DE1613688B2 - Schaltungsanordnung zur umformung eines gleichspannungssignals in ein amplitudenproportionales, sinusfoermiges wechselspannungssignal - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Umformung eines Gleichspannungssignals in ein von Gleichspannungsanteilen freies, amplitudenproportionales, sinusförmiges Wechselspannungssignal vorbestimmter Frequenz mit Tastschaltern, die angesteuert durch ein Schaltsignal das ihnen zugeführte Gleichspannungssignal im Takt einer gegenüber der vorbestimmten Frequenz des Wechselspannungssignals höheren Tastfrequenz in Signalabschnitte zerhacken, deren Tastverhältnisse sinusförmig mit der vorbestimmten Frequenz des Wechselspannungssignals derart moduliert sind, daß die zerhackten Gleichspannungssignale nach erfolgter Glättung das Wechselspannungssignal darstellen.

Eine solche Schaltungsanordnung ist ihrer grundsätzlichen Art nach aus der Fig.5 und der zugehörigen Beschreibung der DT-AS 10 65 080 bekannt. Dort ist eine Brückenschaltung mit vier Schaltelementen beschrieben, die ohne aufwendige und schwere magnetische Bauelemente auskommt, um eine Gleichspannung in eine amplitudenproportionale Wechselspannung umzuformen, die eine vorbestimmte Frequenz hat und frei von Gleichspannungsanteilen ist. Obwohl diese bekannte Schaltungsanordnung gegenüber Änderungen der Gleichspannungsamplitude schnell anspricht, ist sie dennoch zur Umformung von Meß-, Steuer- oder Regelsignalen nicht geeignet, da es zum einen an einer möglicherweise erforderlichen Impedanzanpassung und zum anderen an einer möglicherweise erforderlichen Verstärkung fehlt. Diese Unzulänglichkeiten sind verständlich, da die bekannte Schaltungsanordnung in erster Linie in der Starkstromtechnik und nicht in der Meß- und Regeltechnik angewendet werden soll. Nachteilig ist es auch, daß bei der bekannten Schaltungsanordnung die Tastenschalter abwechselnd nur in jeder zweiten Halbperiode der erzeugten Wechselspannung durchgeschaltet werden und in den dazwischenliegenden Halbperioden ausgeschaltet oder gesperrt sind. Die Schaltelemente oder Tastenschalter werden daher stoßweise nur in jeder zweiten Halbperiode belastet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Bereitstellung einer möglicherweise erforderlichen Impedanzanpassung und Verstärkung die vorzugsweise als Halbleiterbauelemente ausgebildeten Tastenschalter der eingangs beschriebenen Schaltungsanordnung gleichmäßiger zu belasten.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Gleichspannungssignal einem ersten Tastenschalter invertiert und einem zweiten Tastenschalter direkt zugeführt wird, daß das Schaltsignal den ersten Tastschalter direkt und den zweiten Tastschalter invertiert ansteuert und daß die geglätteten Ausgangssignale der beiden Tastschalter in einem gleichspannungsgekoppelten Verstärker zum Bilden des Wechselspannungssignals addiert werden.

Der Erfindungsgegenstand macht im Vergleich zu der Schaltungsanordnung nach der Fig.5 der DT-AS 10 65 080 anstelle von vier nur von zwei Tastenschaltern Gebrauch, die alle beide in aufeinanderfolgenden Halbperioden der erzeugten Wechselspannung gleichmäßig belastet werden. Der ausgangsseitige Gleichspannungsverstärker sorgt für die nötige Impedanzanpassung und Verstärkung. Da die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gleichermaßen wie die bekannte Brückenschaltung bei der Beseitigung der Gleichspannungskomponenten von in Reihe geschalteten Kopplungskondensatoren keinen Gebrauch macht, zeigen beide Schaltungen ein ähnlich gutes Ansprech- und Frequenzverhalten.

Die nach der Erfindung ausgebildete Schaltungsanordnung findet vor allem in analogen Regelanlagen, beispielsweise in Flugregelanlagen, Anwendung. Sie ist vorzugsweise aus Halbleiterbauelementen aufgebaut bzw. als integrierte Schaltung ausgebildet und insbeson- Λ dere geeignet, mehrere, als Halbleiterschaltungen aufgebaute Nutzschaltungen parallel anzusteuern.

Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulslängenmodulator das Schaltsignal liefert und daß der Pulslängenmodulator von einer Signalquelle ein sinusförmiges Signal der vorbestimmten Frequenz und von einem Oszillator das Tastsignal erhält, dessen Frequenz mindestens zehnmal so hoch wie die Frequenz des sinusförmigen Signals ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll an Hand von Figuren beschrieben werden.

Ähnliche Bauteile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.

F i g. 1 ist ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform nach der Erfindung.

F i g. 2 und 3 zeigen Zeitverläufe, die zum Verständnis der in F i g. 1 dargestellten Schaltung dienen.

F i g. 4 ist ein schematisches Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel liefert ein Wechselspannungsgenerator 11 ein sinusförmiges Signal mit einer Frequenz, die gleich der gewünschten Frequenz des von der Umformungsschal-

tung gelieferten Wechselspannungssignals ist. Der Generator 11 kann ein normales Netzgerät mit einer Bezugsfrequenz von 400 Hz sein. Das 400-Hz-Signal wird in einem Pulslängenmodulator 12 in einen Puls mit modulierter Pulslänge umgeformt. Ein 80-kHz-Oszillator 13 bestimmt die Tastfrequenz des Pulslängenmodulators 12. Das Ausgangssignal des Modulators ist eine rechteckförmige Impulsfolge mit einem Gleichspannungspotential von 0 Volt und einem zum Schalten dienenden Gleichspannungspotential. Das mittlere Tastverhältnis während einer 400-Hz-Periode beträgt 50%. Das Ausgangssignal des Pulslängenmodulators 12 ist in F i g. 2 gezeigt.

Das umzuformende Gleichspannungssignal wird einem Eingangswiderstand R 1 zugeführt. Der eine Teil des ankommenden Gleichspannungssignals ist an ein Filter 15 und der andere Teil nach Umkehrung seiner Polarität in einem Umkehrverstärker 17 an ein Filter 16 gelegt. Für diese Vorzeichenumkehr kann ein herkömmlicher Gleichspannungsverstärker mit einem hohen Verstärkungsgrad oder ein Rechenverstärker benutzt werden, dessen Eingangswiderstand R 2 gleich _ dem Rückführwiderstand R3 ist. Die den Filtern 15 und

] ■■■' 16 zugeführten Signale werden von Parallelschaltern 18 und 19 getastet oder moduliert. Da die Kennlinie 18 und 19 getastet oder moduliert. Da die Kennlinie von analogen Schaltern nicht ideal ist, werden in herkömmlicher Weise Widerstände R 4 und R 5 bzw. R 7 und R 8 zur Annäherung an die offene und geschlossene Schaltbedingung des Stromkreises benutzt. Zur Umformung der rechteckförmigen Impulsfolge in eine Sinusform dienen einfache T-Filter, die aus Widerständen R 6 und RiO bzw. R 9 und RU sowie Kondensatoren C2 bzw. Cl bestehen. Da ein herkömmliches NOR-Glied 14 die vom Modulator 12 an den Parallelschalter 19 gelieferten Schaltsignale invertiert, also das Komplement der dem Schalter 18 zugeführten Signale bildet, sind die gefilterten und getasteten Signale in Phase. Die entstehenden sinusförmigen Signale haben die gleiche Amplitude und eine Gleichspannungskomponente von gleicher Amplitude, aber entgegengesetzter Polarität. Diese beiden Signale werden addiert, wobei sich ihre Gleichspannungskomponenten aufheben. Hierzu werden die Signale direkt an

j ) die beiden Eingangswiderstände R 10 und All eines Gleichspannungsverstärkers 20 mit einem Rückführwiderstand R 12 gelegt. Mit dem Rückführwiderstand R12 kann man den Gesamtverstärkungsgrad des Verstärkers 20 einstellen. Die sich ergebende Wellenform am Verstärkerausgang ist in F i g. 3 gezeigt.

Die Trägerfrequenzkomponenten und die Harmonischen von 400 Hz in den den Filtern zugeführten Signalen werden so weit beseitigt, daß das Wechselspannungssignal am Ausgang im allgemeinen den Anforderungen für eine Regelanlage genügt. Wenn der Oberwellengehalt sehr gering sein soll, dann können weitere herkömmliche Filtereinrichtungen vorgesehen werden.

Bei dem in F i g. 1 gezeigten symmetrischen Schaltungsaufbau (Brückenanordnung), in der ein Teil des ankommenden Gleichspannungssignals mit umgekehrter Polarität verarbeitet wird, sind keine in Reihe geschaltete Kopplungskondensatoren zur Beseitigung der Gleichspannungskomponenten notwendig. Dadurch wird die Bandbreite der Umformungsschaltung erhöht und ihr Frequenzverhalten verbessert. Die Schaltungsanordnung zur Umformung eines Gleichspannungssignals in ein Wechselspannungssignal kann auch noch einen Multiplikator enthalten. Diese Multiplikation kann dadurch ausgeführt werden, daß die Amplitude des dem Modulator 12 zugeführten 400-Hz-Signals verändert wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in Fig.4 gezeigt. Im Modulator werden weitgehend integrierte Schaltungen benutzt. Ein als integrierte Schaltung 27 aufgebauter Rechenverstärker mit zwei Ausgängen liefert zwei symmetrische Ausgangssignale unterschiedlicher Polarität, die der veränderlichen Amplitude des ankommenden Gleichspannungssignals proportional sind. Dadurch braucht man an die Eingangssignale nicht allzu hohe Anforderungen zu stellen und man erhält in bezug auf die positiven und negativen Stromkreise eine bessere Symmetrie der Schaltungsanordnung, so daß die Signale leichter angepaßt und geschaltet werden können. Die Transistoren 28 bis 30 stellen die Parallelschalter für den negativen und positiven Stromkreis dar. Das Umschalten dieser Schalter wird von einer integrierten Verstärkerschaltung 35 gesteuert. Dieser Verstärker liefert für die Schalttransistoren in Abhängigkeit von einem Wechselspannungsbezugssignal und von den durch Transistoren 31 bis 34 erzeugten Oszillatorsignalen pulslängenmodulierte Signale, wie sie in Fig.2 gezeigt sind. Die Verstärkerschaltung 35 erzeugt hochfrequente Schaltimpulse, die sinusförmig über die Bezugsfrequenzperiode pulslängenmoduliert sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Umformung eines Gleichspannungssignals in ein von Gleichspannungsanteilen freies, amplitudenproportionales, sinusförmiges Wechselspannungssignal vorbestimmter Frequenz mit Tastschaltern, die angesteuert durch ein Schaltsignal das ihnen zugeführte Gleichspannungssignal im Takt einer gegenüber der vorbestimmten Frequenz des Wechselspannungssignals höheren Tastfrequenz in Signalabschnitte zerhacken, deren Tastverhältnisse sinusförmig mit der vorbestimmten Frequenz, des Wechselspannungssignals derart moduliert sind, daß die zerhackten Gleichspannungssignale nach erfolgter Glättung das Wechselspannungssignal darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichspannungssignal einem ersten Tastschalter (18) invertiert und einem zweiten Tastschalter (19) direkt zugeführt wird, daß das Schaltsignal den ersten Tastschalter (18) direkt und den zweiten Tastschalter (19) invertiert ansteuert und daß die geglätteten Ausgangssignale der beiden Tastschalter (18, 19) in einem gleichspannungsgekoppelten Verstärker (20) zum Bilden des Wechselspannungssignals addiert werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pulslängenmodulator (12) das Schaltsignal liefert und daß der Pulslängenmodulator von einer Signalquelle (11) ein sinusförmiges Signal der vorbestimmten Frequenz und von einem Oszillator (13) das Tastsignal erhält, dessen Frequenz mindestens zehnmal so hoch wie die Frequenz des sinusförmigen Signals ist.

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