DE2809633B2 - Gesteuerter Erzeuger von Perioden-Signalbildern - Google Patents
Gesteuerter Erzeuger von Perioden-SignalbildernInfo
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- DE2809633B2 DE2809633B2 DE2809633A DE2809633A DE2809633B2 DE 2809633 B2 DE2809633 B2 DE 2809633B2 DE 2809633 A DE2809633 A DE 2809633A DE 2809633 A DE2809633 A DE 2809633A DE 2809633 B2 DE2809633 B2 DE 2809633B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
- G06G7/00—Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
- G06G7/12—Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
- G06G7/26—Arbitrary function generators
Description
eine gesehene Zahl der Perioden jedes der SignaMge durch eine i
ti·
zu sch It η
2. Erzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Generatorgruppen (G 1,
G2,... Gn) an der Ausgangsklemme eines Feldeffekttransistors (T2), an dessen Eingangsklemme
eine Dreieckspannung einer gegebenen Periode angelegt wird, eine Spannung mit sinusförmigem
Verlauf der gleichen Periode erhalten wird.
wandelt
die vorgegebene Aneinanderreihung der Signalzüge, dir unveränderlichen Signale und/ode? der
sich ändernden Signale durch ein Verknüpfungs-Schaltwerk (L) organisiert wird, das das Programm der geforderten Aneinanderreihung
speichert, im Komparator (CP) und in der Umwandlungsschaltung (CN) die Auswahl eines
der von den Generatorgruppen Λ51, G 2,... Gn)
kommenden Eingangssignale steuert, die boolesehen Zählsignale und die Ansleuersignale
empfängt, in der Einfügeeinrichtung (DO) die AnwendungdergeeignefenZeitkonsIanterAci,
RC2) steuert und schließlich Befehle an eine Einrichtung (MX) zur aufeinanderfolgenden
3. Erzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Kompensieren von Laufzeiten der vom Verknüpfungsschaltwerk fZ^abgegebenen Steuersignale dienende Einrichtungen (P2)
die Gleichspannungspegel im Komparator (CP) künstlich verändern.
4. Erzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorgänge an
den periodischen Signaiverläufen ebenso wii deren
Abgabe von den Generatorgruppen (Gi, <?2, GnJ parallel und gleichzeitig erfolgt und
.Er2 K eUg(:iH na?h de.m Ob<!rbef ff des Anspruchs 1.
20 "«besondere in elektronischer Ausführung.
_ Verschiedentlich ergibt sich in der Elektronik der
*edarf, nach p Penoden-S.gnalen fur eine gegebene
Anzahl von Perioden, wobei die Signale nicht nur nach
,f l"™"™,. f*""e SpannungsstöBe in.
*em«nen eine erhehhehe Slromblenung, so daß eme
tejs^U^ngen bewir« «ird. E, k,„„ „so
beispielsweise vorkommen, daß ein Erzeuger, der im
üblich ffn B.et.rieb ei"e" ^οπ} v°n " AmP*re lieffn
für mind«te"s [°" Ampere dnnens.on.ert werden
J wenn sfnMe Spannung» oße zu erwarten sind.
°'e lhm "achgeschalteten Schaltungen müssen durch
F'^rsysteme und Pufferkondensatoren so geschützt
se.n, daß Speisungsschwankungen keine unerwünschten Verzerrungen in den erzeugten S.gnalb.ldern hervorru-
.. Es Ä ka.nn auch b^' "'^'fu Fretluenf" wlcht'g «"«.
^e Anfangs- und Schlußphasen und die Zahl der
Perioden der verwendeten Teile genau zu bestimmen.
°leS K! be.sp.elswe.se in Servomechanismen der Fall,
dle auf der Basis el"es vo" "je, Quadratursignalen
mainet.schen Drehfelds die gesteuerte
m rTrr ^
wünschten Phase beginnen und nach einer gegebenen, ganzzahligen oder nicht-ganzzahligen Anzahl von
Perioden mit der geforderten Phase enden. Außerdem muß es allgemein möglich sein, bei Bedarf die Form
und/oder die Frequenz der beiden Signale zu ändern, 65 ohne daß unerwünschte Streusignale auftreten.
Bekannte Systeme zur gesteuerten Erzeugung der Perioden-Signale lösen die beschriebenen Probleme
nicht in ihrer Gesamtheit zufriedenstellend, sondern
stellen nur Teillösungen dar.
Beispielsweise bedienen sich verschiedene Vorrichtungen elektronischer Rechnerund Analog-Digital-Umsetzer zur Bestimmung der Anzahl ausgenützter
Perioden eines gegebenen Signals. Mit diesen Vorrichtungen bleibt jedoch das Problem der genauen
Bestimmung der Anfangs- und der Endphase des Signals ungelöst Außerdem sind solche Systeme teuer und von
verhältnismäßig langer Verarbeitungsdauer.
Frühere, unvollkommenere Systeme führen dadurch eine Teillösung herbei, daß sie elektromechanische
Hilfsmittel verwenden, was jedoch die Genauigkeit begrenzt und einen Betrieb mit hohen Frequenzen
verhindert Es ist auch die Verwendung von Abtast- und Halteschaltungen (»sample and hold«) bekannt, die auf
dem Aufladungsgesetz eines Kondensators beruhen und den Zeitpunkt bestimmen, zu dem ein bestimmter
Signalverlauf angehalten werden muß. Diese Schaltungen bieten jedoch nicht nur keine ausreichende
Betriebszuverlässigkeit sondern erlauben auch keine Bestimmung der Anfangsphase und keine Festlegung
der Zahl verwendeter Perioden des Signals selbst.
Durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung werden diese Probleme sowohl insgesamt als auch
einzeln gelöst
Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der
folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es
zeigt
F i g. 1 einen Blockschaltplan zur Erläuterung des Arbeitsprinzips des erfindungsgemäßen Signalbilderzeugers;
F i g. 2 den elektrischen Schaltplan eines in F i g. 1 mit G1 bezeichneten Blocks;
F i g. 3 den elektrischen Schaltplan eines in F i g. 1 mit CPbezeichneten Blocks;
F i g. 4 den elektrischen Schaltplan eines in F i g. 1 mit DO bezeichneten Blocks;
F i g. 5 ein ausgewähltes, willkürliches Beispiel eines vom Erzeuger abgegebenen komplexen Signalverlaufs.
gleiche Generatorgruppen Gi, C 2 Gn, von denen
jede im wesentlichen aus einem Signalgenerator, dem ein Rampenspannungsgenerator zugeordnet ist, aufgebaut ist. Die Generatorgruppen -verden später im
einzelnen unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben.
Die Generatorgruppen GX, G2, ...Gn (Fig. 1)
erzeugen folgende Signale: An einem ersten Ausgangsanschluß, der mit einer verbindung 1, 12,... bzw. I/7
verbunden ist, eines oder mehrere allgemein gleichförmige periodische Signale einer gegebenen Frequenz, die
im allgemeinen für die einzelnen Generatorgruppen verschieden ist; an einer zweiten Ausgangsklemme, die
mit einem Leiter 2; 22,... bzw. 2/? verbunden ist, ein π
Synchronsignal in analoger Form mit gleicher Periode wie das Signal bzw. die Signale, die am ersten
Ausgangsanüchluß abgegeben werden; an einer dritten Ausgangsklemme, die mit einem Leiter 3,32,... bzw. 3n
verbunden ist, ein Rampenspannungssignal gleicher Periode wie das Signal oder die Signale am ersten
Ausgangsanschluß. Dieses Rampensignal ist Zeitpunkt um Zeitpunkt mit der Phase des am ersten Ausgangsanschluß abgegebenen periodischen Signals in zeitliche
Beziehung gesetzt, was bedeutet daß jeder Spannungswert des Rampensignals einem einzigen Phasenwert des
periodischen Signals a~i ersten Ausgangsanschluß entspricht und umgekehrt.
In einiüm speziellen Fall, bei dem die an der Gruppe
G1 angeschlossene Verbindung 1 aus nur zwei Leitern
besteht, von denen der eine ein periodisches Signai gegebener Frequenz führt und der andere ein Signal
gleicher Frequenz, jedoch in Phasenquadratur, wie der erste Leiter führt, genügt es offensichtlich, wenn am
Leiter 3 das eine Rampensignal allein die in beiden Richtungen eindeutige Phasenzuordnung zu den beiden
periodischen Quadratursignalen auf den Leitern der Verbindung I herstellt
Die analogen Synchronsignale von den Generatorgruppen GX, G2,... Gn auf den Leitern 2, 22, ...2/7
werden einer Triggerschaltung CN eingangsseitig eingespeist; die daraufhin ausgangsseitig auf einer
Verbindung 4 eine gleiche Anzahl von Synchronsignalen in Form logischer Steuerimpulse mit einer
Repetition gleich der Frequenz der einlaufenden Synchronsignale erzeugt Derartige Triggerschaltungen
sind an sich bekannt
Die Rampenspannungen auf den I eitern 3, 32,... 3n
werden einem üblichen Spannungskomparator CP
eingespeist der außerdem über einen Leiter 6 eine von einer Einstellschaltung PO kommende Spannung
empfängt Der Spannungskomparator CPvergleicht die
Spannungspegel miteinander.
Die üinstellschaltung PO stellt ein übliches mit
Potentiometern arbeitendes handgesteuertes System dar, das auf dem Leiter 6 eine erste Ausgangsspannung
geeignter Höhe zur Verwendung als Phasenbezugsspannung erzeugt An einer zweiten, mit einem Leiter 61
verbundenen Ausgangsklemme erzeugt PO ein stetiges Signal, dessen Spannungshöhe immer in in beiden
Richtungen eindeutiger Zuordnung zur Spannung am Leiter 6 gehalten wird, wobei hinsichtlich der Zuordnung die Art des Signals, das als Ausgangssignal des
gesamten Signalbilderzeugers erzeugt werden soll, zu berücksichtigen ist, wie noch beschrieben wird.
Wie bei der späteren Beschreibung des Betriebs des Erzeugers deutlicher ersichtlich werden wird, wird der
am Leiter 6 herrschende Spannungswert dazu verwendet, die gewünschte Anfangsphase und Endphase des
»Teils« des Signalverlaufs manuell vorzuwählen, der an den Erzeugerausgang zu übertragen ist; der Spannungswert am Leiter 61 bestimmt ein Signal, das dem Ende
des gegebenen Teils des Signalverlaufs folgt. Grundsätzlich besteht die Einstellschaltung PO aus einem
ersten linearen Potentiometer zum Erzeugen des Spannungswerts am Leiter 6 und einem zweiten
Potentiometer, der axial mit dem ersten Potentiometer verbunden ist, jedoch eine Änderungscharakteristik hat,
die dem Änderungsgesetz der von den Generatorgruppen Gi.... Gn erzeugten Spannungsverläufe gleichaitig ist, beispielsweise eine Sinuscharakteristik.
Der Spannungskomparator CP wählt entsprechend einem über eine Verbindung 5 empfangenen logischen
Steuersignal eine seiner mit den Leitern 3, 32,...3/7 verbundenen Eingangsklemmen und vergleicht die
Spannung des an der gewählten Eingangsklemme liegenden Signals Ht der Spannung an der Eingangsklemme, die mit dem Leiter 6 verbunden ist oder aber
bei entsprechendem Befehl durch das logische Steuersignal die Spannung des an der gewählten E'ngangsklemme liegenden Signals mit der Spannung des an einer
anderen mit den Leitern 3, 32,...3/7 verbundenen Eingangsklemme liegenden Signals.
Auf einem Leiter 7 gibt der Spannungskomparator CP einen geeigneten Befehl, also ein Ansteuerungssignal in Form eines logischen Signals ab, das die
nachgeschalteten Vorrichtungen davon informiert, daß der Vergleich zwischen den Spannungswerten positiv
ist. Wie noch unter Bezugnahme auf Fig.3 genauer beschrieben wird, bedeutet dies nicht, daß die beiden
verglichenen Spannungen gleich sind, sondern, daß sie in demjenigen Zeitpunkt gleich sind, zu dem unter
Berücksichtigung der Verarbeitungszeit der Vorrichtung der am Leiter 7 abgegebene Befehl wirksam wird.
Ein im folgenden vereinfacht als »Logik« bezeichnetes boolesches Verknüpfungsschaltwerk L organisiert
den Betrieb des Generators auf der Grundlage der Synchronsignale, die es von der Triggerschaltung CN
über die Verbindung 4 empfängt, und des Befehls, den es in logischer Form vom Spannungskomparator CP über
den Leiter 7 empfängt, unter Berücksichtigung einer Gesamtserie von Voreinstellungen und Handsteuerungen,
die es von einem Steuerpult über Steuersignale 50, PS, SR, ST und SS erfährt. Es sind dies im einzelnen
luigLiiuL Ljiv,uti 3ICi rau. '.
— das Steuersignal 50 dient der Vorwahl einer der Generatorgruppen Gi, Gl,... GN. Auf der
Grundlage dieses Steuersignals 50 betrachtet die Logik L unter den von der Triggerschaltung CN
über die Verbindung 4 eintreffenden Synchronsignalen nur diejenigen, die die gewählte Generatorgruppe
betreffen;
— die Steuersignals PS, SR und ST dienen der allgemeinen Rückstellung und der Vorwahl der Zahl
K der geforderten Perioden, der Anfangssteuerung bzw. der Endsteuerung;
— das Steuersignal SS dient der Funktion »Wahl des Endes«, es ist also das Signal, das die gewünschte Art
des Schlusses steuert: Wird ein manuelles Ende voreingestellt, so wird die Unterbrechung vom
Steuerpult aus zu dem von der Bedienungsperson gewünschten Zeitpunkt bewirkt. Ist andererseits ein
automatisches Ende voreingestellt, so erfolgt die Unterbrechung nach der vorgesehenen Anzahl von
Perioden.
Bei der Einstellung »automatisches Ende« ist es auch notwendig, vom Steuerpult aus einzugeben, ob auf die
vom Komparator CP signalisierte Phasenübereinstimmung gewartet werden soll, bevor das Ausgangssignal
auf einem möglichen weiteren Teil des Signalverlaufs geschaltet wird, indem auf die von der Einstellschaltung
PO am Leiter 61 kommende Gleichspannung geschaltet wird, oder ob mit dem gleichen Teil fortgefahren
werden soll, bis die Phasenübereinstimmung mit dem nachfolgenden Teil eintritt
Die Logik Lerzeugt folgende Signale:
— ein Wahlsteuersignal, das über die Verbindung 5 zum
Komparator CP läuft, wie bereits beschrieben wurde;
— drei getrennte Schaltsteuersignale, die auf drei
Leitern 91, 92 und 93 zu einem später genauer beschriebenen Schaltblock DO geleitet sind;
— ein Stellsteuersignal, das über eine Verbindung 8 zu
einem später genauer beschriebenen Multiplexer Abgeleitet ist
Die Betriebsweise der Logik L wird später im einzelnen bei der Beschreibung des Betriebs des
Signalbilderzeugers erläutert Nach Bestimmung der Funktion der Logik L kann ihre praktische Ausführung
unter Verwendung üblicher Techniken dem Fachmann überlassen bleiben.
die von der Logik L über die Leiter 91, 92 und 93
empfangenen Steuersignale die an seiner mit dem Leiter 61 verbundenen Eingangsklemme liegende Spannung zu
seiner mit einem Leiter 10 verbundenen Ausgangsklem me entsprechend einem Gesetz des Ansteigens und
Absteigens bis zu diesem Spannungswert, wobei das Gesetz durch die Einfügung einer geeigneten Zeitkonstante innerhalb des Schaltblocks DO wirkt. Der
Schaltblock DO wird später im einzelnen unter
Der Multiplexer MX (Fig. 1) kann von üblicher Bauart sein. Er empfängt eingangsseitig die periodischen
Signale von den Verbindungen I, 12,... In sowie
das vom Schaltblock DO über den Leiter 10 kommende Signal. Bei Empfang eines manuell bewirkten Startsignals
Mund — im stetigen Zustand — des Stellsignals
von der Logik L über die Verbindung 8 stellt sich der Multiplexer MX so, daß er ausgangsseitig auf einen
I A^n. β! nlnna· *J»*>
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liegenden periodischen Signale oder die am Leiter 10 liegende Signalspannung abgibt.
Hinsichtlich der Schaltung der einzelnen Blöcke wird auf die Fig. 2 bis 4 verwiesen, aus denen der
Schaltungsaufbau klar ersichtlich ist. Ergänzend seien die Schaltungen wie folgt erläutert:
Die einzelne Generatorgruppe, beispielsweise G 1, umfaßt gemäß Fig.2 eine Mehrzahl von Operationsverstäri
orn A 1, A 2, A 3, A 4 und A 5 von bekannter
Bauart, ferner einen pnp-Transistor Ti, einen Feldeffekttransistor Tl, eine Anzahl von üblichen Dioden D 1,
D2 und D3, von denen D2 und D3 Germanium-Dioden sind, zwei Zener-Dioden Zi und Zl, achtzehn
elektrische Widerstände Λ 1 bis Λ 18, drei elektrische
Kondensatoren Ci, Cl und C3 und einen Stellwiderstand
Pi.
Die Wahl der Art der Operationsverstärker, der Transistoren und der Dioden sowie die Dimensionierungen
der Widerstände und Kondensatoren der Schaltung nach F i g. 2 sind nach der üblichen Schaltungsentwurftechnik
durchzuführen und bedeuten für den Fachmann keine Schwierigkeit, nachdem einmal die Funktion der
verschiedenen Schaltungsteile beschrieben worden ist, wie es im folgenden geschieht.
Zur Stromspeisung der Schaltung nach F i g. 2 werden Gleichspannungen +Va und —VI zusätzlich zu den
allgemein für den Betrieb der verwendeten datenverarbeitenden Schaltungen benötigten Spannungen angelegt.
Die Bestimmung der genannten Gleichspannungen obliegt dem Schaltungsentwurftechniker.
Die Schaltung nach F i g. 2 arbeitet folgendermaßen:
Der Operationsverstärker A 1 ist so geschaltet, &><ß er
als Integrator arbeiten kann; er empfängt an seinem invertierenden Eingang über den Widerstand R1 eine
konstante und negative Spannung — Vl, und erzeugt ausgangsseitig am Leiter 3 eine positive Sägezahn- oder
Rampenspannung, deren Höchstwert, wie noch gezeigt wird, vom Wert und Vorzeichen der eingangsseitig am
Letter 24 herrschenden Spannung abhängt Die zeitliche Folge der Sägezahn-Bilder, also die Rampenfrequenz,
hängt ab von den für Ä1, Cl und die Spannung - Vl
gewählten Werten.
Der Operationsverstärker A 2, der gemäß seiner
Schaltung als Spannungskomparator wirkt, und der Transistor Ti wirken in der folgenden Weise
zusammen, um die Spannung an einem Leiter 23 festzulegen, die als Hait-Spannung für die Rampe am
Leiter 3 wirkt
Der Operationsverstärker A 2 empfängt an seinem
invertierenden Eingang über den Widerstand Λ 3 die
ausgangsseitig von A 1 abgegebene ansteigende Rampenspannung und an seinem nichtinvertierenden Eingang
die positive Spannung + Va, die beim Entwurf der Schaltung festgelegt worden ist. Solange die Rampenspannung
im Betrag niedriger ist als Va, ist die AusganOjSspannung von A 2 höher als Va; haben die
beiden Spannungen gleichen Betrag, so hat die Ausgangsspannung von A 2 einen negativen Wert, der
über den Widerstand R6 zur Basis des Transistors Ti
gelangt und diesen leitend macht. Wie dem Schaltplan entnehmbar ist, wird auf diese Weise die Spannung Va
über den Leiter 24, den Transistor Ti und den Widerstand Rl auf den Leiter 23 und auf den
invertierenden Eingang von A 1 geleitet, wodurch die Ausgangsspannung von A \ auf Null zurückgestellt
wird. Auf diese Weise wird die Erzeugung der ansteigenden Spannung in A 1 beendet, die Spannung
am Leiter 3 fällt plötzlich auf Null ab, die Ausgangsspannung von A 2 ist Null, und Ti sperrend, woraufhin der
Vorgang für die zweite Rampe beginnt usw.
Der als Spannungskomparator dienende Verstärker
.4 3 empfängt an seinem invertierenden Eingang über den Widerstand R 8 die am Leiter 3 liegende
Rampenspannung und seinem anderen Eingang über den Widerstand R 18 eine konstante Spannung, die auf
Grund der Spannungsteilung zwischen den beiden gleichen Widerstandswert aufweisenden Widerständen
R 4 und R 5 den halben Wert von + Va hat.
Am Ausgang von A 3 schließt der Leiter 2 (F i g. 1) an, auf dein ein positiver Impuls vorhanden ist, der solange
andauert, als die Spannung am invertierenden Eingang höher ist als die am anderen Eingang, während ein
negativer Wert im entgegengesetzten Fall vorhanden ist. Am Leiter 2 tritt also eine Rechteckspannung mit
gleicher Periode wie die der Rampenspannung am Leiter 3 auf.
Die Widerstände R 9 und R 18 wirken in bekannter Weise so zusammen, daß die richtige Polarisation bzw.
Vorspannung an nichtinvertierenden Eingang von A 3 liegt. Der Widerstand R 10 und die Zener-Dioden Zi,
Z2 haben nur die Funktion, sowohl die positiven als auch die negativen Halbwellen der Rechteckspannung
am Leiter 2 abzuschneiden und so mögliche Unsymmetrien auszugleichen.
Der Operationsverstärker A 4 wirkt als Integrator. Er wandelt die Form der bereits symmetrisch gemachten
Rechteckspannung in eine Dreieckspannung von gleicher Periode um. Der Gradient der Dreieckseiten
wird durch die Werte von R 12, C2 und P1 bestimmt
Der Operationsverstärker A 5 wirkt als Stromverstärker der Dreieckspannung, die er von A 4 über den
Kondensator Ci empfängt Der Transistor T2 wandelt zusammen mit den Dioden D 2 und D 3 und den
Widerständen R14, R15, R16 und R17 die Dreieckform
der Spannung, die er von A 5 empfängt, in einen Sinusverlauf um, der ausgangsseitig auf einem Leiter der
Verbindung 1 erzeugt wird.
Diese letztere Umwandlung wird dadurch erhalten, daß die Betriebscharakteristik des Feldeffekttransistors
T2 ausgenützt wird, die bekanntlich als Feldeffekttransistor
bidirektional und symmetrisch im Bezug .mm
Ursprung ist; außerdem wird die Tatsache ausgewertet,
daß der erste Teil dieser Kennlinie unter gegebenen Polarisationsbedingungen des Transistors einem Viertelbogen
eines Sinus gleicht Auf diese Weise ist leicht ableitbar, daß die beiden positiven, zunehmenden und
abnehmenden Halbschenkel der Dreieckspannung zur Erzeugung der positiven Halbwelle eines Sinusverlaufs
benützt werden, während die beiden negativen zunehmenden und abnehmenden Halbschenkel der Dreieckspannung
zur Erzeugung der negativen Halbwelle
s benutzt werden. Somit liegt also an dem mit einem Leiter 41 verbundenen Ausgang des Transistors Γ2 eine
Spannung mit Sinusverlauf an. Eine Verzögerungsstrekke LR von an sich bekannter Bauart bewirkt, daß das
von LR am Leiter 41 empfangene Sinussignal einer Phasenverzögerung um eine Viertelperiode unterworfen
wird. An einem an den Ausgang von LR anschließenden Leiter 45 tritt also ein Sinussignal auf,
das im Bezug zum Signal am Leiter 41 Quadraturphase hat.
Wie Fig. 2 zeigt, besteht die Verbindung 1 nicht nur
aus den Leitern 41 und 45, sondern umfaßt weiterhin einen Leiter 43, der vom Leiter 3 die Spannung mit dem
Sägezahnverlauf abnimmt, einen Leiter 44, der die am Ausgang von A 4 auftretende Dreieckspannung führt,
und einen Leiter 42, der vom Leiter 2 die Spannung mit dem Rechteckverlauf abnimmt. Diese sämtlichen
Spannungsverläufe stehen also als Ausgangs-Periodensignalbilder zur Verfügung. Die Auswertung von nur
einem dieser Spannungsverläufe oder von irgendeiner zeitweisen Kombination derselben hängt von der
beabsichtigten Verwendung des Signalbilderzeugers ab und bereitet dem Fachmann keine Probleme. Es muß
jedoch der Multiplexer MX in der Lage sein, an seinen Eingängen eine Mehrzahl von Leitern für die einzelne
Verbindung 1 anzuschließen.
Der Spannungskomparator CP umfaßt gemäß F i g. 3 drei Operationsverstärker A 6, A 7 und A 8, eine übliche
Diode D 4, einige elektrische Widerstände Λ 19, R 20,
R 21 und R 28, einen üblichen elektrischen Kondensator CA, einen elektrischen Stellwiderstand Pl und einen
booleschen Inverter N von an sich bekannter Bauart.
Als Bezugssteuerspannungen dienen Spannungen — V2 und + Vb.
Die anhand von Fig.2 angestellten Betrachtungen
bezüglich der Wahl und Art der verwendeten aktiven Komponenten, also der Verstärker, Dioden, Verknüpfungsschaltungen,
und der Bestimmung der Werte der passiven Komponenten, also der Widerstände und
Kondensatoren, beim Entwurf der Schaltung sowie der Bezugssteuerspannungen gelten auch für F i g. 3.
Der Spannungskomparator CP nach F i g. 3 arbeitet folgendermaßen:
Der Verstärker A 6 arbeitet gemäß seiner Schaltung als Stromverstärker. Der Kondensator C4 dient als
so übliches Filter für am Leiter 6, der von der Eins'ellschaltung PO kommt, etwa vorhandene Wechselspannungskomponenten
und der Widerstand i?28 dient der Anpassung an die Eingangsimpedanz von A 6.
Der Stellwiderstand P2 dient dazu, das Verhältnis der
von A 6 abgenommenen Spannung im Bezug zu der von PO über den Leiter 6 kommenden Spannung zu
erniedrigen, wie noch erläutert wird. Die Verstärker A 7
und AS arbeiten als Spannungskomparatoren und
führen den Vergleich zwischen der Rampenspannung
am Leiter 3, nämlich der Spannung, die sie über den Widerstand R 20 empfangen, und der Spannung an
einem Leiter 33 durch, die am Ausgang von A 6 auftritt und unmittelbar zum Verstärker A 7 durchgeschaltet ist,
während sie zum Verstärker A 8 über die Diode DA
es geschaltet ist
Der Schaltplan zeigt, daß der invertierende Eingang von A 7 mit dem nichtinvertierenden Eingang von A 8
verbunden ist, und daß der nichtinvertierende Eingang
von A 7 über die Diode 4 mit dem invertierenden
Eingang von A 8 verbunden ist. Unter diesen Umständen erzeugen bekanntlich A 7 und A 8 ausgangsseitig
Schrittspannungen von entgegengesetzter Polarität. Die Diode D 4 ist so geschaltet, daß sie am
invertierenden Eingang von A 8 den am nichtinvertierenden Eingang von A 7 abgenommenen Spannungspegel,
von dem der an ihren Klemmen vorhandene Spannungsabfall abgezogen ist, anlegt.
- Die Höhe der Spannung am Leiter 6 wird durch den Stellwiderstand P2 aufgrund des Kriteriums erniedrigt,
daß dabei die Zeit zwangsläufig vorverlegt wird, zu der der allmählich ansteigende Wert der Rampenspannung
am Leiter 3 die Höhe der Bezugs-Gleichspannung am Leiter 6 erreicht. Eine solche erzwungene Vorverlegung
kann entweder durch eine künstliche Erhöhung des Maximalwerts der Rampenspannung ohne Beeinflussung
von deren Gradient oder einfacher, wie im vorliegenden Fall, durch künstliche Erniedrigung des
Bezugsspannungspegels erreicht werden. Die Vorverlegung ist derart, daß hierdurch die Laufzeit ausgeglichen
wird, die vom bei Spannungsgleichheit der beiden Spannungen herauskommenden Steuersignal benötigt
wird, bis es im Multiplexer MX(F ig. 1) am Ausgang des Erzeugers wirksam wird.
Die Verwendung der Diode D 4 beruht auf dem gleichen Kriterium: Aufgrund des Spannungsabfalls
zwischen den Diodenklemmen erkennt der Differenzverstärker A 8 eine kurze Zeitspanne vor dem
Verstärker A 7 die Übereinstimmung der Spannungen an seinen Eingangsklemmen. Da die Ausgangsspannungen
von A 7 und A 8 entgegengesetzte Polarität haben, wird an einem Leiter 34 ein sehr kurzer Impuls erzeugt,
dessen Dauer etwa der durch DA bewirkten Vorverschiebung
gleicht. Ein solcher durch den Inverter N laufender Impuls wird steilflankig gemacht, so daß
ausgangsseitig am Leiter 7 (F i g. 1,3) ein wohlbemessener Steuerimpuls auftritt.
Die Widerstände /?19 und R2i haben die übliche
Funktion der korrekten Polarisierung der Eingangssignale sowie der Ausgangssignale von A 7 und A 8.
Der Schaltblock DO umfaßt gemäß Fig.4 drei
analoge Schalter 51, 52 und 53 von an sich bekannter Bauart, die dann, wenn ein logisches Ansteuerungssignal
an einer Steuerklemme anliegt, ein analoges Eingangssignal zu ihrem Ausgang durchlassen. Die Steuerklemmen
von 51,52 und S3 sind mit den Leitern 91,92 bzw.
93 verbunden, die von der Logik L herkommen. Zwei elektrische Widerstände R 22 und R 23 und ein
elektrischer Kondensator C5 haben Werte, die entsprechend den durch sie zu erhaltenden Zeitkonstanten
bemessen sind.
Die Schaltung nach F i g. 4 arbeitet im wesentlichen wie folgt: Ist 51 auf Durchlaß gesteuert und sind 52 und
53 auf Sperrung gesteuert, so ist der Leiter 61 unmittelbar mit dem Leiter 10 verbunden. Ist hingegen
51 auf Sperrung gesteuert und sind die Schalter 52 und
5 3 durchgesteuert, so ist der Leiter 61 mit dem Leiter 10 über das in Fig.4 dargestellte Netzwerk mit dem
Reihenwiderstand R 23 und der Parallelschaltung von R 22 und C5 verbunden. Auch in diesem Zustand wird
die gegebenenfalls am Leiter 61 vorhandene Spannung zum Leiter 10 übertragen und folgt dort einem durch die
Zeitkonstanten des Netzwerks CS, R 22 und R 23 gegebenen Anstiegsgesetz. Die Zeitkonstante wird als
RCl bezeichnet
Sind 51 gesperrt, 53 durchgeschaltet jnd 52
gesperrt, so bleibt der Leiter 61 isoliert, und der Leiter
10 ist in Parallelschaltung zwischen C5 und Λ 23 + R 22 angeschlossen, wobei diese Parallelschaltung
eine zweite Zeitkonstante RC2 bestimmt. Die Zeitkonstanten RCt und RC2 spielen eine Rolle im
Veränderungsgesetz, also hinsichtlich Anstieg und Abstieg der Potentiale auf den Leitern 61 und 10, mit
denen die entsprechenden Bauelemente entsprechend dem Sperr- oder Durchschaltzustand der Schalter 51,
52 und 53 verbunden sind. Diese Zustände werden, wie beschrieben, durch die Logik L (Fig. 1) über die Leiter
91,92 bzw. 93 bewirkt.
F i g. 5 zeigt ein Signal mit einem Mischverlauf, das als erschöpfendes Beispiel eines Signals, wie es am Leiter
51 (Fig. 1) am Ausgang des Signalbilderzeugers erhalten werden kann, willkürlich gewählt ist. Der
Signalverlauf nach F i g. 3 setzt sich zusammen aus:
— einem ersten Teil a 1, der von der Startzeit /0 bis zu
einer Zeit 11 konstant am Wert 0 bleibt;
—
2!f!Crf! 1 Ci! i>
5 rriil CiPiCr Vinauiaiuiill, UlC UCIUpICIM-
weise eine ansteigende Exponentialfunktion ist und vom Wert 0 bis zu einem Wert Vl mit der von DO
(Fig. 1,4) bestimmten Zeitkonstante RCi während der Zeitspanne von M bis ί 2 ansteigt;
— einem Teil a 2 mit auf dem Wert Vl konstant bleibender Spannung zwischen den Zeiten i2 und
'3;
— einem Teil gi, der die Zeitspanne von 13 bis /5
einnimmt und beim beschriebenen Beispiel aus K 1 Perioden eines periodischen Signals, hier eines
Sinussignals, das von Gi (Fig. 1) erzeugt ist, zusammengesetzt ist;
— einem Teil g2, der die Zeit von r5 bis f 6 einnimmt
und beim beschriebenen Beispiel aus K 2 Perioden eines von G2 (Fig. 1) erzeugten periodischen
Sinussignals zusammengesetzt ist;
— einem Teil a 3 von konstantem Wert Vl zwischen den Zeiten i6und f 7;
— einem Teil 62 in der Zeitspanne von ί 7 bis i8 mit
abfallendem Exponentialverlauf vom Wert Vl bis zum Wert 0 mit der Zeitkonstante RC2;
— schließlich einem letzten Teil a 4, der von r"er Zeit 18
an konstant am Wert 0 bleibt.
Die Zeitspanne von /4 bis f 5 dient hierbei dazu, die
•♦5 Phase des Sinusteils g 2 an die des Teils g 1 zu ketten.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die dargestellten und erläuterten Figuren der Betrieb des
Signalbilderzeugers für den speziellen beispielhaft gezeigten Fall beschrieben, daß ein Spannungsverlauf
nach F i g. 5 gewünscht wird, der im wesentlichen in der aufeinanderfolgenden Erzeugung der beiden periodischen
Signalteile gi für Ki Perioden und g2 für K2
Perioden besteht und durch die jeweilige Anfangsphase und die Schlußphase bestimmt ist
Es müssen zunächst die Anfangsbedingungen eingestellt werden, indem die unter Bezugnahme auf F i g. 1
beschriebenen Handeinstellungen durchgeführt werden. Im einzelnen müssen, unter Bezugnahme auf die F i g. 1
bis 5:
- aufeinanderfolgend durch das Steuersignal 50 die Generatorgruppe G1 für den Signalteil g 1 und die
Generatorgruppe G2 für den Signalteil g2 gewählt
werden;
— die gewünschte Anfangs- und Schlußphase des ersten Teils in der Einstellschaltung PO voreingesteiit
werden, was der Bestimmung des konstanten Spannungswertes Vl am Leiter 6 am Ausgang von
PQ entspricht;
- die Logik L über das Steuersignal SS so voreingestellt
werden, daß sie automatisch die Teile nach einer gegebenen Periodenzahl beendet oder daß sie
das Ende bewirkt, wenn sie durch das Handsteuersignal STden externen Befehl empfängt. Ιϊ.ί ersten
Fall muß durch das Steuersignal PS die Zahl der gewünschten Perioden, also K1 Perioden für g 1 und
K 2 Perioden für g2 im beschriebenen Beispiel, eingestellt werden und muß die Logik L über das
Steuersignal 55 zum automatischen Anhalten nach jedem Teil eingestellt werden;
- über die Handsteuerung M zunächst im Multiplexer
MX der mit dem Leiter 51 verbundene Ausgang mit dem mit dem Leiter 10, der von Schaltblock DO
kommt uiio dessen Spannung am Anfang den Wert 0 hat, verbundenen Eingang verbunden werden;
- über das Steuersignal SR die Logik L gestartet v/erden, woraufhin sie sofort beginnt, über die
entsprechenden auf Aen leitern 9!, 92 und 93 gesendeter Schaltsteuersignale die anfänglichen
Durchsc! iltbedingungen im Schaltblock DO zu bestimmen. Im einzelnen sendet die Logik L sobald
die Zeitspanne i0 bis 11 vorüber ist, an den Schalter
51 von DO (Fig.4) über den Leiter 91 ein Sperrsignal und gleichzeitig über die Leiter 92 und
93 zwei Sperrsignale für die Schalter 52 und 53.
Auf diese Weise geht das Signal am Leiter 10 und auch am Leiter 51 vom Wert Null, den es bis zur Zeit 11
(Fig. 5) innegehalten hatte, gemäß der Kurve des Teils
öl, die durch die Zeitkonstante RCi bestimmt wird,
zum Wert Vi und erreicht diesen Wert zur Zeit /2. Es
bleibt auf diesem Wert konstant stehen, bis die Zeit /3 erreicht ist.
Die Zeit i3 ist dann erreicht, wenn die Phase des
ständig von der Generatorgruppe G 1 (F i g. 1) abgegebenen Signals g 1 den als Anfangsphase für den Teil g 1
gemäß F i g. 5, der ausgangsseitig abzugeben ist, bestimmten Wert erreicht, also dann, wenn der
Komparator CP(Fig. 1, 3) am Leiter 7 an die Logik L
die Information abgibt, daß er einen positiven Vergleich zwischen dem vom GX am Leiter 3 empfangenen
Rampensignai und dem von der Einsteüschaitung PO
über den Leiter 6 empfangenen Spannungswert festgestellt hat. Sobald die Logik L das entsprechende
Steuersignal über den Leiter 7 vom Spannungskomparator CP empfängt, gibt sie ausgangsseitig über den
Leiter der Verbindung 8 an den Multiplexer MX ein Steuersignal ab, das die Verbindung des Ausgangs von
MX vom Leiter 10 zum entsprechenden Leiter 41 der Verbindung 1, die von G1 herkommt, umschaltet. Es
liegt nun am Leiter 51 das von G\ (Fig. 1,2) erzeugte
periodische Signal g 1.
Während der Zeitspanne von r3 bis r4 wählt die
Logik L unter den Synchronsignalen, die von der Triggerschaltung CN über die Verbindung 4 eintreffen,
diejenigen aus, die sich auf die Generatorgruppe G1
beziehen, und zählt sie über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Zähler in der Logik L Bei jeder Periode
des von G1 am Leiter 41 erzeugten Signals, also bei
jeder Periode des Teils g 1, zählt der Zähler um eine Einheit weiter. Erreicht dieser Zählvorgang den Wert
Ki, was den ersten durch das Stauersigna! PS
eingestellten Wert darstellt, so ist die Logik L bereit, an
den Multiplexer MX ein Schaltsteuersignal abzugeben, das über den Leiter der Verbindung 8 dann tatsächlich
übertragen wird, wenn am Leiter 7 vom Spannungskomparator CPherein Phasen-Durchschaltsignal eintrifft
Dieses Phasen-Durchschaltsignal wird auf verschiedene Weise erzeugt in Abhängigkeit davon, ob dem
ersten abgegebenen Teil wie beim beschriebenen Beispiel eine anderer Teil folgen soll oder ob dieser Teil
der letzte abzugebende Teil ist, wie später beschrieben
s wird. Beim vorliegenden Beispiel bedeutet das Ansteuern
in dieser zeitlichen Periode, Haß eine Phasenübereinstimmung zwischen dem Endteil von g\ und
dem Anfangsteil von g 2 festgestellt worden ist. So wird also die Fortsetzung der Signalabgabe des Teils g\
ίο innerhalb der Zeitspanne von r4 bis (5 bewirkt Ein
solches Vorgehen ist jedoch nicht zwangsläufig, da es stets möglich ist, vom Teil g\ auf die konstante
Spannung am Leiter 61 und von dieser Spannung dann 7um Teil g2 weiterzuschaltcn, wobei die Phasenübereinstimmungsbedingungen
im Spannungskomparator CP aufgrund der Signale auf den Leitern 3 und 6 beachtet werden. Im letzteren Fall würde der abgegebene
Signalteil zwischen /4 und r5 konstant am Wert Vl
wie der Teil s 2 verbleiben, sofern in der Zwischenzeit
die Spannung am Leiter 6 unverändert geblieben ist. Ist dies nicht der Fall, so wird die Schlußphase durch die
Einstellschaltung PO mit Hilfe eines neuen Spannungswertes am Leiter 6 bestimmt.
Weiter im beschriebenen Beispiel, werden, sobald die Phaser.übereinstimmung zwischen g 1 und g2 herausgefunden wird, nämlich zum Zeitpunkt <5, die K 2 Perioden von g2 abgegeben, und zwar durch einen entsprechenden Vorgang, wie er für g 1 beschrieben wurde. Nachdem die K 2 Perioden von g2 vorbei sind, ist die Logik L bereit, an den Multiplexer MX ein Schaltsteuersignal abzugeben, das effektiv über den Leiter der Verbindung 8 dann gesendet wird, wenn am Leiter 7 das vom Spannungskomparator CPkommende Phasen-Ansteuersignal eintrifft. Dies ist dasjenige Signal, das erzeugt wird, wenn zwischen den Signalen an den Leitern 32 und 6 ein positiver Vergleich stattfindet.
Weiter im beschriebenen Beispiel, werden, sobald die Phaser.übereinstimmung zwischen g 1 und g2 herausgefunden wird, nämlich zum Zeitpunkt <5, die K 2 Perioden von g2 abgegeben, und zwar durch einen entsprechenden Vorgang, wie er für g 1 beschrieben wurde. Nachdem die K 2 Perioden von g2 vorbei sind, ist die Logik L bereit, an den Multiplexer MX ein Schaltsteuersignal abzugeben, das effektiv über den Leiter der Verbindung 8 dann gesendet wird, wenn am Leiter 7 das vom Spannungskomparator CPkommende Phasen-Ansteuersignal eintrifft. Dies ist dasjenige Signal, das erzeugt wird, wenn zwischen den Signalen an den Leitern 32 und 6 ein positiver Vergleich stattfindet.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die Logik L so programmiert ist, daß während des automatischen
Betriebs, also während d~r für die Teile gi, g2
vorgesehenen K\ + K 2 Perioden, eventuelle Betätigungen
des Stop-Steuersignals ST nicht beachtet werden. Dies stellt eine Vorsichtmaünahme dar, die
verhindert, daß Bedienungsfehler des Technike-s den stetigen Betrieb der Vorrichtung siören.
Wird die automatische Beendigung nicht gewünscht, so ist es auch nicht notwendig, durch das Handsteuersignal
PS die Zahl K der gewünschten Perioden voreinzugeben, und als Konsequenz sind die von der
Triggerschaltung CN auf der Verbindung 4 zur Logik L gesendeten Synchronsignale nicht mehr interessant Es
geht dann die Abgabe beispielsweise des periodischen Spannungsverlaufs g2, nachdem er einmal begonnen
hat, ohne Unterbrechung weiter, bis manuell das Steuersignal 57" erzeugt wird und bis in CP der erste
positive Vergleich stattgefunden hat, der aufgrund des Vergleichs der Spannungen auf den Leitern 6 und 32
erhalten wird. Treten diese beiden Bedingungen ein, so gibt die Logik L an MX über die Verbindung 8 ein
Schaltsteuersignal, das die Verbindung zwischen dem mit dem Leiter 51 verbundenen Ausgang said dem
Eingangsleiter 10 wieder herstellt Es wird dann sowohl im Fall der automatischen Beendigung des Signalteils
g2 als auch im Fall der manuellen Beendigung die am
Leiter 10 ausgangsseitig vom Schaltblock DO liegende Spannung am Leiter 51 abgegeben.
Wie dargelegt wurde, war der Schaltblock DO so gestellt, daß 51 und 52 leitend und 53 sperrend waren.
Diese dem Teil a 3 (Fie.SS entsnrerhenrfp Stoiinno
bleibt, bis die gegebene Zeitspanne f 6 bis ί 7 vorbei ist
Zur Zeit 17 sperrt die Logik L über ein Steuersignal, das
auf den Leitern 91 und 92 zum Schaltblock D 0 gesendet wird, die Schalter Si und 52 und schaltet S3 über ein
Steuersignal am Leiter 93 durch, so daß in den Leiter 10 s die Zeitkonstante R ?. eingeschaltet wird.
Da S 2 geschlossen war, konnte selbst dann, wenn PO handbetätigten Änderungen unterworfen war, der
Kondensator C5 allmählich dem neuen Spannungspegel am Leiter 61 folgen. Durch Einfügung der to
Zeitkonstante RC2 findet der Obergang vom Pegel Vi
zum Pegel Null statt, entsprechend dem Teil b 2 (F i g. 5).
Der Schlußteil a 4 stellt den durch a I dargestellten
Anfangszustand wieder her.
Generatorgruppen G1, G2,... Gn erzeugten periodischen Signalverläufe unmittelbar zum Ausgangsleiter Sl
des Signalbilderzeugers durchgeschaltet werden, ohne anderen Behandlungen unterworfen zu werden, mit
Ausnahme der notwendigen Schaltvorgänge im Multiplexer MX zum Ausgang. Dies bedeutet, daß die
Vorrichtung nicht in die erzeugten Spannungsverläufe eingreifen muß, um sie gleichzeitig genau zu überprüfen
so daß, wie beschrieben, die Signalteile genau hinsichtlich der Zahl der gewünschten Perioden und der
Anfangs- und Schlußphase definiert erzeugt werden können, unabhängig davon, welche Frequenz erzeugt
wird, selbstverständlich innerhalb der durch die verwendeten Bauteile auferlegten Grenzen.
Claims (1)
1. Gesteuerter Erzeuger von Perioden-Signalbildem, die aus einer Folge von Signalzügen unterschiedlicher Formen und Frequenzen, unverändert!-
eher Signale von gegebener Spannung undVoder von Signalen, die sich nach gegebenen Gesetzen ändern,
in beliebiger vorbestimmter Anordnung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß
-
periodische Signalverläufe durch π Generatorgruppen (Gi. GZ... Gn) erzeugt werden, von
denen jede einen der Signalzüge der gegebenen Form und Frequenz sowie ein analoges Synchronsignal und ein Rampenspannungssignal
erzeugt, die beide gleiche Periode wie der erzeugte periodische Signalverlauf haben und
von denen die Amplitude des Rampenspannungssignals von Zeitpunkt zu Zeitpunkt ,n in
beiden Achtungen eindeutiger Zuordnung zur Phase des periodischen Signalverlaufs ist;
- die unveränderlichen signale und die sich ändernden Signale durch eine Einrichtung (PO),
Applications Claiming Priority (1)
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Family
ID=11303000
Family Applications (1)
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DE (1) | DE2809633C3 (de) |
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