DE2045352A1 - Umwandlersystem - Google Patents

Description

«Umwandlersystem"

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zur Umwandlung eines elektrischen Eingangssignals in ein Gleichspannung saus gang ssignai, das mit dem Eingangssignal in. einer bestimmten Beziehung steht und eine Punktion desselben darstellt.

Beim gegenwärtigen Stand der Technik sind Wandlersysteme zur Erzeugung von AusgangsSignalen bekannt, die eine gewünschte Ausgangsfunktion vermittels eines Kurvenanpassungsverfahrens erzeugen, derart, daß das Ausgangssignai des Umwandlersystems als Folge gebrochener Linienzüge eine Näherung der gewünschten Ausgangssignalkurve darstellt. Sin Ausführungsbeispiel eines derartigen Systems ist in dem Artikel "Curve Pitter Aids the Measure of RMS by Overruling Square-Law Slowdowns" von Gene Ochs und Peter Richman in der Zeitschrift "Electronics" vom 29. September 1969, Seiten 98 - 101, beschrieben worden.

Derartige Systeme stellen zweifellos einen bedeutenden Portschritt gegenüber früheren Systemen dar, doch da der Ausgang die Form gebrochener Linienzüge hat, ist die Näherung der gewünschten Punktion in jedem Pail notwendigerweise mit Fehlern i behaftet.

Das erfindungsgemäße Wandlersystem erzeugt ein Gleichs^annungsausgangssignal, das eine Näherung einer gewünschten Punktion durch einen gebrochenen Linienzug darstellt, wobei dem Eingang des Systems Signale mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeitsverteilung zugeführt werden, sodaß das gleichfalls dem. Eingang zugeführte unbekannte Signal um einen gewissen Betrag

verschoben wird, was zu einer verbesserten Näherung der gewünschten Funktion führt. Das die Verschiebung bewirkende Signal kann Über einen Gegenkopplungskreis zugeführt werden, wobei das Ausgangs signal des Wandlers einem Verschiebegenerator zugeführt., wird, dessen Ausgangssignal dann der die Kurvenanpassung ergebenden Stufe zugeführt wird. Das Verschiebesignal kann ferner moduliert werden um die Erzeugung von Schwebungen aus dem Verschiebesignal und dem Eingangssignal zu verhindern. £ Figur 1 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen

Systems.

Figur 2 stellt eine Kurve dar, zu der das erfindungsgemäße Wandlersystem eine entsprechende Ausgangsspannung erzeugt.

Figuren 3a, 5b, 3 c und 4 zeigen das Ergebnis der Anwendung von Verschiebespannungen im erfindungsgemäßen Wandlersystem.

Figur 5 ist eine schematische Darstellung einer Ausfüh-. rungsform des erfindungsgemäßen Wandlersystems.

Figur 6 ist ein Blockschaltbild eines erPindungsgemäßen Verschiebegenerators mit einer linearen Wahrscheinlichkeitsverteilung des Verschiebesignals.

Figur 7 ist ein Blockschaltbild eines mit dem Verschiebegenerator verwendeten Modulators gemäß vorliegender Erfindung.

Figur θ ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 1 ist ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Wandlersystems, das eine Verbesserung des im oben genannten Artikel von Ochs und Richman beschriebenen Systems darstellt. Das System wandelt ein Wechselspannungseingangssignal in ein Gl-eichspannungsausgangssignal um, das eine Näherung der Kurve

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v=x in Form eines gebrochenen Linienzugs darstellt. Erreicht wird diese Näherung durch Gleichrichtung des Eingangssignals und Zuführung des Eingangssignals an eine Kurvenanpassungsstufe, die aus einem Punktionsgleichrichter mit Gegenkopplung des d GIeichspannungsausgangssignals besteht, sodaß die Leitfähigkeit des Gleichrichters sich proportional zur Größe des Gleichspannungsausgangssignals ändert. Die "Ecken" der Näherung der Quadratkurve durch einen gebrochenen Linienzug werden damit verschoben und es ergibt sich eine verbesserte Näherung* Die Gegenkopplung bewirkt eine Verschiebung der Ecken des gebrochenen Linienzugs entsprechend den Änderungen'im Ausgangssignal um die Genauigkeit des Umwandlersystems unabhängig von der Amplitude des Eingangssignals aufrechtzuerhalten.

Gemäß der Darstellung der Figur 1 wird ein Wechselspannungseingangssignal an die Eingangsklemme 11 angelegt, die über Leitung 12 mit Gleichrichter 13 verbunden ist, bei dem es sich um einen Punktionsgleichrichter handelt. Das vom Gleichrichter 15 abgegebene Ausgangssignal wird dann über Leitung H einer 'Kurvenanpassungsstufe 15 zugeführt. Das Ausgangssignal der Stufe 15 wird über Leitung 16 einem Filter 17 zugeführt, dessen an

der Klemme 18 erscheinender Ausgang das Ausgangssignal des Systems darstellt. Wie dargestellt, wird der Ausgang ferner über Leitung 19 als Gegenkopplungssignal der Kurvenanpassungsstufe 15 zugeführt. Das unter Bezugnahme auf Figur 1 erläuterte System stellt die im Artikel von Ochs und Richman beschriebene Anordnung dar. Gemäß vorliegender Erfindung wird das Ausgangssignal noch über Leitung 21 einem Verschiebegenerator 22 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verschiebegenerators 22 wird ferner über Leitung 23 als zusätzliches Gegenkopplungssignal an die Kurvenanpassungsstufe 15 angelegt. Die Verwendung der beiden Gegenkopplungssignale, richtige Einstellung des Verschiebesignals und eine geeignete'Wahrscheinlichkeitsverteilung ergeben eine verbesserte Näherung der gewünschten Ausgangsfunktion durch Mitwirkung des Ausgangssignals.

In bestimmten Fällen, wenn beispielsweise die Frequenz des über Leitung 23 vom Verschiebegenerator 22 zugeführten Gegenkopplungssignals sich der Frequenz des an Klemme 11 ange-

t legten Wechselspannungseingangssignals oder einer Oberwelle desselben nähert, wird ein Schwebungssignal erzeugt₉ das Fehler im Ausgangssignal des Systems erzeugen kann. Diese Erscheinung tritt gewöhnlich nur auf, wenn große Bandbreiten erwünscht sind und kann durch Verwendung eines Modulators 24 ausgeschaltet werden. Der Modulator 24 erzeugt ein Signal, das über die gestrichelt gezeichnete Leitung 25 als Steuersignal an den Verschiebegenerator angelegt wird. Dies®Steuersignal bewirkt

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eine Änderung des in Leitung 23 auftretenden Ausgangssignals mit einer bestimmten Frequenz, sodaß die eventuelle Erzeugung einer Schwebung für eine bestimmte Zeit unterdrückt wird, die groß ist gegenüber der Zeit zur Durchführung einer Messung mit dem System.

Es ist in diesem Fall zweckmäßig, daß der Ausgang des Systems eine logarithmische Punktion oder eine umgekehrte Proportionalitätsfunktion darstellt, im Gegensatz zu der vorher erwähnten Quadratfunktion. Ein GIeichspannungssignal stellt in ä diesem Fall das Eingangssignal dar, das an die Klemme 26 angelegt wird und über Leitung 27 als Eingangssignal an der Kurvenanpassungsstufe 15 auftritt. Der Gleichrichter Ί3 und die entsprechenden Verbindungen werden in diesem Fall nicht benutzt, was durch Strichelung der Leitung 27 angedeutet ist.

Zwar kann die vorliegende Erfindung zur Erzeugung einer vorgegebenen, durch gebrochene Linienzüge approximierbaren Funktion verwendet werden, doch bezieht sich die folgende Beschreibung auf ein System, dessen Ausgang eine Quadratfunktion nähert, wie sie in Figur 2 graphisch dargestellt ist.

Die Abszisse der Figur 2 stellt die Eingangsamplitude eines Signals dar, das an die in Figur 1 dargestellte Schaltung angelegt wird. Die Ordinate der Figur 2 stellt das an Klemme 18 auftretende Ausgangssignal dar. Bei der gewünschten Ausgangsfunktion handelt es sich im betrachteten Fall um die Quadrat-

funktion y = χ , von der der Effektivwert des angelegten Weeh-

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selspannungssignals in der im vorher erwähnten Artikel von Ochs und Richman beschriebenen Weise erhalten werden kann. Wie in der Kruve der Figur 2 dargestellt, kann die Kurve der quadratischen Funktion durch einen gebrochenen Linienzug genähert

2 werden, der in Figur 2 als "Linienzug-Näherung von y = χ " bezeichnet ist. Aus der Figur ist zu ersehen, daß in den Gebieten mit Richtungsänderung der Linienzüge eine erhöhte Abweichung der Kurve der quadratischen Funkfcion vorn gebrochenen

^ Linienzug auftritt. In diesem Zusammenhang sind besonders die mit A, B und C bezeichneten Punkte der Figur 2 zu erwähnen. Diese Abweichungen von der Quadrabkurve führen zu Fehlern in dem an Klemme 18 auftretenden Ausgangssignal, können aber durch die vorliegende Erfindung beseitigt werden. Wenn nämlich das Ausgangssignal des Verschiebegenerators 22 in der in Figur 1 gezeigten Weise als Gegenkopplungssignal an die Kurvenanpassungsstufe 15 angelegt wird, wird der gebrochene Linienzug verschoben um eine von den Toleranzgrenzen der Bauteile bestimmte, verbesserte Näherung der Quadratkurve zu ergeben. Wie im folgen-

' den ausgeführt, ergibt sich theoretisch eine völlige Reproduktion der Quadratkurve.

Die für die folgenden Ausführungen herangezogene Figur 3a zeigt eine mögliche Näherung der Quadratkurve y = χ durch einen gebrochenen Linienzug. Wenn die Schnittpunkte der Linienzüge so gewählt werden, daß die Näherungsfehler eine reguläre Funktion von χ werden, kann durch Beimischung eines zusätzlichen

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Signals mil; einer geeigneten Wahrscheinlichkeitsverteilung zum Eingangssignal eine Verringerung der durch die Näherung mit gebrochenen Linienzügen erzeugten Fehler erzielt- werden. "Eine reguläre Funktion von x" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der durch die Näherung mit gebrochenen Linienzügen erzeugte Fehler einen Satz von Kurven gleicher Absolutwerte und Formen, doch längs der x-Achse verschoben, ergibt (wobei die Eingangsamplitude auf der x-Achse und die Ausgangsamplitude auf der y-Achse aufgetragen ist). Figur 3a zeigt nur den zur positiven (| x-Achse gehörigen Teil der Quadratkurve, die in gleichartiger Weise über der negativen x-Achse erseheίηΐ. Die Schnittpunkte der Linienzüge, d.h. die Punkte, an denen die Linienzüge ihre Richtung ändern, erscheinen in gleichgroßen Abständen auf der x-Achse, z.B. an den 0,5, 1,5- und 2,5 willkürlich gewählten Einheiten entsprechenden Punkten auf der positiven x-Achse. Wenn in der in Figur 2 gezeigten Weise eine Quadratkurve den nähernden Linienzügen überlagert wird, sind die durch die Aufspaltung des Linienzugs erzeugten Fehler an den Schnittpunkten gleich groß, d.h. die Abweichungen bilden die gleichlangen senkrechten Strecken 31, 32, 33 ^a& den Punkten 34 bzw. 35 bzw. 36. Die durch die Näherung mit einem gebrochenen Linienzug erzeugten Fehler streben gegen Null zwischen den Schnittpunkten der Linien und nehmen den Wert Null im Mittelpunkt des Intervalls zwischen zwei Schnittpunkten anj die Fehler erreichen ihren Maximalwert an den Schnittpunkten.

2O / Γ O Γ

Die Quadratkurve kann dementsprechend von einem Satz von Linienzügen dargestellt werden, die den folgenden Gleichungen genügen:

Vom Nullpunkt zum Schnittpunkt 34: y = O; vom Schnittpunkt 34 zum Schnittpunkt 35: y = 2x - 15 vom Schnittpunkt 35 zum Schnittpunkt 36: y = 4x - A\ vom Schnittpunkt 36 zum nächstfolgenden Schnittpunkt bei χ = 3.5 (der nicht in der Figur dargestellt ist): y = 6x - 9« ™ Die allgemeine Form der die Linienzüge darstellenden

Gleichung ist: y = mx - k, wobei m in aufeinanderfolgenden gleichen Abschnitten zunimmt und k eine Konstante bezeichnet, derart, daß jeder Linienzug den vorhergehenden Linienzug in x-Intervallen gleicher Länge schneidet.

Wenn die in Figur 3 gezeigte Näherung eine Näherung für

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y = χ darstellt, so kann durch Beimischung eines Verschiebe™ signals zu dem auf der x-Achse aufgetragenen Eingangssignal (Figur 3a) und durch eine lineare Wahrscheinlichkeitsverteilung im Verschiebesignal eine beträchtliche Verkleinerung der durch die Näherung mit einem gebrochenen Linienzug erzeugten₉ bei 31s 32, 33 angedeuteten Fehler erzeugt werden. Ein Signal in Form einer Dreieckspannung hat z.B. eine lineare Wahrscheinlichkeitsverteilung. Sägezahnspannungen stellen ein anderes Beispiel eines Signals mit linearer Wahrscheinlichkeitsverteilung dar₀ Figur 3b stellt die Dreiecksspannung dar₉ während Figur 3c die zugehörige Wahrscheinlichkeitsverteilung zeigt»

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Die Gleichung der in Figur 3c dargestellten Geraden lautet:

P(x) = x + 1/2 (1)

wobei P(x) als Verteilungsfunktion der Wahrscheinlichkeit von χ definiert ist, d.h. P(x) ist das Integral der Wahrscheinlich- ■ keitsdichte von x.

Für die folgenden Ausführungen wird angenommen, daß ein einer linearen Wahrscheinlichkeitsverteilung entsprechendes Dreieckssignal mit dem Eingangssignal einer Kurvenanpassungstufe gemäß Figur 1 gemischt wird, und daß das Dreiecks- I signal eine vom Ausgangssignal· geregelte Spitzenwert-Ampli-•tude von einer Einheit hat. Der Beitrag der Dreiecksspannung zur Ausgangsamplitude kann aus einer Betrachtung der in Figur 3a gezeigten Näherung mit gebrochenen Linienzügen abgeschätzt werden. Als Beispiel wird die Wirkung der Dreiecksspannung betrachtet, wenn das Eingangssignal gerade dem Schnittpunkt 35 entspricht. Die Dreiecksspannung wird wirksam zwischen dem Punkt D auf dem Abschnitt zwischen den Schn.ittpun.ken 34 und und dem Punkt E auf dem Kurvenabschnitt zwischen den Schnitt- i punkten 35 und 36. Alle Wahrscheinlichkeiten, die möglich sind, führen dazu, daß die Dreiecksspannung bei der Eingangsamplitude 1,5 einen Anstieg der Ausgangsamplitude bis höchstens zum Punkt E oder eine Verkleinerung der Ausgangsamplitude nicht unter den Punkt D auf dem Linienzug bewirken kann. Da die Dreiecksspannung eine lineare Wahrscheinlichkeitsverteilung hat, und da die Eingangsamplitude als 1,5 auf der x-Achse '

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angenommen wird, hat man nur den Mittelwert des möglichen F3eitrags der Dreiecksspannung in Betracht zu ziehen. Ein derartiger Mittelwert kann aus dem Mittelwert zwischen den Punkten D und 2 5 und dem Mittelwert zwischen den Punkten E und 35 erhalten werden. Die entsprechenden Punkte sind mit F und G bezeichnet. Verbindung der Punkte B¹ und G durch eine gestrichelt angedeutete Gerade 37 ergibt eine Abweichung, die mit dem Fehler V2 der Linienzug-Mherung der Quadratkurve zusammenfällt. Wenn also d Le

P mit dem Eingangssignal vermischte Dreiecksspannung einen dem Fehler 32 entsprechenden Beitrag am Schnittpunkt 35 ergibt, so ist der Fehler 32 kompensiert und die Linienzug-Näherung stimmt mit der Quadratkurve überein.

Man kann nun den anderen Grenzfall betrachten und in Figur 3a den Beitrag zur Ausgangsamplitude eintragen, den die Dreiecksspannung liefert. Dazu wird angenommen, daß die Eingangaamplitude gerade in der Mitte- zwischen den Schnittpunkten erscheint, sodaß der gesamte Beitrag der Dreiecksspannung notjvendigerweise nur auf einem Abschnitt der Linienzug-Näherung

erscheint. Betrachtungen, die den obigen ähneln, ergeben, daß die Dreiecksspannung den Beitrag Null liefert, denn die Wahrscheinlichkeit, daß die Spannung oberhalb des auf der x-Achue gewählten Punktes liegt ist gleich der Wahrscheinlichkeit, dafo die Spannung unterhalb des Punktes liegt, während die Näherung des Linienzugs auf dem gesamten Abschnitt unverändert bleibt. Die vorher unter Bezugnahme auf Figur 3a angestellten

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Betrachtungen können such in mathematisch strenger Form für den Beitrag einer !Dreiecksspannung gemäß Figur 3b durchgeführt werden, wenn man abschnittsweise Linienzüge betrachtet, die den oben aufgestellten Gleichungen genügen. Die im folgenden durchgeführte mathematische Behandlung bezieht sich auf die in Figur 4 dargestellte Näherung durch einen gebrochenen Linienzug. Aus den Berechnungen ergibt sich, daß, entsprechend den vorher anhand der Figuren durchgeführten Überlegungen, der Beitrag zur Ausgangsspannung (y) bei jeder momentanen Eingangsspannung (x) eine " Funktion ist des Mittelwerts des Signals multipliziert mit der ■Wahrscheinlichkeit, daß das Signal im betrachteten Bereich auftritt. . ' "-.

Der Abschnitt der Geraden, für den der Beitrag der Dreiecksspannung berechnet wird, ist gegeben durch die Gleichung

■y = f(x) = j (x), (2)

wobei f(-x).eine" Funktion von χ ist.

Wenn beispielsweise der Beitrag des Dreieckssignals im x-Intervall zwischen 1 und m berechnet werden soll, so ist der ι Beitrag gegeben durch die Gleichung
y(P) = f(l±S).(P(_m) - P(I)),

in der y(P) den Beitrag zur Ausgangs amplitude y an jedem beliebigen Punkt P bezeichnet; 1 bezeichnet die untere Grenze der Dreiecksspannung in der x-Koordinate und m die entsprechende obere Grenze; P(m) - P(I)" bezeichnet schließlich die Wahrscheinlichkeit, daß der momentane Wert aus Eingangsspannung plus

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Dreieckspannung in dem durch die Grenzen 1 und m gegebenen Intervall liegt.

Für die Berechnungen wird nun angenommen» daß die momentane, zu messende Eingangs spannung dein Punkt a_ auf der x-Achse entspricht (siehe Figur 4). Da die mit dem Eingangssignal gemischte Dreieckspannung eine einer Einheit entsprechende, vom Ausgangssignal bestimmte Spitzenamplitude hat, ergibt sich als untere Grenze für das Gesamtsignal a - -η und als obere Grenze

1

^w a + τ- auf der x-Achse. Für die Berechnungen wird die untere Grenze mit X₁ bezeichnet, der Schnittpunkt zwischen den Abschnitten y = O und y = 2x - 1 mit Xp, und die obere Grenze mit x-,« Um den Gesamtbeitrag der Dreiecksspannung zur Eingangsspannung am Punkt a zu bestimmen, muß der Beitrag zu jedem betroffenen Geraderifjbschnitt berechnet werden und die beiden Beiträge müssen summiert werden. Der Beitrag zu dem zwischen den Punkten x. und Xp gelegenen Abschnitt der Gerade y = O ist:

y_o(_x) (IL^). (pt*,,) _ P(X₁)), (4)

\ wobei y_o(x) den als Funktion von χ gegebenen Abschnitt zwischen den Punkten X₁ und x_? bezeichnet.

Der Beitrag der Dreiecksspannung zur Ausgangsspannung ist zwischen den Punkten Xp und χ., gegeben durch:

,V₁(XM*² \ %- (P(X₃) - P(x₂))_s (5)

wobei y.|(x) den als Funktion von χ gegebenen Abschnitt zwischen den Punkten Xp und x, bezeichnet. Aus Figur 4 folgt?

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-y_ö(x) = 0, ....y_r(jc)....= 2x - 1

mit X₁' = a - 1/2; X₂ =1/2; x^ - a +1/2; aus Gleichung (1) ergibt sich:

P(X₂) - P(X₁) « X₂ und P(X₃)- - P(x₂) ^{= x}j> " ^X2'

Durch Einsetzen in die oben abgeleiteten Gleichungen (4) und (5) ergibt sich der Gesamtbeitrag der Dreieckspannung ■zwischen"'den Punkten x_;] und x^:

y(a)■ = O.((a - 1/2) + 1/2)-(1/2 - (a- 1/2)) +

Ausmultiplizieren ergibt:

■y(a)_: = a² - (8)

und dies ist die Gleichung der Quadratkurve. Da der Geaambbeitrag der Dreiecksspannung von X₁ bis χ-, sich so auswirkt, daß die Ausgangsamplitude das Quadrat von a ist, ergibt sich eine Umwandlung eines Weohselspannung^eingangssignalu bei a in seinen Effektivwert am Ausgang, der gemäß dem hier behandelten Beispiel erzeugt werden soll.

Zur weiteren iir lau te rung der vorliegenden Erfindung wird ein Punkt b_ auf der x-Achse angenommen und die obigen Betrachtungen werden auf diesen Punkt angewandt. Der Zweck dieser Erläuterungen ist es vor allem einen Fall zu betrachten, in dem der Beitrag zum .'/-Wert über einen Abschnitt eines Idnienzugs genommen wird, sodaß die Gleichung y = t'(x) einen von Null verschiedenen jVert ergibt.

In Figur 4 sind der Punkt b_ sowie d Le obere und untere

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Grenze b - 1/2 bzw. b -t- 1/2 eingezeichnet. Der Punkt b - I /?. auf der x-Achse wird mit χ. , der Schnittpunkt mit x_c , und die obere Grenze mi b x,- bezeichnet. Wenn die L'ür den Punkt, η ?,nl~ tenden Überlegungen auL' den Punkt b angewandt; werden, ergibt sich der Gesamtbei trag' aer mit der Kirigarigysparmung =_:;e;:!Lsoh ten Dreieckspannung in der folgenden Form:

y(b) = ,y^UM ⁴ ₂ ⁵O-(PU=,) ·■- p(x₄)) +

Auü P¹ igur 4 ist e rη Lch b 1 ich, daß

K₄ = b - 1/2; X₁. = 2.5; X₆ = b »- 1/2;

y_L,(x) - 4x - 4; y^(x) = 6x - 9, und durch Einyetzen ergibt sich:

y(_b) . (4(^b - ψ-±-1Λ) . 4)-(^^c) - (b - 1/2)) ₊ (6(^iUi_b_+__iZ2.) _ ₉).(_{b + 1/2} .. <i,5)

y(b) = (2(b ■»■ 2) - 4)·(3 - b)

, (3(5 _ 6) - 9)*(b - 2) ■ (11)

y(b) = b² (12).

So ergibt üich alöo wieder, daß der Gesuntbei tra^· der Dreieckaapannung am Punkt b_ die Ausgangsampli tude in Übereinstimmung mit der Quadratkurve bedingt, uodaß d i t; durch die ijinienzug-Nähe'rung erzeugten fehler eliminiert werden.

Figur b zeigt ein Blockschaltbild einer Schaltung, die die erwünachte Ausgangυspannung beim MLachen eines Verschiebeaign.-iLs mit einer bestimmten Verteilungsfunktion und eines

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eines Eingangscignals ergibt. Die in Figur 5 dargestellte Schaltung dient ebenfalls zur Erzeugung des Effektivwerts des zugehörigen Wechselspannungseingangssignals.

Wie- in Figur 5 dargestellt, wird an die Eingangsklemme 40 eines VoIlweg-Funktionügleichrichters 41 das Wachselspannungseingangssignal angelegt, dessen Effektivwert bestimmt werden soll. Der Ausgang dieses Funktionsgleichrichters wird dann über die Summierwiderstände 42, 43, 44 den Eingangsklemmen 45, 46, 47 der Funktionsverstärker A-, , Ap, A-, zugeführt. "

Funktionsgleichrichter, von denen im Rahmen der Erfindung Gebrauch gemacht wird, sind an sich bekannt und beispielsweise im US-Patent 3,400,79-4 beschrieben worden, sodaß auf sie an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden braucht.

Das in Leitung 50 erscheinende Wechselspannungseingangssignäl wird über Leitung 51 und die Summierwiderstände 52, 53, 54 als Eingangssignal an die Verstärker A.,, .Ap, A-, .geführt.

Wie vorher erwähnt, arbeitet das System in dieser Form gemäß der in dem Artikel von Ochs und Richman gegebenen Be- i Schreibung, d.h., die Verstärker A₁, Ap und A^ sowie die zugehörigen Dioden und Kreise entsprechen der Kurvenanpassungsstufe und ergeben die Linienzug-Näherung der Quadratkurve, wie unter Bezugnahme auf Figuren 2, 3 und 4 beschrieben. Die mit der Schaltung der Figur 5 erzielbare Näherung hat drei Schnittpunkte und durch geeignete Wahl der Summierwiderstände 52, 53? 54 können diese Schnittpunkte in gleichen Abständen auf der

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x-Achse erzeugt werden. Wie außerdem in dem Artikel von Ochs und Richman beschrieben, nähern sich die Schnittpunkte dem — Koordinaten-Nullpunkt bei Abnahme des Ausgangssignals, da ein Teil des Gleichspannungsausgangssignals zurückgeführt wird. Die Genauigkeit des Systems ist damit unabhängig von der Größe des Eingangssignals.

Erfindungsgemäß wird das Ausgangssignal eines Generators für Dreiecksspannung über die Leitung 56 und die Summierwiderstände 57, 58, 59 als Eingangssignal an die Anschlüsse 45, 46₉ 47 der Verstärker A₁, A₂, A^ geführt. Wie weiter unten noch im einzelnen beschrieben, wird das Gleichspannungsausgangssignal des Systems über Leitung 61 als Eingangssignal an den Generator der Dreiecksspannung gegeben. Diese Rückführung des Gleichspannungsausgangssignals an den Generator der Dreiecksspannung begrenzt die Spitzenamplituden der Dreiecksspannung in Leitung 56. Da die Schnittpunkte des die Quadratkurve nähernden, gebrochenen Linienzugs sich mit dem Gleichspannungsausgangssignal ändern, ändert sich ebenfalls die Amplitude der Dreiecksspannung,

Bei den Verstärkern A₁, Ap, A-, handelt es sich um Funktionaverstärker, die mit den zugeordneten Dioden und Widerständen Punktionsgleichrichter der oben angegebenen Art bilden. Das von den als Punktionsgleichrichtern wirkenden Funktionsverstärkern A., Ap » A-, erzeugte Äusgangssignal wird dann über die Summierwiderstände 62, 63, 64 der Umkehrstufe 60 zugeführt;

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IV

deren Ausgangssignal an das aktive Filter 65 angelegt wird. Das Ausgangssignal dieses !liters tritt an der Klemme 66 auf und stellt das Gleichspannungsausgangssignal des Systems dar.

Beim Betrieb wird das an Anschluß 40 angelegte Wechselspannungseingangssignal gleichgerichtet und erscheint am Ausgang des Gleichrichters 41 als typisches Signal einer Vollweg-Gleichrichtung. Nach Summierung und gleichzeitiger Zuführung des Gegenkopplungssignals geeigneter Große und des gegengekoppelten Verschiebesignals erscheint der Eingang zu jedem Punktiona- " verstärker A-,, Ap,-A., als Signal einer Vollweg-Gleiuhriohtung, das um die der Gegenkopplung in Leitungen 51, 5.6 entsprechenden Beträgen verschoben ist. Das beispielsweise am Widerstand 62 auftretende Signal besteht aus dem Teil der negativen Halbwellen, die am Widerstand 42 oberhalb der Vorspannung auftreten, die von den an den Widerständen 52 und 57 auftretenden Signalen erzeugt wird. Die an den Widerständen 63, 64 auftretenden Signale . al nd ähnlicher Art. Nach Filterung im aktiven B^lilter 65 ist dann die Summe der Signale eine Linieηzug-Näherung der λ

Quadratkurve-,, wobei die Näherung durch die Dreiecks spannung modifiziert worden ist um die bestmögliche Approximation der Quadratkurve zu ergeben.

Solange die Frequenz der vom Generator 55 gelieferten Dreiecksspannung wesentlich von der Frequenz des an Anschluß 40 angelegten .Wechselapannungseingangsslgnala abweicht, sind Schwebungef] zwischen dem Wechselspannungaeingangssignal und der

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Dreieckspannung nicht au befürchten. Falls jedoch rl iο Frequenzen (Leu EingangssignaLu und der Dreieckspannung übereinstimmen, können Fehler durch Schwebungen entstehen, Es empfiehlt sich deshalb einen Modulator 67 vorzusehen und sein Au^angasLgnal über Leitung 68 ebenfalls an den Generator 55 für die Dreiecksspannung anzulegen. Daa /VUugnrigssignal des .Mod u Lh tors 67 v/ird zur Veränderung der Frequenz der Dreieckspannung benutzt, sodaU L· also während der Messungen die Frequenz des WechseLspannungneingfin.-'jssignals nur während einer kurzen, für die Messungen unwesentlichen Zelt gleich ist der Frequenz der Dre tectcsspannung.

Figur 6 ist ein Blockschaltbild eines Generators für Ureiecksspannurigeri, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Das Eingangssignal an den Generator wird übor Leitung 61 (siehe Figur 5) zugeführt, die ύ .ü GIeiohspannungsaiAögangssignal des Systems an Anschluß 71 anlegt, der ferner an die Summierverbindung Ί2 angeschlossen ist. Eine Verbindung besteht ferner an eine erste Umkehrstufe 7:> , deren Ausgang an eine erste Schaltstufe 74 gelegt ist. Der Ausgang der Schaltstufe wird seinerseits an die Eingangs klemme 75 eines Sägezahngenerators gelegt. Außerdem wird der Ausgang der Umkehrstufe 73 über Leitung 77 einer zweiten Umkehrstufe 78 zugeführt. Der Ausgang der zweiten Umkehrstufe 78 wird an eine zweite Schaltstufe 79 'ingelegt, deren Ausgang mit dem zweiten Anschluß 81 des Sägezahngenerators 76 verbunden ist. Die

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Schaltstufeη 74, 79 werden durch eine Flip-Flop-Stufe 82 geöffnet bzw. geschlossen. Bei dem Flip-Flop 82 handelt es sich um eine bistabile Kippschaltung, die mit dem über Leitung 84 zugeschalteten Triggergenerator 83 in ihre beiden Schaltzustände gebracht werden kann. Mit Leitung 85 ist der Triggergenerator 83 an den Ausgang des Sägezahngenerators geschaltet und mit Leitung 86 mit Anschluß 87 verbunden, an den außerdem über Leitung 61 der Ausgang des Systems angeschlossen ist. Das an Anschluß 87 angeschlossene Ausgangssignal wirkt als Bezugssignal für den Triggergenerator 83. Wenn das Ausgangssignal des Sägezahngenerators 76 dem an Anschluß 87 angelegten G-leichspannungsbezugssignal gleicht, wird ein Impuls erzeugt und an die Flip-Flop-Stufe 82 angeleget, die dadurch ihren Zustand ändert. Nach dieser Zustandsänderung der Flip-Flop-Stufe 82 ändert sich der Spannungsverlauf am Sägezahngenerator, dessen Ausgangssignal weiter erzeugt wird, bis ein anderer Bezugspunkt (in diesem Fall Erde) erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt der Triggergenerator 83 wiederum einen Impuls, der eine neuerliche ( Änderung des Zustands der Flip-Flop-Stufe 82 ergibt.

Die Änderung des Spannungsverlaufs des vom Sägezahngenerators 76 erzeugten Signals wird erreicht durch Ein- bzw. Abschalten der ersten und zweiten Schaltstufe 74 bzw. 79. Die Schaltzustände dieser Schaltstufen werden von der Flip-Flop-Stufe 82 bestimmt, d.h. wenn die Flip-Flop-Stufe in einem Zustand ist, schließt das über Leitung 91 an die Schaltstufe- 74

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angelegte Signal die Schaltstufe, wodurch der Ausgang der Umkehrstufe über die Schaltetufe 74 als Eingangssignal an Anschluß 75 des Sägezahngenerators 76 angelegt wird. Wenn die Flip—Flop-Stufe ihren anderen Zustand angenommen hat, schließt das über Leitung 91 angelegte Signal die Schaltstufe 74 und dadurch wird kein Signal an Anschluß 75 angelegt. Ist die Flip-Flop-Stufe in diesem bistabilen Zustand, so wird die Schaltstufe 79 über das über Leitung 92 angelegte Signal durchlässig

und der Ausgang der Umkehrstufe 78 (mit einer zum Ausgang der Umkehrstufe 73 umgekehrten Polarität) wird über Schaltstufe an den Anschluß 81 als Eingangssignal zum Sägezahngenerator gelegt. Im ersten Zustand der Flip-Flop-Stufe öffnet das über Leitung 92 angelegte Signal die Schaltstufe 79, sodaß kein Signal an den Eingangsanschluß 81 des Sägezahngenerators 76 angelegt wird.

Bei Bedarf kann das Modulatorsignal an Anschluß 93 angelegt werden und ist dann über den Kopplungskondensator 94 als W zusätzliches Eingangssignal an die Summierverbindung 72 angeschlossen j an der es zu dem an Anschluß 71 angelegten Gleichspannungseingangssignal summiert wird. Das an Anschluß 93 angelegte Eingangssignal ist ein Wechselspannungssignal und bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators 76 die vorgegebenen Bezugssignale schneller oder langsamer erreicht, je nach dc?r am Anschluß 93 zur betreffenden Zeit auftretenden Spannung. Dadurch wird die Frequenz der am Anschluß 56 auftre-

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tende Dreiecksspannung geändert. Diese vom Modulatorsignal bewirkte Frequenzänderung der Dreiecksspannung ändert jedoch nicht ihre Spitzenwert-Amplitude, die nur durch Änderungen in der an Anschluß 87 angelegten Ausgangsspannung des Systems verändert wird,

Figur 7 zeigt einen Modulator zur Verwendung mit der oben beschriebenen Schaltung. Die Ausgänge der Umkehrstufen 101., ■1-02 sind an die Schaltstufen 105 bzw. 104 angeschlossen, deren Ausgänge ihrerseits mit den Anschlüssen 105 bzw. 1.06 als Ein- | gänge zum Sägezahngenerator 107 verbunden sind. Der Ausgang des Sägezahngenerators 107 erscheint als Ausgangsspannung am Anschluß' 108, der mit dem Eingang 93 des in Figur 6 gezeigten Generators für die Dreiecksspannung verbunden werden kann. Ein Eingangesignal zur Umkehrstufe 101 wird über Widerstand 109 vom Anschluß 111 zugeführt. Bei dem an Anschluß 111 angelegten Signal handelt es sich, um die Ausgangsgleichspannung des Systems, die an Anschluß 66 auftritt (Figur 5). Bei dem -Eingangssignal zur Umkehrstufe 102 handelt es sich um das über Leitung 112 züge-" führte Ausgangösignal der Umkehrstufe 101. Die Schaltzustände der Schaltstuferi 105, 104 werden durch die Flip-Flop-Stufe gesteuert; die Ausgangs'signale dieser Flip-Flop-Stufe werden über Leitungen 114, 115 an die Schaltstufen 103 bzw. 104 geführt.

Es-folgt aus einem Vergleich der Figuren 6 und 7, daß der in "Figur-7'dargestellte Modulator dem Generator fur die Dreieckspannung ähnelt, nur daß die Frequenz durch die mit ,

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konstanter Frequenz arbeitende Flip-Flop-Sfcufe 113 bestimmt ist. Das Ausgangssignal der in Figur 7 gezeigten Schaltung ist eine Dreiecksspannung, die an den Anschluß 93 des Generators der Lreiecksspannung (Figur 6) angelegt wird um dessen Frequenz zu modulieren.

Figur 8 zeigt eine andere Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung, die eine Umwandlung einer Wechselspannung in eine dem Effektivwert derselben entsprechende Gleich-

ρ spannung bewirkt. Kompensatorstufen 121, 122, 123 werden zur Umwandlung benutzt. Ein Spannungsteiler 124 erhält die Ausgangsgleichspannung des Systems vom Anschluß 125 über die Leitung 126 als Gegenkopplungssignal zugeführt. Um die Leitfähigkeit bzw. die Umschaltpunkte der Komparatorstufen festzulegen, ist ein Eingangsanschluß jeder !Comparators tufe mib dem Spannungsteiler 124 verbunden. Zum Beispiel ist ein erster Leitfähigkeitszustand der Koraparatorstufe 12 1 durch Leitung 127 festgelegt; die an anderen Punkten des Spannungsteilers

* angeschlossenen Leitungen 128, 129 ergeben einen zweiten bzw. dritten Leitfähigkeitszustand für die Kompar-'i torstufen 122 bzw. 123. Das Eingangssignal für-die in Figur 8 gezeigte Schaltung wird an Anschluß 131 angelegt und erscheint über Widerstand am Eingang des Verstärkers 133. Wie vorher beschrieben, .vLrd gleichzeitig das vom Verschiebegenerator gelieferte Verseni.ebesignal an den Anschluß 133 angelegt und erscheint über den Kondensator 134 als l'Mngangsaignal am Summierverstärker 1;K).

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Der Verstärker 130 summiert das an Anschluß 131 angelegte Eingangssignal und das an Anschluß 133 angelegte Verschiebe- : signal. Das Ausgangssignal des Verstärkers 130 wird dann über Leitungen 135, 136, 137 als zweites Eingangssignal auf die Komparatorstufen 121, 122, 123 gegeben. Das Eingangssignal wird außerdem über die Leitungen 138, 139, 141 an die Schaltstufen 142, 143, 144 gelegt, die normalerweise offen sind. Diese Schaltstufen sind an die Summierwiderstände 145, 146, 147 angeschlossen und damit werden die Signale der Komparatorstufen | summiert und über die Leitung 148 an den Verstärker angelegt, der einen Teil des in Figur 8 gezeigten aktiven Filters bildet. Im Betrieb sind sämtliche Komparatorstufen leitend, wenn das an sie angelegte Eingangssignal größer ist als die vom Spannungsteiler 124 erzeugte Vorspannung. Wenn. z.B. das mit der Verschiebespannung gemischte Eingangssignal'in der Leitung 137 die über Leitung 129 an die Komparatorstufe 123 angelegte Vorspannung überschreitet, wird die Komparatorstufe 123 leitend. Das Ausgangssignal der Komparatorstufe 123 erscheint als Steuer- λ signal in der Leitung 151 und führt zum Schließen der Schalta-tufe 144. Das Schließen der Schaltstufe 144 bedeutet, daß das Eingangssignal über die Leitung 141, die leitende Schaltstufe 144 und den Widerstand'.147 an den Eingang des Verstärkers 149 angelegt-wird. Ähnliche Verhältnisse treten auf, wenn an die Komparatorütufen 121 und 122 Signale angelegt werden, d.h., die Ausgänge der Romparatorstufen 121 und 122 werden über Leitungen

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152 bzw. 153 als Steuersignale an die Schaltstufen 142, 143 angelegt.

Wenn das Ausgangssignal als Gegenkopplungssignal benutzt wird, werden die Schnittpunkte in den Komparatorstufen proportional dem Gleichspannungsausgangssignal verschoben, das an die Komparatorstufen in der vorher im Zusammenhang mit den Punktionsverstärkern beschriebenen Weise zurückgeführt wird«. Das an Anschluß 133 angelegte Verschiebesignal ändert die Schnittpunkte entsprechend der Frequenz und der Amplitude des Verschiebesignals, sodaß eine vorgegebene Punktion, z.B. die Quadratkurve, besser approximiert wird.

Bei dem hier benutzten Verschiebegenerator, dessen Ausgang mit Anschluß 133 verbunden ist, kann es sich um einen frequenzmodulierten Generator der oben unter Bezugnahme auf Figuren 6 und 7 beschriebenen Art handeln.

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Claims (1)

1. P A !P E H T A Έ S P B U. O H B

   System zur Umwandlung eines elektrischen Eingangssig-.nals in ein Gleichspannungsausgangssignal, das eine bestimmte Funktion des Eingangssignals ist, gekennzeichnet durchs eine Umwandlerstufe (13 )i an die Umwandlerstufe angeschlossene Mittel zur Einregelung der Leitfähigkeit der ümwandlerstufe, die eine Näherung der Ausgangssignalfunktion durch einen gebrochenen Linienzug ergeben (Kurvenanpassungsstufe (15)); einen Generator (22) zur Erzeugung eines Verschiebesignals negativer und positiver Polarität, das eine bestimmte Amplituden-Verteilungsfunktion hat; und Verbindungen zwischen dem Ausgang des ein Verschiebe signal erzeugenden Generators und den Mitteln zur Einregelung der Leitfähigkeit um die Leitfähigkeit der Ümwandierstuf e proportional zum Ausgangssignal des Generators zur Erzeugung des Verschiebesignals zu ändern.

   2» System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Modulator (24)» der die frequenz des vom Generator der Verschie- ■ bespannung (22) gelieferten Ausgangssignals verändert. {

   3» System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von Funktionsgleichrichtern (13; 4-1). . . *

   4» System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Komparatorstufen .(121, 122, 123) mit verschiedenen Leitfähigkeiten.

   5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgang8signal des Generators (22) der Verschiebespannung

   einer linearen Verteilungsfunktion folgt.

   6. System nach Anspruch 1,, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine Dreiecksspannung erzeugender Generator (55) als Generator für die Verschiebespannung verwendet wird.

   7. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator (55) für Dreiecksspannujagen als Modulator verwendet wird. .

   8. System nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch

   W Gegenkopplung des vom Generator (22) der Verschiebespannung erzeugten Signals.

   9. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Gegenkopplung des Gleichspannungsausgangssignars zum Generator (22) der Verschiebespannung.

   10. System nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Ausgangssignal des Generators (55) für die Dreiecksspannung, dessen Spitzenamplitude gleich ist der Amplitude des Gleichspannungsausgangssignals .

   £ 11. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch Einschaltung des Generators (22) für die Verschiebespannung in die Gegenkopplung zwischen dem Ausgangssignal und der Kurvenanpassungüstufe (15).

   12. System nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Punktionsgleichrichter (13; 41) mit verschiedenen Leitfähigkeiten.

   13. System nach Anspruch 6, g°kennzeichnet durch einen Sägezahngenerator (76), der mit dem Generator (55) für die

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   Dreiecksspannung verbunden ist und vom Gleichspannungsausgangssigrial betrieben wird. ■

   14. System nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine""" zweite Gegenkopplung vom Gleichspannungsausgang zum Funktionsgleichrichter (13; 41), die ein Signal veränderlicher Größe an den Gleichrichter anlegt um dessen Leitfähigkeit zu ändern.

   15. System nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch mehrere Punktionsgleichrichter (13; 41), von denen mindestens einer an die Gegenkopplung angeschlossen ist.

   16. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Generators (22) zur Erzeugung der Verschiebespannung ein periodisch veränderliches Signal ist.

   17. System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dab die Leitfähigkeit der Funktionsgleichrichter (13; 41) so eingeregelt wird, daß die Ausgangsgleichspannung einer Quadratkurve folgt.

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