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Anordnung zur Erzeugung von treppenförmigen Schwingungen Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur Erzeugung von treppenförmigen Schwingungen von zeitlich
äquidistanten und gleich hohen Stufen.
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Verfahren, treppenförmige Schwingungen zu erzeugen, sind an sich bekannt.
Beispielsweise können die zeitlichen Spannungs- oder Stromwerte einer Sägezahnschwingung
periodisch auf einen Speicher, vorzugsweise einen Kondensator, geschaltet werden,
an dem die treppenförmige Spannung erscheint. Eine treppenförmige Schwingung kann
auch aus der Summe zweier Sägezahnschwingungen verschiedener Grundfrequenz hergeleitet
werden. Ferner ist es möglich, eine treppenförmige Schwingung aus der' Summe von
Rechteckspannungen verschiedenen Tastverhältnisses zu erzeugen. Schließlich ist
es bekannt, einen unipolaren Rechteckpuls so zu integrieren, daß eine treppenförmige
Schwingung entsteht.
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Der Nachteil dieser Verfahren besteht darin, daß sie entweder an Urschwingungen
gebunden sind oder aber integrierende Netzwerke erfordern, ganz abgesehen davon,
daß in aller Regel Impedanzwandler infolge der hohen Generatorinnenwiderstände erforderlich
sind.
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Die genannten Verfahren versagen daher bei hohen Anforderungen an
die Konstanz der Amplitude und die Linearität der Schwingungen, insbesondere dann,
wenn die Anordnungen sehr stark schwankenden Umgebungstemperaturen von etwa - 50
bis -I-100° C ausgesetzt sind.
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Hier Abhilfe zu schaffen, ist Aufgabe der Erfindung, gemäß der die
treppenförmigen Schwingungen von einer Schaltanordnung erzeugt werden, die einen
Spannungsteiler aufweist, dessen Teilerverhältnis mittels einer elektronischen Schaltvorrichtung
für jede treppenförmige Schwingung stufenweise geändert wird derart, daß ihr ansteigender
Ast eine Treppenspannung gleicher Stufenhöhe ist.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Spannungsteiler
von n jeweils um den Faktor »2« fallenden, unter sich gleichen Widerstandspaaren
gebildet, die mit ihren einen Enden mit dem Minuspol und mit ihren anderen Enden
über einen Verbraucherwiderstand mit dem Pluspol einer Spannungsquelle verbunden
sind und die zusätzlich mit ihren Verbindungspunkten über je eine in Durchlaßrichtung
geschaltete Diode mit dem Verbraucherwiderstand und über je einen von n Schaltern
mit dem Pluspol der Spannungsquelle verbunden sind, welche Schalter jeweils von
je einer Stufe einer n Stufen aufweisenden Frequenzteilerschaltung rhythmisch geöffnet
werden, derart, daß die am Verbraucherwiderstand liegende Spannung in jeder Periode
treppenförmig um jeweils
der Spannung der Spannungsquelle bis zu ihrem Maximalwert ansteigt.
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An Stelle der bisher verwendeten Schaltanordnungen wird also nunmehr
ein Spannungsteiler verwendet, dessen Teilerverhältnis sich für jede Treppe der
treppenförmigen Schwingung in Übereinstimmung mit ihrer Stufenzahl selbsttätig ändert.
Hierdurch werden Impedanzwandler vermieden. Ein weiterer Vorteil der Anordnung besteht
darin, daß die Amplitude der Schwingung praktisch gleich der Amplitude der Speisespannung
ist.
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Alles Nähere über die Erfindung ergibt sich aus der Beschreibung in
Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anordnung zur Erzeugung von treppenförmigen Schwingungen dargestellt ist. Im einzelnen
zeigt Fig. 1 einen Stromlaufplan der erfindungsgemäßen Anordnung zur Erzeugung von
treppenförmigen Schwingungen, Fig.2 einen Impulsplan der Anordnung gemäß Fig. 1
und Fig. 3 eine Tabelle, auf der der jeweilige Schaltzustand einer Frequenzteilerschaltung
der erfindungsgemäßen Anordnung zur Erzeugung von treppenförmigen Schwingungen dargestellt
ist.
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Eine in Fig.1 nur schematisch dargestellte Frequenzteilerschaltung
1 weist fünf einzelne Teilerstufen 1.1,
1.2, 1.3, 1.4 und
1.5 auf, die beispielsweise aus Kippkreisen
herkömmlicher
Bauart bestehen. Die Frequenzteilerscb.altung 1 wirkt mit einer in Fig. 1 ebenfalls
nur schematisch dargestellten Schaltvorrichtung 2 zusammen, die aus Schaltern 2.1,
2.2, 2.3, 2.4 und 2.5 besteht. In ihrem Ruhezustand sind die einzelnen, beispielsweise
aus Transistoren gebildeten Schalter 2.1 bis 2.5 geschlossen, so wie es in Fig.
1 dargestellt ist. Kippt eine der vorstehend genannten Teilerstufen 1.1 bis 1:5
in ihre Arbeitsstellung, so öffnet sie dabei ihren zugehörigen Schalter 2.1 bis
2.5.
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Jeder Schalter 2.1 bis 2.5 ist mit seinem einen Pol über je eine Leitung
11, 12, 13, 14, 15 mit einer Leitung 26 verbunden, die von dem Pluspol einer Batterie
5 zu einem Arbeitswiderstand R" führt. Der Minuspol der Batterie5 führt über eine
Leitung27 zu einer Parallelschaltung von Widerstandspaaren 3.1, 3'.1; 3.2, 3'.2;
3.3, 3'.3; 3.4, 3'.4; 3.5, 3'.5, die über eine Leitung 28 mit dem anderen Pol des
Arbeitswiderstandes R, verbunden sind.
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Die zusammengehörigen Widerstände 3.1 und 3':1, 3.2 und 3'.2 usw.
weisen jeweils gleiche Widerstandswerte auf, während die Widerstandswerte zweier
benachbarter Widerstandspaare 3.1 und 3'.l, 3.2 und 3'.2 usw. sich jeweils um den
Faktor »2« verkleinern, d. h. daß der Wert des Widerstandspaares 3.2 und 3'.2 halb
so groß wie der Wert des Widerstandspaares 3.1 und 3'.l ist.
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Die Verbindungspunkte der Widerstandspaare 3.1 und 3'.1, 3.2 und 3'.2
usw. sind jeweils über je eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode 4.1, 4.2, 4.3,
4.4 und 4.5 mit der Leitung 28 und über je eine Leitung 21, 22, 23, 24 und 25 mit
den zugehörigen Gegenkontakten der Schalter 2.1 bis 2.5 verbunden. Über ihre Dioden
4.1 bis 4.5 werden die Widerstände 3'.1 bis 3'.5 dann überbrückt,
wenn die ; Schalter 2.1 bis 2.5 geöffnet sind.
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Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Schaltanordnung soll
nunmehr an Hand der Fig. 2 und 3 näher erläutert werden.
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Die in Fig. 2 dargestellten Rechteckpulsfolgen sind entsprechend ihrer
Zugehörigkeit zu den einzelnen Teilerstufen der in Fig. 1 dargestellten Frequenzteilerschaltung
1 mit 1.1, 1.2, 1.3; 1.4 und 1.5 bezeichnet. Die schraffierten Impulse jeder Impulsfolge
stellen die Zeiten dar, zu denen die zugehörigen Schalter 2.1 usw. geöffnet, die
nicht schraffierten Impulse stellen dagegen die Zeiten dar, zu denen die genannten
Schalter geschlossen sind.
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In Fig. 3 sind die Schaltkombinationen dargestellt, die von den Kippkreisen
der Frequenzteiierschaltung 1 zur noch zu beschreibenden Erzeugung der treppenförmigen
Schwingung eingenommen werden. Hierbei entspricht ein Kreuz in der entsprechenden
Spalte »Teilerstufe«, daß diese sich in ihrer Arbeitsstellung befindet.
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Jeder Schaltstellung der Frequenzteilerschaltung 1 entspricht ein
Spannungsteilerverhältnis, das aus den Widerständen 3.1 usw. und den Widerständen
3'.1 usw. und dem Arbeitswiderstand R, gebildet wird (vgl. Fig. 1). Sind beispielsweise
alle Teilerstufen 1.1 bis 1.5 in ihrer Arbeitsstellung, also alle Schalter der Schaltanordnung
2 geöffnet, so ist der Spannungsteiler aus der Parallelschaltung der Widerstände
3.1 bis 3.5 und dem Arbeitswiderstand R" gebildet (vgl. auch Fig. 3, Spalte 31).
Die Durchlaßwiderstände der Dioden 4.1 bis 4.5 sind gegenüber den Widerstandswerten
der genannten Widerstände vemachlässigbar klein. Wird dagegen der Schaltzeitpunkt
nach der ersten Pulsbreite der Folge 1.1 betrachtet, so ist die Teilerstufe 1.1
in ihrem Ruhezustand und demgemäß der Schalter 2.1 geschlossen, die Teilerstufen
1.2 bis 1.5 sind dagegen in ihrem Arbeitszustand, d. h., daß die Schalter 2.2 bis
2.5 geöffnet sind (vgl. auch Fig.3). Der Spannungsteiler besteht jetzt aus der Parallelschaltung
der Widerstände 3.2 bis 3.5 und der Parallelschaltung der Widerstände 3'.1 mit dem
Arbeitswiderstand Rv. Diesem Schaltzustand entspricht die erste Stufe der in Fig.
2 unter UR, dargestellten treppenförmigen Schwingung.
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Nach zwei Pulsbreiten der Pulsfolge 1.1 befinden sich die Teilerstufen
1.1, 1.3, 1.4 und 1.5 in ihrem Arbeitszustand, d. h., ihre zugehörigen Schalter
2.1, 2.3, 2.4 und 2.5 sind geöffnet, während sich die Teilerstufe 1.2 in ihrem Ruhezustand
befindet, d. h. daß der Schalter 2.2 geschlossen ist. Der Spannungsteiler besteht
nunmehr aus der Kombination der Widerstände 3.1, 3.3, 3.4 und 3.5 sowie aus den
parallel geschalteten Widerständen 3'.2 und dem Arbeitswiderstand R7,. Nach drei
Pulsbreiten der Folge 1.1 besteht nunmehr die Widerstandskombination aus den Widerständen
3.3, 3:4, 3.5 sowie der Parallelschaltung der Widerstände 3'.1, 3'.2 und dem Arbeitswiderstand
R" usf.
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Die Spannung am Arbeitswiderstand R, steigt also stufenweisejeweilsum
derSpannungderSpannungsquelle 5 von einem unteren
auf einen Maximalwert an. Auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel übertragen,
steigt also die Spannung jeweils um der Spannung der Spannungsquelle am Arbeitswiderstand
Rv an, so wie es in Fig. 2 unter URv dargestellt ist.
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Selbstverständlich können, ohne das Wesen der Erfindung zu verlassen,
die Anzahl der Stufen des einen aus einer Parallelschaltung von Widerstandspaaren
bestehenden Teilerwiderstandes beliebig verändert werden, so wie es das geforderte
Auflösungsvermögen der treppenförmigen Schwingung erfordert. Für jedes weitere Widerstandspaar
sind lediglich eine weitere Teilerstufe der Frequenzteilerschaltung 1 und ein weiterer
Schalter der Schaltvorrichtung 2 erforderlich. Im übrigen kann die Polarität der
Spannungsquelle vertauscht werden, wenn dabei auch die Dioden umgepolt werden.