DE2301824B2

DE2301824B2 - Sägezahngenerator

Info

Publication number: DE2301824B2
Application number: DE2301824A
Authority: DE
Inventors: Richmon E. Manhattan Beach Deas; Hale M. Playa Del Rey Jones
Original assignee: Ampex Corp
Current assignee: Ampex Corp
Priority date: 1972-03-03
Filing date: 1973-01-15
Publication date: 1975-04-10
Also published as: JPS48104455A; FR2191356A1; GB1367266A; DE2301824C3; BE795491A; IT977020B; CA1002118A; US3745373A; JPS5915407B2; FR2191356B1; DE2301824A1

Description

Die Erfindun.' oetrifft einen durch Eingangssteuersignale steuerbaren Sägezahngenerator, insbesondere zur Steuerung einer Treibrollenantriebsschaltung, mit einer Integrationsschaltung, die entsprechend einem ihiem Eingang zur Integration zugeführten Strom an ihrem Ausgang ein Sägezahnsignal abgibt und mit einer Stromsteuerschaltung, die entsprechend dem ihr zugeführten Eingangssteuersigna] einen festgeleg- ^o ten Strom an einen mit der Integrationsschaltung gekoppelten Verbindungspunkt abgibt.

Sägezahngeneratoren werden in der gesamten Elektronikindustrie vielfach angewendet und sie wurden in vielen Ausführungsformen entwickelt. Die hierbei *5 verwendeten Schaltbilder umfassen im allgemeinen eine Konstantstromquelle, die einen Integrator, wie z. B. einen Operationsverstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung, ansteuert. Oftmals ermöglichen komplizierte Anordnungen die Kompensation der Temratur, die Regelung des Ausgangsnullpunkts und die Justierung der Flanke und der maximalen Spannung sowohl bei positivem wie bei negativem Sägezahnverlauf.

In manchen Digitalsystemen, wie z. B. den Steuersystemen digitaler Magnetbandtransporteinrichtungen, werden die Befehlssignale zur Vorwärts- und Rückwärtslaufrichtung als einziges Eingangssignal zugeführt, dessen Polarität die gewünschte Laufrichtung bezeichnet. Beim Anlaufen, Anhalten oder bei der Laufrichtungsumkehr werden die Eingangssignale in einem abrupten Übergang geändert. Die Bandtransporteinrichtung hat jedoch üblicherweise einen servogeregelten Treibrollenantrieb, der zur Steuerung der Beschleunigung und Abbremsung im allgemeinen ein Sägezahnbezugssignal verwendet. Der Sägezahnsignalgenerator spricht auf die Befehlssignale an, indem er zur Steuerung der Beschleunigung in positiver oder negativer Laufrichtung ein positives oder negatives Sägezahnsignal abgibt und dann nach Aufhören des Befehlssignals zur Steuerung des Abbremsens ein Sägezahnsignal entgegengesetzter Polarität abgibt. Bei konstanter Geschwindigkeit wird in beiden Laufrichtungen für den eingeschwungenen Zustand ein Signal festgelegter Amplitude als Servobezugssignal verwendet. Um all diese Funktionen zu ermöglichen, mußten bisher relativ komplizierte Schaltkreise verwendet und eine Vielzahl Justierungen vorgenommen werden.

Herkömmliche Treibrollenantriebssysteme verwenden Sägezahngeneratoren mit getrennten Ausgängen für positive und negative Sägezahnsignale. Diese Ausgänge müssen an den Treibrollenservokreis über Trenndioden angekoppelt werden, um eine getrennte Justierung entgegengesetzter Polaritäten des Sägezahnsignals zu ermöglichen. Diese Trenndioden wirkten sich jedoch auf den Treibrollenservokreis, der infolge der Rückkopphingsschaltung in gewissem Ausmaß gedämpft war, nachxeilig aus. Bei schnell ansprechenden Hochgeschwindigkeitstreibrollenmotoren soll die Dämpfung der Kompensationsschaltung vorzugsweise minimal sein. Die Anforderungen an die Dämpfung ändern sich jedoch mit der Eingangsimpedanz des Servokreises. Ist die Eingangsimpedanz niedrig, so ist die erforderliche Kompensation sehr klein; ist die Eingangsimpedanz abtr hoch, so ist die erforderliche Kompensation beträchtlich, um Schwingungen des Treibrollenservokreises zu vermeiden. Die Trenndioden herkömmlicher Systeme zeigen zwar im leitenden Zustand eine nur geringe Kompensation erfordernde kleine Eingangsimpedanz, benötigen aber beträchtliche Kompensationsmaßnahmen wegen ihrer hohen Impedanz, wenn keine leitend ist. Infolge der Kosten einer an beide Zustände angepaßten Anordnung geht der nicht gewollte Kompromiß im allgemeinen zu Lasten des Ausmaßes der Kompensation.

Weiterhin ist ein Sägezahngenerator mit einer Integrationsschaltung bekannt (DT-AS 12 42 357), die entsprechend einer dem Eingang der Integrationsschaltung über einen Schalter zugeführte Steuerspannung Sägezahnsignale einstellbarer Amplitude und Polarität abgibt. Die Amplitude wird durch die Zeitdauer bestimmt, während der der Schalter geschlossen ist. Um vorgeschriebene Werte der Amplitude einhalten zu können, sind relativ aufwendige Zeitsteuerschaltungen für diesen Schalter erforderlich.

Demgegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, einen Sägezahngenerator anzugeben, der mit einfachen Mitteln eine exakte Festlegung sowohl positiver als auch negativer Amplituden des Sägezahnsignals ermöglicht.

Sie löst diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs näher erläuterten Sägezahngenerator durch eine Stromquelle, die entsprechend einem von ihr aus dem Verbindungspunkt aufgenommenen Strom den zu integrierenden Strom an den Eingang der Integrationsschaltung abgibt und durch eine zwischen dem Ausgang der Integrationsschaltung und dem Verbindungspunkt angeschlossenen Impedanz.

Ein erfindungsgemäßer, genauer Sägezahngenerator doppelter Polarität hat eine relativ einfache als monolithischer integrierter Schaltkreis herstellbare Konstruktion und muß nur an einer einzigen Stelle zur Steuerung des Spannungspegels beider Polaritäten der Ausgangssägezahnsignale eingestellt werden. Die Amplitude des Sägezahnsignals wird sowohl bei positiver als auch nega'iver Polarität exakt an den durch da£ Eingangssteuersignal festgelegten Wert angeglichen. Die Amplitude des Sägezahnsignals wird weiterhin unmittelbar durch den Wert eines elektrischen Signals und nicht über ein Zeitintervall festgelegt. Wird der Sägezahngenerator unmittelbar an einen Servokreis, wie z. B. den Servokreis einer Treibrollenantriebsschaltung einer Bandtransporteinrichtung angekoppelt, so liefert er dem Eingang eine optimales Frequenzverhalten des Servokreis ermöglichende konstante Impedanz.

Die Stromsteuerschaltung des Sägezahngenerators liefert entsprechend positiven und negativen stufenförmigen Eingangssignalen exakt temperaturkompensierte Bezugsströme doppelter Polarität. Die zwischen dem Ausgang der Integrationsschaltung und dem Vcrbindungspunkt angeschlossene Impedanz dient als Rückkopplungsschaltung und liefert einen dem Ausgangssignal der Integrationsschaltung proportionalen Rückkopplungsstrom. Die Impedanz bestimmt die

/—

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Amplitude sowohl positiver als auch negativer Säge- und negativen Flanken des Sägczahnsignals ermög-

zahnsignale und ist vorzugsweise als veränderbarer licht.

Widerstand ausgebildet. Das Sägezahnsignal wird von In seiner Grundform verringert der durch eine eineinem Integrationsverstärker der Integrationsschal- zige Justierung einstellbare Sägezahngenerator die tung geliefert, der von einer konstanten Stromquelle 5 Einstellzeit auf ein Minimum und erhöht die Zuverdoppelter Polarität entsprechend einer Differenz zwi- lässigkeil, indem er die Anzahl elektromechanischer sehen dem Bezugs- und dem Rückkopplungsstrom Bauteile auf ein Mindestmaß verringert. Alle Bauteile angesteuert wird. eignen sich zusätzlich für integrierte Schaltkreistech-

In einem Ausführungsbeispiel steuert eine Dioden- nik und Einbau in Einheitsgehäuse.

Eingangsbrückenschaltung die Spannung über einer io Zum besseren Verständnis der Erfindung soll sie

zwischen zwei gegenüberliegenden Eckpunkten der im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläu-

Brückenschaltung angeschlossenen Zenerdiode, wo- tert werden. Hierbei zeigt

bei zwei Ausgangsanschlüsse der Eingangsbrücken- F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Treibschaltung über angepaßte Widerstände an den als rollenantriebsschaltung in Verbindung mit einem er-Summationspunkt wirkenden Verbindungspunkt ge- 15 findungsgemäßen Sägezahngenerator,
koppelt sind. Die Anschlüsse der Zenerdiode werden F i g. 2 eine Darstellung der das Verständnis der entsprechend positiven bzw. negativen Eingangsspan- erfindungsgemäßen Betriebsweise erleichternden Sinungen wechselweise im Potential festgelegt und die gnalverläufe a) bis d) und

Eingangsbrückenschaltung liefert damit genau ge- F i g. 3 eine schematische Darstellung einer ande-

regelte Bezugsströme entgegengesetzter Polaritäten 20 ren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Säge-

über die beiden Widerstände an den Summations- zahngenerators.

punkt. Die Zenerdiode kann so ausgewählt sein, daß Ein in F i g. 1 dargestellter erfindungsgemäßer

sie eine Temperaturempfindlichkeit hat, die diejenige Sägezahngenerator 10 erzeugt entsprechend positiven

der anderen Schaltkreiselemente kompensiert. und negativen Eingangssignalen E_1n Sägezahnspan-

Es ist weiterhin bekannt (DT-AS 12 78 498), 25 nungen doppelter Polarität. Der SägezaliRgenerator Diodenbrücken als Schalter zu verwenden. Von einer 10 erzeugt zur Steuerung der Endamplitude der posials Brückenbegrenzer aufgebauten Diodenbrücke tiven und negativen Sägezahnsignale an einem Verwird Gebrauch gemacht in einer Ausführungsform, bindungspunkt 12 einen genauen Bezugsstrom. Der in der die Stromquelle einen Verstärker hoher Ver- Vp_rDindungspunkt 12 liegt zwischen zwei Widerstänstärkung aufweist, der den als spannungsgesteuerte 3= den/?/?+ und Rn-, die zwischen zwei Anschlüssen Stromquelle verwendeten Brückenbegrenzer schaltet. 14, 16 einer Eingangsbrückenschaltung 17 ange-Die Stromquelle steuert den Integrationsverstärker schlossen sind. Die Eingangsbrückenschaltung 17 erentsprechend den Strömen aus dem Summations- zeugt eine ausgewählte Rückwärtsdurchbruchsspanpunkt an. Infolge der hohen Verstärkung des schal- nung über eine Zenerdiode 18.

tenden Verstärkers wird der Brückenbegrenzer wir- 35 Die Zenerdiode 18 liefert ihre Rückwänsdurch-

kungsvoll im Schaltbetrieb betrieben und zeigt ein bruchsspannung zwischen einem Kathodenanschluß

schnelles genaues Ausgangsansprechverhalten. Als 20 und einem Anodenanschluß 22. Die Eingangs-

Riickkopplungsschaltung vom Ausgang des Integra- brückenschaltung 17 erzeugt die Rückwärtsdurch-

tionsverstärkers zum Summationspunkt dient ein das bruchsspannung in Abhängigkeit von einer Eingangs-

Sägezahnsignal regelndes Potentiometer. Wenn das 40 spannung und weist eine den Strom vom Kathoden-

Ausgangssägezahnsignal eine den Strom durch die anschluß 20 zum Anschluß 14 leitende Diode Dl,

Rückkopplungsschaltung an den Bezugsstrom an- eine Strom vom Anschluß 16 zum Anodenanschluß

gleichende Spannungsamplitude hat, wird dem schal- 22 leitende Diode D 2, eine Strom von der Masse

tenden Verstärker kein Strom mehr zugeführt und zum Kathodenanschluß 20 leitende Diode D 3, eine

das Sägezahnsignal behält seinen Pegel bei. Wenn das 45 Strom vom Anodenanschluß 22 zur Masse leitende

Eingangssignal Null wird, so nimmt das Ausgangs- Diode D 4, eine Strom von der Eingangsklemme E_in

signal sägezahnförmig auf einen sehr genauen Null- zum Kathodenanschluß 20 leitende Diode DS und

punkt ab. eine Strom vom Anodenanschluß 22 zur Eingangs-

In anderen Ausführungsformen können eine Viel- klemme E_1n leitende Diode D 6 auf. Die Eingangszahl Merkmale hinzugefügt werden, die das Aus- 50 brückenschaltung 17 muß nicht notwendigerweise als gangssignal abändern oder unsymmetrische Eigen- monolithischer Schaltkreis ausgeführt sein; diese schäften bewirken. Werden z. B. die angepaßten Ausführungsform wird jedoch bevorzugt, d.j sie Widerstände in der Eingangsbriickenschaltung durch gleichmäßigere Betriebseigenschaften der Dioden D1 veränderbare Widerstände ersetzt, so können die bis D 6 sicherstellt.

Endamplituden der positiven und negativen Säge- 55 Im Betrieb treibt eine positive Eingangsspar nung zahnsignale unabhängig voneinander geregelt werden. an der Eingangsklemme E_1n einen Strom durch einen Durch Verbinden des negativen Eingangs des schal- Widerstand R₂, die Diode D 5, die Zenerdiode 18 tenden Verstärkers mit einer Gleichstromspannungs- und die Diode DA und bewirkt so die Rückwärtsquelle kann das Ausgangssignal um einen der Am- durchbruchsspannung Vb über der Zenerdiode 18, plitude der Spannungsquelle gleichen Betrag verscho- 60 deren Anodenanschluß 20 auf Masse gehalten wird, ben werden. Werden zwischen der positiven und der Eine negative Eingangsspannung an der Eingangsnegativen Spannungsquelle und der Briickenbegren- klemme E_jn treibt einen Strom von der Masse über zerschaltung veränderbare Widerstände eingeführt, se die Diode D 3, die Zenerdiode 18, die Diode D 6 und können die Flanken der Sägezahnsignale unabhängig den Widerstand R₂ zur Eingangsklemme E_in. Durch voneinander geregelt werden, während die Verwen- 65 die negative Eingangsspannung an der Eingangsdung einer veränderbaren Impedanz zwischen der klemme E_in wird der Kathodenanschluß 20 auf Masse Brückenbegrenzerschahung und dem Integrations- gehalten. Im eingeschwungenen Zustand befindet verstärker die gemeinsame Regelung der positiven sich der Verbindungspunkt 12 auf virtuellem Masse-

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potential und es fließt am Verbindungspunkt 12 ein Die Brückenbegrenzerschaltung 28 hat einen ersten genau geregelter Bezugsstrom I_{n l} = VbIRn + oder Anschluß 31, der über einen Widerstand Rc- an /„, = VbIRn-. Solange die Widerstände Rn+ und eine positive Spannung +Vc angeschlossen ist, einen Rn- Präzisionswiderstände mit gleichen Wider- zweiten Anschluß 32, der über einen Widerstand standswerten sind und solange die Spannungen an 5 Rc+ an eine negative Spannung — Vc angeschlossen der Eingangsklemme £,„ die Rückwärtsdurchbruchs- ist, einen dritten Anschluß 33, der mit dem Ausgang spannung Vb übersteigen, sind die Amplituden der des Operationsverstärkers 27 verbunden ist, und Bezugsströme /„, sowohl für positive als auch nega- einen vierten Anschluß 34, der mit dem invertierentive Eingangsspannungen an der Eingangsklemme E_1n den Eingang des Operationsverstärkers 24 verbunden gleich und nahezu unabhängig von der Amplitude io ist. Eine Diode D 8 leitet Strom vom ersten Anschluß dieser Eingangsspannungen. Da die einzelne Zener- 31 zum dritten Anschluß 33; eine Diode D 9 leitet diode 18 die Amplituden sowohl positiver als auch Strom vom vierten Anschluß 34 zum zweiten Annegativer Spannungen über den Widerständen Rn+ schluß 32; eine Diode DlO leitet Strom vom dritten und/?«— bestimmt, treten keine Probleme beim An- Anschluß 33 zum zweiten Anschluß 32; und eine passen der Zenerdiode oder durch Alterungsabwei- 15 Diode D11 leitet Strom vom ersten Anschluß 31 zum chungen auf. Die Rückwärtsdurchbruchsspannung vierten Anschluß 34.

Vb wird vorzugsweise etwa im Bereich von 5,1 bis In einer anderen Ausführungsform ist die Brüeken-

5,6 V gewählt und zeigt fast keinerlei Temperatur- begrenzerschaltung 28 fortgelassen und ein Wider-

cmpfindlichkeit, da in diesem Spannungsbereich be- stand Ra ist, wie in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnet,

triebene Zenerdiodcn äußerst stabil sind. 20 zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 27

Das Ausgangssignal E₀₁₁, liefert ein integrierender und dem invertierenden Eingang 40 des Operations-Operationsverstärker 24 mit einem zwischen dem Verstärkers 24 angeschlossen. In dieser Ausführungs-Ausgang und einem invertierenden Eingang als Rück- form ergibt die den Widerstand Ra zugeführte maxikopplung angeschlossenen Integrationskondensator male Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 25 (C,). Ein als Rückkopplungswiderstand R₁, z. B. 25 27 die Konstantstromquelle zum Betrieb des Operaals Potentiometer ausgeführter, veränderbarer Wider- tionsverstärkcrs 24. Diese Ausführungsform ist zwar stand 26 ist zur Rückkopplung zwischen dem Aus- etwas einfacher, ermöglicht jedoch weniger genaue gang und dem Verbindungspunkt 12 angeschlossen. Regelung der Ausgangsflanken als die bevorzugte

Eine Konstantstromquelle führt den invertierenden Ausführungsform.

Eingang40 des Operationsverstärkers 24 entsprechend 3o Um die Beschreibung der Betriebsweise des Sägeposkiven und negativen Gesamtströmen am Verbin- zahngenerators 10 zu erleichtern, sollen verschiedene dungspunkt 12 Strom zu. In einer bevorzugten Aus- Ströme bezeichnet werden. Durch den veränderbaren lührungsform weist die Konstantstromquelle einen Rückkopplungswiderstand 26 fließt ein Strom/,, vom Operationsverstärker 27 und eine Brückenbegrenzer- Verbindungspunkt 12 zum Ausgang, und vom Versehaltunc 28 mit Dioden D 8 bis DIl auf, die zwi- 35 bindungspunkt 12 fließt ein Strom /„, zu einem Verschen einer ersten Stromquelle VcIRc+ und einer bindungspunkt 38 des Rückkopplungswiderstands 26 zweiten Stromquelle + VdRc- angeschlossen sind. mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers Die Brückcnbegrcnzerschaltung 28 ist ähnlich der 27. Der Eingangsstrom des Operationsverstärkers 27 Eincangsbrückenschaltungl7 vorzugsweise als mono- ist damit ; - I_n , - I,_v Durch den Integrationskonlithischer integrierter Schaltkreis ausgeführt. Der 40 densator 25 (C) fließt ein Strom /,, zum Ausgang Operationsverstärker 27 ist mit seinem positiven Ein- und vom vierten Anschluß 34 fließt ein Strom /_n2 zu gang an den Verbindungspunkt 12 angeschlossen und einem Verbindungspunkt 40 des Integrationskondenseiif invertierender Eingang ist über einen Dämp- sators 25 mit dem negativen Eingang des Operationsfun uswiderstand R₁, mit Masse verbunden. Zwischen Verstärkers 24.

dem Ausgang und'dem negativen Eingang des Ope- 45 Wird der Sägezahngenerator 10 wie im vorliegenniuonsverstärkers 27 können zusätzlich zwei gegen- den Fall als Steuerschaltung einer Digitalmagnetbandsinnia gepolte Dioden 29 und 30 parallel angeschlos- transporteinrichtung verwendet, so ist der Ausgang son sein und als Zenerdioden zur Begrenzung der E₀₁,, des Sägezahngenerators 10 an einen Treibrollenmaximalen Ausganesspannung des Operationsver- scrvokreis 41 angeschlossen. Der Treibrollenservostärkers 27 dienen " Ein Operationsverstärker geht 5° kreis 41 weist einen Vorverstärker 42 auf, der an nicht unmittelbar von einer positiven Spannuna auf einen seinerseits einen Treibrollenmotor 44 speiseneine negative Spannung über, sondern dies erfolgt mit den Leistungsverstärker 43 angeschlossen ist. Ein einer dem gewählten Tvp des Operationsverstärkers erster Rückkopplungsweg 45 koppelt zwischen den eigentümlichen vorbestimmten Geschwindigkeit. Ist Anschlußk emmen des Tre.brollenmotors44 und dem die maximale Ausgangsspannunc etwa durch die 55 Vorverstärker 42 zurück. Ein mechanisch angekop-D.oder, 29 und 30 begrenzt, so" ist die maximale peiler Tachometer 46 ermittelt, durch eine ge-Cbcrgangszeit ebenfalls begrenzt und die Ansprech- strichelte Linie 47 schematisch dargestellt, die Tre.bgeschwindigkeit des Systems wird verbessert. Da die rollengeschwindigkeit und liefert als zweiter Ruck-Ausgangsspannune des Operationsverstärkers 27 die kopplungsweg ein Ruckkopplungssigna an den Vor-Durchlaßvorspannung der Brückendioden nicht über- 60 verstärker 42. D,e mechanische Kopplung 47 kann schreiten muß um da Brückenbegrenzerschaltung 28 herkömmlich durch unmittelbare Kopplung mit der abzuschalten, können die Kosten iesenkt werden, in- Welle des Tre.brollenmotors oder durch Reibungsdcm die D.oden 29 und 30 als Standarddioden auf antrieb einer drehbaren der Treibrolle benachbarten! dem gleichen Typ der integrierten Schaltung mit den Rolle durch das Band erfolgen
Dioden der Brückenbegrenzerschaltung28 vorgesehen 65 Im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen muß werden Werden Dioden 29 und 30 benutzt, so be- das alleinige Ausgangssignal des Sägezahngenerator; grenzen sie die Ausgangsspannung des Operations- 10 nicht über Dioden an den Treibrollenservokrei; Verstärkers 27 durch ihre Durchlaßvorspannung. 41 angekoppelt werden, und die Quellenimpedanz an

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Vorverstärker 42 bleibt über dem gesamten Betriebs- den größten Teil des für die Last und /, erforderbereich des Sägezahngenerators 10 im wesentlichen liehen Stroms liefert. Die Amplitude der Spannung konstant auf einem relativ kleinen Wert. In der an /:„„, wird jedoch beim Entladen von C₁ abnehmen, Schaltung des ersten Rückkopplungswegs 45 müssen bis /,, nicht mehr gleich /„, ist und der Operationsdeshalb nur geringe Kompensationsmaßnahmen er- 5 verstärker 27 eingeschaltet wird. Wenn der zwischen griffen werden, um hohe Geschwindigkeit und Masse und dem negativen Eingang des Operationsrasches Ansprechen ohne Schwingungen in der Nähe verstäri-rs 27 angeschlossene Widerstand R₁, relativ des Nullpunktpegels der Sägezahnsignale zu erhalten. groß und das System damit überbedämpft ist,' so wird

Der Eingangsklemme E_1n des Sägezahngenerators ein in Kurve c der Fi g. 2 dargestellter, eingeschwun-10 werden digitale Befehlssignale für Vorwärts-, 10 gener Zustand erreicht, bei dem ein kleiner Unter-Stopp- und Rückwärtsbefehle zugeführt. Der Säge- schied zwischen /,, und /„, den Operationsverstärker zahngenerator 10 spricht hierauf mit einem geeigne- 27 ein klein wenig aussteuert, hierdurch die Brückenten negativen oder positiven Sägezahnausgangssigna! begrenzerschaltung ein klein wenig verstimmt und an der Ausgangsklemme E₀₁₁₁ an, das als genaues Be- einen kleinen Strom l/„, bewirkt Infolge Al zieht zugssignal zur Regelung der Beschleunigung und Ab- 15 der Ausgang des Operationsverstärkers 24' einen zur bremsung des Treibrollenmotors 44 dient. Die Kurve α Kompensation von Al₁, und des Laststroms ausreider Fig. 2 zeigt typische Befehlssignale des digitalen chendcn Strom, und das System bleibt abgeglichen. E_/B-Signals mit einem Vorwärtsbefehl50 bei /_p einem Ist jedoch R₁, unzureichend klein und das System da-Stoppbefehl 50fl bei t und einem Ruckwärtsbefehl mit unstabil, so erreicht der Operationsverstärker 27 SOb bei t Der Stoppbefehl 50« hat Massepotential ₂₀ den eingeschwungenen Zustand nicht, sondern schalwahrend die Vorwärts- und Ruckwartsbefehle 50,50b tet ständig zwischen einem Ein- und einem Aus-Zupositive bzw. negative Spannungen haben die bei stand hin und her. Dieses Schalten bewirkt wiederum, vorzugsweise gleicher Amplitude über der Rückwärts- _daß _der Operationsverstärker 24 ständig ein- und durchbruchsspannung der Zenerdiode 18 hegen Die ausgeschaltet wird und hierdurch, wie in Kurve d der Amplituden der Vorwärts- und Ruckwartsbefehle50, *₅ Fig. 2 dargestellt, dem maximalen Spannungspegel 50 b hegen ubhcherweise be. ± 12 V. _cinen Sägezahnsignalverlauf 58 überlagert. Die Ver-

Wird der Eingangsklcmme E_1n zum Zeitpunkt /, wendung von Dioden 29 und 30 zur Begrenzung des

der Vorwartsbefehl 50 mit e.ner positiven Eingangs- Spannungshubs des Operationsverstärkers 27 vermin-

spannung zugeführt so -neigt die Spannung am dert auch die Amplitude des als Welligkeit überlager-

Verbindungspunkt 12 auf e.ne leicht positive 30 ten Sägezahnsignalverlaufs 58. Die unterbedämpfte

Spannung 52 (Kurve ft) an und bewirkt einen Strom Betriebsweise führt nicht nur zu einem unerwünsch-

I_ni = (VbIRn + )-[E₀JRt in den positiven Em- ten überlagerten Sägezahnsignal verlauf 58, sie hat

gang des Operationsverstärkers 27. D.eser Eingangs- auch einen scharfen übergang 60 zum Zeitpunkt /.

strom fuhrt dazu, daß der Operationsverstärker 27 bei Beginn des Sägezahnsignals zur Folge Im Gegen-

ausreichend Strom durch die Diode DlO und den 35 satz hierzu verzögert bei einem überbedämpften

Widerstand Rc+ treibt um die Spannung am zwei- Sägezahngenerator ein allmählicher übergang 62 auf

ten Anschluß 33 auf die maximale Ausgangsspan- _ein Sägezahnausgangssi.nal etwas das Anstechen,

nung des Operationsverstärkers 27 oder auf eine TrHrqimi «.,·, ic- 1 7 i «»»μιΐΛ."

Spannung ansteigen zu lassen, die einen zum Sättigen £ w e_der Nu "wird T r

des Operationsverstärkers 27 ausreichenden Strom 40 kenr7dic Ausl\Z 1 ^r' ^zum _u

durch den Widerstand^ + schickt. Da die DiodeD 10 ittlt^STTTf f^

infolge des Operationsverstärkers 27 leitet, sind die ebenfalls nach Null zurück. Wird der Sägezahngene-

DiodenD8undD9 m Spernchtung vorgespannt, und rator 10 zusammen mit einer Servoregelung verwen-

in den negativen Eingang 40 des Operationsverstär- det, so erhält man auf diese Weise Le glatte, ge-

kers 24 fließt ein Strom / = (+ Vc- V_nJlRc-; 45 regelte Abbremsfunktion Ist E- NuT so bewirkt

hierbei bedeutet V_11n den Durchlaßspannungsabfall eine nicht hi i £'" oewirki

_nJ; t E NuT so bewir

hierbei bedeutet V_11n den Durchlaßspannungsabfall eine nicht versrhwin i™h £'" c oewir

über der Diode DlllUuf diesen Strom hin wird der Strom /Der Strom /? ^-Spannung einen

Ausgang des Operationsverstärkers 24 negativ und stärker 27 verstimm h^? TT ί"⁰!?"³¹¹^"-

• _F ⁵ MdiNLr i/, verstimmt hierdurch die Bruckenbegren-

zieht einen Strom ;,„ = C, ~°~ = I„₂. Damit wird zerschaltung 28 und hat einen Strom /„„ zur Folge,

= I„₂. Damit wird
ein negatives Sägezahnsigna. 54 erzeugt, bis eJ°

,„, ist, Wenn /. und I₁ gleich sind, so ist das Ei. ^^ST&I^^e^TZ

gangssignal des Operationsverstärkers 27 Null; die ₅₅ einem positivin SägezahnSahM das £ ähnHcher

Brückenbegrenzerschaltung 28 ist damit abgeglichen Weise wie das neoJiZ q·· I · ,L- Tf

und schaltet / ab und die Ausgangsspa^nung an 2^Γ«ΐ? Ä^^£*Ä£

E₀₁₁, bleibt auf dem Pegel der maximalen Ausgangs- täten erzeugt wirH ρ;Γ ^em8^eS^eni^{esemer roi}*ⁿ

spannung 56 stehen. Diese maximale Ausgangsspan- SnJsSnS F S Ä'Ä^ ^- ΐ

nung 56 wird durch Einstellen des veränderbaren 60 d7 dif ZeneTdiod"e 18 H Hn /ηΐ, ! H

Widerstandes 26 (R₁) geregelt. Wenn der Wider- werden und St₍ί ^{und die}.^Dlo _c ^deDV η

standswert des Widerstands 26 zunimmt, so muß die SrSnT/ bVwirKn "^eS^atlf^{n Strom} '- ·■ ^D,^eT

Amplitude der Spannung an E₀₀, zunehmen, bevor AASiS fiSKTSÄf

"Nachdem der Operationsverstärker 24 den Strom S₅ &ί££$^%£* ^^^ζ^

Γ,, abgeschaltet hat. wird der Laststrom den Integra- einen Strom -/ = (-Kr-V VPrT Her den

tionskondensator C₁ langsam entladen, was zu einem invertierenden EingW des Ooerationsverstärkers 24

Strom Al,_% führt, auf Grund dessen der Verstärker aussteuert und da? ΐ^^Ζ5ϊ?ΪΓ£

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zeugt. V_0n ist der Durchlaßspannungsabfall über der Diode D 9. Das Sägezahnsignal 66 endet in einer maximalen Spannungsamplitude 68, wenn das System überbedämpft ist und in einem Sägezahnverlauf 70, wenn es unterbedämpft ist.

Eine zufriedenstellend arbeitende Ausführungsform des Sägezahngenerators 10 weist folgende Komponenten und Werte auf:

Zenerdiodel8 IN751A

Dioden Dl-D 6, D S-D 9, 29, 30 IN 914 A

R_z 470 Ω

Rn+,Rn- 5,1 kQ P/o

R₁ 7,5 kQ (Potentiometer

Operationsverstärker 24 Vz SN 72558 P

Operationsverstärker 27 ¹Z₂ SN 72558 P

R_d 1OkQ

C₁ 0,047 |iF

Rc+,Rc- 56 kQ P/o

± V + 12,0 V Gleichstrom

E_1n + 12 V Stufen

oder 0 V

Der Sägezahngenerator 10 liefert entsprechend den negativen und positiven digitalen Eingangssignalstufen positive und negative Sägezahnsignale doppeller Polarität. Die Sägezahnsignale weisen Flanken und maximale Amplituden auf, die von der Eingangsamplitude nahezu unabhängig sind und das Ausgangssignal kehrt in einem Sägezahnverlauf exakt zum Nullpunkt zurück, wenn das Eingangssignal Null wird. Die Amplitude des eingeschwungenen Zustands kann mit einem einzigen Potentiometer justiert werden, das auf die Amplitude sowohl der positiven wie auch der negativen Ausgangssignale gleichermaßen einwirkt.

Da nur ein einziges Potentiometer sowohl für die positiven als auch die negativen Sägezahnsignale verwendet wird, wird beim Eichen und Einjustieren der Schaltung sowohl in der Fabrik als auch bei der Anwendung Zeit gespart. Da die Zuverlässigkeit elektronischer Bauelemente verglichen mit der eines mechanischen Potentiometers nahezu unbegrenzt ist, ist die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Sägezahngenerators etwa doppelt so groß wie die eines herkömmlichen, zwei Potentiometer erfordernden Sägezahngenerators. Die Ausgangsspannung ist bei der Eingangsspannung Null exakt geregelt, und jede leichte Abweichung wirkt sich auf positive und negative Sägezahnsignale gleichermaßen aus.

Da leicht erhältliche Bauteile in einer äußerst einfachen Schaltung verwendet werden, kann der Sägezahngenerator mit weniger als drei Gehäuseeinheiten (D. I. P. packages) zusätzlich zum Integrationskondensator und dem Potentiometer aufgebaut werden. Demzufolge sind sowohl die Material- als auch die Zusammenbaukosten verglichen mit einem herkömmlichen Sägezahngenerator vergleichbarer Präzision äußerst niedrig.

Durch Änderung gewisser Bauteilwerte können die Sägezahnfunktionen unsymmetrisch gemacht werden. Zum Beispiel regeln die Widerstände Rc+ und Rc die Amplitude des Stroms I₁₁₂ und damit die Flank( des positiven bzw. negativen Sägezahnsignals. Ent sprechend regeln die Widerstände Rn+ und Rn den Strom/,,,, der den StromI_tl festlegt, und regeh damit die relativen maximalen Amplituden der posi tiven und negativen Sägezahnsignale.

Die in F i g. 1 gezeigte grundlegende Ausführungs form des Sägezahngenerators 10 kann durch Hinzu

ίο fügen oder Abändern variabler Widerstände an aus gewählten Schaltungspunkten für spezielle Effekte abgeändert werden. Diese speziellen Effekte könnei di; Brauchbarkeit des erfindungsgemäßen Sägezahn generators erheblich vergrößern.

Ein in Fig. 3 dargestellter Sägezahngenerator8( weist eine mit dem als Summationspunkt dienender Verbindungspunkt 12 verbundene Eingangsbrücken schaltung 82, eine auf den Strom aus dem als Sum mationspunkt dienenden Verbindungspunkt 12 an sprechende Konstantstromquelle, einen auf die Kon slantstromquelle ansprechenden integrierenden Ver Stärkerschaltkreis 84, eine zwischen einem Ausgang der integrierenden Verstärkerschaltung 84 und den als Summationspunkt dienenden Verbindungspunk 12 geschaltete Rückkopplungsimpedanz R,, und ein« an den Ausgang der integrierenden Verstärkerschal tung 84 angeschlossene Ausgangsschaltung 86 zu Änderung der Signalflanke auf. Die Eingangsbrücken schaltung 82 ähnelt der Eingangsbrückenschaltunj 17 des Sägezahngenerators 10 und ist, bis auf variabl Wideistände VRn+ und VRn-, die die Widerstände Rn+ und Rn- ersetzen, ähnlich aufgebaut. Durcr Ändern der Widerstände VRn+ und VRn- können die maximalen Ausgangsspanungen der positiven unc negativen Sägezahnsignale unabhängig voneinande geregelt werden. Wird z. B. VRn+ verkleinert, se wird das Sägczahnausgangssignal negativer werden bevor /,, gleich /„, wird und die Schaltung des Säge zahngcnerators abgleicht. Die änderbare Impedanz R kann immer noch zur Regelung des maximalen Aus gangssignals sowohl der positiven als auch der nega

tiven Sägezahnsignale gleichzeitig verwendet werden In der den Operationsverstärker 27 und die Brük

kenbegrenzerschaltung 28 aufweisenden Konstant stromquelle können ebenfalls spezielle Eigenschaften vorgesehen werden. Eine zwischen dem Widerstanc R,i am negativen Eingang des Operationsverstärker; 27 und Masse angeschlossene Spannungsquelle V kann zum Verschieben des gesamten Au&gangsspan nungssignalverlaufs verwendet werden. Ändert sich z. B. die Ausgangsspannung des Sägezahngenerator 80 zwischen — 12 V und +12 V bei einem Ruhe punkt bei 0 V, wenn V_d = 0 ist, so wird sie sich zwi sehen — 10 V und M4 V mit einem Ruhepunkt be -ί 2 V ändern, wenn V₁, — 2 V ist. Werden außerderr die festen Widerstände Rc+ und Rc- durch variable Impedanzen VRc+ und VRc- ersetzt, so können die Flanken des positiven und negativen Sägezahnausgangssignals unabhängig voneinander geänder werden, ohne die maximale Amplitude der Ausgangsspannung zu beeinflussen.

Wird zwischen dem Ausgang 34 der Brücken begrenzerschaltung 28 und dem Verbindungspunk 40 am Eingang des integrierenden Operationsverstär

⁶S kers 24 ein veränderbarer Widerstand VR_S einge schaltet, so können die Flanken sowohl des positiver als auch des negativen Sägezahnsignals symmetrise und gleichzeitig geregelt werden. Es muß jedoc

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sichergestellt sein, daß die maximale Ausgangssignalspannung des Operationsverstärkers 27 die Spannung über dem Widerstand VR_S einschließlich der Durchlaßvorspannung der Dioden D 8 oder DlO übersteigt-Anderenfalls arbeitet die Brückenbegrenzerschaltung 28 nicht richtig im Schaltbetrieb als Begrenzer.

Wird der Sägezahngenerator 80 als Stromgenerator betrieben, so können die positiven und negativen Sägezahnsignale herkömmlich durch die Ausgangsschaltung 86 unabhängig geregelt werden. Die Ausgangsschaltung 86 weist für positive Ausgangsstrome

einen variablen Widerstand VR₁₁+ und eine Diode D14 und für negative Ausgangsströme einen variablen Widerstand VR_U- und eine Diode D15 auf, die parallel zum Widerstand VR_U + und zur Diode

D14 geschaltet sind. Im Gegensatz zu den Impedanzen VR_n+ und VR_n-, die nur die maximale Spannung beeinflussen, und den Impedanzen VR_C + und VR_C-, die sich nur auf die Flanken auswirken, beeinflußt eine Änderung der Widerstände VR₁₁ +

und VR₁₁- sowohl die Flanke als auch den maximalen Strom.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

23 Ol Patentansprüche:

1. Durch Eingangssteuersignale steuerbarer Sägezahngenerator, insbesondere zur Steuerung einer Treibrollenantriebsschaltung, mit einer Integrationsschaltung, die entsprechend einem ihrem Eingang zur Integration zugeführten Strom an ihrem Ausgang ein Sägezahnsignal abgibt und mit einer Stromsteuerschaltung, die entsprechend dem ihr zugeführten Eingangssteuersignal einen festgelegten Strom an einen mit der Integrationsschaltung gekoppelten Verbindungspunkt abgibt, gekennzeichnet durch eine Stromquelle ¹S (27, 28; 27, Ra), die entsprechend einem vcn ihr aus dem Verbindungspunkt (12) aufgenommenen Strom den zu integrierenden Strom an den Eingang der Integrationsschaltung (24, 25; 84) abgibt und durch eine zwischen dem Ausgang der Integrationsschaltung (24, 25; 84) und dem Verbindungspunkt (12) angeschlossene Impedanz (26).

2. Sägezahngenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (27, 28) einen mit seinem Eingang an den Verbindungspunkt (12) angeschlossenen weiteren Verstärker (27) und eine mit dem Ausgang des weiteren Verstärkers (27) verbundene Brückenbegrenzerschaltung (28) aufweist, die einen vom Ausgangssignal des weiteren Verstärkers (27) abhängigen Strom an die Integratiohsschaltung (24. 25; 84) abgibt.

3. Sägezahngenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des weiteren Verstärkers (27) eine Begrenzerschaltung (D 29, D 30) zur Begrenzung seiner maximalen Spannungsausgangsamplitude abgeschlossen ist.

4. Sägezahngenerator nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenbegrenzerschaltung (28) vier als Brücke geschaltete Dioden (D8, D9, DlO, DIl) aufweist, daß der Ausgang des weiteren Verstärkers (27) und der Eingang der Integrationsschaltung (24, 25; 84) mit jeweils einem Anschluß (33, 34) der einen Brückendiagonale verbunden sind, und daß eine positive Stromquelle (-( Vc, Rc-) an den einen Anschluß (31) und eine negative Stromquelle (- Vc, Rc + ) an den anderen Anschluß (32) der anderen Brückendiagonale angeschlossen ist.

5. Sägezahngenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (D 8, D 9, DlO, DIl) für Ströme der positiven und der negativen Stromquelle (-*■■ Vc, Rc- ; — Vc, Rc-* ) in Durchlaßrichtung gepolt sind.

6. Sägezahngenerator nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die positive und die negative Stromquelle ( i Vc\ Rc-; —Ve, Rc + ) veränderbare Widerstände (Rc- ; Rc + ) aufweisen, die an eine positive bzw. eine negative Spannungsquclle (I- Vc; —Ve) angeschlossen sind.

7. Sägezahngenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verstärker (27) mit einem nicht invertierenden Eingang an den Verbindungspunkt (12) und mit einem invertierenden Eingang über einen Widerstand (Rd) an Masse angeschlossen ist.

8. Sägezahngenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Ausgang der Integrationsschaltung (24, 25; 84) und dem Verbindungspunkt (12) angeschlossene Impedanz (26) ein veränderbarer Widerstand ist.

9. Sägezahngenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstromschaltung (17; 80) zwei mit jeweils einem Anschluß an den Verbindungspunkt (12) angeschlossene Widerstände(Rn +, Rn-) und eine mit ihrer Anode (22) und ihrer Kathode (20) jeweils an die anderen Anschlüsse der beiden Widerstände (Rn + .. Rn-) angekoppelte Zenerdiode (18) aufweist und daß eine Koppelschaltung (Dl bis D 6) entsprechend der Polarität des ihr zugeführten Eingangssteuersignals bei positivem Eingangssteuersignal die Anode (22) und oder den an sie angekoppelten anderen Anschluß des einen der beiden Widerstände (Rn —) und bei negativem Eingangssteuersignal die Kathode (20) und oder den an sie angekoppelten anderen Anschluß des anderen der beiden Widerstände (Rn f) nach Masse schließt und hierbei die Rückwärtsdurchbruchsspannung der Zenerdiode (18) an die anderen Anschlüsse der beiden Widerstände (Rn +-, Rn -) anlegt.

10. Sägezahngenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschaltung (Dl bis D 6) eine Diodenbrückenschaltung ist, die so geschaltet ist, daß die Steuerstromschaltung (17; 80) bei fehlendem Fingangssteuersignal « keinen Strom an den Verbindungspunkt (12) abgibt.

11. Sägezahngenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang der Stromquelle (27. 28) und dem Eingang der Integrationsschaltung eine veränderbare Impedanz (VR,) geschaltet ist.

12. Sägezahngenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dessen Integrationsschaltung einen Verstärker aufweist, zwischen dessen Eingang und Ausgang ein Kondensator angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Kondensator (25) und dem Ausgang des Verstärkers (24) ein veränderbarer Widerstand geschaltet ist, und daß der gemeinsame Verbindungspunkt des Kondensators (25) und dieses veränderbaren Widerstands mit der Ausgangsklemme verbunden ist.

13. Sägezahngenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den gemeinsamen Verbindungspunkt des Kondensators (25) mit dein veränderbaren Widerstand und der Ausgangsklemme eine Ausgangsschaltung angeschlossen ist, die Ströme entgegengesetzter Richtung über jeweils einen von zwei jeweils eine Diode (D 14. D 15) und einen veränderbaren Widerstand (VRii + , VRu-) aufweisende, parallele Stromwege leitet.

14. Sägezahngenerator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Sägezahngenerator (10) angeschlossene Treibrollenschaltung einen Treibrollenmotor (44) und einen vom Ausgangssignal des Sägezahngenerator? (10) steuerbaren Servokreis

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(41) zur Regelung des Treibrollenmotors (44) aufweist.

15. Sägezahngenerator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Servokreis (41) an den Ausgang konstanter Impedanz des Verstärkers (24) der Integrationsschaltung (24, 25) angeschlossen ist, der ein Antriebssignal an den Treibrollenmotor (44) abgibt.