spannung und einer Bezugsspannung ist, wobei die Vereinigung in solcher Weise ausgeführt wird, daß die Amplitude der herausgegriffenen Spannung konstant bleibt.

5. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle, welche die elektrischen Schwingungen erzeugt, eine Ringschaltung enthält, die Punkte verschiedener Phasenlage der Schwingungen aufweist, und daß die Meßeinrichtung Mittel enthält, um die Spannungen von mehreren dieser Punkte in kleinen Abschnitten einer Periode in der Nähe von positiven und/oder negativen Spitzenwerten zu messen, daß ferner Einrichtungen vorgesehen sind, die von jeder gemessenen Spannung einen Spannungsimpuls erzeugen, dessen Dauer kurz im Vergleich mit der Periodendauer der Schwingung ist und der der Ringschaltung mit geeigneter Phase und mit einer Amplitude zugeführt wird, die im wesentlichen proportional der Differenz zwischen der gemessenen Spannung und einer Bezugsspannung ist, wobei die Zusammenführung in jedem Fall derart durchgeführt wird, daß die gemessene Amplitude möglichst konstant bleibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 018 941;
französische Patentschrift Nr. 969 379.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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