DE3048673A1

DE3048673A1 - Frequenz-diskriminator

Info

Publication number: DE3048673A1
Application number: DE19803048673
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokohama Furuhata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-12-26
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1981-09-10
Also published as: JPS5692607A; DE3048673C2; US4366399A

Description

HITACHI, LTD., Tokyo,
Japan

Frequenz-Diskriminator

Die Erfindung betrifft einen Frequenz-Diskriminator/ insbesondere einen Frequenz-Diskriminator zur Drehzahl-Erfassung in einer Drehzahl-Regeleinrichtung.

In einem elektrischen Gerät mit einem rotierenden Körper, der eine konstante Drehzahl aufweisen muß, wie Drehköpfen und Capstans von Videobandgeräten (VTR¹s), wird ein sogenannter Servo-Regelkreis im allgemeinen verwendet, bei dem die Drehzahl des rotierenden Körpers erfaßt und ein Motor zum Antrieb des rotierenden Körpers durch das erfaßte Drehzahlsignal so eingestellt wird, daß eine vorgegebene Drehzahl unterhalten wird. (Bandantriebsachsen)

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Ein Beispiel eines derartigen Servo-Regelkreises oder Regelkreises mit Hilfsenergie ist in Fig. 1 gezeigt.

Gemäß Fig. 1 wird die Drehzahl eines rotierenden Körpers 2, z. B. des rotierenden Kopfs eines Videobandgeräts, der von einem Antriebsmotor 1 angetrieben ist, durch einen Fühler 3 erfaßt, der ein Puls-Signal A mit einer Frequenz proportional zur Drehzahl des rotierenden Körpers 2 abgibt. Das Puls-Signal A wird in einen Frequenz-Diskriminator 4 eingespeist, der die Frequenzen unterscheidet und eine Regelabweichungs-Spannung E entsprechend einer Abweichung der Frequenz des Puls-Signals A von einer Führungs-Frequenz abgibt, d. h. eine Abweichung der Ist-Dreh-", -zahl von einer Soll-Drehzahl. Die Regelabweichungs-Spannung"-E wird in einen Motoransteuer-Verstärker 5 eingespeist, "^ dessen Ausgangs signal zur Einstellung^ der Drehzahl des Antriebsmotors 1 dient. Auf diese Weise wird die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 auf einem vorgegebenen Wert gehalten.

Aus der vorangegangenen Erläuterung ist ersichtlich, daß im Regelkreis mit Hilfsenergie das Regelverhalten des gesamten Regelkreises stark vom Verhalten des Frequenz- ·, Diskriminators 4 abhängt. Es sind daher schon verschiedene Bauarten von Frequenz-Diskriminatoren in Erwägung gezogen worden, wobei eine typische Bauart mehrere Monoflops (Univibratoren, monostabile Multivibratoren) aufweist (im folgenden als MMV abgekürzt).

Ein Beispiel eines derartigen Frequenz-Diskriminators ist in Fig. 2 abgebildet.

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In Fig. 2 sind im einzelnen zu sehen:

Ein Eingangsanschluß 101, der mit dem Puls-Signal A von Fig. 1 gespeist wird, das die Drehzahl anzeigt, ein Ausgangsanschluß 102 zum Einspeisen der Regelabweichungs-Spannung E von Fig. 1 in den Motoransteuer-Verstärker 5, Monofloos 103 und 104 mit der Zeitkonstanten T₁ bzw. "T₂' ein Trapezwellen-Generator 105, ein BuIsformer 106 und ein Tastspeicher (sample-and-hold circuit) 107. Die Summe der Zeitkonstanten T₁ und "C₂ wird zur Bestimmung eines Be zugszeitintervalls benutzt.

Es sei nun der-Be.trieb des Frequenz-Diskriminators Fig. -2 ^anhand des^Signaldiagramms von -Fig. -3 erläutert:

-Da;; Puls-Signal- A vom E-ingangsanschluß 101 wird in das Monoflop 103 und in den Pulsformer 106 eingespeist. Das Monoflop 103 wird an der Vorderflanke jedes Eingangs-Impulses A ausgelöst, um ein Rechteckwellensignal B mit einer Impulsbreite X₁ zu erzeugen. Das Monoflop 104 wird an den Rückflanken des Rechteckwellensignals B vom Monoflop 103 ausgelöst, um ein Rechteckwellensignal C mit einer Pulsdauer T- zu erzeugen. An Rückflanken des Rechteckwellensignals C vom Monoflop 104 wird der Trapezwellengenerator 105 ausgelöst, um ein Trapezwellensignal D abzugeben, das einen Anteil mit konstanter Neigung und einer Periode "T_n aufweist, d. h. einen Rampenverlauf. Das Signal D wird als at getastetes Eingangssignal in den Tastspeicher 107 eingespeis'

Der Neigungswinkel des Abschnitts mit konstanter Neigung bestimmt die Frequenz-Unterscheidungs-Empfindlichkeit. D. h., wenn der Neigungswinkel zu groß ist, nimmt die Regelabweichungs-Spannung E nur zwei Pegel an, d. h. hohen und

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niedrigen Pegel. Infolgedessen nimmt dieser Regelkreis nur eine unerwünschte Ein-Aus-Regelung vor.

Das in den Puls-Former 106 eingespeiste Ptfls-Signal A wird in ein Puls-Signal P umgeformt, das mit den Vorderflanken des Pulssignals A synchronisiert ist und eine relativ kurze Impulsdauer zeigt. Das so geformte Puls-Signal P wird als abzutastendes Eingangssignal in den Tastspeicher 107 eingespeist. Der Tastspeicher 107 gibt die Regelabweichungs-Spannung E ab, die während einer Abtastperiode einen aus dem Trapezwellensignal D durch das Puls-Signal P abgetasteten Wert aus noch zu erläuternden Gründen spei chert .-"Wenn ein Bezugszeitintervall entsprechend einer-vorgegebenen Soll-Drehzahl-sich ergibt als:

^To =

mit T-, T₂ und T = Zeitkonstante des Monoflops 103 bzw. des Monoflops 104 bzw. die Dauer des konstant geneigten Abschnitts des Trapezwellensignals D, und wenn die Frequenz des Puls-Signals A durch T ausgedrückt wird, nimmt die Regelabweichungsspannung E einen Spannungswert E an, der gleich ungefähr dem halben Maximum des Trapezwellensignals D ist, wobei die Abweichung gleich Null ist, für T=T. Wenn ferner die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 gemäß Fig. 1 auf weniger als den vorgegebenen Wert verringert wi.i:d, d. h. , T -- T , wird die Regelabweichungsspannung E größer als die Spannung E . Wenn dagegen die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 auf über den vorbestimmten Wert erhöht wird, d. h. T -- T , wird die Regelabweichungsspannung E kleiner als die Spannung E . Diese Änderungen der Regelabweichungsspannung sind als gestufte Änderungen der Regelabweichungsspannung E in bezug auf die Spannung E in Fig. 3 gezeigt.

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Die Regelabweichungsspannung E wird in den Motor 1 über den Motoransteuer-Verstärker 5 (gezeigt in Fig. 1) eingespeist. Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers verringert wird, wird die Regelabweichungsspannung E größer als die Spannung E . Entsprechend" wird die in den Motor eingespeiste Spannung erhöht, so daß die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 zunimmt. Andererseits wird, wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 zunimmt, die Regelabweichungsspannung E kleiner als die Spannung E . D. h., die am Motor 1 angelegte Spannung wird verringert, so daß die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 abnimmt. D. h., die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 wird so geregelt, daß sie auf einem vorgegebenen Wert konstantgehalten wird, bei der die Periode T des Puls-Signals Abgleich derTJezugsperiode T und die Regelabweichungsspannung E gleich der -Spannung E ist. "__._.

Da der eben beschriebene herkömmliche Frequenz-Diskriminator relativ einfach im Aufbau ist und eine befriedigende Empfindlichkeit und Linearität bei der Frequenz-Diskriminierung in praktischer Hinsicht zeigt, wird er allgemein angewendet .

Beim obigen Frequenz-Diskriminator wird jedoch eine vorbestimmte Drehzahl des rotierenden Körpers durch die Zeitkonstanten Τ* und T- der Flipflops 103 und 104 vorgegeben, die durch grundsätzliche und Zeitsteuer-Umstände bestimmt sind, wobei die Zeitkonstanten von der Temperatur und der Versorgungsspannung abhängen.Es tritt daher die Schwierigkeit auf, daß die Drehzahl des rotierenden Körpers vom Soll-Wert bei Schwankungen der Umgebungstemperatur und der Versorgungsspannung abweicht.

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Ferner erzeugt beim herkömmlichen Frequenz-Diskriminator von Fig. 2 das Puls-Signal A die Regelabweichungs-Spannung E gleich der Spannung E in mehreren Perioden auf der Grundlage des Regelverhaltens des Frequenz-Di skr iminators. Wenn also ein Regelkreis mit Hilfsenergie zum Regeln der Drehzahl des rotierenden Körpers unter Benutzung des herkömmlichen Frequenz-Diskriminators gebaut wird, besteht die Gefahr, daß der rotierende Körper in einem stationären Zustand bei mehreren Drehzahlen festgehalten wird. Genauer gesagt: Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 aus gewissen Gründen stark ansteigt und die Periode P des Puls-Signals A kleiner als die Zeitkonstante Γ., des Monoflops 103 ist, wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird ein sogenannter Frequenzteil-Effekt durch das Monoflop 103 bewirkt, so daß die Eingangsimpulse zum Monoflop 103 vor dem Ablauf einer Verzögerungszeit entsprechend der Zeitkonstanten T* , d. h. die Eingahgsimpulse a von Fig. 4, nicht das Monoflop 103 auslösen. Infolge der Sperrung der Eingangsimpulse a wird die Folgeperiode des Trapezwellensignals D viel größer als die Periode T des Püls-Signals A. Andererseits, wenn das Pulssignal P zum Abtasten des Signals D dieselbe Periode wie das Puls-Signal A hat, ist die Wahrscheinlichkeit gering, daß der vordere Anteil (d. h., der konstant geneigte Anteil) des Trapezwellensignals D abgetastet wird. Infolgedessen werden ein Maximum und ein Minimum (gleich Null) des Signals D abwechselnd abgetastet, um die Regelabweichungs-Spannung E zu erzeugen. Ein Mittelwert der so abgetasteten Regelabweichungsspannung ist gleich ungefähr dem halben Maximum des Signals D, d. h. nahezu gleich der Spannung E . D. h., der Regelkreis mit Hilfsenergie wird in einen Einrast-Zustand auch in diesem Fall gebracht. Das Puls-Signal A erzeugt die Regelabweichungs-Spannung E gleich der Spannung E

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bei verschiedenen Perioden, so daß die Gefahr besteht, daß die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 auf verschiedene Werte mitgenommen wird, d. h. in falsche stabile Zustände des Regelkreises gelangt.

Es sei darauf hingewiesen, daß, da der Antriebsmotor 1, wie er im Regelkreis mit Hilfsenergie verwendet wird, eine Integrationswirkung zeigt, der Motor 1 betrieben wird, als wenn er im wesentlichen durch einen Mittelwert des Wellensignals E (Regelabweichungs-Spannung E) von Fig. 4 ange- ' steuert würde.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Frequenz-Diskriminator zu schaffen, der die oben erwähnten Schwierigkeiten überwindet-^ also eine stabile Frequenz-Diskriminier-Kennlinie zeigt, die nicht durch Änderungen in der Umgebungstemperatur und/oder der Diskriminator-Betriebsspannung beeinträchtigt wird; darüber hinaus wird eine Regeleinrichtung mit Hilfsenergie (Servo-Regeleinrichtung) angestrebt, die für Drehzahlregelung geeignet ist, wobei diese Regeleinrichtung mit Hilfsenergie einen Frequenz-Diskriminator mit einfachem Schaltungsaufbau und stabiler Frequenz-Diskriminier-Kennlinie unabhängig von äußeren Einflüssen aufweisen soll, um das Drehzahl-Regelverhalten der DrehZahlregeleinrichtung und damit die Zuverlässigkeit de diese Einrichtungen aufweisenden Geräte zu erhöhen; und dann schließlich einen Frequenz-Diskriminator zu schaffen, der Monoflops aufweist, um die Drehzahl eines rotierenden Körpers zu regeln, wobei der Frequenz-Diskriminator. eine stabile Frequenz-Diskriminier-Kennlinie unabhängig von Schwankungen in der Umgebungstemperatur und der Versorgungsspannung der Monoflops aufweisen und den rotierenden Körper in einen einzigen stabilen Zustand bringen soll, selbst wenn

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die Drehzahl des rotierenden Körpers innerhalb eines weiten Bereichs schwankt.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß der Frequenz-Diskriminator, der nur ein einziges Monoflop aufweist, zum Unterscheiden der Periode eines Eingangs-Puls-Signals von einer Bezugsperiode verwendet wird und eine wiederauslösbare Monoflop-Funktion aufweist, um dadurch eine Verschlechterung der Frequenz-Unterscheidungs-Kennlinie infolge Schwankungen der Umgebungstemperatur und der Versorgungsspannung zu verhindern. D. h., erfindungsgemäß wird ein wiederauslösbares Monoflop verwendet, um ein Eingangs-Puls-Signal um eine Periode davon oder wehiger zu verzögern ^JBeI einem derartigen Schaltungsaufbau existiert nur ein-Einrast-Punktin der Freguenz-Unterscheidungs-Kennlinie. _- .--

Die Erfindung gibt also an:

einen Frequenz-Diskriminator, der zur Verwendung in einer Drehzahlregeleinrichtung geeignet ist und ein einzelnes wiederauslösbares Monoflop zum Unterscheiden der Periode eines Eingangs-Puls-Signals entsprechend einer Drehzahl von einer vorgegebenen Periode aufweist, ferner ein Verknüpfungsglied zum Sperren des Ausgangssignals des Monoflops mindestens für eine Abtastperiode und einen Trapezwellengenerator zur Erzeugung einer Trapezwelle, wenn das Verknüpfungsglied kein Ausgangssignal· abgibt, und schließlich einen Tastspeicher zum Abtasten der Trapezwelle durch einen Abtastimpuls synchron zum Eingangs~Puls-Signal und zum Speichern eines abgetasteten Werts, um ein Frequenz-Diskriminier-Ausgangssignal am Ausgang abzugeben. Das Vorsehen des wiederauslösbaren Monoflops verringert unerwünsch-

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te Schwankungen des Betriebs des Frequenz-Diskriminators infolge Änderungen in der Umgebungstemperatur und verhindert dadurch die Erzeugung eines falschen Einrast-Punkts.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild eines Regelkreises mit Hilfsenergie, wie er zur Drehzahlregelung verwendet wird;

Fig. 2 das Blockschaltbild eines herkömmlichen Frequenz-Diskriminators;

Fig. 3 und 4 S-ignal-Zeit-Diagramme zur Erläuterung des Betriebs des Frequenz-Diskriminators von Fig. 2;

Fig. 5 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Frequenz-Diskriminators gemäß der Erfindung ;

. Fig.. 6 ein · Signal-Zeit-Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Ausführungsbeispiels von Fig. 5; und

Fig. 7-9 das Blockschaltbild von drei verschiedenen Ausführungsbeispielen eines Frequenz-Diskriminators gemäß der Erfindung.

Es seien jetzt die Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

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Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Frequenz-Diskriminators gemäß der Erfindung. Im einzelnen sind dort zu sehen ein wiederauslösbares Monoflop 112 (auch kurz RMMV genannt) mit einer Zeitkonstante %->, ein Pulsgenerator 113, ein UND-Glied 114, ein Trapezwellengenerator 115, ein Puls-Former 116 und ein Tastspeicher 117, ferner ein Eingangsanschluß 1Oi und ein Ausgangsanschluß 102 wie in Fig. 2. Der Trapezwellengenerator 115, der Puls-Former 116 und der Tastspeicher 117 können den gleichen Schaltungsaufbau wie die Schaltungen 105, 106 bzw. 107 in Fig. 2 aufweisen.

-' _ Es sei nun der Betrieb des Ausführungsbeispiels in Fi"g-,--5 anhand des Signal-Zeit-Diagramms von Fig. 6 näher erTautert:

In einem Zeitabschnitt a ist die Periode T des Eingangs-Puls-Signals A viel größer als ein vorgegebenes Zeitintervall T₀ (d. h. T^-T) und erreicht die Frequenz des Eingangs-Puls-Signals A nicht einen vorgegebenen Frequenzbereich. Die Periode T entspricht einer vorgegebenen Führungs-Drehzahl. In einem Zeitabschnitt b liegt die Frequenz des EingangsrPuls-Signals A innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs, wobei die Regelabweichungsspannung sich mit der Frequenz des Eingangs-Puls-Signals A ändert, d. h. die Frequenz des Eingangs-Puls-Signals A der Mitte eines regelbaren Drehzahlbereichs und deren Umgebung entspricht. In einem Zeitabschnitt c überschreitet die Frequenz des Eingangs-Puls-Signals A den vorgegebenen Frequenzbereich (d. h. T <£ T ), wobei die Regelabweichungs-Spannung auf einem niedrigen Wert gehalten wird.

Es sei nun wieder Fig. 5 betrachtet:

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Das in den Eingangsanschluß 101 eingespeiste Eingangs-Puls-Signal A triggert das Monoflop 112. Das Monoflop 112 erzeugt ein erstes Rechtecksignal G (vgl. Fig. 6), das mit der Vorderflanke des Eingangs-Puls-Signals A synchronisiert ist und eine Pulsdauer "C₃ besitzt. D. h., die Zeitkonstante T₃ ^es Monoflops 112 ist gleich der Summe der Zeitkonstanten T-i und tU ^von Fig. 2 und 3. Wenn die Zeitkonstante Ti₃ eingestellt wird, ist zu berücksichtigen, daß die Zeitkonstante HC, größer als eine Frequenzerfassungsperiode gemacht wird, um eine hohe Spannung am Motor anzulegen, wenn der Motor anläuft, um damit das Anlaßverhalten des Motors zu verbessern.

Wie aus den Wellensignalen A und G von Fig. 6 ersichtlich ist, ist selbs-t-^im Zeitabschnitt c, wenn die Periode des Pulssignals A, -das in das Monoflop 112 eingespeist wird, kürzer als die Zeitkonstante X^ des Monoflops 112 ist, das Monoflop 112 nacheinander durch das Eingangs-Puls-

ein

Signal A ausgelöst, so daß es/kontinuierliches Ausgangssignal erzeugt. Das Monoflop 112 kann durch eine wiederauslösbare Schaltung ersetzt werden, die dieselben Funktionen wie das Monoflop 112 aufweist, zum Beispiel eine integrierte TTL-Schaltung mit dem Handelsnamen HD 74123 der Firma Hitachi Ltd.

Das erste Rechteckwellensignal G vom Monoflop 112 wird in den Pulsgenerator 113 eingespeist, der einen Puls H synchron zu den Vorderflanken des Rechteckwellensignals G erzeugt und eine vorbestimmte Pulsdauer X. hat. Der Puls H wird in einen der Eingänge des UND-Glieds 114 eingespeist. Die Pulsdauer X. ist so gewählt, daß der Tastspeicher 117 das Abtasten sichert, so daß sie etwas größer als die Pulsdauer des Abtastpulses P gewählt wird. Das Rechteckwellen-

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signal G wird in den anderen Eingang des UND-Glieds 114 eingespeist. Infolgedessen gibt das UND-Glied 114 ein zweites Rechteckwellensignal I ab, dessen Vorderflanke gegenüber der Vorderflanke des ersten Rechteckwellensignals G um die Pulsdauer T^ des Pulses H verzögert ist. Ein Monoflop mit einer Zeitkonstante ¹X. kann als der Pulsgenerator 113 eingesetzt werden.

Das zweite Rechteckwellensignal I vom UND-Glied 114 wird in den Trapezwellengenerator 115 eingespeist, der aus einer sogenannten Bootstrap-Schaltung als einem Integrierer od. dgl. besteht und ein Trapezwellensignal J erzeugt. Genauer gesagt, wie aus den Wellensignalen I und J von Fig. 6 ersichtlich ist, ist das Trapezwellensignal J, ~~- d. h.-die Ausgangsspannung des- Trapezwellengenerators—1-1 5 , -"-gleich Null, solange das zweite Rechteckwellensignal I auf einem positiven Pegel -gehalten wird. Wenn das zweite Rechteckwellensignal I auf den Pegel "0" gebracht wird, beginnt die Ausgangsspannung J synchron zur Vorderflanke des Signals I anzusteigen, steigt sie dann linear mit der Zeit an und erreicht ein Maximum E nach einem vor-

bestimmten Zeitintervall T (das ähnlich wie in Fig. 2 eingestellt werden kann), und sie wird auf dem Maximum E gehalten, bis das Signal E wieder auf einen positiven Pegel ■= gebracht wird.

Ähnlich zur Schaltung von Fig. 2 wird das Trapezwellensignal J vom Trapezwellengenerator 115 in den Tastspeicher eingespeist, um durch einen Abtastimpuls P abgetastet zu werden, der beim Formen des Eingangs-Puls-Signals A durch den Puls-Former 116 erzeugt wird. Der Abtastwert wird während einer Abtastperiode gespeichert, um eine Regelabweichungsspannung E am Ausgangsanschluß 102 zu erzeugen.

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Es sei jetzt der Fall betrachtet, daß die Periode τ des Eingangs-Puls-Signals A langer als ein vorbestimmter Zeitabschnitt mit einer Periode T entsprechend einer Führungs-Drehzahl ist, wie im Zeitabschnitt a von Fig. 6.

In diesem Fall ist die Periode T des Eingangs-Puls-Signals A länger als die Summe der Zeitkonstante T₃ des Monoflops 112 und der Periode χ , gegeben durch den Trapezwellengenerator 115, d. h. T > f_ + T . Entspre-' chend, wie aus den Wellensignalen J und P im Zeitabschnitt a von Fig. 6 ersichtlich ist, wird das Trapezwellensignal J immer an seinem Maximum durch den Abtastimpuls P abgejtastet, der-mit der Vorderflanke des Eingangs-Puls_-Signals A-synchronisiert ist. In diesem Fall ist daher die Regelabweichungs-Spannung E gleich dem Maximum E des Trapez-· wellensignals J.

Danach, wenn die Periode T des Eingangs-Puls-Signals A nahe der vorgegebenen Periode T ist, wie im Zeitabschnitt b von Fig. 6, wird das Trapezwellensignal J bei seiner Periode X durch den Abtastpuls P abgetastet. Infolgedessen hat die Regelabweichungs-Spannung E einen Wert innerhalb eines Bereichs von Null bis zum Maximum E , und sie ändert sich mit der Periode T des Eingangs-Puls-Signals A. Wenn die .

Periode T gleich der Summe der Zeitkonstante IT-, und der ο · τ

halben Periode ¹X gemacht wird, d. h. für T = T₃ + — , wird die Regelabweichungsspannung E nahezu gleich dem halben Maximum E (d. h. der Spannung E ) bei T=T.

In diesem Fall werden die Perioden T₃ und T unter Berücksichtigung der folgenden Umstände bestimmt: Die Frequenz-Diskriminier-Empfindlichkeit hängt vom Neigungswinkel des Wellensignals bei der Periode T ab, und es ist wünschens wert, eine große Regelabweichungsspannung zu erzielen, damit

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die nachfolgenden Verstärkerstufen vereinfacht werden können.

Wenn schließlich die Periode T des Eingangs-Puls-Signals A kürzer als der vorgegebene Zeitabschnitt mit der Periode T wie der Zeitabschnitt c von Fig. 6 ist, wird das Eingangs-Puls-Signal A in das Monoflop 112 vor Ablauf der Periode X₃ ab Einspeisung des vorhergehenden Eingangsimpulses A zugeführt, wodurch das Monoflop 112 wieder ausgelöst wird. Infolgedessen wird das erste Rechteckwellensignal G, das vom Monoflop 112 abgegeben wird, eine positive Gleichspannung.

- Entsprechend wird-das-zweite Rechteckwellensignal I vom Ausgang des UND-G'iieds 114 auch eine positive Gleichspannung. Da die positive Gleichspannung in den Trapezwellengenerator 115 eingespeist wird, wird das Trapezwellensignal J vom Ausgang des Generators 115 auf dem Pegel "0" gehalten. Entsprechend ist der Abtastwert im Tastspeicher 117 gleich Null, so daß die Regelabweichungsspannung gleich Null wird.

Die vorangegangene Erläuterung kann wie folgt zusammengefaßt werden:

1. Wenn die Frequenz des Eingangs-Puls-Signals A niedriger als ein vorgegebener Frequenzbereich ist, d. h. für T Z%2 + X / ist die Regelabweichungs-Spannung E gleich dem Maximum E (d. h., E = E );

2. wenn die Frequenz des Eingangs-Puls-Signals A innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs liegt, d. h. für ι, ί T^T, +T , ist die Regelabweichungs-Spannung E ge-

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geben durch O ύ E - E ; und

3. wenn die Frequenz des Eingangs-Puls-Signals A den vorgegebenen Frequenzbereich überschreitet, d. h. für T ^ To, ist die Regelabweichungs-Spannung E gleich Null (d. h. E .= O) .

Wie aus dem Signal-Zeit-Diagramm von Fig. 6 ersichtlieh ist, wird im Frequenz-Diskriminator gemäß der Erfindung die Zeitsteuerung zum Bewerten der Periode T des Eingangs-Puls-Signals A nur durch die Zeitkonstante T-, des wiederauslösbaren Monoflops 112 ermittelt und darüber hinaus, selbst wenn, die Frequenz des Eingangs-Puls-Signals aus irgendeinem Grund ungewöhnlich groß ist, besteht keine Gefahr, daß mehrere^tabile Zustände beim Frequenz-Diskriminieren auftreten, ■""-"-." da das wieder aus lösbare Monoflop 112 keinen Frequenzteil-Effekt bewirkt.

Der herkömmliche Frequenz-Diskriminator von Fig. 2 weist mehrere Monoflops auf, deren Betriebzustand durch eine Änderung in der Umgebungstemperatur und/oder der Versorgungsspannung beeinträchtigt werden kann. Im Gegensatz dazu besitzt der erfindungsgemäße Frequenz-Diskriminator nur ein einziges Monoflop. Daher zeigt bei Einbau in einen Regelkreis mit Hilfsenergie zur Regelung der Drehzahl eines rotierenden Körpers der erfindungsgemäße Frequenz-Diskriminator beträchtliche Vorteile, indem die Drehzahl stabiler ist und nicht mehr irgendwelche falsche Einrast-Punkte auftreten können.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 5 besteht die Verknüpfungseinrichtung zur Erzeugung des "zweiten Rechteckwellensignals I aus dem Pulsgenerator 113 zur sicheren Durch-

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führung des Abtastbetriebs und dem UND-Glied 114. Der erfindungsgemäße Frequenz-Diskriminator ist jedoch nicht auf einen derartigen Schaltungsaufbau beschränkt, da die Verknüpfungseinrichtung auch in anderer Weise ausgeführt sein kann.

Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Freguenz-Diskriminators, das ein Antivalenz (EXKLUSIVES ODER)-Glied aufweist.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 7 besitzt den gleichen Schaltungsaufbau wie von Fig. 5 bis auf den Unterschied, daß ein Antivalenz-Glied 118 und ein NICHT-Glied anstelle des UND-Glieds 114 verwendet sind, weshalb der Verlauf, der Betrieb und die Wirkung jedes der Signale G, H und I die gleichen wie in den obigen beiden Ausführungsbeispielen sind. Daher ist eine weitere Erläuterung_.des Ausführungsbeispiels von Fig. 7 nicht notwendig. —

Wie aus der Beziehung zwischen den Signalen A₇ G und H in Fig. 6 ersichtlich ist, muß der Puls H nicht immer aus dem ersten Rechteckwellensignal G erzeugt werden, sondern kann auch direkt aus dem Eingangs-Puls-Signal A abgeleitet werden.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Frequenz-Diskriminators gemäß der Erfindung, das auf den obigen Prinzipien beruht.

Gemäß Fig. 8 ist der Eingang des Pulsgenerators 113 direkt mit dem Eingangsanschluß 101 verbunden, so daß der Puls H aus dem Eingangs-Puls-Signal A erzeugt wird. Andere Schaltungsteile sowie Verlauf, Betrieb und Wirkung jedes der Signale G, H und I sind dieselben wie in den Ausführungs-

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beispielen von Fig. 5 bzw. 8.

Wie ferner aus der Erläuterung des Ausführungsbeispiels von Fig. 5 und aus dem Signal-Zeit-Diagramm von Fig. 6 ersichtlich ist, steht die Pulsdauer X, des Pulses H, der nur zur sicheren Durchführung des Abtastens benutzt wird, in keiner Beziehung zur Frequenz-Diskriminier-Kennlinie der Ausführungsbeispiele. D. h., der Puls H ist nur erforderlich, um die Bedingung zu erfüllen, daß seine Pulsdauer T. langer als die Pulsdauer X_p des Abtastimpulses P und kürzer als die Pulsdauer X₃ des ersten Rechteckwellensignals G ist (d. h. T_p < X. < T₃)- Wenn die Pulsdauer X. des Eingangs-Puls-Signals A dieser Bedingung genügt, d. h. bei ^p ^ ^_A "^t₃/ kann der Pulsgenerator 113 weggelassen werden, um den Schaltungsaufbau des Frequenz-Diskriminators zu vereinfachen. D. h., wenn die Pulsdauer T_A langer als die Pulsdauer X ist, kann die Pulsdauer Τ_Ά anstelle der Pulsdauer X. im Signal-Zeit-Diagramm von" Fig. 6 benutzt werden. Z. B. im Ausführungsbeispiel von Fig. 8 ist der Pulsgenerator 113 weggelassen und ist der niedrigere Eingang des UND-Glieds 114 mit dem Eingangsanschluß 101 über ein NICHT-Glied verbunden. Wahlweise kann dort eine Schaltung wie in Fig. 9 gezeigt ausgebildet sein. Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Frequenz-Diskriminators. Gemäß Fig. 9 sind ein NICHT-Glied 119 und ein NOR-Glied 120 anstelle des UND-Glieds 114 beim Ausführungsbeispiel von Fig. 8 vorgesehen, wobei der untere Eingang des NOR-Glieds 120 direkt mit dem Eingangsanschluß 101 verbunden und so der Pulsgenerator 113 weggelassen ist.

Es versteht sich, daß das Ausführungsbeispiel von Fig. 9 die gleiche Wirkung wie das von Fig. 5 zeigt.

Der erfindungsgemäße Frequenz-Diskriminator ist nicht

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nur für Regelkreise mit Hilfsenergie gemäß Fig. 1 geeignet, sondern auch in anderen Fällen anwendbar, wenn die Frequenzänderung eines Eingangssignals zu erfassen und ein analoges Erfassungssignal abzugeben ist/ z. B. in einem Frequenzmesser oder in einer Einrichtung zur genauen Erfassung von Frequenzänderungen, um ein Warnsignal abzugeben.

Es versteht sich, daß das wiederauslösbare Monoflop durch eine digitale Schaltung gebildet sein kann, die dieselben Funktionen wie ein wiederauslösbares Monoflop zeigt,¹ z. B. eine Schaltung mit einem Zähler, der vorgegebene Taktimpulse entsprechend dem Eingangs-Puls-Signal A zu zählen beginnt und den Zählbetrieb für eine vorgegebene Zeit fortsetzt.

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Claims

Patentansprüche

Frequenz-Diskriminator zum Erzeugen eines Ausgangssignals mit einem Wert proportional zur Frequenz eines Eingangspulssignals in einem vorbestimmten Bereich zu erfassender Frequenzen,
gekennzeichnet durch

a) eine Einrichtung (112) mit einem wiederauslösbaren Monoflop zur Erzeugung eines ersten Rechteckwellensignals

' ~" vorbestimmter "Pulsdauer.- "(To)'" synchron zum-Eingängspüis- — signal (A),außer wenn das wiederauslösbare Monoflop ■ -wieder ausgelöst ist, wobei das Eingangspulssignal (A) als Auslöse-Eingangssignal in das wiederauslösbare Monoflop einspeisbar ist;

b) eine Verknüpfungseinrichtung (114, 118, 120) mit einer Verknüpfungsschaltung (114, 118, 120), die das erste Rechteckwellensignal und einen Verzögerungspuls als erstes bzw. zweites Eingangssignal empfängt, wobei der Verzögerungspuls eine Verzögerungszeit von mindestens einer Pulsdauer eines Abtastimpulses erzeugt, was zur Durchführung eines Tasts'peichems ausreichend ist, wobei die Vernüpfungseinrichtung ein zweites Rechteckwellensignal (I; T^ - T*) als Antwort auf das erste Rechteckwellensignal erzeugt, wobei das zweite Rechteckwellensignal mit dem ersten Rechteckwellensignal synchronisiert ist, außer wenn eine Vorderflanke des zweiten Rechteckwellensignals um. eine Pulsdauer des Verzögerungspulses im Vergleich zur Vorderflanke des ersten Rechteckwellensignals verzögert ist;

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c) einen Trapezwellengenerator (115), der mit dem zweiten Rechteckwellensignal zur Erzeugung eines Signals (I, X_n) gespeist wird, wobei das Signal auf einem Minimum gehalten wird, solange das erste Rechteckwellensignal vorhanden ist, und monoton mit der Zeit einer Periode geändert wird, wenn das erste Rechteckwellensignal fehlt; und

d) einen Tastspeicher (117), der das Signal vom Trapezwellengenerator und einen Abtastpuls (P) als abzutastendes Eingangssignal bzw. Abtasteingangssignal empfängt, um ein Frequenz-Diskriminier-Ausgangssignal entsprechend dem Eingangspulssignal (A) abzugeben, wobei der Abtastpuls synchron zur Einspeisung jedes Impulses des Eingangspulssignals erzeugt wird.
2. Freguenz-Diskriminator nach Anspruch 1, ~~— gekennzeichnet durch """

- eine Schaltung zur Erzeugung des Verzögerungspulses, die mit einem zweiten Eingangsanschluß der Verknüpfungseinrichtung verbunden ist und den Verzögerungspuls auf der Grundlage entweder des Eingangspulssignals oder des ersten Rechteckwellensignals erzeugt.
3. Frequenz-Diskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, "=

- daß ein zweiter Eingangsanschluß der Verknüpfungseinrichtung mit dem Eingangspulssignal (A) gespeist wird, und daß die Pulsdauer des Eingangspulssignals größer als die Pulsdauer des Abtasteingangs ε '< gnals und kleiner als die Pulsdauer des ersten Rechteckwellensignals gewählt ist.

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4. Frequenz-Diskriminator zur Erzeugung eines Ausgangssignals/ äas einen oberen Sättigungswert oder einen unteren Sättigungswert, wenn ein Eingangspulssignal außerhalb eines vorbestimmten Frequenzerfassungsbereichs liegt, und einen Wert proportional zur Frequenz des Eingangspulssignals besitzt und zwischen dem oberen und dem unteren Sättigungswert liegt, wenn es innerhalb des Erfassungsbereichs liegt,

gekennzeichnet durch

a)eine wiederauslösbare Monoflop-Einrichtung zur Erzeugung eines ersten RechteckwellenBignals vorbestimmter Pulsdanßr synchron zum Eingangspulssignal,außer wenn die wiederauslösbare Monoflop-Einrichtung wiederausgelöst ist, wobei das Eingangspulssignal als Auslöse-Eingangssignal in die wiederauslösbare Monoflop-Einrichtung eingespeist wird;

b) eine Verknüpfungsein'Eichtung mit einer Verknüpfungsschaltung zur Erzeugung eines zwei.ten Rechteckwellensignals, das als erstes Eingangssignal fn die Verknüpfungsschaltung eingespeist wird, die als zweites Eingangssignal eines des Eingangspulssignals, eines Signals, erhalten durch Wellenumformung des Eingangspulssignals, und eines Signals, erhalten durch Wellenumformung des ersten Rechtecksignals, erhält, wobei eine Vorderflanke des zweiten Rechteckwellensignals um eine vorbestirnmte Zeit gegenüber einer entsprechenden Vorderflanke des ersten Rechteckwellensignals . verzögert und eine Rückflanke des zweiten Rechteckwellensignals zu einer entsprechenden Rückflanke des ersten Rechteckwellensignals synchronisiert ist;

c)einen Trapezwellengenerator, der mit dem zweiten Rechteckwellensignal zur Erzeugung eines Signals gespeist ist, das auf einem Minimum gehalten wird, wenn das zweite Rechteckwellensignal auf hohem Pegel gehalten ist, und das sich monoton mit der Zeit in einem Zeitintervall ändert, wenn das zweite Rechteckwellensignal auf einem niedrigen Pegel gehalten wird; und

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-A-

d) einen Tastspeicher, der das Signal vom Trapezwellengenerator als sein abzutastendes Eingangssignal und einen Tastimpuls als sein Abtastexngangssignal empfängt, um ein Frequenzdiskriminier-Ausgangssignal zu erzeugen, wobei der Abtastimpuls synchron zur Vorderflanke des Eingangspulssignals erzeugt wird.
5. Frequenz-Diskriminator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Eingangspulssignal ein Signal ist, das die Drehzahl eines rotierenden Körpers anzeigt, der mit konstanter Drehzahl umzulaufen hat, und daß das Frequenz-Diskriminier- -^:" ;_ Ausgangs signal vom Tastspeicher ein Stellsignal für die --"-^Korrektur der Drehzahl des rotierenden Körpers ist.
6. Drehzahlregeleinrichtung mit einem Drehzahlfühler zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Körpers, angetrieben von einem Motor, um ein Eingangspulssignal mit einer Frequenz proportional zur Drehzahl zu erzeugen, einem Frequenzdiskriminator, der mit dem Eingangspulssignal gespeist diese proportionale Frequenz von einer vorgegebenen Frequenz entsprechend einer vorgegebenen Drehzahl diskriminiert, um ein Diskriminier-Ausgangssignal als Regelabweichungsspannung entsprechend einer Abweichung der proportionalen Frequenz von der vorgegebenen Frequenz zu erzeugen, und einem Motoransteuer-Verstärker, der mit der Reglerabweichungsspannung versorgt die Drehzahl des Motors ändert, um die Drehzahl des rotierenden Körpers auf einem vorgegebenen Wert zu halten,
dadurch gekennzeichnet,

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- daß der Frequenz-Diskriminator aufweist:

a) einen Trapezwellengenerator zur Erzeugung eines Trapezwellensignals, das einen Abschnitt konstanter Neigung hat, der zu einem Zeitpunkt beginnt, der gegenüber dem Eingangspulssignal um ungefähr eine Periode des Eingangspulssignals verzögert ist;

b) einen Tastspeicher, der das Trapezwellensignal vom Trapezwellengenerator an seinem abzutastenden Eingang und einen Abtastpuls an seinem Abtasteingang empfängt, um ein Frequenz-Diskriminier-Ausgangssignal abzugeben, wobei der Abtastpuls synchron zur Einspeisung jedes Eingangspulssignals erzeugt wird und der Abtastpuls eine relativ kurze Pulsdauer aufweist,·

c) ein einzelnes wiederauslösbares Monoflop, das das Eingangspulssignal als auslösendes Eingangssignal

». empfängt, um ein erstes Rechteckwellensignal mit ' . einer vorbestimmten Pulsdauer synchron"zum Eingangspulssignal zu erzeugen, außer wenn das wiederauslösbare Monoflop wiederausgelöst ist, und

d) eine UND-Verknüpfungseinrichtung, die das erste Rechtecksignal und einen Puls als erstes bzw. zweites Eingangssignal empfängt, um ein zweites Rechteckwellensignal zu erzeugen, wobei der Puls synchron zur Einspeisung jedes Eingangspulssignals erzeugt wird, wobei die Pulsdauer des Pulses mindestens größer als die Dauer des Abtastpulses und kleiner als die vorbestimmte Pulsdauer ist, wobei das zweite Rechteckwellensignal zu einem Zeitpunkt ansteigt, der gegenüber der Vorderflanke des ersten Rechteckwellensignals um eine vorgegebene Periode verzögert ist, und synchron zur Rückflanke des ersten Rechteckwellensignals abfällt, wobei das zweite Rechteckwellensignal in den Trapezwellengenerator eingespeist wird, damit dieser das Trapezwellensignal in einer Periode erzeugt, wenn das zweite Rechteckwellensignal auf niedrigem Pegel gehalten

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ist, so daß das Frequenz-Diskriminier-Ausgangssignal einen Wert proportional zur Frequenz des Eingangspulssignals in einem vorbestimmten Bereich zu erfassender Frequenzen besitzt.

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