DE1229141B

DE1229141B - Schaltungsanordnung zur Erzeugung zweier um 90íÒ phasenverschobener dreieckfoermiger Impulsfolgen

Info

Publication number: DE1229141B
Application number: DER39687A
Authority: DE
Inventors: John Lewis Edwin Baldwin
Original assignee: Rank Bush Murphy Ltd
Current assignee: Rank Bush Murphy Ltd
Priority date: 1964-01-31
Filing date: 1965-01-20
Publication date: 1966-11-24
Also published as: NL6501227A; FR1421990A; GB1048213A; US3322973A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/02

Nummer: 1229141

Aktenzeichen: R 39687 VIII a/21 al

Anmeldetag: 20. Januar 1965

Auslegetag: 24. November 1966

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen zweier um 90° phasenverschobener dreieckförmiger Impulsfolgen, d. h. also zum Erzeugen von Spannungen, die eine gleiche Wellenform und Amplitude haben, jedoch in ihrer Phasenlage um 90° gegeneinander verschoben sind.

Derartige Spannungen werden auf dem Gebiet der Steuerelektronik häufig benötigt, insbesondere zum Speisen der Feldwicklungen eines Winkelmeßgerätes bzw. eines Funktionsdrehmelders, von dessen drehbarer Wicklung eine Spannung abgenommen werden kann, die eine willkürlich einstellbare Phasenbeziehung zu den Feldspannungen hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen derartiger Impulsfolgen zu schaffen, die eine gleiche Amplitude sowie eine konstante Phasenbeziehung zueinander und zu dem Eingangssignal über einen breiten Frequenzbereich behalten.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch einen Impulsgenerator, der eine erste dreieckförmige Impulsfolge erzeugt, durch einen Trigger, der von der ersten Impulsfolge angesteuert wird und beim Durchlauf der Impulsspannung durch ihren Mittelwert schaltet und eine Folge rechteckiger Impulse abgibt, deren Flanken einen im wesentlichen gleichen Abstand von den Extremwerten der ersten Impulsfolge haben, durch eine Integrierschaltung, die von der rechteckigen Impulsfolge angesteuert wird und eine gegenüber der ersten Impulsfolge um 90° phasenverschobene zweite dreieckförmige Impulsfolge abgibt.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt der Impulsgenerator einen Sägezahngenerator, einen Trigger und eine Integrierschaltung, wobei der Sägezahngenerator eine Folge von zeitlinearen Sägezahnimpulsen an den Trigger abgibt, der seinerseits als Ausgangssignal eine rechteckige Impulsfolge abgibt, deren Flanken mit den Mittelwertdurchgängen der angelegten Sägezahnspannung zusammenfallen und wobei die rechteckige Impulsfolge die Integrierschaltung ansteuert, die die erste dreieckförmige Impulsfolge abgibt.

Wenn auch Dreieckimpulsgeneratoren, Trigger sowie Integrierschaltungen an sich bekannt sind, so wird doch durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung die erwähnte Aufgabe in vorteilhafter Weise gelöst, denn auch bei großen Frequenzänderungen des Eingangssignals gibt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zwei dreieckförmige Impulsfolgen gleicher Amplitude ab, die unterein-Schaltungsanordnung zur Erzeugung zweier
um 90° phasenverschobener dreieckförmiger
Impulsfolgen

Anmelder:

Rank-Bush Murphy Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. K. Boehmert, Dipl.-Ing. A. Boehmert

und Dipl.-Ing. G. Eisenführ, Patentanwälte,

Bremen, Feldstr. 24

Als Erfinder benannt:

John Lewis Edwin Baldwin, Croydon, Surrey

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 31. Januar 1964 (4185)

ander und in bezug auf das Eingangssignal eine konstante Phasenbeziehung haben.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert und in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine die Erfindung verwirklichende Schal-

rung,

F i g. 2 eine Reihe von Wellenformen, die in einer Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 auftreten.
Der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird über die Eingangsklemme 1 von einer nicht dargestellten, üblichen Signalquelle ein Steuersignal eingegeben, das ins Positive gehende Impulse aufweist, die mit der Periodizität der Zweiphasenspannungen aufeinanderfolgen, die erzeugt werden sollen.

Als Eingangssignal eignet sich eine Wellenform aus ins Positive gehenden Impulsen, wie sie in Fig. 2A dargestellt ist. Durch dieses kurzzeitige positive Signal wird eine Diode 2 leitend gemacht, wodurch die Basis eines Transistors 3 auf ein positives Potential gelegt wird. Der Transistor 3 ist so geschaltet, daß er normalerweise geerdet ist, wobei sein Emitter mit der geerdeten positiven Leitung und seine Basis und sein Kollektor über geeignet gewählte Widerstände 5 und 6 mit der negativen Leitung 4 verbunden sind. Wenn der Transistor 3 durch das auf seine Basis gelangende, ins Positive gehende Signal gesperrt wird, entsteht an seinem Kollektor ein ins Negative

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3 4

gehender Impuls, der durch die Diode 8 auf ein derjenige des Widerstands 23. Die Basis des Tran-Potential begrenzt ist, das durch das am Abgriff sistors 25 ist direkt mit dem Abgriff des Spannungseines aus den Widerständen 9 und 10 gebildeten tellers 20, 21 verbunden, und sein Kollektor ist über Spannungsteilers erscheinende Signal bestimmt wird. einen Belastungswiderstand 27 an die negative Ver-Die beiden Widerstände 9 und 10 des Spannungs- 5 sorgungsleitung gelegt.

tellers sind in Reihe an die Speisespannung gelegt. Nachstehend wird nun beschrieben, wie diese

Der ins Negative gehende Impuls wird direkt auf die Schaltungsanordnung so ausgelegt werden kann, daß

Basis eines weiteren.Transistors 7 gegeben. Der Ab- sie selbst an ihrem Ausgang eine Rechteckspannung

griff des Spannungsteilers 9, 10, mit dem die Anode bildet, d. h. ein Rechtecksignal mit einem Tast-

der Diode 8 verbunden ist, ist über einen Konden- io verhältnis von 1:1, selbst wenn die Betriebsfrequenz

sator U an Erde gelegt. Wenn der Transistor 7 durch schwankt.

den auf seine Basis gegebenen, ins Negative gehen- Wenn der Transistor 18 leitend ist und der Tranden Impulsstrom leitend wird, nimmt sein Emitter sistor 25 gesperrt ist, fließt in dem Emitterkreis des praktisch das Potential der Verbindungsstelle der Transistors 18 ein Strom, dessen Wert durch das Widerstände 9 und 10 an und lädt einen Konden- 15 Basispotential dieses Transistors bestimmt ist. Dieser sator 12.auf, dessen.eine Seite geerdet und dessen Strom gelangt zum Teil über den Widerstand26 in andere Seite mit dem Emitter des Transistors 7 über den Emitterkreis des Transistors 25 über eine Kuppeinen Isolationskondensator 13 großer Kapazität lungskapazität 24 und zum Teil über den Widerstand verbunden ist. Wenn der Betriebsimpuls aufhört und 23 in den Emitterkreis des Transistors 18. Zur Verder Transistor 7 wieder gesperrt wird, entlädt sich 20 einfachung der Beschreibung soll angenommen werder Kondensator 12 über den Kondensator 13 und ,. den, daß der Wert des Kondensators 24 groß genug einen Transistor 14, der auf Grund eines Wider- ist, so daß keine wesentliche Änderung seines Potenstandes 17 in seinem Emitterpfad und dem Umstand, tials während einer Betriebsperiode auftritt. Wenn daß seine Basis mit^! dem Abgriff eines aus den in der Transistor 25 leitend und der Transistor 18 geReihe an die Versorgungsquelle gelegten Wider- 25 sperrt ist, gelangt der Emitterstrom des Transistors ständen 15 und 16 gebildeten Spannungsteilers ver- _r ■ 25 teilweise über den eigenen Emitterwiderstand 26 bunden ist, wie ein Konstantstromschaltelement und zum anderen Teil über seinen Kopplungskondenwirkt. Das an dem'Kondensator 12 liegende Poten- sator 24 durch den Emitterwiderstand 23 des Trantial, das eine Form gemäß Fig. 2B hat, ändert sich sistors 18. Wenn die Werte der Widerstände23 und daher linear mit der Zeit, bis der nächste Betriebs- 30 26 so gewählt werden, daß der Mittelwert des Stroimpuls auf die Basis des Transistors 7 gelangt. Auf mes, der bei gesperrtem Transistor 18 durch den diese Weise entsteht an dem Kondensator 12 die in Widerstand 23 fließt, gleich groß ist wie der Mittel-Fig.2B dargestellte Sägezahnspannung. Die Ampli- wert des Stromes, der durch den Widerstand 26 bei rude P dieser Sägezahnspannung ändert sich umge- gesperrtem Transistor 25 fließt, muß sich die an dem kehrt mit der Wiederholungsgeschwindigkeit der Be- 35 Kondensator 24 auftretende Spannung — da kein triebsimpulse, wie durch die in Fig. 2B mit ge- , Gleichstrom über den Kopplungskondensator 24 strichelten Linien - eingetragene Wellenform veran- fließen kann — auf einen solchen Wert ändern, daß schaulicht ist, die den Wechsel der Sägezahnspan- der Strom über den Kondensator 24 in den beiden nung zeigt, der eintritt, wenn der zweite, aus F i g. 2 A Richtungen während gleicher Zeitspannen fließt. Da ersichtliche Betriebsimpuls bis zu dem mit gestrichel- 4° ein Wechsel in der Stromflußrichtung im Kondenten Linien angedeuteten Zeitpunkt verzögert ist. sator 24 einem Wechsel aus der Stellung entspricht,

Es ist natürlich möglich, die Amplitude der Säge- in welcher einer der Transistoren 18, 24 leitend ist,

zahnspannung zu stabilisieren und dabei den Vorteil in eine Stellung, in welcher der andere dieser Tran*-

zu erzielen, daß die. Schaltungsanordnung gewöhnlich sistoren leitend ist, müssen die Ausgangsströme der

für einen breiten Bereich von Eingangsfrequenzen 45 beiden Transistoren während gleicher Zeitspannen

verwendet werden' kann. Die Anordnung zum Stabili- fließen, so daß das Tastverhältnis des an dem Kollek-

sieren der Sägezahnspannung kann derart aufgebaut tor des Transistors 25 erscheinenden Signals 1:1 be-

sein, daß ein Spitzengleichrichter, der mit der Säge- trägt, selbst wenn die Frequenz und die Amplitude

zahnspannung gespeist wird, ein Potential erzeugt, der Betriebsimpulse wesentlich schwanken sollten,

das proportional der Spitzenamplitude des Sägezahn- 50 Die Änderung des im Transistor 25 fließenden

signals ist und das zum Verringern der Änderungen Stromes ist in Fig. 2C dargestellt, in welcher die

dieser Spitzenamplitude angewandt wird. ' mit ausgezogenen und mit gestrichelten Linien ein-

Die an dem Kondensator 12 auftretende Säge- getragenen Wellenformen wieder den beiden ver-

zahnspannung wird direkt auf die Basis eines Tran- schiedenen Periodizitäten des Steuersignals ent-

sistors 18 und an einen Widerstand 19 gegeben, 55 sprechen, die auch bei den Signalen der Fig. 2A

durch den die Basis des Transistors 18 mit dem Ab- und 2 B berücksichtigt worden sind,

griff eines aus den Widerständen 20 und 21 gebil- Das am Kollektor des Transistors 25 auftretende

deten Spannungsteilers verbunden ist, die in Reihe Signal wird durch den Kondensator 28 integriert, der

an die Speisequelle gelegt sind. Der Abgriff des zwischen den Kollektor und Erde geschaltet ist, und

Spannungsteilers 20/21 ist über einen Kondensator ⁶° kleine verbleibende Fehler werden durch einen

22 an Erde gelegt. Der Kollektor des Transistors 18 , Reihenwiderstand 30 und einen Parallelkondensator

ist direkt an die negative Versorgungsleitung 4 ge- 31 kompensiert, und das an deren Verbindungspunkt

legt, und sein Emitter ist über einen Widerstand 23 auftretende Signal wird auf die Basis eines weiteren

an die geerdete positive Leitung gelegt und über Transistors 29 gegeben. Die auf diese Weise an der

einen Kondensator. 24 mit dem Emitter eines ande- 65 Basis des Transistors 29 auftretende Spannung hat

ren, ähnlichen Transistors 25 gekoppelt, der einen . Dreieckform, wie in Fig. 2D dargestellt ist, die über

Widerstand 26 im Emitterpfad hat, dessen Wider- die halbe Periode linear abfällt und während der

standswert, gleich oder geringfügig kleiner ist als anderen halben Periode linear ansteigt.

Claims

5 6

Wenn die Periodizität wechselt, ändert sich die Stellen wünschenswert. Um diesen Elektrolytkonden-Amplitude der Dreieckspannung im umgekehrten satoren eine brauchbare Polarisierspannung zu He-Verhältnis, wie dies aus den Wellenformen mit aus- fern, hat sich die Erzeugung eines Spannungsausgezogenen Linien und mit gestrichelten Linien in gleichs in den Arbeitspunkten der beiden jedes Fig. 2D dargestellt ist. Der durch die strichpunk- 5 Triggerpaar bildenden Transistoren als passend ertierte Linie dargestellte Mittelwert bleibt jedoch kon- wiesen. Dies kann gewöhnlich durch das Einschalten stant. Diese Dreieckwellenform wird mit geringer eines Widerstandes mit einem passenden Wert zwi-Impedanz an einem Emitterbelastungswiderstand 32 sehen der negativen Leitung und der Basis eines des Transistors 29 erzeugt, von wo aus sie in erster jeden der Transistoren 18 und 35 bewirkt werden. Linie auf eine Ausgangsklemme 33 und in zweiter io Diese Widerstände können jeweils einen Wert von Linie über einen Kondensator 34 auf die Basis eines 68 kQ haben.

Transistors 35 gelangt, der mit einem anderen Tran- Für die in der Zeichnung dargestellten Schalt-

sistor 36 und den zugeordneten Schaltungskompo- elemente einer erfindungsgemäß ausgebildeten Schal-

nenten einen Schaltkreis bildet, der mit dem vor- tungsanordnung haben sich folgende Werte als

stehend beschriebenen und die Transistoren 18 und 15 brauchbar erwiesen: 25 aufweisenden Schaltkreis identisch ist. Die Basis

des Transistors 35 ist über einen Widerstand 37 mit Widerstände

dem Abgriff eines Spannungsteilers verbunden, der 5 100 kQ 27 15 kQ

die in Reihe an die Versorgungsquelle gelegten 6 3,3 kQ 30 470 Ω

Widerstände 38 und 39 aufweist. Die Basis des Tran- 20 9 1 kQ 32 3,3 kQ

sistors 36 ist direkt mit dem Abgriff des Spannungs- 10 2,2 kQ 37 10 kQ

teilers 38, 39 verbunden, der außerdem über einen 15 10 kQ 38 6,8 kQ

Kondensator 40 mit Erde verbunden ist. 16 1 kQ 39 2,2 kQ

Der Kollektor des Transistors 35 ist direkt an die 17 1 kQ 41 8,2 kQ

negative Versorgungsleitung gelegt, während sein 25 19 10 kQ 43 6,8 kQ

Emitter über einen Widerstand 41 mit der positiven 20 6,8 kQ 44 15 kQ

Leitung verbunden ist und außerdem über einen 21 2,2 kQ 46 470 Q

Kondensator 42 großer Kapazität mit dem Emitter 23 8,2 kQ 49 3,3 kQ

des Transistors 36 gekoppelt ist. Der Emitter des 26 6,8 kQ

Transistors 36 ist über einen Widerstand 43_mit der 3° _v ,

positiven Leitung verbunden, während sein Kollek- kondensatoren

tor über einen Belastungswiderstand 44 an die nega- 11 30 μΡ 31 0,047 μΡ

tive Leitung gelegt ist, der zusammen mit einem 12 1 μΡ 34 30 μΡ

Kondensator finder zwischen den Kollektor und die 13 30 μΡ 40 30 μΡ

geerdete positive Leitung gelegt ist, eine Anfangs- 35 22 30 μΡ 42 30 μΡ

integration des Rechteckwellenstromes durchführt, 24 30 μΡ 45 0,47 μΡ

der in Fi g.
2 E dargestellt ist und der am Transistor 28 0,47 μΡ

36 auftritt. Diese Integration wird durch einen wei- .

teren Widerstand[4iL der den Kollektor des Tran- ^Ul°aen

sistors_3JL_mit der^Basis eines weiteren Transistors 40 Beide Mullard OA 73.

47 verbindet, und durch einen weiteren Kondensator

^vervollständigt, der die Basis mit der geerdeten iransistoren

positiven Leitung verbindet. Die an der Basis des Alle Mullard GET 882.

Transistors 47 auftretende Spannung erhält auf diese

Weise die aus Fig. 2F ersichtliche Form. Diese 45 Einem Fachmann auf diesem Gebiet ist verständ-

Spannung hat also Dreieckform und ist um 90° lieh, daß die an der Ausgangsklemme 33 auftretende

gegenüber der Wellenform 2 D versetzt. Diese Span- Dreieckwellenform auch durch eine andere als die

nung erscheint bei geringer Impedanz an dem beschriebene Schaltungsanordnung erzeugt werden

Emitterbelastungswiderstand 49 des Transistors 47 kann. Die Erfindung ist also nicht auf eine Schal-

und kann als zweite Phasenspannung an der Aus- 50 tungsanordnung beschränkt, bei der gleichCoder ähn-

gangsklemme 50 abgenommen werden. liehe Schaltkreise zum Erzeugen sowohl der ersten

Ein Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten als auch der zweiten Dreieckspannung verwendet

Schaltungsanordnung besteht darin, daß die 90°- werden.

Verschiebung der Zweiphasenausgangssignale von Außerdem könnten die dreieckförmigen Zwei-Änderungen in der Wiederholungsgeschwindigkeit 55 phasenausgangsspannungen, die durch die vorstehend der Betriebsimpulse über einen sehr breiten Bereich im einzelnen beschriebene Schaltungsanordnung erunbeeinflußt bleibt und daß trotz der Amplituden- zeig! werden, leicht zur Steuerung der Erzeugung Schwankungen der Phasenspannungen mit der Fre- von Sinusspannungen mit gleicher Phasenanordnung quenz diese Ausgangssignale genau gleich schwan- verwendet werden, wenn dies erforderlich sein sollte, ken und damit keinen ungünstigen Einfluß auf den 60

Betrieb eines Winkelmeßgerätes ausüben, das mit Fatentansprucne: diesen Spannungen betrieben werden kann. Bei einer 1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung zweier praktischen Schaltungsausführung zum Betrieb bei um 90° phasenverschobener dreieckförmiger Frequenzen in der Größenordnung von 250Hz, für Impulsfolgen, gekennzeichnet durch welche typische Werte der Schaltelemente nach- 65 einen Impulsgenerator, der eine erste dreieckfolgend aufgeführt werden, machen die sehr großen förmige. Impulsfolge (D) erzeugt, durch einen Werte der Kopplungskondensatoren 24 und 42 die Trigger (35, 36), der von der ersten Impulsfolge Verwendung von Elektrolytkondensatoren an diesen (D) angesteuert wird und beim Durchlauf der

Impulsspannung durch ihren Mittelwert schaltet und eine Folge rechteckiger Impulse (E) abgibt, deren Flanken einen im wesentlichen gleichen zeitlichen Abstand von den Extremwerten der ersten Impulsfolge (D) haben, durch eine Integrierschaltung (44, 45), die von der rechteckigen Impulsfolge (E) angesteuert wird und eine gegenüber der ersten Impulsfolge (D) um 90° phasenverschobene zweite dreieckförmige Impulsfolge (F) abgibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator einen Sägezahngenerator (12 bis 14), einen Trigger (18 bis 25) und eine Integrierschaltung (28) umfaßt, wobei der Sägezahngenerator eine Folge von zeitlinearen Sägezahnimpulsen (B) an den Trigger abgibt, der seinerseits als Ausgangssignal eine rechteckige Impulsfolge (C) abgibt, deren Flanken mit den Mittelwertdurchgängen der angelegten Sägezahnspannung (B) zusammenfallen, und wobei die rechteckige Impulsfolge (C) die Integrierschaltung ansteuert, die die erste dreieckförmige Impulsfolge (D) abgibt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sägezahngenerator (12 bis 14) auf eine Impulsfolge (A) der Periodizität der phasenverschobenen Impulsfolgen (D, F) anspricht und eine Impulsfolge mit vorgegebenen Potentialwechseln auf einen Kondensator (12) gibt, der über eine Konstantstromeinrichtung (13, 14) entladen wird, wobei über diesem Kondensator die Sägezahnspannung gebildet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Integriereinrichtung(en) (28) einen Transistor (25) aufweist(en), auf dessen Basis die zu integrierende Spannung derart gepolt angelegt wird, daß der Emitter-Kollektor-Pfad des Transistors (25) leitend wird, daß ein Belastungswiderstand (27) zwischen den Kollektor des Transistors (25) und die negative Seite (4) der Versorgungsspannung gelegt ist, daß von dem Kollektor des Transistors (25) ein Kondensator (28) zu einem Punkt konstanten Potentials sowie ein Widerstand (30) zu einer Ausgangsklemme führt und daß das der Ausgangsklemme zugekehrte Ende des Widerstandes (30) über einen weiteren Kondensator (31) mit dem Punkt konstanten Potentials verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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