DE3048673C2

DE3048673C2 - Frequenz-Diskriminator

Info

Publication number: DE3048673C2
Application number: DE3048673A
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: 1986-06-19
Also published as: DE3048673A1; US4366399A; JPS5692607A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

(a) das Monoflop als nachtriggerbares Monoflop (112) ausgebildet ist, das das Impulssignal an seinem Setzeingang empfängt und ein erstes Rechtecksignal (G) erzeugt;

b) eine Verknüpfungsschaltung (114,118,120) das erste Rechtecksignal empfängt und ein zweites Rechtecksignal (/, Γ3— F₄) erzeugt, dessen Vorderflanke ausgehend von der Vorderflanke des ersten Rechtecksignals um eine Zeitdauer (Γ4), die größer als die Impulsdauer (r_p) des Abtastimpulses ist, verzögert wird, und dessen Rückflanke zeitlich mit der Rückflanke des ersten Rechtecksignals übereinstimmt, und daß

c) der Sägezahngenerator (115) das zweite Rechtecksignal erhält.

2. Frequenz-Diskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsgeneratorschaltung (113) einen Verzögerungsimpuls (H), der die Vorderflanke des zweiten Rechjecksignals (/, Γ3—Γ4) verzögert, erzeugt, der einem zweiten Eingangsanschluß der Verknüpfungsschaltung (114, 118) zugeführt wird und eine Verzögerungszeit von mindestens der Impulsdauer des Abtastimpulses bewirkt und mit seiner Vorderflanke zeitlich mit der Vorderflanke des Impulssignals oder des ersten Rechtecksignals koinzidiert,

3. Frequenz-Diskriminator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Eingangsanschluß der Verknüpfungsschaltung (120) mit dem Impulssignal (A) gespeist wird, dessen Impulsdauer größer als die Impulsdauer des Abtastimpulses und kleiner als die Imkpulsdauer des ersten Rechtecksignals gewählt ist.

4. Frequenz-Diskriminator für eine Drehzahlregeleinrichtung, die mit einem Drehzahlfühler zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Körpers und einem Motorantrieb ausgerüstet ist, um ein Impulssignal mit einer zur Drehzahl proportionalen Frequenz zu erzeugen, die zur Drehzahl proportionale Frequenz des Impulssignals von einer vorgegebenen Frequenz entsprechend einer vorgegebenen Drehzahl zu diskriminieren, und um ein Diskriminator-Ausgangssignal als Regelabweichungsspannung entsprechend einer Abweichung der proportionalen Frequenz von der vorgegebenen Frequenz zu erzeugen, wobei ein Motor-Ansteuer-Verstärker, der, mit der Reglerabweichungsspannung versorgt, die Drehzahl des Motors ändert, um die Drehzahl des rotierenden Körpers auf einem vorgegebenen Wert zu halten, mit

— einem Monoflop, das ein dem Impulssignal entsprechendes Rechtecksignal erzeugt,
— einem Sägezahngenerator, der ein durch das Rechtecksignal gesteuertes Sägezahnsignal erzeugt, und

— einem Abtast- und Haltekreis, der als abzutastendes Signal an seinem Eingang das Sägezahnsignal und an seinem Abtasteingang Abtastimpulse empfängt, die synchron zu dem Impulssignal erzeugt sind, und das Ausgangssignal erzeugt

dadurch gekennzeichnet, daß

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b)

das Monoflop (112) als nachtriggerbares Monoflop ausgebildet ist, das das Impulssignal als auslösendes Eingangssignal empfängt, und ein erstes Rechtecksignal erzeugt;
eine UND-Verknüpfungseinrichtung (114), das erste Rechtecksignal und einen Impuls als erstes bzw. zweites Eingangssignal empfängt und ein zweites Rechtecksignal erzeugt, wobei der Impuls synchron zum Impulssignal erzeugt wird, die Impulsdauer des Impulses größer als die Dauer des Abtastimpulses und kleiner als die Impulsdauer des ersten Rechtecksignals ist, und das zweite Rechtecksignal zu einem Zeitpunkt ansteigt, der gegenüber der Vorderflanke des ersten Rechtecksignals um eine vorgegebene Zeitdauer verzögert ist, und synchron zur Rückflanke des ersten Rechtecksignals abfällt, und wobei das zweite Rechtecksignal in den Sägezahngenerator eingespeist wird, womit dieser das Sägezahnsignal erzeugt.

Die Erfindung geht aus von einem Frequenz-Diskriminator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere einem Frequenz-Diskriminator für eine Drehzahl- Regeleinrichtung.

In einem elektrischen Gerät mit einem rotierenden Körper, der eine konstante Drehzahl aufweisen muß, wie Drehköpfen und Capstanantrieben von Vidcobandgeräten (VTR's), 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 beibehalten wird.

Ein Beispiel eines derartigen Servo-Regelkreises isl in F i g. 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 Impulssignal A mit einer Frequenz proportional zur Drehzahl des rotierenden Körpers 2 abgibt. Das Impulssignal A wird in einen Frequenz-Diskriminator 4 eingespeist, der die Frequenzen unterscheidet und eine Regelabweichungs-Spannung E entsprechend einer Abweichung der Frequenz des Pulssignals A von einer Führungs-Frequen/ abgibt, d. h. eine Abweichung der Ist-Drehzahl von einer Soll-

Drehzahl. Die Regelabweichungs-Spannung E wird in einen Motoransteuer-Verstärker 5 eingespeist, dessen Ausgangssignal 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 das Regelverhalten des gesamten Regelkreises stark vom Verhalten des Frequenz-Diskriminators 4 abhängt Es sind daher schon verschiedene Bauarten von Fiequenz-Diskriminatoren in Erwägung gezogen worden, wobei eine typische Bauart mehrere Monoflops (Univibratoren, monostabile Mulrivibratoren) aufweist (im folgenden als MMV abgekürzt). (Kenichi Sawazaki »VTR« in »Advanced Electronics Series 4, pp 228-229, Figs. 7,21 und 7,22 von Corona, Oct 1971.)

Ein Beispiel eines derartigen Frequenz-Diskriminators ist in F i g. 2 abgebildet

In F i g. 2 sind im einzelnen zu sehen:

Ein Eingangsanschluß 101, der mit dem Impulssignal A von F i g. 1 gespeist wird, das die Drehzahl anzeigt, ein Ausgangsanschluß 102 zum Einspeisen der Regelabweichungs-Spannung E von F i g. 1 in den Motoransteuer-Verstärker 5, Monoflops 103 und 104 mit der Zeitkonstanten Γι bzw. Γ2, ein Sägezahngenerator 105, ein Impulsformer 106 und ein Abtast- und Haltekreis 107. Die Summe der Zeitkonstanten τ\ und τι wird zur Bestimmung eines Bezugszeitintervalls benutzt

Es sei nun der Betrieb des Frequenz-Diskriminators von F i g. 2 anhand des Signaldiagramms von F i g. 3 erläutert:

Das Impulssignal A vom Eingangsanschluß 101 wird in das Monoflop 103 und in den Impulsformer 106 eingespeist Das Monoflop 103 wird an der Vorderflanke des Impulssignals A gesetzt, um ein Rechtecksignal B mit einer Impulsbreite Fi zu erzeugen. Das Monoflop 104 wird an den Rückflanken des Rechtecksignals B vom Monoflop 103 ausgelöst, um ein Rechtecksignal C mit einer Impulsdauer F2 zu erzeugen. An Rückflanken des Rechtecksignals C vom Monoflop 104 wird der Sägezahngenerator 105 ausgelöst, um ein Sägezahnsignal D abzugeben, das einen Anteil mit konstanter Neigung und einer Periode Fo aufweist, d. h. einen Rampenverlauf. Das Signal D wird als abgetastetes Eingangssignal in den Abtast- und Haltekreis 107 eingespeist.

Der Neigungswinkel des Abschnitts mit konstanter Neigung bestimmt die Frequenz-Unterscheidungs-Empfindlichkeit. Das heißt, wenn der Neigungswinkel zu groß ist, nimmt die Regelabweichungs-Spannung E nur zwei Pegel an, d. h. hohen und niedrigen Pegel. Infolgedessen nimmt dieser Regelkreis nur eine unerwünschte Ein-Aus-Regelung vor.

Das in den Impulsformer 106 eingespeiste Impulssignal A wird in einen Impuls P umgeformt, der mit den Vorderflanken des Impulssignals A synchronisiert ist und eine relativ kurze Impulsdauer zeigt. Der so geformte Impuls P wird als Abtastimpuls in den Abtast- und Haltekreis 107 eingespeist. Der Abtast- und Haltekreis 107 gibt die Regelabweichungs-Spannang £"ab, die während einer Abtastperiode einen aus dem Sägezahnsignal D durch den Impuls P abgetasteten Wert aus noch zu erläuternden Gründen speichert. Wenn ein Bezugszeilintervall entsprechend einer vorgegebenen Soll-Drehzahl sich ergibt als:

T₀

mit Tu Γ2 und Fo = Zeitkonstante des Monoflops 103 bzw. des Monoflops 104 bzw. die Dauer des konstant geneigten Abschnitts des Sägezahnsignals D, und wenn die Frequenz des Impulssignals A durch Γ ausgedrückt wird, nimmt die Regelabweichungs-Spannung E einen Spannungswert Eq an, der gleich ungefähr dem halben Maximum des Sägezahnsignals D ist, wobei die Abweichung gleich Null ist, für T= To. Wenn ferner die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 gemäß F i g. 1 auf weniger als den vorgegebenen Wert verringert wird, d.h. T> To, wird die Regelabweichungs-Spannung E größer als die Spannung E₀. Wenn dagegen die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 auf über den vorbestimmten Wert erhöht wird, d.h. 7"<7ö, wird die Regelabweichungs-Spannung E kleiner als die Spannung E₀. Diese Änderungen der Regelabweichungs-Spannung sind als

gestufte Änderungen der Regelabweichungs-Spannung .Ein bezug auf die Spannung E₀ in F i g. 3 gezeigt

Die Regelabweichungs-Spannung E wird in den Antriebsmotor 1 über den Motor-Ansteuer-Verstärker 5 (gezeigt in Fig. 1) eingespeist Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 verringert wird, wird die Regelabweichungs-Spannung E größer als die Spannung Eq. Entsprechend wird die in den Antriebsmotor 1 eingespeiste Spannung erhöht, so daß die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 zunimmt. Andererseits wird, wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 zunimmt, die Regelabweichungs-Spannung E kleiner als die Spannung Eo. Das heißt, die am Antriebsmotor 1 angelegte Spannung wird verringert so daß die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 abnimmt. Das heißt, die Drehzahl des rotierenden Körpers 2 wird so geregelt, daß sie auf einem vorgegebenen Wert konstant gehalten wird, bei der die Periode Γ des Impulssignals gleich der Bezugsperiode To und die Regelabweichungs-Spannung E gleich der Spannung Eo 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 v\ und f2 der Monoflops 103 und 104 vorgegeben, die durch grundsätzliche und Zeitsteuer-Umstände bestimmt sind.

Ferner erzeugt beim herkömmlichen Frequenz-Diskriminator von F i g. 2 das Impulssignal A die Regelabweichungs-Spannung E gleich der Spannung Eo bei mehreren Frequenzen auf der Grundlage des Regelverhaltens des Frequenz-Diskriminators. Wenn also ein Regelkreis 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 Pdes Impulssignals A kleiner als die Zeitkonstante Fi des Monoflops 103 ist, wie in F i g. 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 n, d. h. die Eingangsimpulse a von Fig.4, nicht das Monoflop 103 auslösen. Infolge der Sperrung der Eingangsimpulse a wird die Folgeperiode des Sägezahnsignals D viel größer als die Periode 7"des Impulssignals A. Andererseits, wenn der Impuls P zum

Abtasten des Sägezahnsignals D dieselbe Periode wie das Impulssignal A hat, ist die Wahrscheinlichkeit gering, daß der vordere Anteil (d. h. der konstant geneigte Anteil) des Sägezahnsignals D abgetastet wird. Infolgedessen werden ein Maximum und ein Minimum (gleich Null) des Sägezahnsignals D abwechselnd abgetastet, um die Regelabweichungs-Spannung £zu erzeugen. Ein Mittelwert der so abgetasteten Regelabweichungs-Spannung ist ungefähr gleich dem halben Maximum des Sägezahnsignals D, d. h. nahezu gleich der Spannung Eo. Das heißt, der Regelkreis wird in einen Einrast-Zustand auch in diesem Fall gebracht. Das Impulssignal A erzeugt die Regelabweichungs-Spannung E gleich der Spannung Eo 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 t, wie er im Regelkreis verwendet wird, eine Integrationswirkung zeigt, der Antriebsmotor 1 betrieben wird, als wenn er im wesentlichen durch einen Mittelwert der Regelabweichungs-Spannung ZTvon Fig.4 angesteuert würde.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Frequenz-Diskriminatorsehaltung zu ermöglichen, deren Regelabweichungsspannung nicht die Tendenz zeigt, fälschlich bei bestimmten Frequenzwerten stationär einzurasten, sondern eine monoton ansteigende oder abfallende Frequenz-Diskriminatork-Kennlinie hat Dieser Frequenz-Diskriminator soll für eine Drehzahl-Regeleinrichtung, die mit einem Drehzahlfühler zum Erfassen der Drehzahl eines rotierenden Körpers und einem Motorantrieb ausgerüstet ist um ein Impulssignal mit einer zur Drehzahl proportionalen Frequenz zu erzeugen, geeignet sein.

Die obige Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und im Falle des Einsatzes des Frequenz-Diskriminators für die genannte Drehzahl-Regeleinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 4 gelöst

Die Unteransprüche 2 und 3 kennzeichnen vorteilhafte Ausbildungen des im Anspruch 1 gekennzeichneten Frequenz- Diskriminators.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Regelkreises, wie er zur Drehzahlregelung verwendet wird;

F i g. 2 das Blockschaltbild eines herkömmlichen Frequenz-Diskriminators;

F i g. 3 und 4 Signal-Zeit-Diagramme zur Erläuterung des Betriebs des Frequenz-Diskriminators von F i g. 2;

F i g. 5 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Frequenz-Diskriminators gemäß der Erfindung;

F i g. 6 ein Signal-Zeit-Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Ausführungsbeispiels von F i g. 5; und

F i g. 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

F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Frequenz-Diskriminators gemäß der Erfindung. Im einzelnen sind dort zu sehen ein nachtriggerbares Monoflop 112 (auch kurz RMMV genannt) mit einer Zeitkonstante Γ3, ein Impulsgenerator 113, ein UND-Glied 114, ein Sägezahngenerator 115, ein Impuls-Former 116 und ein Abtast- und Haltekreis 117, ferner ein Eingangsanschluß 101 und ein Ausgangsanschluß 102 wie in Fig. 2. Der Sägezahngenerator 115, der Imuls-Former 116 und der Abtast- und Haltekreis können den gleichen Schaltungsaufbau wie die Schaltungen 105, 106 bzw. 107 in F i g. 2 aufweisen.

Es sei nun der Betrieb des Ausführungsbeispiels in Fig.5 anhand des Signal-Zeit-Diagramms von Fig.6 näher erläutert:

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

Es sei nun wieder F i g. 5 betrachtet:
Das in den Eingangsanschluß 101 eingespeiste Impulssignal A triggert das Monoflop 112. Das Monoflop 112 erzeugt ein erstes Rechtecksignal G (vgl. Fig.6), das mit der Vorderflanke des Impulssignals A synchronisiert ist und eine Impulsdauer Tz besitzt. Das heißt, die Zeitkonstante Γ3 des Monoflops 112 ist gleich der Summe der Zeitkonstanten v\ und Γ2 der Monoflops von Fig.2 und 3. Wenn die Zeitkonstante Γ3 eingestellt wird, ist zu berücksichtigen, daß die Zeitkonstante T\ 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 F i g. 6 ersichtlich ist wird selbst im Zeitabschnitt c, wenn die Periode des Impulssignals A, das in das Monoflop 112 eingespeist wird, kürzer als die zeitkonstante Γ3 des Monoflops 112 ist, das Monoflop 112 nacheinander durch das impuissignai A gesetzt so daß es ein kontinuierliches Ausgangssignal erzeugt

Das erste Rechtecksignal G vom Monoflop 112 wird in den Impulsgenerator 113 eingespeist, der einen Impuls H synchron zu den Vorderfianken des Rechtecksignals G erzeugt und eine vorbestimmte Impulsdauer r« hat Der Impuls H wird in einen der Eingänge des UND-Glieds 114 eingespeist Die Impulsdauer ta ist so gewählt, daß der Abtast- und Haltekreis das Abtasten sichert so daß sie etwas größer als die Dauer des Abtastimpulses P gewählt wird. Das Rechtecksignal G wird in den anderen Eingang des UND-Glieds 114 eingespeist Infolgedessen gibt das UND-Glied 114 ein zweites Rechtecksignal / ab, dessen Vorderflanke gegenüber der Vorderflanke des ersten Rechtecksignals G um die Impulsdauer T^ des Impulses //verzögert ist Ein Monoflop mit einer Zeitkonstante ta kann als Impulsgenerator 113 eingesetzt werden.

Das zweite Rechtecksignal / vom UND-Glied 114 wird in den Sägezahngenerator 115 eingespeist der aus einer sogenannten Bootstrap-Schaltung als einem Integrierer oddgL besteht und ein Sägezahnsigna] / erzeugt Genauer gesagt wie aus den Signalen / und / von Fi g. 6 ersichtlich ist ist das Sägezahnsignal /, d. h. die

Ausgangsspannung des Sägezahngenerators 115, gleich Null, solange das zweite Rechtecksignal / auf einem positiven Pegel gehalten wird. Wenn das zweite Rechtecksignal /auf den Pegel »0« gebracht wird, beginnt die Ausgangsspannung /synchron zur Vorderflanke des Signals / anzusteigen, steigt dann linear mit der Zeit an, erreicht ein Maximum E_n, nach einem vorbestimmten Zeitintervall ro (das ähnlich wie in Fig.2 eingestellt werden kann), und wird auf dem Maximum E_n, gehalten, bis das Signal E wieder auf einen positiven Pegel ge- ίο bracht wird.

Ähnlich zur Schaltung von F i g. 2 wird das Sägezahnsignal /vom Sägezahngenerator 115 in den Abtast- und Haltekreis eingespeist, um durch einen Abtastimpuls P abgetastet zu werden, der beim Formen des Impulssignals A durch den Impuls-Former 116 erzeugt wird. Der Abtastwert wird während einer Abtastperiode gespeichert, um eine Regelabweichungs-Spannung E am Ausgangsanschluß 102 zu erzeugen.

Es sei jetzt der Fall betrachtet, daß die Periode Γ des Impulssignals A langer als ein vorbestimmter Zeitabschnitt mit einer Periode 7o entsprechend einer Führungs-Drehzahl ist, wie im Zeitabschnitt a von F i g. 6.

In diesem Fall ist die Periode Γ des Impulssignals A langer als die Summe der Zeitkonstante Γ3 des Monoflops 112 und der Periode Fo, gegeben durch den Sägezahngenerator 115, d. h. T> Γ3 + Fo. Entsprechend, wie aus den Signalen / und P im Zeitabschnitt a von F i g. 6 ersichtlich ist, wird das Sägezahnsignal / immer an seinem Maximum durch den Abtastimpuls P abgetastet, der mit der Vorderflanke des Impulssignals A synchronisiert ist. In diesem Fall ist daher die Regelabweichungs-Spannung Eo gleich dem Maximum E_n, des Sägezahnsignals /.

Danach, wenn die Periode Tdes. Impulssignals A nahe der vorgegebenen Periode To ist, wie im Zeitabschnitt b von F i g. 6, wird das Sägezahnsigrial /bei seiner Periode ro durch den Abtastpuls P abgetastet. Infolgedessen hat die Regelabweichungs-Spannung E einen Wert innerhalb eines Bereichs von Null bis zum Maximum E_m und sie ändert sich mit der Periode T des Impulssignals A. Wenn die Periode T₀ gleich der Summe der Zeitkonstante Γ3 und der halben Periode ζό gemacht wird, d. h.

für T₀ = Fj -I—j-, wird die Regelabweichungs-Spannung Enahezu gleich dem halben Maximum E_m(d. h.der Spannung Eo) bei T— To.

In diesem Fall werden die Perioden τι und rO unter Berücksichtigung der folgenden Umstände bestimmt: Die Frequenz-Diskriminier-Empnndlichkeit hängt vom Neigungswinkel des Sägezahnsignals bei der Periode ro ab, und es ist wünschenswert, eine große Regelabweichungs-Spannung zu erzielen, damit die nachfolgenden Verstärkerstufen vereinfacht wer ien können.

Wenn schließlich die Periode T des Impulssignals A kurzer als der vorgegebene Zeitabschnitt mit der Periode To wie der Zeitabschnitt c von F i g. 6 ist, wird das Impulssignal A dem Monoflop 112 vor Ablauf der Periode Γ3 des vorhergehenden Impulssignals A zugeführt, wodurch das Monoflop 112 nachgetriggert wird. Infolgedessen wird das erste Rechtecksignal G, das vom Monoflop 112 abgegeben wird, eine positive Gleichspannung.

Entsprechend wird das zweite Rechteckwellensignal / vom Ausgang des UND-Glieds 114 auch eine positive Gleichspannung. Da die positive Gleichkspannung in den Sägezahngenerator 115 eingespeist wird, wird das Sägezahnsignal / vom Ausgang des Generators 115 auf

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50 dem Pegel »0« gehalten. Entsprechend ist der Abtastwert im Abtast- und Haltekreis 117 gleich Null, so daß die Regelabweichungs-Spannung gleich Null wird.

Die vorangegangene Erläuterung kann wie folgt zusammengefaßt werden:

1. Wenn die Frequenz des Impulssignals A niedriger als ein vorgegebener Frequenzbereich ist, d. h. für Γ>Γ3 + Γ₀, ist die Regelabweichungs-Spannung E gleich dem Maximum E_m(d. h. E=E_n,);

2. wenn die Frequenz des Impulssignals A innerhalb des vorgegebenen Frequenzbereichs liegt, d. h. für Γ3<7<Γ3 + Γ₀, ist die Regelabweichungs-Spannung £gegeben durch 0 < £< E_n,; und

3. wenn die Frequenz des Impulssignals A den vorgegebenen Frequenzbereich überschreitet, d.h. für Γ<Γ3, ist die Regelabweichungs-Spannung E gleich Null (d.h.£=O).

Wie aus dem Signal-Zeit-Diagramm von Fig.6 ersichtlich ist, wird im Frequenz-Diskriminator gemäß der Erfindung die Zeitsteuerung zum Bewerten der Periode T des Impulssignals A nur durch die Zeitkonstante vi des nachtriggerbaren Monoflops 112 ermittelt und darüber hinaus, selbst wenn die Frequenz des Impulssignals aus irgendeinem Grund ungewöhnlich groß ist, besteht keine Gefahr, daß mehrere stabile Zustände beim Frequenz-Diskriminieren auftreten, da das nachtriggerbare Monoflop 112 keinen Frequenzteil-Effekt bewirkt.

Der herkömmliche Frequenz-Diskriminator von F i g. 2 weist mehrere Monoflops auf, deren Betriebszustand 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 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 F i g. 5 besteht die Verknüpfungseinrichtung zur Erzeugung des zweiten Rechtecksignals / aus dem Impulsgenerator 113 zur sicheren Durchführung 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.

F i g. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Frequenz-Diskriminators, das ein Antivalenz(EXK.LUSIV-ODER)-Glied aufweist

Das Ausführungsbeispiel von F i g. 7 besitzt den gleichen Schaltungsaufbau wie von F i g. 5 bis auf den Unterschied, daß das Antivalenz-Glied 118 und ein Inverter 119 anstelle des UND-Glieds 114 verwendet sind, weshalb der Verlauf, der Betrieb und die Wirkung jedes der Signale G, //und /die gleichen wie in den obigen beiden Ausführungsbeispielen sind. Daher ist eine weitere Erläuterung des Ausführungsbeispiels von F i g. 7 nicht notwendig.

Wie aus der Beziehung zwischen den Signalen A, G und //in Fig.6 ersichtlich ist, muß der Impuls //nicht immer aus dem ersten Rechtecksignal G erzeugt werden, sondern kann auch direkt aus dem Impulssignal A abgeleitet werden.

F i g. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Frequenz-Diskriminators gemäß der Erfindung, das auf

den obigen Prinzipien beruht.

Gemäß Fig.8 ist der Eingang des Impulsgenerators 113 direkt mit dem Eingangsanschluß 101 verbunden, so daß der Impuls Haus dem Impulssignal A erzeugt wird. Andere Schaltungsteile sowie Verlauf, Betrieb und Wirkung jedes der Signale G, H und / sind dieselben wie in den Ausführungsbeispielen von F i g. 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 Impulsdauer Tt, des Impulses H, der nur zur sicheren Durchführung des Abtastens benutzt wird, in keiner Beziehung zur Frequenz-Diskriminier-Kennlinie der Ausführungsbeispiele. Das heißt, der Impuls H ist nur erforderlich, um die Bedingung zu erfüllen, daß seine Impulsdauer 74 länger als die Impulsdauer rpdes Abtastimpulses Fund kürzer als die Impulsdauer Γ3 des ersten Rechtecksignals G ist (d. h. τρ< Γ4 < Γ3). Wenn die Impulsdauer τ α des Impulssignals A dieser Bedingung genügt, d. h. bei τρ< τ α < Γ3, kann der Impulsgenerator 113 weggelassen werden, um den Schaltungsaufbau des Frequenz-Diskriminators zu vereinfachen. Das heißt, wenn die Impulsdauer ta länger als Impulsdauer Tp ist, kann die Impulsdauer ta anstelle der Pulsdauer Γ4 im Signal-Zeit-Diagramm von F i g. 6 benutzt werden. Zum Beispiel im Ausführungsbeispiel von F i g. 8 ist der Impulsgenerator 113 weggelassen und der eine Eingang des UND-Glieds 114 mit dem Eingangsanschluß 101 über einen Inverter verbunden. Wahlweise kann dort eine Schaltung, wie in F i g. 9 gezeigt, ausgebildet sein. F i g. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Frequenz-Diskriminators. Gemäß F i g, 9 sind ein Inverter 119 und ein NOR-Glied 120 anstelle des UND-Glieds 114 beim Ausführungsbeispiel von F i g. 8 vorgesehen, wobei der eine Eingang des NOR-Glieds 120 direkt mit dem Eingangsanschluß 101 verbunden und so der Impulsgenerator 113 weggelassen ist.

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

Der erfindungsgemäße Frequenz-Diskriminator ist nicht nur für Regelkreise gemäß F i g. 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 wiedersetzbare Monoflop 112 durch eine digitale Schaltung gebildet sein kann, die dieselben Funktionen wie ein wiedersetzbares Monoflop zeigt, z. B. eine Schaltung mit einem Zähler, der vorgegebene Taktimpulse entsprechend dem Eingangs-Impuls A zu zählen beginnt und den Zählbetrieb für eine vorgegebene Zeit fortsetzt

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Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Frequenz-Diskriminator zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das einen zur Frequenz eines periodischen Impulssignals proportionalen Wert in einem vorbestimmten Bereich zu erfassender Frequenzen besitzt, mit

einem Monoflop, das ein dem Impulssignal entsprechendes Rechtecksignal erzeugt,
einem Sägezahngenerator, der ein durch das Rechtecksignal gesteuertes Sägezahnsignal erzeugt, und
einem Abtast- und Haltekreis, der als abzutastendes Signal an seinem Eingang das Sägezahnsignal und an seinem Abtasteingang Abtastimpulse empfängt, die synchron zu dem Impulssignal erzeugt sind, und an seinem Ausgang das Ausgangssignal erzeugt,