Die Erfindung betrifft einen Fernsteuersender mit einem
analog steuerbaren Oszillator, einem Komparator, einem
Sender und zwei Frequenz-Analog-Wandlern, bei dem der
eine Wandler mit dem den Sender steuernden Oszillator
und dem Komparator eine Regelschleife bildet und der
zweite Wandler mit einer Referenzsignalquelle eingangs
seitig verbunden ist und ausgangsseitig die Regel
schleife ansteuert.
Ein derartiger Fernsteuersender ist Gegenstand der
älteren deutschen Patentanmeldung P 28 44 936.7-32. Aus
der DE-OS 15 13 668 ist eine Fernsteuerschaltung be
kannt, bei der auf der Senderseite ein gesteuerter Os
zillator und ein Sender vorhanden sind, welcher vom
Oszillator gespeist wird. Die bekannte Fernsteuerschal
tung ist als Steueranlage für fahrbare Maschinen vor
gesehen.
Rundfunk- und Fernsehempfänger werden heute bekanntlich
durch eine Fernsteuerung bedient. Durch Fernsteuerung
erfolgt beispielsweise die Programmwahl, die Einstel
lung der Lautstärke sowie die Einstellung der Hellig
keit und des Farbkontrastes bei Fernsehempfängern.
Fernsteuerungen finden aber auch auf vielen anderen
Gebieten der Technik Anwendung, wie z. B. bei der Steue
rung von Fahrzeugen und Flugmodellen.
Es gibt verschiedene Verfahren zur Übertragung der
Steuerinformation. Eine Möglichkeit der Übertragung
besteht darin, Signale unterschiedlicher Frequenz zu
übertragen und durch unterschiedliche Frequenzwahl
unterschiedliche Funktionen auszuüben. Für eine Fern
steuerschaltung ist eine die Information sendende und
eine die Information empfangende Einrichtung erforder
lich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Fern
steuersender anzugeben, der auf Frequenzbasis und im
wesentlichen mit Analogsignalen arbeitet. Außerdem soll
das gesendete Frequenzsignal in einfacher Weise modu
lierbar bzw. schnell veränderbar sein. Diese Aufgabe
wird bei einem Fernsteuersender der eingangs erwähnten
Art nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merk
male des Anspruchs 1, des Anspruchs 3, des Anspruchs 4,
des Anspruchs 5 oder des Anspruchs 6 gelöst.
Bei einer Frequenzregelschleife wird bekanntlich das
vom Oszillator erzeugte Frequenzsignal dem Wandler zu
geführt, der aus diesem Frequenzsignal ein Gleichsignal
erzeugt, welches eine Gleichspannung oder ein Gleich
strom sein kann. Eine am Wandlerausgang z. B. erzeugte
Gleichspannung wird dem einen Eingang des Komparators
zugeführt. An einen zweiten Eingang des Komparators
wird von außen eine Steuerspannung zur Steuerung der
Schleife gelegt, durch die die Frequenz der Schleife
bestimmt wird. Eine solche Frequenzregelschleife hat
gegenüber einem gesteuerten Oszillator ohne Schleife,
d. h. ohne zusätzlichen Wandler und Komparator, den
Vorteil, daß eine Frequenz erzeugt wird, die sich bei
Änderung der Charakteristik des Oszillators nicht än
dert und somit bei Charakteristikänderungen des Oszil
lators stabil bleibt.
Bei Anlegen einer Steuerspannung an den zweiten Eingang
des Komparators, die von der vom Wandler erzeugten
Gleichspannung verschieden ist, entsteht am Ausgang des
Komparators eine Gleichspannung, die der Differenz der
beiden Eingangsspannungen am Komparator entspricht. Die
Frequenzregelschleife hat nun die Tendenz, die am Kom
paratoreingang vorhandene Differenzspannung zu redu
zieren. Dies geschieht dadurch, daß durch die Ausgangs
spannung des Komparators die Frequenz des Oszillators
so gesteuert wird, daß am Ausgang des Wandlers eine
solche Gleichspannungsänderung entsteht, daß sich die
Wandlerausgangsspannung der von außen dem Komparator
zugeführten Steuerspannung angleicht. Dieser Angleich
vorgang erfolgt so lange, bis die Differenz der beiden
Spannungen gegen Null geht. Für die sich dann einstel
lende Frequenz ist dann nur noch die Charakteristik des
Wandlers ausschlaggebend, während Änderungen von fre
quenzbestimmenden Schwingkreiselementen im Oszillator
unbedeutend sind, da die Regelschleife solche Verände
rungen automatisch korrigiert.
Frequenz-Regelschleifen, die aus einem Oszillator,
einem Wandler und einem Komparator bestehen, haben
jedoch Nachteile, die im wesentlichen auf die Wandler
eigenschaften zurückzuführen sind. Frequenz/Gleich
signal-Wandler ändern bekanntlich ihre Charakteristik
(Verhältnis Gleichsignal zur Frequenz) in Abhängigkeit
von den äußeren Betriebsbedingungen wie Temperatur und
Betriebsspannung. Außerdem gibt es bei solchen Wandlern
Probleme bezüglich der Linearität zwischen Frequenz-
und Ausgangssignaländerung. Bei der Fernsteuerschaltung
nach der Erfindung ist deshalb eine Frequenzsignal
quelle und ein zweiter Wandler als Steuerstrecke vor
gesehen, die das Steuersignal für die Regelschleife
liefert, oder von deren Ausgangssignal das Steuersignal
für die Regelschleife (durch Verstärkung oder Schwä
chung) abgeleitet wird. Wenn hier von einem Gleich
signal die Rede ist, so ist darunter eine Gleichspan
nung oder ein Gleichstrom zu verstehen.
Die Frequenzregelschleife des Fernsteuersenders soll
nicht nur eine einzige Frequenz erzeugen, sondern sie
soll Signale unterschiedlicher Frequenz liefern. Da ein
bestimmtes Steuersignal in einer einzigen Frequenz
regelschleife nur eine Frequenz erzeugen kann, benötigt
man variable Steuersignale für die Regelschleife, wenn
die zu erzeugende Frequenz geändert werden soll. Die
Steuersignalquelle für die Regelschleife ist im Falle
der Erfindung die aus der Frequenzsignalquelle und dem
zweiten Frequenz/Gleichsignal-Wandler bestehende Steuer
strecke bzw. der durch die Frequenzsignalquelle gesteu
erte zweite Frequenz/Gleichsignal-Wandler.
Unterschiedliche Steuersignale für die Regelschleife
können mit Hilfe der aus der Frequenzsignalquelle und
dem zweiten Wandler bestehenden Steuerstrecke auf unter
schiedliche Weise erzeugt werden. Eine Möglichkeit be
steht beispielsweise darin, eine variable Frequenz
signalquelle zu verwenden und nur die Frequenz dieser
Signalquelle zu variieren. Es besteht aber auch die
Möglichkeit, das von der variablen Frequenzsignalquelle
gelieferte und vom zweiten Wandler in ein Gleichsignal
umgewandelte Signal zu verstärken oder zu schwächen.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, eine Frequenzsignal
quelle mit konstanter Frequenz (z. B. einen Quarzos
zillator) zu verwenden und das aus dem Frequenzsignal
einer solchen Signalquelle resultierende Gleichsignal
des zweiten Wandlers durch Schwächen oder Verstärken
entsprechend zu variieren. Eine Signalschwächung wird
beispielsweise bei einer Gleichspannung durch einen
passiven Spannungsteiler oder durch aktive Spannungs
teilung in einer Verstärkeranordnung erzielt, während
eine Signalverstärkung durch einen Verstärker erfolgt.
Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbeispie
len erläutert.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Sen
derseite der Fernsteuerschaltung mit einer Frequenz
regelschleife, die aus dem Oszillator 1, dem Frequenz/
Gleichsignal-Wandler 2 und dem Komparator 3 besteht. Um
die negativen Auswirkungen der äußeren Betriebsbedin
gungen wie Temperatur und Betriebsspannung auf die
Wandlercharakteristik zu kompensieren, ist gemäß der
Fig. 1 zusätzlich zur Regelschleife eine Frequenzsi
gnalquelle 4 und ein zweiter Frequenz/Gleichsignal-
Wandler 5 vorgesehen. Die Frequenz-Signalquelle 4 und
der Wandler 5 dienen zur Erzeugung des Steuersignals
für die Regelschleife. Die Frequenzsignalquelle 4 lie
fert ein Frequenzsignal, welches dem Eingang des Wand
lers 5 zugeführt wird. Der Wandler 5 erzeugt aus diesem
Frequenzsignal an seinem Ausgang ein Gleichsignal.
Zwischen den zweiten Wandler 5 und den Komparator 3 ist
nach der Fig. 1 eine Steueranordnung 9 geschaltet. Die
Steueranordnung 9 dient zur Schwächung oder Verstärkung
des Ausgangssignals des zweiten Wandlers 5.
Die Steueranordnung 9 der Fig. 1 bietet eine zusätz
liche Steuermöglichkeit, da durch die Steueranordnung 9
das vom zweiten Wandler 5 gelieferte Gleichsignal be
einflußbar ist. Bei der Anordnung der Fig. 1 ist somit
eine Steuersignaländerung durch Änderung der Frequenz
des Frequenzsignals der Signalquelle 4, durch Änderung
des vom zweiten Wandler 5 abgegebenen Gleichsignals
mittels der Steueranordnung 9 oder durch eine Kombina
tion dieser Variationsmöglichkeiten möglich.
Die Steueranordnung 9 dient bei der Schaltung der Fig.
1 zur Frequenzmodulation. Wird bei der Schaltungs
anordnung der Fig. 1 das Ausgangssignal des Wandlers 5
in der Steueranordnung 9 mit einem Wechselsignal über
lagert, so erzeugt die Regelschleife ein moduliertes
Frequenzsignal mit einer Trägerfrequenz, die dem Gleich
signal am Komparatoreingang 6 entspricht und mit einer
Modulationsfrequenz, die der Frequenz des dem Gleich
signal überlagerten Wechselsignals entspricht. Der Mo
dulationshub des modulierten Frequenzsignals entspricht
der Amplitude des dem Gleichsignal überlagerten Wech
selsignals. Bei einem solchen Sondersignal läßt sich
auf der Empfangsseite das Modulationssignal durch De
modulation zurückgewinnen, welches eine Zusatzinforma
tion zu der von der Trägerfrequenz gelieferten Informa
tion liefert.
Bei der senderseitigen Anordnung der Fig. 2 ist die
Steueranordnung 10 nicht zwischen den zweiten Wandler 5
und den Komparator 3 geschaltet, sondern zwischen den
Komparator 3 und den ersten Wandler 2. Durch die Steuer
anordnung 10 wird deshalb bei der Anordnung der Fig. 2
nicht das Gleichsignal des zweiten Wandlers 5, sondern
das Gleichsignal des ersten Wandlers 2 variiert.
Bei der senderseitigen Anordnung der Fig. 3 hat man
drei Variationsmöglichkeiten, und zwar die Möglichkeit
einer Variation der Frequenz des Signals der Frequenz
signalquelle 4, die Möglichkeit einer Variation des
Gleichsignals des zweiten Wandlers 5 durch die Steuer
anordnung 9 und eine Möglichkeit der Variation des
Gleichsignals des ersten Wandlers 2 durch die Steuer
anordnung 10.
Die für die Fernsteuerung verwendeten Wandler sind im
allgemeinen Frequenz/Spannungs-Wandler oder Frequenz/
Strom-Wandler. Als Frequenz/Spannungs-Wandler können
beispielsweise die bekannten Wandlertypen VFC 32 (BURR
BROWN), XR 4151 (EXAR), µA 4151 (FAIRCHILD), 9400 (TELE
DYNE), A 84808 (INTECH) und XC 3315 (MOTOROLA) verwen
det werden. Durch Nachschaltung eines Spannungs/Strom-
Wandlers erhält man aus den bekannten Frequenz/Span
nungs-Wandlern Frequenz/Strom-Wandler.
Die Fig. 4 zeigt für die Verwendung in den Regelkrei
sen eine Spannungskomparatorschaltung und die Fig. 5
eine Stromkomparatorschaltung. Einen Spannungskompara
tor benötigt man dann, wenn die Regelschleife an den
Komparator eine Gleichspannung liefert. Ein Stromkom
parator ist dann erforderlich, wenn die Regelschleife
dem Komparator einen Gleichstrom zuführt. Der Spannungs
komparator der Fig. 4 besteht aus einem bekannten
Operationsverstärker 11, dessen Ausgangssignal von der
Potentialdifferenz zwischen den Eingängen 6 und 7 ab
hängt. Der Stromkomparator der Fig. 5 besteht eben
falls aus einem Operationsverstärker 11.
Beim Stromkomparator der Fig. 5 wird sowohl der von
der Regelschleife kommende Gleichstrom als auch das von
der Steuerstrecke (Frequenzsignalquelle plus Wandler)
bzw. das von der Steueranordnung kommende Steuersignal
ein und demselben Eingang des Operationsverstärkers 11
zugeführt. Am anderen Eingang des Komparators liegt
eine Referenzsignalquelle 12, die ein beliebiges Be
zugspotential liefert. Die Ausgangsspannung des Opera
tionsverstärkers 11 ist bei dem Stromkomparator der
Fig. 5 von der Summe der den Eingängen 6 und 7 des
Komparators zugeführten Ströme abhängig.
Während bei der Anordnung der Fig. 5 den Eingängen 6
und 7 entgegengesetzt gerichtete Ströme zugeführt wer
den müssen, ist dies beim Stromkomparator der Fig. 6
nicht erforderlich, da bei der Anordnung der Fig. 6
der dem Eingang 6 zugeführte Strom mittels der aus dem
Inverter 13 und den Widerständen 14 und 15 bestehenden
Inverterschaltung invertiert wird.
Die Fig. 7 bis 9 zeigen Grundformen von Steueran
ordnungen für spannungsgesteuerte Regelschleifen. Wie
bereits zum Ausdruck gebracht, gibt es bei der Span
nungsregelung spannungsreduzierende und spannungsver
stärkende Steuerungen. Die Fig. 7 und 8 zeigen span
nungsreduzierende Steueranordnungen. Die Steueranord
nung der Fig. 7 ist ein Spannungsteiler 16. Der Ein
gang 17 ist im allgemeinen mit dem Wandler und der
Abgriff 18 mit dem Komparator verbunden.
Während die Anordnung der Fig. 7 eine passive Steuer
anordnung ist, ist die Anordnung der Fig. 8 eine ak
tive Steueranordnung, weil bei der Anordnung der Fig.
8 zusätzlich zum Spannungsteiler 16 noch ein Opera
tionsverstärker 19 vorgesehen ist. Dieser Operations
verstärker dient zur Entkopplung von Spannungsteiler
und Wandler.
Die Fig. 9 zeigt eine verstärkende Steueranordnung,
die aus dem Spannungsteiler 16 und dem Operationsver
stärker 19 besteht.
Die Fig. 10 zeigt eine Steueranordnung mit einem Ope
rationsverstärker 19. Das Ausgangssignal des Wandlers
wird dem Eingang 17 des Operationsverstärkers 19 zuge
führt und durch den Operationsverstärker verstärkt. Der
Spannungsteiler 16 teilt die Ausgangsspannung des Ope
rationsverstärkers 19. Durch entsprechende Einstellung
des Spannungsteilers 16 wird an seinem Ausgang 18 eine
Spannung erhalten, die größer, gleich oder kleiner als
die Spannung am Eingang 17 des Operationsverstärkers
ist.
Die Steueranordnung der Fig. 11 besteht aus einem
Digital/Analog-Wandler 20, der als digital gesteuertes
Potentiometer dient. Dem Digital/Analog-Wandler wird an
seinem Eingang 17 wie üblich ein Wandler-Gleichsignal
zugeführt, während der Digital/Analog-Wandler digital
am Steuereingang 21 gesteuert wird. Das Ausgangssignal
entsteht am Ausgang 18.
Die Fig. 12 und 13 zeigen stromgesteuerte Steueran
ordnungen. Bei diesen Steueranordnungen wird am Eingang
17 der Steueranordnung vom Wandler keine Spannung,
sondern ein Gleichstrom zugeführt. Die Anordnung der
Fig. 12 weist einen Operationsverstärker 19 auf, der
als Strom/Spannungs-Wandler dient. Der Operationsver
stärker 19 verstärkt die an seinem Eingang entstehende
Potentialdifferenz. Zwischen den einen Eingang des
Operationsverstärkers 19 und den Ausgang 18 der Steuer
anordnung ist ein Widerstandsteiler 16 geschaltet,
dessen Abgriff mit dem Ausgang des Operationsverstär
kers 19 verbunden ist. Die am Ausgang des Operations
verstärkers 19 auftretende Spannung erzeugt in dem
Zweig zwischen Ausgang und Eingang des Operationsver
stärkers 19 einen Strom, der sich so einstellt, daß er
die Größe des dem Eingang 17 zugeführten Gleichstroms
annimmt und entgegengesetzt zu diesem Gleichstrom ge
richtet ist. Dadurch geht die Potentialdifferenz am
Eingang des Operationsverstärkers gegen Null. Die mit
dem Eingang des Operationsverstärkers 19 verbundene
Spannungsquelle 22 bestimmt das Potential am Eingang
des Operationsverstärkers. Dieses Potential kann an und
für sich beliebig sein. Vorzugsweise ist jedoch dieses
Potential gleich dem Potential, das die Spannungsquelle
12 der Komparatoren liefert. Der Ausgangsstrom wird
durch den Widerstandsanteil bestimmt, der zwischen dem
Ausgang des Operationsverstärkers 19 und dem Ausgang 18
der Steueranordnung liegt. Dies ist jedoch nur dann der
Fall, wenn am Ausgang 18 der Steueranordnung ein Strom
komparator liegt, der dem Komparator der Fig. 5 oder
6 entspricht.
Bei der Steueranordnung der Fig. 13 ist ebenfalls ein
Operationsverstärker 19 vorgesehen. Zwischen seinen
Ausgang und Masse ist ein Widerstandsteiler 16 geschal
tet, dessen Abgriff mit dem einen Eingang 17 des Opera
tionsverstärkers 19 verbunden ist. Durch Einstellung
desjenigen Widerstandes, der zwischen dem Ausgang des
Operationsverstärkers und dem Abgriff des Widerstands
teilers 16 liegt, wird die Verstärkung des Operations
verstärkers 19 eingestellt. Zwischen dem Eingang 17 des
Operationsverstärkers 19 und Masse besteht eine Poten
tialdifferenz, die einen Strom zur Folge hat, der durch
den Widerstandsteiler 16 nach Masse fließt. Dieser
Strom beeinflußt den Strom am Ausgang 18 der Steueran
ordnung. Die Widerstände 23 und 24 sind mitbestimmend
für den Ausgangsstrom und die Verstärkung des Opera
tionsverstärkers.
Im allgemeinen sollen Frequenzregelschleifen Signale
mit konstanter Frequenz liefern. Zu diesem Zweck wird
von der Frequenzsignalquelle ein Signal bestimmter
Frequenz geliefert. Ist eine Steueranordnung vorhanden,
so wird das Ausgangssignal dieser Steueranordnung so
gewählt, daß der Frequenzregelkreis (Oszillator) die
bestimmte konstante Frequenz liefert.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Frequenz
des Signals der Signalfrequenzquelle zu modulieren, so
daß am Ausgang des der Frequenzsignalquelle nachge
schalteten Frequenz/Gleichsignal-Wandlers ein Gleich
signal mit überlagertem Wechselsignal entsteht. In
diesem Fall liefert der Frequenzregelkreis ebenfalls
modulierte Frequenzen.
Eine solche Frequenzmodulation kann aber auch durch ein
Wechselsignal erzielt werden, welches dem (den) dem
Komparator zugeführten Gleichsignal(en) überlagert
wird. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die
Frequenzmodulation des Signals der Frequenzsignalquelle
mit der soeben beschriebenen Wechselsignalüberlagerung
zu kombinieren.
In den Figuren sind breite Pfeile eingezeichnet, die
eine symbolische Bedeutung haben, und zwar sollen diese
Pfeile zum Ausdruck bringen, daß die Steueranordnungen
von außen gesteuert werden. Diese Steuerung kann bei
spielsweise mechanisch, elektrisch, optisch oder magne
tisch erfolgen.
Die Schaltungsanordnungen der Fig. 14, 15 und 16
unterscheiden sich von den bisher beschriebenen Anord
nungen dadurch, daß noch eine zusätzliche Steuermög
lichkeit vorgesehen ist, und zwar in Gestalt der Fre
quenzteiler 25 und 26. Bei der Anordnung der Fig. 14
ist ein Frequenzteiler 25 zwischen den Oszillator 1 und
den Wandler 2 der Frequenzregelschleife geschaltet.
Durch diesen Frequenzteiler 25 kann die Oszillatorfre
quenz der Frequenzregelschleife ebenfalls gesteuert
werden.
Bei der Anordnung der Fig. 15 ist ein Frequenzteiler
26 zwischen die Frequenzsignalquelle 4 und den Wandler
5 der Steuerstrecke geschaltet, so daß die zusätzliche
Frequenzregelung durch den Frequenzteiler in der Steuer
strecke erfolgt.
Die Anordnung der Fig. 16 stellt eine Kombination der
in den Fig. 14 und 15 dargestellten Möglichkeiten
dar, und zwar sind bei der Anordnung der Fig. 16 zwei
Frequenzteiler (25, 26) vorgesehen, von denen sich der
eine (25) in der Frequenzregelschleife und der andere
(26) in der Steuerstrecke befindet.
Bei der Schaltungsanordnung der Fig. 17 ist ein Fre
quenzteiler 27 vorgesehen, der zwischen Frequenzsignal
quelle 4 und Steueranordnung 9 geschaltet ist. Dieser
Frequenzteiler 27 teilt das Frequenzsignal der Fre
quenzsignalquelle herunter und das heruntergeteilte
Signal wird dem Gleichsignal des Wandlers 5 in der
Steueranordnung überlagert. Durch Steuerung des Teiler
verhältnisses des Frequenzteilers kann die Modulations
frequenz eingestellt werden.
Bei den Sendeanordnungen der Fernsteuerschaltung er
zeugt der Oszillator 1 der Frequenzregelschleife ein
Signal mit der gewünschten Frequenz, das vom Sender 8
abgestrahlt wird. Der Sender sendet entweder die Fre
quenz des Oszillators direkt aus oder das Sendersignal
wird durch die Frequenz des Oszillators moduliert. Eine
Direktübertragung der Oszillatorfrequenz erfolgt bei
spielsweise bei Infrarot-Sendern, die das Frequenz
signal des Oszillators verstärken und mit diesem Si
gnal eine Infrarotdiode beaufschlagen, die dann eine
Infrarotstrahlung aussendet, deren Intensität im Takt
der Oszillatorfrequenz variiert wird. Solche Infrarot-
Sender sind bekannt.