DE1964249A1

DE1964249A1 - Anordnung zur Frequenzmodulation eines Generators

Info

Publication number: DE1964249A1
Application number: DE19691964249
Authority: DE
Inventors: Gaston Debrouwer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-12-22
Filing date: 1969-12-22
Publication date: 1971-06-24
Also published as: DE1964249B2; GB1308715A

Description

Anordnung zur Frequenzmodulation eines Generators

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Frequenzmodulation eines Generators, dessen Ausgangsfrequenz aus einer Mehrzahl von Einzelfrequenzen, die wenigstens teilweise stabilisiert oder τοη einer oder mehreren stabilisierten Basisfrequenzen abgeleitet sind, durch Summen'-, Differenzbildung,' Multiplikation und/oder 'feilung numerisch zusammensetzbar und in 3?requenzschritten gegebenenfalls unterschiedlicher Wertigkeit veränderbar ist und bei dem zur Erzielung der schrittweisen Frequenzänderungen Umschalt- bzw. Auswahlvorgänge zwischen den Einzelfrequenzen stattfinden, die über Steuereingänge auslösbar sind»

Bei den bekannten Generatoren dieser Art wird eine stetige Modulation der Ausgangsfrequenz durch Zumischen der Frequenz eines freischwingenden Oszillators erreicht, die in der gewünschten Weise variiert wird. Dies führt jedoch im allgemeinen zu einer Vergrößerung der Unsicherheit der Ausgangsfrequenz, da der freischwingende Oszillator ohne besondere Maßnahmen nicht mit einer der übrigen Schaltung entsprechenden Frequenzgenauigkeit und -konstanz arbeiten kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Generator der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf relativ einfache Weise stetig frequenzmoduliert werden kann, ohne daß die modulierte Ausgangsfrequenz gegenüber den einstellbaren Festfrequenzen soweit an Genauigkeit oder Kon-

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stanz verliert, wie das "beim Einbeziehen eines freischwingenden Oszillators der Fall wäre.

Erfindungsgemäß wird dies durch einen mit einer Folge von Zählimpulsen beaufschlagbaren Impulszähler erzielt, dessen nacheinander markierte Ausgänge ihnen zugeordnete Steuereingänge des Generators durch Schrittbefehle derart beeinflussen, daß die über sie ausgelösten Umsehalt- bzw» Auswahlvorgänge bei hinreichend hoher Zählfrequenz die Ausgangsfrequenz stetig modulierenο

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insb, darin, daß die Variation der Ausgangsfrequenz mit der gleichen Genauigkeit und Konstanz erfolgt, die auch für die Einzelfrequenzen des Generators vorgesehen ist. Weiterhin kann die Frequenzänderungsgeschwindigkeit unabhängig vom Änderungsbereich eingestellt werden« Die erstere wird dabei entweder durch die Größe der einzelnen Frequenzschritte und somit durch die Zuordnung der Steuereingänge zu den Zählerausgängen oder mit besonderem Vorteil durch die Folgefrequenz der Zählimpulse festgelegt, während der letztere durch die Start- und Stoppzahl am Zähler definiert wird., Die Grenzirequenzen des Anderungsbereiches weisen demnach ebenfalls eine den Einzelfrequenzen entsprechende Genauigkeit und Konstanz auf.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung besteht eine solche Zuordnung zwischen insb. numerisch aufeinanderfolgenden Zählerausgängen und den Steuereingängen, daß deren Beeinflussung die Ausgangsfrequenz nach einer vorgegebenen, insb„ angenähert logarithmischen, Zeitfunktion verändertο Vorzugsweise ist die Zuordnung zwischen insb. numerisch aufeinanderfolgenden Zählerausgängen und den Steuereingängen so getroffen, daß deren Beeinflussung die Ausgangsfrequenz nach einer wenigstens angenähert linearen Zeitfunktion, ge-

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gebenenfalls in abschnittsweise unterschiedlicher Richtung, verändert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten, in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Ein Generator 1, dessen Ausgangsfrequenz f. aus einer Mehr-

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zahl von Einzelfrequenzen durch Summen-, Differenzbildung, Multiplikation und/oder Seilung numerisch zusammensetzbar ist, weist Steuereingänge E , E₁ ... Eg auf, über die Umschalt- bzw. Auswahlvorgänge zwischen den Einzelfrequenzen zum Zwecke einer schrittweisen Änderung von f auslösbar sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird von einem dekadischen Frequenzaufbau ausgegangen, in welchem Falle der Steuereingang S_Q z.B. zehn Eingangsklemmen repräsentiert, die den zehn Zahlenwerten der 1 Hz-Dekade zugeordnet sind. In analoger Weise sind die zehn Eingangsklemmen der 10 Hz-Dekade zu einem Steuereingang E- zusammengefaßt und die der 10 Hz-Dekade zu Eg. Die Einzelfrequenzen, aus denen sieh f numerisch bzw. digital zusammensetzt, sind wenigstens teilweise stabilisiert oder von einer oder mehreren stabilisierten Basisfrequenzen abgeleitet. Nach der vorstehend beschriebenen Abstufung der Wertigkeiten der Steuereingänge ergibt sieh ein Aufbereitungssehema, bei dem die Ausgangsfrequenz f aus denjenigen Einzelfrequenzen, die

den jeweils mit einer Spannung belegten Eingangsklemmen entsprechen, additiv zusammengesetzt wird.

Wie in der Zeichnung angedeutet ist, sind den Steuereingängen E bis Eg entsprechende Ausgänge A bis Ag eines Impulszählers 2 zugeordnet, dem die Zählimpulse 3 zugeführt werden. Hiex'bei sind die zehn Ausgangsklemmen, die den Zahlenwex'ten der Einer-Dekade entsprechen, mit A bezeichnet, die zehn Ausgänge der 10 -Dekade mit Ag, usw., so daß die Aus-

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gänge A "bis Ag die gleichen, dekadisch abgestuften· Wertigkeiten wie die Steuereingänge E bis Bg aufweisen.

Beim Zählen der Zählimpulse 3 werden die Ausgangsklemmen von A bis Ag entsprechend dem momentanen Zählergebnis durch Ausgangsspannungen markiert. Das hat zur Folge, daß gemäß der Zuordnung der Steuereingänge und entsprechend dem genannten Aufbereitungsschema Frequenzänderungen von f im {Pakte der Zählfrequenz f , d.h. der Folgefrequenz der Zählimpulse 3, und im Betrage der kleinsten"dekadischen Einheit, z.B. 1 Hz, auftreten., Damit vergrößert sich die Ausgangsfrequenz f bei konstanter Zählfrequenz f naGh einer linearen Zeitfunktion,,

Bei einer entsprechenden Umkehrung der Zuordnung zwischen den Ausgangsklemmen von A bis Ag und den Eingangsklemmen von E bis Eg verringert sich f beim fortlaufenden Zählen der Impulse 3 nach der gleichen linearen Zeitfunktion, Falls ein vor- und rückwärtszählender Impulszähler 2 verwendet wird, der beim Erreichen eines ersten vorgegebenen Zählbetrages mit einer Rückwärtszählung beginnt und beim Erreichen eines weiteren vorgegebenen Zählbetrages wieder auf Vorwärtszählung umschaltet, können^während eines Zählvorgangs Änderungen von f in unterschiedlichen Richtungen erzielt werden.

Darüber hinaus kann die Zuordnung zwischen insbesondere numerisch aufeinanderfolgenden Zählerausgängen A. und Steuereingängen E. des Generators 1 so getroffen sein, daß sich die Ausgangsfrequenz f während des Zählvorgangs im Takte

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der Zählfrequenz um jeweils unterschiedliche Beträge verändert und somit einer vorgegebenen, z.B. angenähert logarithmischen, Zeitfunktion genügt.

Zusätzlich ist es noch möglich, die Folgefrequenz f„ der VPA 9/443/16 109826/U46 _₅_

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Zählimpulse 3 nach einer vorgegebenen Zeitfunktion zu modulieren und somit eine weitere Zeitfunktion auf die Frequenzänderung abzubilden. Das kann beispielsweise dazu verwendet werden, um eine durch die Zuordnung von A. und E. gegebene lineare Zeitfunktion (bei äquidistanter Zählimpulsfolge) in eine nichtlineare Funktion abzuändern, die nunmehr durch die Zeitmodulation der Zählimpulse 3 definiert wird«

Nach der Erfindung ist es wesentlich, die Zählfrequenz f so hoch zu wählen, daß die Ausgangsfrequenz f_ stetig moduliert wirdο Wird eine Mindestzählfrequenz unterschritten, so entstehen schrittweise Frequenzänderungen von f , die uner-

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wünschte Unstetigkeitsstellen in der Zeitfunktion mit sich bringen.

Die Zählimpulse 3 werden von einem Impulsgenerator 4 erzeugt, der mit dem Zähleingang von 2 über eine während des Zählvorgangs geöffnete Torschaltung 5 verbunden ist» Soll der Frequenzänderungsbereich von f nach unten bzw» oben begrenzt werden, so wird zweckmäßigerweise am Impulszähler 2 eine Start- bzw. Stoppzahl für den Zählvorgang eingestellt. Hierbei kann die Eingabe der Startzahl beispielsweise durch ein entsprechendes Einstellsignal A_ bewirkt werden, während die Stoppzahl mit Vorteil durch einen digitalen Vergleicher berücksichtigt wird, der auf diese einstellbar ist und mit den Zählerausgängen A bis Ag derart verbunden ist, daß er beim Erreichen eines der Stoppzahl entsprechenden Zählerstandes ein Stoppsignal E₅₃ abgibt, das den Zählvorgang z.B» durch Schließung der Torschaltung 5 beendet»

Soll sich der Zählvorgang periodisch wiederholen (Wobbeibetrieb), so ist es zweckmäßig, eine Steuereinrichtung 7 vorzusehen, die aus dem Stoppbefehl E_e ein Signal ableitet, das

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die Torschaltung 5 über eine Leitung 5¹ schließt und damit den Zählvorgang unterbricht, sowie das Signal A zur Ein-

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. stellung von 2 auf den Anfangszählwert oder auf die voreinzustellende Startzahl abgibt und zusätzlich ein verzögertes, über die leitung 5' übertragenes Signal zum Öffnen von 5 und damit zum Beginn des nächstfolgenden Zählvorgangs erzeugt. Über eine Steuerleitung 8 kann die Zählfrequenz f der Zählimpulse 3 in an sich bekannter Weise am Impulsgenerator 4 eingestellt werden. Soll f nach einer vorgegebenen Zeitfunktion moduliert werden, so wird die Modulationsspannung dem Impulsgenerator 4 ebenfalls über 8 zugeführt»

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die impulsförmigen Ausgangsspannungen an den markierten Ausgängen A bis Ag, die auch als Schrittbefehle bezeichnet werden können, mittels einer gesonderten, gestrichelt dargestellten Schalteinheit 16, z.B. einer Impulsformerstufe, oder mittels dafür geeigneter Eingangsimpedanzen an den Steuereingängen E bis Eg soweit zu verlängern, daß sich zwei aufeinanderfolgende Schrittbefehle kurzzeitig überlappen. Hierdurch werden Unterbrechungen im sinusförmigen Verlauf der Ausgangsspannung von 1 weitgehend vermieden. Sofern die Überlappungszeit eine vorgegebene Dauer nicht übersteigt, werden unerwünschte Frequenzschwankungen von f praktisch vermieden«.

Dem Frequenzaufbereitungsschema können neben dem bisher beschriebenen, dekadischen Zahlensystem auch beliebige andere Systeme, z.B. das binäre, zugrunde gelegt werden,, Hierbei ändert sich die Zahl der den Steuereingängen Έ_± und den Zählerausgängen A. zugeordneten Eingangs- bzw» Ausgangsklemmen sowie die Zahl der erforderlichen Ein- und Ausgänge, letztere entsprechend dem gewünschten Änderungsbereich von

f . Sind die Wertigkeiten der Steuereingänge E. und der a j-

Zählerausgänge A. darüber hinaus nach verschiedenen Zahlensystemen abgestuft, so besteht die Möglichkeit, die Zuord-

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nung zwischen ihnen über logische Schalbungen aufrechtzuerhalten, die die Zahlensysteme aufeinander abstimmen. Auch bei gleichen Zahlensystemen kann es zweckmäßig sein, die Zuordnung zwischen E. und A. über logische Schaltungen vorzunehmen, und zwar insbesondere in den Fällen, in denen eine vorgegebene, nichtlineare Ä'nderungsfunktion von £__ bei konstanter Zählfrequenz f angestrebt wird.

Der Impulszähler 2 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut, so z.B. aus einer Serienschaltung von bistabilen Kippstufen, von denen einige mit Rückkopplungen versehen sind, sofern eine dekadische Abstufung der Wertigkeiten der Zählerausgänge A. vorgesehen ist.

Beim Wobbeibetrieb ist es zweckmäßig, einzelne Kennwerte der Anlage von einer Programmsteuerung 9 aus einzustellen. Hierzu gehören die Zählfrequenz f der Zählimpulse 3, die über die Steuerleitung 8 des Impulsgenerators 4 eingestellt wird, die Startzahl, die über eine Leitung 10 des Impulszählers 2 programmiert werden kann, sowie die Stoppzahl, die über eine Steuerleitung 11 des digitalen Vergleichers programmierbar ist. Weiterhin ist es zweckmäßig, die Steuereinrichtung 7 über eine Eingabeleitung 12 für den Wobbeibetrieb zu programmieren. Start- und Stoppzahl begrenzen hierbei den durchwobbelten Frequenzbereich in sehr übersichtlicher Weise, während die Wobbeigeschwindigkeit durch die eingestellte Zählfrequenz f gegeben ist.

Die Steuereinrichtung 7 kann zweckmäßigerweise auch dazu verwendet werden, die insb. beim Wobbeibetrieb anzuschließenden Sichtgeräte bzw. Schreiber, die jeweils zur Wiedergabe von Meßkurven (Frequenzgangen) eines mit der Ausgangsspannung des Generators beaufschlagten Prüflings dienen, mit Start- und Stoppsignalen anzusteuern« So kann beispielsweise das Startsignal über eine Ausgabeleitung 13 die

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X-Ablenkung eines X-Y-Schreibers oder eines als Sichtgerät dienenden Kathodenstrahloszillograf©!! in Betrieb setzen, während das Stoppsignal E zweckmäßigerweise über

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eine eigene Leitung 14 ausgegeben wird und zur Abschaltung der X-Ablenkung dient.

Dieses Start-Stopp-Verfahren bezüglich der X-Ablenkung bringt es mit sich, daß aufgenommene Meßkurven (Frequenzgänge) in Abschnitte unterteilt werden können, die beispielsweise mit unterschiedlichen Y/obbelgeschwindigkeiten durchlaufen werden. Hierzu ist es erforderlich, am Impulszähler 2 die Grenzfrequenzen dieser Abschnitte besonders zu programmieren, so daß beim Erreichen einer solchen Frequenzgrenze über eine Steuerleitung 8'-eine Umschaltung der Zählfrequenz f auf einen für den sich anschließenden Bereich günstigen Viert erfolgt= Dies ist insbesondere in jenen Fällen von Vorteil, in denen sich der Prüfling innerhalb einzelner Frequenzteilbei'eiche bezüglich der Einschwingvorgänge unterschiedlich verhält. Hier ergibt sich die Möglichkeit, die Zählfrequenz innerhalb der einzelnen Frequenzteilbereiche dem jeweiligen Einschwingverhalten anzupassen» Wird gleichzeitig das zur Umschaltung von f die-

nende, über 8' übertragene Signal der Steuereinrichtung 7 mitgeteilt und über diese beispielsweise an eine Leitung ausgegeben, so kann durch eine entsprechende Umschaltung der X-Ablenkgeschwindigkeit für das Sichtgerät bzw. den Schreiber ein einheitlicher X-Maßstab (Frequenzmaßstab) beibehalten werden.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die X-Ablenkeinrichtung eines X-Y-Schreibers oder eines als Sichtgerät dienenden Kathodenstrahloszillografen, die jeweils zur Wiedergabe von Meßkurven (Frequenzgängen) eines mit der Ausgangsspannung des Generators beaufschlagten Prüflings dienen, mit dem Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers

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verbunden, dessen Eingänge den Steuereingängen E ... Eg des Generators 1 oder den Ausgängen A .»» Ag des Impulszählers 2 parallelgeschaltet sind und dessen Ausgangsspannung als X-Ablenkspannung dient. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung können die Start-, Stopp- und Umschaltvorgänge an der X-Ablenkeinrichtung durch eigene, über die Ausgabeleitungen 13 bis 15 gelieferte Signale zweckmäßigerweise entfallen, da die von dem Digital-Analog-Wandler erzeugte X-Ablenkspannung mit dem Ablauf des Wobbeivorgangs unmittelbar zusammenhängt und in ihrer Amplitude dem Momentanwert der Ausgangsfrequenz jederzeit proportional gehalten werden kann.

15 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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Patentansprüche

Anordnung zur Frequenzmodulation eines Generators, dessen Ausgangsfrequenz aus einer Mehrzahl von Einzelfrequenzen, die wenigstens teilweise stabilisiert oder von einer odex' mehreren stabilisierten Basisfrequenzen abgeleitet sind, durch Summen-, Differenzbildung, Multiplikation und/oder Teilung numerisch zusammensetzbar und in Frequenzschritten gegebenenfalls unterschiedlicher Wertigkeit veränderbar ist und bei dem zur Erzielung der schrittweisen Frequenzänderungen Umschalt- czv/_a Auswahlvorgänge zwischen den Einzelfrequenzen stattfinden, die über Steuereingänge auslösbar sind, gekennzeichnet durch einen mit einer Folge von Zählimpulsen (3) beaufschlagbaren Impulszähler (2), dessen nacheinander markierte Ausgänge (A ... Ag) ihnen zugeordnete Steuereingänge (E ...Sg) des Generators (1) durch Schrittbefehle derart beeinflussen, daß die über sie ausgelösten Umschalt- bzw. Auswahlvorgänge bei hinreichend hoher Zählfrequenz (f ) die Ausgangsfrequenz (f ) stetig modulieren«

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2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet d u r c h eine solche Zuordnung zwischen insbesondere numerisch aufeinanderfolgenden Zählerausgängen (A ..» und den Steuereingängen (E ... S-O, daß deren Be-

einflussung die Ausgangsfrequenz (f ) nach einer vorgegebenen, insbesondere angenähert logarithmischen, Zeitfunktion verändert.

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine solche Zuordnung zwischen insbesondere numerisch aufeinanderfolgenden Zählerausgängen (A_Q ».. Ag) und den Steuereingängen (E_Q ... Eg), daß deren Be-

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einflussung die Ausgangsfrequenz (f„) nach einer wenig-

stens angenähert linearen Zeitfunktion, gegebenenfalls in abschnittsweise unterschiedlicher Richtung, verändert.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz e i chne t, daß die Schrittbefehle, insb. nach dem Durchlaufen einer eigenen Schalteinheit (Impulsformerstufe) oder der Eingangsimpedanzen an den Steuereingängen (E ..o Eg), eine derartige Länge aufweisen, daß sich jeweils zwei aufeinanderfolgende kurzzeitig überlappen.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Ausbildung des Zählers (2) als Serienschaltung mehrerer bistabiler, insbo mit Rückkopplungen versehener Kippstufen„

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die Voreinstellung einer Startzahl (Α_) und/oder einer Stoppzahl am Zähler (2),

wobei gegebenenfalls zusätzliche iüittel vorgesehen sind, die beim Erreichen der letzteren ein Stoppsignal (E₃) zur Beendigung des Zählvorgangs abgeben.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Mittel einen den Zählerausgangen (A . „ „ Ag) zugeordneten digitalen Vergleicher (6) enthalten, der auf eine vorgegebene Stoppzahl einstellbar ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurch gekennzeichnet, daß im Übertragungsweg der Zählimpulse (3) eine für die Dauer des Zählvorgangs durchschaltbare 'forschaltung (5) vorgesehen ist.

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9· Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da-durch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (7) vorgesehen ist, die aus dem Stoppsignal (E_) ein Signal zur Rückstellung des Impulszählers (2) auf seinen Anfangsv/ert oder gegebenenfalls auf die voreingestellte Startzahl sowie ein zeitverzögertes Startsignal zur Auslösung eines neuerlichen Zählvorgangs ableitet..

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurch gekennzeichnet, daß die Folgefrequenz (f ) der Zählimpulse nach einer vorgegebenen Zeitfunktion modulierbar ist.

11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g ekennzeichnet durch die Verwendung eines vor- und rückwärtszählenden Impulszählers (2)_o

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, gekennzeichnet durch eine Programmsteuerung (9)> die eine Programmierung der Zwischenfrequenz (f ) der Zählimpulse (3) und der Start- und/oder Stoppzahl des Impulszählers (2) veranlaßt, und gegebenenfalls eine wahl-

. weise Umschaltung der Steuereinrichtung (7) auf einen * Wobbeibetrieb vornimmt.

13· Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch den Anschluß der X-Ablenkeinrichtung eines X-Y-Schreibers oder eines als Sichtgerät dienenden Kathodenstrahloszillografen, die jeweils zui' Wiedergabe von Meßkurven (Frequenzgängen) eines mit der Ausgangsspannung des Generators beaufschlagten Prüflings dienen, an Ausgabeleitungen (13, 14, 15) der Steuereinrichtung (7), wobei die X-Ablenkung dureh das Startsignal einschaltbar und durch das Stoppsignal (E ) abschaltbar ist.

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14« -. Anordnung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurch gekennzeichnet, daß die X-Ablenkeinrichtung eines X-Y-Schreibers oder eines als Sichtgerät dienenden Kathodenstrahloszillografen, die jeweils zur Wiedergabe von Meßkurven (Prequenzgängen) eines mit der Ausgangsspannung des Generators beaufschlagten Prüflings dienen, mit dem Ausgang eines Digital-Analog-V/andlers verbunden ist, dessen Eingänge den Steuereingängen (E ....Eg) des Generators (1) oder den Ausgängen (A ... A_ß) des Impulszählers (2) parallelge-■ schaltet sind und dessen Ausgangsspannung als X-Ablenkspannung dient.

15. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d adurch gekennzeichnet, daß der Zähl- ■ bereich des Impulszählers (2) durch Zwischenzählwerte in mehrere Teilbereiche unterteilt wird und daß beim Erreichen dieser Zwischenzählwerte Umschaltbefehle abgegeben v/erden, durch die die Zählfrequenz (f„) der Zählimpulse (3) auf unterschiedliche Werte einstellbar ist, wobei diese Werte vorzugsweise entsprechend dem Einschwingverhalten des Prüflings innerhalb der jeweiligen Teilbereiche bemessen sind, und daß die Umschaltbefehle gegebenenfalls sur Umschaltung der X-Ablenkgesehwindigkeit des X-Y-Schreibers oder des Kathodenstrahloszillograf en auf unterschiedliche Werte dienen, die insb. so bemessen sind, daß unabhängig von diesen Umschaltungen ein einheitlicher X-Maßstab verwendbar ist. , ■ ;

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