DE2159437B1 - Schaltung zur Gewinnung zweier Wechselstrome gleicher Frequenz und modulierba rer Phase - Google Patents

Description

• Nach der Erfindung wird ein anderer Weg beschritten. Eine Schaltung zur Gewinnung zweier Wechselströme gleicher Frequenz, von denen die Phasenlage des einen Wechselstroms gegenüber der Phasenlage des zweiten Wechselstroms automatisch stetig veränderbar ist, für die Reizstrombehandlung nach dem Interferenzstromverfahren, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang eines eine Sägezahnspannung definierter Amplitude UM und definierter Periodendauer T liefernden Oszillators an dem Eingang zweier Schwellwertschalter liegt, daß der erste Schwellwertschalter eine feste Schwellwert~ spannung Us, U2M hat und bei jedem Erreichen und Überschreiten der Schwellwertspannung Usl einen T Rechteckimpuls mit der Impulsdauer 2 liefert, daß der zweite Schwellwertschalter eine variierbare Schwellwertspannung Us2 hat, die mittels eines Modulators zwischen dem Wert Null und der Amplitude UM der Sägezahnspannung stetig veränderbar ist, daß der zweite Schwellwertschalter bei jedem Erreichen und Überschreiten der Schwellwertspannung U52 einen Rechteckimpuls mit einer von der jeweiligen Höhe der Schwellwertspannung U52 abhängigen Impulsdauer liefert, daß dem zweiten Schwellwertschalter eine monostabile Kippschaltung zugeordnet ist, die mit dem Beginn jedes Rechteckimpulses des zweiten Schwellwertschalters einen Rechteckimpuls mit der T Impulsdauer 2 bildet, und daß dem ersten Schwellwertschalter und der monostabilen Kippschaltung je ein nur die Grundfrequenz der Rechteckimpulse durchlassendes Tiefpaßfilter nachgeschaltet ist.
• Das Prinzip sowie nähere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand eines Blockschaltbildes und mehrerer Diagramme erläutert.
• In der Zeichnung bedeutet F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Interferenzstromgenerators und F i g. 2 eine Reihe von Diagrammen, die den zeitlichen Verlauf der Spannung an verschiedenen Schaltungspunkten in dem Blockschaltbild gemäß F i g. 1 zeigen.
• Ein in Fig. 1 als Blockschaltbild dargestellter Interferenzstromgenerator hat einen Oszillator 1, der die durch gestrichelte Linien umrahmten Teile des Blockschaltbildes umfaßt und an seinem Ausgang 2 eine Sägezahnspannung (vgl. F i g. 2, Diagramm A) abgibt. Der Ausgang 2 des Oszillators steht mit je einem Eingang 3, 4 eines ersten und zweiten Schwellwertschalters5, 6 in Verbindung. Während sich an einen Ausgang des ersten Schwellwertschalters 5 ein Tiefpaßfilter 7 anschließt, dessen Ausgang einen ersten Anschluß 8 für eine erste Behandlungselektrode bildet, ist ein Ausgang des zweiten Schwellwertschalters 6 mit einer monostabilen Kippschaltung 9 verbunden, an die sich ein Tiefpaßfilter 10 anschließt, dessen Ausgang einen zweiten Anschluß 11 für eine zweite Behandlungselektrode bildet. Der zweite Schwellwertschalter 6 hat noch einen zweiten Eingang 12 zum Zuführen einer von einem Modulator 13 gelieferten Modulationsspannung, mit der die Schwellwertspannung des zweiten Schwellwertschalters stetig variiert wird.
• Zu dem Oszillator 1, der nur eine von verschiedenen, für den vorliegenden Zweck geeigneten Ausführungsformen dargestellt, gehört eine Konstantstromquelle 14, die an ihrem Ausgang 15 einen konstanten Gleichstrom bestimmter Größe zum Aufladen eines Ladekondensators 16 abgibt. Der Ladekondensator liegt mit seinem einen Anschluß an dem Ausgang 15 der Konstantstromquelle 14 und mit seinem anderen Anschluß an Masse. Er wird durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 17 überbrückt, wobei der Emitter mit Masse und der Kollektor mit einem Eingang 18 eines dritten Schwellwertschalters 19 verbunden ist. An einen Ausgang 20 des dritten Schwellwertschalters 19 ist die Basis des Transistors 17 angeschlossen. Von dem Kollektor des Transistors 17 führt eine Leitung an den Ausgang 2 des Oszillators 1.
• Im folgenden wird die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Interferenzstromgenerators erläutert.
• In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird als Oszillator 1 zum Erzeugen einer Sägezahnspannung eine Schaltung verwendet, bei der die Konstantstromquelle 14 den Ladekondensator 16 mit einem konstanten Gleichstrom auflädt. Wegen des konstanten Ladestroms steigt die Kondensatorspannung bzw.
• die Spannung am Ausgang2 des Oszillators 1 weitgehend linear an; vgl. ansteigende Flanke 21 des Sägezahns 22 in dem DiagrammA in Fig. 2. Der Transistor 17 sei zunächst gesperrt, d. h., seine dem Ladekondensator 16 parallelgeschaltete Emitter-Kollektor-Strecke weise zunächst einen verhältnismäßig hohen Widerstandswert auf. Dann hat zu einem Zeitpunkt tl die Kondensatorspannung einen Wert erreicht, der der Schwellwertspannung Us, des dritten Schwellwertschalters 19 entspricht. Mit dem Erreichen der Schwellwertspannung U58 gibt der dritte Schwellwertschalter 19 an seinem Ausgang 20 eine, z. B. positive, Spannung ab, die den Transistor 17 kurzzeitig in den Sättigungszustand steuert, in welchem seine Emitter-Kollektor-Strecke verhältnismäßig niederohmig ist. Dadurch kann sich der Ladekondensator 16 schlagartig über die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors 17 entladen, was einen ebenso schlagartigen Abfall der Sägezahnspannung von ihrem Amplitudenwert UM (= Schwellwertspannung U53) auf den Wert Null zur Folge hat; vgl. abfallende Flanke 23 in dem Diagramm A in F i g. 2. Mit dem Abfallen der Sägezahnspannung wird die Schwellwertspannung Us: des dritten Schwellwertschalters 19 unterschritten, so daß die, z. B. positive, Spannung am Ausgang 20 wieder verschwindet. Damit ist der Sägezahn 22 der Periodendauer T erzeugt, und der Ladekondensator 16 kann sich erneut aufladen und zu einem Zeitpunkt t2 wieder entladen. Der Vorgang des Aufladens und Entladens wiederholt sich dauernd, so daß die aus dem Diagramm A in F i g. 2 ersichtliche Sägezahnspannung entsteht.
• Die an dem Ausgang 2 des Oszillators 1 abgegebene Sägezahnspannung liegt an den Eingängen 3 und 4 des ersten und zweiten Schwellwertschalters 5, 6 und steuert diese wie folgt: Der erste Schwellwertschalter 5 hat eine feste UM Schwellwertspannung U51 2 UM (vgl. Diagramm A), r so daß bereits nach der halben Periodendauer 2 der 2 Sägezahnspannung der erste Schwellwertschalter an seinem Ausgang eine, z. B. positive, Spannung abgibt.
• Die Abgabe der, z. B. positiven, Spannung dauert so lange an, bis zu dem Zeitpunkt tl der Augenblickswert der Sägezahnspannung die Schwellwertspannung Usl unterschreitet. Auf diese Weise entsteht ein Rechteckimpuls il (vgl. Diagramm B) mit einer Impulsdauer gleich der halben Periodendauer 12 Im folgenden wird pro Sägezahn der Sägezahnspannung ein weiterer Rechteckimpuls ist/, ist usw. erzeugt.
• Aus der Impulsfolge mit den Rechteckimpulsen il, il', i2" ff. bildet das nur die Grundfrequenz der Rechteckimpulse durchlassende Tiefpaßfilter 7 eine sinusförmige Spannung, die an dem Anschluß 8 abgenommen werden kann.
• Der zweite Schwellwertschalter 6 hat eine variierbare Schwellwertspannung U52, und zwar moduliert der Modulator 13 die Schwellwertspannung U52 in der Weise, daß sie zwischen dem Spannungswert Null und der Amplitude UM der Sägezahnspannung stetig hin- und herpendelt.
• Zur Erläuterung der Wirkungsweise des zweiten Schwellwertschalters 6, der in Verbindung mit der monostabilen Kippschaltung 9 eine gegenüber der Impulsfolge gemäß Diagramm B phasenverschobene Impulsfolge erzeugen soll, werden nur zwei verschiedene Schwellwertspannungen U52 und Us2 herausgegriffen, wobei U52 etwa einem Viertel und US, etwa drei Viertel der Schwellwertspannung U53 bzw. der Amplitude UM der Sägezahnspannung entspricht. Zunächst wird der Fall beschrieben, daß der Modulator 13 dem zweiten Schwellwertschalter 6 den Schwellwert U52 gegeben hat. Sobald die Sägezahnspannung (ansteigende Flanke 22 in dem Diagramm A) einen der Schwellwertspannung U52 entsprechenden Wert erreicht hat, gibt der zweite Schwellwertschalter6 an seinem Ausgang eine, z. B. positive, Gleichspannung ab. Diese Gleichspannung wird so lange abgegeben, bis die Sägezahnspannung nach dem Überschreiten des Amplitudenwertes UM wieder die Schweliwertspannung Us2 unterschreitet. Das geschieht zum Zeitpunkt tl.
• An dieser Stelle sei eingefügt, daß bei der vorstehenden Beschreibung von idealen Schweliwertschaltern, d. h. von Schwellwertschaltern ohne eine Schalthysterese ausgegangen worden ist. Ferner wurde vorausgesetzt, daß sich der Ladekondensator 16 in der Zeit Null entladen kann, was in der Praxis nicht mög lich ist.
• Für die bisherigen und die folgenden Erläuterungen können jedoch die genannten Einflüsse vernachlässigt werden.
• An dem Ausgang des zweiten Schwellwertschalters 6 tritt also bei der Schwellwertspannung U52 ein, z. B.
• positiver, Rechteckimpuls 4, der zum Zeitpunkt endet, auf. Auch bei dem folgenden Sägezahn 24 der Sägezahnspannung (Diagramm A in F i g. 2) wird, sofern die Schwellwertspannung U52 inzwischen nicht verändert worden ist, ein Impuls 4' gleicher Form und Größe erzeugt.
• Hat der Modulator 13 die Schwellwertspannung U52 auf den Wert U52 erhöht (vgl. Diagramm A), der zwischen der Schwellwertspannung Usl und dem Amplitudenwert UM liegt, so gibt der zweite Schwellwertschalter 6 die, z. B. positive, Gleichspannung erst nach etwa drei Viertel der Periodendauer T eines Sägezahns, z. B. des dritten Sägezahns 25, der Sägezahnspannung ab. Die genannte Gleichspannung bleibt auch hier wieder bis zum Ende des Sägezahns (Zeitpunkt t3) am Ausgang des zweiten Schwellwert~ schalters 6 stehen, so daß sich ein Impuls i2" ergibt; vgl. Diagramm C in F i g. 2. Wie das Diagramm C deutlich erkennen läßt, können die Rechteckimpulse 4, i2' und i2" verschiedene Längen haben, da sie zu verschiedenen Zeitpunkten innerhalb der Periodendauer T eines Sägezahns beginnen, aber alle zu gleichen Zeiten, nämlich jeweils am Ende eines Sägezahns, aufhören.
• Um aus den verschieden langen Rechteckimpulsen i2, i2', 12 ff Rechteckimpulse i3, 4', i3" mit einer Im-T pulsdauer gleich 2 zu bilden, werden die Rechteck-2 impulse 4, 4', i2" usw. der monostabilen Kippschaltung9 zugeführt, die durch jede ansteigende Flanke eines Rechteckimpulses in den quasistabilen Zustand gekippt wird, in welchem sie für eine bestimmte Zeit, T nämlich die halbe Periodendauer 2, verharrt, bevor 2' sie wieder in ihren Ausgangszustand zurückkippt.
• Während ihres quasistabilen Zustandes gibt die monostabile Kippschaltung 9 eine, z. B. positive, Gleichspannung in Form eines Impulses i3, 4' oder i3" ab.
• Die Diagramme A, B und Din Fig. 2 zeigen deutlich, daß jede Änderung der Schwellwertspannung U52 des zweiten Schwellwertschalters 6 eine Änderung der Phasenbeziehung zwischen der Impulsfolge gemäß dem Diagramm B und der Impulsfolge gemäß dem Diagramm D nach sich zieht. Während beispielsweise die Schwellwertspannung U52 eine Phasenverschiebungdi # in negativer Richtung verursacht, ergibt die Schwellwertspannung U52 eine Phasenverschiebung Qi in positiver Richtung.
• Aus den Impulsen 13, 13, i3/* . . . der Impulsfolge gemäß dem Diagramm D in F i g. 2 filtert das Tiefpaßfilter 10 die Grundfrequenz heraus, so daß an dem Anschluß 11 eine sinusförmige Spannung abgegeben wird.
• Die Tiefpaßfilter 7 und 10 können vorzugsweise aktive Filter sein, das sind z. B. RC-Schaltungen in Verbindung mit einem Halbleiterverstärker.
• Als Modulator 13 (F i g. 1) eignet sich z. B. ein Generator, der eine sinusförmige Spannung an den zweiten Eingang des zweiten Schwellwertschalters 6 liefert. Der zweite Schwellwertschalter 6 ist beispielsweise ein als Schalter arbeitender Operationsverstärker, dessen einem Eingang der Eingang 4 und dessen anderem, gegenphasigen Eingang der Eingang 12 des #Schwellwertschalters entspricht.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Schaltung mit einem Oszillator zur Gewinnung zweier Wechselströme gleicher Frequenz, von denen die Phasenlage des einen Wechselstroms gegenüber der Phasenlage des zweiten Wechselstroms automatisch stetig veränderbar ist, für die Reizstrombehandlung nach dem Interferenzstromverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (2) eines eine Sägezahnspannung definierter Amplitude UM und definierter Periodendauer T liefernden Oszillators (1) an dem Eingang (3, 4) zweier Schwellwertschalter (5, 6) liegt, daß der erste Schwellwertschalter (5) eine feste Schwellwertspannung Us, = 2 hat und bei jedem Erreichen und Überschreiten der Schwellwert~ spannung Usi einen Rechteckimpuls (il, in' ...) T mit der Impulsdauer 2 liefert, daß der zweite 2 Schwellwertschalter (63 eine variierbare Schwellwertspannung Us2 hat, die mittels eines Modulators (13) zwischen dem Wert Null und der Amplitude UM der Sägezahnspannung stetig veränderbar ist, daß der zweite Schwellwertschalter (6) bei jedem Erreichen und Überschreiten der Schwellwertspannung U52 einen Rechteckimpuls (13,1.'...) mit einer von der jeweiligen Höhe der Schwellwertspannung U82 abhängigen Impulsdauer liefert, daß dem zweiten Schwellwertschalter (6) eine monostabile Kippschaltung (9) zugeordnet ist, die mit Beginn jedes Rechteckimpulses (i3, 1.'...) des zweiten Schwellwertschalters (6) einen Rechteckimpuls mit der Impulsdauer 2T bildet, und daß dem ersten Schwellwertschalter (5) und der monostabilen Kippschaltung (9) je ein nur die Grundfrequenz der Rechtimpulse durchlassendes Tiefpaßfilter (7, 10) nachgeschaltet ist.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (1) zum Erzeugen der Sägezahnspannung definierter Amplitude UM und definierter Periodendauer T einen mittels einer Konstantstromquelle (14) aufladbaren Ladekondensator (16) sowie einen dritten an der Korden~ satorspannung liegenden Schwellwertschalter (19) enthält, dessen Schwellwertspannung U53 derart eingestellt ist, daß er beim Erreichen der definierten Amplitude UM einen Entladestromkreis schließt, der sich beim Unterschreiten der Amplitude UM der Sägezahnspannung wieder öffnet.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestromkreis einen Transistor (17) aufweist, dessen Emitter-Koliektor-Strecke dem Ladekondensator (16) parallel geschaltet ist und dessen Basis mit einem Ausgang (20) des dritten Schwellwertschalters (19) verbunden ist, und daß der dritte Schwellwertschalter (19) an seinem Ausgang (20) eine bestimmte, den Transistor (17) in den Sättigungsbereich steuernde Spannung abgibt, wenn die Kondensatorspannung die definierte Amplitude UM erreicht hat.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator(13) ein Generator zum Erzeugen einer sinusförmigen Spannung ist.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellwertschalter (6) ein als Schalter arbeitender Operationsverstärker ist, an dessen einem Eingang die Sägezahnspannung und an dessen anderem, gegenphasigen Eingang die Ausgangsspannung des Modulators (13) liegt.

   Die Erfindung betrifft eine Schaltung mit einem Oszillator zur Gewinnung zweier Wechselströme gleicher Frequenz, von denen die Phasenlage des einen Wechselstroms automatisch stetig veränderbar ist, für die Reizstrombehandlung nach dem Interferenzstromverfahren.

   Das Interferenzstromverfahren ist ein Reizstrom-Behandlungsverfahren, bei dem einem Patienten zwei Wechselströme über getrennte Elektrodenpaare zugeführt werden. Die Wechselströme haben dabei etwa gleiche Intensitäten; zwischen ihnen besteht aber eine bestimmte Frequenz- oder Phasendifferenz. Werden die beiden Wechselströme durch verschiedene Bereiche des Körpers geleitet, so entsteht an der Überlagerungsstelle im Innern ein resultierendes Strömungsfeld. Haben beispielsweise die Wechselströme eine Frequenz von einigen Tausend Hertz und besteht zwischen ihnen ein Frequenzunterschied in der Größenordnung niederer Reizfrequenzen, so tritt in dem Überlagerungsgebiet ein resultierendes Feld mit sich langsam ändernder Intensität und Polarität, d. h.

   ein Interferenzfrequenz-Feld auf. An der Überlagerungsstelle ergibt sich eine verhältnismäßig kräftige Reizwirkung, während die Reizung im Bereich der Elektroden unterschwellig bleibt.

   Bei einem bekannten elektromedizinischen Apparat für Reiztherapie differieren zwei von je einem Generator gelieferte und zu überlagernde Wechselströme mittlerer Frequenz um einen niederfrequenten Betrag (deutsche Auslegeschrift 1 109 280). Da der Frequenzunterschied zwischen beiden Wechselströmen in der Praxis die Größenordnung von 0,5 bis 20 Hz hat, müssen an die beiden Generatoren hohe Anforderungen hinsichtlich der Frequenzgenauigkeit gestellt werden.

   Um zu einem Interferenzstrom-Therapiegerät mit einem einfachen Aufbau zu kommen, wurde bereits vorgeschlagen, einen Oszillator vorzusehen, der mindestens zwei den Elektrodenpaaren zugeordnete Nutzstromausgänge hat, wobei mindestens einer der Nutzströme durch einen Phasenschieber in seiner Phasenlage rhythmisch veränderbar ist (Offenlegungsschrift 2 143 562).