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Verfahren und Einrichtung zur Regelung des Aufdampfens einer Beschichtung
auf ein Trägermaterial Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung
des Aufdampfens einer Beschichtung auf ein Trägermaterial nach einer Änderungsfunktion
der Schichtendicke mit einer zeitlich veränderbaren Größe, die als eine Impulsfolge
durch die Differenz einer konstanten und einer variablen Frequenz bestimmt wird,
mit Darstellung der variablen Frequenz durch einen quarzgesteuerten Oszillator,
dessen Eigenschwingung abhängig ist von der Menge des aufgedampfen Materials, und
durch Zählung von Impulsen der Differenzfrequenz in konstanten Zeitabschnitten.
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Zur Regelung einer zeitlich veränderbaren Größe, z. B. einer Drehzahl,
ist es bekannt, die zeitlich veränderbare Größe darzustellen durch eine Folge von
Impulsen bestimmter Frequenz. Während einer bestimmten Zeiteinheit werden die Impulse
der Impulsfolge einem Zähler zugeführt, dessen Stellung nach Ablauf der Zeiteinheit
mit der vorgegebenen Stellung eines zweiten Zählers verglichen wird. Die Differenz
der beiden Zähler wird dazu ausgewertet, eine Regelspannung zu erzeugen, durch welche
die zeitlich veränderbare Größe geändert wird, um einen Wert anzunehmen, der durch
die Einstellung des zweiten Zählers bestimmt ist.
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Eine Regelung dieser Art hat den Nachteil, daß die Annäherung an die
Zählstellung des zweiten Zählers nur nach einem linearen Änderungsgesetz durchgeführt
werden kann, das abhängig ist von den Differenzwerten, die in den festgelegten Zeiteinheiten
aufeinanderfolgend gemessen werden. Die Genauigkeit der Regelung ist abhängig von
der oberen Grenzfrequenz des Zählers, die besonders für die Regelung im Nahbereich
des Sollwertes maßgebend ist. Für eine hohe Genauigkeit der Regelung ist also eine
große Feinstufigkeit der Zähler erforderlich, d. h., es sind vielstufige Zähler
hoher Zählkapazität erforderlich. Daraus ergeben sich lange Einstellzeiten, wodurch
die Meßzeiten der Regelung verlängert und die Regelgenauigkeit herabgesetzt werden.
Zur Erfüllung der Meßgenauigkeit sind bekannte Zähler so ausgebildet, daß sie Zählfrequenzen
von mehr als 10 MHz verarbeiten können und ein sicheres Impulsauflösungsvermögen
von weniger als 0,1 Mikrosekunden besitzen. Diese hohe Zählgeschwindigket ist mindestens
notwendig für die erste Zähldekade. Es ist daher ein erheblicher Aufwand erforderlich,
wenn eine bestimmte Regelgenauigkeit erreicht werden soll.
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Es ist möglich, in Regeleinrichtungen hohe Zählkapazitäten der Zähler
zu vermeiden, wenn die zu zählenden Impulse durch eine Differenzfrequenz aus zwei
Impulsfolgen dargestellt werden, von denen die eine eine konstante Frequenz und
die andere eine variable Frequenz aufweist. Verfahren dieser Art haben den Vorteil,
daß Meßgrößen durch Impulse hoher Frequenz sehr genau erfaßbar sind und daß die
Steuerfunktionen der Regeleinrichtungen durchführbar sind durch eine Differenzfrequenz,
die wesentlich niedriger ist.
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Mit Hilfe dieser Technik kann eine veränderbare Größe so lange geregelt
werden, bis sie einen vorgegebenen Sollwert erreicht. Die Regelung erfolgt dadurch,
daß in regelmäßigen Zeitabständen der Istwert der veränderbaren Größe festgestellt
und mit dem Sollwert verglichen wird. Die veränderbare Größe wird zunächst mit großer
Geschwindigkeit und bei Annäherung an den Sollwert mit immer kleineren Geschwindigkeiten
gesteuert. Es ist daher zweckmäßig, wenn die Änderung nach einer Änderungsfunktion
durchgeführt wird, die von der veränderbaren Größe abhängig ist.
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Für Verfahren dieser Art ist es ferner bekannt, die Dicke einer Schicht
oder eines äquivalenten Parameters der untersuchten Schicht durch die Eigenfrequenz
einer Schwingquarzplatte, auf welche die zu untersuchende Schicht aufgedampft wird,
zu bestimmen. In dieser Ausführung bildet der Schwingquarz infolge seiner piezoelektrischen
Eigenschaften das
frequenzbestimmende Glied einer Oszillatorschaltung.
Um relative Änderungen der Quarzfrequenz mit einfachen Geräten messen zu können,
wird aus der Frequenz des Versuchsquarzes und einer etwa gleich großen Vergleichsfrequenz
die Differenzfrequenz gebildet. Diese Mischfrequenz wird durch einen elektronischen
Frequenzzähler gemessen. Bei einer Sekunde Meßzeit beträgt dabei der Meßfehler 1
Hertz.
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Es besteht daher die Aufgabe, die hohe Meßgenauigkeit dieses bekannten
Verfahrens für das Aufdampfen von sehr diinnen Schichten auf ein Trägermaterial
auszuwerten, wobei die Änderungsfunktion der Schichtendicke abhängig ist von der
veränderbaren Größe.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Regelung des Aufdampfens
einer Beschichtung auf ein Trägermaterial der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß ein Zähler aus der Nullstellung in zwei aufeinanderfolgenden
Zeitabschnitten abwechselnd in Vor- und Rückwärtsrichtung gesteuert wird, daß ferner
der Zähler in einem weiteren Zeitabschnitt durch eine Impulsfolge vorgegebener Bezugsfrequenz
entgegen der Zählrichtung eines der beiden vorhergehenen Zeitabschnitte in eine
Bezugsstellung gesteuert wird und daß der Zähler aus der Bezugsstellung durch eine
Impulsfolge konstanter Frequenz in die Nullstellung zurückgesteuert wird.
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Ein Verfahren dieser Art hat den Vorteil, daß die veränderbare Größe
im ganzen Regelbereich gleichmäßig geändert wird und daß der Parameter der Änderungsfunktion
durch Auswahl einer geeigneten Bezugsfrequenz festgelegt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen
und der Beschreibung näher erläutert. Das beschriebene Verfahren hat die Aufgabe,
das Aufdampfen einer sehr dünnen ferromagnetischen Schicht auf ein Trägermaterial
zu regeln. Die analoge Regelgröße des Verfahrens ist die Dicke der ferromagnetischen
Schicht, die während des Aufdampfens in bestimmten Zeiteinheiten in einem bestimmten
Maß zunehmen soll.
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Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht gemäß der
Erfindung darin, daß ein Oszillator, dessen Frequenz von der veränderlichen Analoggröße
abhängt, und ein Oszillator konstanter Frequenz mit einer Frequenzmischstufe verbunden
sind, der ein Frequenzfilter zur Darstellung der Differenzfrequenz nachgeordnet
ist, daß ferner die Ausgangsspannung des Filters einer bistabilen Kippschaltung
zugeführt ist, der eine Torschaltung nachgeordnet ist, welche die Impulsfolgen der
Differenzfrequenz durch die Signale einer Zeitsteuerung zu einem Impulszähler geleitet,
der mit einem Bezugsfrequenzgenerator und der Zeitsteuerung verbunden ist.
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Es zeigt F i g. 1 das Blockdiagramm der Einrichtung, F i g. 2 ein
detailliertes Schaltbild und F i g. 3 die Schaltung zur Ermittlung des Regelwertes
aus der Impulsfolge die den Regelwert darstellt.
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Bei der in F i g. 1 dargestellten Einrichtung sind Quarzkristalle
1 a und 2 a vorhanden, welche jeweils das frequenzbestimmende Glied einer Oszillatorschaltung
1 bzw. 2 bilden. Die Anordnung ist so abgestimmt, daß in beiden Oszillatorkreisen
1 und 2 zu einem Anfangszustand z. B. vor dem Verdampfungsvorgang, Schwingungen
von gleicher oder zumindest annähernd gleicher Frequenz erregt werden. Die Frequenzen
dieser Schwingungen können beispielsweise einige hundert Kilohertz oder Megahertz
betragen. Die Frequenz in der Oszillatorschaltung 2 dient als im wesentlichen konstante
Bezugs- oder Meßfrequenz und bleibt also sinngemäß während des ganzen zu steuernden
Vorganges unbeeinflußt. Demgegenüber ist der Quarzkristall 1 a den Metalldämpfern
ausgesetzt, welche sich auf ihm niederschlagen. Durch die damit verbundene Volumenvergrößerung
ändert sich die Eigenfrequenz dieses Kristalls und damit auch die Frequenz der Schwingungen
in der Oszillatorschaltung 1. Mit fortschreitender Aufdampfung wird diese Frequenz
immer kleiner, wobei die laufend wachsende Abweichung von der bekannten Meßfrequenz
der Oszillatorschaltung 2 ein Maß für das Fortschreiten der Aufdampfung bildet.
Zur Feststellung dieser Abweichung werden die Schwingungen der Oszillatorkreise
1 und 2 einer Mischstufe 3 zugeführt. In einem Tiefpaßfilter 4 wird die Differenz
z. B. der Grundfrequenzen f2-fl aus dem Frequenzspektrum der Mischstufe ausgesiebt.
Durch diese Differenzbildung werden gleichzeitig unerwünschte Parameterschwankungen
(z. B. Temperaturänderung), denen beide frequenzbestimmenden Glieder 1a und 2a unterworfen
sind, kompensiert.
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Die Sinusschwingungen der Differenzfrequenz f2-fl gelangen alsdann
in eine bistabile Kippschaltung 5, in welche sie, gegebenenfalls bei gleichzeitiger
Frequenzvervielfachung, in eine Folge von einzelnen Impulsen der Frequenz
d f = n (f2-fl) umgewandelt werden. Man wird die Schaltung zweckmäßigerweise
so auslegen, daß die Folgefrequenz d f, die je während des zu steuernden
Vorganges im allgemeinen variiert, in der Größenordnung von einigen tausend bis
einigen hunderttausend Hertz liegt.
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Diese Impulsfolge mit der infolge der fortschreitenden Aufdampfung
zeitlich varrierenden (ansteigenden) Folgefrequenz d f wird nun einer Torschaltung
6 zugeführt. Das Tor 6 wird durch eine in ihrer Gesamtheit mit 10 bezeichneten Steuervorrichtung
in später noch näher zu erläuternder Weise derart betätigt, daß von den beständig
ankommenden Impulsen (Impulsfolge) während zweier aufeinanderfolgender, gleich langer
Zeitintervalle ,-J tl und d t2 gewisse Anzahlen von Impulsen (Impulszüge)
durch das während dieser Zeiten geöffnete Tor 6 zu einem Impulszähler 7 gelangen.
Wie in der Zeichnung angedeutet, wird der während des ersten Zeitintervalls
d t1 durch das Tor 6 durchgelassene Impulszug, d. h. die in ihm enthaltene
Anzahl von Einzelimpulsen, mit d f1 bezeichnet, zur Unterscheidung von Impulszug
d f2, welcher sinngemäß während des zweiten Zeitintervalls d t, das
Tor 6 passiert.
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Der Impulszähler 7 zählt die ihm in den Impulszügen d f1 bzw.
d f2 zugeführten einzelnen Impulse, wobei - wie dies mit dem Pfeil
101 angedeutet wurde - der Zählimpuls des Impulszählers 7 und damit das Vorzeichen
der Zählung durch die Steuervorrichtung 10 beeinflußt wird. Grundsätzlich gilt beim
Auszählen der beiden nacheinander eintreffenden Impulszüge jeweils das andere Vorzeichen.
Im vorliegenden Fall, da d f, größer als d f1 ist, erfolgt die Zählung
der Impulse des Impulszuges d f l mit negativem und anschließend die Zählung
der Impulse des Impulszuges d f2 mit positivem Zählsinn, mit dem
Resultat,
daß dabei die Differenz der in den Impulszügen A f 1 und
A f 2 enthaltenen Anzahl von Einzelimpulsen gebildet wird.
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Anschließend an den Zeitabschnitt A t2 leitet die Steuervorrichtung
10 einen dritten Zeitabschnitt A t3 - wie dies in der Zeichnung mit dem gleichnamigen
Pfeil angedeutet ist - ein, indem die Steuervorrichtung 10 ein Zählwerk 8
in Funktion setzt. Dieses nachfolgend ebenfalls noch näher zu beschreibende Zählwerk
8 enthält eine darin eingegebene Bezugsgröße, welche den Sollzustand des mit Hilfe
der Einrichtung zu regelnden Vorganges darstellt. Diese Bezugsgröße oder, mit anderen
Worten, der Sollzustand muß nun mit der im Impulszähler 7 gebildeten Impulszahldifferenz,
d. h. mit dem beim Fortschreiten des Vorganges tatsächlich erreichten Zustand verglichen
und die hieraus ermittelte Abweichung zur Bestimmung der Stellgröße herangezogen
werden. Es versteht sich, daß zu diesem Zweck die Bezugsgröße im Zählwerk 8 ebenfalls
als eine bestimmte Anzahl von Einzelimpulsen, z. B. als Impulszug .J f "f dargestellt
wird, welcher während des Zeitabschnitts A t3 dem Impulszähler 7 zugeführt
wird. Die Einzelimpulse des Impulszuges A f "f werden vom Impulszähler 7
ebenfalls gezählt, und zwar wird - wiederum mittels der Steuervorrichtung
10 - der Zählsinn so bestimmt, daß - absolut gesprochen - die Differenz zwischen
dem vorhergehend gebildeten Zählerinhalt (A f -.@ f 1) und der Bezugsgröße,
die durch den Impulszug A f"f dargestellt ist, gebildet wird. Der Impulszug
A f"f wird daher jeweils mit einem dem Resultat der vorhergehenden Zählung
entgegengesetzten Zählrichtung in dem Impulszähler 7 eingeführt. Der auf diese Weise
ermittelte Absolutbetrag der Abweichung ist also
hinsichtlich ihres Vorzeichens kann die Abweichung d grundsätzlich eine positive
oder negative Größe sein.
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Nach Ermittlung der Abweichung d wird - ebenfalls während des Zeitintervalls
t3 - der Impulszähler 7 durch stellenweises Rückzählen auf Null zurückgestellt.
Während der Dauer dieses Rückstellprozesses wird vom Zähler 7 über die Leitung 71
ein Steuersignal, z. B. ein Einzelimpuls entsprechender Dauer oder ein Impulszug
entsprechender Länge .d t einem Tor 9 zugeführt. Die Zeitdauer A t der Wirksamkeit
dieses Steuersignals ist offensichtlich dem Absolutbetrag der Abweichung !d! proportional.
Dieses Steuersignal öffnet das Tor 9, welches hierbei eine zu !dl proportionale
Anzahl von Impulsen aus einer über die Leitung 109 ankommenden Impulsfolge hindurchläßt.
Diese Impulse, die z. B. in einem Taktgeber der Steuervorrichtung 10 generiert werden,
haben eine feste Taktfrequenz. Je nachdem, ob der Impulszähler 7 von einem positiven
oder negativen Wert ausgehend nach Null zurückgestellt wird, werden die dem Tor
9 über die Leitung 109 zugeführten Impulse in der Ausgangsleitung als positive bzw.
negative Impulse wirksam. Das Vorzeichen des Inhalts des Impulszählers, d. h. das
Vorzeichen der Abweichung d, wird über eine Steuerleitung 70 - in F i g. 1 symbolisch
dargestellt - dem Tor 9 mitgeteilt, so daß dieses tatsächlich einen für die Abweichung
hinsichtlich Absolutbetrag und Vorzeichen charakteristischen Impulszug durchläßt.
Dieser Impulszug - symbolisch durch ± d dargestellt - wird nun einem summarisch
mit 11 bezeichneten Steuergerät übermittelt, welches aus dem Impulszug, z. B. in
einer Miller-Integratorschaltung, eine für die Beeinflussung des Vorganges geeignete
analoge Stellgröße bildet, wie unter Bezugnahme auf F i g. 3 noch genauer erklärt
wird. Vorzugsweise übt das Steuergerät die Funktion eines Digital-Analog-Umsetzers
aus, so daß aus dem digitalen Regelwert des Impulszuges eine analoge Stellgröße,
z. B. ein elektrischer Strom bestimmter Stärke oder eine elektrische Spannung von
charakteristischer Höhe usw., hergestellt wird, welche dann den zu regelnden Prozeß
in unmittelbarer Weise zu beeinflussen gestattet.
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Kurz zusammengefaßt: Die sich im Laufe des zu steuernden Ausdampfprozesses
verändernde Frequenz der Schwingungen in der Oszillatorschaltung 1 wird durch überlagerung
mit der konstanten Frequenz der Schwingungen in der Oszillatorschaltung 2 gemischt,
und die dabei gebildete Differenzfrequenz wird als entsprechende Folgefrequenz einer
Impulsfolge dargestellt; in zwei aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten werden aus
dieser Impulsfolge zwei Impulszüge ausgewählt und die in ihnen enthaltenen Einzelimpulse
in einem Zähler ausgezählt. Das Resultat dieses digitalen Zählvorganges gibt Aufschluß
über die Änderung der Differenzfrequenz, d. h. über das Fortschreiten der Aufdampfung,
genauer über die Zunahme der Menge des niedergeschlagenen verdampften Materials,
also über die Dicke der aufgedampften Schicht. Man vergleicht dieses Ergebnis mit
einer Bezugsgröße, welche die Dicke der Schicht darstellt, die erreicht werden soll.
Die festgestellte Abweichung der Analoggröße vom Sollwert gestattet somit eine Regelung
des Verdampfungsvorgangs mit Hinblick auf das erwünschte Resultat.
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In F i g. 2 ist nun der Aufbau und die Schaltung eines das Tor 6,
den Impulszähler 7, das Zählwerk 8, das Tor 9 und die Steuervorrichtung 10 umfassenden
Teiles der Einrichtung dargestellt, wobei die Steuermittel, welche die einzelnen
Organe gemäß dem vorerwähnten Programm steuern, gezeigt sind.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, umfassen die Steuermittel eine
Anzahl von Kippschaltungen, welche von links nach rechts der Reihe nach mit E,
A, B, F, C und D bezeichnet sind. Bei den Kippschaltungen sind unten
die beiden Umsteuerleitungen und oben die beiden Impulsleitungen angeschlossen,
wobei angenommen wird, daß die rechte Umsteuerleitung (Tastleitung) die entsprechende
Kippschaltung aktiviert und die linke Umsteuerleitung (Löschleitung) die Kippschaltung
zurückschaltet. Es wird ferner angenommen, daß die rechte Impulsleitung einer aktivierten
Kippschaltung eine positive und die linke Impulsleitung eine negative Spannung führt,
und entsprechend wird in der nachfolgenden Beschreibung die rechte Impulsleitung
auch als positive und die linke Impulsleitung auch als negative Impulsleitung bezeichnet.
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Des weiteren enthält die Schaltung von F i g. 2 eine Anzahl von Torschaltungen
G, Verstärkern V, Kathodenverstärkern K, Kippschaltungen M und logischen Verknüpfungsschaltungen
(UND- und ODER-Schaltungen), welche durch die entsprechenden genormten Symbole dargestellt
sind. Alle diese Schaltungen sind dem Fachmann bekannt und brauchen somit nicht
näher erklärt zu werden.
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Zu Beginn des hier zu betrachtenden Vorganges ist - so wird angenommen
- die Kippschaltung E
aktiviert, wobei sie durch die positive Impulsleitung
ein Tor GE offenhält. Nun gelangt ein den Beginn des Zeitabschnitts A t1
bestimmender gleichnamiger Impuls, der in einem Taktgeber oder Impulsgenerator 110
erzeugt wird, über die Leitung 102 und das offene Tor GE in die Löschleitung der
Kippschaltung E sowie in die Tastleitung der Kippschaltung A. Entsprechend der vorerwähnten
Annahme wird dabei die Kippschaltung E zurückgeschaltet und damit das Tor GE geschlossen,
und gleichzeitig wird die Kippschaltung A betätigt, so daß deren rechte und linke
Impulsleitungen die entsprechenden positiven bzw. negativen Spannungen führen. Die
in der positiven Impulsleitung der Kippschaltung A geführte Spannung bewirkt zunächst
das Öffnen eines Tors GA und gleichzeitig durch eine mit der positiven Impulsleitung
verbundene Leitung 12 das öffnen einer Torschaltung G61, welche einen Teil der vorerwähnten
Toreinheit 6 (F i g. 1) darstellt. Durch die geöffnete Torschaltung G61 gelangt
nun eine gewisse Anzahl von Einzelimpulsen der Impulsfolge .A f über die ODER-Schaltung
63 und den Kathodenverstärker K6 in den binären Impulszähler 7, wo die Impulse während
der Dauer des Zeitabschnitts A t1 gezählt werden.
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Das Vorzeichen der Zählung wird durch die in der negativen Impulsleitung
der KippschaltungA geführte Spannung bestimmt. Diese Spannung bestimmt über die
ODER-Schaltung 131, den Verstärker V13 und den Kathodenverstärker K13 das Potential
in der Leitung 13, was weiterhin zur Folge hat, daß der Zähler 7 während des Zeitabschnittes
A t1, d. h. bei der Auszählung der Impulsfolge A f1 negativ zählt.
Dieser Sachverhalt ist in der Zeichnung symbolisch durch das Minus-Zeichen angedeutet,
Der Impulszähler 7 besteht im vorliegenden Fall aus den acht Kippschaltungen I bis
VIII. Die Kapazität des Zählers beträgt 28=256. Sie ist selbstverständlich wenigstens
zweimal so groß zu wählen wie die überhaupt mögliche größte Abweichung d betragen
kann. Natürlich übersteigt die Gesamtzahl der auszuzählenden Einzelimpulse jeder
der Impulszüge A f, und A f2 die Zählerkapazität bei
weitem, doch bleibt dieser Umstand ohne Bedeutung, da sich Afi und A f2
- absolut gesehen - nur wenig voneinander unterscheiden, so daß das Resultat
der zuerst mit negativem und dann mit positivem Vorzeichen modulo 256 erfolgenden
Zählungen doch innerhalb der Zählerkapazität liegen wird. Der Aufbau und die Funktion
des Impulszählers 7 scheint keiner weiteren Erläuterungen zu bedürfen, da er von
bekannter Anordnug ist. Es sei lediglich bemerkt, daß der eigentliche Nullpunkt
des Impulszählers 7 bei 128 liegt. Die negativen Zahlen sind daher - wie dies dem
Fachman ohne weiteres klar ist - durch die eine und die positiven Zahlen durch die
andere Stellung der letzten Kippschaltungszählstufen VIII des Impulszählers gekennzeichnet.
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Am Ende des Zeitabschnitts A t1 gibt der Taktgeber 110, welcher
einen Teil der Steuervorrichtung 10 von F i g. 1 bildet, durch die Leitung
102 einen weiteren, den Beginn des Zeitabschntts A t2 bestimmenden gleichnamigen
Impuls, welcher, wie im Schaltbild von F i g. 2 angedeutet, durch das geöffnete
Tor GA in die Löschleitung der Kippschaltung A und in die Tastleitung der
Kippschaltung B gelangt. Die Kippschaltung A wird dadurch zurückgeschaltet, so daß
das Tor GA und die Torschaltung G61 geschlossen werden. Damit hört die Impulszählung
im Zähler 7 in negativem Zählsinn auf. Gleichzeitig wird jedoch die Kippschaltung
B aktiviert, wobei die in der positiven Impulsleitung dieser Schaltung geführte
Spannung zu einem Tor GB und durch eine Leitung 14 zu einer weiteren Torschaltung
G62 der Toreinheit 6 gelangt, wodurch das Tor GB und die Torschaltung G62
geöffnet werden. Aus der Impulsfolge A f gelangt nun der Impulszug
A f2 durch die Torschaltung G62 in den Impulszähler 7, wo die Impulse (nun
in entgegengesetzter Richtung wie vorhin) gezählt werden. Das Vorzeichen dieser
Zählung wird durch die in der negativen Impulsleitung der Kippschaltung B zugeführte
Spannung bestimmt, welche über eine ODER-Schaltung 151 und nach entsprechender Verstärkung
im Verstärker V15 und im Kathodenverstärker K15 das Potential der zum Zähler 7 führenden
Leitung 15 festlegt. Die Zählung erfolgt - wie erwähnt - während des Zeitabschnitts
A t., in positivem Sinn; dies ist in F i g. 2 symbolisch durch das an der
Leitung 15 angeschriebene Plus-Zeichen gekennzeichnet. Am Ende des Zeitabschnitts
.4 t2 steht der Impulszähler 7 somit in einer Stellung, welche die Differenz
der in den Impulszügen A f 1 und A f " enthaltenen Anzahl von
Einzelimpulsen angibt. Das Ende des Zeitabschnitts A t.,
und der Beginn des
Zeitabschnitts A t3 wird durch einen vom Taktgeber 110 über die Leitung 102
ausgesandten A t3 Impuls bestimmt, welcher durch das geöffnete Tor GB in die Löschleitung
der Kippschaltung B und in die Tastleitung der Kippschaltung F gelangt. Die Kippschaltung
B wird damit zurückgeschaltet, so daß das Tor GB und die Torschaltung G62 geschlossen
werden; damit hört die Impulszählung im Zähler 7 in positivem Zählsinn auf.
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Der A t3 Impuls gelangt auch in die Tastleitung der Kippschaltung
F, wodurch diese betätigt wird. Dies hat jedoch auf die nachgeschaltete Kippschaltung
C keine Wirkung. Es wird hierbei eine an sich bekannte Schaltungstechnik angewendet,
indem erst durch das Zurückschalten der Kippschaltung F die nachgeschaltete KippschaltungC
betätigt wird; durch diese Hintereinanderschaltung zweier Kippschaltungen erzielt
man einen Verzögerungseffekt.
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Die Löschleitung der Kippschaltung F ist mit dem Zählwerk 8 verbunden,
welches, wie in der Zeichnung angedeutet, zwei im wesentlichen aus Kaltkathodenröhren
bestehende Dezimalzählstufen DC1 und DC2 umfaßt. Dem Zählwerk 8 wird eine Impulsfolge
von einer bestimmten Taktfrequenz fr,,f aus dem Taktgeber 110 über die Leitungen
104 und 103 zugeführt. Es sei beispielsweise angenommen, daß diese
Taktfrequenz 10 kHz beträgt. In dem Zählwerk 8 wird der frei wählbare Sollwert für
die Dicke der aufzudampfenden Schicht, d. h. die Bezugsgröße A f"f, eingestellt,
beispielsweise d f "f = 26, d. h. der Einerschalter 83 steht auf dem
Abgriff 6, und der Zehnerschalter 84 steht auf dem Abgriff 2. Die Abgriffe 0 bis
9 der Zählstufen DC werden - wie dem Fachmann hinreichend bekannt ist - in Übereinstimmung
mit den über die Leitung 103 ankommenden Impulsen in fortschreitender Reihenfolge
abgetastet. Die Schaltung ist so angeordnet, daß die UND-Schaltung 81 den Beginn
und die UND-Schaltung 82 das Ende eines Zeitintervalls signalisiert, das die Bezugsgröße
kennzeichnet. Der den Beginn kennzeichnende Impuls wird über die UND-Schaltung 81
und den Verstärker V85 der Löschleitung der Kippschaltung F zugeführt, wodurch diese
Kippschaltungzurückgeschaltet wird. Wie erwähnt, führt das Zurückschalten der
Kippschaltung
F zur Betätigung der Kippschaltung C. Somit beginnt die eigentliche Zähloperation
im Zähler 7 während des 4 t3 Zeitabschnitts erst dann, wenn das beständig mit der
hohen Folgefrequenz f"f von z. B. 10 kHz umlaufende Zählwerk 8 in beiden Stufen
gerade die Nullstellung durchläuft.
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Die Kippschaltung C öffnet im betätigten Zustand durch ihre rechte
Impulsleitung das Tor GC und bewirkt durch die Spannung ihrer linken Impulsleitung
eine Impulszählung im Zähler 7 in negativem Sinn. Durch das geöffnete Tor GC und
die ODER-Schaltung 161 gelangen die über die Leitung 104 ausgesandten Taktimpulse
der Folgefrequenz frei in eine Leitung 16 und schließlich durch die ODER-Schaltung
63 und den Kathodenverstärker K6 der Torschaltung 6 in den Impulszähler 7, wo sie
zum Resultat der vorausgegangenen Zählung im negativen Sinn gezählt werden. Diese
in der Nullstellung des Zählwerkes 8 beginnende Zählung hört auf, wenn die UND-Schaltung
82 das Ende des Bezugsgrößen-Zeitintervalls in die Löschleitung der Kippschaltung
C signalisiert. Dadurch wird einerseits über die rechte Impulsleitung das Tor GC
geschlossen, und andererseits tritt eine Änderung des Spannungsniveaus in der linken
Impulsleitung der Kippschaltung C auf, die sich über die ODER-Schaltung 131, die
Verstärkerschaltung V13 und die Kathodenverstärkerstufe K13 schließlich auch in
der Leitung 13 auswirkt. Infolgedessen hört im Zähler 7 die Impulszählung auf. Jetzt
steht dieser Zähler in einer Stellung, welche die Abweichung d kennzeichnet.
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Beim Zurückschalten der Kippschaltung C gelangt durch deren rechte
Impulsleitung ein Signal in die Tastleitung der Kippschaltung D, die dadurch betätigt
wird und das Tor GD öffnet. Die Betätigung dieser Kippschaltung bedeutet den Beginn
der Auszählung des Inhalts des Impulszählers 7, d. h. der Ermittlung der Abweichung
d. Die Taktimpulse in der Leitung 104 gelangen nun durch das geöffnete
Tor GU und über die ODER-Schaltung 161 in die Leitung 16 und damit schließlich
über die ODER-Schaltung 63 und den Kathodenverstärker K, in den Impulszähler 7,
weicher die eingehenden Impulse laufend abzählt. Das Vorzeichen dieses Abzählvorganges
bestimmt sich aus dem Zählerinhalt; es ist dem Vorzeichen des Zählerinhalts entgegengesetzt.
Das Vorzeichen des Zählerinhalts wird - wie bereits erwähnt - jeweils durch die
Stellung der letzten binären Zählstufe VIII des Impulszählers 7 signalisiert. Das
entsprechende, durch die linke oder rechte Impulsleitung der letzten Zählstufe über
die Kathodenverstärker K19 bzw. Klo ausgesandte Signal (d. h. die das Vorzeichen
des Zählerinhalts signalisierende Spannung) gelangt, wenn gleichzeitig eine entsprechende
Spannung auf der linken Impulsleitung der Kippschaltung D auftritt, über die UND-Schaltung
181, Kathodenverstärker K18, Leitung 18, ODER-Schaltung 151, Verstärker V1",
Kathodenverstärker Kls und Leitung 15 oder über die UND-Schaltung 171, Kathodenverstärker
K17, Leitung 17, ODER-Schaltung 131, Verstärker V13, Kathodenverstärker K1. und
Leitung 13 schließlich zum Impulszähler 7. Gleichzeitig gelangt das durch die linke
oder rechte Impulsleitung der letzten Zählstufe VIII des Zählers über die zugehörigen
Kathodenfolger K19 bzw. Klo ausgesandte Signal durch eine Leitung 19 bzw.
20 zu einer Torschaltung G92 oder zu einer Torschaltung G91 der Toreinheit
9, wodurch die entsprechende Torschaltung geöffnet wird. Dadurch wird der Weg für
die 10 kHz Taktimpulse freigegeben, welche durch die Leitung 104, das geöffnete
Tor GD, einen Verstärker V21 und eine Leitung 21 den Torschaltungen G91 und G92
zugeführt werden. Je nachdem, welche der erwähnten Torschaltungen offen ist, läßt
die Toreinheit 9 über Kippschaltungen M91 bzw. M92 Impulse entweder auf der Leitung
91 oder 92 durch, und zwar so lange, bis der Impulszähler 7 bei Auszählung des Zählerinhalts
den Nullpunkt erreicht. Dies macht sich bemerkbar durch das Umkippen der letzten
Zählstufe VIII des Impulszählers 7, wobei in deren beiden Impulsleitungen Potentialänderungen
auftreten. In einer Impulsleitung tritt eine Spannungsänderung von negativem zu
positivem, in der anderen Impulsleitung, entsprechend umgekehrt, von positivem zu
negativem Potential hin auf. Diese Spannungsänderung macht sich auch in den Leitungen
19 und 20 bemerkbar, welche mit zwei Dioden 93 und 94 verbunden sind. Wegen des
gesperrten Zustandes (hoher Durchlaßwiderstand) der einen und des leitenden Zustandes
(kleiner Durchlaßwiderstand) der anderen Diode von den beiden Dioden 93, 94 weist
die eine aus dem Kathodenverstärker K19, Diode 93, Widerstand R93 und Kapazität
C92 bestehende Schaltungsanordnung gegenüber der aus dem Kathodenverstärker K29,
Diode 94, Widerstand R94 und Kapazität C94 bestehenden Schaltungsanordnung eine
wesentlich verschiedene Zeitkonstante auf. Das hat zur Folge, daß in bezug auf die
Leitung 22 die Spannungsänderung von negativem zu positivem Potential hin (gleichgültig;
ob diese in der rechten oder linken Impulsleitung der Zählerendstufe VIII auftritt)
eine steilere Impulsflanke aufweisen wird als eine entgegengesetzte Änderung des
Spannungsniveaus. Obwohl die betreffende Schaltung in ihrem Aufbau eine vollkommen
symmetrische Anordnung zeigt, so ist sie in ihrer Funktion asymmetrisch. Um diesen
Zweck zu erzielen, können natürlich auch andere Schaltungen entworfen werden. Es
kommt lediglich darauf an, daß in der Leiturig 22 ein Signal immer dann auftritt,
wenn die letzte Zählstufe VIII des Zählers 7 umschaltet, gleichgültig, in welcher
Richtung diese Umschaltung erfolgt.
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Das demnach beim Umschalten der letzten Zählerstufe VIII erzeugte,
von der Umschaltrichtung unabhängige Signal gelangt durch die Leitung
22 zu dem durch die Kippschaltung D offen gehaltenen Tor G8 und durch dieses
Tor über einen Verstärker V24 in die Leitungen 23 und 24, d. h. in die Löschleitung
der Kippschaltung D und in die Taktleitung der Kippschaltung E. Das Zurückschalten
der Kippschaltung D schließt die Tore GD und G8: Dadurch wird die Impulszählung
im Zähler unterbrochen. Das durch die Leitung 24 übermittelte Signal gelangt zum
Impulszähler 7 und bewirkt die Rückstellung dieses Zählers in die Ausgangslage.
Es ist damit Ausgangsstellung wiederhergestellt. Es kann nun wieder mit einer neuen
Ermittlung der Abweichung d begonnen werden.
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Die Impulsfolgefrequenz für die Impulse, die über die Leitung 102
ankommen, ist beispielsweise 1 Hz, d. h., daß die mit d t1, d t2,
d t3 bezeichneten Impulse in gleichen Abständen von je einer Sekunde ankommen.
Nach diesem Beispiel beträgt der gesamte Zyklus für die Ermittlung eines d-Wertes
3 Sekunden.
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F i g. 3 zeigt eine Einrichtung zur Darstellung von analogen Stellgrößen
aus den -1-d- und -d-Digitalwerten,
die an den Leitungen 91 und
92 ankommen. Die Leitung 91 ist über eine Kapazität C91 an die Diode D91 angeschlossen.
Diese Kathode liegt gleichzeitig über einen Widerstand R91 an positivem Potential.
Die Leitung 92 ist über eine Kapazität C9 an die Anode einer zweiten Diode D9 angeschlossen.
Diese Anode liegt gleichzeitig über einen Widerstand R9 an negativem Potential.
Die Anode der Diode D91 und die Kathode der Diode D9 sind gemeinsam mit einer Leitung
95 verbunden, welche an den Eingang einer Miller-Integratorschaltung MI geführt
ist. Es ist klar, daß beide Dioden D91 und D92 in einer Duodiode zusammengefaßt
werden können.
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Die Miller-Integratorschaltung ist dem Fachmann bekannt und braucht
somit nicht näher erläutert zu werden. Sie beruht auf dem Grundgedanken, einen Kondensator
fester Kapazität durch Zuführen von Strömen bestimmter (eventuell variabler) Amplitude
und gewisser zeitlicher Dauer (z. B. Impulsen) aufzuladen, d. h. den Strom in bezug
auf die Zeit zu integrieren. Die am Kondensator des Miller-Integrators liegende
Spannung wird zweckmäßigerweise über einen Kathodenverstärker KMf an den Ausgang
96 weitergeleitet, wo sie als positive bzw. negative Regelspannung zur unmittelbaren
Steuerung des Prozesses verwendet werden kann.
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Wenn Rechteckimpulse mit positiven und negativen Amplituden auf der
Leitung 91 ankommen, so bewirken die negativen Amplitudenanteile ein Herabsetzen
des Kathodenpotentials der Diode D91. Dadurch wird die Diode leitend, der Eingang
95 wird negativ, und der Kondensator des Miller-Integrators wird negativ aufgeladen;
am Ausgang 96 tritt somit eine negative Regelspannung auf. Wenn Rechteckimpulse
von der gleichen Form jedoch auf der Leitung 92 ankommen, so bewirken ihre positiven
Amplitudenanteile ein Heraufsetzen des Anodenpotentials der Diode D92. Jetzt wird
diese Diode leitend, der Eingang 95 wird positiv und der Kondensator des Miller-Integrators
wird positiv aufgeladen. Am Ausgang 96 tritt samt eine positive Regelspannung auf.
Abschließend sei bemerkt, daß die Zeitkonstante der Miller-Integratorschaltung (im
nichtleitenden Zustand der beiden Dioden D91, D92) sehr viel größer sein muß als
das Regelintervall, das im beschriebenen Beispiel mit 3 Sekunden angenommen wird.
Dadurch soll eine möglichst gleichmäßige Regelspannung zur Verfügung stehen.