DE2733949C3 - Verfahren und elektrische Schaltung zur Erzeugung einer kontinuierlichen Sägezahnspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer kontinuierlichen Sägezahnspannung mit Hilfe eines Drehpotentiometers mit diskontinuierlichem Widerstandselement. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Schaltung zur Durchführung des Verfahrens mittels zwei gegeneinander versetzten Sägezahneingangsspannungen, insbesondere den von zwei winkelmäßig versetzten Schleifern eines Drehpotentiometers abgenommenen Sägezahneingangsspannungen.

Ein normales einlagiges Drehpotentiometer kann nicht dazu verwendet werden, eine kontinuierliche Sägezahnspannung mit einer Periode von 360° abzugeben, bei welcher der jeweilige Wert der Spannung eindeutig von der Winkelstellung abhängt und bei welcher der Anstieg über den gesamten Bereich von 360° gleichmäßig erfolgt, da das ringförmige Widerstandselement des Drehpotentiometers notwendigerweise eine Diskontinuität aufweisen muß, sei es, daß das Widerstandselement zwischen den Endanschlüssen einen Totbereich aufweist, sei es, daß die Endanschlüsse winkelmäßig gegeneinander versetzt sind, so daß das an sich kontinuierliche Wicicrstandselement längs einer Periodespannung Verläufe mit gegenläufiger Neigung aufweist. Die mit solchen Potentiometern erzeugten Spannungsverläufe weisen also entweder einen anstei-

genden Teil auf, der sich nur über einen Teil der 360°-Periode erstreckt oder der in jeder Periode zwei Anstiege mit gegenläufiger Neigung aufweist. Man hat bereits versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, daß man Potentiometer mit einei Doppelstruktur verwendet hat, wie sie beispielsweise im US-Patent 29 59 729 beschrieben ist Diese Vorrichtung hat sich jedoch nicht als günstig heiausgestellt, da durch den komplizierten Potentiometeraufbau zusätzliche Komplikationen aufgetreten sind, insbesondere bei der Justierung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, um mittels eines einlagigen Drehpotentiometers eine Sägezahnspannung zu erzeugen, die über die gesamte Periode von 360° einen gleichmäßig ansteigenden Verlauf und einen scharfen Abfall aufweist

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß man von dem Widerstandselement mit Hilfe von zwei winkelmäßig versetzten Schleifern zwei Spannungen abgreift daß man die Sägezahnspannung vom so vorderen Schleifer abnimmt, solange diese> von der Diskontinuität des Widerstandselementes entfernt ist, und daß man die Sägezahnspannung vom hinteren Schleifer abnimmt, wenn der vordere Schleifer sich im Bereich der Diskontinuität befindet, wobei man der am as hinteren Schleifer abgegriffenen Spannung eine konstante Spannung addiert, die dem Potentialunterschied der beiden Schleifer entspricht.

Man verwendet die von dem vorderen Schleifer abgegriffene Spannung also nur so lange, wie der vordere Schleifer von dem Diskontinuitätsbereich entfernt ist, in dem unerwünschte Fehler auftreten könnten.

Wenn der. vordere Schleifer sich in diesem Gebiet befindet nimmt man von dem winkelmäßig versetzten hinteren Schleifer eine Spannung zur Erzeugung der Sägezahnspannung ab, die natürlich kleiner ist als die gewünschte Sägezahnausgangsspannung, da der hintere Schleifer sicn in einem Gebiet des Widerstandselementes mit niederem Potential befindet. Zum Ausgleich addiert man der am hinteren Schleifer abgegriffenen Spannung eine Spannung, deren Betrag der Potentialdifferenz zwischen den beiden Schleifern entspricht, wenn beide Schleifer eine Spannung am Widerstandselement abnehmen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß man zur Feststellung der Umschaltpunkte aus der hinteren Sägezahnspannung zwei Vergleichsspannungen erzeugt, nämlich eine erste, deren Verlauf in jeder Periode dem der hinteren Sägezahnspannung ähnlich ist, sowie eine zweite Vergleichsspannung, deren Verlauf dem der hinteren Sägezahnspannung in seinem oberen Teil ähnlich ist, der jedoch in seinem unteren Teil konstant ist, wobei der konstante Wert zwischen dem Minimal- und dem Maximalwert der ersten Vergleichsspannung und der Maximalwert der zweiten Vergleichsspannung über dem Maximalwert der ersten Vergleichsspannung liegen, so daß sich die Verläufe der beiden Vergleichsspannungen in jeder Periode zweimal schneiden, und daß man die beiden Vergleichsspannungen vergleicht und jeweils beim Erreichen eines Schnittpunktes im Verlauf der beiden Vergleichsspannungen von dem einen Schleifer auf Hen anderen umschaltet.

Durch diese Ausbildung wird es möglich, die Umschaltzeitpunkte ex&kt festzulegen, an welchen von einem auf den anderen Schleifer umgeschaltet werden muß.

In einer weiteren Ausbildung ist eine elektrische Schaltung vorgesehen, mit welcher man aus zwei gegeneinander versetzten Sägezahneingangsspannungen, insbesondere den von zwei winkelmäßig versetzten Schleifern eines Drehpotentiometers abgenommenen Sägezahneingangsspannungen, eine kontinuierliche Sägezahnspannung erzeugen kann. Diese Schaltung enthält eine Vergleichsschaltung, die abhängig von der Höhe mindestens einer der beiden Eingangsspannungen ein Ausgangssignal erzeugt sowie durch einen durch dieses Ausgangssignal umschaltbaren Schalter, der je nach Schaltstellung die kontinuierliche Sägezahnspannung entweder von der ersten oder von der zweiten Sägezahneingangsspannung abnimmt.

Mit der erfindungsgemäßen Schaltung kann aus zwei gegeneinander versetzten Sägezahnspannungen, wie sie beispielsweise bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von den heiden Schleifern des Drehpotentiometers abgegriffen werden, eine analorr", kontinuierliche Sägezahnspannung mit einer Periode von 360° erzeugt werden, die auch leicht mit Hilfe eines Analog-Digital-Wandlers in eine digitale Sägezahnspannung umgewandelt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Potentiometerschaltung,

Fig.2 eine diagrammatische Darstellung des zeitlichen Verlaufes verschiedener in der Schaltung der F i g. 1 auftretender Spannungen,

Fig.3 eine Seitenansicht eines kontinuierlichen Drehpotentiometers mit zwei Abgriffen zur Verwendungin der Schaltung der F i g. 1,

F i g. 4 eine Draufsicht auf das Drehpotentiometer der Fig. 3,

^rig.5 eine Ansicht ähnlich Fig.4 eines anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Drehpotentiometers mit zwei Abgriffen,

F i g. 6 eine diagrammatische Darstellung des zeitlichen Verlaufs einiger an dem Potentiometer dei F i g. 5 auftretender Spannungen und

Fig. 7 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Potentiometerschaltung mit einem Analog-Digital-Konverter.

In den Fi g. 1 und 7 ist detailliert beziehungsweise in Blockform das Schaltbild der erfindungsgemäßen Potentiometerschaltung dargestellt. Mit dieser Schaltung und mit einem kontinuierlich verdrehbaren, einlagigen Drehpotentiometer mit zwei Abgriffen kann man eine kontinuierliche, lineare Sägezahnspannung mit gleichmäßiger Steigung in analoger oder digitaler Form erzeugen, deren Periode der vollen Umdrehung des Potentiometers von 360° entspricht. Die Schaltung zur Verarbeitung der vom Drehpotentiometer gelieferten Spannungssignale kann auf einer Schaltungsplattine 20 aufgebracht sein, die in F i g. 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist. Diese Schaltung ist mit dem Potentiometer mit Doppelabgriff 10 verbunden, wobei das Potentiometer von der Schaltung entfernt angeordnet sein kann. Mit dein Ausgang der Schaltung kann zur Erzeugung einer digitalen Ausgangsspannung ein Analog-Digital-Konverter80 verbunden sein, beispielsweise ein Siliconix LD 130.

In den Fig. 3 und 4 ist ein erster Typ eines

erfindungsgemäßen Potentiometers 10 dargestellt, (is ist in einem Gehäuse 11 angeordnet und weist ein konventionelles, ringförmiges Widerstandselement 14 auf. das sich über einen Winkelbercieh von etwas weniger als 360" erstreckt. Zwischen den tindanschlüs· sen 13 und 14 des Widerstandselemen'es ergibt sich also eine Diskontinuität in Form eines unwirksamen Sektors. Auf der Potentiometerwelle 12 sind zwei gemeinsam mit der Welle verdrehbare, winkclmäßig gegeneinander versetzte, im wesentlichen radial angeordnete Abgreifer oder Schleifer 16 und 18 befestigt. Die beiden Schleifer nehmen von dem Widerstandselement 14 zwei phnscnmäßig gegeneinander versetzte, einander überlappende, diskontinuierliche, sägezahnförmige Spannungen ab und liefern sie an die Schieiferanschlüsse 17 beziehungsweise 19. Im dargestellten Beispiel betragt der Phasenunterschied zwischen den beiden abgegriffenen Spannungen 192°. Die Spannungen an diesen Anschlüssen, im folgenden als Eingangsspannungen ei und e2 bezeichnet, haben bei Drehung der Potentiometerwelle 12 den in F i g. 2 dargestellten Verlauf. Wenn im Zusammenhang mit dieser Erfindung von einer Sägezahnspannung die Rede ist, so wird darunter eine Spannung verstanden, die unmittelbar von einem Maximalwert auf einen Minimalwert abfällt, wie dies bei den Spannungen ei, e? und e» der Fall ist (F i g. 2).

In Fig. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehpotentiometers dargestellt. Die den Teilen des in den Fig. 3 und 4 dargestellten Potentiometers entsprechenden Teile tragen die gleichen Bezugszeichen, die zur Unterscheidung mit einem Strich versehen sind. Im Unterschied zu dem Potentiometer der Fig. 3 und 4 ist das Widerstandselement 14 bei diesem Ausführungsbeispiel geschlossen aufgebaut, die Endanschlüsse 13' beziehungsweise 15' schließen also zwischen sich ein Gebiet des Widerstandselementes ein. in dem der Spannungsverlauf umgekehrt ist wie im übrigen Teil. In dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Schleifer 16' und 18' um 90 gegenemanuci vetüiciii.

Demzufolge ergeben sich an den Anschlüssen 17' beziehungsweise 19' beim Drehen des Potentiometers Eingangsspannungen e'i und e/, wie sie in F i g. 6 dargestellt sind. Es handelt sich dabei also um doppelt geneigte Sägezahnspannungen, deren Spannungsabfall nicht plötzlich, sondern allmählich erfolgt.

Das Potentiometer 10 (oder 10') wird mit der auf der Plattine 20 angeordneten Schaltung verbunden, und zwar stehen der Endanschluß 13 mit einem Anschluß 22. der Masseendanschluß 15 mit einem Anschluß 23, der Schleiferanschluß 17 mit einem Eingang 24 und der Schleiferanschluß 19 mit einem Eingang 25 in Verbindung. Die Schaltung weist ferner einen über einen Draht 21 mit dem Anschluß 22 in Verbindung stehenden Spannungseingang 26 und einen über einen Draht 31 mit dem Anschluß 23 in Verbindung stehenden Masseeingang 27 auf. Das Massepoten'.ial wird im folgenden mit Eo bezeichnet Die Ausgangssägezahnspannung wird an den Klemmen 28 und 29 abgenommen.

Die Schaltung umfaßt eine Zener-Diode 30, beispielsweise vom Typ IN 5235, einen Komparator 36 und drei Operationsverstärker 32, 34, beziehungsweise 38, beispielsweise vom Typ Raytheon 3403, drei Festkörperschalter 40, 44 und 48, beispielsweise vom Typ RCA 4016 CMOS, sowie eine Anzahl von Widerständen und Trimmerwiderständen, deren Funktion im folgenden näher erläutert wird. Dabei wird die Funktion dieser Schaltung an Hand der Darstellung der F i g. 2 beschrieben, in der zeitliche Spannungsverläufe von Spannungen C₁,... c* dargestellt sind. Im Schaltbild der Fig. I ist angegeben, an welchen Punkten diese Spannungen ;iuftreten. Die zwei gegeneinander versetzten, einander überlappenden, diskontinuierlichen, linearen Sägezahnspannungen (oder beim Potentiometer 10' die zweifach geneigten, kontinuierlichen Spannungen mit den linearen Anstiegsbcrcichcn) werden über die

ίο Eingänge 24 und 25 den Eiiij/ mgen der Operationsverstärker 32 und 34 zugeführt, deren Verstärkungsfaktor 1 ist. die :ilso als Impedanzwandler wirken. An ihren Ausgängen liegen ebenfalls die Spannungen ei und C2 an. da die Operationsverstärker die Schleiferspannungen am Potentiometer praktisch nicht belasten. Die Spannungen C\ und e> können ohne Änderung ihres wertes an die Widerstände 5i und 52 mviehuiigsweist: 58 und 61 angelegt werden. Die dem Schleifer 16 zugeordnete Spannung C) ist einfach ein fester Bruchteil

jo der Spannung ei, der durch die als Spannungsteiler wirkenden Widerstände 51 und 52 bestimmt wird.

In ähnlicher Weise ist die Spannung c< ein Teil der Spannung ei, dessen Größe durch die Widerstände 58 und 61 bestimmt wird. Zusätzlich enthält die Spannung C4 jedoch eine konstante Komponente, die einen Teil der Versorgviigsspannung F₁ darstellt, so daß der Absolutwert der Spannung e» anders ist als der der Spannung ei. Eine solche konstante Spannungskomponente kann im übrigen auch durch geeignete Anschlüsse am Wider-Standselement 14 oder 14' des Potentiometers 10 beziehungsweise 10' erhalten werden. Wenn das Verhältnis des Widerstandes 51 zum Widerstand 52 genau gleich dem Verhältnis des Widerstandr 58 zum Widerstand 61 ist, dann haben die Spannungen Cz und e_t genau gleiche, lineare Steigungen. Sie sind jedoch gegeneinander versetzt, sie überlappen sich und sie sind diskontinuierlich. Wenn die mechanische Winkelversetzung zwischen den beiden Schleifern entsprechend den Widerstandsverhältnissen gewählt wird, beispielsweise

'," wie i™ VCrÜSgSP.der! Fi!! 192° b^pl <»in»»m Wirfpr«anrkverhältnis von 1 :2, dann kann der feste Unterschied zwischen den Spannungen ej und e«, der sich auf Grund dieser winkelmäßigen Versetzung ergeben würde, wenn Widerstand 61 ebenso wie Widerstand 52 geerdet

♦5 würde, durch den festen, der Spannung et durch die Verbindung des Widerstandes 61 mit der Versorgungsspanr.ung ft auf dem Draht 31 zugeschlagenen Spannungswert genau ausgeglichen werden. Unter diesen Voraussetzungen sind die Spannungen es und e₄ geeignet. Schaltern zugeführt zu werden, die die Spannungen der beiden Schleifer abwechselnd abgreifen und damit die gewünschte Sägezahnausgangsspannung mit der Periode von 360° erzeugen.

Die genaue Größe der Winkelversetzung der beiden Schleifer hängt jedoch von der genauen elektrischen Länge des Widerstandselementes 14 sowie vom genauen Wert des Widerstandsverhältnisses Widerstand 51 : Widerstand 52 ab. Da es bei der üblichen Routineproduktion unmöglich ist, ein spezielles Wider-Standselement mit einer Länge innerhalb der geforderten Toleranzen herzustellen, ist eine elektrische »Phasen«-Justierung vorgesehen, um andernfalls notwendig werdende Justierungen zur Kompensierung einer falschen Winkelverstellung der Schleifer 16 und 18 nach der Fertigstellung der gesamten Vorrichtung zu vermeiden. Dies hat den zusätzlichen Vorteil daß die Vorrichtung leicht nachjustiert werden kann, wenn beispielsweise das Potentiometer ausgewechselt wer-

den muß.

Zu diesem Zweck ist ein )ustierpotcntiometer 54 mit einem verschieblichcn Schleifer 55 und einem in Reihe geschalteten Widerstand 56 vorgesehen, mit dessen Hilfe ein kleiner, zusätzlicher, einstellbarer Strom über den Widerstand 56 in die Verbindungsstelle der Widerstände 58 und 61 injiziert werden kann. Der Wert des Widerstands 56 ist groß gegenüber dem des Widerstands 61, während der Wert des Potentiometers 24 gegenüber dem Wert des Widerstandes 56 klein ist. Trotzdem stellt der Widerstand 56 für die Verbindung der Widerstände 58 und 61 eine gewisse Belastung dar. s<> daß die Neigung der Sägezahnspannung ca nicht mehr genau gleich der Neigung der Spannung ei sein wird.

Um hier die Symmetrie der Schaltung wieder herzustellen, wird dem Widerstand 52 ein Parallelwiderstand 53 zugeschaltet. Die nominale Winkelversetzung zwischen den Schleifern 16 und 18 von 192" wird auf der Basis des Wertes der Spannung C₁ berechnet, die si· Ii ergibt, wenn der Schleifer 55 des Justierpotentiometers 54 etwa in der Mitte seiner Schleifbahn steht. Die Effekte der Hcrstellungstolcranzen werden dann durch Justierung des Potentiometers 54 beseitigt, und zwar in einer Stellung der Schleifer 16 und 18 in der Nähe der Stellung, an der ihre Ausgangsspannungen umgeschaltet werden, so daß der Wert der Spannung ei an dieser Stcüe genau gleich dem Wert der Spannung ej ist.

Zum Umschalten der Eingangsspannungen der Schleifer 16 und 18. welches zur Erzeugung einer fortlaufenden 360°-Sägezahnspannung nötig ist. sind drei CMOS-Schalter (elektronische Schalter) 40, 44 und 48 vorgesehen, leder dieser Schalter 40, 44 und 48 stellt im wesentlichen eine Unterbrechung dar, wenn seine Steuerelektrode 41, 45 beziehungsweise 49 auf Erdpotential gebracht wird, während derselbe Schalter einen niedrigen Widerstand annimmt, wenn die Steuerelektrode auf ein hohes Potential im Bereich der Versorgungsspannung F, gebracht wird.

bewirken, welch letzterer noch eine erhebliche Weglänge des Widerstandselementes vor sich hat. Dieser Übergangspunkt ist in F" i g. 2 in der Darstellung der Spannungen c<, und q, mit a) bezeichnet. Dieser Punkt ist nicht kritisch.

Wenn der Schleifer 16 über den Endanschluß 13 sowie den Übergangsraum zwischen den Endanschlüssen 13 und 14 hinweggegangen ist und sich wieder auf dem Element befindet, jedoch bevor der Schleifer 18 das Ende des Widcrstandselementes am Endanschluß 11 erreicht hat, muß die Steuerspannung ei wieder abgesenkt werden, so daß das Ausgangssignal wieder vom Schleifer 16 abgenommen wird. Dieser Übergangspunkt ist in F i g. 2 bei der Darstellung der Spannungen ei und o> mit b) bezeichnet.

An diesem Übergangspunkt fällt die Ausgangs-Sägezahnspannung es plötzlich ab. Die Höhe des Spannungssprunges der Ausgangsspannung Cg hängt nicht vom genauen Augenblick des Zyklus ab, an welchem die Steuerspannung e? abfällt, dieser Augenblick ist jedoch vom Einfluß auf den absoluten Wert von es beim Abfall.

Durch diese Abhängigkeit wird der Zeitpunkt des Abfalles der Steuerspannung kritisch.

Der Anstieg und Abfall der Komparatorsignal-Steuerspannung ei an den Punkten a) beziehungsweise b) (Fig. 2) wird durch den Komparator 36 erreicht, dessen Eingangssignale eine nicht lineare Sägezahnspannung e<, und eine lineare Sägezahnspannung et, sind. Beide Spannungen es und et, sind von der Spannung ei der Ausgangsspannung des Schleifers 18 mittels zweier Netzwerke abgeleitet. Das erste Netzwerk umfaßt einen Widerstand 57 sowie die Zener-Diode 30, während das zweite Netzwerk drei feste Widerstände 62,63,64 umfaßt.

Wenn die Spannung C₂ sehr klein ist, dann liegt die gesamte Versorgungsspannung E\ an der Zener-Diode 30 und dem mit dieser in Reihe geschalteten Widerstand 57. Wenn die Zener-Spannung kleiner ist als d·..· Versorgungsspannung £Ί, dann bricht die Zener-Diode

uer r ι g. ι wiim uer genauer ho 411 ju uuiv.ii uiiu uic uiiimmoiic

zusammen mit dem Widerstand 65 als Phaseninverter. Wenn seine Komparatorsignal-Steuerspannung e? hoch ist, dann wird der Schalter 48 eingeschaltet und legt die Steuerelektrode 45 des Schalters 44 auf Massepotential. Wenn das Komparatorsignal-Steuersignal e? dagegen niedrig ist, dann wird der Schalter 48 in Aus-Stellung geschaltet, so daß die an die Steuerelektrode 45 des Schalters 44 gelegte Steuerspannung ansteigen kann. Die eine entgegengesetzte Phase aufweisenden Steuerspannungen an den Steuerelektroden 41 und 45 der Schalter 40 beziehungsweise 44 führen dazu, daß der Schalter 40 geschlossen ist, wenn der Schalter 44 offen ist, und umgekehrt. Wenn die Komparatorsignal-Steuerspannung ei niedrig ist, dann ist Schalter 44 geschlossen und Schalter 40 offen; in diesem Zustand gelangt die vom Schleifer 16 abgenommene Spannung ei auf die Ausgangsklemme 28. Wenn umgekehrt die Spannung ei hoch ist, dann gelangt die Spannung e* vom Schleifer 18 auf die Ausgangsklemme 28.

Ober einen bestimmten Drehbereich der Schleifer sind die Spannungen ft und e>. genau gleich. Dies ist dann der Fall, wenn der Schleifer 18 sich von dem CndanschluG 15 wegbewegt und bevor der Schleifer 16 den Endanschluß 13 erreicht hat. An jedem Punkt in diesem Bereich kann die Steuerspannung ei ansteigen und den erstrebten Übergang das Ausgangssignal vom Schleifer 16 (der alsbald das Ende des Potentiometerelementes erreichen wird) auf den Schleifer 18 zu

nung es, die an einem der Eingangsklemmen 35 des !Comparators 36 liegt, nimmt einen Wert ab, der sich aus der Versorgungsspannung Fi abzüglich der Zener-Spannung ergibt. Wenn die Spannung F₂ ansteigt, dann bleibt die Spannung es konstant bis die Differenz zwischen den Spannungen E\ und ei gleich der Zener-Spannung ist. An dieser Stelle hört die Zener-Diode auf leitend zu sein. Von hier ab folgt die Spannung es der Spannung ei, wobei an dem Widerstand 57 praktisch keine Spannung abfällt. Dieses Verhalten der Schaltauslöse-Sägezahnspannung es ist in F i g. 2 dargestellt.

Die lineare Sägezahnspannung es beginnt und endet bei Werten, die nur durch die stabile Versorgungsspannung E\ und die Werte der drei festen Widerstände 62, 63 und 64 bestimmt werden. Der Verlauf der Spannung es, der ebenfalls in F i g. 2 dargestellt ist, ist also eine gerade Linie, deren Steigung aufgrund der Aufladungseffekte der Widerstände 63 und 64 weniger steil ansteigt als bei der Spannung e^.

Durch eine geeignete Wahl der Zener-Spannung und der Werte der Widerstände 62, 63 und 64 kann eine nichtlineare Sägezahnspannung es erzeugt werden, die die lineare Steuerspannung es zweimal schneidet, so daß die Eingangsspannungen es und es des !Comparators 36 zwei Übergänge erzeugen, die in F i g. 2 mit a) und b) gekennzeichnet sind. Vor der ersten Überschneidung beim Punkt a) ist die Spannung es größer, das heißt

ίο

positiver, als die Spannung et,. Da diese Spannung mit der invertierenden Eingangsklemnie 35 des Komparators 36 verbunden ist, wird die vom Komparator 36 erzeugte Steuerspannung e? niedrig sein. Nach der ersten Überschneidung beim Punkt a) ist die Spannung ßb positiver als dir Spannung c₅, so daß die Stcuerspannung e, des Kompaiators 36 hoch ist. Nach der zweiten Überschneidung beim Punkt b) schließlich ist die Spannung es wieder positiver als die Spannung e₆, so daß die Steuerspannung ei wieder niedrig wird.

Die Zener-Spannung der Diode 30 bestimmt die Lage des ersten Übergangspunktes a) mit, der die Umschaltung des Systems von Schleifer 16 auf Schleifer 18 verursacht. In dem Maße, in dem die Zener-Spannung nicht genau spezifiziert ist, ist der genaue Übergangspunkt nicht bekannt. Diese Unsicherheit hat jedoch keine Bedeutung. Andererseits ist die Reproduzierbarkeit der Stabilität des zweiten Ubergangspunktes wichtig; da der ansteigende Teil der nichtlinearen Spannung es, der den zweiten Übergang auslöst, erst dann auftritt, wenn die Zener-Diode nicht mehr leitend ist, können Ungewißheiten der Zener-Spannung außer Betracht bleiben.

Der Widerstand 66 wird im Verhältnis zu den Widerständen 62,63 und 64 sehr groß gewählt, so daß er den obenbeschriebenen 'Jetrieb der Schaltung nicht wesentlich beeinflußt. Er liefert jedoch eine Mitkopplung für den Komparator 36, so daß der Komparatorbetrieb, also die Entscheidung, ob der Schnittpunkt der Spannungsverläufe es und e₆ erreicht ist, eindeutig wird. Dadurch ergibt sich für die Ausgangsspannung e? des Komparators ein einziger klarer Anstieg beziehungsweise ein einziger klarer Abfall an den Übergangspunkten. Die gewünschte kontinuierliche, lineare Sägezahnspannung mit gleichförmiger Steigung ist die Spannung e», die entweder am Ausgang des Schalters 40 oder am Ausgang des Schalters 44 liegt und die bei einer vollen Drehung von 360° ohne jede Unstetigkeit zwischen den senkrechten Abfällen verläuft.

■> Die Schaltung arbeitet in gleicher Weise, wenn sie mit drm Potentiometer 10' verbunden ist. Auch hier ergibt sich eine fortlaufende lineare Sägezahnspannung c«, wie dies in F i g. 6 dargestellt ist.

Um eine Belastung der Schaltelemente zu vermeiden,

ι» ist es vorteilhaft, die Ausgangsspannung c« von den Ausgangsklemmen 28 und 29 mittels eines hochohmigen Trennverstärkers zu trennen. Zu diesem Zweck kann ein Operationsversläikcr 38 vorgesehen sein, dessen Ausgang mit einem mit Masse verbundenen Potentio-

i"» meter 71 verbunden ist. Sein Schleifer 72 ist mit der Ausgangsklammer 28 verbunden. Die Ausgangsklemme 29 ist mittels des Potentiometers 67 und der Widerstände 7b und 77 gegenüber Masse um einen einstellbaren Betrag angehoben. Die endgültige analoge

2" Ausgangsspannung ist die Spannung zwischen den Klemmen 28 und 29, wobei das Potentiometer 71 die Größe der Sägezahnspannung steuert, während das Potentiometer 67 sein Niveau bezüglich Masse bestimmt.

2~> Wenn man eine digitale Ausgangsspannung wünscht, kann ein Analog-Digital-Konverter 80, beispielsweise ein Siliconix LD 180, mit der Schaltung 20 verbunden sein, wie dies in F i g. 7 dargestellt ist. Dazu verbindet man die Versorgungsspannungsklemmen 82 und 88 mit

i" den entsprechenden Klemmen 26 und 27 und die Analogspannungseingangsklemmen 84 und 86 mit den Ausgangsklemmen 28 und 29 der Schaltung 20. Eine aufgrund der analogen Eingangsspannung gebildete digitale Ausgangsspannung wird dann an den Ausgangs-

ii klemmen 92 und 94 geliefert.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung einer kontinuierlichen Sägezahnspannung mit Hilfe eines Drehpotentiometers mit diskontinuierlichem Widerstandselement, bei welchem der Spannungswert der Sägezahnspannung von der Winkelstellung des Potentiometers abhängt und eine Periode aufweist, die der Drehung des Potentiometers um 360° entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß man von dem Widerstandselement mit Hilfe von zwei winkelmäßig versetzten Schleifern zwei Spannungen abgreift, daß man die Sägezahnspannung vom vorderen Schleifer abnimmt, solange dieser von der Diskontinuität des Widerstandselementes entfernt ist, und daß man die Sägezahnspannung vom hinteren Schleifer abnimmt, wenn der "ordere Schleifer sich im Bereich der Diskontinuität befindet, wobei man der am hinteren Schleifer abgegriffenen Spannung eine konstante ao Spannung addiert, die dem Potentialunterschied der beiden Schleifer entspricht

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Drehpotentiometer mit einem nicht vollständig geschlossenen Widerstandselement verwendet, so daß die beiden Sägezahnspannungen an den beiden Schleifern einen Anstiegsbereich aufweisen, der kürzer ist als die Periode der Sägezahnspannung.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Drehpt<entiometer mit einem geschlossenen Widerstt-ndselement verwendet, dessen Anschlüsse winkelmällig gt aneinander versetzt sind, so daß die beiden Sägezahnspannungen an den beiden Schleifern in jeder Periode zwei Bereiche mit gegenläufiger Neigung aufweisen.

4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umschaltung von dem ersten auf den zweiten Schleifer vornimmt, solange sich der erste Schleifer vor der Diskontinuität befindet.

5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umschaltung von dem zweiten Schleifer auf den ersten Schleifer vornimmt, wenn sich der erste Schleifer hinter der Diskontinuität befindet.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Feststellung der Umschaltpunkte aus der hinteren Sägezahnspannung zwei Vergleichsspannungen er- 5<> zeugt, nämlich eine erste, deren Verlauf in jeder Periode dem der hinteren Sägezahnspannung ähnlich ist, sowie eine zweite Vergleichsspannung, deren Verlauf dem der hinteren Sägezahnspannung in seinem oberen Teil ähnlich ist, der jedoch in seinem unteren Teil konstant ist, wobei der konstante Wert zwischen dem Minimal- und dem Maximalwert der ersten Vergleichsspannung und der Maximalwert der zweiten Vergleiehsspannung über dem Maximalwert der ersten Vergleichsspannung liegen, so daß sich die Verläufe der beiden Vergleichsspannungen in jeder Periode zweimal schneiden, und daß man die beiden Vergleichsspannungen vergleicht und jeweils beim Erreichen eines Schnittpunktes im Verlauf der beiden Vergleichsspannungen von dem einen Schleifer auf den anderen umschallet.

7. Elektrische Schaltung zur Durchführung des

Verfahrens der Ansprüche I bis 6, gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung (36), die abhängig von der Höhe mindestens einer der beiden Eingangsspannungen (e_t, ei) ein Ausgangssignal (e,) erzeugt, sowie durch einen durch dieses Ausgangssignal (ej) umschaltbaren Schalter (40, 44), der je nach Schaltstellung die kontinuierliche Sägezahnspannung entweder von der ersten oder von der zweiten Sägezahneir.gangsspannung (e\ bzw. S₃) abnimmt.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung einen Komparator (36) umfaßt, dem von einer aus einer der beiden Sägezahneingangsspannungen (ei, e2) zwei Vergleicbsspannungen (es, ee) erzeugenden Schaltung die zwei Vergleichsschaltungen zugeführt werden.

9. Schaltung nagh Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Erzeugung von 2 Vergleichsspannungen (es, ee) aus einer der beiden Sägezahneingangsspannungen (e\, ei) eine Spannungsteilerschaltung (62, 64) zur Erzeugung der ersten Vergleiehsspannung (ee) sowie eine mit einem Widerstand (57) in Reihe geschaltete, mit einer Spannungsquelle verbundene Zener-Diode umfaßt, wobei die zweifs Vergleiehsspannung (es) zwischen Widerstand (57) und Zener-Diode (30) abgreifbar ist

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Vergleichsschaltung (36) betätigbaren Schalter (40, 44, 48) Feldeffektschalter sind.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phasenjustierung (54,55) zur Kompensierung von Abweichungen der Sägezahneingangsspannungen (e\, ei) vorgesehen ist.

12. Schaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die kontinuierliche Sägezahnausgangsspannung einem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler zuführbar ist.