DE1169513B - Arrangement for the simulation of square pulses of certain polarity by direct current quantities - Google Patents
Arrangement for the simulation of square pulses of certain polarity by direct current quantitiesInfo
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Description
Anordnung zur Nachbildung von Rechteckimpulsen bestimmter Polarität durch Gleichstromgrößen Es ist auf verschiedenen Gebieten der Physik und Technik vorteilhaft, physikalisch-technische Größen durch Rechteckimpulsspannungen darzustellen, wobei die Spannungszeitfläche dieser Rechteckimpulse als analoges Maß benutzt werden kann. Die funktionelle Abhängigkeit kann durch die verschiedenen möglichen Veränderlichen wie Impulsamplitude, Impulsdauer und Impulsfrequenz dargestellt werden. So kann z. B. die relative Impulsdauer (Tastverhältnis) bei konstanter Frequenz und konstanter Impulsamplitude als Maß für den Phasenwinkel von Wechselspannungen dienen. Mit einer Meßeinrichtung, die auf diese Weise die Phasenverschiebung erfaßt, kann verhältnismäßig einfach der Leistungsfaktor erfaßt, ein Hilfsmittel für die Synchronisierung von Drehstrommaschinen und -transformatoren gewonnen oder der Polradwinkel von Synchronmaschinen angezeigt werden. Variiert man die Impulsamplitude proportional einer Größe x, die relative Impulsdauer (Tastverhältnis) proportional der Größe y und eventuell die Impulsfrequenz abhängig von der Größe z, so kann das Produkt der Variablen x - y - z durch eine entsprechende Folge von Rechteckimpulsen für Meßzwecke oder für die Auswertung in Rechnern dargestellt werden. Häufig ist es einfach, eine Folge von Rechteckimpulsen zu gewinnen, deren Impulsamplitude, -dauer oder -frequenz einer zu erfassenden Größe proportional ist. Für Regel- und viele Meßzwecke wird jedoch eine Gleichspannung benötigt, die im ganzen Meßbereich der zu erfassenden Größe proportional ist.Arrangement to simulate square pulses of a certain polarity by direct current quantities It is used in various fields of physics and technology advantageous to represent physical-technical quantities by means of square-wave voltages, where the voltage-time area of these square-wave pulses is used as an analog measure can. The functional dependency can be due to the various possible variables how pulse amplitude, pulse duration and pulse frequency are represented. So can z. B. the relative pulse duration (duty cycle) at constant frequency and constant Pulse amplitude serve as a measure for the phase angle of alternating voltages. With a Measuring device, which detects the phase shift in this way, can relatively simply the power factor gathers, an aid for synchronizing Three-phase machines and transformers obtained or the rotor angle of synchronous machines are displayed. If one varies the pulse amplitude proportionally to a quantity x, the Relative pulse duration (duty cycle) proportional to the variable y and possibly the Pulse frequency depends on the size z, so the product of the variables x - y - z by a corresponding sequence of square-wave pulses for measuring purposes or for the Evaluation can be displayed in computers. Often times it is easy to find a sequence of To win square pulses whose pulse amplitude, duration or frequency one is proportional to the size to be detected. However, for control and many measurement purposes a DC voltage is required that covers the entire measuring range of the variable to be detected is proportional.
Diese Betrachtungen gelten vor allem für Vorgänge, die sich, gemessen an der Dauer der Impulsabstände, nur sehr langsam ändern. Sie sind nur sinnvoll, wenn sich ein stationärer Zustand einstellen kann, der für die weitere Auswertung benutzt wird. Unter dieser Voraussetzung liegen aber immer praktisch ideale Rechteckimpulse vor, und man kann als Variable - wie bereits erwähnt - sowohl die Impulsamplitude, das Tastverhältnis und auch die Impulsfrequenz benutzen. Es ergibt sich also damit die genannte Möglichkeit, ein Produkt von drei Variablen darzustellen.These considerations apply above all to processes that are measured change only very slowly in the duration of the pulse intervals. They only make sense if a steady state can be established, which is necessary for further evaluation is used. Under this condition, however, there are always practically ideal square-wave pulses before, and as a variable - as already mentioned - both the momentum amplitude, use the duty cycle and also the pulse frequency. So it arises from that the mentioned possibility of representing a product of three variables.
Es ist daher notwendig, die erhaltenen Rechteckimpulse in entsprechende Gleichstromwerte umzuwandeln. Für Meß- und Regelzwecke ist es vorteilhaft, daß die Gleichspannung proportional der Impulsfläche ist, während für Begrenzerschaltungen die Abhängigkeit zwischen Gleichspannungsmittelwert und Impulsgröße nicht linear zu sein braucht, wobei es jedoch vorteilhaft ist, diese Abhängigkeit einstellbar zu machen. Eine Glättung von Rechteckimpulsen kann beispielsweise durch einen R-C-R-Tiefpaß erfolgen. Hierbei würde zwischen der geglätteten Ausgangsgleichspannung und der relativen Impulsdauer stets ein nichtlinearer und nicht beliebig veränderbarer Zusammenhang bestehen. Solche Schaltungen, die, eine Gleichspannungsquelle mit Innenwiderstand aufweisen, die über Widerstände durch Schaltorgane ein-und ausgeschaltet werden und einen Speicher besitzen, der sich über einen Lastwiderstand entladen kann, an dem die Gleichspannung abgegriffen wird, wären daher für die eingangs erwähnten Zwecke nicht geeignet.It is therefore necessary to convert the received square-wave pulses into corresponding To convert direct current values. For measurement and control purposes, it is advantageous that the DC voltage is proportional to the pulse area, while for limiter circuits the relationship between the mean DC voltage value and the pulse size is not linear needs to be, but it is advantageous to adjust this dependency close. Square-wave pulses can be smoothed, for example, by means of an R-C-R low-pass filter take place. This would be between the smoothed DC output voltage and the relative pulse duration is always a non-linear relationship that cannot be changed at will exist. Such circuits, the, a DC voltage source with internal resistance have, which are switched on and off via resistors by switching elements and have a memory that can be discharged through a load resistor which the DC voltage is tapped off, would therefore be for the aforementioned Purposes not suitable.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, solche Schaltungsanordnungen derart abzuändern, daß mit ihnen sowohl ein linearer Zusammenhang zwischen der am Ausgang der Schaltung auftretenden Rechteckimpulsspannung und dem Gleichstrommittelwert als auch ein einstellbarer nichtlinearer Zusammenhang mit beliebigen Grenzen herstellbar ist. Die Schaltung nach der Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß gesonderte Ausgangsverstärker für Leistung oder Spannung auch dann entbehrlich sind, wenn die Anordnung nach der Erfindung in extreme Bereiche, z. B. o gegen Null, Eins oder Unendlich kommt. Dabei bedeutet o den weiter unten noch näher definierten Widerstandsparameter.The object of the invention is now to provide such circuit arrangements modify that with them both a linear relationship between the output square-wave voltage occurring in the circuit and the mean value of the direct current as well as an adjustable non-linear relationship with any limits is. The circuit according to the invention has the further advantage that separate Output amplifiers for power or voltage can also be dispensed with if the Arrangement according to the invention in extreme areas, e.g. B. o towards zero, one or Infinite comes. Here, o means the resistance parameter defined in more detail below.
Ausgehend von einer Anordnung für Meß-, Regel-oder Steuerzwecke zur Nachbildung von Rechteckimpulsen bestimmter Polarität durch Gleichstromgrößen mit einer Gleichspannungsquelle mit bestimmtem Innenwiderstand, die einem R-C-R-Tiefpaß im Takt der Rechteckimpulse zu- und abschaltbar ist, an dessen Kondensator die Gleichspannung abgegriffen werden kann, besteht die Lösung nach der Erfindung darin, daß dem Lade- oder Entladestromkreis ein ebenfalls im Takt der Rechteckimpulse gesondert schaltbarer Einstellwiderstand zugeordnet ist.Based on an arrangement for measuring, regulating or controlling purposes Simulation of square-wave pulses of a certain polarity using direct current quantities a DC voltage source with a certain internal resistance, which is an R-C-R low-pass filter can be switched on and off at the rate of the square-wave pulses, and the DC voltage is applied to its capacitor can be tapped, the solution is after the Invention in that the charging or discharging circuit is also separately in time with the square-wave pulses switchable setting resistor is assigned.
An Hand zweier Ausführungsbeispiele ist nachfolgend der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.The subject is below on the basis of two exemplary embodiments the invention explained in more detail.
In F i g. 1 liegt der Gleichspannungsmittelwert UA an den Klemmen 1-2 eines Lastwiderstandes RL an. Der Lastwiderstand ist über einen Vorwiderstand R1 und ein periodisch schaltendes Glied Xs an eine Gleichspannungsquelle mit der Spannung U und dem Innenwiderstand Ri angeschlossen. Parallel zum Lastwiderstand liegt ein Kondensator C. Gemäß der Erfindung ist zwischen dem einen Pol der Gleichspannungsquelle und dem Verbindungspunkt des Vorwiderstandes Ri mit der Klemme 1 über ein Schaltorgan XS ein einstellbarer Widerstand R, geschaltet. Die Schaltorgane haben jeweils entgegengesetzten Schaltzustand, d. h., wenn der eine geöffnet ist, ist der andere geschlossen, und umgekehrt. Die Ausgangsspannung UA ist nun eine Funktion des Tastverhältnisses a und des Widerstandsparameters von einer Teilspannung UT nach der Funktion Diese Gleichung gilt für o = 1 exakt und für @) + 1 angenähert, wie weiter unten noch dargelegt ist. Das Tastverhältnis ti ti ti -%- t2 z während der Widerstandsparameter ist, wobei ti die Impulsdauer und t.. die Impulspause darstellt.In Fig. 1 the mean DC voltage value UA is applied to terminals 1-2 of a load resistor RL. The load resistor is connected to a DC voltage source with the voltage U and the internal resistance Ri via a series resistor R1 and a periodically switching element Xs. A capacitor C is parallel to the load resistor. According to the invention, an adjustable resistor R is connected between one pole of the DC voltage source and the connection point of the series resistor Ri with the terminal 1 via a switching element XS. The switching elements each have opposite switching states, ie when one is open, the other is closed, and vice versa. The output voltage UA is now a function of the duty cycle a and the resistance parameter of a partial voltage UT according to the function This equation applies exactly for o = 1 and approximated for @) + 1, as will be explained further below. The duty cycle ti ti ti -% - t2 z during the resistance parameters where ti is the pulse duration and t .. is the pulse pause.
In bezug auf die Spannung an den Ausgangsklemmen 1-2 stellt die Schaltung für die Signalzeit t, einen aktiven und für die Pausenzeit t2 einen passiven Zweipol dar. Die Innenwiderstände Zig bezüglich dieser Ausgangsklemmen 1-2 sind im allgemeinen während der Zeiten ti und t_, voneinander verschieden, ebenso die Zeitkonstanten. Die Ausgangsgleichspannung UA während der Signaldauer ti ist Während der Pausenzeit genügt sie dagegen der Gleichung Die Teilspannung U7, ist und die Zeitkonstanten Ti und T_, sind sowie Setzt man für Urt-" die Bedingungen für den jeweiligen Endzustand des Intervalls, so erhält man im stationären Zustand die maximalen und minimalen Werte der sägezahnförmigen Ausgangsspannung UA nach den Beziehungen und Der Verlauf der Spannung zwischen beiden Grenzwerten ist in F i g. 4 dargestellt.With regard to the voltage at the output terminals 1-2, the circuit represents an active two-pole connection for the signal time t and a passive two-pole connection for the interval time t2. The internal resistances Zig with regard to these output terminals 1-2 are generally during the times ti and t_ different from each other, as well as the time constants. The DC output voltage UA is during the signal duration ti During the pause, however, it satisfies the equation The partial voltage U7 is and the time constants Ti and T_ are as If the conditions for the respective final state of the interval are set for Urt- ", then in the steady-state state the maximum and minimum values of the sawtooth-shaped output voltage UA are obtained according to the relationships and The course of the voltage between the two limit values is shown in FIG. 4 shown.
Die mittlere Gleichspannung UA liegt zwischen stauten Glied a. einer Fourier-Reihe, und es gilt Wenn man den Widerstand R2 an den Innenwiderstand R1 und den Vorwiderstand Ri so anpaßt, daß gilt R2 = R, + Ri, (10) dann gilt und T, = T2- (11) Für diesen Fall werden die Innenwiderstände Zig während der Signal- und Pausenzeiten gleich groß, so daß die übertragungseigenschaften des Glättungsgliedes von der Schaltfunktion unabhängig sind. Es muß daher an den Klemmen 1-2 eine mittlere Gleichspannung erscheinen, die dem Gleichspannungsanteil der Impulsspannung proportional ist. Dies beruht darauf, daß nach F i g. 5 der Gleichspannungsanteil der Impulsspannung gleich dem arithmetischen Mittelwert der Impulsspannung ist, die im Falle o = 1 ungestört übertragen wird. Der arithmetische Mittelwert der Impulsspannung ist gleich dem konstanten Glied a. einer Fourier-Reihe, und es gilt An den Klemmen 1-2 erscheint somit die Spannung UA = UT a, wobei die Beziehung genau gilt, wenn o = 1 ist.The mean DC voltage UA is between the blocked link a. a Fourier series, and it holds If the resistor R2 is adapted to the internal resistance R1 and the series resistor Ri so that R2 = R, + Ri, (10) then applies and T, = T2- (11) In this case, the internal resistances Zig become the same during the signal and pause times, so that the transmission properties of the smoothing element are independent of the switching function. An average DC voltage must therefore appear at terminals 1-2, which is proportional to the DC voltage component of the pulse voltage. This is based on the fact that according to FIG. 5 the DC voltage component of the pulse voltage is equal to the arithmetic mean value of the pulse voltage, which is transmitted undisturbed in the case of o = 1. The arithmetic mean value of the pulse voltage is equal to the constant term a. a Fourier series, and it holds The voltage UA = UT a thus appears at terminals 1-2, the relationship being exactly valid when o = 1.
Es ist also für Meßzwecke zum Erhalt eines linearen Zusammenhanges zwischen U,4 und U nach der Gleichung nur R1 + R1 = R2 zu machen. Es gilt dann Das Vorgenannte trifft genauso für eine Schaltung nach F i g. 2 zu, bei der an Stelle des Schaltorgans XS ein Schaltorgan XS 1. vorgesehen ist, das parallel zum Kondensator C liegt und bei der der verstellbare Widerstand R2 in Reihe mit einem weiteren Schaltorgan XS z liegend parallel zum Lastwiderstand RL angeordnet ist, dessen Enden mit den Ausgangsklemmen 1-2 verbunden sind. Hierbei weisen beide Schaltorgane jeweils stets die gleichen Schaltzustände auf. Zwischen beiden Schaltern ist hier noch eine Diode D notwendig, um Lade- und Entladekreis zu trennen.It is therefore for measuring purposes to obtain a linear relationship between U, 4 and U according to the equation just to make R1 + R1 = R2. It then applies The above also applies to a circuit according to FIG. 2 to, in which a switching element XS 1 is provided in place of the switching element XS, which is parallel to the capacitor C and in which the adjustable resistor R2 is arranged in series with a further switching element XS z lying parallel to the load resistor RL, the ends of which with connected to output terminals 1-2. Both switching elements always have the same switching states. A diode D is required between the two switches to separate the charging and discharging circuits.
Beide Schaltanordnungen können als Begrenzerschaltung mit beschleunigtem Eingriff verwendet werden, wenn O < 1 gemacht ist. Sie können aber auch als Begrenzerschaltung mit verzögertem Eingriff benutzt werden, wenn o > 1 ist. Die Verhältnisse zwischen und a sind in F i g. 3, für verschiedene o als Parameter, dargestellt.Both switching arrangements can be used as a limiter circuit with accelerated intervention if O <1 is made. However, they can also be used as a limiter circuit with delayed intervention if o> 1. The relationships between and a are in FIG. 3, for different o as parameters.
In beiden Schaltanordnungen können kontaktlose Halbleiterkörper, wie z. B. Transistoren od. dgl., verwendet werden. Bei Schalttransistoren sind dann für die Schaltorgane XS und XS komplementäre Transistoren zu verwenden, d. h. im einen Fall N-P-N-Typen und im anderen Fall P-N-P-Typen. Da Transistoren im stromsperrenden Zustand einen Leckstrom und im durchlässigen Zustand einen Spannungsschwellwert aufweisen, stellen sie an sich keine idealen Schalter dar. Der Spannungsschwellwert von Transistoren in der Schaltung nach F i g. 2 kann beispielsweise durch eine Diode D mit gleich großem Diodenschwellwert kompensiert werden, so daß ein Nullpunktfehler vermieden wird. Eine solche Nullpunktfehlerkornpensation ist auch bei Fehlen des Kondensators C im Impulsbetrieb wirksam.In both switching arrangements, contactless semiconductor bodies, such as z. B. transistors od. Like. Can be used. With switching transistors are then to use complementary transistors for the switching elements XS and XS, d. H. in the one case N-P-N types and in the other case P-N-P types. Because transistors in the current blocking State a leakage current and in the permeable state a voltage threshold value have, they are not in themselves ideal switches. The voltage threshold of transistors in the circuit of FIG. 2 can, for example, be a diode D are compensated with the same high diode threshold value, so that a zero point error is avoided. Such zero-point error compensation is also possible in the absence of the Capacitor C effective in pulse mode.
Bei Verwendung von Schalttransistoren können vorteilhafterweise kontaktlose Schaltverstärker verwendet werden.When using switching transistors can advantageously contactless Switching amplifier can be used.
Der Wert für o kann auch so bemessen sein, daß bei Betrieb von Regelkreisen ein Stromkreis gewonnen wird, der eine definierte und einstellbare Nichtlinearität aufweist, was zur Erzielung einer stabilen Regelung vorteilhaft oder notwendig sein kann.The value for o can also be dimensioned so that when operating control loops a circuit is obtained which has a defined and adjustable non-linearity has what may be advantageous or necessary to achieve stable control can.
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| DE (1) | DE1169513B (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012107079A1 (en) * | 2012-08-02 | 2014-02-06 | Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG | Method for demodulating carrier signal, involves filtering rectified carrier signal using low-pass filter provided downstream of rectifier, and switching ON low-pass filter when useful signal is expected in carrier signal |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE954516C (en) * | 1951-10-26 | 1956-12-20 | Int Standard Electric Corp | Arrangement for generating a voltage as a measure of the size and direction of the change in the duration or repetition frequency of pulses |
| DE1053569B (en) * | 1957-11-29 | 1959-03-26 | Telefunken Gmbh | Arrangement for demodulating phase-modulated pulses |
-
1960
- 1960-07-29 DE DES69674A patent/DE1169513B/en active Pending
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