DE2301824C3 - Steuersignalgenerator, insbesondere zur Steuerung einer Treibrollenantriebsschaltung - Google Patents

Description

eine mit ihrer Anode an Masse und ihrer Kathode an die Anode der ersten Diode (Dl) angeschlossene dritte Diode (D 3),

einer mit ihrer Anode an die Kathode der zweiten Diode (D 2) und ihrer Kathode an Masse angeschlossenen vierten Diode (D 4), einer in Stromdurchlaßrichtung gcpolt zwischen den Steuereingang (E_m) und die Anode der ersten Diode (D 1) gekoppelten fünften Diode (D 5) und
einer in Stromdurchlaßrichtung gepolt zwischen die Kathode der zweiten Diode (D 2) und den Steuereingang (£,„) gekoppelten sechsten Diode (D6).

2. Steuersignalgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (27, 28) einen mit seinem Eingang an den Verbindungspuniit (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 Integrationsschaltung (24,25; 84) abgibt.

3. Steuersignalgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des weiteren Verstärkers (27) eine Begrenzerschaltung (D 29, D 30) zur Begrenzung seiner maximalen Spannungsausgangsamplitude angeschlossen ist. «1

4. Steuersignalgcnerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brückenbegrenzerschaltung (28) vier als Brücke geschaltete Dioden (D 8, D9, DlO, D II) aufweist, daß der Ausgang des weiteren Verstärkers (27) und der Eingang der integrationsschallung (24, 25; 84) mit jeweils einem Anschluß (33, 34) der einen Brückendiagonale verbunden sind, und daß eine positive Stromquelle (4- Vc, Rc —) an den einen Anschluß (31) und eine negative Stromquelle (— Vc, Rc +) an den anderen Anschluß (32) der anderen Brückendiagonale angeschlossen ist.

5. Steuersignalgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (D 8. D 9, D i0, D11) für Ströme der positiven und der negativen Stromquelle (+Vc, Ac-; -Vt. Rc+) in Durchlaßrichtung gepolt sind.

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

7. Steuersignalgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, da,^R der weitere Verstärker (27) mit einem nicht invertierenden Eingang an den Verbindungspunkt (12) und mit einem invertierenden Eingang über einen Widerstand (RJ\ an Masse angeschlossen ist

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

10. Steuersignalgenerator 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 -tes Verstärkers (24) ein veränderbarer Widerstand geschaltet ist, und daß der gemeinsame Verbindungspunkt des Kondensators (25) und dieses veränderbaren Widerstands mit der Ausgangsklemme verbunden ist.

11. Steuersignalgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den gemeinsamen Verbindungspunkt des Kondensators (25) mit dem veränderbaren Widerstand und der Ausgangsklemme eine Ausgangsschaltung angeschlossen ist, die Ströme entgegengesetzter Richtung über jeweils einen von zwei jeweils eine Diode (D 14, D15) und einen veränderbaren Widerstand (VRu +, VRu -) aufweisende, parallele Stromwege leitet.

Die Erfindung betrifft einen Steuersignalgenerator, insbesondere zur Steuerung einer Treibrolienantriebsschaltung gemäß den Merkmalen des Überbegriffs des Patentanspruchs I.

Steuersignale mit rampcnförmiger Flanke erzeugende Steuersignalgeneratoren als auch Sägezahngcneratoren werden in der gesamten Elektronikindustrie vielfach angewendet und sie wurden in vielen Ausführungsformen entwickelt. Die hierbei verwendeten Schaltbilder umfassen im allgemeinen eine Konstantstromquellc, die einen Integrator, wie z. B. einen Operationsverstärker mit einer kapazitiven Rückkopplung, ansteuert. Oftmals ermöglichen komplizierte Anordnungen die Korn-

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pensation der Temperatur, die Regelung des Ausgangsnullpunkts und die Justierung der Flanke und der maximalen Spannung sowohl bei positivem wie bei negativem Sägezahnverlauf.

In manchen Di^italsystemen. wie z. B. den Steuersystemen digitaler Magnetbandtransporteinrichtungen, werden die Befehlssignale zur Vorwärts- und Rückwärtslaufrichtung als einziges Eingangssignal zugeführt, dessen Potentat 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 Bezugssignal mit rampenförmiger Flanke verwendet. Der Steuersignalgenerator spricht auf die Befehlssignale an, indem er zur Steuerung der Beschleunigung in positiver oder negativer Laufrichtung ein positives oder negatives rampenförmiges Signal abgibt und dann nach Aufhören des Sefehlssignals zur Steuerung des Abbremsen ein rampenförmiges Signal entgegengesetzer 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 Steuersignalgeneratoren mit getrennten Ausgängen für positive und negative rampenförmige Signale. Die Ausgänge müssen an den Treibrollenservokreis über Trenndioden angekoppelt werden, um eine getrennte Justierung entgegengesetzter Polaritäten des rampenförmigen Signals zu ermöglichen. Diese Trenndioden wirkten sich jedoch auf den Treibrollenservokreis, der infolge der Rückkopplungsschaltung in gewissem Ausmaß gedämpft war, nachteilig 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 Eingängsimpedanz aber hoch, so ist die erforderliche Kompensation beträchtlich, um Schwingungen des Treibrollenservokreiscszu vermeiden. Die Trcnndioden herkömmlicher Systeme zeigen zwar im leitenden Zustand eine nur geringe Kompensation erfordernde kleine E'ingangsimpendanz, 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.

Aus der US-PS 35 99 063 ist eine Treibrollen-Antriebsschaltung bekannt, bei welcher Jie Drehzahl des Treibrollenmotors mittels eines Servo- oder Regelkreises abhängig von einem Eingangssteucrsignal über einen PI-Regler geregelt wird. Der PI-Regler umfaßt eine Intcgrationsschaltung mit einem Operationsverstärker, dessen Eingang den Summationspunkt für ein von einem Tachogenerator erzeugtes Rückkopplungssignal und ein über einer Steureingang zugeführtes Eingangssieuersignal bildet. Zwischen den Eingang und den Aus gang des Operationsverstärkers sind vorgespannte Dioden angeschlossen. Der ebenfalls zwischen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers angeschlossene Integrationskondensator ist von einem elektronischen Schalter überbrückt, der vom Ausgangssignal der Integrationsschaltung gesteuert wird. Der Kondensator wird kurzgeschlossen und die Integrierfunktion damit abgeschaltet, wenn die Ausgangsspannung nahezu Null ist. Schwankungen der Eingangssteuerspannung und/ oder der Betriebsspannung führen bei dieser Treibrollenantriebsschaltung zu Schwankungen des von der Integrationsschaltung erzeugten rampenförmigen Steuersignals. Auch bei dieser bekannten Schaltung müssen eine Vielzahl Einstellglieder justiert werden, um sowohl die positiven als auch negativen maximalen Amplituden des rampenförmigen Signals exakt festlegen zu können.

Weiterhin ist ein Steuersignalgenerator mit einer Integrationsschaltung bekannt (DE-AS 12 42 357), die entsprechend einer dem Eingang der Integrationsschaltung über einen Schalter zugeführte Steuerspannung rampenförmige Signale einstellbarer Amplitude und Polaritat abgibt. Die Amplitude wird dr.'-di die Zeitdauer bestimmt, während dsr der Schalter geschlossen ist. Urn vorgeschriebene Werte der Amplitude einhalten zu können, sind relativ aufwendige Zeitsteuerschaltungen für diesen Schalter erforderlich.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem insbesondere für eine Treibrollenantriebsschaltung geeigneten Steuersignalgenerator, welcher abhängig von Eingangssteuersignalen an seinem Ausgang Steuersignale mit rampenförmiger Flanke erzeugt, mit einfachen Mitteln eine exakte Festlegung sowohl positiver als auch negativer maximaler Amplituden des ausgangsseitigen Steuersignals zu erreichen, und zwar unabhängig von Schwankungen des Eingangssteuersignals.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Ein genauer Steuersignalgenerator dieser Art für doppelte Polarität hat eine relativ einfache ab monolithischer integrierter Schaltkreis herstellbare Konstruktion und muß nur an einer einzigen Stelle zur Steuerung ces Spannungspegels beider Polaritäten der rampenförmigen Steuersignale eingestellt werden. Die Amplitude des Steuersignals wird sowohl bei positiver als auch negativer Polarität exakt an den durch das Eingangssteuersignal festgelegten Wert angeglichen. Die Amplitude des Steuersignals wird weiterhin unmittelbar durch den Wert eines elektrischen Signals und nicht über ein Zeitintervall festgelegt. Wird der Steuersignalgenerator unmittelbar an einen Servokreis, wie z. B. den Servokreis einer Treibrollenaniriebsschaltung einer Bandiransporteinrichtung angekoppelt, so liefert er dem Eingang eine optimales Frequenzvcrhalten des Servokreiser ermöglichende konstante Impendanz.
Die Stromsteuerschaltung des Steuersignalgenerators liefert entsprechend positiven und negativen stufenförmigen Eingangssignalen exakt temperaturkoinpensierte Beztgsströme doppelter Polarität. Die zwischen dem Aurgang der Integrationsschaltung und dem Verbindungspunkt angeschlossene Impedanz dient als Rückkopplungsschaltung und liefert einen dem Ausgangssignal der Integrationsschaltung proportionalen Rückkopplungsstrom. Die Impedanz bestimmt die Amplitude sowohl positiver als auch negativer Sägezahnsignale und ist vorzugsweise als veränderbarer Wider-

b5 stand ausgebildet. Das rampenförmige Steuersignal wird von einem Integrationsverstärker der Integrationsschaltung geliefert, der von einer Konstantstromquelle doppelter Polarität entsprechend einer Differenz

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zwischen dem Bezugs- und dem Rückkopplungsstrom gesteuert wird.

Die Diodenbrückenschaltung steuert die Spannung über einer zwischen zwei gegenüberliegenden F.ckpunkten der Brückenschaltung angeschlossenen Zenerdiode, wobei zwei Ausgangsanschlüsse der Brückenschaltung über angepaßte Widerstände an den als Summationspunkt wirkenden Verbindungspunkt gekoppelt sind. Die Anschlüsse der Zenerdiode werden entsprechend positiven bzw. negativen Eingangsspannungen wechselweise im Potential festgelegt, womit die Brükkenschaltung genau geregelte Bezugsströme entgegengesetzter Polaritäten über die beiden Widerstände an den Summationspunkt liefert. Die Zenerdiode kann so ausgewählt sein, daß sie eine Temperaturempfindlich- r> keit hat, die diejenige der anderen Schaltkrcisclemcnte kompensiert.

Es ist weiterhin bekannt (DE-AS 12 78 498). Diodenbrücken als Schalter zu verwenden. Von einer als Brükkenbegrenzcr aufgebauten Diodenbrücke wird Gebrauch gemacht in einer Ausführungsform, in der die Stromquelle einen Verstärker hoher Verstärkung aufweist, der den als spannungsgesteuerte Stromquelle verwendeten Brückenbegrenzer schaltet. Die Stromquelle steuert den Integrationsverstärker entsprechend den 2'> Strömen aus dem Summationspunkt an. Infolge der hohen Verstärkung des schaltenden Verstärkers wird der Brückenbegrenzer wirkungsvoll im Schaltbetrieb betrieben und zeigt ein schnelles, genaues Ausgangsansprechverhalten. Als Rückkopplungsschaltung vom jo Ausgang des Integrationsverslärkers zum Summationspunkt dient vorzugsweise ein Potentiometer. Wenn das rampenförmige Steuersignal eine den Strom durch die Rückkopplungsschaltung an den Bezugsstrom angleichende Spannungsamplitude hat. wird dem schaltenden Verstärker kein Strom mehr zugeführt, und das Sägezahnsignal behält seinen Pegel bei. Wenn das Eingangssignal Null wird, so nimmt das Ausgangssignal rampenförmig auf einen sehr genauen Nullpunkt ab.

In anderen Ausführungsformen können eine Vielzahl Merkmale hinzugefügt werden, die das Ausgangssignal abändern oder unsymmetrische Eigenschaften bewirken. Werden z. B. die angepaßten Widerstände in der Eingangsbrückenschaltung durch veränderbare Widerstände ersetzt, so können die Endamplituden der positiven und negativen rampenförmigen Steuersignale unabhängig voneinander geregelt werden. Durch Verbinden des negativen Eingangs des schaltenden Verstärkers mit einer Gleichspannungsquelle kann das Ausgangssignal un einen der Amplitude der Spannungsquelle gleichen Betrag verschoben werden. Werden zwischen der positiven und der negativen Spannungsquelle und der Brückenbegrenzerschaltung veränderbare Widerstände eingeführt, so können die Flanken der rampenförmigen Steuersignale unabhängig voneinander geregelt werden, während die Verwendung einer veränderbaren Impedanz zwischen der Brückenbegrenzerschahung und dem Integrationsverstärker die gemeinsame Regelung der positiven und negativen Flanken des rampenförmigen Steuersignals ermöglicht.

In seiner Grundform verringert der durch eine einzige Justierung einstellbare Steuersignalgenerator die Einstellzeit auf ein Minimum und erhöht die Zuverlässigkeit, indem er die Anzahl elektromechanischen Bauteile auf ein Mindestmaß verringert. Alle Bauteile eig- b5 nen sich zusätzlich für integrierte Schaltkreistechnik und Einbau in Einheitsgehäuse.

Zum besseren Verständnis der Erfindung soll sie im folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt

Fig. I eine schcmaiische Darstellung einer Treibrollcnantriebsschaltung in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Steucrsignalgencrator,

F i g. 2 eine Darstellung der das Verständnis der erfindung.sgcmäßcn Betriebsweise erleichternden Signalverliüifc a) bisd) und

Fig.3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuersignulgcncrators.

Ein in Fig. 1 dargestellter Steuersignalgencrator 10, nachstehend auch als Sägezahngenerator bezeichnet, erzeugt entsprechend positiven und negativen Eingangssignalen E_1n Steuersignale mit rampenförmiger Flanke doppelter Polarität, nachfolgend auch kurz als Sägezahnsignale bezeichnet. Der Sägezahngenerator 10 erzeugt zur Steuerung der Endamplitude der positiven und negativen Sägczahnsignalc an einem Verbindungspunkt 12 einen genauen Bezugsstrom. Der Verbindungspunkt 12 liegt zwischen zwei Widerständen Rn + und Rn —, die zwischen zwei Anschlüssen 14, 16 einer Eingangsbrückcnschaltung 17 angeschlossen sind. Die Eingangsbrückcnschaltung 17 erzeugt eine ausgewählte Rückwärtsdurchbruchsspannung über eine Zenerdiode 18.

Dir Zenerdiode 18 liefert ihre Rückwärtsdurchbruchsspannung zwischen einem Kathodenanschluß 20 und einem Anodenanschluß 22 Die Eingangsbrückenschaltung 17 erzeugt die Rückwärtsdurchbruchsspannung in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung und weist eine den Strom vom Kathodenanschluß 20 zum Anschluß 14 leitende Diode DX, eine Strom vom Anschluß 16 zum Anodenanschluß 22 leitende Diode D 2, eine Strom von der Masse zum Kathodenanschluß 20 leitende Diode D3, eine Strom vom Anodenanschluß 22 zur Masse leitende Diode D4, eine Strom von der Eingangsklemme E_1n zum Kaihodenanschluß 20 leitende Diode DS und eine Strom vom Anodenanschluß 22 zur Eingangsklemme £,„ leitende Diode D6 auf. Die Eingangsbrückenschaltung 17 muß nicht notwendigerweise als monolithischer Schaltkreis ausgeführt sein; diese Ausführungsform wird jedoch bevorzugt, da sie gleichmäßigere Betriebseigenschaften der Dioden D 1 bis D 6 sicherstellt.

Im Betrieb treibt eine positive Eingangsspannung an der Eingangsklemme E_in einen Strom durch einen Widerstand R„ die Diode D5. die Zenerdiode 18 und die Diode DA und bewirkt so die Rückwärtsdurchbruchsspannung Vb über der Zenerdiode 18, deren A;.«>denanschluß 20 auf Masse gehalten wird. Eine negative Eingangsspannung an der Eingangsklemme £/„ treibt einen Strom von der Masse Ober die Diode D 3. die Zenerdiode 18, die Diode D 6 und den Widerstand R, zur Eingangsklemme Ei_n. Durch die negative Eingangsspannung an der Eingangsklemme E„ wird der Kathodenanschluß 20 auf Masse gehalten. Im eingeschwungenen Zustand befindet sich der Verbindungspunkt 12 auf virtuellem Massepotential und es fließt am Verbindungspunkt 12 ein genau geregelter Bezugsstrom I_n, = Vb/ Rn+ oder l_n,= Vb/Rn -. Solange die Widerstände Rn + und Rn — Präzisionswiderstände mit gleichen Widcrstandswerten sind und solange die Spannungen an der Eingangsklemme E_1n die Rückwärtsdurchbruchsspannung Vb übersteigen, sind die Amplituden der Bezugsströme /„ 1 sowohl für positive als auch negative Eingangsspannungen an der Eingangsklemme E_m gleich und nahezu unabhängig von der Amplitude dieser

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Eingangsspannungen. Da die einzelne Zcncrdiode 18 die Amplituden sowohl positiver als auch negativer Spannungen Cber den Widerständen Rn + und Rn -bestimmt, treten keine Probleme beim Anpassen der Zcnerdiode oder durch Alterungsabweichungen auf. Die Rückwärtsdurchbruchsspannung Vb wird vorzugsweise etwa im Bereich von 5,1 bis 5,6 V gewählt und zeigi fast keinerlei Temperaturempfindlichkeit, da in diesem Spannungebereich betriebene Zenerdioden äußerst stabil sind. IU

Das Ausgangssignal £„_u, liefert ein integrierender Operationsverstärker 24 mit einem zwischen dem Ausgang und einem invertierenden Eingang als Rückkopplung angeschlossenen Integrationskondensator 25 (Q). Ein als Rückkopplungswiderstand Rr, z. B. als Potentiometer ausgeführter, veränderbarer Widerstand 26 ist zur Rückkopplung zwischen dem Ausgang und dem

Eine Konstantstromquelle führt den invertierenden Eingang 40 des Operationsverstärkers 24 entsprechend positiven und negativen Gesamtströmen am Verbindungspunkt 12 Strom zu. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Konstantstromquclle einen Operationsverstärker 27 und eine Brückenbegrenzerschaltung 28 mit Dioden Di bis DW auf, die zwischen einer ersten Stromquelle — Vc/Rc + und einer zweiten Stromquelle + Vc/Rc - angeschlossen sind. Die Brückenbegrenzerschaltung 28 ist ähnlich der Eingangsbrückenschaltung 17 vorzugsweise als monolithischer integrierte . Schaltkreis ausgeführt. Der Operationsverstärker 27 ist mit seinem positiven Eingang an den Verbindungspunkt 12 angeschlossen und sein invertierender Eingang ist über einen Dämpfungswiderstand Ad mit Masse verbunden. Zwischen dem Ausgang und dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 27 können zusatzlieh zwei gegensinnig gepolte Dioden 29 und 30 parallel angeschlossen sein und als Zenerdioden zur Begrenzung der maximalen Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 27 dienen. Ein Operationsverstärker geht nicht unmittelbar von einer positiven Spannung auf eine negative Spannung über, sondern dies erfolgt mit einer dem gewählten Typ des Operationsverstärkers eigentümlichen vorbestimmten Geschwindigkeit. Ist die maximale Ausgangsspannung etwa durch die Dioden 29 und 30 begrenzt, so ist die maximale Übergangszeit ebenfalls begrenzt und die Anspiechgeschwindigkeit des Systems wird verbessert. Da die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 27 die Durchlaßvorspannung der Brückendioden nicht überschreiten muß, um die Brückenbegrenzerschaltung 28 abzuschalten, können die Kosten gesenkt werden, indem die Dioden 29 und 30 als Standarddioden auf dem gleichen Typ der integrierten Schaltung mit den Dioden der Brückenbegrenzerschaltung 28 vorgesehen werden. Werden Dioden 29 und 30 benutzt, so begrenzen sie die Ausgangsspannung ss des Operationsverstärkers 27 durch ihre Durchlaßvorspannung.

Die Brückenbegrenzerschaltung 28 hat einen ersten Anschluß 31, der über einen Widerstand Rc - an eine positive Spannung + Vc angeschlossen ist, einen zweiten Anschluß 32, der über einen Widerstand Rc + an eine negative Spannung — Vc angeschlossen ist, einen dritten Anschluß 33, der mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 27 verbunden ist, und einen vierten Anschluß 34, der mit dem invertierenden Eingang des Ope- rationsverstärkers 24 verbunden ist Eine Diode D 8 leitet Strom vom ersten Anschluß 31 zum dritten Anschluß 33; eine Diode D S leitet Strom vom vierten Anschluß 34 zum zweiten Anschluß 32; eine Diode D 10 leitet Strom vom dritten Anschluß 33 zum zweiten Anschluß 32; und eine Dioe DIl leitet Strom vom ersten Anschluß 31 zum vierten Anschluß 34.

In einer anderen Ausführungsform ist die Brückenbegrenzerschaltung 28 fortgelassen und ein Widerstand Ra ist, wie in F i g. ! gestrichelt eingezeichnet, zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 27 und dem invertierenden Eingang 40 des Operationsverstärkers 24 angeschlossen. In dieser Ausführungsform ergibt die den Widerstand Ra zugeführte maximale Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 27 die Konstantstromquellc zum Betrieb des Operationsverstärkers 24. Diese Ausführungsform ist zwar etwas einfacher, ermöglicht jedoch weniger genaue Regelung der Ausgangsflanken als die bevorzugte Ausführungsform.

Um die Beschreibung der Betriebsweise des Säge-

Ströme bezeichnet werden. Durch den veränderbaren Rückkopplungswiderstand 26 fließt ein Strom Ir 1 vom Verbindungspunkt 12 zum Ausgang, und vom Verbindungspunkt 12 fließt ein Strom /„1 zu einem Verbindungspunkt 38 des Rückkopplungswiderstands 26 mit dem positiven Eingang des Operationsverstärkers 27. Der Eingangsstrom des Operationsverstärkers 27 ist damit 1— I_n 1 — It x- Durch den Integrationskondensator 25 (O) fließt ein Strom in zum Ausgang und vom vierten Anschluß 34 fließt ein Strom /_n2 zu einem Verbindungspunkt 40 des Integrationskondensators 25 mit dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 24.

Wird der Sägezahngenerator 10 wie im vorliegenden Fall als Steuerschaltung einer Digitalmagnetbandtrar.sporteinrichtung verwendet, so ist der Ausgang E₀,,, des Sägezahngenerators 10 an einen Treibrollenservokreis 41 angeschlossen. Der Treibrollenservokreis 41 weist einen Vorverstärker 42 auf. der an einen seinerseits einen Treibrollenmotor 44 speisenden Leistungsverstärker 43 angeschlossen ist. Ein erster Rückkopplungsweg 45 koppelt zwischen den Anschlußklemmen des Treihrollenmotors 44 und dem Vorverstärker 42 zurück. Ein mechanisch angekoppelter Tachometer 46 ermittelt, durch eine gestrichelte Linie 47 schematisch dargestellt, die Treibrollengeschwindigkeit und liefert als zweiter Rückkopplungsweg ein Rückkopplungssignal an den Vorverstärker 42. Die mechanische Kopplung 47 kann herkömmlich durch unmittelbare Kopplung mit der Welle des Treibrollenmotors oder durch Reibungsantrieb einer drehbaren, der Treibrolle benachbarten Rolle durch das Band erfolgen.

Im Gegensatz tu herkömmlichen Systemen muß das alleinige Ausgangssignal des Sägezahngenerators 10 nicht über Dioden an den Treibrollenservokreis 41 angekoppelt werden, und die Quellenimpedanz am Vorverstärker 42 bleibt über dem gesamten Betriebsbereich des Sägezahngenerators 10 im wesentlichen konstant auf einem relativ kleinen Wert In der Schaltung des ersten Rückkopplungswegs 45 müssen deshalb nur geringe Kompensationsmaßnahmen ergriffen werden, um hohe Geschwindigkeit und rasches Ansprechen ohne Schwingungen in der Nähe des Nullpuriktpegels der Sägezahnsignale zu erhalten.

Der Eingangsklemme E„ des Sägezahngenerators 10 werden digitale Befehlssignale für Vorwärts-, Stopp- und Rückwärtsbefehle zugeführt. Der Sägezahngenerator 10 spricht hierauf mit einem geeigneten negativen oder positiven Sägezahnausgangssignal an der Ausgangsklemme E₀₁₁₁ an, das als genaues Bezugssignal zur Regelung der Beschleunigung und Abbremsung des

Treibrollenmotors 44 dient. Die Kurve a der Fig. 2 zeigt typische Befehlssignale des digitalen £,„-Signa!s mit einem Vorwärtsbefehl 50 bei ti, einem Stoppbefehl 50a bei /2 und einem Rückwärtsbefehl 506 bei ty Der Stoppbefehl 50a hat Massepotential, während die Vorwärts- und Rückwärtsbefehle 50, 506 positive bzw. negative Spannungen haben, die bei vorzugsweise gleicher Amplitude über der Rückwärtsdurchbruchsspannung der Zenerdiode 18 liegen. Die Amplituden der Vorwärts- und Rückwärtsbefehle 50, 506 liegen üblicherweise bei ±12 V.

Wird der Eingangsklemme E_m zum Zeitpunkt f| der Vorwärtsbefehl 50 mit einer positiven Eingangsspannung zugeführt, so steigt die Spannung am Verbindungspunkt 12 auf eine leicht positive Spannung 52 (Kurve ty an und bewirkt einen Strom

I_ni-(Vb/Rn + )-(£,„,//?,)

in den positiven Eingang des Operationsverstärkers 27. Dieser Eingangsstrom führt dazu, daß der Operationsverstärker 27 ausreichend Strom durch die Diode D10 und den Widerstand Rc + treibt, um die Spannung am zweiten Anschluß 33 auf die maximale Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 27 oder auf eine Spannung ansteigen zu lassen, die einen zum Sättigen des Operationsverstärkers 27 ausreichenden Strom durch den Widerstand Rc + schickt. Da die Diode D 10 infolge des Operationsverstärkers 27 leitet, sind die Dioden D 8 und D S in Sperrichtung vorgespannt, und in den negativen Eingang 40 des Operationsverstärkers 24 fließt ein Strom

hierbei bedeutet V₀ w den Durchlaßspannungsabfall über der Diode D Vi. Auf diesen Ström hin wird der Ausgang des Operationsverstärkers 24 negativ und zieht einen Strom

Damit wird ein negatives Sägezahnsignal 54 erzeugt, bis E₀₁₁, seine maximale negative Spannung 56 errreicht hat. wobei dann /n- - E„_u,/Rr gleich dem Bezugsstrom I_n 1 ist Wenn I_n 1 und Ir₁ gleich sind, so ist das Eingangssigna! des Operationsverstärkers 27 Null; die Brückenbegrenzerschaltung 28 ist damit abgeglichen und schaltet /„2 ab und die Ausgangsspannung an E_ou, bleibt auf dem Pegel der maximalen Ausgangsspannung 56 stehen. Diese maximale Ausgangsspannung 56 wird durch Einstellen des veränderbaren Widerstandes 26 (Rf) geregelt Wenn der Widerstandswert des Widerstands 26 zunimmt, so muß die Amplitude der Spannung an E_0n zunehmen, bevor In- I_n 1 ist.

Nachdem der Operationsverstärker 24 den Strom In abgeschaltet hat, wird der Laststrom den Integrationskondensator Cf langsam entladen, was zu einem Strom JIn führt, auf Grund dessen der Verstärker den größten Teil des für die Last und //1 erforderlichen Stroms liefert Die Amplitude der Spannung an £"„„, wird jedoch beim Entladen von G abnehmen, bis In nidit mehr gieich /„ι ist und der Operationsverstärker 27 eingeschaltet wird. Wenn der zwischen Masse ufld dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 27 angeschlossene Widerstand R_d relativ groß und das System damit

übcrbedämpfi ist, so wird ein in Kurve c der Fig.2 dargestellter, eingeschwungener Zustand erreicht, bei dem ein kleiner Unterschied zwischen /n und l_n\ den Operationsverstärker 27 ein klein wenig aussteuert, hierdurch die Brückenbcgrenzerschaltung ein klein wenig verstimmt und einen kleinen Strom Jl_n 2 bewirkt. Infolge dim zieht der Ausgang des Operationsverstärkers 24 einen zur Kompensation von alt ι und des Laststroms ausreichenden Strom, und das System bleibt ab- geglichen. Ist jedoch /?,; unzureichend klein und das System damit unstabil, so erreicht der Operationsverstärker 27 den eingeschwungenen Zustand nicht, sondern schaltet ständig zwischen einem Ein- und einem Aus-Zustand hin und her. Dieses Schalten bewirkt wiederum, daß der Operationsverstärker 24 ständig ein- und ausgeschaltet wird und hierdurch, wie in Kurve c/der F.g. 2 dargestellt, dem maximalen Spannungspegel einen Sägezahnsignalverlauf 58 überlagert. Die Verwendung von Dioden 29 und 3ö zur Begrenzung des Spannungs hubs des Operationsverstärkers 27 vermindert auch die Amplitude des als Welligkeit überlagerten Sägezahnsignalvcrlaufs 58. Die unterbedämpfte Betriebsweise führt nicht nur zu einem unerwünschten überlagerten Sägezahnsignalverlauf 58, sie hat auch einen scharfen

Übergang 60 /um Zeitpunkt t\ bei Beginn des Sägezahnsignals zur Folge. Im Gegensatz hierzu verzögert bei einem übcrbedämpftcn Sägezahngenerator ein allmählicher Übergang 62 auf ein Sägezahnausgangssignal etwas das Ansprechen.

Jedesmal, wenn das Signal an der Eingangskiemme Ei_n wieder Null wird, wie z. B. zum Zeitpunkt Γ2, kehrt die Ausgangsspannung £",„„ nach einer Sägezahnfunktion, wie z. B. der Sägezahnspannung 64, ebenfalls nach Null zurück. Wird der Sägezahngenerator 10 zusammen mit

1% einer Servoregelung verwendet, so erhält man auf diese Weise eine glatte, geregelte Abbremsfunktion. Ist E_1n Nu!!. 50 bewirkt eine nicht verschwindende f,.urSpsnnung einen Strom In. Der Strom In steuert den Operationsverstärker 27. verstimmt hierdurch die Brückenbe- grenzerschaltung 28 und hat einen Strom I_n 2 zur Folge, der £„_u,-sägezahnartig nach Null führt, rsuf diese Weise kann die Ausgangsspannung Ε_Μ, sehr genau auf Null gehalten werden, wenn die Eingangsspannung an der Eingangsklemme Et_n Null ist Eine negative Spannung an der Eingangsklemme E_1n führt zu einem positiven Sägezahnsignal 66, das in ähnlicher Weise wie das negative Sägezahnsignal 54, jedoch mit Strömen und Spannungen entgegengesetzter Polaritäten, erzeugt wird. Eine negative Spannung an der Eingangsklemme Ei_n läßt die Diode D 2, die Diode D 3, die Zenerdiode 18 und die Diode D 6 leitend werden und führt zu einem negativen Strom [_n\. Der Strom I_n 1 bewirkt ein negatives Ausgangssignal des Operationsverstärkers 27, das die Diode DS vollständig durchschaltet und hierdurch die Dioden D10 und D11 in Sperrichtung vorspannt Die Diode D9 führt einen Strom -/„2=(- Vc- V_D9)/Rc +, der den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 24 aussteuert und das positive Sägezahnsignal 66 erzeugt Kos ist der Durchlaßspannungsabfall über der

M Diode £79. 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 Sägezahngenerator* 10 weist folgende Komponenten und Werte auf:

Zcrierdiode 18	IN 751 A
DiodenDl-D6,D8-D9,29.30	IN 914 A
R,	470 Ω
Rn +.Rn -	5,1 kfi 1%
Ri	7,5 kΩ( Potentio
	meter)
Operationsverstärker 24	V2 SN 72 558 P
Operationsverstärker 27	V2 SN 72 558 P
Ra	10 kn
Ci	0,047 μΡ
Rc +.Rc -	56kni°/o
± V	±12,0 V Gleich
	strom
E1n	±12 V Stufen
	oder OV

Der Sägezahngenerator 10 liefert entsprechend den negativen und positiven digitalen Eingangssignalstufen positive und negative Sägczshnsignslc doppelter Polarität. Die Sijgezahnsignale 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 Säfjezahnsignale 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 L₂ und damit die Flanke des positiven bzw. negativen Sägezahnsignals. Entsprechend regeln die Widerstände Rn + und Rn - den Strom /„i, der den Strom In festlegt, und regeln damit die relativen maximalen Amplituden der positiven und negativen Sägezahnsignale.

Die in F i g. 1 gezeigte grundlegende Ausführungsform des Sägezahngenerators 10 kann durch Hinzufügen oder Abändern variabler Widerstände an ausgewählten Schaltungspunkten für spezielle Effekte abgeändert werdea Diese speziellen Effekte können die Brauchbarkeit des erfindungsgemäßen Sägezahngenerators erheblich vergrößern.

Ein in Fig.3 dargestellter Sägezahngenerator 80 weist eine mit dem als Summationspunkt dienenden Verbindungspunkt 12 verbundene Eingangsbrückenschaltung 82, eine auf den Strom aus dem als Summationspunkt dienenden Verbindungspunkt 12 ansprechende Konstantstromquelle, einen auf die Konstantstromquelle ansprechenden integrierenden Verstärkerschaltkrcis 84, eine zwischen einem Ausgang der integrierenden Verstärkerschaltung 84 und dem als Siijnmationspunkt dienenden Verbindungspunkt 12 geschaltete Rückkopplungsimpedanz Ri, und eine an den Ausgang der integrierenden Verstärkerschaltung 84 angeschlossene Ausgangsschaltung 86 zur Änderung der Signalflanke auf. Die Eingangsbrückenschaltung 82 ähnelt der Eingangsbrückenschaltung 17 des Sägezahngenerators 10 und ist. bis auf variable Widerstände VRn + und VRn -,die die Widerstände Rn + und Rn - ersetzen, ähnlich aufgebaut. Durch Ändern der Widerstände VRn + und VRn - können die maximalen Ausgangsspannungen der positiven und negativen Sägezahnsigriäie unabhängig voneinander geregelt werden. Wird

z. B. VRn + verkleinert, so wird das Sägezahnausgangssignal negativer werden, bevor lt\ gleich I_n ι wird und die Schaltung des Sägezahngenerators abgleicht. Die änderbare Impedanz R/ kann immer noch zur Regelung des maximalen Ausgangssignals sowohl der positiven als auch der negativen Sägezahnsignale gleichzeitig verwendet werden.

In der den Operationsverstärker 27 und die Brückenbegrenzcrschaltung 28 aufweisenden Konstantstromquelle können ebenfalls spezielle Eigenschaften vorge-

jo sehen werden. Eine zwischen dem Widerstand Rd am negativen Eingang des Operationsverstärkers 27 und Masse angeschlossene Spannungsqueüe Vj kann zum Verschieben des gesamten Ausgangsspannungssignalverlaufs verwendet werden. Ändert sich z. B. die Aus-

js gangsspannung des Sägezahngenerators 80 zwischen —12 V und 4-12 V bei einem Ruhepunkt bei 0 V, wenn V„—0 ist, so wird sie sich zwischen -10 V und +14 V mit einem Ruhepunkt bei +2 V ändern, wenn V</=2 V ist. Werden außerdem die festen Widerstände Rc + und Rc — durch variable Impedanzen VRc + und VRc — ersetzt, so können die Flanken des positiven und negativen Sägezahnausgangssignals unabhängig voneinander geändert werden, ohne die maximale Amp,^l.:ude der Ausgangsspannung zu beeinflussen.

Wird zwischen dem Ausgang 34 der Brückenbegrenzerschaltung 28 und dem Verbindungspunkt 40 am Eingang des integrierenden Operationsverstärkers 24 ein veränderbarer Widerstand VR₅ eingeschaltet, so können die Flanken sowohl des positiven als auch des negativen

so Sägezahnsignals symmetrisch und gleichzeitig geregelt werden. Es muß jedoch sichergestellt sein, daß die maximale Ausgangssignalspannung des Operationsverstärkers 27 die Spannung über den Widerstand VA₅ einschließlich der Durchlaßvorspannung der Dioden D 8 oder D10 übersteigt Anderenfalls arbeitet die Brükkenbegrenzerschaltung 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 Ausgangsströme 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 VRu+ und zur Diode D14 geschaltet sind. Im Gegensatz zu den Impedanzen VA_n+ und VR_n-, die nur die maximale Spannung beeinflussen, und den imDedanzen

Ol

und VRc-. die sich nur auf die Flanken auswirken, beeinflußt eine Änderung der Widerstände VA₁,+
und V7?„— sowohl die Flanke als auch den maximalen
Strom.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

23 Ol Patentansprüche:

1. Steuersignalgenerator, insbesondere zur Steuerung einer Treibrolienantriebsschaltung, mit einer Integrationsschaltung, die entsprechend einem ihrem Eingang zur Integration zugeführten Strom an ihrem Ausgang ein Steuersignal mit rampenförmiger Flanke abgibt, mit einer Stromsteuerschaltung, die entsprechend dem ihr über einen Steuereingang zugeführten Eingangssteuersignal einen festgelegten Strom an einen mit der Integrationsschaltung gekoppelten Verbindungspunkt eines jeweils ersten Anschlusses eines ersten und eines zweiten Widerstands abgibt und mit einer zwischen dem Ausgang der Integrationsschaltung und dem Verbindungspunkt angeschlossenen Impedanz, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromquelle (27, 28; 27, RsJ den zu integrierenden Strom entsprechend einem =on ihr aus dem Verbindungspunkt (12) aufgenommenen Strom an den Eingang der Integrationsschaltung (24,25; 84) abgibt, und daß die Stromsteuerschaltung als Diodenbrücke ausgebildet ist und folgende Komponenten umfaßt:

eine mit ihrer Kathode an einen zweiten Anschluß (14) des ersten Widerstands (An +) angeschlossene erste Diode (Dl),

eine mit ihrer Anode an einen zweiten Anschluß (16) des zweiten Widerstands (Rn —) angeschlossene zweite Diode (D 2), jo

eine mit ihrer Kathode (20) an die Anode der ersten Diode (D 1) und ik.-er AntJe (22) an die Kathode der zweiten Diode (D 2) angeschlossene Zenerdiode