DE2917916B2

DE2917916B2 - Pulsdauermodulations-Signalverstarker

Info

Publication number: DE2917916B2
Application number: DE2917916A
Authority: DE
Inventors: Walter Prof. Dr. Staefa Guggenbuehl; Mathis Dipl.-El.-Ing. Baar Halder
Original assignee: LGZ Landis and Gyr Zug AG
Current assignee: Siemens Building Technologies AG
Priority date: 1979-03-01
Filing date: 1979-05-03
Publication date: 1980-12-18
Also published as: CH640376A5; DE2917916C3; DE2917916A1; US4337438A

Description

Es ist ein Pulsdauermodulations-Signalverstärker der im Oberbegriff des Anspruchs I genannten Art bekannt (z.B. durch »Elektor« Dezember 1978, Seite 12-37, Bilts'l), bei dem ein Tiefpaßfilter zum Ausfiltern des verstärkten Niederfrequenzsignals dient Mit einem Tiefpaßfilter läßt sich jedoch die im Frequenzspektrum dominierende Grundwelle des Trägersignals nur schlecht unterdrücken, weshalb eine saubere Trennung des Nutzsignals von den Störsignalen und somit eine hohe Signalgüte nicht erzielbar sind.

Der im Anspruch I angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Signalgüte des Pulsdauermodulations-Signalverstärkers durch eine bessere Unterdrückung der Störsignale zu erhöhen.

Mit dem Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach der Erfindung wird eine optimale Dämpfung der Grundwelle des Trägersignals erreicht. Da der Regler die Trägerfrequenz dauernd auf die Resonanzfrequenz des die GrundweDe des Trägersignals unterdrückenden Resonanzkreises abstimmt, können durch Alterungserscheinungen, Temperatureinflüsse, geometrische Ände rungen usw. hervorgerufene Verschiebungen der Resonanzfrequenz die Dämpfung des Trägersignals und damit die Signalgüte nicht beeinträchtigen.

Es ist zwar eine Schaltungsanordnung für eine

ίο Induktionsheizung bekannt (IEEE Journal of Solid-State Circuits, Febr. 1969, S. 34-35), bei welcher der Phasenwinkel der induktiven Last detektiert und dementsprechend die Frequenz einer einen Schaltverstärker steuernden Signalquelle geregelt wird. Bei

ι 5 dieser Schaltungsanordnung handelt es sich jedoch nicht um einen Pulsdauermodulations-Signalverstärker, und die Regelung der Frequenz der Signalquelle erfolgt nicht zur Unterdrückung eines Störsignals, sondern zur Anpassung an Laständerungen.

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig.! ein Prinzipschaltbild eines Pulsdauermodulations-Signalverstärkers,

μ F ig. 2 eine Variante und F i g. 3 eine weitere Variante. In der F i g. 1 bedeutet 1 einen Impulsdauermodulator, der einen Eingang für ein zu verstärkendes Niederfrequenzsignal Sw und einen Eingang für ein Trägersignal S_rmit der Frequenz /Vaufweist Ein an den Impulsdauermodulator 1 angeschlossener Trägersignalgenerator 2 liefert das Trägersignal Sr. Dieser Trägersignalgenerator besitzt einen Steuereingang, an den ein Signal angelegt werden kann, um die Trägerfrequenz fr zu variieren. Als Trägersignalgenerator 2 eignet sich beispielsweise ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO).

Der Impulsdauermodulator I erzeugt Rechteckimpulse, die sich mit der Frequenz fr wwdsrholen und deren Dauer durch das Niederfrequenzsignal S/vpmoduliert ist Solche impulsdauermodulatoren sind bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert Es sei lediglich erwähnt, daß der Impulsdauermodulator I z.B. aus einem Impulsformer und einem Komparator bestehen

*"> kann, wobei der Impulsformer das z. B. rechteckförmige Trägersignal St in ein dreieckförmiges Signal mit der Frequenz fr umformt und der Komparator das Niederfrequenzsignal Snf mit dem dreieckförmigen Signal vergleicht und das gewünschte impulsdauermo-

«> dulierte Ausgangssignal liefert

Dieses Ausgangssignal des Impulsdauermodulators 1 steuert einen Schaltverstärker 3, der im dargestellten Beispiel aus einem Treiber 4 und einer Endstufe 5 besteht. Di« Endstufe 5 ist durch zwei elektronische

« Schalter 6, 7 und einen Transformator 8 gebildet je nach dem logischen Zustand des Ausgangssignals des Impulsdauermodulators 1 wird eine Spannungsquelle U* über den Schalter 6 oder 7 an das eine oder das andere Wicklungsende der mittengeerdeten Primär wicklung des Transformators 8 geschaltet

Die Sekundärwicklung des Transformators 8 ist über ein Filter 9 an eine Last 10 angeschlossen. Das Filter 9 enthält ein Tiefpaßglied 11 und einen schmalbandigen Resonanzkreis 12 zur Dämpfung der Trägerfrequenz /y.

^M Das Tiefpaßglied 11 besteht im dargestellten Beispiel aus einer Spule 13 und einem Kondensator 14 und der Resonanzkreis 12 aus einem Kondensator 15 und einer Spule 16. Der Kondensator 13 und die Spule 16 sind in

Reihe geschaltet und bilden einen Saugkreis, der mit dem Kondensator 14 jjnd mit der Last IO parallel geschaltet ist

Der Ausgang eines Olbertragungsgliedes 17, das ein dem Strom im Resonanzkreis 12 proportionales Signal erzeugt, und der Ausgang des Trägersignalgenerators 2 sind an einen Phasenkomparator 18 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Steuereingang des Trägersignalgenerator; 2 verbunden ist Der Phasenkomparator 18 bildet einen an den Resonanzkreis 12 und an den ι ο Trägersignalgenerator Si gekoppelten Regler, der die Trägerfrequenz fr auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 12 abstimmt

Der beschriebene Pulsdauermodulations-Signalverstärker arbeitet wie folgt: ι ^r>

Der Impulsdauermoduiator 1 erzeugt wie bereits erwähnt modulierte Rechteckimpulse. Diese werden im Schaltverstärker 3 verstärkt Am Eingang des Filters 9 entsteht ein Signal, das sich aus dem verstärkten Niederfrequenzsignal und einem Störspektrum zusammenscizt im Siörspektrurn dominiert die Grandwelle des Trägersignals St, d. h. die Trägerfrequenz fr. Das Tiefpaßfilter 11 vermag zwar die höheren Frequenzkomponenten des Störspektnims recht gut die Trägerfrequenz /7-jedoch nur mängelhaft zu unterdrücken. Die Trägerfrequenz fr wird daher im Resonanzkreis 12 weiter gedämpft so daß eine hohe Signalreinheit des ausgefilterten verstärkten Niederfrequenzsignals erzielt wird. Der Resonanzkreis 12 weist eine hohe Güte auf, damit er die Trägerfrequenz fr restlos unterdrücken kann, und ist daher schmalbandig.

Die Phasenlage des vom Übertragungsglied 17 abgegebenen Signals wird im Phasenkomparator 18 mit der Phasenlage des Trägersignals St verglichen. Weicht der Phasenwinkel zwischen diesen beiden Signalen von y> einem vorbestimmten Sollwert ab, so erzeugt der Phasenkomparator 18 ein Regelsignal, das die Phasenlage des Trägersignals St vorzeichenrichtig korrigiert Dadurch wird die Trägerfrequenz f, dauernd auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 12 abgestimmt und eine optimale Dämpfung der Grundwelle des Trägersignals 5rgewährleistet Es erübrigt sich deshalb, die Resonanzfrequenz des Dämpfungsgliedes 12 konstant zu halten, was nur sehr schwer zu bewerkstelligen wäre. «

Als Übertragungsglied 17 kann z. B. ein induktiver Wandler dienen, der mit dem Resonanzkreis 12 in Reihe geschaltet ist Es ist auch möglich, lediglich eine Spule, die mit der Spule 16 induktiv gekoppelt ist als Übertragungsglied einzusetzen. so

In der Fig.2 weisen die Bezugszahlen 1 bis 17 auf gleiche Teile wie in der F i g. 1 hin. Der Ausgang des Übertragungsgliedes 17 ist über einen Gleichrichter 19 mit einem Schalter 20 verbunden, der den Gleichrichter 19 in der einen Stellung an ein aus einem Widerstand 21 und einem Kondensator 22 bestehendes Glättungsglied 23 und in einer anderen Stellung an ein aus einem Widerstand 24 und einem Kondensator 25 bestehendes Glättungsglied 26 legt. Die Glättungsglieder 23,26 sind an je einen Eingang eines Differenzverstärkers 27 angeschlossen, dessen Ausgang mit dem Steuereingang des Trägersignalgenerators 2 verbunden ist Ein eingangsseitig an das Niederfrequenzsinai S_Nf angeschlossener Nullschwellenschalter 28 steuert den Schalter 20 so, daß der Gleichrichter 19 während der einen Halbwelle des Niederfrequenzsignals Swrnit dem Glättungsglied 23 und während der anderen Halbwelle mit dem Glättungsglied 26 verbunden ist

Der Resonanzkreis 12 bildet einen Demodulator für das am Eingang des Filters 9 liegende frequenzmodulierte Signal. Am Ausgang des Übertragungsgliedes YJ entsteht ein amplitudenmoduliert Signal, dessen HüHkurve die doppelte Frequenz des Niederfrequeiizsignals Swaufweist Ist die Trägerfrequenz /rgut auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 12 abgestimmt so weisen aufeinanderfolgende Wellen dieser Hüilkurve gleich große, andernfalls verschieden große Amplituden auf. Dementsprechend bilden sich an den Glättungsgliedern 23, 26 gleich große oder verschieden große Spannungen, die im Differenzverstärker 27 miteinander verglichen werden. Sind diese Spannungen verschieden groß, so gibt der Differenzverstärker 27, der den Ausgang eines als Hüllkurven-Detektor arbeitenden Reglers bildet ein Regelsignal an den Trägersignalgenerator 2 ab, wodurch dieser nachgestimmt wird.

Das in der F i g. 3 mit 29 bezeichnete Filter weist im Längskreis eine Spule 30, einen zur Spule 30 parallel geschalteten Kondensator 31 und eine mit diesen in Reihe geschaltete Spule 33 sowie im Querkreis einen Kondensator 32 auf. Die Spule 30 und der Kompensator 31 stellen einen als Sperrkreis ausgebildeten Resonanzkreis 34 zur Dämpfung der Trägerfrequenz des Tr^gersignals St dar. Diesem Resonanzkreis 34 ist ein Übertragungsglied 35 zugeordnet, das ein der Sperrkreisspannung proportionales Signal erzeugt und dessen Ausgang an den Phasenkomparator 18 (Fig. 1) oder an den Gleichrichter 19 (Fig.2) angeschlossen werden kann, so daß die Trägerfrequenz fr auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 34 abgestimmt wird. Die Spulen 30,33 und der Kondensator 32 bilden ein Tiefpaßglied. Durch die Wirkung der Spule 33 ergibt sich eine zusätzliche Dämpfung der oberhalb der Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 34 liegenden Komponenten des Störspektrums.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Pulsdauermodulations-Signalverstärker mit einem !mpulsdauermodulator, Her einen Eingang für ein zu verstärkendes Niederfrequenzsignal aufweist und an einen Trägersignalgenerator angeschlossen ist, mit einem Schaltverstärker für das Ausgangssignal des Impulsdauermodulators und mit einem dem Schaltverstärker nachgeschalteten Filter zum Ausfiltern des verstärkten Niederfrequenzsignals, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (9; 29) einen schmalbandigen Resonanzkreis (12; 34) zur Dämpfung der Trägerfrequenz des Trägersignals (S₁) aufweist und daß der Resonanzkreis (12; 34) und der Trägersignalgenerator (2) an einen Regler (18; 19 bis 28) gekoppelt sind, der die Trägerfrequenz auf die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises (12; 34) abstimmt

2. Pulsdauenmodulations-Signalverstärker nach Anspruch ti dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis (12yeniSöügkrals!si.

3. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonanzkreis (34) ein Sperrkreis ist

4. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugkreis (12) ein Übertragungsglied (17) zur Erzeugung eines dem Saugkreisstrom proportionalen Signals aufweist

5. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Sperrkreis (34) ein Übertragungsglied (35) zur Erzeugung eines der isperrkreisspannung proportionalen Signals aufweist

6. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Übertragungsgliedes (17; 35) und der Ausgang des Trägersignalgenerators (2) an einen Phasenkomparator (18) angeschlossen sind und daß der Ausgang des Phasenkomparator (18) mit einem Steuereingang de* Trägersignalgenerators (2) verbunden ist

7. Pulsdauermodulations-Signalverstärker nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Obertragungsgliedes (17; 35) an einen Hüllkurven-Detektor (19 bis 28) angeschlossen ist dessen Ausgang mit einem Steuereingang des Trägersignalgenerators (2) verbunden ist