DE2531945A1

DE2531945A1 - Schaltung zur erzeugung einer gleichspannung aus impulsen, insbesondere fuer die abstimmung von funkempfangsgeraeten

Info

Publication number: DE2531945A1
Application number: DE19752531945
Authority: DE
Inventors: Willy Ing Grad Minner; Bernhard Dipl Ing Rall
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1975-07-17
Filing date: 1975-07-17
Publication date: 1977-01-20
Also published as: DE2531945C3; DE2531945B2

Description

Schaltung zur Erzeugung einer Gleichspannung aus Impulsen, insbesondere für die Abstimmung von Funkempfangsgeräten In der Schaltungstechnik besteht der lAunsch, digitale Signale in analoge Signale umzuwandeln. In neuerer Zeit werden nämlich analoge Schaltungen weitgehend durch digitale Schaltungen ersetzt. Dabei ist es erforderlich; an den Schnittstellen zu weiteren, nicht digital realisierbaren Schaltungen wieder auf an@loge Größen überzugehen. Man benötigt also Digital/Analog-Xiandler.
Ein Beispiel hierfür liegt bei Funkempfangsgeräten dann vor, wenn einmal gewählte Abstimmungen für verschiedene Sender als flinärzahlen in einem Speicher (z.B. Halbleiterspeicher) gespeichert sind und zur Abstimmung ausgewählt werden können sind dann in eine Gleichspannung für Kapazitätsdioden umgewandelt werden müssen.
Bei einem z.B. durch die Zeitschrift "Funk-Technik", 1975, Heft 7, S. 18<) - 184, bekannten Digital/Analog-Wandler, nachfolgend "D/A-Wandler" genannt, wird eine Gleichspannung folgendermaßen erzeugt. Die gegebene Dualzahl formt die von einem Oszillator erzeugten periodischen rechteckförmigen Impulse in solche mit einem der Dual zahl entsprechenden Tastverhältnis um. Mit den umgeformten Impulsen wird ein elektronischer Schalter gesteuert, der im l'akt der Impulsfolgefrequenz eine Batteriespannung über einen Widerstand an einen Tiefpaß schaltet. Infolge der inte-Srierenßen Wirkung des Tiefpasses wird der zeitliche Mittelwert der Impulse ausgesiebt, wobei der Analogwert im Tastverhältnis liegt. Zur Erzeugung einer gewünschten Größe der Gleichspannung wird also das durch den Quotienten der Impulsdauer ziir l'eriodendauer besticate Tastverhältnis entsprechend gewählt.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß die bekannte Schaltung in vielen Fällen nur unzureichend ist. Wegen des erforderlichen Tiefpasses, der eine bestlnote Einschvingzeit aufweist, kann die bekannte Schaltung nicht beliebig schnell arbeiten. Es besteht auch die Forderung, daß die Welligkeit der Spannung am Ausgang des Tiefpasses in annehsharen Grenzen liegt. Hierfür sind jedoch teure Filter mit großer Aufwand. erforderlich, deren Filterflanke sehr steil verläuft. Die Welligkeit der Restwechselspannung entspricht der Impulsfolgefrequenz. Für eine geringe Welligkeit muß nun die Zeitkonstante des Tiefpasses im Verhältnis zur Impulsfolgefrequenz groß sein. Dies führt aber dazu, daß bei einer Anderung des Tastverhältnisses eine relativ große Zeit benötigt wird, bis die Ausgangsgleichspannung ihren stationären Wert erreicht hat. Da außerdem die Genauigkeit der analogen Spannung und damit die geforderte große Anzahl von kleinen Schritten der Glsichspannung wegen einem von der Technologie der Bauelemente abhängigen Nindestzeitintervall (z.B. einige usec) eine relativ große Periodendauer erfordern, sind der Erhöhung der Frequenz Grenzen gesetzt. Eine große Genauigkeit wird beispielsweise dann gefordert, wenn die Gleichspannung als Abstimmspannung eines Tonrundfunk- oder Fernsehgerätes dienen soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, bei der die I=pulsfolgefrequenz groß (und damit ihre Periodendauer klein) und trotzdem eine große Zahl kleiner Schritte der Gleichapannung möglich ist.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Erzeugung einer Gleichspannung aus Impulsen, bei der der Gleichspannungswert dadurch verçinderbar ist, daß die Zeitdauer des in jeder Periodenzeit auftretenden Einzelimpulses um ein oder mehrere, durch die Technologie der Bauelemente gegebene Mindestzeitintervalte ge@ndert wird, wobei die Impulse einem Integrationsglied zugef@ ihrt werden, an dessen Ausgang die Gleichspannung auftritt, inshesondere zur Erzeugung der Abstimmspannung eines Fernseh-oder Tonrundfunkgerätes. Erfindungsgemäß werden dem Integrationsglied nnstelle des Einzelimpulses in der genannten Periodenzeit mehrere @mpulse zugeführt, deren Gesamtflächeninhalt gleich dem Flächeninhalt des Einzelimpulses einschileßich einer Änderung um ein oder mellrere diskrete Mindestzeitintervalle ist.
Das Mindestzeitintervall a , das einen einzigen Schritt zur Änderung (ler Gleichspannung darstellt, bleibt also unverändert und tritt demnach, wenn es bei der bekannten Schaltung während eiiier Periodendauer T nur einmal vorkommt, auch bei Anwendung der Erhöung der Impulsfolgefrequenz; nur einmal während derselben Zeit T nuf, wie unten bei Fig. 3 erklärt werden soll.
Bei der Erfindung wird der Wert der Gleichspannung also nicht durch einen Einzelimpuls pro Periodendauer T, sondern durch mehrere über die Periodendauer T verteilte Impulse gewonnen, die deLl Integrationsglied, z.B. einem Tiefpaß zugeführt werden. Da der zuerst genannte Einzelimpuls sozusagen in viele Impulse Autgeteilt ist, ist die Summe dieser Impulsdauern gleich der Impalsdauer des Einzelimpulses. Die auf die Periode verteilten 3!:l!)ulse erzeugen also den gleichen Wert der Gleichspannung wie der Einzelimpuls. Da diese Gleichspannung jedoch aus vielen kleinerelt Impulsen gebildet wird, ist die ihr überlagerte Restwechselspannung - nachfolgend auch als Ribbelspannung bezeichnet - sehr viel geringer.
Es wäre zwar möglich, in diesem Sinne die Folgefrequenz der Einzelimpulse bei der bekannten Schaltung zu erhöhen, jedoch könnten bei unveränderter Dauer des technologisch gegebenen Mindestzeitintervalls, um welches die bekannten Einzel Impulse zur Erzeugung verschiedener Gleichspannungswerte veränderbar waren, bei kürzerer lZeriodendauer weniger Mindestzeitintervalle (also weniger Schritte) in der verkleinerten Periodendauer untergebracht und deshalb weniger verschiedene Gleichspannungswerte erzeugt werden. Demgegenüber kann die erwähnte Periodendauer T bei Anwendung der Erfindung groß genug im Sinne der erforderlichen Genauigkeit gewählt werden. Bei der Erfindung ist es trotzdem in vorteilhafter Weise möglich, einen Tiefpaß mit relativ großer Bandbreite, also mit relativ hoher Grenzfrequenz, zu verwenden, wodurch die Einschwingzeit verringert wird. Die Bandbreite kann deshalb vergrößert werden, weil die Spektrallinien der dem Tiefpaß zugeführten Impulse bei höheren Frequenzen liegen als bei nur einem Einzelimpuls innerhalb der erwähllten i'eriodenzeit.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein bekanntes Impulsdiagramm, Fig. 2 einen bekannten elektronischen Schalter mit nachfolgendem Tiefpaß, Fig. 3 ein Prinzip-Impulsdiagram:n gemäß der Erfindung, Fig. 4 bis 6 je ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung, Fig. 7 Impulsdiagramme zur Schaltung gemäß Fig. 6, Fig. 8 eine Schaltung zur Erzeugung von Impulsen veränderbarer Impulsbreite, Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung und Fig. 10 bis 12 graphische Darstellungen zur Erläuterung der Fig. 9.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachfolgend an Hand von Fig. ia und ib zunächst ein bekanntes Impulsdiagramm beschrieben. In Fig. ia ist eine Impulsfolge periodischer Impulse dargestellt, deren Impulsbreite mit # bezeichnet ist. Diese Einzelimpulse, die innerhalb einer Periode T Je einmal auftreten, werden in Fig. 2 in bekannter Weise über einen elektronischen Schalter 1,2 einem Tiefpaß 3 bis 8 zugeführt. Die Fläche des Impulses ist ein Maß für die Größe der am Ausgang des Tiefpasses entstehenden Gleichspannung UM Diese läßt sich bekanntlich nach der Formel UM =616 errechnen, wobei U die Amplitude des Impulses ist. Während die Impulse gemäß Fig. la eine relativ kleine Gleiclispannung erzeugen, wird aufgrund der Impulse in Fig. Ib wegen der größeren lmpulsbreite bei gleichbleibender Periode T eine größere Gleichspannung erzeugt. Die Impulsbreite in Fig. ib unterscheidet sich in diesem Beispiel von der Impulsbreite in Fig. la durch mehrere Nindestzeitintervalle ## , wobei das Mindestzeitintervall den kleinsten Schritt zur Änderung der Impulsbreite und damit den kleinsten Schritt zur Änderung der Gleichspannung darstellt.
Wie bereits oben erwähnt, stellt sich jedoch der neue Gleichspannungswert bei einem Wechsel der Impulsbreite von Fig. la auf die Impulsbreite nach Fig. ib wegen der Einschwingzeit des Tiefpasses erst nach relativ langer Zeit ein.
In Fig. 3 ist zu erkennen, daß beispielsweise der in Fig. la gezeigt Impuls in mehrere Impulse aufgeteilt ist, die über die gesamte Periodendauer T verteilt sind und deren Mindestimpulsbreite gleich dem Mindestzeitintervall ## sein kann. Da die impulsdauer der auf die Periodendauer T verteilten Impulse nur sehr kurz ist, sind sie in Fig. 3 nur als Striche angedeutet. Die Verteilung der vielen Impulse innerhalb der Periodendauer T braucht nicht gleichmäßig zu erfolgen.
Entsprechend dem gewünschten Gleichspannungswert kann z.B.
die Anzahl der Impulse verändert werden, wobei die Impulsbreiten aller Impulse gleich bleiben. Für einen einzigen Schritt des Gleichspannungswertes wird z.B. nach Fig. 3 ein gestrichelt gezeichneter Impuls von der Breite eines Mindestzeitintervalls eingefügt, für den nächsten Schritt ein zweiter Impuls an einer anderen stelle (desselben oder eines anderen Zwischenraumes) usw., bis für den größten Gleichspannungswert alle Zwischenraume ausgefüllt sind. Zur Erzielung der größtmöglichen Frequen wird bei den kleineren Gleichspannungswerten die Möglichkeit ausgenutzt, dio eingefügten Impulse frei, also ohne Verschmelzung mit anderen Impulsen, einzusetzen (Anspruch 18).
Es besteht auch die Möglichkeit, die Impulsbreite der Impulse gemäß Fig. 7 und 10 entsprechend dem gewünschten Gleichspannungswert zu ändern und dabei eine konstante Anzahl von Impulsen innerhalb der i>eriode T vorzusehen. Für einen einzigen Schritt der Gleichspannung wird die Breite nur eines dieser Impulse um ein Mindestzeitintervall geändert. In jedem Fall wird die Gleichspannung durch eine relativ große Anzahl von Impulsen innerhalb der >eriodendauer T erzeugt, so daß sich nur eine geringe Restwechselspannung (Ribbelspannung) ergibt. Da die Periode T gegenüber derjenigen aus Fig. ia nicht geändert zu werden braucht, können auch ausreichend viele Zwischenwerte der Gleichspannung mit großer Genauigkeit erzeugt werden.
Eine große Genauigkeit der Gleichspannung wird beispielsweise gefordert, wenn sie als Abstimmspannung eines Fernsehgerätes mit Kapazitätsdioden verwendet werden soll. Bei einem möglichen Gleichspannungshub von 0 ... 30 V und einem Abstimmbereich von beispielsweise 400 !SIz beträgt die Schrittweite 4o kifz/3mV.
Es sind also 30 V : 0,003 V = 10.000 Schritte - also 10.000 verschiedene Gleichspannungswerte - innerhalb der Periode T zu realisieren. Diese Genauigkeit ist bei dem bekannten D/A-Wandler nur mit einer relativ niedrigen Frequenz entsprechend einer großen Periodendauer von beispielsweise T = 50 msec zu erreichen, wenn ein technologisch bedingtes Mindestzeitintervall ## von 5/usec vorausgesetzt wird. Zur Senkung der Ribbeispannung auf einen vertretbaren Wert (z.B. 3mV) werden deshalb Filter benötigt, die bei T = 50 msec eine relativ große, z.B. für die genannte Anwendung nicht vertretbare Einschwingzeit (z.B. 4 sec) attfweiseii.
nei der Irfindung hingegen kann die Einschwingzeit trotz der geforderten Genauigkeit erheblich verringert werden, z.B. auf 0,2 sec. Dieser Wert ist für die Abstimmung bejin Wechsel von einem Sender auf einen anderen als ausreichend kurz anzusehen.
Da das Spektrum der erfindungsgemaß auf die Periode verteilten impulse im wesentlichen im Bereich höherer Frequenzen liegt, ergibt sich oi>ne großen Filteraufwand nur eine sehr geringe Restwechselspannung, die beispielsweise bei der erwähnten @@hrittweite von 3 mV liegt. Als Filter kann beispielsweise ei aus zwei RC-Gliedern bestehender Tiefpaß verwendet werden.
ei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung werden gleichmäßig verteilte viele Impulse konstanter Impu3sbreite erzeugt, wobei die Größe der gewünschten Gleichspannung durch die Anzahl der Impulse innerhalb der periode gegeben ist.
bezüglich der Abstände der Impulse zueinander findet also eine Periodendauermodulation statt, wobei hier unter der Periodendauer die Periode - also der Abstand - der vielen kleinen Impulse zu verstehen.ist (vgl. Fig. 3). Die Periodendauer soll zwischen 0,3 msec und 5,085/usec, entsprechend 3,33 kHz und 197,706 kHz variierbar sein. Diese Frequenzen werden durch Mischung (f2 - f1) der Frequenz fi mit z.B. 16 MHz (Oszillator 10) und der Frequenz f2 eines AFC-Oszillators 11, der zwischen 16,033 MHz und 17,977 SIz nachgestimmt werden kann, und durch Siebung durch einen Tiefpaß 12 und durch einen 10 : Teiler 13 erzeugt. Diese Frequenz fIN wird einmal einem getriggerten monostabilen Multivibrator 14 zugeführt, der einen Ausgangsimpuls von 5/usec Dauer mit der Folgefrequenz fIN dem D/A-Wandler 15 zuführt. Die nach dem Integrationsglied 16 erhaltene Ausgangsgleichspannung UI wird z.B. dem Tuner 17 eines FS-Empfängers zugeführt, der mit Varicapabstimmung arbeitet und in Abhangigkeit von der angelegten U1-Spannung den Empfänger auf die gewünschte Empfangsfrequenz abstimmt.
Die Frequenz fIN wird andererseits einem programmierbaren Frequenzteiler zugeführt, der entsprechend dem gewählten Wert von M die anliegende Frequenz fIN in die Ausgangsfrequenz fOUT = fIN . M/10.000 teilt, wobei M als ganzzahliger Wert programmiert werden kann.
Die Ausgangsfrequenz fOUT wird mit der von einem Oszillator 20 erzeugten Referenzoszillatorfrequenz von 3 kHz in einem PLL-Phasenregelkreis 9 verglichen und über einen anderen D/A-Wandler 21 als Nachstimmspannung dem AFC-Oszillator 11 zugeführt. hierdurch wird eine f2-Frequenz erzwungen, die entsprechend dem programmierten Teilerwert die gewünschte fIN-Frequenz ergibt, weil = fOUT # 10.000 IN - M ist und fOUT durch den PLL-Kreis auf 3 kHz Referenzoszillatorfrequenz gezogen wird. Die Zahl M für fIN 3,33 kllz ist somit 3 kHz . 10.000/3,33 kHz = 9.000 und für 197,706 kHz 3 kHz . 10.000 = 151,74 # 152.
Die Ausgangsgleichspannung des D/A-Wandlers ist UT = ################## = ##### Das Integrationsglied, welches in dem dem PLL-Kreis 9 nachgeschalteten D/A-Wandler 21 eingesetzt ist, muß ebenfalls die Ribbelspannung auf der AFC-Nachstimmspannung auf eine nicht störende Amplitude mindern, wodurch sich eine Erhöhung der Einschwingzeit der Ausgangsgleichspannung UI des gesamten Systems auf etwa 0. 15 sec ergibt.
Die Schrittweite der Ausgangsgleichspannung U1 ist nicht konstant, weil sich bei U1 = 29,5 V eine Schrittweite 4500 4500 I # = - # 193 mv ergibt, 152 153 29,5 V während für UI = 0,5 V die Schrittweite 4500 4500 # UI# 0,5 V = - # 55,6µV 9000 8999 beträgt.
Eine nndere Ausführungsform der Erfindung, bei der die crwähnte Schrittweite konstant ist, ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt, wobei lig 5 das i>rinzipblockschaltbild der Schaltung gemäß Fig. 6 ist. Zum besseren Verständnis der Schaltung nach Fig. 6 sind in Fig. 7 die Impulsformen an den in Fig. 6 durch eingekreiste kleine Buchstaben gekennzeichneten Stellen gezeigt. Die Schaltung gemäß Fig. 5 zeichnet sich durch ihre Einfachheit, durch geringe Einschwingzeit bei guter Unterdrückung der Ribbelspannung und konstanter Schrittweite der Ausgangsgleichspannung aus. Fer ner ist die Stabilität des Referenzoszillators 22 von untergeordneter Bedeutung, weil Frequenzabweichungen von der Sollfrequenz den Wert der Ausgangsgleichspannung theoretisch nicht beeinflussen.
Die Spannung des Referenzoszillators 22 fIN wird dem programmiorbaren Teiler 18 mit fOUT = fIN 10.000 zugeführt, wobei M als ganzzahliger Wert von 1 bis 9999 programmiert werden kann. Die Ausgangsfrequenz fOUT und die Lingangsfrequenz fIN wird einem Flip-Flop 19 mit Stell- und Rückstelleingang zugeführt. Der Ausgang des Flip-Flops 19 steht auf "H"-Potential, wenn am Stelleingang (a) fOUT mit "H" anliegt.
Die ltückstellung (b) durch fIN erfolgt nach einer halben Periode der Frequenz fIN nur dann, wenn am Stelleingang (a) "L"-Potential liegt (Fig. 7). Die Ausgangsimpulse der Flip-Flops 19 werden dem D/A-Wandler 15 mit nachgeschaltetem Integrationsglied 16 zugeführt, dessen Ausgangsgleichspannun UI den Tuner 17 des Empfängers auf die gewünschte Empfangsfrequenz abstimmt. Der programmierbare dekadische Teiler 18, der hier nur als Beispiel dient - binäre Teiler lassen sich ähnlich organisieren - gibt entsprechend dem Wert M eine bestimmte Anzahl Impulse ab, die so auf die Zählstellen verteilt sind, daß am Ausgang des Flip-Flops 19 die maximal mögliche höchste Frequenz t erhalten wird, obgleich jeder fOUT-Impuls, der die Länge # = ½ T mit T = 1 : 200 kHZ = 5 µsec hat, auf die Länge T durch das Flip-Flop aufgefüllt wird. Wird z.B.
M mit 165 programmiert, dann ist die Ausgangsfrequenz fF#M = 165 = 200 kHz . 165/10.000 = 3,3 kHz.
In der Zeit von 1 sec werden also 3300 Impulse mit einer Länge von, t 5/usec vom Flip-Flop 19 an den D/A-Wandler 15 gegeben, so daß bei UB = 30 V eine Ausgangsgleichspannung von 30 V # 5µsec # 3,3 kHz UI = = 0,495 V bzw.
M 165 UI = 30 V # = 30 V # = 0,495 V 10.000 10.000 erzeugt wird. Die am Ausgang der Flip-Flops 19 erhaltene Frequenz steigt linear bis zu M = 4000 an, wobei f/M = 4000 - 10.000 beträgt, und bleibt bei dieser Frequenz bis zu M = 5999, weil ab M = 4001 zwei benachbarte Zählstellen belegt werden. Bei M = 6000 springt die Ausgangsfrequenz fF auf 40 kHz, weil nunmehr zweimal zwei Zählstellen benachbart belegt sind und bleibt bis M = 8000 bie fF = 40 kHz. Ab M = 8001 nimmt die Frequenz fF linear ab mit M fF#M # 8000 = 200 kHz # 1 - # 10.000 so daß die Frequenz fF für M = 9835 fF#@ = 9835 - 200 kHz (1 - 0,9835) = 200 kHz . 0,0165 = #M = 9835 3,3 kHz beträgt.
Die Ausgangsgleichspannung M = 9835 ist 9835 UI = 30 V # = 29,505 V.
10.000 Die Ansteuerfrequenz fF des D/A-Wandlers 15 ist im Ausgangsgleichspannungsbereich von 0,5 V bis 29,5 V fF t 3,3 kHz. Wählt man die Zeitkonstante für das Integrierglied so, daß die Ribbelspannung UR = 3 mV ist, beträgt die gemessene Einschwingzeit auf einen stationären Wert der Ausgangsgleichspannung U1 etwa 0,2 sec.
In Fig. 6 werden über eine Eingangsklemme 40 die in Fig. 7 bei a dargestellten Impulse einer Teilerstufe 18 zugeführt, die aus vier voreinstellbaren.Dezimal-Teilerstufen 43 - 46 besteht.
Die Eingangsfrequenz der Impulse beträgt beispielsweise fIN = 200 kliz. Über die Teilerstufe 18 kann die Eingangsfrequenz wie folgt geteilt werden: f f M OUT ~ IN 10.000' wobei M = 0...9999 über Speicher 48 oder 49 eingestellt werden kann. Die Genauigkeit der zu erzeugenden Gleichspannung ist also so groß vorgegeben, daß 9999 Zwischenwerte für die Gleichspannung möglich sind. Die Ausgänge der Dezimal-Teilerstufen 43...46 werden über ein NAND-Gatter 47 so zusammengefaßt, daß Am Ausgang des NAND-Gatters 47 das in Fig. 7 bei b gezeigte Impulsdiagramm entsteht, wenn die Dezimal-Teilerstufen 43...46 von dem Speicher 48 entsprechend dessen Speicherinhalt von sieben, null, null, null voreingestellt worden sind. In diesem Fall beträgt also M = 7000.
Die Eingangsfrequenz wird außerdem einer Trenn- und Differenzier-Stufe 50,51 zugeführt, so daß die Ausgangsimpulse dieser Stufe zeitgleich mit der negativen 200 kHz-Impulsflanke sind (siehe Impulsdiagramm in Fig. 7 bei c). Die Impulse am Ausgang des NAND-Gatters 47 in Fig. 6 und am Ausgang der Trenn- und Differenzierstufe 50,51 steuern das triggerbare Flip-Flop 19 all, denken mit der Basis eines Transistors 53 verbundener Ausgang d immer "Low" -Signal führt, wenn der Ausgang b des N@D-@atters 47 unabhängig vom Pegel am Ausgang c der Trenn-und Differenzier-Stufe 50,51 positiv "H" ist. Nur wenn der @@@ang b des NAND-Gatters 47 "Low" ist, wird der Ausgang c des @lip-Flops 19 mit dem folgenden differenzierten Impuls auf "High" -Signal geschaltet. Für aufeinanderfolgende Impulse am Ausgang b des NAND-Gatters 47 ist der Ausgang d des Flip-Flops 19 inirier arlf "Low"-Signal (siehe Impulsdiagramm in Fig. 7 bei d).
Das Signal am Ausgang d des Flip-Flops 19 steuert eine Verstärker- und Treiberstufe 53,54, die den Schaltertransistor 1 (wie in ig, 2) schaltet. Der Schaltertransistor 1 ist über seinen Kollektor-Widerstand 2 mit einer konstanten Gleichspannung U von beispielsweise 33 Volt verbunden. Zwischen dieser Sj>annimg und s seiner Sättigungsspannung von beispielsweise 70 mV schaltet der .Schaltertransistor 1 im Grundtakt von hier 5/usec (siehe Fig. 7 bei c). einer zwei Integrierglieder 3,4 und 5,6 kann die gewonnene Gleichspannung dem Tuner 17 eines Fernsehgerätes zur Abstimmung mittels einer oder mehrerer Kapazitätsdioden 64 zugeführt werden. Die Umschaltung von einer kleinen Gleichspannung, z.B. 0,4 V auf eine große Gleichspannung, z.B.
3(! V, erfolgte bei einer Realisierung der beschriebenen Schaltung in ca. 0,2 sec. Die Restwechselspannung war kleiner aLs 3 mV. Die Schrittweite der Gleichspannung betrug 3,3 mV.
Als Integrierglieder wurden folgende Bauelemente verwendet: Widerstand 3 und 5: 10 kjl ; Kondensator 4: 1,ruF1 Kondensator 6: 0,2µF.
Die Sendereinstellung bei einem Fernsehgerät erfolgt in Fig. 6 also dadurch, daß man in einem der Speicher 48,49 eine dem gewünschten Sender zugeordnete Zahl speichert. Mittels eines Schalters S kann die Übernahme des Jeweiligen Speicherinhalts in die Dezimal-Teilerstufen 43 - 46 bewirkt werden.
Den nachfolgend beschriebenen Fig. 8 - 12 liegen die in den Ansprüchen 3 - 13 angegebenen Weiterbildungen der Erfindung zugrunde. Zum besseren Verständnis der Fig. 9 sei zunächst die Schaltung gemäß Fig. 8 erläutert, mit der Impulse erzeugt werden können, deren Impulsbreite in gewünschter Weise veränderbar ist. Die lmpulsbreiten können sich nur um bestimmte Mindestzeit intervalle d unterscheiden. Diese Mindestzeitintervalle sind die Taktzeiten eines Impulsgenerators 65 in Fig. 8, der die Impulsverhältniszähler 66 und 67 antreibt. Der Zahler 66 teilt die Taktimpulse auf die Periodenzeit T, nachfolgend auch als Rahmenlänge T bezeichnet, herunter. Mit seiner Ausgang taktftanke wird die Kippstufe 69 und damit der Transistor 1 (wie in Fig. 2) geschaltet. Gleichzeitig wird dafür gesorgt, daß der Zähler 67 nur bis zu einem Wert M zählt. Das kann durch eine Verglelchsschaltung des Zählermusters des Zählers 67 mit einem (hier nicht gezeigten) Register, das den Wert M enthält, geschehen. Einfacher ist aber die Voreinstellung des Zählers 67 vom Register 68, das den Wert 2n - M als Binärzahl enthält. Der Zähler 67 erhält über das vom Taktzeitbeginn geöffnete Gatter 70 die Zählimpulse und zählt vom Wert 2n,M beginnend N-Taktimpulse ab, bis er den Wert 2n erreicht und damit die Kippstufe 69 wieder zurückwirft. Der Transistor 1 wird wieder leitend nach der Zeit C = M .##, wenn T = nn. ar ist. Das Gatter 70 wird gesperrt bis zum Ende des Intervalls T.
Mit 2n Zeitintervallen ## kann man genau 2n Spannungsschritte b U erzeugen, wobei #U = U # 2-n ist Je größer die geforderte Genauigkeit ist, desto größer muß n werden ulld desto großer wird T, wenn ar durch die Technologie der@Groß-Schaltkreise auf einige µs nach unten hin beschränkt ist. lur die Abstimmung von Fernsehgeräten ist eine Genauigkeit von z.B. 10-4 erforderlich oder n = 13 (2n = 8192). Das würde bei ## - 5 µs ein T von 40,9 ms ergeben. Ein Tiefpaß, der 10 80 db zu unterdrücken hätte, hätte aber sehr große Zeitkonstanten und würde beim Umschalten auf eine neur Einstellung eine Einschwingzeit von vielen Sekunden haben, was unzulässig ist.
Da es nur Zeitintervalle ## geben soll und die Zhal M (Q < M < 2n) jeder Wert annehmen kann, ist eine Aufteilung des Impulspaketes # . ## in genau gleiche Teile nicht möglich, denn M könnte j.o eine Primzahl sein.
Ge@@g Fig. 9 wird deshalb bie Periodenzeit T = 2n # ## in 2K Enterintervalle aufgeteilt, wobei jedes Unterintervall 2m ## 2n-k #lang ist. Ist n = 13 und z.B k = 7, so ist m 6. Die Periodenzeit T ist in i28 Unterintervalle mit je 64 Zeitplätzen aufgeteilt worden. Die untere Grenzfrequenz liegt jetzt mit 128 # 24,4 Hz = 3,13 kHz # 0,2 msec hoch genug, um mit einfachen Filtern kurze Einschwingzeiten auf 10-4 Genauigkeit zu erhalten. Die Zeit # = M # ## wird nun zunächst durch 21 eteilt. ln jedem Unterintervall wird ein Impuls der Grundlänge N # ## erzeugt, wobei N = (M-R) 2-K, d.h.die bei der Division durch 2K erhaltene ganze Zahl (ohne Rest R) ist; z.B. N 3517,N = 27,R = 61. Den Rest R = 61 kamin man den 128 lm@ulsen zu 27 Schreitten am besten so hinzufügen, daß von den 128 Impulsen 128 - 61 = 67 die Länge von 27 Schritten der Länge ## und 61 die Länge von 27 + 1 Schritten haben, wobei die 61 verlängerten lmpulse möglichst gleichmäßig auf die 128 Unterintervalle zu verteilen sind, um nicht durch Massierung der Restimpulse niederfrequente Spektralkomponenten zu erzeugen, die das Filter nicht mehr ausgleichen Kann.
Zum besseren Verständnis wurden bisher die Zahlen M, UM, N und It als Dezimalzahlen dargestellt. Im realisierten System sind sie binär verschlüsselt und im offenbarten Beispiel reine Dualzahlen.

M = 011011 0.111101 = 3517

N

Die Division einer Dual zahl durch eine Zweierpotenz 2k ist eine reine Kommaverschiebung um den Exponenten k nach links.
Die Werte N und fl stehen einfach nebeneinander. Man muß sie nur getrennt verarbeiten.
In Fig. 9 ist die aus der Schaltung gemäß Fig. 8 abgeleitete Schaltung hierfür dargestellt. Ohne die mit 71 bezeichnete Impulsverlängerungsschaltung werden die Impulse am Ausgang des D/A-Wandlers N . ar lang. (Es wird das Komplement N-1 = 2m,N vom Register 14 in den Zeilen 12 voreingestellt, der dann N-Schritte zählt.) Wird die Impulsverlängerungsschaltung 71 oder eine Schaltung, die einen Zählimpuls zum Zähler 67 unterdrückt, aus einem Restverteiler 72 - 75 aktiviert, so ist der Ausgangs Impuls N + 1 Schritte lang. Der Restverteiler 72 - 75 wird vom k-stufigen Taktteiler 72 gesteuert. Durch das vom Register 75 mit dem Rest R aktivierte Gatterfeld wird festgelegt, welcher 0-1 Übergang der Stufen des Zählers 72 eine Impulsverlängerung um 1 . ar bewirken soll. Dabei steuern die Stufen der kleinsten Wertigkeit von R die Gatter 74, die an der Teilerstufe mit den seltensten Übergängen liegt und umgekehrt. Das Verfahren läßt sich für duale und anderweitig binär codierte Zahlenverschliisselungen und beliebige Stellenzahl anwenden. Beispielsweise kann in integrierter Schaltungstechnik als Zahler 72 ein Synchronzähler verwendet werden, bei dem die Ubergänge von 0 - 1 einer Zählerstufe mit Hilfe von Gnttern selektiert werden. Kleine Erweiterungen dieser Gatter ermöglichen dann die vom Register 75 gesteuerte Auswahl der Übergänge. Zur Demonstration seiner Wirkungsweise werden in Fig. 11 nur acht Unterintervalle vorgegeben (t ), deren Zählerp stellungen des Zählers 72 über den Spalten stehen. Die Zeilen sind einzelnen Itestwerten R vorbehalten. Die angekreuzten Felder zeigen die Zeitplätze, an denen verlängerte Impulse erzeugt werden (in Fig. 10 sind die Impulse für R = 100 (dual) = 4 dargestellt), indem ein Übergang O - 1 durch eines der Gatter 74 (Fig. 9) über das NOR-Gatter 73 die Impulsverlängerung in der Impulsverlängerungsschaltung 71 um einen Schritt bewirkt. Man sieht, daß in Fig. 11 die Stufe 20 des Registers 75 für R den Übergang O - 1 der dritten Stufe des Zählers 72 steuert, die Stufe 21 den der zweiten Stufe und die 22 Stufe den der ersten Stufe des Zählers 72. Die größte Ungleichförmigkeit in der Verteilung, die vorkommen kann, ist 1 .?, bei ungeradzahligem R über den Zeitraum von T.
Die Funktion der gleichmäßigen Verteilung der Restimpulse kann auch mit einem der bekannten programmierten Dualzähler z.B. des 7497 in rT TTL-Technik realisiert werden. Die in Fig. 9 dargestellten Bausteine 72,73 und 74 können durch einen programmierten Binärzahler ersetzt werden, wenn die Ausgänge des Registers 75 slJt rlio Steuerelngänge des Zählers angeschlossen werden und der Ausgang für die geteilte Zählfrequenz mit der Impulsverlängerungsschaltung 71 verbunden wird.
Zur Abschätzung der verursachten erhöhten Störgeräusche am Ausgang des Filters überlagert man seine Impulsantwort für einen Impuls der Länge ## (76 in Fig. 12) dem gemessenen oder berechneten Wert der normalen Störspannung 77. Da das Filter aber Impulse einer Zeit N . ## (o<N<22) bis auf die zulässige Restwelligkeit (78) ausweichen kann, bleibt der Einfluß dieser Impulsantwort 76 und 77 unter 2-n . U und stört nicht.
Es kann mit geringem technischem Aufwand die günstigste Zeitstruktur für einen Impulsverhältnis D/A-Wandler hoher Auflösung und kurzer Rinschwingzeit gewonnen werden, wobei der Einfluß der Schaltflanke zu einem Minimum gemacht wird.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Schaltung zu@ Erzeugung einer Gleichspannung aus Impulsen, bei der der Gleichspannungswert dadurch veränderbar ist, daß die Zeitdauer des in jeder Periodenzeit auftretenden Einzelimpulses um ein oder mehrere, durch die Technologie der Bauelemente gegebene Mindestzeitintervalle geändert wird, wobei die Impulse einem Integrationsglied zugeführt werden, an dessen Ausgang die Gleichspannung auftritt, insbesondere zur Erzeugung der Abstimmspannung eines Fernseh- oder Tonrundfunk-Serätes, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrationsglied (3-8; 16; 59-62) anstelle des Einzelimpulses (#) in der genannten Periodenzeit (T) mehrere Impulse zugeführt werden, deren @esamtflächeninhalt gleich dem Flächeninhalt des Einzelimpulses (#) einschlleßlich einer Änderung um ein oder mehrere diskrete Mindestzeitintervalle (##) ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer der dem Integrationsglied (3-8; 16; 59-62) zugeführten Impulse gleich dem Mindestzeitintervall (##) ist, und daß die Periode der Impulse entsprechend dem gewünschten Gleichspannungswert (UM) gewählt ist (Fig. 3).
3. Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die @nzahl (1>) der auf die Periodenzeit (T) verteilten Impulse gleichbleibend ist, und daß ihre Impulsbreiten entsprechend dem gewunschten Gleichspannungswert (UM) gewählt sind (Fig. 7 und 10).
4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zeitdauer der Impulse um ein Mindestzeitintervall (## ) voneinander unterscheiden.
5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse der um ein Mindestzeitintervall (##) großeren Impulsbreite ungefähr gleichmäßig über die Periodenzeit (T) verteilt sind.
6. Schaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte digital gesteuerte Impulsverhältniszsihleranordnung (67-75), deren Zählverhältnis von außen um einen bestimmten Wert zu vorgegebenen Zeiten verändert werden kann, zur Jrzeugung von lmpulslängen mit dem ganzzahligen Wert #M#P# # ## ulld einer mit hilfe von Zahlenverschlüsselungen arbeitenden vom Rest R = = M - LM/d. P ( #M#P# = ganzzahliger Wert von x) gesteuerten Impulsauswahleinrihtung, die R-Impulse möglichst gleichmäßig in der Periodenzeit (T) den Unterzeitintervallen zuordnet und mit den Impulsen deren Zählverhältnisse um einen festen Wert verändert, wobei M eine ganzzahlige Maßzahl ist, durch die der gewünschte Gleichspannungswert (UM) bestimmt ist.
7. Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Aufteilung der 2n . Taktzeiten (Mindestzeitintervalle) (##) ) langen Periodenzeit (T) in P = 2k Unterzeitintervalle, deren Länge 2m # ## = 2nk # ## beträgt, bei dem die Grundlänge N der Impulse der Unterzeitintervalle durch die ersten m bit des Dualwortes für M und der Rest R durch die folgenden k bit dargestellt wird.
8. Schaltung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Impulsanstrahleinrichtung zur möglichst gleichmäßigen Verteilung der Restimpulse auf die P Unterzeitintervalle mit einem an sich bekannten programmierten Zähler (67) oder mit einem Dualzühler, bei dem die Zustandsübergänge einzelner Stufen - gesteuert vom Zustand der bits des Restwertes R -über eine NOR-Schaltung (73) der Impulsverlangerungseinrichtung (71) zugeführt werden, derart, daß das Restwertbit mit der Wertigkeit 20 die Zählerstufenübergänge mit der niedrigsten Frequenz steuert, während die bits mit dem Vielfachen dieser Wertigkeit o = 1 die Zählerstufenübergänge mit dem gleichen Vielfachen der niedrigsten Frequenz steuern.
9. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Periodenzeit (T) gleichmäßig verteilten Impulse durch addition der Impulse der zeitdauer der Mindestzeitintervalle (##) gebildet sind, deren Anzahl die Impulsbreite bestimmt.
10. Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem oszillator (65) erzeugten Taktimpulse der Impulsbreite (##) einer ersten (66) und einer zweiten Dual-Leilerstufe (67) zugeführt werden, dessen Ausgänge je einen Bingang eines Flip-Flops (69) ansteuern, an dessen Ausgang die gewünschten Impulse entstehen, wobei die erste Teilersteife (66) <If>11 Beginn des Impulses und die zweite Teilerstufe (67) dessen sunde bestimmt.
11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Teilerverhältnis der ersten Teilerstufe (66) die Länge des Unterzeitintervalls bestimmt.
12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Teilerstufe (67) ein voreinstellbarer Zähler ist, der Ihr ein erstes Register (68) zu Beginn der Periode auf einen Wert N-1 (Komplement von N-1) voreingestellt wird, wobei N das gewünschte Teilerverhältnis ist, das die Länge der Impulse bestimmt.
13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der zweiten Teilerstufe (67) über eine Impulsverlängerungsschaltung (71) mit dem einen Eingang des Flip-Flops (69) verbinden it, und daß die Impulsbreite durch die Imlulsverlagerungsschaltung (71) um ein Mindestzeitintervall (##) verlängerbar ist.
14. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der dem Integrierglied (16; 59-62) zugeführten Impulse ein Oszillator (10,11,22) vorgesehen ist, der Rechteckschwingungen der Frequenz 1/## erzeugt, daß die Schwingen gen des Oszillators (10,11,22) programmierbaren Dezimal- oder Binarteilerstufen (18) zugefiihrt werden, wobei die Teilerstufen (18) durch ihre Verknüpfung so organisiert sind, daß an Ausgang eines nachgeschalteten Flip-Flops (19) bei jeder @rogrammierstellung die maximal mögliche höchste Frequenz erhalten wird.
15. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, danJ die Ausgänge der Teilerstufen (18) über ein NAND-Gatter (47) mit dem StelleingAng des Flip-Flops (19) verbunden sind, dessen Rückstelleingang die Schwingungen des Oszillators (22) zur eine halbe Periode versetzt zugeführt sind, so daß die Zeitdauer der Impulse am Ausgang des Flip-Flops (19) mindestens gleich der Mindestzeitdauer (##) ist.