DE2809633C3 - Gesteuerter Erzeuger von Perioden-Signalbildern - Google Patents

Description

2. Erzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Generatorgftippen (G 1, G2,... Gn) an der Ausgangsklemme eines Feldeffekttransistors (Γ2), an dessen Eingangsklemme eine Dreieckspannung einer gegebenen Periode angelegt wird, eine Spannung mit sinusförmigem Verlauf der gleichen Periode erhalten wird.

3. Erzeuger nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kompensieren von Laufzeiten der vom Verknüpfungsschaltwerk (Lj 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 Signalverläufen ebenso >vie deren Abgabe von den Generatorgruppen (G 1, G 2,... Gn) parallel und gleichzeitig erfolgt und diese Spannungsverläufe direkt zum Ausgang (51) des Erzeugers geleitet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf einen gesteuerten Erzeuger nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere in elektronischer Ausführung.

Verschiedentlich ergibt sich in der Elektronik der Bedarf nach Perioden-Signalen für eine gegebene Anzahl von Perioden, wobei die Signale nicht nur nach Verlauf und Periodendauer, sondern auch nach der Anfangs- und Endphase des betrachteten Signalzuges festgelegt sind. Hinsichtlich der Gestaltung der Signalbilder kann dies so formuliert werden, daß es erforderlich ist, einige »Teile« der Signale hinsichtlich ihrer Anfangsphase, der Form und Zahl der Perioden

}o und ihrer Schlußphase genau zu bestimmen.

Häufig, insbesondere bei hohen Frequenzen, tritt das Problem auf, von der Auswertung eines bestimmten »Teils« des Signals auf die Auswertung eines anderen »Teils« überzugehen, ohne daß unerwünschte Spannungsstöße oder dergleichen im Signal auftreten. Bekanntlich bewirken schnelle Spannungsstöße im allgemeinen eine erhebliche Stromableitung, so daß eine Überdimensionierung der Schaltungen zum Erzeugen der Signalbilder sowie der danach angeordneten

■to Leistungsschaltungen bewirkt v/;-d. Es kann also beispielsweise vorkommen, daß ein Erzeuger, der im üblichen Betrieb einen Strom von η Ampere liefern muß, für mindestens 10n Ampere dimensioniert werden muß, wenn schnelle Spannungsstöße zu erwarten sind.

Die ihm nachgeschalteten Schaltungen müssen durch Filtersysteme und Pufferkondensatoren so geschützt sein, daß Speisungsschwankungen keine unerwünschten Verzerrungen in den erzeugten Signalbildern hervorrufen.

Ks kann auch bei niedrigen Frequenzen wichtig sein, die Anfangs- und Schlußphasen und die Zahl der Perioden der verwendeten Teile genau zu bestimmen. Dies ist beispielsweise in Servomechanismen der Fall, die auf der Basis eines von zwei Quadratursignalen erzeugten magnetischen Drehfelds die gesteuerte Umdrehung und die korrekte Endstellung eines gegebenen Gegenstands wie einer Antenne, eines Be/ugsindexes usw. bewirken sollen. In diesen Fällen müssen die beiden Quadratursignale mit einer ge-

bO wünschten Phase beginnen und nach einer gegebenen, ganzzahligen oder nichtgan.zzahhgen 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, 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 Rechner und 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 insgesam: als auch einiehi gelöst >5

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 jo

Fig. 1 einen Blockschaltplan zur Erläuterung des Arbeitsprinzips des erfindungsgemäßen Signalbilderzeugers;

F i g. 2 den elektrischen Schaltplan eines in Fig. 1 mit G 1 bezeichneten Blocks; r>

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 D 0 bezeichneten Blocks;

F i g. 5 ein ausgewähltes, willkürliches Beispiel eines vom Erzeuger abgegebenen komplexen Signalverlaufs.

Ein Signalbilderzeuger gemäß F i g. 1 umfaßt π

gleiche Generatorgruppen Gi, G 2 Cn, von denen

jede im wesentlichen aus einem Signalgenerator, dem ein Rampenspannungsgenerator zugeordnet ist, aufge- -r> baut ist. Die Generatorgruppen werden später im einzelnen unter Bezugnahme auf F i g. 2 beschrieben.

Die Generatorgruppen Gi, G2, .. Gn (Fig. 1) erzeugen folgende Signale: An einem ersten Ausgangsanschluß, der mit einer Verbindung 1, 12,... bzw. In 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. 2n verbunden ist, ein v, Synchronsignal in analoger Form mit gleicher Periode wie das Signal bzw. die Signale, die am ersten Ausgangsanschluß abgegeben v/erden; an einer dritten Ausgangsklemme, die mit einem Leiter 3,32,... bzw. 3n verbunden ist, ein Rampenspannungssignal gleicher bo Periode wie das Signal oder die Signale am ersten Ausgangsanschluß. Dieses Rampensignal ist Zeitpunkt um Zeitpunkt mit der Phase des am ersten Aüsgängsanschluß abgegebenen periodischen Signals in zeitliche Beziehung gesetzt, was bedeutet, daß jeder Spamnungswert des RampeiiMgnals einem einzigen Phasenwert des periodischen Signals am ersten Ausgangsanschluü entspricht und umgekehrt.

In einem speziellen Fall, bei dem die an der Gruppe G i angeschlossene Verbindung 1 aus nur zwei Leitern besteht, von denen der eine ein periodisches Signal 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 1 herstellt

Die analogen Synchronsignale von den Generatorgruppen Gi, G 2,... Gn auf den Leitern 2, 22,... 2n 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 P.ampenspannungen auf den Leitern 3, 32,... 3.7 werden einem üblichen Spanr -igskoniparator CP eingespeist, der außerdem über einen leiter 6 eine von einer Einstellschaltung PO kommende Spannung empfängt. Der Spannungskomparator CPvergleicht die Spannungspegel miteinander.

Di' Einstellschaltung 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, iiiit 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 Signalbilden-eugers 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 ii 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 Gl Gn erzeugten Spannungsverläufe gleichartig ist, beispielsweise eine Sinuscharakteristik.

Oer Spannungskomparator CP wählt entsprechend einem über eine Verbindung 5 empfangenen logischen

Steuersignal eii'u seiner mit den Leitern 3, 32 In

verbundenen Eingangsklemmen und vergleicht die Spannung des an der gewählten F.ingangsklemme liegenden Signals mit der Spannung an der Eingangsklemme, die mit dem Leiter 6 verbunden ist, oder aber bei entsprechendem Befehl durch das !ogische Steuersignal die Spannung des an der gewählten Eingangsklemme liegenden Signals mit der Spannung des an einer anderen mit den Leitern 3, 32,...3/j 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 folgende Steuersignale:

— das Steuersignal 50 dient der Vorwahl einer der Generatorgruppen Gl, G 2,... 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 57" 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

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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 L erzeugt 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 D O geleitet sind;

— ein Stellsteuersignal, das über eine Verbindung 8 zu einem später genauer beschriebenen Multiplexer MX geleitet 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.

Der Schaltblock D O überträgt unter Steuerung durch 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 Ausgangsklerrl· trie entsprechend einem Gesetz des Ansteigens Und Ansteigens 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

ίο Bezugnahme auf F i g. 4 beschrieben.

Der Multiplexer MX (Fig. 1) kann von üblicher Bauart sein. Er empfängt eingangsseitig die periodischen Signale von den Verbindungen 1,12,... 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 Leiter 51 eines der auf den Vcrbiiiüuiigeii i, 12,... in liegenden periodischen Signale oder die am Leiter 10 liegende Signalspannung abgibt.

Hinsichtlich der Schaltung der einzelnen Blöcke wird auf die F i g. 2 bis 4 verwiesen, aus denen der Schaltungsaufbau klar ersichtlich ist Ergänzend seien die Schaltungen wie folgt erläutert:

Die einzelne Generatorgruppe, beispielsweise G1, umfaßt gemäß Fig.2 eine Mehrzahl von Operationsverstärkern A 1, A 2, A 3, A 4 und A 5 von bekannter Bauart, ferner einen pnp-Transistor 7*1, einen Feldeffekttransistor Γ2, eine Anzahl von üblichen Dioden D1, D2 und D3, von denen D 2 und D3 Germanium-Dioden sind, zwei Zener-Dioden Zl und Z2, achtzehn elektrische Widerstände Ri bis R 18, drei elektrische Kondensatoren Cl, C2 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 Schaltunesteile beschrieben worden ist.

wie es im folgenden geschieht

Zur Stromspeisung der Schaltung nach F i g. 2 werden Gleichspannungen + Va und - V\ 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, osß 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 Leiter 24 herrschenden Spannung abhängt Die zeitliche Folge der Sägezahn-Bilder, also die Rampenfrequenz, hängt ab von den für Ri, Ci und die Spannung - Vi 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 Haft-Spannung für die Rampe am Leiter 3 wirkt

Der Operationsverstärker A 2 empfängt an seinem

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invertierenden Eingang über den Widerstand R 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 Ausgangsspannung 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 Tl gelangt und diesen leitend macht. Wie dem Schaltplan entnehmbar ist, wird auf diese Weise die Spannung Va über den Leiter 24, den Transistor Tl und den Widerstand R 7 auf den Leiter 23 und auf den invertierenden Eingang von A 1 geleitet, wodurch die Ausgangsspannung von A1 auf Null zurückgestellt wird. Auf diese Weise wird die Erzeugung der ansteigenden Spannung in A 1 beendet, die Spannung aiii Leiiei 3 fälii μίΰίζίιοί'ι auf N'üii au, die AüSgängSSpänhung von A 2 ist Null, und Tl sperrend, woraufhin der Vorgang für die zweite Rampe beginnt usw.

Der als Spannungskomparator dienende Verstärker A 3 empfängt an seinem invertierenden Eingang über den Widerstand RS 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 d„m 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 RiO und die Zener-Dioden Zl, 7.2 haben nur die Funktion, sowohl die Dositiven 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 R12, C2 und P1 bestimmt

Der Operationsverstärker A 5 wirkt als Stromverstärker der Dreieckspannung, die er von A 4 über den Kondensator CZ empfängt Der Transistor T2 wandelt zusammen mit den Dioden D 2 und D 3 und den Widerständen R14, R15, R 16 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 zum 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 benutzt werden. Somit liegt also an dem mit einem Leiter 41 verbundenen Ausgang des Transistors T2eine 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

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 Λ 6, Λ 7 und A 8, eine übliche Diode D 4, einige elektrische Widerstände Λ 19, Λ 20, R 21 und R 28, einen üblichen elektrischen Kondensator C4, einen elektrischen Stellwiderstand P2 und einen booleschen Inverter N von an sich bekannter Bauart.

Als Bezugssteuerspannungen dienen Spannungen — V2 und + Vb.

Die anhand von Fig.2 angestellten Betrachtungen

•to 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 CA dient als übliches Filter für am Leiter 6, der von der Einstellschaltung PO kommt, etwa vorhandene Wechselspannungskomponenten und der Widerstand P 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 A 8 arbeiten als Spannungskomparatoren und führen den Vergleich zwischen der Rampenspannung am Leiter 3, nämlich der Spannung, die sie über den Widerstand Pi 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 Λ 8 über die Diode DA geschaltet ist

Der Schauplan 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 D4 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 im 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 MV(F i g. 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 Λ 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 D 4 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 R19 und R2\ haben die übliche Funktion der korrekten Polarisierung der Eingangs- »ignale sowie der Ausgangssignale von A 7 und A 8.

Der Schaltblock OO umfaßt gemäß Fig.4 drei analoge Schalter ί 1, ί Z und ώ J von an sicn 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 53 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 CS 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 53 durchgesteuert, so ist der Leiter 61 mit dem Leiter 10 über das in Fig.4 dargestellte Netzwerk mit dem Reihenwiderstand R23 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 C5, R 22 und R 23 gegebenen Anstiegsgesetz. Die Zeitkonstante wird als RCi bezeichnet.

Sind 51 gesperrt, 53 durchgeschallt und 52 gesperrt, so bleibt der Leiter 61 isoliert, und der Leiter ist in Parallelschaltung zwischen C5 und R 23 + R 22 angeschlossen, wobei diese Parallelschaltung eine zweite Zeitkonstante RC2 bestimmt. Die Zeitkonstanten RCi 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, und 53 verbunden sind. Diese Zustände werden, wie beschrieben, durch die Logik L (F i g. 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 (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 f 0 bis zu einer Zeit 11 konstant am Wert 0 bleibt;

CiIiCiIi ι cn υ ι um ciuci ν ei lauiaiui in, uic ucispiciaweise eine ansteigende Exponentialfunktion ist und vom Wert 0 bis zu einem Wert Vl mit der von DO (Fig. 1,4) bestimmten Zeitkonstante RCX während der Zeitspanne von ί 1 bis ί 2 ansteigt;

einem Teil a 2 mit auf dem Wert Vl konstant bleibender Spannung zwischen den Zeiten t2 und t3;

einem Teil g\, der die Zeitspanne von /3 bis f5 einnimmt und beim beschriebenen Beispiel aus K 1 Perioden eines periodischen Signals, hier eines Sinussignals, das von Gl (Fig. 1) erzeugt ist, zusammengesetzt ist;

einem Teil g2, der die Zeit von f 5 bis /6 einnimmt und beim beschriebenen Beispie! aus KI 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 b2 in der Zeitspanne von f 7 bis /8 mit abfallendem Exponentialverlauf vom Wert Vl bis zum Wert 0 mit der Zeitkonstante RC2;

— schließlich einem letzten Teil a 4, der on der Zeit 18

an konstant am Wprt Π hlpiht

Die Zeitspanne von f 4 bis f5 dient hierbei dazu, die Phase des Sinusteils g2 an die des Teils g\ 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 g\ für K 1 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 G 2 für den Signalteil g2 gewählt werden;

die gewünschte Anfangs- und Schlußphase des ersten Teils in der Einstellschaltung PQ voreingestellt werden, was der Bestimmung des konstanten Spannungswertes Vl am Leiter 6 am Ausgang von PO 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 57"den externen Befehl empfängt Im ersten Fall muß durch das Steuersignal PS die Zahl der gewünschten Perioden, also K1 Perioden für g 1 und K 2 Perioden für g2 irrt beschriebenen Beispiel, eingestellt werden und muß die Logik L über das Steuersignal SS zum automatischen Anhalten nach jedem Teil eingestellt werden;

— über die Handsteuerung Mzunächst im Multiplexer MX der mit dem Leiter 51 verbundene Ausgang mit dem mit dem Leiter 10, der von Schaltblock DO kommt und dessen Spannung am Anfang den Wert 0 hat, verbundenen Eingang verbunden werden;

— über das Steuersignal SR die Logik L gestartet werden, woraufhin sie sofort beginnt, über die entsprechenden auf den Leitern 91, 92 und 93 gesendeten Schaltsteuersignale die anfänglichen Durcl'-.chaltbedingungen im Schaltblock DO zu bestimmen. Im einzelnen sendet die Logik L, sobald die Zeitspanne f 0 bis /1 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 5 2 und S 3.

Auf diese Weise geht das Signal am Leiter 10 und auch am Leiter 51 vom Wert Null, den es bis zur Zeit 11 (F i g. 5) innegehalten hatte, gemäß der Kurve des Teils Al₁ die durch die Zeitkonstante Rd bestimmt wird, zum Wert Vi und erreicht diesen Wert zur Zeit f 2. Es bleibt auf diesem Wert konstant stehen, bis die Zeit i3 erreicht ist.

Die Zeit /3 ist dann erreicht, wenn die Phase des ständig von der Generatorgruppe G1 (Fi g. 1) abgegebenen Signals g 1 den als Anfangsphase für den Teil g 1 gemäß Fig.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 G1 am Leiter 3 empfangenen Rampensignal und dem von der Einstellschaltung PQ über den Leiter 6 empfangenen Spannungswen 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 1 (F i g. 1, 2) erzeugte periodische Signal g 1.

Während der Zeitspanne von f3 bis f4 wählt die Logik L unter e'en Synchronsignalen, die von der Triggerschaltung CiV 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 G 1 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 Steuersignal PS eingestellten Wert darstellt, so ist die Logik L bereit, an den Multiplexer MX ein Schaltsieuersignal abzugeben, das über den Leiter der Verbindung 8 dann tatsächlich übertragen wiru, wenn sm Leiter 7 vorn SpannungSicornparator CPher ein 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 wird. Beim vorliegenden Beispiel bedeutet das Ansteuern in dieser zeitlichen Periode, dao eine Phasenübereinstimmung zwischen dem Endteil von gi und dem Anfangsteil von g2 festgestellt worden ist. So wird also die Fortsetzung der Signalabgabe des Teils fi ίο innerhalb der Zeitspanne von i4 bis i5 bewirkt. Ein solches Vorgehen ist jedoch nicht zwangsläufig, da es stets möglich ist, vom Teil gi auf die konstante Spannung am Leiter 61 und von dieser Spannung dann zum Teil g2 weiterzuschalten, 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 i5 konstant am Wert Vl wie der Teil a 2 verbleiben, sofern in der Zwischenzeit die Spannung am Leiter 6 unverändert geblieben ist. 1st 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 Phasenübereinstimmung zwischen g 1 und g 2 herausgefunden wird, nämlich zum Zeitpunkt i5, die K 2 Perioden von g2 abgegeben, und zwar durch einen entsprechenden Vorgang, wie er für gi 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 CP kommende 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 der für die Teile gi, g2 vorgesehenen K 1 + k 2 Perioden, eventuelle Betätigungen des Stop-Steuersignals ST nicht beachtet werden. Dies stellt eine Vorsichtmaßnahme dar, die verhindert, daß Bedienungsfehler des Technikers den stetigen Betrieb der Vorrichtung stören. 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 ST 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 und dem Eingangsleiter 10 wieder herstellt Es wird dann sowohl im Fall der automatischen Beendigung des Signalteils g 2 als auch im Fall der manuellen Beendigung die am Leiter 10 ausgangsseitig vom Schaltblock DO liegende Spannung am Leiter 51 abgegeben.

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gestellt, daß S1 und 52 leitend und 53 sperrend waren. Diese dem Teil a3 (Fig.5) entsprechende Stellung

bleibt, bis die gegebene Zeitspanne f 6 bis 17 vorbei ist. Zur Zeit / 7 sperrt die Logik L über ein Steuersignal, das auf den Leitern 91 und 92 zum Schaltblock D O gesendet wird, die Schalter 51 und 52 und schaltet 53 über ein Steuersignal arc Leiter 93 durch, so daß in den Leiter 10 die Zeitkonstante R 2 eingeschaltet wird.

Da 52 geschlossen war, konnte selbst dann, wenn PQ handbetätigten Änderungen unterworfen war, der Kondensator C5 allmählich dem neuen Spannungspegel am Leiter 61 folgen. Durch Einfügung der Zeitkonstante RC2 findet der Übergang 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.

Es sei darauf hingewiesen, daß die von den

Generatorgruppen G1, G2,... Gn erzeugten periodischen Signalverläufe unmittelbar zum Ausgangsleiter 51 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.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Gesteuerter Erzeuger von Perioden-Signalbildern, die aus einer Folge von Signalzügen unterschiedlicher Formen und Frequenzen, unveränderlicher Signale von gegebener Spannung und/oder von Signalen, die sich nach gegebenen Gesetzen ändern, in beliebiger vorbestimmter Anordnung bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß

— periodische Signalverläufe durch π Generatorgruppen (Gi, G2,...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 in in beide." Richtungen eindeutiger Zuordnung zur Phase des periodischen Signalverlaufs ist:

— die unveränderlichen Signale und die sich ändernden Signale durch eine Einrichtung (PO), die die Spannungspegel des unveränderlichen Signals erzeugt bzw. durch eine Einfügeeinrichtung (DO), die, von diesen Pegeln ausgehend, geeignete Zeitkonstanten (RCi, RC2) entsprechend den vorgegebenen Änderungsgesetzen einfügt, erzeugt werden;

— vorgegebene Anfangs- und Schlußphasen der Signalzüge durch einen Komparator (CP) bestimmt werden, der die momentane Höhe des Rampenspannurvgssigna.a mit gegebenen Signalpegeln vergleicht und geeignete Ansteuersignale abgibt;

— eine gegebene Zahl der Perioden jedes der Signalzüge durch eine Umwandlungsschaltung (CN) bestimmt wird, die die von den Generatorgruppen (Gi, G 2, ...Gn) erzeugten analogen Synchronsignale in boolesche Zählsignale umwandelt;

— die vorgegebene Aneinanderreihung der Signalzüge, der unveränderlichen Signale und/oder der sich ändernden Signale durch ein Verknüpfungsschaltwerk (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 (Gi, G 2 Gn)

kommenden Eingangssignale steuert, die booleschen Zählsignale und die Ansteuersignale empfängt, in der Einfügeeinrichtung (DO) die Anwendung der geeigneten Zeitkonstante (RC 1, RC2) steuert und schließlich Befehle an eine Einrichtung (MX) zui aufeinanderfolgenden Signalauswahl abgibt, aufeinanderfolgend auf einen der mit den Generatorgruppen verbundenen Eingänge und/oder auf den mit der Einfügeeinrichtung (DO) verbundenen Eingang zu schalten.