DE1638025C3

DE1638025C3 - Anordnung zur Erzeugung einer treppenförmigen Spannung, deren Einhüllende die Ableitung der Einhüllenden einer ersten treppenförmigen Spannung ist

Info

Publication number: DE1638025C3
Application number: DE1638025A
Authority: DE
Inventors: Herbert 6101 Niederramstadt Baehring
Original assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1968-01-30
Filing date: 1968-01-30
Publication date: 1974-05-22
Also published as: DE1638025B2; DE1638025A1; NL6901437A; US3597601A; GB1211972A

Description

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Kondensator-Umladestrom Λ / zur Erzeugung der Ableitung der an ihm liegenden treppenförmigen Spannung zu Hilfe genommen werden kann, wenn der Stufensprung eine konstante endlich begrenzte

Breite \ T hat und die Kapazität C während des Sprunges um eine Spannung Λ η umgeladen wird. Dann ist die Ableitung der Spannung

du
di

Au AT

AT-C

d. h.. die Information für die Herstellung der Ableileitung der Stufenkurve kann aus dem Strommittelwert

Jm at.

In der elektrischen Regeltechnik wird oft die Aufgabe gestellt, aus einer Zeitfunktion die erste oder höhere Ableitung zu bilden. Es sind Schaltungen für diesen Zweck bekannt, die diese Aufgabe mit guter Genauigkeit ausführen (z. B. deutsche Patentschrift I 128 553), sofern die Ausgangsfunktionen stelige Funktionen sind. Diese bekannten Schaltungen versagen jedoch, wenn aus einer treppenförmigen Zeitfunktion als Ableitung zumindest ebenfalls wieder eine treppenförmige Zeitfunktion herzustellen ist, z. B. zwecks Herstellung einer Kombinationsfunktion aus der Erzeugungsfunktion und der Ableitung, da bei einem idealen Stufensprung als Ableitung theoretisch eine unendlich hohe Spitze und während des Stufenniveaus als Ableitung der Wert Null entsteht, Größen, die technisch nicht verwertbar sind.

In dem Lehrbuch »Digitale Regelung« von Hans Fu c h s, S. 36, werden bereits Hinweise gegeben, aus treppenförmigen Spannungen Ableitungen herzustellen. Man gebe das Zählergebnis auf einen Speicher und vergleiche in der nächsten Meßzeit den neuen Zählerstand mit dem vorangegangenen. Auf die Differenzierung einer Treppenkurve übertragen, würde das heißen: Man vergleiche die Treppenspannung zweier Spannungsstufen, von denen die eine gespeichert wird. Die Differenz beider Spannungen, bezogen auf die Meßzeit (Abtastintervall) in Abhängigkeit von der Zeit, stellt die Ableitung der ersten Kurve dar. Diesen Meß- und Transformierprozeß zu realisieren, erfordert einen ziemlich erheblichen technischen Aufwand.

Die Erfindung bezieht sich daher auf eine Anordnung zur Erzeugung einer treppenförmigen Spannung, deren Einhüllende die ADieiiung der Einhüllenden einer ersten treppenförmigen Spannung ist, welche

der in den Kondensator fließt, gewonnen werden.

Aber auch der Spitzenwert ist ein Maß der Ableitung der Spannung u.

In Fig. 1 ist der Vorgang grafisch dargestellt, während Fig. 2 ein Ausfühmngsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung zeigt. Die Kurve M₁ — /, (f) sei die treppenförmige Eingangsspannung, die z. B. durch kurzzeitiges Abtasten der Meßspannung u = j(t) während der Zeit Δ T und Speichern der erhaltenen Impulse in dem Kondensator 1 (Fig. 2) über das Intervall T₀ erhalten wurde. i_c = /.,(/) ist der Umladestrom des Kondensators. Durch einen Widerstand 6 im Umladekreis wird er in eine Spannung verwandelt und diese über eine weitere Torschaltung in einem weiteren Kondensator 11 als differenzierte Spannung t/,_liff = /„ (r) gespeichert.

Da die zweite Torschaltung von den gleichen Impulsen 3 gesteuert wird wie der erste, ist es nicht erforderlich, daß die Zeitintervalle konstant sind. Lediglich die Dauer Λ Τ der Steuerimpulse muß gleich sein. Dies geht aus der Gleichung (1) hervor. Ist z. B.

Λ / eine Exponentialfunktion

A1 = / · e~^rt, so ist

du
df

AT-C

Der Bezug der Spannungsänderung auf Δ i anstatt wie bei dem bekannten Vorschlag auf die Wiederholungsperiode T₀ bringt eine erhebliche Erhöhung der Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit a, denn es ist

a =

fs-A-T
wenn fg die Grenzfrequenz bedeutet. Durch die

Speicherung des abgefragten Signals im Kondensator bis zum nächsten Abfragezeitpunkt entsteht eine Phasenverschiebung gegenüber der Eingangsspannung. Um diesen Fehler klein zu halten, ist es vor-. teilhaft, die Abtastfrequenz hoch gegenüber der Fre-■quenz der abgetasteten Spannung zu wählen.

In Fig. 2 ist die Differenzierschaltung dargestellt. Sie ist für eine Wiederholungsfrequenz von 16 kHz dimensioniert. Am Kondensator L und Punkt P entsteht durch Abtastung der Spannung 2 mittels des durch einen Impuls 3 gesteuerten elektronischen Schalters 4 die proportionale Stufenspannung 5. Diese soll durch die Differenzierschaltung differenziert werden.

In Reihe zum Umladekondensator 1 liegt ein Widerstand 6. An ihm entstehen Spannungsimpulse 7, die dem Umladestrom des Kondensators proportional sind. Diese werden über den Transformator 8 umgepolt, über den Verstärkertransistor 9 verstärkt und über den elektronischen Schalter 10, der von den gleichen Impulsen 3 gesteuert wird wie der Schalter 4, im Kondensator 11 gespeichert, so daß an ihm und am Punkt D die differenzierte Spannung 12 in Treppenform entsteht. Die umpolende Ansteuerung der Verstärkerstufe 9 kann nicht durch einen kapazitiv gekoppelten Vortransistor erfolgen. Am günstigsten ist ein Transformator vorzugsweise von großer Bandbreite.

Als elektronische Schalter, die die Rulle von Torschaltungen spielen können, eignen sich am besten Feldeffekt-Transistoren, z. B.'vom Typ BF 246. Diese ermöglichen den Stromdurchgang in beiden Richtungen und haben einen so großen Sperrwiderstand, daß sich der Kondensator nicht über sie entladen

ίο kann. Das ΙΟΟ-Ω-Potentiometer 13 dient zur Einstellung des optimalen Arbeitspunktes des Verstärkertransistors. Die Steuervorspannung an den elektronischen Schaltern muß gleitend zu den Speicherspannungen an den Ladekondensatoren sein, was durch

kleine Koppelkondensatoren und große Ableitwiderstände erreicht wird. Diese Art von Anpassung der Steuerspannung entspricht der üblichen Audionwirkung. Die Anwendung der Schaltung ist in Regelschaltungen als Zusatz zur Proportionalsteuerung

so vorteilhaft, wodurch eine optimale Dämpfung der Regelschwingung bei größter Regelgeschwindigkeit erreicht werden kann. Es konnten noch Spannungsänderungen über Va Sekunde gut differenziert werden. Die Dauer der Steuerimpulse betrug dabei 2 · ΙΟ"⁷ Sek., die der Intervallzeit 6 · 10~⁵ Sek.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Erzeugung einer treppenförmigen Spannung, deren Einhüllende die Ableitung der Einhüllenden einer ersten treppenförmigen Spannung ist, welche z. B. durch Aufladen eines Kondensators mit der Impulsspannung am Ausgang einer Torschaltung entsteht, deren Eingang eine kontinuierliche Spannungsfunktion zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Stufen der ersten Treppenspannung ein Kondensator (1) umgeladen wird und von einem Widerstand (6) im Ladekreis des Kondensators (1) eine impulsförrnige Spannung abgenommen und nach vorzugsweise niederohmiger Verstärkung zur Bildung einer zweiten Treppenspannung durch Umladung eines weiteren Kondensators (11) über eine mit der Periode der ersten Treppenspannung synchronisierte Torschaltung (10) verwendet wird.

2. Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß für die Torschaltungen ein Feldeffekttransistor verwendet wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der niederohmige Verstärker (9) über einen Transformator (8) angesteuert wird.

z. B. durch Kurzzeit-Impulsabtastung der ersten Einhüllenden mittels einer Torschaltung entsteht. Nach der Erfindung wird zur Lösung der gestellten Aufgabe mit den Stufen der ersten Treppenspannung ein Kondensator umgeladen und von einem Widerstand im Ladekreis dieses Kondensators eine impulsförmige Spannung abgenommen, die nach vorzugsweise niederohmiger Verstärkung zur Bildung der zweiten Treppenspannung durch Umladung eines Speicher-

kondensators über eine mit der Periode der ersten Treppenspannung synchrone Torschaltung verwendet wird. Die Umhüllende dieser zweiten Treppenspannung ist dann in guter Annäherung die Ableitung der Umhüllenden der ersten Spannung.