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Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Impulsreihe Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Impulsreihe mit
einer Wiederholungsfrequenz, die der Stromstärke eines Steuergleichstromes wenigstens
angenähert proportional ist, wofür eine Ladevorrichtung für einen Kondensator zur
Integration des Steuergleichstromes und ein mit der Spannung über dem Kondensator
auslösbarer Sperrschwinger vorgesehen sind.
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Bei Fernübertragung einer Meßgröße hat es sich als vorteilhaft erwiesen,
diese in eine Impulsfolge mit einer der Meßgröße proportionalen Wiederholungsfrequenz
umzuwandeln, da auf diese Weise eine sehr schnelle und gegen Verzerrung hochgradig
unempfindliche Fernmessung erhalten wird.
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Schaltungsanordnungen zur Umsetzung eines Steuergleichstromes in eine
Impulsreihe mit von der Stromstärke des Steuergleichstromes abhängiger Frequenz
sind bekannt. Bei diesen Schaltungen wird der Steuergleichstrom der Basis des Transistors
zugeführt, wodurch die Aufladung eines im Emitterkreis dieses Transistors liegenden
Ladekondensators bewirkt wird. Diesem ist eine Amplitudenvergleichsschaltung parallel
geschaltet, durch welche beim Erreichen einer bestimmten Höhe der Spannung am Ladekondensator
eine Impulsgabe und gleichzeitig eine Entladung des Ladekondensators ausgelöst wird.
Die Entladung erfolgt durch eine über eine Diode zum Ladekondensator parallelgeschaltete
Multivibratorstufe. Der erzeugte Ausgangsimpuls der Schaltung wird der Multivibratorstufe
zugeleitet, die dadurch in den leitenden Zustand kippt und über die Diode den Ladekondensator
kurzschließt.
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Durch die Einführung von Schrittschaltmotoren (Stepping motors) hat
diese Umwandlung auch in der Servotechnik an Bedeutung gewonnen. Entfällt doch damit
die kritische Einstellarbeit an Servoverstärkern, da bei Impulssteuerung die Amplitudenschwankungen
keinen Einfluß haben. Auch bewegt sich die Drehzahlregulierung in einem viel größeren
Bereich, als dies bei Servomotoren möglich ist.
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Die bekannten Schaltungsanordnungen zur Erzeugung einer Impulsreihe,
deren Wiederholungsfrequenz angenähert zu einem Gleichstrom proportional ist, weisen
allgemein einen großen Aufwand an Schaltungselementen auf. Außerdem werden meistens
Vergleichsströme verwendet, an deren Konstanz hohe Anforderungen gestellt sind.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffung einer eingangs erwähnten
Schaltungsanordnung, bei der in bekannter Weise eine Ladevorrichtung für einen Kondensator
zur Integration des Steuergleichstromes vorgesehen ist und bei der ein Sperrschwinger
bei einer vorgegebenen Spannung am Ladekondensator einen Impuls abgibt, der gleichzeitig
eine Entladung des Ladekondensators auslöst. Die Funktion der Aufladung des Ladekondensators
und damit die Wiederholungsfrequenz ist in bekannter Weise durch die Ladevorrichtung
bestimmt und soll wenigstens angenähert proportional zum Steuergleichstrom sein.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Kondensator zwischen den Ausgang der Ladevorrichtung und den Emitter des
Sperrschwinger-Transistors geschaltet ist und daß der Rückkopplungspfad des Sperrschwingers
vom Emitter des Sperrschwinger-Transistors über den Kondensator über eine Diodenschaltung
und die Rückkopplungswicklung des Sperrschwinger-Transformators auf die Basis des
Sperrschwinger-Transistor geführt ist.
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Werden zwei gegeneinander fließende Ströme als Fehlersignal verwendet,
so können zwei Sperrschwinger verwendet werden, die von demselben Kondensator gesteuert
werden, so daß der eine Sperrschwinger bei der einen Polarität des Kondensators
und der andere bei der anderen Polarität des Kondensators ausgelöst wird. Diese
zwei entstehenden Impulsreihen können dem Schrittmotor auf die Weise zugeführt werden,
daß der Motor je nach der Polarität
der Summenfehlerspannung
in der einen oder anderen Drehrichtung geschaltet wird.
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An Hand der Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung
nachfolgend näher erläutert, wobei F i g. 1 schematisch die Schaltungsanordnung
einer ersten Ausführungsform zeigt; F i g. 2 zeigt zwei Spannungsverläufe,
wie sie in F i g. 1 auftreten; F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung
einer zweiten Ausführungsform mit zwei Sperrschwingern.
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An die Eingangsklemmen EI und E2 wird die Gleichspannung
UE angelegt. Der Widerstand R 1 ist zwischen die Eingangsklemmen
EI und E2 geschaltet. Die Eingangsklemme EI ist auf die Basis
des Transistors Tl geführt. Der Transistor Tl ist als Emitterfolger geschaltet.
Der Kollektor ist auf die positive Batteriespannung geführt. Zwischen dem Emitter
und der Eingangsklemme E2 liegen zwei Widerstände R 2 und R 3 in Serie,
wobei der Widerstand R3 einstellbar ist. Der Kondensator C ist mit der Klemme
E2 verbunden. Dieser Kondensator C
ist durch zwei mit entgegengesetzter
Durchlaßrichtung in Reihe geschaltete Dioden Dl und D3 überbrückt.
An den gemeinsamen Verbindungspunkt dieser Dioden D 1 und D 3
ist die Anode einer weiteren Diode D2 angeschlossen, deren Kathode auf die
Rückkopplungswicklung Wl des Sperrschwinger-Transformators geführt ist. Der zweite
Anschluß dieser Rückkopplungswicklung Wl ist auf die Basis des Transistors T2 geführt,
die über den Widerstand R 4 mit der positiven Spannungsquelle verbunden ist.
Der Kollektor dieses Transistors T2 ist über die Primärwicklung W2 ebenfalls auf
die positive Spannungsquelle geführt. Der Emitter ist mit der Ausgangsklemme
A 2 verbunden. Die Ausgangswicklung W3 des Sperrschwinger-Transformators
ist zwischen die Ausgangsklemmen A 1 und A 2 geschaltet.
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Die Wirkungsweise dieser Schaltungsanordnung ist die folgende: Die
zwischen den Eingangsklemmen EI und E2
angelegte Gleichspannung UE
bewirkt über den Emitterfolger mit dem Transistor Tl einen zur Spannung UE angenähert
proportionalen Strom i,. Dieser Gleichstrom 11 lädt den Kondensator C auf.
Sobald die Spannung über dem Kondensator C größer ist als die Basis-Emitter-Spannung
UBE des Transistors T2, fließt ein Strom über die Dioden Dl und D2, über
die Wicklung WI des Sperrschwinger-Transformators und über die Basis-Emitter-Strecke
des Transistors T2. Infolge des Vorstromes über den Widerstand R4 wird der Transistor
T2 sofort leitend. Der Strom durch die Dioden D 1 und D 2 erniedrigt
deren differentiellen Widerstand. Sobald diese differentiellen Widerstände genügend
klein sind, erregt sich der Sperrschwinger, d. h., an der Wicklung W3 erscheint
ein Ausgangsimpuls, der an den Klemmen A 1 und A 2 abgenommen
werden kann. Der in der Wicklung Wl induzierte Impuls bewirkt einen Strom 12 über
die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T2 und weiter über den Kondensator
C und über die Dioden D 1 und D 2. Damit wird der Kondensator
C
entladen, bis die Summe der Spannungen über dem Kondensator C und
der Diode D 1 kleiner ist als die Durchlaßspannung der Diode D 3.
Ist dieser Wert erreicht, so bleibt die Spannung über dem Kondensator
C angenähert konstant. Der Strom 12 fließt dann im wesentlichen über die
Diode D3. Zwischen dem Verbindungspunkt des Kondensators C und der
Diode D3 und dem Emitter des Transistors T2 könnte eine Batterie eingeschaltet
werden, deren Konstanz unwesentlich ist. Mit dieser Batterie, deren negativer Pol
auf die Diode D3 geführt ist, könnte die Ansprechspannung des Sperrschwingers
erhöht werden, indem die Spannung über dem Kondensator C größer sein muß
als die Summe der Batteriespannung und der Basis-Emitter-Spannung UB_, des Transistors
T2.
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In F i g. 2 a ist der Verlauf der Spannung Uc über dem Kondensator
C in F i g. 1 und in F i g. 2 b die Kurvenforin der
Ausgangsspannung UA dargestellt. Die Annahme dabei ist, daß die Eingangsspannung
UE konstant bleibe. Im eingeschwungenen Zustand steigt die Spannung UL. über dem
Kondensator C
während des Ladevorganges, bis sie größer ist als die Basis-Emitter-Spannung
des Transistors T2 und einer allfälligen Batterie. Dieser Punkt ist in F i
g. 2 a mit I bezeichnet. Über die Dioden D 1, D 2 und die Wicklung
Wl wird der Strom 11 dem Transistor T2 zugeführt, wodurch der in Fig.
2b dargestellte Sperrschwingerimpuls erzeugt wird. Der Kondensator
C wird durch den Strom i. umgeladen, bis die Summe der Spannungen über dem
sich nun negativ ladenden Kondensator C und über der Diode D 1 die
Durchlaßspannung der Diode D3 erreicht. Dieser Wert entspreche dem Punkt
11 in F i g. 2 a. Mit der Endflanke des Sperrschwingerimpulses der
F i g. 2 b
wird der Strom i. abgeschaltet (Punkt III in F i
g. 2 a), und die positive Ladung des Kondensators C beginnt von neuem,
bis die Spannung wieder den Wert (IV) erreicht hat, bei dem der Sperrschwinger ausgelöst
wird.
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Daraus ist leicht ersichtlich, daß der Impulsabstand zwischen zwei
Impulsen des Sperrschwingers direkt vom Strom il abhängig ist, der seinerseits proportional
zur Eingangsspannung UE ist.
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In F i g. 3 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, bei der
zwei Sperrschwinger in Abhängigkeit von der Summe zweier Spannungen und deren Polarität
ausgelöst werden. Grundsätzlich handelt es sich dabei um die gleiche Schaltungsanordnung
wie in F i g. 1,
nur daß die Dioden der einen Hälfte für positive Ströme und
diejenigen der anderen Hälfte für negative Ströme geschaltet sind.
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Bei positiven Strömen arbeitet die obere Hälfte der Schaltungsanordnung
mit den Transistoren T 11
und T 1.2, den Widerständen R 11,
R 12 und R 14, den Dioden D 11, D 12 und D 13 und mit den
Sperrschwinger-Transformatorwicklungen Wll, W12 und W13.
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Bei negativen Strömen arbeitet die untere Hälfte der Schaltungsanordnung
mit den Transistoren T21 und T22, den Widerständen R 21, R 22 und R 24, den Dioden
D 21, D 22 und D 23 sowie den Sperrschwinger-Transformatorwicklungen
W21, W22 und W23.
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An die Eingänge E 11, E 12 und E 21,
E 22 werden zwei Wechselspannungen angelegt, die zur Steuerung des Schrittmotors
M verwendet werden sollen. Die Transformatoren Tr31 und Tr32 dienen zur galvanischeu
Trennung der Stromkreise. Die Sekundärwicklungen derselben sind in Reihe geschaltet.
Mit den Dioden D 31 und D 32 werden die Spannungen gleichgerichtet,
und zwar derart, daß über die DiodeD31 nur die positiven und über die Diode
D32 nur die negativen Halbwellen geleitet werden. über den Kondensatoren
C31
und C32 bilden sich zwei Gleichspannungen U, und U, Die Transistoren
T 11 und T 21, die als Emitterfolger geschaltet sind, bewirken, daß am Emitter
angenähert die gleiche Spannung herrscht wie an deren Basis, bezogen auf den gemeinsamen
Punkt der WiderständeR11 und R21. Damit fließt ein zu U, proportionaler Strom von
der positiven Spannungsquelle durch den Transistor T 11 und über die WiderständeR12
und R31 auf den Abgriff des Widerstandes R 31. Ein zu U 2 proportionaler
Strom fließt vom Abgriff des Widerstandes R 31 über diesen Widerstand, den
Widerstand R22 und den Transistor T21 auf die negative Spannungsquelle. Je nach
der Größe der beiden Spannungen U, und U, fließt ein Strom!
vom Kondensator C über den Äbgriff des Widerstandes R 31 in den Widerstand
R 31 und weiter auf die negative Spannungsquelle oder von der positiven Spannungsquelle
über den Abgriff des Widerstandes auf den Kondensator C. Damit wird der Kondensator
C positiv oder negativ aufgeladen, je
nachdem, ob U" größer oder kleiner
ist als U2. Die Dioden D 11, D 12 und D 13 einerseits
und die Dioden D 21, D 22 und D 23 andererseits sind
derart gepolt, daß bei positiver Ladung auf dem Kondensator C der obere Sperrschwinger
mit dem Transistor T 12 und bei negativer Ladung auf dem Kondensator C der
untere Sperrschwinger mit dem Transistor T22 leitend wird.
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Die Ausgangswicklungen W13, W23 der beiden Sperrschwinger-Transfonnatoren
sind auf die Eingangsklemmen eines elektronischen Schalters MS
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führt. Dieser Schalter wurde nicht besonders gezeichnet, da er allgemein
bekannt und beispielsweise im »Tentative Data-Blatt« der Firma Philips
AG für Schrittmotoren, April 1962, beschrieben ist. Die vier Ausgänge
dieses Schalters sind auf die beiden Wicklungen des Schrittmotors M geführt.
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Die Schaltungsanordnung am Eingang dieser beschriebenen Anordnung
mit den Transformatoren Tr31 und Tr32, den DiodenD31 und D32 sowie den KondensatorenC31
und C32 kann auch bei einer Umwandlung einer Impulsfolge, bei der die Informationen
in Form einer Impulsamplituden- oder Impulslängenmodulation vorliegen, verwendet
werden. Diese Impulse werden damit in einen Gleichstrom umgewandelt, von dem dann
die frequenzmodulierte Impulsfolge abgeleitet wird. Dies findet vor allem bei der
Distanznachlaufsteuerung eines Radargerätes Verwendung.