DE1289872B - Frequenzvariabler Dreieckspannungsgenerator - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen frequenzvariablen bildet, daß die an die Begrenzungsvorrichtungen anOszillator mit einem Integrator, bei dem eine Schalt- geschlossene Schaltung einen Rechenverstärker mit Vorrichtung zwischen Integratorausgang und -eingang einer Gesamtverstärkung von — V2, der auf das Steuerliegt und ein rechteckförmiges Rückkopplungssignal signal anspricht und ein Begrenzungspotential erzeugt, erzeugt, das so lange einen ersten Wert beibehält, wie 5 und einen diesem Rechenverstärker nachgeschalteten, sich das Integratorausgangssignal in der einen Rieh- das andere Begrenzungspotential bildenden Rechentung bis auf einen ersten Wert ändert, und das so verstärker mit einer Gesamtverstärkung von — 1 entlange einen zweiten Wert beibehält, wie sich das Inte- hält.

gratorausgangssignal in entgegengesetzter Richtung Das heißt, die Ausgangsfrequenz des Oszillators bis auf einen zweiten Wert ändert, wobei die beiden 10 wird vorzugsweise spannungsgesteuert, indem die Werte des Rückkopplungssignals derart bemessen Amplitude der Rechteckschwingung in Abhängigkeit sind, daß das Integratorausgangssignal die Form einer vom Verlauf des äußeren Signals geändert wird. Die Dreieckschwingung hat, insbesondere in Verwen- Amplitude der Rechteckschwingung wird auf vorbedung ajs Oszillator, bei dem die Dreieckschwingung stimmte positive und negative Werte begrenzt, und einem Sinusumformer zugeführt wird, der die 15 die Grenzwerte werden vom Verlauf des äußeren Si-Dreieckschwingung in eine Sinusschwingung um- gnals bestimmt. Als Begrenzer werden vorzugsweise formt. Dioden verwendet, und das äußere Signal wird zur Ein derartiger Oszillator ist beispielsweise in der Steuerung der Vorspannung dieser Begrenzungs-USA.-Patentschrift 2 748 272 beschrieben. Als Inte- dioden eingesetzt. Die Ausgangsfrequenz des Oszillagrator wird ein Verstärker verwendet, der über einen 20 tors wird über zwei in Reihe geschaltete Rechenver-Kondensator zurückgekoppelt ist und vor dessen Ein- stärker gesteuert. Die Rechenverstärker sind so ausgang ein Widerstand liegt. Legt man am Eingang des gelegt, daß sie die geeignete Vorspannung der BeIntegrators eine konstante Spannung an, dann hängt grenzungsdioden für beide Werte,- den positiven und die Anstiegsgeschwindigkeit des Integratorausgangs- negativen, erzeugen, so daß die positiven und negasignals von drei Größen ab, nämlich dem Rückkopp- as tiven Werte der Rechteckschwingung richtig gesteuert lungskondensator, dem Eingangswiderstand und der werden. Da der Oszillator keine Resonanzkreise als Eingangsspannung. Da nun die Frequenz der Drei- frequenzbestimmende Glieder enthält, kann die Freeckschwingung am Ausgang des Integrators von der quenz praktisch sprungartig geändert werden. Der Frequenz der Rechteckschwingung am Ausgang der Oszillator kann deshalb von dem äußeren Signal der-Schaltvorrichtung und die Frequenz der Rechteck- 30 art übermoduliert werden, daß er ungewöhnliche Schwingung wiederum von der Anstiegsgeschwindig- Schwingungsformen erzeugt.

keit des Integratorausgangssignals abhängt, ist es Je nach Anwendungsfall kann auch die Dreieckmöglich, die Frequenz des Oszillator dadurch zu oder Rechteckschwingung unmittelbar verwendet ändern, daß man die Anstiegsgeschwindigkeit des werden oder durch einen Sinusumformer, wie er bei-Integratorausgangssignals ändert. Um dies zu errei- 35 spielsweise in der USA.-Patentschrift 2 748 278 bechen, sind bei einem bekannten Oszillator dieser Art schrieben ist, in eine Sinusschwingung umgeformt der Kondensator im Rückkopplungszweig stufenweise werden.

mit Hilfe eines Schalters und der Eingangswider- Die Erfindung wird nun auch an Hand eines teilstand von Hand auf verschiedene Werte einstellbar. weise als Blockschaltbild und teilweise als Prinzip-Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu- 40 schaltbild dargestellten Schaltbildes des erfindungsgrunde, die Frequenz des Oszillators in Abhängigkeit gemäßen Oszillators beschrieben, von einem Steuersignal zu ändern. ' ■: Ein Verstärker 10 bildet zusammen mit einem

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe, aus- Rückkopplungskondensator 12 und einem Vorwider-

gehend von einem Oszillator der eingangs bezeich- stand 14 einen sogenannten Miller-Integrator. Der neten Art, dadurch gelöst, daß an den Oszillator eine 45 Verstärker 10 kann beispielsweise transistorisiert,

Frequenzsteuervorrichtung angeschlossen ist, die ent- von einem Zerhacker stabilisiert sein und eine große

gegengesetzt gepolte, an den Ausgang der Schaltvor- Bandbreite haben, um einen großen Frequenzbereich

richtung angeschlossene und die Amplitude des Rück- zu erzielen. Der Verstärker ist auf eine hohe Verstär-

kopplungssignals begrenzende Begrenzungsvorrich- kung und eine hohe Eingangsimpedanz ausgelegt, so tungen sowie eine Schaltung enthält, die derart aus- 50 daß praktisch der gesamte, durch den Widerstand 14

gebildet und an die Begrenzungsvorrichtung ange- fließende Strom auch durch den Kondensator 12

schlossen ist, daß sie den beiden Begrenzungsvor- fließt. Der durch den Kondensator 12 fließende Strom

richtungen Begrenzungspotentiale zuführt, die in Ab- bewirkt eine lineare Änderung der Spannung am

hängigkeit von einem Steuersignal veränderbar, aber Kondensator 12 und somit einen linearen Anstieg der

stets symmetrisch positiv und negativ in bezug auf 55 Spannung am Ausgang des Verstärkers 10.

den konstanten Wert des Rückkopplungssignals Die Ausgangsspannung des Verstärkers 10 wird

sind. einem Hystereseschalter 16 zugeführt, bei dem es sich

Die Erfindung geht also praktisch den dritten Weg, beispielsweise um ein vier Transistoren enthaltendes

nämlich daß sie den Betrag der Eingangsspannung Flipflop handeln kann. Der Hystereseschalter 16 ist

ändert, um die Anstiegsgeschwindigkeit des Integra- 60 so vorgespannt, daß er in einem Zustand bleibt, bis

torausgangssignals und damit die Frequenz des Oszil- die Eingangsgröße des Hystereseschalters einen vor-

lators zu ändern. Dies hat den Vorteil, daß die Aus- bestimmten Wert erreicht. Wenn der vorbestimmte

gangsfrequenz des Oszillators selbsttätig und fernge- Wert erreicht ist, geht die Ausgangsgröße des Hyste-

steuert werden kann. Außerdem kann die Frequenz reseschalters 16 in einen zweiten Zustand über. Die

des Oszillators auf gewünschte Werte eingestellt oder, 65 Ausgangsgröße des Hystereseschalters 16 wird über

ohne jegliche Steuerung von Hand, durch einen gro- einen Kondensator 18 einem Ausgangsschalter 20 zu-

ßen Frequenzbereich gewobbelt werden. geführt, bei dem es sich ebenfalls um ein vier Tran-

Vorzugsweise ist die Erfindung dadurch weiterge- sitoren enthaltendes Flipflop handeln kann.

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Die Ausgangsgröße des Schalters 20 ändert sich als Beispiel gewählt wurden und daß auch andere

ebenfalls zwischen zwei Zuständen in der gleichen Ausgangsschaltungen zur Erzeugung irgendeiner der

Weise wie der Hystereseschalter 16. Die Ausgangs- verschiedenen Schwingungsformen mit veränderbarer

größe des Schalters 20 wird über einen Widerstand Amplitude, Leistung oder Impedanz verwendet wer-

22 zum Widerstand 14 zurückgeführt. 5 den können.

Ein positiver Spannungsabfall am Widerstands Die Frequenz des Generators wird auf folgende bewirkt, daß die Ausgangsspannung des Verstärkers Weise gesteuert. Zunächst wird eine konstante oder 10 ins Negative geht. Der Grund dafür ist, daß der Grundfrequenz an einem Frequenzwähler 56 einge-. Verstärker 10 das Vorzeichen des Eingangssignals stellt. Der Frequenzwähler 56 ist eine Kombination umkehrt. Die ins Negative gehende Ausgangsspan- io aus Potentiometer 58 und Widerstand 60, die zwinung des Verstärkers 10 schaltet die Ausgangsgröße sehen einer Spannungsquelle und einem Bezugspotendes Hystereseschalters 16 ins Positive. Das vom Nega- tial, z. B. Masse, in Reihe liegen. Ein Widerstand 62 tiven ins Positive Schalten des Hystereseschalters 16 liegt zwischen dem Abgriff des Potentiometers 58 läßt den Ausgangsschalter 20 vom Positiven ins und einem Anschlußpunkt 64. Die Frequenz des Negative schalten und dadurch das Vorzeichen der 15 Oszillators wird außerdem von einem äußeren Signal Eingangsgröße des Verstärkers 10 und mithin das gesteuert. Dieses äußere Signal wird den Eingangs-Vorzeichen der Steigung seiner Ausgangsgröße um- klemmen 66 und 68 zugeführt und kann z. B. eine kehren. Auf diese Weise schwingt die Schaltung zwi- Gleichspannung, eine veränderbare Gleichspannung, sehen zwei Zuständen hin und her und erzeugt eine eine Sinusschwingung, eine Rechteckschwingung, Dreieckschwingung am Ausgang des Verstärkers 10 20 eine Dreieckschwingung oder eine Schwingung mit und eine Rechteckschwingung am Ausgang des irgendeiner unregelmäßigen Kurvenform sein. Das Schalters 20. äußere Signal wird an ein Potentiometer 70 gelegt,

Die Frequenz der Schwingung der Schaltung wird und ein Widerstand 72 ist zwischen den Abgriff des vom Widerstand 14 und vom Kondensator 12 des Potentiometers 70 und den Anschlußpunkt 64 geIntegrators und dem Betrag der Spannung am Wider- 25 schaltet.

stand 14 bestimmt. So läßt beispielsweise ein hoher Wie man sieht, hängt die Spannung am Punkt 64 Widerstand 14 auch einen geringeren Strom fließen, von den Spannungen an den Abgriffen der Potentio-. was eine geringere Ladegeschwindigkeit des Konden- meter 58 und 70 ab und ist aus diesen zusammengesators 12 und mithin eine geringe Frequenz zur Folge setzt. Der Verlauf der Spannung am Punkt 64 hängt, hat. Ein Vergrößern der Kapazität des Kondensators 3p vom Verlauf des den Klemmen 66 und 68 zugeführ-12 bei vorgegebenem Strom bewirkt ebenfalls einen ten Signals ab, da die vom Potentiometer 58 gelieferte. langsameren Spannungsanstieg am Kondensator 12 Spannung konstant ist, wenn der Abgriff des Potentio- und mithin eine niedrigere Frequenz. Wenn die meters 58 einmal eingestellt ist. Der Abgriff des Po-Spannung am Widerstand 14 verringert wird, sinkt tentiometers 58 ist derart eingestellt, daß der Ampliauch der Strom durch den Widerstand 14 und mithin 35 tudenverlauf des äußeren Signals die Ausgangsfredie Frequenz der Schwingung. quenz des Oszillators steuert. Der Abgriff des Poten-

Der Oszillator kann zur Erzeugung verschiedenster tiometers kann beispielsweise auf die Mitte des Fre-.

Ausgangssignale verwendet werden. So kann die Aus- quenzbereiches eingestellt und das äußere Signal da-

gangsgröße des Schalters 20 beispielsweise einem zu verwendet werden, die Frequenz des Oszillators

Spannungsteiler zugeführt werden, der einen Wider- 40 um diese mittlere Frequenz herum zu wobbeln. Der.

stand 24 und ein Potentiometer 26 enthält, um eine Abgriff des Potentiometers 58 kann auch auf eine

amplitudenvariable Rechteckschwingung konstanter höhere und eine niedrigere Frequenz eingestellt wer-

Impedanz an Klemmen 28 und 30 zu erzeugen. den, je nach dem Verlauf des äußeren Signals und

Außerdem kann die Ausgangsgröße des Schalters 20 dem gewünschten Verlauf des Oszillatorausgangssi-

einem Emitterfolger 32 zugeführt werden, um eine 45 gnals.

Rechteekschwingung mit konstanter Amplitude am Das am Punkt 64 erscheinende Signal wird über

Anschluß 34 zu erzeugen. zwei in Reihe geschaltete Rechenverstärker 74 und

Die Ausgangsgröße des Verstärkers 10 kann direkt 76 geleitet. Zwischen dem Ausgang des Verstärkers einer Ausgangsklemme 36 zugeführt werden, um eine 74 und dem Eingang des Verstärkers 76 liegt ein dreieckförmige Schwingung an dieser Ausgangs- 50 Widerstand 78. Die Verstärker 74 und 76 sind zuklemme zu erzeugen. Außerdem kann die Dreieck- sammen mit den zugehörigen Eingangs- und Rückschwingung vom Ausgang des Verstärkers 10 einem kopplungswiderständen der Art nach Rechenverstär-Sinusumformer 38 zugeführt werden, der daraus eine ker. So hat beispielsweise der Verstärker 74 zusamsinusförmige Schwingung erzeugt. Die Ausgangsgröße men mit den Widerständen 62, 72 und 88 eine des Sinusumformers 38 kann von einem Sinusver- 55 Gesamtverstärkung von etwa — Va und der Verstärker stärker 40 verstärkt und über einen Emitterfolger 42 76 zusammen mit den Widerständen 78, 90 eine Geeiner Ausgangsklemme 44 zugeführt werden. Auf samtverstärkung von etwa — 1. Die beiden in Reihe diese Weise kann eine Sinusschwingung an der Aus- geschalteten Rechenverstärker steuern die Vorspangangsklemme 44 abgegriffen werden. nungen zweier Begrenzungsdioden 80 und 82. Wenn

Außerdem können die Ausgangsgrößen an den 60 die Eingangsspannung des ersten Verstärkers von

Klemmen 34, 36 und 44 auch durch einen Schalter Null an auf einen positiven Wert ansteigt, steigt seine

46, ein Potentiometer 48 und einen Leistungsverstär- Ausgangsspannung auf einen negativen Wert und die

ker 50 geschickt werden. Auf diese Weise kann ein Ausgangsspannung des zweiten Verstärkers auf einen

leistungsstarkes Ausgangssignal mit veränderbarer positiven Wert an. Deshalb laufen die Vorspannun-

Amplitude aus jeder der verschiedenen Schwingungs- 65 gen der Begrenzungsdioden von Null an auseinander,

formen erzeugt werden und an Ausgangsklemmen 52 so daß die Amplitude der am Verbindungspunkt der

und 54 abgegriffen werden. Es sei darauf hingewiesen. beiden Dioden 80 und 82 erscheinenden Rechteck-

daß die verschiedenen Ausgangsschaltungen lediglich schwingung ansteigt. Die Rechenverstärker und die

Begrenzungsdioden wirken deshalb zusammen als veränderbare Begrenzungsschaltung, um die Amplitudenextrema der Rechteckschwingung auf bestimmte Werte in Abhängigkeit vom Amplitudenverlauf des den Klemmen 66 und 68 zugeführten Signals zu bringen.

Das Ausgangssignal der Dioden 80 und 82 ist nicht zurückgekoppelt. Um diesen Umstand zu kompensieren, liegt eine angepaßte Diode in jedem Rückkopplungszweig. Die Diode 84 dient zur Kompensation der Begrenzungsdiode 80 und die Diode 86 zur Kompensation der Diode 82. Das Rückkopplungssignal des ersten Verstärkers 74 wird von der Kathode der Diode 84 abgegriffen. Deshalb ist die Diode 84 an die Diode 80 angepaßt. Außerdem ist der Widerstand 88, der im Rückkopplungszweig liegt, so bemessen, daß durch die Diode 84 der gleiche Strom wie durch die Diode 80 fließt. Deshalb ist die Spannung am Abgriff des Potentiometers 70 proportional der Spannung an der Kathode der Diode 84, die ao gleich der Spannung an der Kathode der Diode 80 ist. Auf diese Weise folgt die Begrenzungsdiode 80 sehr genau der veränderbaren Spannung am Abgriff des Potentiometers 70.

Der zweite Rechenverstärker 76 arbeitet genauso wie der erste Rechenverstärker 74 und erzeugt die gleiche Begrenzungsspannung für die Rechteckschwingung,, jedoch mit entgegengesetztem Vorzeichen. Der Widerstand 90, der im Rückkopplungszweig liegt, dient dem gleichen Zweck wie der Wider- stand 88 und sorgt für einen genauen Nachlauf der Begrenzungsspannung für die Rechteckschwingung an der Begrenzungsdiode 82.

Die Frequenz des Oszillators folgt dem Amplitudenverlauf des den Klemmen 66 und 68 zügeführten äußeren Signals. Die Frequenz des Oszillators wird deshalb von einer veränderbaren Spannung gesteuert, so daß sie in einem großen Bereich selbsttätig vom äußeren Signal verändert werden kann.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Frequenzvariabler Oszillator mit einem Integrator, bei dem eine Schaltvorrichtung zwischen Integratorausgang und -eingang liegt und ein rechteckförmiges Rückkopplungssignal erzeugt, das so lange einen ersten Wert beibehält, wie sich das Integratorausgangssignal in der einen Richtung bis auf einen ersten Wert ändert, und das so lange einen zweiten Wert beibehält, wie sich das Integratorausgangssignal in entgegengesetzter Richtung bis auf einen zweiten Wert ändert, wobei die beiden Werte des Rückkopplungssignals derart bemessen sind, daß das Integratorausgangssignal die Form einer Dreieckschwingung hat, insbesondere in Verwendung als Oszillator, bei dem die Dreieckschwingung einem Sinusumformer zugeführt wird, der die Dreieckschwingung in eine Sinusschwingung umformt, dadurchgekennzeichnet, daß an den Oszillator eine Frequenzsteuervorrichtung angeschlossen ist, die entgegengesetzt gepolte, an den Ausgang der Schaltvorrichtung (20) angeschlossene und die Amplitude des Rückkopplungssignals begrenzende Begrenzungsvorrichtungen (82 und 84) sowie eine Schal-, tang (74, 76) enthält, die derart ausgebildet und an die Begrenzungsvorrichtungen angeschlossen ist, daß sie den beiden Begrenzungsvorrichtungen Begrenzungspotentiale zuführt, die in Abhängigkeit von einem Steuersignal veränderbar, aber stets symmetrisch positiv und negativ in bezug auf den konstanten Wert des Rückkopplungssignals sind.

2. Oszillator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung (74,76) einen Rechenverstärker (74) mit einer Gesamtverstärkung von —V2, der auf das Steuersignal anspricht und ein Begrenzungspotential erzeugt, und einen diesem Rechenverstärker (74) nachgeschalteten, das andere Begrenzungspotential bildenden Rechenverstärker (76) mit einer Gesamtverstärkung von - 1 enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen