DE1226169B - Verfahren zum Erzeugen einer elektrischen Schwingung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WntsSk PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

H03b

Deutsche Kl.: 21 a4 - 8/01

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

S77359IXd/21a4 29. Dezember 1961 6. Oktober 1966

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen einer elektrischen Schwingung mit vorgegebener Form, Frequenz und Amplitude, bei dem mehrere unterschiedliche Teile der Schwingung gesondert erzeugt und dann kombiniert werden. ■ Es ist bereits eine Brückenschaltung mit zwei Dioden zur Phasensynchronisierung beim Fernsehen bekannt, der von einem Übertrager aus über je einen Kondensator positiv und negativ gegen Erde gerichtete Impulse als Gleichlaufzeichen gegenphasig zugeführt werden. Die beiden Kondensatoren laden sich dadurch auf die gleiche Spitzenspannung, aber mit entgegengesetzter Polarität auf, und die Spannungen werden über je einen Widerstand zusammen- _; geschaltet. Diesen beiden Impulsen überlagert man eine gleichphasige Sägezahnspannung aus dem Zeilenausgangsübertrager, so daß sich an den beiden Widerständen Summenspannungen aus den Gleichlaufimpulsen und der Sägezahnspannung bilden.

Ferner ist ein Funktionsgenerator bekannt, der die gewünschte angenäherte Wellen- oder Sehwingungsform liefert. Sein Ausgangssignal ist aus π Abschnitten aufgebaut, die auf die Periode der Eingangsschwingung bezogen sind. Der Funktionsgenerator enthält ρ Abschnittsgeneratoren, die während des «-ten Teiles der Periode der Eingangsschwingung eine Ausgangsfunktion der Zeit liefern und gemeinsam an eine Summationsvorrichtung angeschlossen sind. Die einzelnen Generatoren werden von einer Verzögerungsleitung aus gesteuert, in der eine elektrische Größe mit konstanter Geschwindigkeit zunimmt.

Ziel der Erfindung ist es, nach dem Verfahren der eingangs bezeichneten Art sinusförmige Schwingungen bekannter Amplitude zu erzeugen, wobei die Frequenz der Schwingung in einem weiten Bereich z. B. von 0,00001 bis 1500 Hz genau einstellbar ist.

Bei dem Verfahren der eingangs bezeichneten Art werden gemäß der Erfindung die gesonderten Teile der Schwingung, von denen einige eine etwa dreieckige Form und andere eine rechteckige Form aufweisen, unter der Steuerung regelmäßig wiederkehrender Zeitgeberimpulse als Ströme erzeugt, die eine Dauer besitzen, die einem ganzzahligen Vielfachen der Zeitgeberimpulsperiode entspricht.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens +5 liegt darin, daß regelmäßig wiederkehrende Zeitgeberimpulse als digitale Bezugsgrößen ein einfacheres und zuverlässigeres elektrisches Hilfsmittel bei der Bildung der gesonderten Teile einer elektrischen Schwingung als die bekannten analogen Bezugsgroßen sind. Außerdem stehen Quellen, die regelmäßig wiederkehrende Zeitgeberimpulse liefern, in Verfahren zum Erzeugen einer elektrischen Schwingung

Anmelder:

The Solartron Electronic Group Limited, Farnborough, Hampshire (Großbritannien)

Vertreter:

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

Als Erfinder benannt:
Reginald Catherall,

Howard Anthony Dorey,

Farnborough, Hampshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität: ...-Großbritannien vom 30. Dezember 1960 (44 881)

großer Zahl zur Verfügung, so:daß diese nun zur Erzeugung von Schwingungen: ausgenutzt werden können. Die Erzeugung der. dreieckigen und,rechteckigen Stromabschnitte wird'.also gemäß der Erfindung durch Zeitgeberimpulse-und Kippschaltungen bewirkt, wobei die Frequenz der elektrischen Schwingung nur durch die Zeitgeberimpulse bestimmt ist. Sinusförmige Schwingungen ziemlich geringer Frequenz können gemäß der Erfindung auch durch Zeitgeberimpulse ziemlich hoher Frequenz erzeugt werden, um den Aufbau der Schaltung zu vereinfachen. Die Schalter können einfache Transistoren enthalten oder sein. Die Festlegung der Amplitude richtet sich nach den an den Schaltern angelegten Potentialen; diese können leicht stabilisiert werden, so daß die Amplitude der sinusförmigen Schwingung genau eingestellt werden kann.

Die Form der zusammengesetzten Schwingung ist durch die Formen der Rechteck- und Dreieckströme festgelegt.

. Die Ströme von rechteckiger und dreieckiger Form können von einem Gleichstrom abgeleitet werden oder Impulse eines oszillierenden Stromes sein, der als Trägerstrom bezeichnet sei.

Bei einem Gerät zur Erzeugung einer Schwingung von vorgegebener Form, Frequenz und Amplitude sind gemäß der Erfindung Vorrichtungen zur Erzeugung mehrerer gesonderter Ströme von rechteckiger und von dreieckiger.. Form mit einem diese

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Ströme summierenden Gerät derart verbunden, daß wählt die dreieckigen Spannungsimpulse aus, die sich ein oszillierender Strom zusammengesetzter Ge- dem Schaltersatz 29 zugeführt werden. Die von den stalt ergibt; die Beziehung der Ströme von recht- Sätzen 28 und 29 gelieferten Ströme werden in einem eckiger und dreieckiger Form ist dabei derart ge- Addiergerät 30 zusammengezählt, über dessen Auswählt, daß der schwingende Strom von zusammen- 5 gang 31 eine sinusförmige Welle abnehmbar ist.
gesetzter Form die vorgegebene Form, Frequenz und Fig. 2a ist ein Schaltbild einer bekannten AusAmplitude besitzt. f ührungsf orm des Zeitimpulsgenerators 25 der F i g. 2.

Der Erfindungsgegenstand kann für die Prüfung Er enthält einen Millerschen Integrator als Ver-

von Ubergangsfunktionen eines elektrischen Gerätes stärker 32, zwischen dessen Ausgang und Eingang

in Abhängigkeit von Steuersignalen Anwendung 10 ein Kondensator 33 hegt, während ein Widerstand

finden. 34 zwischen einem Schalter 35 und der Eingangs-

Zum besseren Verständnis des Erfindungsgegen- klemme des Verstärkers 32 angeschlossen ist.

Standes seien die beigefügten Figuren näher erläutert. Der Schalter 35 wählt eine Spannung +E oder — E

Fig, 1 ist ein der Erklärung dienendes Diagramm aus, die über den Widerstand 34 dem Verstärker 32

und zeigt den Aufbau einer sinusförmigen Welle aus 15 zugeführt wird. Somit kann der Integrator einen

gesonderten Strömen rechteckiger bzw. dreieckiger linearen Spannungsanstieg mit positiver oder nega-

Form; river Neigung in Abhängigkeit vor der Stellung des

F i g. 2 ist ein Blockschaltbild eines Gerätes zur Schalters 35 erzeugen.

Erzeugung von Strömen von rechteckiger und drei- Am Ausgang des Verstärkers 32 sind zwei Spaneckiger Form und zu deren Summierung, damit eine 20 nungsdetektoren 37 und 38 angeschlossen, die je mit sinusförmige Schwingung entsteht; der die Spannung +E bzw. — E liefernden Quelle in

Fig. 2a ist ein Schaltbild eines Dreieckwellen- Verbindung stehen. Diese beiden Detektoren sind so ·

generators, der als Zeitimpulsgenerator bezeich- mit dem Schalter 35 verbunden, wie durch eine unter-

net sei; brochene Linie 38 angegeben ist; wenn eine Span-

Fig. 3 ist ein Schaltbild zweier Schaltersätze zur 25 nungsflanke mit positivem Anstieg erzeugt wird und

Erzeugung von Strömen rechteckiger und dreieckiger den Wert +E erreicht, wird der Schalter 35 vom

Form; Detektor 36 aus der angegebenen Einstellung in die

F i g. 4 ist ein Schaltbild eines Gerätes zur Er- andere umgeschaltet, in der der Integrator weiterhin

zeugung einer Dreieckwelle; eine Spannungsflanke mit negativer Neigung erzeugt,

Fig. 5 und 6 zeigen Diagramme, die zur Er- 30 Dies dauert so lange, bis der Wert -Zs erreicht wird,

läuterung der Schaltung gemäß Fig. 4 benutzt bei dem der Schalter 35 vom Detektor 37 in die

werden; angegebene Lage- zurückgebracht wird, so daß der

Fig. 7 und 8 sind Diagramme, die die Beziehung Integrator weiterhin eine Spannungsflanke oder einen

zwischen den Strömen von rechteckiger Form und Spannungsstoß mit positiver Neigung erzeugen kann.

den summierten Strömen zeigen; 35 Die am Ausgang des Schalters 35 erscheinende

Fi g. 9 und IQ sind Diagramme, die die Beziehung und einer Ausgangsklemme 39 zugeführte Spannungs-

zwischen den Strömen von dreieckiger Form und weBe hat eine Rechteckform 40. Eine am Ausgang

den summierten Strömen zeigen, und des Verstärkers 32 auftretende und einer Ausgangs-

Fig. 11 zeigt einen anderen Aufbau einer sinus- klemme 41 zugeführte Spannungswelle P ist drei-

förmigen Welle aus zwei gesonderten Strömen von 40 eckig und wird dem Wähler 27 zugeführt,

rechteckiger und: dreieckiger Form. Die Rechteckwelle 40 liefert die Zeitimpulse, die

Fig. 1 zeigt eine vollständige Periode einer Welle dem Steuergerät 26 zuführbar sind.

10, die sich der Sinusform annähert. Die erste Halb- F i g. 3 zeigt ein Schaltbild der Schaltersätze 28

welle besteht aus vier Teilen 11 bis 14 von recht- und 29, die in Fig. 2 als Blöcke zu sehen und in

eckiger Form, deren Länge und Amplitude fort- 45 Fig. 3 von unterbrochenen Linien eingefaßt sind,

schreitend abnehmen und die in einer vorgegebenen Zum Satz 28 gehören vier Schalter 42 bis 4S₁ die

Reihenfolge^ zueinander symmetrisch sind und mit- je zwei Transistoren, z. B. 46 und 47, enthalten,

einander addiert werden. Außerdem weist die erste deren Emitter miteinander verbunden und über einen

Halbwelle fünf weitere Teile 15 bis 19 von drei- Widerstand 48 am Addiergerät 30 angeschlossen

eckiger Gestalt und. gleicher Dauer, aber mit fort- 50 sind. Die Kollektorelektrode des einen zu dem

schreitend kleiner werdenden Amplituden auf. Der jeweiligen Schalter gehörenden Transistors 46 ist

zweite Abschnitt der Halbwelle enthält außerdem an einer stabilisierten Gleichstromquelle 49 ange-

fünf weitere Teile 20 bis 24, deren Amplitude mit schlossen, während die Kollektorelektrode des der der Teile 19 bis 15 identisch ist, deren Hypo- anderen Transistors 47 geerdet ist. Die Basis der

tenusenneigung jedoch umgekehrt ist. 55 beiden Transistoren steht mit je einer Eingangs-

Die zweite Halbwelle der WeEe 10 ist mit der klemme 50 bzw. 51 in Verbindung, der eine Steuer-

ersten identisch, wenn man davon absieht, daß sie spannung vom Steuergerät 26 der Fig. 2 zugeführt

anstatt positiv negativ ist wird.

Das, Gerät und seine Arbeitsweise zum Aufbau Wenn Signale der Basis zugeführt werden, die

der WeHe 10 in F i g. 1 sei nun in Verbindung mit 60 den Transistor 46 schwerleitend den den Transistor

den-Fig. 2 und 3 beschrieben. 47 beinahe nichtleitend machen, stimmt das Poten-

Nach Fig. 2 ist ein Zeitimpulsgenerator 25 an tial der gemeinsamen Emitterverbindung etwa dem einem Steuergerät 26, das der Reihe nach schaltet der Gleichstromquelle 49 überein. In diesem Zustand und an einem Wähler 27 für Dreieckswellen ange- ist der Schalter 42 eingeschaltet. Wenn dagegen schlossen. Das Steuergerät 26 steht mit zwei Schalter- 65 Signale der Bassis zugeführt werden, die den Transätzen 28 und 29 in. Verbindung, von denen der eine sistor 47 schwerleitend und den Transistor 46 im· Ströme von rechteckiger Form und der andere wesentlichen nichtleitend machen, liegt die gemein-Ströme von dreieckiger Form erzeugt. Der Wähler 27 same Emitterverbindung an Erde. In diesem Zustand

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ist der Schalter offen. Diese Schalter sind an sich impulse 16 und 23, die durch den Schalter 54 hinbekannt, bei denen der Kriechstrom des abgeschal- durchgehenden Stromimpulse 17 und 22, die durch teten Transistors durch den anderen Transistor den Schalter 55 hindurchgehenden Stromimpulse 18 hindurchgeht. und 21 und die (einen einzigen Impuls bildenden)

Wenn der Schalter 42 eingeschaltet ist, ist der in 5 durch den Schalter 56 hindurchgehenden Strom-

das Addiergerät 30 hineinfließende Strom prinzipiell impulse 19 und 20. In der gesamten F i g. 9 ist der-

durch den Widerstand 48 und die Spannung der selbe Zeitmaßstab benutzt, der dem der Fig. 1 ent-

Gleichstromquelle festgelegt. spricht. Die Impulse 15 bis 24 entsprechen den

Die übrigen Sehalter 43 bis 45 des Satzes 28 dreieckigen Abschnitten 15 bis 24 der Fig. 1.

arbeiten in derselben Weise wie der Schalter 42. io Die Abstufung der Amplituden dieser Impulse

Der Schaltersatz 29 enthält fünf Schalter 52 bis 56, wird durch eine Wahl der Widerstände erreicht, die

die mit den Schaltern des Satzes 28 identisch sind. die Schalter 52 bis 56 mit dem Gerät 30 verbinden.

Die Schalter des Satzes 29 werden jedoch mit drei- Durch Addition der Stromimpulse gemäß F i g. 9

eckigen Spannungsimpulsen über eine Klemme 57 ergibt sich das Bild der F i g. 10, die denselben Zeit-

anstatt mit einem stabilisierten Gleichstrom beliefert, 15 maßstab wie die Fi g. 9 aufweist,

so daß über einen eingeschalteten Schalter ein Strom Durch Aufsummierung der Wellen gemäß den

von dreieckig Form hindurchgeht. Fi g. 8 und 10 im Addiergerät 30 wird die Welle der

In Fig. 4 ist ein Blockschaltbild des Wählers27 Fig. 1 (bis zum Zeitpunkt 10) erzeugt,

der F i g. 2 ausführlicher gezeigt. Anstatt die Schalter 42 bis 45 eingeschaltet zu

Die an der Ausgangsklemme41 des Zeitimpuls- 20 lassen, um die in Fig. 7 gezeigten Impulse herzu-

generators 25 erscheinende Dreieckswelle P wird stellen, die nach ihrer Zusammenzählung die Welle

unmittelbar einem Schalter 58 und über einen der F i g. 8 ergeben, kann jeder Schalter nur in einem

Wandler 59, dessen umgewandelte Welle Q darge- einzigen Intervall eines Zeitimpulses in derselben

stellt ist, einem weiteren Schalter 60 zugeführt. Die Weise wie die Schalter des Satzes 29 eingeschaltet

Ausgangssignale beider Schalter erscheinen an einer 25 sein. Natürlich müssen die Widerstände richtig abge-

gemeinsamen Ausgangsklemme 57. stuft sein, die die Schalter 42 bis 45 mit dem Addier-

Wie man aus der Fig. 1 erkennt, beginnen die gerät verbinden.

aufeinanderfolgenden dreieckigen Ausschläge der Das Steuergerät 26 kann leicht aus mehreren biReihe nach zu regelmäßig sich wiederholenden Zeit- stabilen Vorrichtungen zusammengesetzt werden, die punkten 0, 1, 2 ... 10 der ersten Halbwelle. Außer- 30 als Zähler, z. B. Ringzähler, angeordnet und mit dem weist jeder Rechteckwellenzug eine Vorder- entsprechenden Ausgangsklemmen für die Schalterund Hinterflanke auf, die mit dem Beginn eines sätze und den Wähler 27 der Wellenform versehen dreieckigen Ausschlages zusammenfällt. sind.

Die Wellen P und Q sind in F i g. 5 im selben Zeit- Die Frequenz der erzeugten sinusförmigen Spanmaßstab aufgetragen. Die Zeitpunkte 0 bis 10 der 35 nung wird ausschließlich von dem Zeitimpuls-F i g. 5 entsprechen den Zeitpunkten 0 bis 10 in generator gesteuert; die Amplitude der erzeugten Fig. 1. Die Dreiecke der Welle gemäß Fig. 5 sind Spannung kann dadurch genau eingestellt werden, gleichschenklig, während die erforderliche Welle aus daß die Versorgungsspannungen stabilisiert und rechtwinkligen Dreiecken mit einer Hypotenusen- stabile Widerstände verwendet werden, während die neigung besteht, die sich beim Winkel von 90° der 40 Form der Welle durch eine entsprechende Auswahl sinusförmigen Welle 10 umkehrt. der Widerstandswerte beeinflußt wird.

Die Art und Weise, in der die Umkehr erzielt wird, Somit ist die Konstruktion des Generators ergeht aus Fig. 6 hervor, die eine Welle zeigt, die aus leichtert, der die zuvor bezeichneten Forderungen der Form Q und der Form P durch Schalten mit erfüllen soll.

Hufe der Schalter 58 und 60 entsteht, die vom 45 In Fig. 11 ist ein anderes Verfahren zum Aufbau

Steuergerät 26 beeinflußt werden. Für die ersten fünf einer sinusförmigen Welle gemäß der Erfindung

dreieckigen Abschnitte sind die Strecken mit posi- anschaulich wiedergegeben.

tiver Neigung der Wellen P und Q gewählt und In Fig. 11 wird die erste Halbwelle aus zehn kombiniert, während für die nächsten fünf drei- dreieckigen Abschnitten und fünf rechteckigen AbecMgen Abschnitte Strecken negativer Neigung ge- 50 schnitten im Gegensatz zu vier rechteckigen Abwählt und kombiniert sind. Der Wellenzug der schnitten gemäß F i g. 1 zusammengesetzt. Außerdem F i g. 6 entspricht der an der Klemme 57 erscheinen- weist der Strom der Dreieckswelle Null als Mitteiden Spannung. wert auf, wie durch die gestrichelten Linien in In Fig. 7 sind die vier Stromimpulse 11 bis 14 mit Fig. 11 angegeben ist, während in Fig. 1 der rechteckiger Form gemäß F i g. 1 zu sehen, die von 55 mittlere Wert die halbe Amplitude beträgt. In den vier Schaltern 42 bis 45 der Fig. 3 geliefert wer- Fig. 11 geht die Vorder- bzw. Hinterflanke des den; in der gesamten F i g. 7 ist der Zeitmaßstab der ersten rechteckigen Teils durch den Zeitpunkt 0 Fi g. 1 benutzt. bzw. 10 hindurch; die Vorder- bzw. Hinterflanke des Die Amplituden dieser Impulse hängen von den zweiten rechteckigen Teils fällt mit dem Zeitpunkt 1 Widerständen, z. B. 48 in F i g. 3, ab, die zwischen 60 bzw. 9 zusammen.

den Schaltern 42 bis 45 und dem Addiergerät 30 Das zum Aufbau der Wellenform gemäß Fig. 11

jeweils vom Strom durchflossen werden. notwendige Umschalten kann mit den Schaltungen

Durch Addition der Stromimpulse 11 bis 14 der der Fig. 2 und 3 dadurch erreicht werden, daß ein

Fig. 7 ergibt sich das Bild der Fig. 8, die denselben zusätzlicher Schalter im Satz 28 der Fig. 3 eingefügt

Zeitmaßstab wie die F i g. 7 aufweist. 65 und die beiden Schaltersätze entsprechend gesteuert

F i g. 9 zeigt die durch den Schalter 52 der F i g. 3 werden.

hindurchgehenden Stromimpulse 15 und 24, die In diesem Gerät werden die negativen sinus-

durch den Schalter 53 hindurchgehenden Strom- förmigen Halbwellen genau in derselben Weise er-

zeugt, wobei die Polung der den Schaltersätzen 28 und 29 zugeführten Spannungen von dem Steuergerät umgekehrt wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Erzeugen einer elektrischen Schwingung mit vorgegebener Form, Frequenz und Amplitude, bei dem mehrere unterschiedschiedliche Teile der Schwingung gesondert erzeugt und dann kombiniert werden, dadurch

   gekennzeichnet, daß die gesonderten Teile, von denen einige eine etwa dreieckige Form und andere eine rechteckige Form aufweisen, je unter der Steuerung regelmäßig wiederkehrender Zeitgeberimpulse als Ströme erzeugt werden, die eine Dauer besitzen, die einem ganzzahligen Vielfachen der Zeitgeberperiode entspricht.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   »Funkschau«, 1953, H. 23, S. 465;
   »Electrical Engineering«, Oktober 1958, S. 927.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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