DE1212142B

DE1212142B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung mehrerer phasenverschobener Impulszuege

Info

Publication number: DE1212142B
Application number: DEG35580A
Authority: DE
Inventors: Lawrence Roswell Peaslee; Murray Rosenblatt
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1961-07-28
Filing date: 1962-07-27
Publication date: 1966-03-10
Also published as: GB1018075A; US3241033A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03k

Deutsche KL: 21 al-36/02

Nummer: 1212142

Aktenzeichen: G 35580 VIII a/21 al

Anmeldetag: 27. Juli 1962

Auslegetag: 10. März 1966

Die Erfindung betrifft die Erzeugung mehrphasiger Impulszüge aus einer einphasigen Eingangsgröße.

Früher erzeugte man mehrphasige Ausgangsgrößen im allgemeinen aus einphasigen sinusförmigen Eingangsgrößen. Für eine derartige Umwandlung ergeben sich verschiedene Schwierigkeiten: Es müssen besondere Eingangssignale vorliegen, ferner ist ein gleichbleibender Phasenverschiebungswinkel in der Ausgangsgröße aufrechtzuerhalten, und es muß Vorsorge getroffen sein, daß als Ausgangsgröße die erforderliche Wellenform entsteht. Zur Erzeugung von Ausgangsgrößen mit brauchbarem Schwingungsverlauf war es beispielsweise oft erforderlich, teuere und viel Platz beanspruchende Filtereinrichtungen zu verwenden.

Gegenwärtig übliche Schaltungen zur Frequenzumwandlung und zur Erzeugung von Mehrphasenströmen wirken dahingehend, daß genau begrenzte mehrphasige Ausgangsgrößen aus einer Vielzahl von Rechteckwellenformen zusammengesetzt werden, die um einen bestimmten Phasenwinkel zueinander versetzt liegen. Bei diesen Verfahren lassen sich relativ einfache und zweckdienliche Filtereinrichtungen verwenden, um eine gewünschte Ausgangsgröße zu erzielen. Darüber hinaus bestehen heutzutage viele Möglichkeiten für eine direkte Verwendung rechteckförmiger Wellenformen, die phasenmäßig mit bestimmten Beträgen zueinander versetzt liegen.

Dem Erfindungsgegenstand liegt die Aufgabe zugrunde eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung von N weitgehend symmetrischen (Rechteck-) Impulsen gleicher Frequenz, die gegenseitig in Abständen von nahezu 360°/N phasenverschoben sind, aus dem Ausgangssignal einer periodisch pulsierenden Spannungsquelle, wobei N größer als 2 und keine reine geometrische Reihe mit der Basis 2 ist.

Es sind zwar Schaltungen bekannt, die dieses Problem lösen; der rein schaltungsmäßige Aufwand dieser Schaltungen ist aber sehr groß, da sie überwiegend mit aktiven Bauelementen arbeiten, sei es in zahlreichen zu Frequenzuntersetzern oder Binärzählern geschalteten bistabilen Kippschaltungen oder als elektronische Schalter, die zur Weiterschaltung einer speziellen Spannungsquelle zwei um 180° phasenverschobene Rechteck-Ausgangssignale benötigen.

Gemäß der Erfindung wird dieses Problem dadurch gelöst, daß mehrere bistabile Stufen so hintereinandergeschaltet sind, daß jede Stufe niedrigerer Ordnung die Stufe nächsthöherer Ordnung ansteuert, daß die Ausgangssignale von Stufen auf ihre eigenen Eingänge oder auf die Eingänge anderer Stufen zu-Schaltungsanordnung zur Erzeugung mehrerer
phasenverschobener Impulszüge

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertretei:

Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,

Frankfurt/M.-l, Parkstr. 13

Als Erfinder benannt:

Lawrence Roswell Peaslee, Waynesboro, Va.;

Murray Rosenblatt, Haddonfield, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 28.JuIi 1961 (127 677)--

rückgekoppelt sind und daß eine Logikschaltung (Schaltnetz) an die Ausgänge mindestens einiger Stufen angeschlossen ist und mindestens ein ODER-Glied enthält, das von einigen Stufen unsymmetrische Eingangsimpulse erhält und bewirkt, daß die Schaltungsanordnung die gewünschten symmetrischen Ausgangsimpulse liefert.

Durch Abänderung der erläuterten Ausführungsbeispiele können Mehrphasensignale von 2 bis N Phasen mit einer Vielfalt von Phasenverschiebungen erzeugt werden.

Die Erfindung ist nachfolgend an Hand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen im einzelnen beschrieben.

F i g. 1 zeigt in Blockform den Aufbau der Schaltungsanordnung für einen Phasenkonverter mit einer Anzahl von Schieberegisterstufen,

Fig. 2A zeigt eine Tabelle, in der die Zustände dargestellt sind, die jede Stufe in dem Schieberegister nach F i g. 1 innerhalb eines Umlaufes annimmt;

Fig. 2B erläutert den Spannungsverlauf, der an der Ausgangsseite der in F i g. 1 dargestellten Stufen innerhalb eines Umlaufes auftritt.

F i g. 3 zeigt in Blockform die Schaltungselemente und die logische Schaltung für einen Phasenkonverter mit einer Anzahl von Zählerstufen;

Fig. 4 A ist eine Tabelle für die Zustände, die jede Stufe des Zählers in F i g. 3 bei einem Arbeitszyklus

609 537/353

3 4

bzw. Umlaufes annimmt, und zeigt außerdem die beitsweise ohne Berücksichtigung der logischen

erforderliche dreiphasige Ausgangsgröße für jedes Schaltungen 17 und 18 betrachtet wird. Unter dieser

Intervall innerhalb eines Umlaufes; Voraussetzung sind die Ausgänge 1 und 0 der Stufen

Fig. 4B erläutert den Spannungsverlauf, der sich 11 und 12 direkt mit den EingängenS und R der

am Ausgang der Stufen des Zählers in Fig. 3 und 5 Stufen 12 und 13 verbunden. Die Ausgänge der

am Ausgang des Phasenkonverters während eines Stufe 13 sind über die Leitungen 19 und 20 an die

Arbeitszyklus bzw. Umlaufes ergibt; Eingänge der Stufe 11 geführt. Diese Anschlüsse sind

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, in dem schematisch bezüglich der zuvor beschriebenen Anschlüsse umgedie Schaltungselemente und die logische Schaltung kehrt, so daß die Ausgänge 1 und 0 der Stufe 13 für einen Phasenkonverter mit einem Hybridzähler io mit den EingängenR bzw. S der Stufeil in Vergezeigt sind; bindung stehen. Diese Zwischenverbindung der Stu-

Fig. 6 ist ein Schaltbild einer typischen Flip-Flop- fen ermöglicht den Zustandsübergang von Stufe zu

Schaltung, die als eine Stufe entweder in den Zähler- Stufe, wenn Triggerimpulse zugeführt werden, da mit

oder Schiebregistereinheiten Anwendung findet. der Ausgangsgröße jeder vorhergehenden Stufe der

F i g. 1 zeigt eine Verschieberegisteranordnung zur 15 entsprechende Eingang jeder nachfolgenden Stufe

Erzeugung eines dreiphasigen rechteckförmigen Span- unter Spannung gesetzt wird. Die umgekehrte bzw.

nungsverlaufs aus einer Einphasen-Spannungsquelle. ausgetauschte Rückführungsverbindung von der

In dieser Ausführungsform besteht die Emphasen- Stufe 13 zur Stufe 11 führt natürlich zu einem Uber-

Spannungsquelle aus einem Generator 10, der recht- gang in den entgegengesetzten Zustand,

eckförmige Schwingungen oder Impulse bei einer 20 Die Tabelle nach Fig. 2A zeigt die Zustände für

Wiederholungsfrequenz liefert, die sechsmal so groß jede Schieberegisterstufe nach Zuführung eines

wie die erforderliche Ausgangsfrequenz ist. Wie wei- Schaltimpulses an deren Triggeranschluß. Die auf-

ter unten noch beschrieben wird, können die von einanderfolgenden Zeilen der Tabelle geben die auf-

dem Generator 10 gelieferten Signale verschiedene einanderfolgend zugeführten Triggerimpulse wieder,

Formen annehmen. Ein aus bistabilen Stufen 11,12 25 während jede Spalte der Tabelle den Zustand einer

und 13 aufgebautes Schieberegister wird von den besonderen Stufe angibt. Demnach zeigt die erste

Impulsen aus dem Generator 10 getriggert, und die Spalte die verschiedenen Zustände, welche die Stufe

Ausgangsgröße aus jeder Stufe des Schieberegisters 11 in Fig. 1 während eines Arbeitszyklus annimmt,

wird durch Gegentaktverstärker 14,15 und 16 ver- Es sei zunächst vorausgesetzt, daß sich sämtliche

stärkt, um von dort nachfolgenden Stufen, beispiels- 30 Stufen in dem Zustand 0 befinden. Dies ist in der

weise einer nicht dargestellten Inverterschaltung zu- Zeile 0 dargestellt. Eine gleichzeitige Zuführung von

geführt zu werden. Triggerimpulsen aus dem Generator 10 an sämtliche

Jede bistabile Stufeil, 12 oder 13 ist in Form Stufen bewirkt eine Überführung der Zustände der eines Blockes dargestellt, an dem Eingangsanschlüsse Stufen 11 und 12 in die Stufen 12 bzw. 13, und MIS' und R, Ausgangsanschlüsse 1 und 0 und ein Trig- 35 folge der Umkehrung zwischen den Stufen 13 und 11 geranschluß T angegeben sind. Wie dem Fachmann _wi_rd der Zustand der Stufe 13 umgewandelt und so bekannt ist, können diese bistabilen Stufen aus einem von der Stufe 11 angenommen. Aus Zeile 2 der bistabilen Multivibrator bzw. einer Flip-Flop-Schal- Tabelle läßt sich erkennen, daß nach Zuführung des tung bestehen. Eine typische Flip-Flop-Schaltung ersten Triggerimpulses die Stufen die Zustände 1-0-0 unter Anwendung von Transistoren ist in Fig. 6 dar- 40 angenommen haben, wenn man von links nach rechts gestellt und weiter unten beschrieben. Es ist selbst- liest. Eine aufeinanderfolgende Zuführung von Trigverständlich, daß auch andere geeignete bistabile gerimpulsen führt zu aufeinanderfolgenden Permuta-Vorrichtungen zur Durchführung der Erfindung An- tionen der Zustände, wie es in der Tabelle dargewendung finden können. stellt ist, wobei nach Zuführung des sechsten Im-

Zum besseren Verständnis der Beschreibung ist es 45 pulses der Ausgangszustand 0-0-0 wiederhergestellt zweckmäßig, die bistabilen Stufen so zu betrachten, ist. Somit ist bei Zuführung von sechs Impulsen ein daß sie sich in dem Zustand befinden, der durch die Arbeitszyklus des Schieberegisters vollendet, der sich Ausgangsklemme wiedergegeben wird an der bezug- weiterhin fortlaufend wiederholen kann,
lieh der anderen Klemme eine positive Spannung Die in Fig.2B angegebenen Wellenformen 110, liegt. Beispielsweise wird die Stufeil als im Zu- 50 120 und 130 stellen Spannungen dar, die an den stand»1« betrachtet, wenn die an der Ausgangs- Ausgängen 1 der Stufenil, 12 bzw. 13 in Fig. 1 klemme auftretende Spannung größer als die an der auftreten. Fig. 2B ist ein Diagramm, in dem auf Ausgangsklemme 0 ist. Der Zustand einer Stufe wird der Abszisse der Phasenwinkel und auf der Ordinate durch Anlegen eines Impulses an den Trigger- die Amplitude aufgetragen ist. Wie sich jetzt eranschluß T verändert, wenn die Eingangsanschlüsse S 55 kennen läßt, wird ein Zustand »1« durch einen Spanoder R »vorbereitet« sind, d. h., daß eine Spannung nungswert 0 dargestellt. Die Ausgangsgröße aus dem einer vorbestimmten Größe an einem der Anschlüsse Generator 10 ist durch die Triggerimpulse in dem vorliegt. Wenn der »Setz«-Anschluß5 während der Wellenverlauf 100 angegeben. Aus Fig. 2B läßt sich Zuführung eines Triggerimpulses unter Spannung auch erkennen, daß bei einem vollständigen Zyklus steht, schaltet die Stufe in den Zustand »1«. Wenn 60 nach Anlegen von sechs Impulsen der Wechsel zwider »Rücksetz«-Anschluß während der Zuführung sehen dem Ausgang »1« jeder Stufe eine Verschieeines Triggerimpulses unter Spannung steht, schaltet bung von 60° ausmacht. Die Ausgänge »0« der die Stufe in den Zustand »0«. Falls die unter Span- Stufen 11,12 und 13 besitzen ähnliche Wellenformen nung stehende Eingangsklemme und der vorliegende 110,120 bzw. 130 mit der Ausnahme, daß sie jeweils Zustand der Stufe zusammenfallen, führt die Zufüh- 65 um 180° phasenverschoben sind. Indem man die rung eines Triggerimpulses zu keinerlei Wirkung. Ausgänge »1« der Stufen 11 und 13 und die Aus-Der Phasenkonverter nach Fig. 1 läßt sich am gänge»0« der Stufe 12 auswählt, entsteht ein dreibesten dadurch beschreiben, daß zunächst seine Ar- phasiger Rechteckwellenausgang, wobei die drei Aus-

5 6

gangsgrößen gegeneinander um 120° phasenver- schoben, und die Umkehrung des Zustandes »1« von

schoben sind. Damit entsteht ein dreiphasiger Recht- der Stufe 13 in die Stufe 11 führt dazu, daß diese

eckwellenausgang mit einer Frequenz, die den sech- den Zustand »0« annimmt. Die Stufe 12 bleibt unter

sten Teil der Wiederholfrequenz der Triggerimpulse diesen Bedingungen in dem Zustand »0«, so daß

aus dem Generator 10 beträgt. Die verbleibenden 5 dementsprechend eine einwandfreie Zustandskombi-

drei Ausgangsgrößen sind ebenfalls um 120° zuein- nation 0-0-1 erreicht ist.

ander verschoben und bilden somit ein Dreiphasen- Bevor auf weitere Ausführungsbeispiele der Er-

system. Dieses Dreiphasensystem ist um 180° bezug- findung eingegangen wird, sei die in Fig. 6 darge-

lich des ersten Dreiphasensystems versetzt. Wenn stellte typische Flip-Flop-Schaltung beschrieben. Die

sämtliche sechs Ausgangsgrößen verwendet werden, io in dem gestrichelt dargestellten Block 11 dargestellte

liegt ein dreiphasiges Vollweg- bzw. Vollwellen- Flip-Flop-Schaltung zeigt die Schaltungseinzelheiten,

system vor. wie sie für jede einzelne Stufe innerhalb des Schiebe-

Bisher ist der Phasenkonverter bzw. Phasenum- registers nach F i g. 1 vorliegen,
wandler nach F i g. 1 unter der Annahme beschrie- Diese Schaltung enthält pnp-Transistoren 27 und ben worden, daß keine logischen Schaltungen 17 und 15 28, die symmetrisch von Gleichspannungsquellen 44 18 vorliegen. Für die praktische Arbeitsweise sind und 45 erregt werden. Es läßt sich erkennen, daß die solche Torschaltungen jedoch wesentlich, da mit Spannungsquelle 45 mit » + + « und die Spannungseiner Gruppe von drei bistabilen Stufen acht Ver- quelle 44 mit »+« bezeichnet ist. Diese Kennzeichtauschungen der Zustände möglich sind. Die Tabelle nung weist darauf hin, daß die Größe der Spannungsin F i g. 2 gibt einen vollständigen Arbeitszyklus an, 20 quelle 45 die der Spannungsquelle 44 übersteigt, unin dem nur sechs Möglichkeiten auftreten; bei der abhängig von der Größe der Spannung. Selbstveranfänglichen Inbetriebnahme des Systems kann je- ständlich können die Erregerspannungen und Trandoch einer der unerwünschten Vertauschungszu- sistorarten unter Berücksichtigung einer guten Arstände vorliegen, so daß die erwünschte Phasenver- beitsweise nach Belieben ausgewählt werden. Die Schiebung an der Ausgangsseite jeder Stufe nicht er- 25 Kollektoren der Transistoren 27 und 28 sind über reichbar ist. Die unerwünschten Vertauschungszu- Belastungswiderstände 29 bzw. 30 an Erde geführt, stände sind 0-1-0 und 1-0-1. während ihre Emitter mit der Spannungsquelle 44 in

Um sicherzustellen, daß die Schaltung niemals in Verbindung stehen. Eine normalerweise in Sperricheiner Betriebsfolge arbeitet, in der diese Vertäu- tung wirkende Vorspannung wird den Transistoren schungszustände vorliegen, sind die UND-Schaltung 30 27 und 28 über die Widerstände 31 und 32 angelegt,

17 und die ODER-Schaltung 18 vorgesehen. Die die zwischen der Spannungsquelle 45 und den entArbeitsweise und der Aufbau dieser logischen Schal- sprechenden Basen der Transistoren angeschlossen tungen ist bekannt. In Befolgung üblicher Maßnah- sind.

men wird die UND-Schaltung 17 eine Ausgangsspan- Die Basis des Transistors 27 ist mit dem Kolleknung an dem Ausgangsleiter 26 liefern, wenn beide 35 tor des Transistors 28 über die Parallelkombination Eingänge 24 und 25 erregt sind; die ODER-Schal- von Widerstand 33 und Kondensator 34 über Kreuz tung 18 wird dann eine Ausgangsspannung auf der gekoppelt. Eine ähnliche Kombination aus WiderLeitung 27 liefern, wenn entweder der Eingang 23 stand 35 und Kondensator 36 verbindet die Basis des oder der Eingang 22 erregt ist. Transistors 28 und den Kollektor des Transistors 27.

Die ODER-UND-Schaltungskombination ist in der 40 Eine Steuerung des Zustandes, in dem sich die Schieberegisterschaltung so angeschlossen, daß Schaltung befindet, wird durch Zuführung von Spanimmer, wenn der Vertauschungszustand 1-0-1 vor- nung an den »Setz«-Anschluß 5 oder den »Rückliegt, der Ausgang »1« in der Stufe 11 blockiert ist, setz«-AnschlußR erreicht (s. linke Seite der Fig. 6). d. h. nicht zur Stufe 12 gelangt und damit der Der Anschluß S ist über einen Widerstand 39 und in nächste Zustand 0-0-0 wird, der einen der Vertäu- 45 einer geeigneten Weise gepolten Gleichrichter 38 so schungszustände in einem normalen Umlauf darstellt. angeschlossen, daß er an die Basis des Transistors Da der verbleibende falsche Vertauschungszustand 27 positive Spannungen bezüglich ihres Emitters her-0-1-0 bei normaler Arbeitsweise selbsttätig in 1-0-1 anführt, während der Anschluß R über einen Widerübergeht, so wird nach zwei Triggerimpulsen dieser stand 43 und einen entsprechend gepolten Gleichanfänglich falsche Vertauschungszustand ebenfalls 50 richter 42 an die Basis des Transistors 28 positive auf die Form 0-0-0 zurückgeführt. Somit läßt sich die Spannungen bezüglich des Emitters heranführt. Der erforderliche Beseitigung der unerwünschten Ver- Triggeranschluß T ist über Kondensatoren 37 und 41 tauschungszustände in einfacher Weise herbeiführen. an die Anoden der Gleichrichter 38 bzw. 42 geführt

Die Arbeitsweise der UND-Schaltung 17 und der und gibt somit wahlweise positive Abschaltspannun-

ODER-Schaltung 18 läßt sich bei der Verfolgung der 55 gen an die Transistorbasen, wenn die Anschlüsse 5

Vorgänge verstehen, welche in Abhängigkeit von oder R unter Spannung stehen. Die Ausgangsklem-

einem Triggerimpuls auftreten, wenn die Ursprung- men 1 und 0 sind an die Kollektoren der Transisto-

liche Kombination der Zustände 1-0-1 beträgt. Unter ren 28 bzw. 27 geführt.

dieser Bedingung wird keiner der Eingänge der Um die Wirkungsweise der Flip-Flop-Schaltung zu

ODER-Schaltung 18 erregt, da die Stufe 12 sich im 60 erläutern, sei angenommen, daß der Transistor 27

Zustand »0« und die Stufe 13 sich im Zustand »1« anfänglich leitet und der Transistor 28 anfänglich

befindet. Da keiner der Eingänge der Torschaltung sperrt. Unter diesen Bedingungen befindet sich der

18 erregt ist, liegt auch auf der Leitung 24 keine Kollektor des Transistors 27 im wesentlichen auf Ausgangsspannung vor, und dementsprechend ist es einer positiven Spannung (+), die an die Ausgangsunmöglich, einen Impuls über die UND-Schaltung 65 klemme 0 gelangt, während der Kollektor des Tran-17 weiterzuleiten. Durch gleichzeitiges Zuführen von sistors 28 sich in der Nähe von Erdpotential befindet, Triggerimpulsen an beiden Stufen wird daher der das demnach auch an der Ausgangsklemme 1 vor-Zustand »0« von der Stufe 12 in die Stufe 13 ver- liegt. Somit ist der Zustand dieser Flip-Flop-Schal-

7 8

tung »0«. Es sei ferner vorausgesetzt, daß die Ein- denartigen Ausgangsgrößen aus der Schaltung nach

gangsklemmeS unter einer positiven Spannung (+) Fig. 3 wiedergeben, sind in den Fig. 4A bzw. 4B

steht und daß die Eingangsklemme R bei Erdpoten- dargestellt,

tial liegt. Üblicherweise wird, um bis 8 zu zählen, ein drei-

Unter den vorgenannten Verhältnissen befindet 5 stufiger Zähler mit bistabilen Einheiten verwendet,

sich die Basis des Transistors 27 ungefähr bei 0 Volt In dem Zähler nach F i g. 3 sind mit einer Diode 56

bezüglich des zugehörigen Emitters, der sich auf dem und einem Kondensator 57 Einrichtungen vorge-

positiven Potential der Spannungsquelle 44 befindet; sehen, welche die beiden Stufen 48 und 49 zunächst

auch die Anode der Diode 38 liegt auf diesem Po- bis zur Zahl 3 zählen lassen und darauf die Stufe 50

tential. Somit wird ein an der Klemme T ankommen- io zuschalten. Durch diese Zuschaltung kann der Zähler

der positiver Triggerimpuls über den Kondensator bis zu einem Betrag von 6 zählen. Die Wirkungs-

37 und die Diode 38 an die Basis des Transistors 27 weise dieser Anordnung ergibt sich aus den Folge-

weitergeleitet, so daß dieser Transistor sperrt. tabellen in Fig. 4A.

Andererseits ist die Diode 42 zu diesem Zeitpunkt Die Stufen 48, 49 und 50 sind zu einem üblichen durch die Spannungsquelle 44 positiv an der Ka- 15 Zähler miteinander verbunden, wobei der Ausgang 0 thode und mit ungefähr 0 Volt an der Anode ent- aus jeder Stufe an den Triggereingang T der nachgegen der Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß der folgenden Stufe geführt ist, während der die Auspositive Triggerimpuls nicht an die Basis des Tran- löseimpulse erzeugende Generator 10 an den Triggersistors 28 gelangt. Auf Grund der Überkreuzkopp- eingang T der ersten Stufe 48 geführt ist. Innerhalb lung von Widerstand 35 und Kondensator 36 zwi- 20 jeder Stufe ist der O-Ausgang mit dem 5-Ausgang sehen dem Kollektor des Transistors 27 und der und der 1-Ausgang mit dem .R-Eingang verbunden. Basis des Transistors 28 wird bei Abschaltung des Damit schaltet die Stufe zu jedem Zeitpunkt, wenn Transistors 27 der Transistor 28 auf Grund des ein positives Signal an der Triggeranschlußklemme T Spannungsabfalls des Kollektors des Transistors 27 vorliegt. Wie bereits zuvor erwähnt, vollendet der leitend. Die Spannungen an den Ausgangsleitungen 0 25 grundlegende Schaltungsaufbau einen Umlauf für und 1 werden nun umgekehrt und geben dement- jeweils acht Impulse, die von dem Impulsgenerator sprechend den neuen Zustand »1« der Flip-Flop- 10 geliefert werden. Indem der Ausgang 1 der Stufe Schaltung wieder. 49 mit dem Sekundärtriggeranschluß T₁ der Stufe 48

Die Zuführung eines Triggerimpulses an die An- verbunden ist, wird jedoch ein vollständiger Kreisschlußklemme T, wenn sich die Stufe im Zustand 30 lauf bei jeweils sechs Impulsen aus dem Impuls- »1« befindet und die Eingangsklemme S unter einer generator 10 beendet. Logische Schaltungen 47, 51, Spannung steht, verändert den vorliegenden Zustand 52, 53, 54 und 55 dienen zur Umwandlung der Ausnicht, da der Transistor 27 bereits abgeschaltet ist. gangsgröße jeder Stufe im Laufe eines vollständigen Dies entspricht der erwarteten Arbeitsweise, da die Umlaufes in eine Form, in der eine direkte Weitervorliegende Flip-Flop-Schaltung immer den Zustand 35 verwendung in drei Phasen ermöglicht wird,
der vorhergehenden Flip-Flop-Schaltung wiedergeben Es sei zunächst angenommen, daß sämtliche Stufen soll. sich im Zustand »0« befinden. Dieser Zustand er-

Es sei bemerkt, daß die Triggerimpulse immer scheint in der Nullzeile in der linken Tabelle der

über die Kondensatoren37 und 41 ankommen. Diese Fig. 4A als 0-0-0. Bei Zuführung des ersten Im-

Kondensatoren ermöglichen eine Differenzierung, so 40 pulses aus dem Generator 10 wird die Stufe 48 in

daß gleichmäßige rechteckförmige Triggersignale einen Zustand »1« übergeführt. Die anderen Stufen

verwendet werden können, um die Flip-Flop-Schal- verbleiben bei 0, da nur die Nullklemmen Verbin-

tung zu triggern. Die an den Eingängen S und R auf- düngen aufweisen, um nachfolgende Stufen zu trig-

tretenden Spannungen werden über die Widerstände gern. Bei Ende des ersten Triggerimpulses liegt der

39 bzw. 43 zugeführt. Die Kondensatoren 37 und 41 45 Zustand 1-0-0 vor.

integrieren diese Eingänge und führen eine Ver- Bei Zuführung eines zweiten Triggerimpulses an zögerung ein. Dies setzt voraus, daß die Spannungs- die Klemme T der Stufe 48 wird diese Stufe wiedersignale so lange andauern, bis die Flip-Flop-Schal- um geschaltet, so daß zu dieser Zeit eine Spannung tung vollständig ihren Zustand gewechselt hat, daß an dem Nullausgang vorliegt. Diese Spannung gesie jedoch beendet sind, bevor der nächste Trigger- 50 langt zur Klemme T der Stufe 49 und schaltet diese impuls auftritt. in den Zustand »1«. Die Stufe 50 ist von diesen Vor- _ Bevor auf weitere Phasenkonverterausführungen gangen bisher unberührt. Wenn die Stufe 49 in einen eingegangen wird, sei auf ein zusätzliches Schaltele- Zustand 1 umgeschaltet worden ist, gelangt über die ment in der Flip-Flop-Schaltung nach Fig. 6 hinge- Diode 56 und Kondensator 57 eine Spannung zur wiesen. Dies betrifft die Anschlußklemme T₁, die 55 Klemme T₁ der ersten Stufe48. Wie sich aus Fig. 6 direkt mit der Basis des Transistors 28 in Verbin- ergibt, erfährt diese Spannung auf Grund des Kondung steht. Bei Zuführung eines positiven Impulses densators 57 eine kurze Verzögerung, nach der sie an die Anschlußklemme T₁ wird der Transistor 28 den leitenden Transistor 28 abschaltet. Mit anderen zu jeder Zeit in Gegenrichtung vorgespannt und so Worten, die erste Stufe wird wieder geschaltet und mit in seinen sperrenden Zustand übergeführt. Diese 60 befindet sich demzufolge jetzt in einem Zustand »1«. Anschlußklemme ist in der in F i g. 3 dargestellten Das zweite Schalten der Stufe 48 über den Sekundär-Ausführungsform enthalten. triggereingang erfolgt ohne Wirkung auf die nach-

Es lassen sich zahlreiche Anordnungen angeben, folgenden Stufen, so daß ein stabiler Zustand 1-1-0 in denen bistabile Elemente als Zähler für einen vorliegt. Dies ist unmittelbar unterhalb der Zeile 2 Phasenkonverter Verwendung finden. In Fig. 3 ist 65 in der linken Tabelle in Fig. 4A dargestellt,

eine Anordnung dargestellt, in der drei Flip-Flop- Der dritte Triggerimpuls führt zu einem Umschal-Schaltungen 48, 49 und 50 vorgesehen sind. Eine ten des Zählerausgangs in 0-0-1, wie dies Zeile 3 der Folgetabelle und Wellenformen, welche die verschie- Tabelle wiedergibt.

Der vierte von dem Generator 10 abgegebene Impuls führt die Stufen in die Zustände 1-0-1.

Der fünfte Impuls schaltet den Zustand der Stufe 48 nach »0« und den Zustand der Stufe 49 nach »1«. Dies ist ebenfalls eine Übergangsbedingung, da nach einer kurzen Verzögerung die Diode 56 und der Kondensator 57 wiederum eine Spannung abgeben, um die Stufe 48 von 0 nach 1 zu schalten und dabei den stabilen Zustand 1-1-1 zu erzeugen.

Der Zähler wird durch Zuführung eines sechsten Impulses auf den Zustand 0-0-0 zurückgeführt.

Fig. 4B ist ein Diagramm, in dem der Phasenwinkel auf der Abszisse und die Signalamplitude auf der Ordinate aufgetragen sind.

In Fig. 4B geben die Wellenformen 480 und 500 die Spannungsausgänge an den »1 «-Klemmen der Stufen 48, 49 bzw. 50 innerhalb eines vollständigen Umlaufes wieder. Es läßt sich erkennen, daß die Dauer der positiven Spannung aus jeder Stufe verschieden ist. Aus der weiter oben beschriebenen Ausführungsform ergibt sich, daß die eingeschaltete und abgeschaltete Zeit gleich sein muß, damit die erwünschte Ausgangsgröße entsteht. Nur die Wellenform 500, welche die Ausgangsgröße aus der Endstufe 50 wiedergibt, genügt dieser Bedingung. Um die erforderlichen Ausgangsgrößen ebenfalls für die verbleibenden Phasen zu erzeugen, sind sowohl UND-Schaltungen 47, 51, 53 als auch zwei ODER-Schaltungen 54 und 55 vorgesehen.

Die UND-Schaltung 51 liefert einen Ausgang, wenn gleichzeitig der 0-Ausgang der Stufe 49 und der 0-Ausgang der Stufe 50 vorliegen; die UND-Schaltung 52 liefert einen Ausgang, wenn der »1«- Ausgang der Stufe 49 und der »1 «-Ausgang der Stufe 50 gleichzeitig auftreten; die UND-Schaltung 53 liefert eine Ausgangsgröße, wenn der 0-Ausgang der Stufe 48 und der 1-Ausgang der Stufe 50 gleichzeitig auftreten; und die UND-Schaltung 47 liefert eine Ausgangsgröße, wenn der 1-Ausgang der Stufe 48 und der 0-Ausgang der Stufe 50 gleichzeitig auftreten. Die ODER-Schaltungen 54 und 55 sind auswahlmäßig mit den Ausgängen der UND-Schaltungen verbunden, um die in Fig. 4B eingezeichneten Wellenformen 540 bzw. 550 zu liefern. Die ODER-Schaltung 54 liefert eine Ausgangsgröße, wenn entweder die UND-Schaltung 51 oder 52 eine Ausgangsgröße abgibt, und die ODER-Schaltung 55 liefert eine Ausgangsgröße, wenn entweder an der UND-Schaltung 47 oder an der UND-Schaltung 53 ein Ausgang vorliegt.

Zur Erläuterung der logischen Schaltungen in F i g. 3 besitzen die Ausgänge von aufeinanderfolgenden Stufen des abgeänderten Zählers die Bezeichnungen a-ä, b-"B und c-c, wobei Έ, Έ und c die 0-Ausgänge der Stufen 48, 49 bzw. 50 und a, b und c die 1-Ausgänge der Stufen 48, 49 bzw. 50 wiedergeben. Entsprechend der üblichen Bezeichnungsweise erkennt man, daß ä »nicht a« oder den Kehrwert von α bedeutet, was sich in gleicher Weise auf Έ und c bezieht.

Der gewünschte Ausgangszustand für eine Dreiphasenstromversorgung ist im rechten Abschnitt der Fig. 4A dargestellt. Das Ziel der logischen Schaltung nach F i g. 3 ist die Umwandlung der Zählerausgänge aus der im linken Abschnitt von Fig. 4A dargestellten Form in die des rechten Abschnittes. Mit anderen Worten, die logische Schaltung soll die Wellenformen 480, 490 und 500, wie sie im oberen Teil von Fig. 4B gezeigt sind, in die Wellenformen 550, 540 und 580 im unteren Abschnitt von F i g. 4 B umwandeln.

Für die erforderliche Umwandlung liegen folgende logische Gleichungen vor:

A — ac + äc B = be + be

ίο Während A durch die Wellenform 550 wiedergegeben und in der rechten Tabelle als erste Spalte dargestellt ist, ergibt sich B als Wellenform 540 aus der zweiten Spalte der rechten Tabelle, während schließlich C als Wellenform 580 aus der dritten Spalte der rechten Tabelle hervorgeht.

Es läßt sich sofort erkennen, daß Έ ~c die Ausgangsgröße der UND-Schaltung 51 und b c die Ausgangsgröße der UND-Schaltung 52 wiedergibt. Es leuchtet ferner ein, daß die ODER-Schaltung 54 eine Ausgangsgröße ΈΈ + bc liefert. Demzufolge liefert die Kombination der UND-Schaltungen 51 und 52 und der ODER-Schaltung 54 die erforderliche Wellenform 540, die ein integraler Bestandteil der erwünschten Dreiphasenausgangsgröße ist. In gleicher Weise erkennt man, daß die UND-Schaltungen 47 und 53 in Kombination mit der ODER-Schaltung 55 die Wellenform 550 erzeugen. Die Wellenform 580 ist identisch mit dem 1-Ausgang der Stufe 50, so daß hier keine weiteren Funktionen erforderlich sind.

Fig. 5 zeigt eine weitere Zähleranordnung zur Erzeugung eines dreiphasigen Ausgangs aus einem einphasigen Eingang. Drei bistabile Stufen 59, 60 und 61 sind miteinander verbunden, während eine Anzahl logischer Schaltungen einen Zähler bilden, der nach jeweils sechs Impulsen einen Umlauf vollendet und eine Anzahl von Rechteckwellen am Ausgang der ODER-Schaltungen 66 und 68 und der UND-Schaltung 67 erzeugt, die um 120° zueinander versetzt sind.

In F i g. 5 ist die erste bistabile Stufe 59 als Binärzähler angeschlossen, um einen einzelnen Ausgangsimpuls am 0-Ausgang für jeweils zwei Eingangsimpulse an der Anschlußklemme T zu liefern. Die zweiten und dritten bistabilen Stufen 60 und 61 sind zu einem Schieberegister verbunden und empfangen an dem Triggereingang T gleichzeitig von dem 0-Ausgang der Stufe 59 Eingangsimpulse. Die Stufe 60 und die Stufe 61 sind miteinander verbunden und zählen bis 3; eine Ausgangsgröße erscheint dementsprechend an dem 0-Ausgang der Stufe 61 bei jeweils drei aus dem Impulsgenerator 10 empfangenen Impulsen. Ein vollständiger Umlauf sämtlicher möglicher Vertauschungszustände liegt jeweils nach sechs Eingangsimpulsen vor.

Die UND-Schaltung 62 ist mit ihren Eingängen an die 0-Ausgänge der Stufen 60 und 61 angeschlossen und ein Ausgang ist mit dem »Setz«Eingang S der Stufe 60 verbunden. Wenn sich die Stufen 60 und 61 beide im Zustand 0 befinden, gelangt somit eine Spannung an den Eingang S der Stufe 60 und stellt sicher, daß sie bei nachfolgender Zuführung eines Triggerimpulses an den Anschluß T in den Zustand »1« übergeführt wird. Diese Verbindung mit der UND-Schaltung 62 führt dazu, daß die Stufen 60 und 61 nach jeweils drei Triggerimpulsen einen vollständigen Umlauf zurückgelegt haben.

Um die Ausgangsgrößen des in F i g. 5 dargestellten Zählers zur Erzeugung eines dreiphasigen Recht-

609 537/353

eckwellensignals zu verwenden, sind die folgenden logischen Gleichungen geeignet. Auch hier seien die Ausgangsgrößen aus jedem Zähler mit a-a, b-"B und t-c bezeichnet.

A = b + aV

B = Έ(α + Έ)

C = c + ab

Die logischen Schaltungen 63 bis 68 sind zur Ausführung der angegebenen Funktionen miteinander verbunden. Die Ausgangsgröße A erscheint beispielsweise am Ausgang der ODER-Schaltung 66. Aus der Schaltung läßt sich erkennen, daß diese Ausgangsgröße durch Einführen des Ausgangs 1 (α) der Stufe 59 und des Ausgangs 0 (c) der Stufe 61 in die UND- *5 Schaltung 63 und durch Kombination des Ausgangs (α Έ) der UND-Schaltung 63 mit dem Ausgang 1 (b) der Stufe 60 in der ODER-Schaltung 66 abgeleitet ist. Die anderen Schaltungsverbindungen liegen entsprechend den oben angegebenen Gleichungen vor. zo

Vorstehend sind drei spezielle Anwendungen bistabiler Stufen im Zusammenhang mit logischen Schaltungen dargestellt worden, um mehrphasige Ausgangsgrößen zu erzeugen. Bei der ersten Anwendungsform wird ein Schieberegister benutzt, bei der »5 zweiten ein Zähler und bei der dritten eine Kombination aus Zähler und Schieberegister. Bei sämtlichen Anwendungsformen wird eine einphasige Eingangsgröße in Form von Impulsen oder Rechteckwellen in dreiphasige Rechteckwellenausgänge umgewandelt. Entsprechend den erfindungsgemäßen Maßnahmen können mehrphasige Ausgangsgrößen mit jeder gewünschten Phasenverschiebung erzeugt werden, wobei bezüglich der Anzahl der erzeugten Phasen keine Einschränkungen bestehen. Darüber hinaus stellen, wie oben angeführt, die besonderen Bauweisen bzw. Schaltungen des Zählers oder des Schieberegisters keinen Bestandteil der Erfindung dar.

Claims

Patentansprüche:

40

1·. Schaltungsanordnung zur Erzeugung von N weitgehend symmetrischen (Tastverhältnis etwa 0,5) (Rechteck-) Impulszügen gleicher Frequenz, die gegenseitig in Abständen von nahezu 360°/N phasenverschoben sind, aus dem Ausgangssignal einer periodisch pulsierenden Spannungsquelle, wobei N größer als 2 und keine reine geometrische Reihe mit der Basis 2 ist, dadurchgekennzeichnet, daß mehrere bistabile Stufen so hintereinandergeschaltet sind, daß jede Stufe niedrigerer Ordnung die Stufe nächsthöherer Ordnung ansteuert, daß die Ausgangssignale von Stufen auf ihre eigenen Eingänge oder auf die Eingänge anderer Stufen zurückgekoppelt sind und daß eine Logikschaltung (Schaltnetz) an die Ausgänge mindestens einiger Stufen angeschlossen ist und mindestens ein ODER-Glied enthält, das von einigen Stufen unsymmetrische Eingangsimpulse erhält und bewirkt, daß die Schaltungsanordnung die gewünschten symmetrischen Ausgangsimpulse liefert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Stufen (11, 12,13) zu einer Schiebekette hintereinandergeschaltet sind und die Ausgänge der letzten Stufe (13) mit den Eingängen der ersten Stufe (11) über Kreuz verbunden sind, so daß sich ein Ringzähler ergibt, daß den Transfer bestimmter Zustandskombinationen der bistabilen Stufen (11, 12, 13) sperrende Logikglieder (17, 18) zwischen spezielle Stufen (11,12) geschaltet sind und daß an die Ausgänge der bistabilen Stufen (11, 12, 13) Gegentaktverstärker (14, 15, 16) angeschlossen sind.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Stufen (48, 49, 50) zu einer Zählkette hintereinandergeschaltet sind, daß zusätzlich nach einer bestimmten Anzahl periodischer Impulse der pulsierenden Spannungsquelle (10) diese Zahl um 1 erhöhende und die Zahl der verschiedenen Kombinationen der Zustände aller Stufen (48, 49, 50) begrenzende Bauelemente (56, 57) vorgesehen sind, daß die ZaMiV aller verschiedenen Kombinationen der Zustände aller Stufen (48, 49, 50) doppelt so groß wie die gewünschte Zahl der verschiedenen Phasenverschiebungen ist und daß die Logikglieder mehrere UND-Glieder (47, 51 bis 53) und mehrere ODER-Glieder (54, 55) enthalten, wobei die ODER-Glieder (54, 55) hinter die UND-Glieder (47, 51 bis 53) geschaltet sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste bistabile Stufe (59) als Binärzähler geschaltet ist und an der pulsierenden Spannungsquelle (10) liegt, daß die anderen bistabilen Stufen (60, 61) als Schiebekette hinter die Zählstufe (59) geschaltet sind und daß die Logikglieder UND-Glieder (53, 65, 67) und ODER-Glieder (64, 66, 68) enthalten, die an die Ausgänge der bistabilen Stufen (59, 60, 61) in Reihe geschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 793 761;
USA.-Patentschriften Nr. 2 899 572, 2 988 654.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

609 537/353 3.66 © Bundesdruckerei Berlin