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Funktionsgenerator (Zusatz zu P 23 33 299.2-31) In der Dt.-Anm. P
23 33 299.2-31 (VPA 73/6108) ist eine Schaltungsanordnung zur Umsetzung von insbesondere
durch PAM-Signale gebildeten Analog-Signalen in PCM-Signale unter Berücksichtigung
einer nichtlinearen Knickkennlinie und zur Umsetzung von PWM-Signalen in Analog-Signale,
insbesondere in PAM-Signale, unter Berücksichtigung einer nichtlinearen Knickkennl:tnie
angegeben, wobei zur Umsetzung der Analog-Signale in PCM-Signale eine entsprechend
dem Verlauf der nichtlinearen Knickkennlinie sich zeitlich ändernde Spannung mit
dem jeweiligen Analog-Signal in einem Analog-Vergleicher verglichen wird, der bei
Übereinstimmung des jeweiligen Analog-Signals mit der Ausgangsspannung eine Speicherschaltung
stillsetzt, die stets eine der jeweiligen Ainplitvde der genannten Ausgangsspannung
entsprechende Codefolge speichert, und wobei zur Umsetzung der PUM-Signale in Analog-Signale
jeweils eine Spannung mit einem der nichtlinearen Knickkennlinie entsprechenden
Amplitudenverlauf herangezogen wird.
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Für die Bereitstellung der genannten Spannungen ist dabei ein einziger
Funktionsgenerator vorgesehen, der eine hinsichtlich ihres Verlaufs der nichtlinearen
Knickkennlinie entsprechende, sich zeitlich ändernde Spannung abzugeben vermag und
der zur Abgabe dieser Spannung von einem taktgesteuerten Register angesteuert wird,
in welchem sich eine der jeweiligen Amplitude
der betreffenden Spannung
entsprechende Codefolge befindet, wobei mit dem Register ein Digital-Vergleicher
verbunden ist, der die in Analog-Signale umzusetzenden PCM-Signale jeweils mit samtlichen
möglichen, in dem Register auftretenden Codefolgen vergleicht und der bei Feststellung
einer Übereinstimmung des jeweiligen POM-Signals mit einer dieser Code folgen die
Abgabe der zu dem betreffenden Zeitpunkt vorhandenen Spannung des Punktionsgenerators
als Analog-Signal bewirkt.
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Der Funktionsgenerator ist dabei durch ein in # -Schaltung vorliegendes
Kettenleiternetzwerk gebildet, dessen Querwiderstände alle ein und denselben Widerstandswert
R besitzen und dessen in den äusseren Ableitwagen liegende Widerstände ebenfalls
den Widerstandswert R besitzen. Die in allen übrigen Ableitwegen des Kettenleiternetzwerks
liegenden Widerstände besitzen demgegenüber den Widerstandswert 2R. Durch diese
Dimensionierung der Widerstände des Kettenleiternetzwerks ergibt sich daß die an
einem der Verbindungspunkte wenigstens eines Querwiderstands und eines Ableitwiderstands
des Kettenleiternetzwerks liegende Spannung aufgrund der Zufuihrung eines Konstantstroms
von einer Konstantstromquelle her an dem dem betreffenden Verbindungspunkt unmittelbar
beach barten Verbindungspunkt auf die Hälfte ihres Wertes abgesunken ist, der an
dem erstgenannten Verbindungspunkt vorhanden ist. Die am Ausgang des Kettenleiternetzwerks
auftretende Spannung setzt sich somit aus der Summe der Spannungen zusammen, die
aufgrund der den einzelnen Verbindungspunkten der Widerstände des Kettenleiternetzwerks
jeweils zugeführten Konstantströme vorhanden sind. Am Ausgang des Kettenleiternetzwerks
ist dann noch eine Umschalteinrichtung mit nachfolgendem Operationsverstärker angeschlossen,
der je nach Stellung der Umschalteinrichtung eine positive oder negative Ausgangsspannung
abgibt. Auf diese Weise vermag der Funktionsgenerator eine Ausgangs spannung abzugeben,
die einen Verlauf entsprechend einer positiven nichtlinearen Knickkennlinie und
entsprechend einer negativen nichtlinearen Knickkennlinie hat.
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Obwohl dieser Funktionsgenerator eine Ausgangsspannung entsprechend
einem gewünschten nichtlinearen Verlauf zu erzeugen vermag, macht die ausgangsseitige
Verwendung einer Umschalteinrichtung jedoch die Bereitstellung eines gesonderten
Vorzeichensignals und außerdem eines dem Kettenleiternetzwerk zuzuführenden Konstantstroms
erforderlich. Es kann jedoch vorkommen, daß ohne eine Konstantstromquelle und ohne
ein gesondertes Vorzeichensignal eine Ausgangsspannung entsprechend dem Verlauf
einer gewünschten nichtlinearen Knickkennlinie bereitzustellen ist. In diesem Pall
kann der bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung vorgesehene Funktionsgenerator
dann nicht verwendet werden.
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Es ist zwar schon ein impulsgesteuerter Funktionsgenerator bekannt
(DT-AS 1 537 430), der ohne eine Umschalteinrichtung und ohne ein gesondertes Vorzeichensignal
auskommt, um eine Ausgangsspannung entsprechend einem nichtlinearen Verlauf zu erzeugen.
Dieser bekannte Funktionsgenerator enthält jedoch unter anderem einen Treppenspannungsgenerator,
der eine linear ansteigende (Sägezahn-)Spannung oder eine konstante Spannung abgibt,
und einen Polygonzuggenerator, der die von dem Treppenspannungsgenerator abgegebene
Spannung an einzelne, individuell wirksam schaltbare Widerstände abgibt, mit denen
ein Addierverstärker verbunden ist, der ausgangsseitig die den gewünschten Verlauf
besitzende Spannung liefert. Die erwähnten Widerstände des Polygonzuggenerators
werden dabei von einer Diodenmatrix her wirksam gesteuert, welche an Zählerstufenausgängen
eines Zählers angeschlossen ist, der von anderen Zählerstufenausgängen den Treppenspannungsgenerator
steuert.
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Der somit erforderliche schaltungstechnische Aufwand zur Erzeugung
einer Ausgangsspannung mit einem nichtlinearen Verlauf ist also relativ hoch.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie
ein Funktionsgenerator aufzubauen ist, der mit relativ
geringem
schaltungstechnischen Aufwand auskommt, um eine Spannung mit einem nichtlinearen
Verlauf zu erzeugen, und der sich insbesondere für die Verwendung in einer Schaltung
anordnung gemäß der Dt-Anm. P 23 33 299-.2-31 eignet.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe ausgehend von einem
Funktionsgenerator zur Abgabe einer innerhalb von periodisch aufeinanderfolgenden
Zeitbereichen mit jeweils einer Anzahl m von Zeitabschnitten sich ändernden Spannung
mit einem nichtlinearen Verlauf, der in benachbarten Zeitabschnitten jeweils eine
unterschiedliche Steigung oder Neigung aufweist, insbesondere für eine Schaltungsanordnung
nach Patent (Dt-Anm. P 23 33 299.2-31) erfindungsgemäß dadurch, daß ein zwischen
dem invertierenden Eingang und de-m Ausgang eines Operationsverstärkers angeschlossener
Kondensator durch Anlegen eines bestimmten Potentials (Masse) an den invertlerenden
Eingang des Operationsverstärkers über einzelne, von einer Ablaufsteuerschaltung
wirksam steuerbare Widerstände mit innerhalb der ersten m2 Zeitabschnitte jedes
Zeitbereichs jeweils vm einen Faktor 2 größer werdenden und innerhalb der zweiten
n2 Zeitabschnitte jedes Zeitbereichs jeweils um einen Paktor 2 kleiner werdenden
Widerstandswerten auf eine an dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers
liegendes Potential aufladbar und/am Ende jedes Zeitbereichs mittels eines von der
Ablaufsteuerschaltung wirksam steuerbaren Schalters entladbar ist.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß sie mit relativ geringem
schaltungstechnischen und steuerungstechnischen Aufwand auskommt, um eine sich entsprechend
einem nichtlinearen Verlauf ändernde Spannung abzugeben, wie sie insbesondere in
einer Schal tungs anordnung gemäß dem Hauptpatent (Dt-Anm. P 23 33 299.2-31) bereitzustellen
ist.
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*/zu Beginn bzw.
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Im Zusammenhang mit der Erzeugung einer Spannung ist es zwar auch
schon bekannt (D?-OS 2 257 259), einen Operationsverstärker vorzusehen, zwischen
dessen invertierenden Eingang und dessen Ausgang ein Kondensator liegt und an dessen
invertierenden Eingang und nichtinvertierenden Eingang unterschiedliche Vorspannungen
fest anliegen. Außerdem ist der genannte Kondensator von einem periodisch schließbaren
Schalter überbrückt. Diese bekannte Schaltungsanordnung liefert jedoch lediglIch
Sägezahnsignale; zur Erzeugung einer einen nichtlinearen Verlauf besitzenden Spannung,
deren Verlauf in benachbarten Zeitabschnitten von jeweils eine Anzahl m von Zeitabschnitten
aufweisenden, periodisch aufeinanderfolgenden Zeitbereichen jeweils eine unterschiedliche
Steigung oder Neigung aufweist, eignet sich diese bekannte Schaltungsanordnung jedoch
nicht.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung wird für die
Aufladung des Kondensators in den ersten m2 Zeitabschn.itten jedes Zeitbereichs
und in den zweiten m2 Zeitabschnitten jedes Zeitbereichs jeweils ein und derselbe
Satz von Widerständen verwendet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines besonders
geringen schaltungstechnischen Aufwands Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung
der Erfindung ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers der invertierende Eingang
eines weiteren Operationsverstärkers verbundenp an dessen nichtinvertierenden Eingang
eine einer zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb jedes Zeitbereichs erwünschten
Sollspannung entsprechende Bezugsspannung über einen von der Ablaufsteuerschaltung.'
steuerbaren Schalter anschaltbar ist und dessen Ausgang mit dem nichtinvertierenden
Eingang des erstgenannten Operationsverstärkers verbindbar ist. Hierdurch ergibt
sich der Vorteil einer relativ einfachen Regelungsmöglichkeit bezüglich des Verlaufs
und der Höhe der von dem Funktionsgenerator jeweils abgegebenen Span-SlSg o
Gemäß
einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Ausgang des
genannten weiteren Operationsverstärkers mit dem nichtinvertierenden Eingang des
erstgenannten Operationsverstärkers zu einem bestimmten Zeitpunkt wenigstens jedes
zweiten Zeitbereichs verbindbar, und außerdem legt der betreffende Ausgang des genannten
weiteren Operationsverstärkers an diesen nichtinvertierenden Eingang des erstgenannten
Operationsverstärkers seine Ausgangsspannung an.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß für den jeweiligen Zeitbereich
am nichtinvertierenden Eingang des erstgenannten Operationsverstärkers die Spannung
bzw. das Potential festgelegt wird, auf das sich der Kondensator aufzuladen vermag,
der zwischen dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des betreffenden Operationsverstärkers
liegt.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
liegt der nichtinvertierende Eingang des erstgenannten Operationsverstärkers über
einen Kondensator auf einem bestimmten Potential. Hierdurch ist das Festhalten des
Potentials am nichtinvertierenden Eingang des betreffenden Operationeverstärkere
während der Dauer zumindest eines Zeitbereiches auf relativ einfache Weise gewährleistet.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
liegt der nichtinvertierende Eingang des genannten weiteren Operationsverstärkers
über einen Kondensator auf einem bestimmten Potential. Hierdurch ist ebenfalls auf
relat einfache Weise gewährleistet, daß während der Dauer zumindest eines Zeitbereichs
an dem betreffenden Eingang des Operationsverstärkers ein bestimmtes Potential erhalten
bleibt.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
ist dem nichtinvertierenden Eingang des genannten weiteren Operationsverstärkers
über einen von der Ablaufsteuerschaltung
gesondert betätigbaren
Schalter eine Analogspannung zuführbar, die mit der dem invertierenden Eingang des
betreffenden weiteren Operationsverstärkers vom Ausgang des erstgenannten Operationsverstärkers
.zuge führten Ausgangsspannung vergleichbar ist, und ferner ist die Ausgangsspannung
des genannten weiteren Operationsverstärkers über einen von der Ablaufsteuerschaltung
gesondert ansteuerbaren weiteren Schalter abnehmbar. Hierdurch ergibt sich der Vorteil,
den genannten weiteren Operationsverstärker zusätzlich für einen Vergleich der vom
Ausgang des erstgenannten Operationsverstärkers abgegebenen Spannung, die sich entsprechend
einem nichtlinearen Verlauf ändert, mit einer Analogsignal-Amplitudenprobe vergleichen
zu können.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
sind der zuvor genannte eine Schalter und der Schalter, durch dessen Schließung
die genannte Bezugsspannung an den nichtinvertierenden Eingang des genannten weiteren
Operatonsverstärkers anlegbar ist, wechselweise in aufeinanderfolgenden Zeitbereichen
schließbar. Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer besonders günstigen Ausnutzung
des genannten weiteren Operationsverstärkers sowohl für Regelungszwecke als auch
für Vergleichszwecke.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
ist der am Ausgang des genannten weiteren Operationsverstärkers angeschlossene weitere
Schalter von der Ablaufsteuerschaltung her jeweils während der Dauer desjenigen
Zeitbereichs geschlossen, währenddessen an den nichtinvertierenden Eingang des betreffenden
Operationsverstärkers ein Analogsignal anlegbar ist. Hierdurch ist in vorteilhafter
Weise eine störende Betriebsweise des genannten weiteren Operationsverstärkers ausgeschlossen.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
ist am Ausgang des genannten weiteren Operationsverstärkers ein noch weiterer Schalter
angeschlossen, der alternaktiv zu dem an dem betreffenden Ausgang angeschlossenen
Schalter, der bei Anliegen eines Analogsignals an dem nichtinvertierenden Eingang
des betreffenden Operationsverstärkers angeschlossen ist, von der Ablaufsteuerschaltung
her schließbar ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß während der Dauer, während
der der genannte weitere Operationsverstärker zu Regelungszwecken ausgenutzt ist,
vom Ausgang dieses Operationsverstärkers die einen nichtlinearen Verlauf besitzende
Spannung des Funktionsgenerators abnehmbar ist.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
enthält die Steuerschaltung ein Schieberegister mit m Schieberegisterstufen, deren
letzte Schieberegisterstufe mit ihrem im Setzzustand ein "1"-Signal abgebenden Ausgang
mit dem Setzeingang der ersten Schieberegisterstufe verbunden ist, die während der
Dauer des ersten Zeitabschnitts jedes Zeitbereichs gesetzt ist und deren nachfolgende
Schieberegisterstufen in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten nacheinander einzeln
in den Setzzustand gelangen, und ferner sind diejenigen Schieberegisterstufen der
ersten bis (m2 - 2)ten und (m2 + 3)ten bis m-ten Schieberegisterstufen, die während
der Dauer von bezogen auf die Mitte des jeweiligen Zeitbereichs gleich weit entfernten
Zeitabschnitten jeweils im Setzzustand sind, mit ihrem jeweiligen dabei ein "1"-Signal
abgebenden Ausgang über ein ODER-Glied zusammengefaßt, wobei von den Ausgängen der
ODER-Glieder Steuersignale abnehmbar sind, die zum Wirksamschalten der Widerstände
ausgenutzt sind, welche zur Aufladung des mit dem erstgenannten Operationsverstärker
verbundenen Kondensators dienen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines relativ
geringen schaltungstechnischen Aufwands für zu für die Ablaufsteuerschaltung. Über@dies
ergibt sich der Vorteil, auf relativ
einfache Weise eine Spannung
entsprechend einem nichtlinearen Verlauf erzeugen zu können, wie er im Zusammenhang
mit einem Pulscodemodulator zu benutzen ist (siehe DT"AS 2 011 056, insbesondere
Fig.1). Im Zusammenhabg mit, einem derartigen Spannungsverlauf spricht man auch
von einer 15-Element-Knick--kennlinie.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
sind für die der Anschaltung der Spannungen an die nichtinvertierenden Eingänge
der Operationsverstärker dienenden Schalter und für den der Entladung des zwischen
dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des erstgenannten Operationsverstärkers
liegenden Kondensators dienenden Schalter jeweils Steuerimpulse verwendet, deren
Dauer kurz ist im Vergleich zur Dauer des jeweiligen Zeitabschnitts0 Geht man in
diesem Zusammenhang einmal davon aus, daß der Zeitbereich T eine Dauer von 125/us
besitzt und 16 gleich lange Zeitabschnitte t aufweist, deren jeder eine Spannring
entsprechend 16 verschiedenen Bit-Kombinationen führt, so ergibt sich, daß jeder
der zuvor erwähnten Impulse eine kürzere Dauer haben muß als ca. 0,49µs. Dadurch
ist dann in vorteilhafter Weise ein störungsfreier Betrieb des Funktionsgenerators
sichergestellt.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
ist der Funktionsgenerator als integrierte Schaltung ausgeführt. Hierdurch ergibt
sich der Vorteil einer besonders geringen Baugröße.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung
sind die Schalter durch MOS-Transistoren gebildet.
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Dies bringt den Vorteil eines relativ gerIngen ieistungsbedarfs für
die Steuerung der Schalter mit sich.
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Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend bei spielsweise
näher erläutert.
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Fig.1 zeigt in einem Schaltplan den prinzipiellen Aufbau eines Funktionsgenerators
gemäß der Erfindung.
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Fig.2 zeigt in einem Schaltplan einen möglichen Aufbau einer bei dem
Funktionsgenerator gemäß Fig.1 verwendbaren Ablaufsteuerschaltung.
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Fig.3 zeigt in einem Zeitdiagramm den zeitlichen Verlauf der von dem
Funktionsgenerator gemäß Fig.1 abgegebenen Ausgangs spannung.
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Der in Fig.1 dargestellte Funktionsgenerator enthält als wesentlichen
Bestandteil einen Operationsverstärker Va, mit welchem ein Kondensator C1 verbunden
ist. Der Kondensator Cl ist mit seiner einen Belegung mit dem invertierenden Eingang(-)
des Operationsverstärkers Va verbunden, die andere Belegung des Kondensators Cl
ist mit dem Ausgang des Operatiollsverstärkers Va verbunden. Parallel zu dem Kondensator
Cl liegt noch ein Schalter Sll, der, worauf weiter unten noch näher eingegangen
wird, von einer Ablaufsteuerschaltung St her zu bestimmten Zeitpunkten schließbar
ist und der dadurch den Kondensator Cl zu entladen gestattet. Mit dem invertierenden
Eingang(-) des Operationsverstärkers Va ist ferner eine hier als Ladeschaltung LS
bezeichnete Widerstandsschaltung verbunden, die aus der Kettenschaltung von Widerständen
R1, R2, R3...R7 besteht, wobei der Widerstand R7 mit seinem nicht uit der Kette
der übrigen Widerstände verbundenen Ende geerdet und der-Widerstand R1 mit seinem
nicht mit der Kette der übrigen Widerstände verbundenen Ende mit dem invertierenden
Eingang(-) des Operationsverstärkers Va verbunden ist. Die Verbindungspunkte der
Widerstände R1 und R2 bzw. R2 und R3 usw.
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sind jeweils über einen gesonderten Schalter S1 bzw. S2 bis S6 mit
Erde bzw. Masse verbindbar Diese Schalter S1 bis S6 sind ebenfalls von der Ablaufsteuerschaltung
St her schließbar. Zu @iesem Z@e sind aie Betätigungseingänge der betreffende
Schalter
S1, 52 bis 86 an Ausgängen al, a2 bis a6 der Ablaufsteuerschaltung St angeschlossen0
Die Widerstandswerte der in Kette liegenden Widerstände R1 bis R7 können - vom Widerstand
R7 ausgehend und zum Widerstand R1 hinlaufend - folgende Werte besitzen: 32R9 16R,
8R, 4R, 2R, R, R. Geht man in diesem Zusammenhang davon aus9 daß keiner der Schalter
S1 bis S6 geschlossen ist, so beträgt der Widerstandswert der in Kette geschalteten
Widerstände R1 bis R7 insgesamt 64R.
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Bei diesem Widerstandswert von 64R möge der durch die betreffenden
Widerstände R1 bis R7 fließende Strom den Wert T besitzen. Nit Schließen jeweils
eines Schalters der Schalter S1 bis S6 - und zwar vom Schalter S6 aus beginnend
und zum Schalter S1 hinlaufend - fließen dann die Ströme 21 bzw. 4I bzw. 81 bzw.
161 bzw. 321 bzw. 64I.
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Über die zuvor betrachtete Kettenschaltung der Widerstände R1 bis
R7 wird der Kondensator Cl auf die an dem über einen Kondensator C2 an Masse liegenden
nichtinvertierenden Eingang(+) des Operationsverstärkers Va liegende Spannung aufgeladen;
dies setzt voraus, daß der Schalter 511 geöffnet ist und daß außerdem am nichtinvertierenden
Eingang(+) des Operationsverstärkers Va eine Spannung vorhanden ist. Hierauf wird
weiter unten noch näher eingegangen. Im Zusammenhang mit der Aufladung des Kondensators
Ci wird dabei die bekannte Eigenschaft des Operationsverstärkers ausgenutzt, im
Aussteuerungszustand auch am invertierenden Eingang(-) einen Spannung zustand einzunehmen,
wie er am nichtinvertierenden Eingang(+) vorhanden ist.
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Am Ausgang des Operationsverstärkers Ve, - von welchem Ausgang die
gewünschte Ausgangsspannung des Funktionsgenerators bereits abnehmbar ist - ist
ein weiterer Operationsverstärker Vb mit seinem invertierenden Eingang(-) angeschlossen.
Der nichtinvertierende Eingang(+) des weiteren Operationsverstärkers Vb ist zum
einen über einen Kondensator C3 geerdet, und zum
anderen ist dieser,
Eingang mit einem Schalter S21 verbunden, über den an diesen nichtinvertierenden
Eingang(+) des Operationsverstärkers Vb eine Spannung +Uo anschaltbar ist.
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Bei dieser Spannung +Uo handelt es sich um eine einer zu einem bestimmten
Zeitpunkt innerhalb eines vorgegebenen Zeitbereichs erwünschten Sollspannung entsprechende
Bezugsspannung.
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Diese Bezugsspannung +Uo wird bei geschlossenem Schalter 521 mit der
am invertierenden Eingang(-) des genannten weiteren Operationsverstärkers Vb liegenden
Ausgangsspannung des Operationsverstärkers Va verglichen. Der Betätigungseingang
des Schalters S21 ist an einem Ausgang a8 der Ablaufsteuerschaltung St angeschlossen.
An diesem Ausgang a8 der hblaufsteuerschaltung St ist ferner der Betätigungseingang
eines weiteren Schalters S31 angeschlossen, der den Ausgang des genannten weiteren
Operationsverstärkers Vb über einen Widerstand R1 mit dem nichtinvertierenden Eingang(+)
des Operationsverstärkers Va verbindet.
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Mit dem Schließen der beiden Schalter S21 und S31 wird zum einen die
Bezugsspannung +Uo mit der zu dem betreffenden Schließungszeitpunkt am Ausgang des
Operationsvers tärkers Va vorhandenen Ausgangsspannung mittels des Operationsverstärkers
Vb verglichen, und zum anderen wird die zu dem betref-Senden Schließungszeitpunkt
am Ausgang des Operationsverstärkers Vb vorhandene Ausgangsspannung über den Schalter
S31 und den Widerstand R1 dem nichtinvertierenden Eingang(+) des Operationsverstärkers
Va und damit dem an diesem Eingang liegenden Konnensator C2 zugeführt, der dadurch
auf die betreffende Ausgangsspannung aufgeladen wird. Diese Ausgangsspannung des
Operationsverstärkers Vb möge im vorliegenden Fall höher sein-als die Bezugsspannung
+Uo. Bei derartiger, an dem nichtinvertierenden Eingang(+) des Operationsverstärkers
Va liegender Spannung ist der mit diesem Operationsverstärker Va verbundene Kondensator
C1 maximal auf diese Spannung aufladbar, worauf weiter unten im Zusammenhang mit
Fig.3 noch eingegangen wird.
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Dem nichtinvertierenden Eingang(+) des Operationsverstälkers Vb ist
über einen weiteren Schalter S41 ein an einer Anschlußklemme eA anlegbares Analogsignal
zuführbar. Der betreffende Schalter S41 wird wie die anderen, bisher erwähnten Schalter,
von der Ablaufsteuerschaltung St her gesteuert; er ist zu diesem Zweck mit seinem
Betätigungseingang an einem Ausgang a9 der Ablaufsteuerschaltung St angeschlossen.
An diesem Ausgang a9 tritt dann ein den Schalter S41 schließendes Signal auf, wenn
ein an dem Eingangsanschluß eA liegendes Analogsignal mit dem Ausgangssignal des
Operationsverstärkers Va mittels des Operationsverstärkers Vb zu vergleichen ist.
Im Zuge dieses Vergleichs sind selbstverständlich die Schalter S21 und S31 geöffnet.
Der Operationsverstärker Vb ist somit doppelt ausnutzbar, nämlich einmal zum Vergl.eich
der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers Va mit der Bezugsspannung +Uo und
zum anderen zum Vergleich der Ausgangs spannung des Operationsverstärkers Va mit
einem Analogsignal bzw. mit einer Analogsignal-Amplitudenprobe.
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Am Ausgang des Operationsverstärkers Vb sind im vorliegenden Fall
noch zwei Schalter S51 und S61 angeschlossen (obwohl grundsätzlich ohne diese Schalter
ausgekommen werden kann), die zu Ausgangsanschlüssen aA1 bzw aA2 hinführen. Der
Schal--ter S51 ist mit seinem Betätigungseingang an einem Ausgang a10 der Ablaufsteuersciialtung
St angeschlossen. Der Betätigungseingang des Schalters S61 ist mit dem Ausgang a9
der Ablaufsteuerschaltung St verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers Vb
ist somit mit dem Ausgangsanschluß aA1 verbunden, wenn der Wunsch besteht, eine
der am Ausgang des Operationsverstärkers Va auftretenden Ausgangsspannung entsprechende
Spannung am Ausgangsanschluß aA1 zur Verfügung zu haben; der Ausgang des Operationsverstärkers
Vb ist hingegen mit dem Ausgangsanschluß aA2 verbunden9 wenn es envunscht ist, über
das Ergebnis des Vergleichs der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers Va mit
dem dem Eingangsanschluß eA zugeführten Analogsignal zu verfügen.
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Nachdem zuvor der prinzipielle Aufbau des in Fig.1 dargestellten Funktionsgenerators
gemäß der Erfindung erläutert worden ist, soll nunmehr ein möglicher Aufbau der
bei diesem J?unktionsgenerator verwendeten Ablaufsteuerschaltung St erlautet werden.
In Fig.2 ist ein solcher möglicher Aufbau der Ablaufsteuerschaltung St gezeigt.
Die Ablaufsteuerschaltung St enthält als wesentlichen Schaltungsteil ein Schieberegister
SR, welches m Schieberegisterstufen FF1 bis FF16 enthält; dies sind im vorliegenden
Fall 16 Schieberegisterstufen. Die Schieberegisterstufen PF1 bis FF16 mögen jeweils
einen R-Eingang (RücIste1leingang), einen Eingang (Setzeingang) und einen T-Eingang
(Takteingang) aufweisen. Die R-Eingänge sämtlicher Schieberegisterstufen FF1 bis
FF16, bei denen es sich hier um Flipflops handelt, sind miteinander verbunden. In
entspreehender Weise sind auch die T-Ringange säintlicher Schieberegisterstufen
FF1 bis FF16 miteinander verbunden. Diejenigen Ausgänge der Schieberegisterstufen
FF1 bis FF16, die im Setzzustand der betreffenden Schieberegisterstufen jeweils
ein "1"-Signal abgeben, sollen jeweils mit dem S-Eingang der ihnen in dem Schieberegister
SR jeweils nachfolgenden Schieberegisterstufe verbunden sein; dies ist der Einfachheit
halber leidglich im Zusammenhang mit den Schieberegisterstufen FF16 und FF1 gezeigt.
Der bei im Setzzustand befindlicher Schieberegisterstufe FF16 ein '11"-Signal abgebende
Ausgang ist hier allerdings uber ein ODER-Glied ¢01 mit dem S-Eingang der Schieberegisterstufe
FF1 verbunden. Die Anordnung der Schieberegisterstufen FF1 bis FF16 möge im übrigen
so getroffen sein, daß das "1"-Signal einer Schieberegisterstufe zum Setzen der
in dem Schleberegister SR der betreffenden Schieberegisterstufe nachfolgenden Schieberegisterstufe
führt, wenn an den T-Eingängen der Schieberegisterstufen ein "1"-Signal oder Taktsignal
auftritt, und daß gleichzeitig damit die Rückstellung der erstgenannten Schieberegisterstufe
erfolgt, so daß jeweils nur eine Schieberegisterstufe an ihrem entsprechenden Ausgang
ein "1"-Signal abgibt
Von den Schieberegisterstufen FF1 bis FF16
sind die Schieberegisterstufen FF1 bis FF6 (1 bis ( - 2)) und FF11 bis FF16 ((m2
+ 3) bis m) mit ihren im Setzzustand jeweils ein "1"-Signal führenden Ausgängen
mit den Eingängen von ODER-Gliedern G02 bis GO7 verbunden. Die Anordnung ist dabei
so getroffen, daß von der Mitte des Schieberegisters SR ausgehend jeweils symmetrisch
zu dieser Mitte liegende Schieberegisterstufen mit ihren entsprechenden Ausgängen
an den Eingängen eines gemeinsamen ODER-Gliedes angeschlossen sind. Bezogen auf
einen Zeitbereich T (siehe Fig.3), innerhalb dessen ein vollständiger Schiebezyklus
in dem Schieberegister SR abläuft, kann somit auch gesagt werden, daß diejenigen
Schieberegisterstufen (1 bis (m2 - 2) bzw. m/2 + 3) bis m) 9 die während der Dauer
von bezogen auf die Mitte des jeweiligen Zeitbereichs T gleich weit entfernten Zeitabschnitten
jeweils im Setzzustand sind, mit ihrem dabei "1"-Signal abgebenden Ausgang über
ein ODER-Glied der ODER-Glieder GO2 bis G07 zusammengefaßt sind, Die Ausgänge der
betreffenden ODER-Glieder sind mit den Aus gängen al bis a7 der Ablaufsteuerschaltung
St verbunden. Die Ausgänge der Schieberegisterstufen FF7 bis PF10 sind dabei nicht
in der vorstehend betrachteten Weise ausgenutzt. Hierauf wird im Zusammenhang mit
Fig.3 noch eingegangen werden.
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Das im Zusammenhang mit den Schieberegisterstufen FF1 und FF16 bereits
erwähnte ODER-Glied GO1 ist mit einem weiteren Eingang an dem Ausgang eines hier
durch eine monostabile Kippstufe gebildeten Verzögerungsgliedes V2 angeschlossen.
Der Eingang dieses Verzögerungsgliedes ist mit dem Ausgang eines weiteren, hier
ebenfalls durch eine monostabile Kippschaltung gebildeten Verzögerungsgliedes V1
verbunden. Das Verzögerungsglied V2 soll dabei erst mit der Rückflanke eines von
dem Verzögerungsglied V.1 abgegebenen Impulses in Tätigkeit treten. Der Eingang-des
Verzögerungegliedes V1 ist mit dem einen Ausgang (Arbeitsseite) eines Umschalters
512 verbunden, dessen Betätigungseingang von einer Anschlußklemme x
her
ein Steuersignal zur Inbetriebsetzung der Ablaufs teuerschaltung St und damit des
Funktionsgenerators zuführbar ist, und zwar z.B. manuell. Mit dem anderen Ausgang
(Ruheseite) des Umschalters S12 ist der eine Eingang (Rückstelleingang) eines Flipflops
Pt verbunden, welches mit seinem anderen Eingang (Setzeingang) am Ausgang des erstgenannten
Verzögerungsgliedes V2 angeschlossen ist. Das Flipflop PFt soll hier erst mit der
Rückflanke eines von dem Verzögerungsglied V2 abgegebenen Impulses gesetzt werden.
Mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes Vi sind übrigens die Rückstelleingänge sämtlicher
Schieberegisterstufen des Schieberegisters SR verbunden. Mit dem Ausgang des Flipflops
FFt ist der Betätigungseingang eines Schalters S22 verbunden, über den ein Taktgenerator
TG ausgangsseitig mit den T-Eingängen sämtlicher zu dem Schieberegister SR gehörender
Schieberegisterstufen verbunden ist.
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Mit dem Ausgang des Verzögerungsgliedes V2 und dem als Ruheseite bezeichneten
Ausgang des Umschalters S12 sind ferner die Eingänge S bzw. R eines weiteren Flipflops
PFu verbunden. Der T-Eingang dieses Flipflops XYu ist mit demjenigen Ausgang der
ersten Schieberegisterstufe FF1 des Schieberegisters SR verbunden, der bei im Setzzustand
befindlicher Schieberegisterstufe FF1 ein "1"-Signal führt.
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Derjenige Ausgang des Flipflops PFu, der ein "1"-Signal führt, wenn
dieses Flipflop im Setzzustand ist, ist zum einen über einen Negator GN mit den
Ausgang aiO der Ablaufsteuerschaltung St und zum anderen mit dem einen Eingang eines
UND-Gliedes GU verbunden,-welches mit seinem Ausgang mit dem Ausgang a8 der Ablaufsteuerschaltung
St verbunden ist.
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Der andere Eingang des UND-Gliedes GU ist mit dem Ausgang eines Sperrgliedes
GS1 verbunden. Dieses Sperrglied GS1 ist mit seinem nichtinvertierenden Eingang
über ein hier ebenfalls durch eine monostabile Kippschaltung gebildetes
Verzögerungsglied
V4 mit demjenigen Ausgang der Schieberegisterstufe FX8 verbunden, der im Setzzustand
dieser Schieberegisterstufe PF8 ein "I-Signal führt. Der invertierende Eingang des
Sperrgliedes GS1 ist mit dem Ausgang eines weiteren Spergliedes GS2 verbunden, dessen
Ausgang im übrigen mit dem Ausgang a9 der Ablaufsteuerschaltung St (ggfs. über ein
dem Verzögerungsglied V3 entsprechendes Verzögerungsglied) verbunden ist. Der invertierende
Eingang des Sperrgliedes GS2 ist mit dem Ausgang des erstgenannten Sperrgliedes
GS1 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Sperrgliedes GS2 ist über einen
Schalter S32 mit einem ein "1"-Dauersignal führenden Schaltungspunkt verbunden.
Der Betätigungseingang dieses Schalters S32, der im übrigen wie alle anderen vorgesehenen
Schalter durch einen elektronischen Schalter, insbesondere einen Feldeffekttransistor,
gebildet sein kann, ist mit einer Steuerklemme y verbunden, der bei Bedarf ein entsprechendes
Steuersignal zuführbar ist. Dies ist dann der Fall, wenn es erwünscht ist, ein dem
Eingangsanschluß eA bei dem in Fig.1 dargestellten Funktionsgenerator zugeführtes
Analogsignal mit dem Ausgangssignal des Operationsverstärkers Va gemäß Fig.1 mittels
des in Fig.1 dargestellten Operationsverstärkers Vb zu vergleichen. Ist ein solcher
Vergleich nicht vorzunehmen, so wird . regelmäßig in jedem zweiten Zeitbereich T
infolge entsprechender Ansteuerung des T-Eingangs des Plipflops PFu vom Ausgang
der Schieberegisterstufe FF1 her der Ausgang a10 ein "1!'-Signal führen, während
in den jeweils dazwischenliegenden Zeitbereichen T der Ausgang a8 mit einem "l"-Signal
beaufschlagbar ist, d.h. in der Mitte des jeweils in Frage kommenden Zeitbereichs.
In diesem Zusammenhang sei noch bemerkt, daß ggfs. zwischen den Ausgängen a9 und
a10 eine Sperrschaltung vorgesehen sein kann, und zwar entsprechend der zwischen~den
Ausgängen a8 und a9 der Ablaufsteuerschaltung St vorhandenen, aus den Sperrgliedern
GS1 und GS2 bestehenden Sperrschaltung.
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Nunmehr sei die Wirkungsweise des in Fig.1 dargestellten Funktionsgenerators
unter Heranziehung des in Fig.3 dargestellten Diagramms erlautert.
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Das in Fig.3 dargestellte Diagramm gibt in der Ordinatenrichtung die
Spannung UC1 am Kondensator C1 gemäß Fig.1 an; in der Abszissenrichtung ist in Fig.3
ein Zeitbereich T aufgetragen, der im vorliegenden Fall aus m=16 gleich langen Zeitabschnitten
t besteht.
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Die für die einzelnen Zeitpunkte innerhalb des Zeitbereichs g maßgebenden
Spannungsamplituden am Kondensator Cl sind in der Ordinatenrichtung des in Fig.3
dargestellten Diagramms durch relative Zahlenangaben verdeutlicht. Mit -1 ist der
Entladezustand des Kondensators Cl veranschaulicht. uit -1/2 ist die usgangsspannungsamplitude
am Kondensator Ci zum Zeitpunkt tl bezeichnet, etc.. Die zum Zeitpunkt t16 vorhandene
Ansgangsspannungsamplitude ist mit UC2 bezeichnet; sie entspricht dem relativen
Spannungswert +1; die betreffende Spannung möge hier außerdem der am Kondensator
C2 liegenden Spannung entsprechen.
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Im Hinblick auf Fig.3 sei noch bemerkt, daß dort die Vorgänge zwischen
aufeinanderfolgenden Zeitbereichen T idealisiert dargestellt sind. Tatsächlich wird
jedoch zwischen dem Zeitpunkt t16 eines Zeitbereichs T und dem Zeitpunkt tO des
nächstfolgenden Zeitbereichs T eine endliche Zeitspanne liegen, während der der
Kondensator Cl entladen wird. Diese Zeitspanne kann jedoch so kurz gemacht werden,
daß sie hier vernachlässigbar ist.
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im folgenden sei angenommen, daß sich die Schieberegisterstufen FF1
bis FF16 des Schieberegisters SR innerhalb eines Schiebezyklus bzw. Zeitbereichs
T jeweils während einer Zeitspanne t im Setzzustand befinden, wie sie in Fig.3 angegeben
ist0
Während der Zeitspanne t, während der die erste Schieberegisterstufe FF1 des Schieberegisters
SR im Setzzustand ist - das ist die Zeitsranne tO bis t1 - ist somit lediglich der
Widerstand Rl wirksam. Während der Dauer der folgenden Zeitspanne t - das ist die
Zeitspanne von t1 bis t2 - sind die Widerstände R1 und R2 wirksam0 Während der nachfolgenden
Zeitspanne - das ist zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 -sind dann die Widerstände
Rl, R2 und R3 wirksam0 Dieser Vorgang läuft bis zum Zeitpunkt t7 weiter, wobei Fig.3
erkennen läßt, daß die Spannung UCi am Kondensator C1 einen bis zu diesem Zeitpunkt
aus einzelnen Segmenten 3e1 bis Se6 und einem Teil des Segments Se7 bestehenden
Verlauf besitzt, innerhalb dessen benachbarte Segmente eine jeweils um den Faktor
2 unterschiedliche Steigung besitzen. Das Segment Se7 erstreckt sich von Zeitpunkt
t6 bis zum Zeitpunkt tlO; innerhalb dieses Zeitintervalls sind die Schieberegisterstufen
FF7 bis PF10 nacheinander gesetzt. Dies bedeutet, daß innerhalb dieses Zeitintervalls
sämtliche Widerstände R1 bis R7 der Ladeschaltung LS wirksam sind. Vom Zeitpunkt
t10 bis zum Zeitpunkt t16 des Zeitbereichs T läuft dann ein entsprechender Ladevorgang
weiter, allerdings in der Weise, daß die zuvor wirksam geschalteten Widerstände
nunmehr in umgekehrter Reihenfolge wieder abgeschaltet werden. Dadurch nimmt die
Ladespannung UC1 am Xondensator Ci einen Verlauf entsprechend den Segmenten Se8
bis Se13. Diese Ladespannung, die die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
Va darstellt, besteht aufgrund der beschriebenen Ansteuerung der Widerstände somit
aus 13 Segmenten Se1 bis.Se13; sie hat damit einen Verlauf, wie er im Zusammenhang
mit der Umsetzung von Analogsignalen in PCM-Signale und umgekehrt von PCM-Signalen
in Analogsignale u.a0 in der Schaltungsanordnung nach dem Hauptpatent vorzusehen
ist. Die betreffenden Segmente sind dabei jeweils zumindest angenähert linear.
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Im Vorstehenden ist erläutert worden wie der Kondensator Cl auf die
Spannung UC2 - d.h. die Spannung am Kondensator C2 -aufgeladen
wird.
Diese Spannung liegt nun nicht von vornherein am Kondensator C2. Um mit Inbetriebsetzung
des in Fig.1 dargestellten Funktionsgenerators die Aufladung des Kondensators C2
auf die Spannung UC2 zu bewirken, werden zunächst die Schalter S21 und S31 geschlossen;
dies erfolgt in der Mitte eines Zeitbereichs T, wenn nämlich die Schiebereglsterstufe
PF8 ausgangsseitig ein "1"-Signal abgibt und vom Flipflop FFu ausgangsseitig ein
"1"-Signal abgegeben wird.
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Der Operationsverstärker Vb vergleicht dann die seinem nichtinvertierenden
Eingang(+) zugeführte Bezugsspannung +Uo mit der an seinem invertierenden Eingang(-)
liegenden Ausgangsspannung des Operationsverstärkers Va - diese Ausgangsspannung
hat dabei noch eine dem Wert -1 entsprechende Amplitude -und gibt eine der Bezugsspannung
+Uo entsprechende Ausgangsspannung UC2 ab. Mit der nunmehr am nichtinvertierenden
Eingang(+) des Oporationsverstärkers Va liegenden Spannung UC2 beginnt die Aufladung
des Kondensators Ci. Um den in Fig.3 dargestellten Verlauf zu erhalten, ist es dann
noch erforderlich, den Schalter S11 kurzzeitig zu schließen; dies erfolgt (wieder)
zu Beginn des nächsten Zeitbereichs T.
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Wie bereits erwähnt, wird nach Inbetriebsetzung des Funktionsgenerators
in der Mitte - das ist der Zeitpunkt t8 -jedes zweiten Zeitbereichs T de Ausgangsspannung
des Operationsverstärkers Va mit der Bezugsspannung +Uo mittels des Operationsverstärkers
Vb verglichen. Ist die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers Va zu dem jeweiligen
Zeitpunkt gleich.der Bezugsspannung +Uo, wie dies in Fig.3 veranschaulicht ist,
so gibt der Operationsverstärker Vb ke keine Ausgangsspannung an den Kondensator
C2 ab. Ist hingegen ein Unterschied zwischen der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers
Va und der Bezugsspannung +Uo vorhanden, so korrigiert der Operationsverstärker
Vb durch Abgabe einer entsprechenden Ausgangsspannung die am Kondensator C2 liegende
Spannung. Dieser Regelungsvorgang, der also jeden zweiten
Zeitbereich
T stattfindet, führt dazu, daß zu den Zeitpunkten t8 nachfolgender Zeitbereiche
T die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers Va gleich der Bezugsspannung +Uo
ist.
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Um den im Vorstehenden beschriebenen Funktionsgenerator in einer Schaltungsanordnung
verwenden zu können, in der zeitliche Vorgänge mit einer Zyklusdauer von 125/us
ablaufen, wie zOB. in einer PCM-Zeitmultiplex-Anlage, kann so vorgegangen sein,
daß der Zeitbereich T jeweils eine Dauer von 125/2=62,5/us besitzt. In diesem Fall
kann dann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Funktionsgenerators während jeder Zyklus-Zeitspanne
von 125/us zum einen eine einen gewünschten Verlauf besitzende Ausgangs'spannung
(Fig.3) abgegeben werden, und zum anderen kann ein Regelungsvorgang der vorstehend
beschriebenen, Art in dem Funktionsgenerator durchgeführt werden.
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Die in der Ablaufsteuerschaltung St gemäß Fig.2 verwendeten Verzögerungsglieder
Vl bis V4 mögen unter Zugrundelegung der oben angenommenen Zahlenwerte jeweils eine
Verzögerungszeit von z.B. 100ns besitzen. Die Breite der von dem Taktgenerator TG
abgegebenen Impulse möge bei einer Impulsfolgefrequenz von 256 kHz z.B. 100ns betragen.
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15 Patentansprüche 3 Piguren