DE2248461A1

DE2248461A1 - Phasenschieberzelle zum verschieben der phasenlage von signalen sowie unter verwendung solcher phasenschieberzellen gebaute signalphasenschieber, signalgeneratoren und frequenzvervielfacher

Info

Publication number: DE2248461A1
Application number: DE19722248461
Authority: DE
Inventors: Jean-Paul Bonnefoy-Claudet; Hans Jedlitschka; Michel Martin; Robert Rncellaz; Edmond Tournier
Original assignee: Tekelec Airtronic
Current assignee: Tekelec Airtronic
Priority date: 1971-10-05
Filing date: 1972-10-03
Publication date: 1973-04-12
Also published as: IT975161B; JPS4873047A; GB1412766A; FR2155788A1; FR2155788B1; US3876949A

Description

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3.IO.I972

Societe TEKELEC-AIRTRONIC, Sevres (Frankreich)

Phasenschieberzelle zum Verschieben der Phasenlage von Signalen sowie unter Verwendung solcher Phasenschieberzellen gebaute Signalphasenschieber, Signalgeneratoren und Frequenzvervielfacher

Die Erfindung bezieht sich auf eine Phasenschieberzelle zum Verschieben der Phasenlage von Signalen und auf unter Verwendung solcher Phasenschieberzellen gebaute Signalphasenschieber, Signalgeneratoren und Frequenzvervie!fächer.

Bekannte Phasenschieber bestehen im allgemeinen aus Filternetzwerken. Bei diesen bekannten Phasenschiebern hängt die Phase von der Frequenz ab.

Bei anderen bekannten Phasenschiebern, die mit einem Vergleich von Sägezähnen und Schwellwerten arbeiten, läßt sich selbst dann, wenn sie durch komplizierte Kunstgriffe zu einem aperiodischen Verhalten gebracht werden können, kein Betrieb in einem größeren Frequenzbereich erreichen. Außerdem sind diese bekannten Phasenschieber in hohem Maße

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abhängig von der Genauigkeit der Schwellwerte und von deren Drift.

Weitere bekannte Phasenschieber, die von digitaler Bauart sind, lassen sich zwar möglicherweise aperiodisch -■ betreiben, sie vermögen jedoch nicht in einem ausgedehnteren Frequenzbereich zu arbeiten. Außerdem kann bei ihnen die Phasenänderung nur in unstetiger Weise vorgenommen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben geschilderten Nachteile der bekannten Phasenschieber eine Phasenschieberzelie zu schaffen, welche die Vorteile einer einfachen Bauweise,und einer hohen Be- · triebszuverlässigkeit in sich vereint.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Ausgang eines programmierbaren Konstantstromgenerator über einen Integrator eine bistabile Kippstufe mit einer Schwelle angeschlossen ist und daß der Ausgang der Kippstufe über eine Gegenkopplungsschleife mit dem Eingang des Konstantstromgenerators verbunden ist, wobei das Kippen der Kippstufe in ihrem ersten Zustand durch in ihrer Phasenlage zu verschiebendeSynchronisiersignale, in ihrem zweiten Zustand dagegen durch das Ausgangssignal des Integrators nach Erreichen des Schwellwertes durch dieses Signal gesteuert und die Phasenverschiebung für das Ausgangssignal der Kippstufe gegenüber ihrem Eingangssignal durch den Zeitpunkt für das Kippen der Kippstufe in ihrem zweiten Zustand bestimmt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen den Konstantstromgenerator und den Integrator ein Hilfsstromgenerator eingefügt, der das Ausgangssignal des

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Integrators modifiziert und so den Zeitpunkt für das Kippen der bistabilen Kippstufe in ihrem zweiten Zustand variiert.

Gegenstand der Erfindung ist weiter ein Signalphasenschieber, der unter Verwendung von erfindungsgemäß ausgebildeten Phasenschieberzellen aufgebaut und gekennzeichnet durch eine Kaskadenschaltung von vier Phasenschieberzellen, von denen die erste PhasenschieberzeHe einen Hilfsstromgenerator enthält und über diesen ein durch ihr Eingangssignal der Periode τ synchroni si er te 0 _t .d dagegen um einen der Bedingung j^ö^^ -j genügenden Viert θ phasenverschobenes Signal abgibt, während die drei weiteren Phasenschieberzellen durch die gegenüber den zugehörigen Eingangs-Signalen um 4· + Θ, ~ + θ bzw. £=· + Q phasenverschobenen Ausgangssignale der bistabilen Kippstufen der jeweils vorangehenden Phasenschieberzellen synchronisiert sind und die Ausgänge der ersten und der dritten bzw. der zweiten und der vierten PhasenschieberzeHe mit den Eingängen zweier bistabiler Kippstufen verbunden sind, an deren Ausgängen sich Phasenverschiebungsbereiche von 90° + 90 (), ~ ± 90° (), 270° + 90⁰ (-) bzw.560⁰ + 90°Ο—

auftreten.

Bevorzugte Anwendung finden sowohl die erfindungsgemäß ausgebildeten Phasenschieberzellen selbst als auch die mit ihrer Hilfe aufgebauten Signalphasenschieber im Rahmen von Signalgeneratoren mit zyklischer Steuerung, von Signalgeneratoren mit aperiodischer Arbeitsweise für vielphasige Signale und von aperiodisch arbeitenden Multiplikatoren für Signalfrequenzen.

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Bevorzugte Ausführungsbetspiele für die ErfltiduQg »ind In der Zeichnung veranschaulicht. Dabei seigern

Fig.. 1 ein Prinzipschaltbild für eine erfiiwlungegeiiii >'■■■■■.. ■ " ausgebildete Phasenschieberzeliej

Fig. 2 ein zeitliches Funktionsdiagramm für die veranschaulichung von an verschiedenen Stellen, in Schaltbild von Flg. 1 auftretenden Signalen}

Fig.3 ein Prinzipschaltbild für einen aperiodisch arbeitenden Signalphasenschieber, der unter verwendung mehrerer Phasenschieberzellen nach Fig. I aufgebaut ist; · »

Fig. 4 ein zeitliches Funktionsdiagramm für die veranschaulichung von an verschiedenen Stellen des Phasenschiebers von Fig. 3 auftretenden Signalen;

Fig. 5 ein Prinzipschaltbild für einen Signalgenerator mit zyklischer Steuerung, der unter verwendung mehrerer Phasenschieberzellen nach Fig. 1 aufgebaut ist;

Fig. 6 ein zeltliches Funktionsdiagramm für die veranschaulichung von an verschiedenen Stellen des Signalgenerators von Fig. 5 auftretenden Signalen;

Fig.7 ein Prinzipschaltbild für die Anwendung von Phasenschieberzellen nach Fig. 1 im Rahmen von aperiodisch arbeitenden vielphaslgen Signalgeneratoren;

Fig.8 ein Prinzipschaltbild für die Anwendung von Phasenschieberzeilen nach Fig. 1 im Rahmen eines aperiodisch arbeitenden Frequenzver.vielfachers und

Fig.9 ein zeitliches Funktionsdiagramm für die Veranschaulichung der Bildung des Ausgangssignale für einen Frequenzvervielfacher nach Fig. 8.

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Die in Fig. 1 dargestellte Phasenschieberzelle enthält in der Hauptsache einen Integrator 1, der aus einem Rechenverstärker 2 aufgebaut ist, zwischen dessen Eingang und Ausgang ein Kondensator 5 angeschlossen ist.

. Der Eingang des Rechenverstärkers 2 ist an den Ausgang eines ersten programmierbaren Stromgenerators 4 angeschlossen, der nacheinander zwei verschieden starke konstante Ströme ι und I_g abgebenjä)knn.

Der Ausgang des Integrators 1 ist mit einem Eingang einer eine Schwelle enthaltenden bistabilen Kippstufe 5 verbunden, die an einem zweiten EingangS mit Synchronisier- f Signalen gespeist wird.

Die bistabile Kippstufe, die beispielsweise zu der nach dem Prinzip von Ecclös-Jordan, arbeitenden Bauart gehören kann, ist mit einem Steuereingang des Stromgenerators 4 über eine Gegenkopplungsschleife 7 verbunden, wodurch sie die Auswahl für den vom Stromgenerator 4 gelieferten Strom bestimmen kann.

Schließlich ist zwischen dem ersten Stromgenerator 4 und dem Integrator 1 ein zweiter Stromgenerator β als Hilfsstromgenerator angeschlossen.

Zur veranschaulichung der Betriebsweise der Schaltung in Fig."1 dient das Diagramm von Fig. 2, in dem· die Kurven a, b, c und d der Reihe nach die der bistabilen Kippstufe 5 zugeführten Synchronisiersignale, den Schwellwertpegel für die bistabile Kippstufe 5, das Ausgangssignal des Integrators und das Ausgangssignal der bistabilen Kippstufe wiedergeben.

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Die in Fig. 2 dem Schwellwertpegel für die bistabile Kippstufe 5 zugeordnete Gerade b definiert zwei Bereiche A und B für die Ausgangsdynamik des Integrators 1.

Wenn die Ausgangsspannung des Integrators 1 vom Bereich B kommend den Bereich A erreicht, so nimmt die bistabile Kippstufe 5 ihren Zustand "a" an, der eine Steuerung des Stromgenerators 4 in der Weise bewirkt, daß dieser an seinem Ausgang den Strom I₂ abgibt, der so gerichtet ist, daß er das Ausgangssignal des Integrators 1 in den Bereich B zurückführt.

Die bistabile Kippstufe 5 verbleibt .in ihrem Zustand ⁿa",| bis ihr an ihrem Eingang 6 ein Synchronisiersignal (a) zugeführt wird, das sie in einen Zustand "ä" überführt, durch den der Stromgenerator 4 so gesteuert wird, daß an seinem Ausgang der Strom I₁ erscheint, dessen Vorzeichen einen solchen Wert hat, daß er das Ausgangssignal des Integrators 1 aus dem Bereich B in den Bereich A überführt.

Wenn die Ausgangsspannung des Integrators 1 den Schwellwertpegel (b) erreicht, herrschen die anfänglichen Bedingungen erneut.

Das Verhalten der Schaltung in Fig. 1 steht daher in Übereinstimmung mit den SynchronisierSignalen, wenn diese periodisch aufeinanderfolgen.

Die Zeiten T₁ und T₂, die den beiden Zuständen "a" bzw. "ä" der bistabilen Kippstufe 5 entsprechen, hängen von üen vom Generator 4 gelieferten Strömen I₁ und I_g ab, wie si<h durch nachstehende Rechnung zeigen läßt.

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Betrachtet man die beiden ströme I und I₂ als Schaltungsparameter, so gelten die Beziehungen

1₁ = KI und ,

1₂ = -I mit der Zusatzbedingung K> 1.

Wenn der Hilfsstrorngenerator 8 dem Eingang des Integrators einen ständigen Strom i zuführt, welcher der Bedingung

[ij £■ I genügt, so hängt die zeitliche Aufeinanderfolge der verschiedenen Zustände für die bistabile Kippstufe 5 linear von der Größe des Stromes i ab.

Bezeichnet man weiter die durch zwei nacheinander an

den Eingang 6 der bistabilen Kippstufe 5. angelegte Synchroni- \

n' ' siersignale bestimmte Periode für das Ausgangssignal der bistabilen Kippstufe 5 mit T, so gilt für diese Periode und die Zeiten T. und Tp, während deren im Verlaufe der Periode T die bistabile Kippstufe 5 ihren Zustand ⁿa" bzw. ihren Zustand "ä*" annimmt, die Beziehung T = T₁ + T₃.

Weiter ist in Fig. 2 der Maximalwert für die in der Kurve "c" veranschaulichte Änderung der Ausgangsspannung für den Integrator 1 mit ZiV bezeichnet. Diese Spannungsänderung läßt sich als Funktion des Stromes I₁ und der Zeit T₁ oder des Strome's Ip und der Zeit Tp ausdrücken durch die Beziehung

= I₁ T₁ β - I₂ T₂, aus der sich für die Ströme und Zeiten der Zusammenhang

¹T

ergibt.

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Am Eingang des Integrators 1 ergibt sich eine algebraische Addition der vom Generator 4 gelieferten Ströme I₁ oder I und des vom Generator 8 gelieferten Stromes i, so daß sich der dem Rechenverstärker 2 zugeführte Strom durch die Beziehungen:

I'_x » KI + i

V₂ - - I + i

ausdrücken läßt, aus denen sich wiederum die Zusammenhänge:

T₁ T₂ - (T₁ + T₂) _ _T - 1+ 1 ⁼ - KI-i ³ (1 +K) I * (k) T"

^{und T}i - ^T Γ

ergeben.

Nimmt man weiter an, daß:- der vom Generator 8 abgegebene

Strom i während eines Zeitintervalls T₁₀ gleich ο ist, also in

diesem Zeitintervall gilt i » o, so ergibt sich für dieses Zeitintervall

T
T, ^x

"10 1+K '

und setzt man dann weiter /iT « T₁ - T,_o, so erhält man die Beziehung·

^Λτ--^ττ γττγ . M

In der Praxis hat sich nun herausgestellt, daß eine solche Schaltung aus StabilitätsgrUnden nur dann funktioniert, wenn für die Zeiten T₁ und T₂ die Ungleichung T₁< Tg gilt,

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woraus sich wiederum die äquivalente Forderung I-> Ip für die Ströme I₁ und I₂ ergibt.

Unter diesen Bedingungen wird, wenn das Zeitintervall T, höchstens den Wert der Hälfte der Periode T für das Ausgangssignal der bistabilen Kippstufe 5 erhält, also T, £ T/2 gilt, der nutzbare Bereich der Schaltung definiert durch die Beziehung T,_o = T/4, aus der sich wiederum die Gleichung:

= mit der Nebenbedingung K = K_Q =

ergibt,

und dies führt zu einer Begrenzung für d'ie Größe des -I Stromes I entsprechend der Ungleichung ji| ·*■ I.

Die obige Ableitung zeigt, daß die Größe und die Stabilität des Schwellwertes in die Arbeitsweise der Schaltung nicht eingeht, so daß.deren Betrieb durch eine eventuelle Drift des Schwellwertes nicht beeinflußt werden kann.

Aus der oben angegebenen Beziehung (1)

^Δτ - - ^T* τ ·

γτι

läßt sich weiter der Ausdruck ableiten:

Δτ i

Aus diesem Zusammenhang ist ersichtlich, daß die Größe AT/T eine von der Periode T unabhängige Größe ist und als Phasenwinkel betrachtet werden kann, wobeisich der Zusammen hang: AT _

T - 550 - - r ■*■ ΤΤΎ

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2 Λ β Α 6 1

ergibt, der Winkel oC sich also durch die Intensität des vom Generator 8 gelieferten Stromes i steuern läßt.

Setzt man nun die oben angenommenen Bedingungen mit

It

K = j5 ein, so erhalt man die Beziehungen: Ä I 360

wobei wieder

Nach der Gleichung (1) ergeben sich ohne die Abgabe eines Stromes i durch den Generator 8, also-für i ■ o, T m 0 und \ daher T₁ = T₁₀ und wie für K_Q » 3 die Beziehungen!

T₁₀ = T/4, T₁₀/T » 1/4 undoC_o - 90°.

Daraus ergibt sich, daß die Schaltung für einen Strom i a 0 eine Elementarphasenverschiebung um 90° bewirkt. Ist dagegen der Strom i nicht mehr = 0, genügt er aber immer noch der Bedingung |i|z I, so stellt die Schaltung einen Phasenschieber mit einer Phasenverschiebung iron 90° +AcCdar, wobei für JA'·/'!die Ungleichung*:' 90° gilt.

Von diesen Möglichkeiten bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung wird für die Realisierung eines In Fig. 3 dargestellten aperiodischen Phasenschiebers Gebrauch gemacht. Der in Fig. 3 dargestellte Phasenschieber enthält vier Phasenschieberzellen Da bis Dd der in Fig. 1 dargestellten Ausführung.

Zwischen dem Integrator la und dem Stromgenerator 4a der Phasenschieberzelle Da ist ein Hilfsstromgenerator 8a angeschaltet, der durch einen Spannungsteiler 9 gebildet wird, dessen entgegengesetzte Anschlußklemmen an zwei Potentiale +V

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bzw. -V gelegt, sind und dessen Schleifer mit der den Generator 4a mit dem Integrator la verbindenden Leitung über einen Widerstand IO verbunden ist.

Mit dem Eingang 6a der bistabilen Kippstufe 5a ist ein Differentierglied 11 verbunden, das an seinem Eingang 12 das in seiner Phasenlage zu verschiebende Signal zugeführt erhält und zur "Icherstellung der Synchronisation der Schaltung von diesem Signal die positive Vorderflanke ableitet. Die Phasenschieberzelle Da ist daher von solcher Bauart, daß sie eine Phasenverschiebung um 90° + AcC gewährleistet. .

Die Phasenschieberzellen Db, Dc und Dd sind von solcher Bauart, daß sie eine phasenverschiebung um 90° bewirken, und sie enthalten daher keine Hilfsstromgeneratoren für die Abgabe eines zusätzlichen Stromes i„

Die bistabile Kippstufe 5a ist ausgangsseitig mit dem Synchronisiereingang 6b der bistabilen Kippstufe 5b in der Phasenschieberzelle Db verbunden, wobei diese Verbindung über ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Differentierglied erfolgt, und in entsprechender weise sind die bistabilen Kippstufen 5b und 5c an ihren Ausgängen mit den Synchronisiereingängen 6c bzw. 6d der bistabilen Kippstufen 50 und 5^ in den Phasenschieberzellen Dc bzw. Dd verbunden, wobei auch in diese Verbindungen in der Zeichnung nicht dargestellte Differenfcierglieder eingefügt sind.

Der in Fig. 3 dargestellte Phasenschieber enthält außerdem zwei bistabile Kippstufen Ij und 14, deren Eingänge mit den Ausgängen der den bistabilen Kippstufen 5a und 5b bzw. 5c und 5d

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nachgeschalteten, in der Zeichnung nicht weiter dargestellten Differenfcierglieder verbunden sind.

Die Arbeitsweise des in Fig. 5 veranschaulichten Phasenschiebers ist durch das Diagramm in Fig. 4 wiedergegeben, in dem die Kurven (a) bis (o) an verschiedenen interessierenden Stellen der Schaltung auftretende Signale wiedergeben.

Die Phasenschieberzelle Da wird durch die positiven Vorderflanken (Kurve (b) in Fig. 4) des in seiner Phasenlage zu verschiebenden Signals (Kurve (a) in Fig. 4) synchronisiert.

Dabei gibt die Phasenschieberzelle Da an ihrem Ausgang ,' einen positiven Impuls ab, der gegenüber ihrem Eingangssignal um eine Größe g phasenverschoben ist, die theoretisch zwischen 0 und T/2 liegt.

Aus Stabilitätsgründen kann man in der Praxis jedoch nur einen beschränkten Betriebsbereich benutzen, so daß für die Größe θ die zusätzliche Bedingung gilt:

Das Ausgangssignal der bistabilen Kippstufe 5a in der Phasenschieberzelle Da ist in Fig.4 durch die Kurve (d) wiedergegeben.

Dieses Signal wird von einem in der Zeichnung nicht dargestellten Differentierglied abgeleitet (Kurve (e) in Fig.4) und dem Synchronisiereingang 6b der bistabilen Kippstufe 5b in der Phasenschieberzelle Db zugeführt, die es gegenüber dem Synchronisiersignal (Kurve (g) in Fig.4) um T/4, das heißt

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um T/4 + θ gegenüber dem Eingangssignal verzögert.

Sodann wird dieses Signal durch die Phasenschieberzelie Dc (Kurve (i) in Fig. 4) gegenüber dem Synchronisiersignal um T/4, das heißt um T/2 + θ gegenüber dem Eingangssignal verzögert.

Die Phasenschieberzelie Dd, die durch das von der Phasenschieberzelle Dc abgegebene Signal gesteuert wird, liefert ihrerseits ein Signal, das gegenüber ihrem Synchronisiersignal um T/4, also gegenüber dem Eingangssignal um 3T/2 + θ verzögert ist.

Nach jeder Phasenverschiebung wird das Signal am Ausgang der in der Zeichnung nicht dargestellten Differentierglieder abgenommen und dem entsprechenden Eingang der beiden bistabilen Kippstufen 13 und 14 zugeführt,.die an ihren Ausgängen wiederum Signale abgeben, wie sie in Fig. 4 durch die Kurven (1) bis (o) wiedergegeben werden.

Am Ausgang·Q« der bistabilen Kippstufe 13 erscheint' ein in Fig. 4 durch die Kurve (1) wiedergegebenes rechteckiges Signal, dessen Phasenverschiebung φ gegenüber dem Eingangssignal mit dem durch den Hilfsstromgenerator 8a abgegebenen Strom i variiert, wobei die Grenzbedingungen:

gelten.

Am Ausgang Q₁ der bistabilen Kippstufe 13, erscheint ein in Fig. 4 durch die Kurve (m) wiedergegebenes Signal, das

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in seiner Phasenlage dem Signal am Ausgang Q, der bistabilen Kippstufe 13 entgegengesetzt ist. Dieses zweite Ausgangssignal ist daher gegenüber dem Eingangssignal um einen Winkel -f phasenverschoben, der den Bedingungen:

genügt.

In analoger Weise tritt am Ausgang Q« der bistabilen Kippstufe 14 ein in Fig. 4 durch die Kurve (n) wiedergegebenes Signal auf, dessen Phasenverschiebung ^f gegenüber dem Eingangssignal ebenfalls mit dem Strom i innerhalb der durch die Ungleichung

° + 260J. ^ γ χ ₂₇₀ . 36OJL

90° + 260J. ^ γ χ ₂₇₀ .

gegebenen Grenzen variiert, während am Ausgang $₂ ein in Fig. 4 durch die Kurve (o) dargestelltes Signal auftritt, das gegenüber dem Eingangssignal um einen Winkel -P phasenverschoben ist, für den die Bedingungen

₂₇o° ♦ 2^1 £ _{f &} ₉₀ . ^l

gelten.

Zur Gewährleistung einer guten Stabilität im Betrieb erhält der der Phasenschieberzelie Da vom Stromgenerator 8a zugeführte Strom i einen solchen Verlauf, daß er Phasenänderungen von + 50° ermöglicht; es gilt dann:

₉₀o .

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Man erhält dann an den Ausgängen Q. _fl Q₂, (L und der bistabilen Kippstufen 13 bzw. 14 Variationsbereiehe für die Phasenänderung von + 50°, die auf Phasenwinkel von 90°, l80°, 270° bzw. 360° zentriert sind_o

Durch eine passende Auswahl unter den Ausgängen Q₁, Q_?, 1§. bzw. SL und Einstellung des Stromes i kann man also am Ausgang des Phas- isohiebers von Fig_o3 ^ei^ rechteckiges Signal erhalten, das gegenüber dem Eingangssignal um irgendeinen beliebigen Phasenwinkel jswisehen 0 und 36O⁰ phasenverschoben ist.

Die in FIg. 1 dargestellte Schaltung für eine Phasenschieberzelle, eignet sich auch zum Aufbau eines Signalgenerators mitr zyklischer Steuerung, wie er in Fig. 5 dargestellt ist.

Der in Fig.5 dargestellte Signalgenerator enthält zwei in Kaskadenschaltung zusammengeschaltete Phasenschieberzellen und 16 mit fester Phasenverschiebung und eine bistabile Kippstufe 17, deren beide Eingänge mit dem Synchronisiereingang für die Phasenschieberzelie 15 bzw« mit dem Ausgang der nicht im einzelnen dargestellten bistabilen Kippstufe in der Phasenschieberzelie ιβ verbunden sind.

Ein solcher Signalgenerator ermöglicht ausgehend von impulsförmigen Signalen die Erzeugung eines Rechtecksignals mit einem Zyklusverhältnis 1/2.

Die Phasenschieberzelie 15 wird durch ein an ihrem Synchronisiereingang 18 anliegendes Impulssignal .synchronisiert und bringt die bistabile Kippstufe 17 zum Umkippen in einen ersten Zustand A, wie dies durch die Kurven (a) und (f) in Fig. veranschaulicht ist.

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Das in Fig. 6 durch die Kurve (c) wiedergegebene Ausgangssignal der Phasenschieberzelle 15, das gegenüber deren Eingangssignal um T/H- phasenverzögert ist, wird in geeigneter Weise differenziert, und die den positiven Vorderflanken dieses Signals entsprechenden Impulse werden dem Synchronisiereingang der Phasenschieberzelie 16 zugeführt, die daraufhin an ihrem Ausgang ein in Fig. 6 durch die . Kurve (e) wiedergegebenes Signal abgibt, das gegenüber dem Eingangssignal für die Phasenschieberzelle 15 um T/2 phasenverzögert ist.

Die Ausgangssignale der Phasenschieberzelle l6 lassen die bistabile Kippstufe 17 in einen Zustand A umkippen. \

Daraus ergibt sich, daß der Übergang der bistabilen Kippstufe 17 vom Zustand A in den Zustand ~K nur am Ende eines Zeitintervalls T/2 nach der Anlage des Eingangssignals erfolgen kann.

Am Ausgang der bistabilen Kippstufe 17 erscheint daher ein in Fig. 6 durch die Kurve (f) wiedergegebenes Signal mit einem Zyklusverhältnis 1/2 ι nä der Periode des Eingangssignals gleicher Periode«

Selbstverständlich ist es gewünschtenfalls aber auch möglich, am Ausgang der bistabilen Kippstufe 17 ein Signal zu erhalten, dessen Zyklusverhältnis irgendeinen beliebigen Wert zwischen 0 und 1 aufweist.

Dazu brauchen in der Schaltung von Fig.5 lediglich die Phasenschieberzellen I5 und 16 durch den in Fig. 3 dargestellten

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Phasenschieber ersetzt zu werden, wobei dann die bistabile Kippstufe 17 einerseits durch das Eingangssignal für den Phasenschieber und andererseits durch das Signal an einem von dessen Ausgängen Q, bis £L gesteuert wird.

Der in Fig. 7 dargestellte erfindungsgemäß ausgebildete aperiodische und vieiphasige Signalgenerator ermöglicht es, eine Periode T in zwei Teile zu zerschneiden, von denen sich der eine zu T/K und der andere zu T ( ) berechnet.

Ein Signa!generator mit η Phasen gestattet es, eine volle. Periode in η verschiedene Zustände zu zerschneiden.

Er muß daher so aufgebaut sein, daß er die Periode τ in η Abschnitte mitfeiner Zeitdauer von jeweils T/n zerschneiden kann.

Zu diesem Zwecke werden n-1 Phasenschieberzellen D, bis D_n-1 einges'etzt und in Serie geschaltet, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind.

Jede solche Phasenschieberzelle ist außerdem mit einer Logik L für die Phasensynthese verbunden.

Jede solche Phasenschieberzelle D₁ bis D_n, gibt dann ein dem Beginn der folgenden Phase entsprechendes Signal ab.

Die Logik L, die durch das Eingangssignal synchronisiert wird, gewinnt dann jedes der so erhaltenen η Signale wieder und gibt an ihren η Ausgängen Signale mit der Periode T ab, die jedoch jeweils um T/n gegeneinander phasenverschoben sind.

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Als Beispiel für einen erfindungsgemäß ausgebildeten aperiodischen Frequenzvervielfacher ist in Fig. 8 ein Freqnenzvervielfacher mit dem Vervielfachungsfaktor 4 dargestellt.

Der dargestellte Frequenzvervielfacher enthält drei Phasenschieberzellen D, bis D^ der in Fig. 1 dargestellten Bauart mit fester Phasenverschiebung, die in Serie hintereinander geschaltet sind.

Die Phasenschieberzeile D, wird durch ein Eingangssignal mit der Periode T synchronisiert, das in seiner Frequenz vervielfacht werden soll.

Der dargestellte Frequenzvervielfacher enthält außerdem

ο
eine ODER-Schaltung 18, deren Eingänge mit den Eingängen und den Ausgängen der drei Phasenschieberzellen D, bis D-, verbunden sind.

An den Ausgang der ODER-Schaltung l8 ist ein Signalgenerator 19 mit einem Zyklusverhältnis 1/2 angeschlossen, der beispielsweise der in Fig. 5 dargestellte Signalgenerator sein kann.

Jede Phasenschieberzelle D. bis D, gibt einen in Fig. 9 durch die Kurven (c), (e) bzw. (g) dargestellten Synchronisierimpuls ab, der gegenüber dem durch die Kurve (a) in Fig. 9 dargestellten Eingangssignal um T/4, T/2 bzw. 3T/4 phasenverzögert ist.

Die ODER-Schaltung 18 faßt diese Impulse und den Eingangsimpuls wieder zu Gruppen zusammen und gibt im Verlaufe einer Periode T vier mit regelmäßigem zeltlichen Abstand aufeinanderfolgende Impulse ab, wie dies in Fig. 9 in Zeile

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2 2 Λ 8 A 61

(h) veranschaulicht 1st»Diese Impulse werden dem Signalgenerator 19 mit dem Zyklusverhältnis 1/2· zugeführt* der daraufhin an seinem Ausgang ein Rechteeksignal mit der Periode τ/4 abgibt, v?ie es durch die Kurve (i) in Fig„ 9 veranschaulicht ist»

Die in Fig. 5, 5, 7 und 8 dargestellten Schaltungen

lassen sich in -^.nem sehr breiten Frequenzbereich in der Größenordnung von 1 Uz bis 10 Hz betreiben, itfobei an die. Klemmen der in die einzelnen Phasensohleberzeilen eingebauten Integratoren ein Metzvjerk aus autokummutierbaren Kondensatoren angeschaltet ist.

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Claims

Patentansprüche

1, Phasenschieberzelle zum Verschieben der Phasenlage von Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang «ines programmierbaren Konstantstromgeneratorε (4) über einen Integrator (1) eine bistabile Kippstufe {5) mit einer Schwelle angeschlossen ist und daß der Ausgang der Kippstufe über eine Gegenkopplungsschleife (7) mit dem Eingang des Konstantstromgenerators verbunden ist, wobei das Kippen der Kippstufe in ihrem ersten Zustand durch in ihrer Phasenlage zu verschiebende Synchronisiersignale, in ihrem zweiten Zustand dagegen durch das Ausgangssignal des Inte- · grators nach Erreichen des Schwellwertes durch dieses Signal gesteuert und die Phasenverschiebung für das Ausgangssignal der Kippstufe gegenüber ihrem Eingangssignal durch den Zeitpunkt T₁ für das Kippen der Kippstufe in ihrem zweiten Zustand bestimmt wird.

2. Phasenschieber ze He nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Konstantstromgenerator (4) und dem Integrator (1) ein HilfsstromgeneratoT (8) angeschaltet ist, der das Ausgangssignal des Integrators modifiziert und so den Zeitpunkt für das Kippen der bistabilen Kippstufe (5) in ihrem zweiten Zustand variiert.

J. Signalphasenschieber, gekennzeichnet durch eine Kaskadenschaltung von vier Phasenschieberzellen nach Anspruoh 1 oder 2, von denen die erste Phasenschieber zelle (Da)einen Hilf estroingenerator (Ba) enthält und Über diesen ein durch Ihr Eingangssignal der Perjiiode τ synchronisiertes und dagegen um einen der Bedingung j 4 O^ | - J genügenden Wert 9

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phasenverschobenes Signal abgibt, während die drei weiteren PhasenschieberzeIlen (Db bis Dd) durch die gegenüber den zugehörigen Eingangssignalen um ^- + Θ, ?j· + θ bzw» ^ + θ phasenverschobenen Ausgangssignale der bistabilen Kippstufen der Jeweils vorangehenden Phasenschieberzellen synchronisiert sind und die Ausgänge der ersten und der dritten bzw. der zweiten und der vierten Phasenschieberzelie (Da und Db bzw. Dc und Dd) mit den Eingängen zweier bistabiler Kippstufen 13 und 14 verbunden sind, an deren Ausgängen Phasenverschiebungsbereiche von 90° + 90° (), 180° + '90°() 270⁰+ 90° (·) und %0° + 90° (- ) auftreten.

4. Signalgenerator mit zyklischer Steuerung, dadurch gekennzeichnet, daß er einen durch ein in seiner Phasenlage zu verschiebendes Eingangssignal mit der Periode τ synchronisierten Phasenschieber nach Anspruch 1 enthält, der an seinem Eingang mit einem ersten Eingang und an seinem Ausgang mit einem zweiten Eingang einer bistabilen Kippstufe verbunden ist, deren Zustandsänd'erüngen nacheinander durch das Eingangssignal und durch das Ausgangssignal des Phasenschiebers .ausgelöst werden.

5. Signalgenerator; mit zyklischer Steuerung, .dadurch gekenn-< zeichnet, daß er zwei in Kaskade geschaltete Phasenschieberzellen (15 und 16) nach Anspruch 1, von denen die erste- (15) durch ein Eingangssignal mit der Periode τ und die zweite (l6). durch das Ausgangssignal der ersten synchronisiert wird» und, eine bistabile Kippstufe (17) enthält, deren einer Eingang mit dem Eingang der ersten Phasenschieberzelle und deren anderer Eingang mit dem Ausgang der zweiten Phasenschieberzelle verbunden ist, wobei die Ausgangssignale der ersten und der zweiten PhasenschieberzeHe relativ zum Eingangssignal um

T/4 bzw. Τ/2 phasenverzögert sind und das Ausgangssignal der bistabilen Kippstufe die Periode T und das Zyklusverhältnis 1/2 aufweist.

6. Vielphasiger aperiodischer Signalgenerator mit ή Phasen, dadurch gekennzeichnet, daß er η - 1 in Serie geschaltete Phasenschieberzellen (D. bis D_n-1) nach Anspruch 2, von denen die erste (D.) durchein einphasiges und in ein mehrphasiges Signal zu transformierendes Eingangssignal und die folgenden (D₂ bis D_n-1) jeweils durch das Ausgangssignal def ihnen vorangehenden PhasenschieberzeHe synchronisiert sind, das gegenüber dem Eingangssignal um qT/n mit l^q^n phasenverzögert ist, und eine mit ihren Eingängen an die entsprechenden Ausgänge der Phasenschieberzellen angeschlossene Logik (L) für die Phasensynthese mit η Ausgängen enthält, die durch die Eingangssignale für den Generator synchronisiert wird und an ihren Ausgängen η Signale mit der gleichen Periode T wie das Eingangssignal, jedoch einer jeweiligen gegenseitigen Phasenverschiebung um T/n abgibt.

7. Aperiodischer PrequenzvervieIfacher zum Vervielfachen einer Signalfrequenz um eine Zahl n, dadurch gekennzeichnet, daß er η - 1 in Serie geschaltete Phasenschieberzellen (D. bis Ο,) nach Anspruch 2 enthält, deren Ausgänge ebenso wie der Eingang der ersten (D.) davon mit den entsprechenden Eingängen einer ODER-Schaltung (l8') verbunden sind, an deren Ausgang ein Signalgenerator (19) mit einem Zyklusverhältnis 1/2 nach Anspruch 5 angeschlossen ist, der an seinem Ausgang ein Rechtecksignal abgibt, dessen Frequenz dem η-fachen der Frequenz des EingangsSignaIs für den Frequenzvervielfacher entspricht.

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