DE2500572A1

DE2500572A1 - Schaltungsanordnung fuer einen quadraturgenerator

Info

Publication number: DE2500572A1
Application number: DE19752500572
Authority: DE
Inventors: Rainer Wieckert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-01-09
Filing date: 1975-01-09
Publication date: 1976-07-15

Description

"Schaltungsanordnung für einen dadraturgenerator" Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung fur einen Quadraturgenerator, bestenend aus einem Thasenverschiebungsnetzwerk mit Operationsverstärkern in hintereinandergeschalteten Stufen.
Andere Schaltungsanordnungen für Quadraturgenerstoren sind bekannt, hierbei sind Operationsverstärker in Summen--Differenzschaltung hintereinandergeschaltet.
Nachteilig ist hierbei, daß sich bei endlicher Gleichtaktunterdrückung bei kleiner Differenz der Eingangsspannungen große Fehler bezogen auf die Ausgangsspannung ergeben, was leicht zu einer hohen Gleicnspannung am Ausgang führt, zusätzlich isz die Gefahr der Sch@ingneigung sehr noch.
Diese Nachteile haben vor allem billige, nicht ideale, Leicht integrierbare Operationsverstärker.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schaltungsanordnung für einen Quadraturgenerator zu schaffen, die unter Verviendung üblicher billiger Operationsverstärker geringe Fehler a Ausgang liefert und die Gefahr von Schwingneigungen vermeidet Die Brfinaung löst diese Aufgabe dadurch, das jede Stufe von zwei Operationsverstärkern gebildet wird, von denen der eine eine Phasenverschiebung von 0 Grad und der andere eine Phasenverschiebung von 180 Grad bewirkt und daß die Ausgänge dieser Verstärker über ein Thaleskreisfilter verbunden sind.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Zeichnurl£, zeigen: Fig.: 1 ein Schaltschema des Quadraturgenerators nach der Erfindung; Fig.: 2 die wesentlichen Zusammenhänge im Blockschaltbild und Fig.: 3 die Zeigerdiagramme zum Quadraturgenerator.
Zu erst wird die Funktion des Quadraturgenerators bescnrieben, Der Quadraturgenerator weist zwei Operationsverstärker 1 und 2 auf, welche an ihren Ausgangen Sinusspannungen erzeugen.
Diese Sinusspannungen sind in ihrer Phase um 480 Grad verschoben.
So erzeugt der Operationsverstärker 1 die Spannung - sin#t, während der Operationsverstarker 2 die Spannung sin#t erzeugt.
Der Ausgang des Operationsverstärkers 1 ist über eine Leitung 3 mit einen Kondensator 4 verbunden. Dieser ist über ein elektronisches Bauelement 5 an den Ausgang des- anderen Operationsverstärkers 2 angeschlossen. Das elektronische Bauelement 5 bestent aus eine" lichtabhängigen widerstand 6, der durch Licht beaufschlagt wird, welches von einer lichtaussendenuen Diode 7 abgegeben wird. Lichtabhingiger Widerstand 6 und lichtaussendende Diode 7 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 8 untergebracht.
Der Operationsverstärker 1 arbeitet als invertierender Verstärker mit der Verstärkung 1. Sein Eingang 9 liegt an masse, sein anderer Eingang 10 ist über einen Widerstand 11 mit dem Ausgang 14 des Operationsverstärkers I verbunden.
Um den Verstarkungsfaktor 1 zu erreichen, ist der Eingang 40 über einen Widerstand 13 mit dem ausgang 12 des Operationaverstärkers 2 verbunden.
Der Operationsverstärker 2 wird durcn einen nicht invertierenden Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 5 gebildet.
Der eine Eingang 15 ist direkt mit dem Ausgang Der andere eingang 16 erhält ein rückgekoppeltes Dinussignal.
Hierauf wird später noch eingegangen.
Der kondensator 4 und das elektronische Bauelement 5 können auch durch andere Bauelemente ersetzt werden.
resentlich ist nur, daß eine gleichsinnige Phasenverschiebung von 90 Grad erreicht wird.
Der Anschlußpunkt 17 ist mit dem einen Eingang 18 eines nicht invertierenden Verstarkers mit dem Verstarkungsfaktor 1 verbunden, der den Operationsverstärker 19 bildet.
Der Eingang 20 des Operationsverstärkers 19 ist mit dem ausgang 2 des gleichen Operationsverstarkers verbunaen.
Einen weiteren invertierenden Verstärker mit dem Verstarkungsfaktor I bildet Operationsverstärker 22. Sein Eingang 23 liegt an Masse, sein Eingang 24 ist über den Widerstand 26 an den Ausgang 25 angeschlossen.
Um die Verstärkung -1 zu erzielen, ist der Eingang 24 noch über einen Widerstand 27 an den Ausgang 21 des Operationsverstärkers 19 angeschlossen.
Am Anschlußpunkt 17 entsteht eine Wechselspannung cos#t.
Diese ist also zu der Wechselspannung sinkt am Ausgang 92 des Operationsverstärkers 2 um 90 Grad und zu der Wechselspannung -sinS t ani ausgang 14 des Operationsverstärkers 1 um -90 Grad verschoben. Die Operationsverstärker 59 und 22 sind erforderlich, u nochmals eine Hhasenverschiebung um 90 Grad zu bewirken. So entsteht am ausgang 2! des Operationsverstärkers 19 eine Wechselspannung cos#t und as Ausgang 25 des Operationsverstärkers 22 eine Wechselspannung -cost.
Die Ausgänge 21 und 25 der Operationsverstärker 19 und 22 sind ähnlich wie die Operationsverstärker 1 und 2 miteinander verkoppelt und zwar über den Kondensator 28 und ein elektronisches Bauelement 34. Dieses besitzt wieder einen lichtabhängigen Widerstand 29 und eine lichtaussendende Diode 30, welche in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.
zum Abgleich der beiden Bauelemente 5 und 34 kann ein überbrückender Widerstand 39 und ein Vorschaltwiderstand 32 vorgesehen sein.
Am Abzweigpunkt 33 entseht eine Spannung -sin#t, dem eingang 95 eines nichtinvertierenden Verstärkers 96 mit dem Verstärkungsfaktor 1 zugeführt wird.
Der andere Eingang 57 ist mit dem i-usgang 38 des Operationsverstärkers 36 direkt verbunden.
Am Ausgang 98 entsteht die stromverstärkte Spannung -sint.
An den Ausgang 38 des Operationsverstärkers 36 ist über einen Widerstand 40 der Eingang 99 des invertierenden Operationsverstärkers 41 mit dem Verstärkungsfaktor größer 1 angeschlossen.
Der andere Eingang 40 dieses Operationsverstärkers 41 liegt an Masse.
Parallel zu dem Widerstand 40 liegt die Widerstands-Kondensatorkombination 42, 43.
Diese Komb inat ion bewirkt eine Verstärkungsanhebung bei höheren Frequenzen.
Der Eingang 39 des Operationsverstärkers 4I ist mit dem ausgang 44 über eine Kombination eines Widerstandes 45 mit einem Abgleichwiderstand 46 verbunden.
Parallel zu dieser Kompination 45,46 liegen zwei antiparallel geschaltete Zenerdioden 47 zur Amplitudenbegrenzung.
Der Ausgang 44 des Verstärkers 41, an welchem die Wechselspannung sin #t auftritt,ist über die Leitung 48 mit dem Eingang 16 des Operationsverstarkers 2 zur Rückkopplung verbunden.
Der Eingang 56 des Operationsverstärkers 55 wird von einer Gleichspannung angesteuert, die von dem Spannungsteiler--Abgleichwiderstand 49, Widerstand 50, Potentiometer 51, Widerstand 52, Abgleichwiderstand 53 herrührt und am Potentiometer 51 abgegriffen wird.
Der kondensator 54 an Eingang 56 verhindert eine Schwingneigung und Potentiometersprünge am Ausgang des Operationsverstärkers 55.
Der Ausgang 58 des Operationsverstärkers 55 ist über die Basis-Emitterstrecke des NPN - Transistors 59 auf den invertierenden Eingang 57 des Operationsverstärkers 55 zurückgeführt.
Somit folgt die Emitterspannung des Transistors 59 genau der Spannung des nichtinvertierenden Eingangs 56.
Der Hondensator 60 dient zur Abblockung vagabundierender Schwingströme.
Die Leitung 61 führt zu einer Serienschaltung der lichtaussendenden Dioden 7 und 30.
Die Kathode der lichtaussendenden Diode 30 liest an Tasse.
In Fig.: 2 sind die wesentlichen Zusammcnhänge übersichtlich im Blockschaltbild zusammengestellt.
Die Wechselspannung sin#t trifft auf den 0 Grad Phasenschieber.
der Pilz vom Operationsverstärker 2 gebildet wird und verläßt diesen wieder mit sin #t.
Dann kommt sie in den 180 Grad Phasenschieber, gebildet vom Operationsverstärker i, den sie Illit sind t verläßt.
Im Thaleskreisfilter 62, gebildet von Fondensator 4 und elektronischem Bauelement 5, werden die Ausgangsspannungen der Phasenschieber 1 und 2 vektoriell zusammengesetzt; am Ausgang des Phales@reisfilters bildeh sie die Spannung cos LN t.
Die Spannung cos #t durchläuft die weiteren Phasenschieber gebildet von den Qierationsverstarkern 19 und 22.
Die Ausgangsspannungen dieser Operationsverstarker werden wieder im Thaleskreisfilter 03 zusam2engesetzt, das vom Kondensator 28 und vom Bauelemente 34 gebildet wird.
Die Ausgangsspannung dieses Thaleskreisfilters ist -sin#t.
Diese Spannung durchläuft den folgenden O Grad Phasenschieber, gebildet vom Operationsverstärler 36, und gelangt als -sin#t Spannung in einen 180 Grad Phasenschieber üiit automatischen Amplitudenbegrenzer, gebildet vom Operationsverstärker 41.
Diese Kombination verläßt sie als sin # t Spannung, um dann wieder in aen ersten Phasenschieber gebildet von Operationsverstärker 2 einzumünden und die Schwingung aufrechtzuerhalten.
In Fig.: 3 sind die Zusammenhänge als Zeigerdiagr.m.m übersichtlich dargestellt.
Man sieht, wie aus der ursprünglichen Spannung sinkt zwei Spannungen sin#t und -sinwt werden und wie das Thaleskreisfilter daraus die Spannung cos #t ermittelt.
Es folgt die Umkehrung der cos#t Spannung zu -cos#t und die Ermittlung der Spannung -sin#t daraus.
Diese Spannung wird nochmals invertiert zu sin#t und erhält die Schwingung aufrecht.
In Fig.: 4 sind die Zusammenhänge für aie Benutzung des @uadraturgenerators als Spannungs- Frequenzwandlers und als komparators, als Wobbelfrequenzgenerators, als R,L,C--Meßbrücke sowie Phasenschiebers beliebiger Phase aufgezeigt.
Die Eingangsspannung gelangt zum Eingang 56 des Operationsverstärkers 55.
Die Ausgangsspannung wird von Leitung 48 abgenommen und gelangt in einen dem Verwendungszweck angepaßten prazisen Zähler.
In Fig.: 5 sind die Zusammenhänge für die Benutzung des αuadraturgenerators als aktives Filter mit einstellbarer Flankensteilheit und als abstimmbares Filter uno als Klirrfaktoranalysator benutzt.
Die Eingangsspannung gelangt auf den Eingang 6 des Operationsversterkers 2 und auf den Widerstand 64 und kann zusätzlich mit einet Effe.ktivertmesser gemessen werden.
Die Eingangsspannung durchläuft den Quadraturgenerator und gelangt zum Eingang 39 des Operationsverstärkers 41.
Die Begrenzerzenerdioden 47 sind aufgetrennt und der Verstärkungsfaktor des Operationsversterkers 41 wird mit dem Einstellwiderstand 46 auf -1 eingestellt.
Die Leitung 48 wird aufgetrennt und gelangt jetzt zum Widerstand 65 des invertierenden Summenverstärkers 66.
W1it dem Widerständen 65,64,67 kann die Verstärkung des Summenverstärkers eingestellt werden.
Der Ausgang 68 führt um Eingang eines Verstärkers mit einstellbarer automatischer Verstärkungsregelung.
Am Filterausgang 69 kann eine gefilterte Spannung entnormen werden.
Der Effektivwertmesser mißt diese Spannung.

Claims

Patentansprüche

» g Scholtungsanordnung für einen Quadraturgenerator, bestehend aus einem Phasenschiebungsnetzwerk mit Operations-verstärkern in hintereinandergeschalteten Stufen, d a d u r c h gekennzeichnet, daß jede Stufe von zwei Operationsverstärkern (I,2 ... 9,22) gebildet wird, von denen der eine eine Phasenschiebung von 0 Grad und der andere eine Phasenschiebung von I80 Grad bewirkt und daß die Ausgänge dieser Verstärker über ein Thaleskreisfilter (4,5 ... 28,34) verbunden sind.

a. Anordnung nach Anspruch I, d a d u r c h gekennzeichnet, da alle Operationsverstrker (1,2,19,22,36,41,55) und zu integrierenden Bauelemente (11,13,26,27,40,59) in einer integrierten Schaltung zusammengefaßt sind.

3. Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß man die erzeugten Spannungen als Vierphasenspannung nützt.

4. Anordnung nach Ansprüchen I bis 3, da dur c.h gekennzeichnet, daß man die Whaleskreisfilterelemente (4,6,28,29) gegeneinander verstimmt und somit beliebige Phasenverschiebungen erzeugt.

5. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 4, .d a d u r c h gekennzeichnet, daß man den Quadraturgenerator als Spannungs - Frequenzwandler benützt; indem man eine Spannung auf den Eingang 56 des Operationsverstärkers 55 gibt und dabei den Spannungsteiler (49,50,5,52,53) abschaltet.

Siehe Fig.: 4 6. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 5 d a d-u r c h gekennzeichnet, daß man den Quadraturgenerator als Komparator verwendet; indem man die Frequenz bei eigeschaltetem Spannungsteiler mißt, dann auf Eingang umschaltet und die beiden erzeugten Frequenzen vergleichto Siehe Fig.: 4 7. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 6, d a d u r c h gekennzeichnet, daß man den Quadraturgenerator als K,L,C - Meßgerät verwendet, indem man das erste Thaleskreisfilter (4,5) durch Normale ersetzt, das zweite Thaleskreisfilter (28,54) durch ein Stufennormal und den Prüfling ersetzt.

sin Zähler a. Ausgang 48 muß eine genau gleiche Frequenz anzeigen, die erzeugt werden würde, wenn das zweite Thaleskreisfilter auch aus den gl;eichen Normalen bestünde; bei Gleichheit der iderstandsbeträge von Normal und Blindwiderstand bei aer erzeugten Frequenz.von Stufennormal und ftüfling.

8. unordnung nacn ansprüchen 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man den uadraturgenerator als Wobbelgenerator verwendet, indem an eine Wobbelfrequenz auf aen Eingang 56 des Operationsverstarkers 55 gibt und dabei den Spannungsteiler (49,50,51,52,53) abschaltet.

Siehe Fig. 4 9. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 8, d a d u r c h gekennzeichnet, daß man den@uadraturgenerator als Wobbelgenerator verwendet, indem man die Thaleskreisfilterelemente (4,5,28,34) ständig verändert im takte der Wobvbelfrequenz.

10. Anordnung nach Ansprüchen 1 bis 9, d a d u r c h gekennzeichnet, da man den Quandraturgenerator als aktives Filter benutzt, indem man die Rückführung 48 auftrennt, die Zenerdioden 47 abschaltet und die Verstärkung des Operationsverstärkers 41 mit dem Einstellwiderstand 46 auf -1 einstellt.

Zusätzlich wird nun der Eingang 6 des Operationsverstärkers 2 mit dem Eingang 64 eines Operationsverstärkers 64 verbun den und d-r Ausgang 48 mit dem Eingang 65 des Operationsverstärkers 66.

Der Ausgang 68 des Operationsverstärkers 64 mündet in einen Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung.

Durch den Grad der -Pückkopplung in diesem Verstärker wälzt sich die Filtersteilheit einstellen.

diehe Fig. 5 11. Anordnung nach Ansprüchen t bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, man an den Quadrsturgenerator als abstimmbares und in der Flankemsteilheit veränderbares aktives Filter benntzt, indem man die Anordnung nach Fig. 5 verwendet und zusatzlich das Potentiometer 51 betatit.

12. Anordnung nach ansprüchen 1 bis II, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man den @uadraturgenerator nach Anordnung II verwendet und auf höchste llücklopplung, das heißt höchste Flankensteilheit einstellt.

Die Eingangsspannung wird mit einem Effektivvoltmeter direkt gemessen; die Ausgangsspannung am Ausgang 67 der Verstärkers mIt automatischer Verstärkungsregelung wird dann gemessen und zwar auf den minimalsten wert.

Dieser wird durch Betätigung des Potentiometers 51 eigestellt.

Das Verhältnis ist aer Flir@ffktor.

Siehe Fig. 5 L e e r s e i t e