DE2545562C3

DE2545562C3 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer gegenüber einer beliebigen Eingangsspannung fester Frequenz phasenverschobenen Rechteckspannung gleicher Frequenz

Info

Publication number: DE2545562C3
Application number: DE19752545562
Authority: DE
Inventors: Erwin 8000 Muenchen Francke
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1975-10-10
Filing date: 1975-10-10
Publication date: 1980-04-30
Also published as: DE2545562B2; DE2545562A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer gegenüber einer beliebigen Eingangsspannung fesler Frequenz mit einem Funktionsgenerator, der die Eingangsspannung in ein Bezugssignal gleicher Frequenz mit abwechselnd linear ansteigenden und abfallenden Flanken umformt, und mit einem Modulator, dem eine Steuerspannung zugeführt ist, die mit der Frequenz der Eingangsspannung moduliert wird, wobei das Bezugssignal aus dem Funktionsgenerator und die modulierte Steuerspannung miteinander verknüpft sind.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung (US-PS 29 888) soll zwischen einem rechteckförmigen Eingangssignal und einem Rechteck-Ausgangssignal eine Phasenverschiebung von vorzugsweise 90° vorgesehen werden, wobei durch einen Regelkreis dafür gesorgt ist, daß die gewünschte Phasenverschiebung automatisch aufrechterhalten wird. Bei der bekannten Schaltungsanordnung werden die Ausgangssignale des Integrators und des Modulators zunächst in einer Summierschaltung addiert und dann über einen Verstärker einem Nullpunkt-Detektor zugeführt. Am Ausgang des Nullpunkt-Detektors steht das phasenverschobene Rechtecksignal an, welches zur automatischen Regelung über verschiedene Stufen dem Steuei-eingang des Modulators zugeführt ist.

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V) Die bekannte Schaltungsanordnung ist aufgrund des Erfordernisses zahlreicher elektronischer Bauelemente sehr aufwendig und von begrenzter Genauigkeit So muß sowohl aufgrund des Vorhandenseins eines Modulators, der z. B. durch einen elektronisch steuerbaren Spannungsteiler verwirklicht werden kann, als auch durch die Summierschaltung mit Nichtlinearitäten gerechnet werden, die nur durch hohen elektronischen Aufwand in Grenzen gehalten werden können.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche mit einem geringeren Aufwand an elektronischen Bauelementen auskommt und dennoch von Nichtlinearitäten weitgehend frei ist, d. h, bei der die Phasenverschiebung in weiten Grenzen eindeutig von einer Steuergleichspannung abhängt

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Modulator aus einem im Takt der Eingangsspannung arbeitenden Umschalter besteht und daß das Bezugssignal und die modulierte Steuerspannung unmittelbar einem Komparator zugeführt sind.

Trotz des erfindungsgemäß einfachen Aufbaus werden eine große Genauigkeit bei der Einstellung einer Phasenverschiebung, eine hohe Auflösung von bis zu 1 :1000 und eine praktisch beliebig schnelle Änderung der Phasenverschiebung erzielt Bei der Verstellung der Phasenverschiebung denkbare Einschwingvorgänge wie bei der vorbekannten Schaltungsanordnung entfallen aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung.

Eine erste vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist so ausgebildet, daß der Modulator aus einem im Takt der Eingangsspannung arbeitenden Umschalter besteht und daß das Bezugssignal und die modulierte Steuerspannung unmittelbar einem Komparator zugeführt sind.

Der Nullspannungs-Komparator ist dann entbehrlich, wenn als Eingangsspannung bereits eine Rechteckspannung fester Frequenz vorliegt

Sofern nicht mit einer festen Frequenz der Eingangsspannung gerechnet werden kann, soll die Zeitkonstante des Integrators auf die jeweilige Eingangsfrequenz abstimmbar sein. Dies kann nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung automatisch dadurch geschehen, daß dem Integrator ein Regelverstärker vorgeschaltet ist, dessen Regeleingang vom Ausgang des Integrators abgeleitet ist

Bei einer zweiten zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Funktionsgenerator aus einer das Bezugssignal bildenden Stufe und einem daran angeschlossenen Nullspannungs-Komparator bes'eht, dessen Ausgang den Umschalter steuert

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an I land der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

Fig. I das Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Fig.2 das Blockschaltbild einer frequenzunabhängig arbeitenden Ausführungsform,

Fig.3 das Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform und

Fig.4 ein Diagramm, das die Spannungen an den einzelnen Schaltungselementen nach den F i g. I und 2 in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt.

Nach Fig. I ist eine beliebige Eingangsspannung Ll, mit fester Frequenz an einen Nullspannungs-Komparator 14 angelegt, welcher mis der Eingangswcchselspannung Ec ein Rechtecksignal gleicher Frequenz und konstanter Amplitude bildet. Dieses Rechtecksignal

wird einerseits einem ein Bezugssignal mit abwechselnd linear ansteigenden und abfallenden Flanken bildenden Integrator 16 mit fester Zeitkonstante und andererseits dem Steuereingang 15 eines steuerbaren Umschalters 11 zugeführt, der eine Steuergleichspannung Ust in ein Rechtecksignal zerhackt, dessen Halbwellen genau gleich große Amplituden haben. Die Ausgänge des Integrators 16 und des Koeffizientenschalters U sind den beiden Eingängen eines Komparators 13 zugeführt Der Nullspannungs-Komparator 14 und der Integrator 16 bilden zusammen einen Funktionsgenerator, der aus der Eingangsspannung U_edas Bezugssignal bildet

Die Funktion der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 wird im folgenden an Hand von F i g. 4 erläutert:

Das oberste Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Spannung Uu am Ausgang des Nullspannungs-Komparators 14 von der Zeit Unmittelbar darunter ist das am Ausgang des Integrators 16 anstehende Bezugssignal 12 wiedergegeben.

Die Steuergleichspannung U₅, ist im dritten Spannungs-Zeitdiagramm von oben dargestellt

Der steuerbare Umschalter 11 multipliziert gemäß dem vierten Diagramm in F i g. 4 während der negativen Halbwelle der Rechteckspannung Uu die Spannung U₅, mit +1 und während der positiven Halbwelle der Rechteckspannung Uu mit — 1.

Das fünfte Diagramm in Fig.4 gibt die Ausgangsspannung U₃ des Komparators bei der Steuerspannung

"> - Ii
U„ = - ^L*

wieder, wobei ίΛ, nut die maximal wählbare Steuerspannung ist Im Falle der vorgenannten Steuerspannung wird eine Phasenverschiebung von etwa 150° erzieh.

Durch die vertikalen gestrichelten Linien vom zweiten zum fünften Diagramm ist die Funktion des Komparators 13 gemäß der Erfindung veranschaulicht

Das unterste Diagramm in F i g. 4 stellt das Ausgangssignal U₃ bei der Steuerspannung O dar. Zu diesem Fall beträgt die Phasenverschiebung in diesem Fall +90°.

Zweckmäßig arbeitet der mit Operationsverstärkern bestückte Phasenschieber mit einer Phasenanschnittsteuerung, so daß er bei hoher Auflösung elektronisch verstimmbar ist Sofern bereits als Eingangsspannung U_e ein Rechtecksignal zur Verfügung steht, kann der Nullspannungs-Komparator 14 entfallen, so daß der Integrator 16 allein den Funktionsseparator bildet Es ist möglich, einen zusätzlichen, in der Zeichnung nicht dargestellten Umschalter vorzusehen, mit dem man die Ausgangsphasenlage um weitere 180° drehen könnte.

ίο Durch eine entsprechende Verkopplung der Steuerspannungen der beiden Umschalter hat man damit die Möglichkeit die Eingangsspannung U_e kontinuierlich von -180° über O bis +180° in ihrer Phasenlage zu verändern.

is Während die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 auf Grund einer festen Zeitkonstante im Integrator 16 an eine feste Eingangsfrequenz gebunden ist, arbeitet die Schaltungsanordnung nach F i g. 2 auch mit veränderlicher Frequenz. Zu diesem Zweck ist dem Integrator 16 ein Regelverstärker 17 vorgeschaiüt, dessen Regelspannung aus dem Ausgangssignal des Integrators 16 gewonnen wird. Man erhält somit ein konstantes, von der Frequenz unabhängiges Bezugssignal am Ausgang des Integrators 16. Aus dieser Spannung kann ebenso wie bc; der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 das phasenverschobene Signal erzeugt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 besteht der Funktionsgenerator aus einer an ihrem Ausgang das Bezugssignal mit abwechselnd linear ansteigenden oder

jo abfallenden Flanken bildenden Stufe 18 und einen daran angeschlossenen Nullspannungs-Komparator 14. Das amplitudenkonstante Bezugssignal steht somit bereits am Ausgang der Stufe 18 zur Verfugung und wird von dort unmittelbar an den Komparator 13 angelegt Das

r> Bezugssignal ist außerdem dem Nullspannungs-Komparator 14 zugeführt, an dessen Ausgang ein nichtphasenverschobenes Rechtecksignal mit gleicher Frequenz wie das von der Stufe 18 erzeugte Bezugssignal zur Verfügung steht Dieses Rechtecksignal wird zur Steuerung des Umschalters 11 an dessen Steuereingang 15 angelegt. Im übrigen arbeitet die Schaltungsanordnung wie die nach den F i g. 1 und 2.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer gegenüber einer beliebigen Eingangsspannung Tester Frequenz phasenverschobenen Rechteckspannung gleicher Frequenz mit einem Funktionsgenerator, der die Eingangsspannung in ein Bezugssignal gleicher Frequenz mit abwechselnd linear ansteigenden und abfallenden Flanken umformt, und mit ι ο einem Modulator, dem eine Steuerspannung zugeführt ist, die mit der Frequenz der Eingangsspannung moduliert wird, wobei das Bezugssignal aus dem Funktionsgenerator und die modulierte Steuerspannung miteinander verknüpft sind, dadurch ge- is kennzeichnet, daß der Modulator aus einem im Takt der Eingangsspannung (U_c) arbeitenden Umschalter (U) besteht und daß das Bezugssignal (12) und die modulierte Steuerspannung unmittelbar einem (Comparator (13) zugeführt sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator aus einem Nullspannungs-Komparator (14), an den die Eingangsspannung (U_c) angelegt ist und dessen Ausgang am Steuereingang (15) des Umschalters (11) anliegt, und einem Integrator (16) besteht, dessen Ausgang dem einen Eingang des !Comparators (13) zugeführt ist

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Integrator (16) ein in Riegelverstieker (17) vorgeschaltet ist, dessen Regeleingang vom Ausgang des Integrators (16) abgeleitet ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionsgenerator aus » einer das Bezugssignal (12) bildenden Stufe (18) und einem daran angeschlossenen Nullspannungs-Komparator (14) besteht, dessen Ausgang den Umschalter (11) steuert.