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Schaltungsanordnung zur Erzielung eines
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frequenzabhängigen Signals Auf vielen Gebieten der Technik treten
bekanntlich Signalverarbeitungs-, Steuer- und Regelprobleme auf. Eine Vielzahl solcher
Probleme läßt sich entweder überhaupt noch nicht lösen oder erfordert einen zu großen
Aufwand.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen oder mehrere Grundbausteire
für Anordnungen anzugeben, die diese Probleme in eir.facher Weise lösen sowie diese
Anordnungen selbst.
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Der Grundbaustein einfachster Art besteht nach der Erfindung aus einer
Schaltungsanordnung zur Erzielung eine3 frequenzabhängigen Signals, die eine Gleichkomponente
liefert, deren Änderung proportional zur Verhältnis zweier Frequenzen ist und die
zu beugung eines Ausgangssignals dient, dessen Frequenz eire Funktion dieses Frequenzverhältnisses
ist.
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Durch entsprechende Erweiterung dieses Grundbausteins sowie durch
Kombination mehrerer Grundbausteine erhält man nach der Erfindung völlig neue Schaltungsanordnungen,
die im folgenden noch näher beschrieben werden und die sich beispielsweise zur Signalkonvertierung,
Funktionswandlung,
Frequenzsynthese und Frequenzanalyse eignen.
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Solche Schaltungsanordnungen sind beispielsweise Frequenz/Spannungs-Wandler,
Spannungs/Frequenz-Wandler, Spannungs/Frequenz/Spannungs-Wandler, Signaladdierer,
Signalquadrierer, Signalradizierer, Empfängerabstimmsysteme, Gleichlaufabstimmanordnungen,
Fernsteuersysteme, Frequenzmodulatoren, Frequenzdemodulatoren, Frequenzmesser, Coder
und Decoder sowie Drehzahlregler und Drehz ahlsteuerungen.
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Die Erfindung wird im folgenden näher beschrieben sowie anhand von
Beispielen näher erläutert.
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Die Figur 1 zeigt den Grundbaustein der Erfindung, der nach der Figur
1 aus einem Wandler 1 und einem Frequenzgenerator 2 besteht. Der Wandler 1 wird
von der Wechselsignalquelle 3 angesteuert, die zwei Eingangs-Wechselsignale liefert,
die dem Wandler ; an verschiedenen Eingängen zugeführt werden. Der Wandler 1 hat
die Eigenschaft, daß er an seinem Ausgang ein Signal mit einer Gleichkomponente
liefert, deren Änderung dem Verhältnis der Frequenzen der Eingangs signale in einem
bestimmten Frequenzbereich proportional ist. D. h., die Änderung der Gleichkomponente
des Ausgangssignals des Wandlers 1 ist proportional zu f1/f2, wenn f1 die Frequenz
des ersten
Signals und f2 die Frequenz des zweiten Eingangssignals
ist. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird das erste Eingangssignal dem Eingang
a und das zweite Eingangssignal dem Eingang b des Wandlers 1 zugeführt.
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Werden die beiden Wandlereingänge dagegen miteinander vertauscht und
somit das erste Eingangs signal dem Eingang b und das zweite Eingangs signal dem
Eingang a des Wandlers 1 zugeführt, so ist die Änderung der Gleichkomponente des
Aus gangssigna ls des Wandlers 1 nicht mehr proportional zu fl/f2, sondern proportional
zu f 2/f1. Unter einer Gleichkomponente ist der Gleichstrom-bzw. Gleichspannungsanteil
eines Signals zu verstehen.
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Außer vom gesamten Frequenzverhältnis kann das Ausgangssignal des
Wandlers auch noch vom Tastverhältnis von mindestens einem der Eingangssignale abhängig
sein. Dieser Punkt wird später noch näher bei der ausführlichen Beschreibung des
Wandlers erätert. Das Ausgangs signal des Wandlers 1 steuert den Frequen zgenerator
2 an und steuert dadurch die Frequenz des Ausgangssignals des Frequenzgenerators,
das gleichzeitig das Ausgangssignal des Grundbausteins ist. Der Grundbaustein der
Figur 1 kann für sich allein beispielsweise als steuerbarer Frequenzgenerator verwendet
werden, der eine Last 4 ansteuert.
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Die Anordnung der Figur 2 unterscheidet sich von der Anordnung der
Figur 1 dadurch, daß der Frequenzgenerator 1 durch einen Motor 1 ersetzt ist. Der
Motor 1 ist steuerbar und liefert an seinem Ausgang ein Wechselsignal, welches von
der Drehzahl des Motors abhängig ist.
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Bei der Anordnung der Figur 3 ist als requenzgenerator ein Oszillator
2 vorgesehen. Die Anordnung der Figur 4 unterscheidet sich von der Anordnung nach
Figur 3 dadurch, daß anstelle von nur zwei Eingangssignalen drei Eingangssignale
vorgesehen sind. Natürlich können am Eingang des Wandlers auch noch mehr als drei
Eingangssignale vorhanden sein, die vorzugsweise getrennten Eingängen zugeführt
werden. Dies gilt auch für alle nachfolgenden äquivalenten Anordnungen. Während
das erste Signal am Eingang a und das zweite Signal am Eingang b für die Abhängigkeit
des Ausgangssignals des Wandlers von Frequenzverhältnis dieser beiden Eingangs signale
sorgen, übt das dritte Eingangs-Wechselsignal am Eingang c einen weiteren Einflu3
auf das Ausgangs signal des Wandlers aus. Das Ausgangssignal des Wandlers 1 ist
proportional oder umgekehrt proportional zur Frequenz f3 des dritten Signals.
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Die Anordnung der Figur 5 unterscheidet sich von der Anordnung der
Figur 3 dadurch, daß am Wandler 1 noch zusätzlich eine Steuerelektrode 5 vorgesehen
ist, die durch eine Steuerquelle 6 gespeist wird. Eine oder mehrere solche Steuerelektroden
am Wandler können je nach Anwendungszweck auch für die nachfolgenden Anordnungen
von Vorteil sein, auch wenn sie dort nicht besonders angeführt sind. Die Steuerquelle
6 kann sowohl ein Gleichsignal, ein Wechselsignal als auch ein Gleich/Wechselsignal
liefern. Im Gegensatz zu den Eingangs-Wechselsignalen kann also das Steuersignal
an der Steuerelektrode 5 ein Gleichsignal oder ein Gleichsignal mit Wechselkomponente
sein.
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Die Anordnung der Figur 6 unterscheidet sich von der Anordnung der
Figur 3 dadurch, daß der Wandler 1 noch einen zusätzlichen Ausgang 7 aufweist, der
mit einem Verbraucher 4 verbunden ist. Das Ausgangs signal des Wandlers 1 am Ausgang
7 wird beispielsweise durch das Steuersignal an der Steuerelektrode 5 bezüglich
der Phase und/oder Amplitude gesteuert. Das Ausgangssignal am Ausgang 7 des Wandlers
1 kann beispielsweise zur Amplituden- und/oder Phasenmodulation dienen.
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Die Figur 7 zeigt eine Anordnung, bei der der Wandler 1 und der Oszillator
2 zu einer Schleife verbunden sind, die dadurch zustandekommt, daß das Ausgangs
signal des Oszillators 2 als Eingangs-Wechselsignal für den Wandler 1 benutzt wird.
Während das Ausgangs signal des Oszillators 2 bei der Anordnung der Figur 7 als
zweites Eingangssignal dem Wandlereingang b zugeführt wird, wird das Oszillatorausgangssignal
bei der Anordnung der Figur 8 als erstes Eingangssignal an den Wandlereingang a
gelegt.
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Die bei den Anordnungen der Figuren 7 und 8 vorhandene Schleifenbildung
bewirkt eine Frequenzgegenkopplung, die eine stabilisierende Wirkung auf die Frequenz
des Oszillatorausgangssignals ausübt. Während das Ausgangssignal des Oszillators
2 bei den vorhergehenden Anordnungen von beiden Eingangs-Wechsel signalen abhängig
ist, ist das Ausgangssignal es Oszillators 2 bei den Anordnungen der Figuren 7 u--2
3 nur von einem Eingangssignal abhängig, und zwar von den Eingangssignal, welches
von der Wechselsignalquelle 3 stammt. Die Anordnung der Figuren 7 und 8 stellt beispielsweise
eine Frequenzregelanordnung dar. Ist anstelle eines Oszillators ein Motor vorgesehen,
so dienen die Anordnungen der Figuren 7 und 8 zur Drehzahlregelung dieses Motors.
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Die Anordnung der Figur 9 unterscheidet sich von der Anordnung der
Figur 8 dadurch, daß der Ausgang des Wandlers 1 und der Eingang des Oszillator 2
nicht unmittelbar miteinander verbunden sind, sondern daß zwischen den Wandler 1
und den Oszillator 2 eine Steueranordnung 7 geschaltet ist. Die Steueranordnung
8 ermöglicht eine zusätzliche Steuerung des Ausgangssignals des Oszillators. Da
das Steuersignal für den Oszillator 2, welches vom Wandler 1 stammt und von der
Steueranordnung 8 beeinflußt wird, im wesentlichen ein Gleichsignal ist, ist die
Beeinflussun dieses Steuersignals auch durch Gleichsignale möglich. Diese Beeinflussung
erfolgt mittels der Steueranordnung 8. Die Steueranordnung 8 bietet also eine zusätzliche
Steuermöglichkeit, und zwar auf der Gleichsignalseite.
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Die Anordnung der Figur 10 unterscheidet sich von der Anordnung der
Figur 9 dadr, daß = dem Wandler anstelle von nur einem Eingangs-Hechse ã r.al zwei
Eingangs-Wechselsignale zugeführt werden, dl- von der r.«Jechselsignalquelle 3 stammen.
Boi der Anordnung der Figur 10 kann die Schleife geöffnet oder entsprechend der
gestrichelten Linie geschlossen sein Im letzteren Fall ist das Ausgangssignal des
Oszillators 2 das dritte Eingangssignal des Wandlers 1.
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Bei der Anordnung der Figur 11 besteht die Steuerandordnung 8 aus
einer Steuerquelle 9. Die Steuerquelle 9 kann eine Gleichsignalquelle, eine Wechselsignalquelle
oder eine Quelle sein, die ein überlagertes Signal, bestehend aus einem Gleichsignal
und einem weselsignal, liefert.
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Bei der Anordnung der Figur 12 besteht die Steueranordnung 8 aus einer
Steuerquelle 9 und eine Operationsverstärker 10. Der Operationsvertärker 10 wird
den einem einen Eingang durch das Ausgangssignal das Wandllers 1 und an seinem anderen
Eingang durch die Steuerquelle 9 angesteuert. Bei der Anordnung der Figur 12 ist
das Steuersignal für den Oszillator 2 von der Differenz das Aus gangssignals des
Wandlers und des Signal der quelle 9 abhängig. Dieses Differenzsignal entsteht am
Eingang des Operationsverstärkers 10 und wird durch den Operationsverstärker verstärkt
und wird dem Oszillator 2 als Steuersignal zugeführt. Die Steueranordnung 9 der
Figur 12 bietet die Möglichkeit, daß die Signalquelle 9 in einfacher Weise mit dem
Bezugspotential verbunden wer den kann. Die Anordnung der Figur -12 hat den arteil,
daß infolge der Verwendung des Operationsverstärkes 10 die Steuerwirkung auf den
Oszillator 2 erhöht wir Schließt man bei der Anordnung der Figur 12 cli+ Schlei
durch L'-führung
des Ausgangssignals ist Oszillators 2 an den
einen Eingang des Wandlers 1, so kann erreicht werden, daß am Ausgang des Oszillators
2 sich eine solche Frequenz einstellt, daß zwischen dem Ausgangssignal des Wandlers
1 und dem Signal der Signalquelle 9 Gleichheit hergestellt wird. Für diesen Fall
besteht eine lineare Abhängigkeit der Frequenz die Ausgangssignals des Oszillators
2 vom Signal der Signalquelle 9. Bei einem @@@ichen Betrieb wird ene @entuell vorhandene
Nichtlich@@@@@@@ zwischen Steuersignal am Oszillatoreingang und @@@@@@@signal des
Oszillators ausgeschaltet. Die Anordnung des Figur 12 stehlt, beispielsweise einen
in der @@@quelle steuerbaren Oszillator das, der sowohl von den @@@quenzen der Signale
der Wechselsignalquelle 3 als @@@ von der Signalquelle 9 linear gesteuert werden
kann. Eine solche linears Steuerung ist beispielsweise @@@@@eep-Generatoren von
großem Vorteil. Die Anordnung der Figur 12 eignet sich beispielsweise auch in besonderer
Weise zur Frequenzmodulation des Ausgangssingals.
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Die Anordnung der Figur 12 kann natürlich auch nur durch ein ein@@gas
Wechselsignal am Eingang des Wandlers 1 ungesteuert werden.
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Die Anordnung der Figur 13 unterscheidet sich von der Anordnung der
Figur 12 dadurch, daß die Steueranordnung 8
anstelle von nur einer
Signalquelle zwei Signalquellen 9 und 11 aufweist. Diese beiden Signalquellen sind
im allgemeinen voneinander unabhängig. Dadurch erhält man eine weitere Steuermöglichkeit
auf der Gleichsignalseite.
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Sowohl das zusätzliche Steuersignal, das dem Wandler 1 an der Steuerelektrode
5 zugeführt wird, als auch die Steuersignale, die die Steueranordnung 8 liefert,
können durch akustische, mechanische, optische und magnetische Einwirkung beeinflußt
werden. Dies gilt auch für sämtliche nachfolgenden Anordnungen.
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Die Anordnung der Figur 14 unterscheidet sich von der Anordnung der
Figur 10 dadurch, daß noch ein zweiter Wandler 12 vorgesehen ist. Dieser zweite
Wandler 12 wird an seinem Eingang von einer zweiten Wechselsignalquelle 13 gespeist,
während der Ausgang des zweiten Wandlers 12 mit der Steueranordnung 8 verbunden
ist. Durch den zweiten Wandler 12 kann ein weit~~e~ Einfluß auf das Ausgangssignal
des Oszillators 2 a-ãgeübt werden, und zwar entsprechend dem Verhältnis der Frequenzen
der beiden Eingangssignale des zweiten Wandlers. Die Verwendung eines zweiten Wandlers
hat den weiteren Vorteil, daß negative Einflüsse, die der erste Wandler verursacht,
wie z. B. Temperaturabhängigkeit, Betriebsspannungsabhängigkeit
und
Bauelementetoleranzen durch die Einschaltung des zweiten Wandlers kompensiert werden.
Eine solche Kompensation setzt voraus, daß der zweite Wandler möglichst die gleichen
elektrischen Eigenschaften wie der erste Wandler aufweist. Dies erreicht man im
allgemeinen durch einen identischen Aufbau der beiden Wandler.
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Wie diese Kompensation funktioniert, kann am besten anhand der Figur
15 erläutert werden. Bei der Anordnung der Figur 15 wird das Ausgangssignal des
zweiten Wandlers 12 einem Operationsverstärker oder Komparator 10 zugeführt. Bei
gesz-lossener (Regel-)Schleife stellt sich, wie in Verbindung mit der Figur 12 beschrieben,
am Ausgang des ersten Wandlers 1 ein Ausgangs signal ein, welches gleich dem Ausgangs
signal des zweiten Wandlers ist. Da das Ausgangssignal des zweiten Wandlers 12 dieselben
negativen Eigenschaften wie das Ausgangssignal des ersten Wandlers 1 aufweist, erden
diese negativen Eigenschaften durch Sbtratiz7 zur beiden Signale am Eingang des
OperationsversX e-s kompensiert.
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Die Anordnung der Figur 16 unterscheidet sich von der Anordnung der
Figur 15 dadurch, daß die Steueranordnungen
8 voneinander verschieden
sind. Während bei der Steueranordnung 8 der Figur 15 nur ein Operationsverstärker
oder Komparator 10 vorhanden ist, sind bei der Steueranordnung der Figur 16 entsprechend
der Figur 13 noch zusätzlich die Signalquellen 9 und 11 vorhanden.
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Ein weiterer Unterschied gegenüber der Anordnung der Figur 15 besteht
darin, daß der zweite Wandler bei der Anordnung der Figur 16 eine der beiden Signalquellen
der Steueranordnung ansteuert. Bei der Anordnung der Figur 16 wird die Signalquelle
10 angesteuert. Ebenso kann natürlich auch die andere Signalquelle angesteuert werden.
Die Ansteuerung der Signalquelle 10 ist in der Figur 16 allerdings nur symboliscn
dargestell-t. Wie die Ansteuerung beispielsweise erfolgen kann, zeigt die Figur
18, auf die noch eingegangen wird Wie die Figur 17 symbolisch zeigt, können die
Signalquellen 9 und 10 noch zusätzlich beeinflußt werden. Eine solche Beeinflussung
bzw. SttrEng erfolgt beispielsweise über gesteuerte Potentiometer inechanisch),
digital gesteuerte Spannungsteiler, optisch mittels Photowiderstände und magnetisch
gesteuerte Widerstände.
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Bei der Anordnung der Figur 18 ist als Signalquelle ein steuerbares
Potentiometer 9 vorgesehen, welches vom Ausgangssignal
des zweiten
Wandlers 12 angesteuert wird.
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Die Anordnung der Figur 18 stellt einen steuerbaren Frequenzgenerator
dar, dessen Ausgangsfrequenz durch das Potentiometer 9 in Abhängigkeit von der Potentiometerstellung
gesteuert werden kann. Ein wesentlicher Vorteil der Anordnung der Figur 18 besteht
bei geschlossener Schleife darin, daß die Ausgangsfrequenz des Oszillators 2 linear
vom spannungsteilerverhältnis des Potentiometers 9 abhängt.
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Bei der Anordnung der Figur 19 erhalten die beiden Eingänge des zweiten
Wandlers dasselbe Signal. Dieses gemeinsame Signal stammt aus der Wechselsignalquelle
13.
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Im Gegensatz dazu stammt bei der Anordnung der Figur 20 dieses gemeinsame
Signal nicht aus der Wechselsignalquelle 13, sondern aus der Wechselsignalquelle
3, die außerdem noch den ersten Wandler 1 speist. Dasselbe gilt auch für die Anordnung
der i7;Lr 21, jedoch wird das gemeinsame Signal für den vweiten Wandler 12 vom anderen
Ausgang des Wandlers 3 genommen.
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Bei der Anordnung der Figur 22 wird ein zweiter Wandler 12 verwendet,
der im Gegensatz zu den bisherigen zweiten Wandlern nur einen Eingang aufweist.
Dies ermöglicht einen einfacheren Aufbau des Wandlers.
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Die Anordnung der Figur 23 unterscheidet sich von den bisherigen Anordnungen
dadurch, daß ein zweiter Oszillator 14 vorgesehen ist Dieser zweite Oszillator ist
mit dem zweiten Wandler 12 in der gleichen Weise kombinierbar wie der erste Oszillator
2 mit dem ersten Wandler 1. Die Anordnung der Figur 23 hat zwei Wandler/Oszillatorsysteme,
wobei jedes System einen Wandler und einen Oszillator aufweist. Anstelle von nur
zwei Wandler/Oszillatorsysteme können natürlich auch mehr Wandler/Oszillatorsvsteme
vorhanden sein. Durch entsprechende Ausbildung der einzelnen Wandler/Oszillatorsysteme
sowie durch entsprechende Verinüsfung dieser Systeme können beispielsweise Frequenzsummierer
und Frequenzsubtrahierer, Frequenzfolger, Frequenzteiler und Frequenzmultiplizierer
hergestellt werden.
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Bei der Anordnung der Figur 23 sind beide Schleifen dadurch verknüpft,
daß sowohl sr wandler 1 der ersten Schleife als auch der Wandler 12 der zweiten
Schleife von der gemeinsamen Wechselsinalquelle 3 angesteuert werden.
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Bei der Anordnung der Figur 24 ist im Gegensatz zur Anordnung der
Figur 23 zwischen den ersten Wandler 1 und den ersten Oszillator 2 eine erste Steueranordnung
8 und
zwischen den zweiten Wandler 12 und den zweiten Oszillator
14 eine zweite Steueranordnung 16 geschaltet. Die Steueranordnungen 8 und 16 bringen
dieselben Vorteile, wie sie in Verbindung mit der Anordnung der Figur 9 beschrieben
worden sind. Die Verknüpfung zwischen den beiden Schleifen ist dieselbe wie bei
der Anordnung der Figur 23. Die Lasten 4 und 15 sind wie bei den vorhergehenden
Anordnungen getrennte Signalempfänger. Anstelle von zwei Lasten kann natürlich auch
nur eine Last vorhanden sein.
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Bei der Anordnung der Figur 24 lassen sich aus einer konstanten Frequenz
des Signals der Wechselsignalquelle 3 am Ausgang des ersten Oszillators 2 und am
Ausgang des zweiten Oszillators 14 Ausgangssignale mit unterschiedlichen Frequenzen
einstellen und durch die Steueranordnungen unabhängig voneinander frequenzmodulieren.
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Bei der Anordnung der Figur 25 Last eine andere Verknüpfung der beiden
Schleifen als bei den Anordnungen der Figuren 23 und 24 vorhanden. Bei der Anordnung
der Figur 25 erfolgt die Verknüpfung der beiden Schleifen dadurch, daß das Ausgangssignal
des ersten Oszillators 2 der ersten Schleife das eine Eingangs signal des zweiten
Wandlers 12 der zweiten Schleife ist. Bei der Anordnung
der Figur
25 ist die Frequenz des Ausgangssignals des ersten Oszillators 2 nur von der Frequenz
der Wechselsignalquelle 3 und dem (den) Steuersignal(en) der Steueranordnung 8 abhängig.
Die Frequenz des Ausgangssignals des zweiten Oszillators 14 ist dagegen von der
Frequenz des Ausgangssignals des ersten Oszillators 2 und von dem (den) Steuersignal(en)
der zweiten Steueranordnung 16 abhängig. Da die Frequenz des Ausgangssignals des
ersten Oszillators 2 von der Frequenz des Signals der Wechselsignalquelle 3 und
von dem (den) Steuersignal(en) der ersten Steueranordnung 8 abhängt, ist die Frequenz
des Ausgangssignals des zweiten Oszillators 14 von den Signalen der Wechselsignalquelle
3, der ersten Steueranordnung 8 und der zweiten Steueraflordnung 16 abhängig.
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Wegen der bei der Anordnung der Figur 25 vorhandenen Verknüpfung zwischen
den beiden zleifen wird beispielsweise bei einer Frequerzacdulation des Ausgangssignals
des ersten Oszillators 2 diese Frequenzmodulation vom zweiten Wandler 12 übernomnen,
wodurch auch das Ausgangssignal des zweiten Oszillators 14 frequenzmoduliert wird.
Unabhängig davon kann natürlich auch eine Frequenzmodulation des zweiten Oszillators
vorhanden sein, die von der zweiten Steueranordnung 16 verursacht wird. Eine
solche
Frequenzmodulation würde jedoch nicht auf die erste Schleife übergreifen.
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Die Anordnung der Figur 26 unterscheidet sich von den Anordnungen
der Figuren 24 und 25 dadurch, daß zusätzlich die erste Steueranordnung 8 und die
zweite Steueranordnung 16 miteinander verknüpft sind. Diese Verknüpfung besteht
z. B. darin, daß die Steuersignale der ersten Steueranordnung die Steuersignale
der zweiten Steueranordnung beeinflussen und umgekehrt.
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Die Anordnung der Figur 27 unterscheidet sich von den Anordnungen
der Figuren 25 und 26 im wesentlichen dadurch, daß ein dritter Wandler 17 zur Kompensation
negativer Einflüsse vorgesehen ist, der dieselbe kompensierende Funktion wie der
zweite Wandler 12 der Anordnungen der Figuren 17 bis 22 hat. Diese Funktion ist
in Verbindung mit der Figur 15 geschrieben Das Ausgangssignal des dritten Wandlers
17 ient als Referenzsignal für die erste und die zweite zlzife. Das Referenzsignal
steuert die erste Steueranordnung 8 und die zweite Steueranordnung 16 an. Sind weitere
Schleifen vorhanden, so können auch diese Schleifen vom Referenzsignal angesteuert
und dadurch stabilisiert werden. Dies deutet die gestrichelte Linie 18 an. Die gestrichelte
Linie 19 deutet
an, daß weitere Schleifen von der Wechselsignalquelle
3 gespeist werden können.
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Während bei der Anordnung der Figur 27 die beiden Eingänge des dritten
Wandlers 17 durch ein gemeinsanes Signal gespeist werden, welches von der Wechselsignalquelle
3 stammt, werden die beiden Eingänge des dritten Wandlers 17 bei der Anordnung der
Figur 28 von verschiedenen Signalen gespeist, die die Wechselsignalquelle 20 liefert.
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Die Verwendung von mehr als zwei Schleifen ist in der Figur 29 angedeutet.
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Während der dritte Wandler 17 bei der Anordnung der Figur 28 nur von
der Wechselsignalquelle 20 angesteuert wird, wird der Wandler 17 bei der Anordnung
der Figur 30 noch zusätzlich an der Steuerelektrode 5 durch eine dritte Steueranordnung
21 angesteuert. Nie die Figur 30 zeigt, bildet der Wandler 17 zusa.- ~~. der dritten
Stneranordnung 21 eine Regelschleife. leSe Regelschleife wird durch eine Signalquelle
22 dber einen Operationsverstärker oder Komparator 23 angesteuert. Die Regelung
erfolgt so, daß das Ausgangssignal des Wandlers 17 gleich dem Steuersignal der Signalquelle
22 wird.
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Die Regelschleife funktioniert folgendermaßen. Erfährt
das
Ausgangssignal des Wandlers 17 eine unerwünschte Änderung durch nega-tive Einflüsse
wie z. B. eine Temperatur- oder Betriebsspannungsänderung, so wird durch Vergleich
des Ausgangssignals des Wandlers 17 mit dem Steuersignal der Signalquelle 22 am
Eingang des Operationsverstärkers oder Komparators 23 nach Verstärkung durch den
Operationsverstärker am Steuereingang 5 des Wandlers 17 ein der unerwünschten Änderung
entgegenwirkendes Signal erzeugt, so daß die unerwünschte Änderung am Ausgang des
Wandlers 17 kompensiert wird. Dadurch erhält man ein nur vom Steuerslgnal der Signalquelle
22 abhängiges Wandlerausgangssicnal, welches zumindest weitgehend mit dem Steuersignal
der Signalquelle 22 ubereinstimmt. Das die negativen Einflüsse kompensierende Signal
an der Steuerelektrode 5 des dritten Wandlers 17 wird auch an den Steuerelektroden
5 des ersten Wandlers 1 und des zweiten Wandlers 12 zugeführt, damit auch deren
negativen Einflüsse kompens=- =len. Dies setzt allerdings voraus, daß s..tlicke
W--zder möglichst gleiche Eigenschaften haben, die z. 3. durch identischen Wandleraufbau
erreicht werden.
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Der Vorteil, den die Kompensationsweise der Anordnung der Figur 30
hat, kann am besten durch einen Vergleich mit der Anordnung der Figur 12 erläutert
werden. Ändert
sich bei der Anordnung der Figur 12 die Umgebungstemperatur
so, daß der Wandler ein kleineres Ausgangssignal liefern würde, so würde sich das
Steuersignal für den Oszillator 2 entsprechend ändern, da das kleinere Ausgangssignal
des Wandlers 1 am Eingang des Operationsverstärkers oder Komparators 8 mit einem
konstanten Signalwert der Signalquelle 9 verglichen wird. Eine Änderung des Steuersignals
für den Oszillator hat aber zwangsläufig eine Änderung der Oszillatorfrequenz zur
Folge. Diese Oszillatorfrequenzänderung ist natürlich unerwünscht, weil tan natürlich
eine von negativen Einflüssen unabhängige Oszillatorfreguenz haben will. Bei geschlossener
Schleife erfolgt bei der Anordnung der Figur 12 eine solche Oszillatorfrequenzänderung,
daß das Ausgangs signal des Wandlers 1 trotz Temperaturänderung konstant bleibt.
Der Nachteil der Anordnung der Figur 12 besteht also darin, daß selbst bei Konstanz
des Signals der Signalquelle 9 bei negativen Einflüssen eine unerwanschte Os zillatorfrequenzanervng
entstehen kann. Eine solche unerwünschte Oszillat-~ -eq-enzänderung tritt dagegen
bei der Anordnung der Figur 30 nicht auf, weil die Regelschleife, die durch den
dritten Wandler und die dritte Steueranordnung gebildet wird, durch negative Einflüsse
bedingte Oszillatorfrequenzänderungen verhindert.
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Die Anordnung der Figur 30 ermöglicht eine externe Ansteuerung
der
verschiedenen Schleifen, beispielsweise durch Signalquellen innerhalb der Steueranordnungen,
ohne da3 sich die erwähnten negativen Einflüsse auswirken.
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Die Figur 31 zeigt ein Blockschaltbild eines Wandlers, wie er in den
vorhergehenden Anordnungen verwendbar ist In seiner einfachsten Form besteht ein
solcher Wandler aus einem Impulsprozessor 24. Bei der Anordnung der Figur 31 ist
dem Impuisprozessor 24 ein Integrator 25 nachgeschaltet, der dann nicht erforderlich
ist, wenn keine Integration des Asgangssignals des Impulsprozessors erforderlich
ist. An die Eingänge 26, 27 und 28 des Impulsprozessors werden die zu verarbeitenden
Impulssignale gelegt. Das am Ausgang 29 des Impulsprozessors erzeugte Ausgangssignal
wird durch den Integrator 25 geglättet und steh-t als Ausgangssignal am Ausgang
30 zur Verfügung.
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Zur Steuerung des Impulsprozessors 24 dient der SteuereIngang 5.
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Der Wandler der Figur 32 weist gegenüber dem Wandler der Figur 31
zusätzlich zwei Impulsforner 31 und 32 sowie zwei Frequenzteiler 33 und 34 auf.
Diese zusätzlichen Glieder sind erforderlich, wenn die Impulssignale für den Impulsprozessor
24 nicht von vornherein zur Verfügung stehen, sondern ers-t aufbereitet werden müssen.
Im Beispiel der
Figur 32 ist der Wandler für zwei Eingangs-Wechselsignale
ausgelegt. Bei mehr als zwei Eingangs-Wechselsignalen sind entsprechend mehr Impulsformer
und Frequenzteiler erforderlich. Für bestimmte Anwendungszwecke sind die Frequenzteiler
vorzugsweise programmierbar ausgebildet.
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Beim Wandler der Figur 32 wird das erste Eingangs-Wechselsignal mit
der Frequenz f1, welches dem Eingang a des Impulsformers 31 zugeführt wird, durch
diesen Im-Impulsformer in ein entsprechendes Impulssignal mit z der Frequenz f1
umgewandelt. Entsprechendes gilt für das zweite Eingangs-Weohselsignal mit der Frequenz
f2 am Eingang b des Impulsformers 32, welches durch diesen Impulsformer in ein entsprechendes
Impuls signal mit der Frequenz f2 umgwandelt wird. Da der Impulsprozessor 24 nur
einen bestimmten Frequenzbereich bzw. ein bestimnes Frequenzverhältnis zwischen
Eingangs signalen optimal verarbeiten kann, wird ae beiden Frequenzteiler 33 und
34 benötigt, falls ale Frequenzen f1 und f2 der Eingangs-Wechselsignale zu noch
sind oder in einem für die Verarbeitung im Imp-.llsprozessor ungeeigneten Verhältnis
zueinander stehen. Die von den Frequenzteilern 33 und 34 gelieferten Impulssignale
mit den Frequenzen f1/n und f2/m werden an die Eingänge 26 und 28 des Impulsprozessors
24 gelegt. Dem dritten Eingang 27
des Impulsprozessors 24 wird
das Ausgangssignal des Impulsformers 32 zugeführt.
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Das Ausgangs signal des Impulsprozessors an seinem Ausgang 29 wird1
wie bereits in Verbindung mit der Figur 31 erläutert, an den Eingang des Integrators
25 gelegt.
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Der Ausgang 30 des Integrators liefert ein geglättetes Ausgangssignal.
Der vierte Eingang 5 ist identisch mit dem Steuereingang 5 der vorhergehenden Anordnungen.
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Für einen erweiterten Anwendungsbereicn weist der Wandler der Figur
33 i Spezialfall noch einen Phasenprozessor 35 auf. Beim Wandler der Figur 33 hat
dieser Phasenprozessor die beiden Eingänge 35 und 37. Dem Eingang 36 des Phasenprozessors
35 wird das zu steuernde Signal zugeführt. Im Beispiel der Figur 33 ist dies das
Ausgangs-Impulssignal des Impulsformers 31 mit der Frequenz f1. Dein Eingang 37
wird das Steuersignal zugeführt, wel-1° ches im Beispiel der Figur 3 @am teuereingang
5 des Itnpulsprozessors 24 kommt. Der -asenprozessor 35 liefert an seinem Ausgang
38 ein Ausgangssignal, welches eine Phasenänderung gegenüber dem zu steuernden Signal
(Eingang 36) entsprechend der Steuerwirkung des Steuersignals (Eingang 37) aufweist.
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Die im Wandler verwendeten Impulsformer, Frequenzteiler sowie der
Integrator sind übliche Schaltungsteile, die seit Jahren in der Technik Anwendung
finden.
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Der nach der Erfindung vorgesehene Impulsprozessor ist so ausgebildet,
daß sein eines Ausgangs-Impulssignal die Anzahl der Impulse seines Ausgangssignals
pro Zeiteinheit bestimmt, während sein anderes Eingangs-Impulssignal die Breite
der Impulse seines Ausgangssignals besti--t. Da das eine Eingangs-Impulssignal die
Impulszahl des Ausgangssignals des Impulsprozessors beeinlu2t und da dle Impulsbreite
des Ausgangssignals des Impulsprozessors proportional zur Periodendauer des die
Impulsbreite bestienden Eingangssignals ist, ist die Änderung der Gleichkomponente
des Ausgangssignals des Impulsprozessors proportional zur Frequenz des einen Eingangssignals
und umgekehrt proportional zur Frequenz aes -- en Eingangssignals.
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Da die Impulsbreite der Periondendauer des die Impulsbreite bestimmenden
Eingangssignals proportional ist und die Periodendauer umgekehrt proportional der
Signalfrequenz ist, ist die Änderung der Gleichkomponente des Impulsprozessor-Ausgangssignals
umgekehrt proportional zur Frequenz des die Impulsbreite bestimmenden Eingangssignals.
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Ein Impulsprozessor mit den oben genannten Merkmalen läßt sich beispielsweise
durch die Kombination von drei Anordnungen, die z. B. Flip-Flops mit den nachfolgend
genannten Eigenschaften sind, oder durch die Kombination von Anordnungen mit den
nachfolgend geschilderten Eigenschaften lösen. Zwei der drei Flip-Flops sind einander
gleich, und zwar sind es sogenannte D-Flip-Flops, die die Eigenschaft haben, daß
ein Flankenanstieg eines Clock-Signals am Clock-Eingang einen am Dateneingang D
vorhandenen Signalwert au den Ausgang , des Flip-Flops überträgt. Die beiden Fiip-Flops
müssen weiterhin die Eigenschaft haben, daß ein Impuls am Reset-Eingang das Flip-Flop
am Ausgang Q auf Null setzt. Im nachfolgend beschriebenen Beispiel löst beispielsweise
die positive Flanke eines Clock-Signals die Signalübertragung und eine positive
Flanke des Reset-Signals die Löschung aus. Das dritte Flip-Flop ist ein sogenann3
J-lio-Flop, welches die Eigenschaft hat, daß die T-requenz seines Clock-Signals
geteilt wird, wenn an den J- und K-Eing2ngen ein entsprechendes Logiksignal anliegt.
Im nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein positives
Logik-Signal.
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Die Figur 34 zeigt einen erfindungsgemäßen Impulsprozessor. Der Impulsprozessor
der Figur 34 besteht aus den genannten drei Flip-Flops (39, 40, 41) und aus einem
Inverter 42. Beim Impulsprozessor der Figur 34 ist das Flip-Flop 39 ein bekanntes
Flip-Flop vom Typ JK-Master-Slave, während die beiden anderen Flip-Flops 40 und
41 bekannte D-Flip-Flops sind. Das eine Eingangs-Impulssignal für den Impulsprozessor
wird nach der Figur 34 dem Clock-Eingang des Flip-Flops 39 zugeführt. Die beiden
Eingänge J und K des Flip-Flops 39 sin rit dem nicht invertierenden Ausgang Q des
Flip-Flcts 41 verbunden. Der invertierende Ausgang Q des Flip-Flops 39 ist mit dem
Clock-Eingany des Flip-Flops 40 verbunden. Der nicht invertierende-Ausgang Q des
Flip-Flops 40 ist mit dem Reset-Eingang des Flip-Flops 41 verbunden. Der nicht invertierende
Ausgang Q des Flip-Flops 39 ist der Ausgang des Impulsprozessors. Die Eingänge D
der Flip-Flops 40 und 41 sowie der Vcc -EIngang des Fllp-Flops 39 sind Steuereingänge,
die miteinander verbunden sind. Der Reset-Eingang des Flip-Flops 40 wird über den
Inverter 42 angesteuert.
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Die Figur 35 zeigt einen Logikplan. Die in dieser Figur dargestellten
Einyangs-Impulssignale A und B haben bereits ein solches Frequenzverhältnis, daß
sie unmittelbar an die Eingänge eines Impulsprozessors nach der Erfindung gelegt
werden können, un an seinem Ausgang die gewünschte Frequenzabhängigkeit seines Ausgangssignals
von den Eingangssignalen zu erzielen.
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Legt man das Impuls signal A der Figur 35 an den Eingang 26 des Flip-Flops
41 der Figur 34, so setzt die ositive Flanke dieses Signals zum Zeitpunkt t1 entsprechend
del-, I~pr nai r der Figur 35 den Ausgang Q des Flip-Flops 41 auf den Level, der
an seinem ingang D anliegt und der der Logikpegel 1 entspricht.
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Dadurch wird auch der JK-Eingang des Flip-Flops 39 auf den Logikpegel
1 gesetzt und das Flip-Flop 39 für eine binäre Frequenzteilung des Clock-Signals
vorbereitet.
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Wenn nun am Clockeingang des Flip-Flops 39 eine positive Flanke des
Signals 3 der @ Für eintrifft, so wird der Ausgang " dieses Flip-Flops z m Zeitpunkt
t2 entsprechend dem Impulssignal D auf den Logikpegel 1 gesetzt. t. Dieser Zustand
hält an, bis die nächste positive Flanke des Clocksignals (B) eintrifft. Wenn am
Ausgang O des Flip-Flops 39 zum Zeitpunkt t3 eine negative Flanke auftritt, so entsteht
zum gleichen Zeitpunkt an seinem invertierenden Ausgang Q ein positiver Impulsanstieg
entsprechend
dem Signal E, der dem Clock-Eingang des Flip-Flops 40 zugeführt wird und dadurch
am Ausgang Q des Flip-Flops 40 entsprechend dem Signal F den Logikpegel 1 erzeugt.
Dieser Impuls am Ausgang Q des Flip-Flops 40 wird dem Reset-Eingang des Flip-Flops
41 zugeführt und bewirkt eine Nullsetzung des Logikpegels am Ausgang Q des Flip-Flops
41. Da der Ausgang Q des Flip-Flops 41 mit dem J- und Eingang des Flip-Flops 39
verbunden ist, wird durch die Nullsetzung des Logikpegels am Ausgang iK des Flip-Flops
41 das Flip-Flop 39 an seinem Ausgang Q ebenfalls aur Null gesetzt. Der geschilderte
Impulsblauf wiederholt sich ständig beim Eintreffen einer neuen positiven Impulsflanke
an Clock-Eingang des Flip-Flops 41.
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Durch die geschilderte Logikverknüpfung wird bewirkt, daß jedem einzelnen
A-Impuls entsprechend der Darstellung der Figur 35 nur je ein - ruis zugeordnet
ist.
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Dies Zuordnung ist Unabhangq von der Länge der A-Impulse. Weiternin
ist der F-«-~r 35 zu entnehmen, daß die Breite der D-Impulse gleich der seriogendauer
des Signals B ist. Im Beispiel der Figur 35 ist die Periodendauer des Signals B
gleich der Zeitdifferenz von t3 und t
Der Inverter 42 des Impulsprozessors
der Figur 34 hat die Aufgabe, das am Eingang 27 zugeführte Signal - bei der Anordnung
der Figur 34 das B-Signal - zu invertieren und dann dem Reset-Eingang des Flip-Flops
40 zuzuführen.
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Aus dem B-Signal wird durch diese Invertierung das G-Signal der Figur
35. Durch ein Steuersignal am Eingang 5 wird die Impuishöhe des am Ausgang 29 vorhandenen
Impulsprozessor-Ausgangssignals gesteuert. Dadurch wird auch eine Steuerung der
Gleichkomponente dieses Ausgangssignals erzielt.
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Dr Logikplan dr zur gur 'õ enthält zusätzlich zu dem Logikplan der
Figur 35 noch die Signale H, I, K und L.
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Aus diesen Signalen werden die Signale der Figur 35 durch Impuls formung
bzw. Frequenzteilung hergestellt.
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D:s Signal EI der Figur 36 ist das erste Eingangs-Wechsolsignal am
Eingang a des Wandlers der Figur 32 und as signal I der Figur 36 ist -as zweite
Eingangs-Wechignal am Eingang b des Wandlers der Figur 32.
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Der Phasenprozesscr der Figur 33 besteht gemäß der Eigur 37 beispielsweise
aus einen RC-Glied, und einem Komparator 43. Das RC-Glied hat die Aufgabe aus einem
rech-teckförmigen Impulssignal, welches am Eingang des Phasenprozessors zugeführt
wird, ein sägezahnförmiges
Impulssignal zu erzeugen. Durch Vergleich
dieses sägezahnförmigen Impulssignals mit einem von außen zugeführten Steuersignal
am Eingang des Komparators 43 wird der Komparator in die eine Richtung geschaltet,
wenn das Sägezahnsignal das Steuersignal übersteigt.
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Unterschreitet dagegen das Sägezahnsignal das Steuersignal, so wird
der Komparator in die andere Richtung geschaltet. Dadurch entsteht ein Komparator-Ausgangssignal,
das dem Clock-Eingang des D-Flip-Fiops 44 zugeführt wird. Das D-Fiip-Flop erzeugt
an seinem Ausgang Q ein Impulssignal, dessen Phase von der Steuerspannung am Komparator
bestimmt wird.
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Die Figur 38 zeigt den Verlauf der Gleichkomponente des wandlerausgangssignals
in Abhängigkeit vom Verhaltnis f1/f2, wobei f1 die Freouenz des ersten Eingangs-Wechselsignals
und f2 die Frequenz des zweiten Eingangs-Wechselsignals ist. Gemäß der Figur 38
ergibt sich die Gleichkomponente V des Wandlerausgangssignals aus der Beziehung
V = A + B . f1/f2. Die Konstante A ergibt sich aus den orniztpunkt der Kennlinie
mit der Ordinate. Die Konstante 3 entspricht der Steigung der Kennlinie. Die Frequenz
f1 ist die Frequenz des ersten Eingangs-Wechselsignals und die Frequenz f2 die Frequenz
des zweiten Eingangs-Wechselsignals.
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Wie aus der Figur 38 und auch aus der Beziehung V = A + B . 1/f2 hervorgeht,
besteht ein linearer Zusammenhang zwischen der Änderung der Gleichkomponente V und
dem Frequenzverhältnis f1/f2. Dies ist gleichbedeutend damit, daß die Änderung der
Gleichkomponente V proportional zum Verhältnis f1/f2 erfolgt. Dieser Zusammenhang
bzw. diese Beziehung kann im allgemeinen über einen großen Frequenzbereich erreicht
werden. Selbst Abweichungen von der Gerade der Figur 38 ergeben wesentliche Verbesserungen
gegenüber bekannten £nCrCtnungen. Wie die Beziehung V = A + B . f1/f2 zeigt, bleibt
die Abhängigkeit der Gleichkomponente vom Frequenzverhältnis auch dann erhalten,
wenn die Differenz zwischen f1 und f2 konstant bleibt. Für die Frequenz des Oszillatorsignals
gilt dasselbe, d. h., die Ausgangsfrequenz des Oszillators ändert sich mit dem Frequenzverhältnis
selbst dann, wenn die Differenz zwischen - f2 konstant bleibt.
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Die Figur 39 zeigt das Ausgangs-Impulssignal 45 des Impulsprozessors.
Durch Integration des Impulssignals 45 erhält man das Signal 46 der Figur 39, das
Schwankungen aufweist, die vom Grad der Integration (Glättung) abhängen. Eine ideale
Glättung würde die gestrichelte Linie 46aergeben. Die gestrichelte Linie 46aist
die Gleichkomponente
des Ausgangssignals, von der im Vorhergehenden
immer die Rede ist. Diese Gleichkomponente würde beispielsweise von einem Drehspulinstrument
angezeigt werden, das bekanntlich den Mittelwert anzeigt.
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Die Figur 40 zeigt eine oszillatorabstimmschaltung nach der Erfindung.
Oszillatorabstimmschaltungen werden beispielsweise in Empfängerschaltungen wie z.
B. Rundfunk- und Fernsehempfängern benutzt. In neuer Zeit werden immer mehr elektronische
Abstimmittel eingesetzt. Bei einer elektroniso;er. Abstimmung, die z. B.
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mittels Varactordioden erfolgt, besteht jedoch zwischen der Steuerspannung
und der Osziilatorfrequenz ein nicht linearer Zusammenhang. Aus diesem Grund ist
es nicht möglich, eine lineare Fre---uenzskala durch Anzeige der Steuerspannung
für die Abs-Lmmdiode zu realisieren.
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Bei den bekannten Oszillatorabstimmschaltungen muß die starke Temperaturabhängigkeit
er Varactordioden durch komplizierte Kompensationsschaltungen kompensiert werden.
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Die Oszillatorabstimmschaltl~g der Figur 40 weist die erwähnten Nachteile
nicht auf. In der Figur 40 bildet der Wandler 47 mit der Steueranordnung 48 und
dem Oszillator 49 eine Regelschleife. Dem Wandler 47 werden zwei
Eingangssignale
zugeführt, und zwar ein Referenzsignal von der Referenzquelle 50 sowie das Ausgangs
signal des Oszillators 49. Gesteuert wird die Frequenz des Oszillators 49 von der
Steuerquelle 51. Das Oszillatorsignal speist die Mischstufe des Empfängers in bekannter
Weise.
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Die Steueranordnung 48 der Figur 40 besteht aus der Steuerquelle 51
und dem Operationsverstärker oder Komparator 54. An den Eingang des Operationsverstärkers
oder Komparators 54 werden das Asgangssignal des Wandlers 47 und das Signal der
Signalquelle 51 gelegt.
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Der Oszillator der Figur 4Cß t g0fläß der Figur 41 beispielsweise
aus einem LO-?esonanzKreis, der von dem Transistor T zur Selbsterregung gebracht
wird. Die Frequenz des Oszillators wird mittels der Varactordiode D vom Eingang
52 aus gesteuert. Das Ausgangssignal des Oszillators wird der Klemme r3 e entnommen.
Anstelle des Oszillators der Figur 41 kam -s?ielsweise auch ein gesteuerten Multivibrator
oder RC-Oszillator verwendet werden.
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Die Oszillatorabstimmschaltung ergibt einen linearen Zusammenhang
zwischen der Oszillatorfrequenz des Oszillators 49 und dem Signal der Steuerquelle
51. Die Oszillatorfrequenz stellt sich so ein, daß am Ausgang des Wandler
47
ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches gleich dem Steuersignal der Steuerquelle
51 ist. Da die Referenzfrequenz konstant bleibt, wird die Frequenz für den Fall,
daß der Wandler seine Eigenschaften nicht verändert, auf dem eingestellten Wert
konstant gehalten. Für den Fall, daß eine Abweichung der Oszillatorfrequenz vom
jeweiligen Sollwert auftritt, die durch negative Einflüsse wie z. B. Temperatureinwirkung
oder Betriebsspannungsänderung verursacht wird, so bewirkt diese Abweichung ebenfalls
eine Bleichung vom Sollwert am Ausgang des Wandlers, -ale beim Vergleich mit der
Steuerspannung eine von 5 erschiedene Differenzspannung ergibt. Diese von II verschiedene
Differenzspannung bewirkt wieder;l eine Frequenzänderung des Oszillators, und zwar
derart, daß die unerwünschte Abweichung infolge des Selbstr£.eLeffekts ausgeglichen
wird. Auf diese Weise werden negative Einflüsse wie Temperatur und Alterung der
=- - mente des Oszillators kompensiert bzw. unwir:== emacht.
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Die Figur 41 zeigt die Prinzipschaltung eines LC-Oszillators mit Varactor-Diodenabstimmung.
Die Schwingung wird durch den Transistor T erzeugt, wobei die Frequenz der erzeugten
Schwingung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises, bestehend aus den Elementen
L und C, entspricht.
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Die Steuerung der Oszillatorfrequenz erfolgt durch Variation der Kapazität
der Varactordiode D mittels der Steuerspannung (in Sperrichtung).
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Die Oszillatorabstimmschaltung der Figur 40 ist dann nicht optimal,
wenn der Wandler 47 durch negative Einflüsse den Wandlungsgrad verändert. In diesem
Fall würden sich entsprechende Frequenzänderungen ergeben, die auf diese negativen
Einflüsse zurückzuführen sind.
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Weiterhin ist die Oszillatorfrequenz der Signalspannung der Signalquelle
51 proportional. Dies bedeutet für den Oszillatorkreis eine relativ Kleinere Änderung
gegenüber der Frequenzänderung der Eingangsschwingkreise, sofern die Oszillatorfrequenz
gleich der Eingangsfre quenz plus der Zwischenfrequen ist. Dieser Nachteil hat zur
Folge, daß die Schaltung für eine direkte Skaje anzeige ungeeignet ist. Bei -slschen-reauenzänderungen
und gleichen Empfangsfrequenzbereich müßte vielmehr jeweils ein anderes Spannungsverhältnis
der Signaiquelle eingestellt werden.
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Beide Nachteile vermeidet eine Schaltung nach der Figur 42. In dieser
Schaltung wird ein zweiter Wandler 55 zur Erzeugung einer Referenzspannung verwendet,
der über die zweite Steueranordnung 56 die erste Steueranordnung 48
ansteuert.
Der zweite Wandler 55 bewirkt eine Aompensation der negativen Einflüsse. Die zweite
Steueranordnung 56 weist eine bekannte Addierscnaltung 57 auf, die die Spannungen
an den Knoten 58 und 59 addiert und der ersten Steueranordnung 48 zuführt. nährend
am Knoten 58 eine konstante Spannung anliegt, ändert sich die dem Knoten 59 zugeführte
Spannung mit der Schleiferstellung des Potentiometers 60.
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Die Addierschaltun ist so ausgelegt, daß die vom Schleifer des Potentiometers
^ m Eingang der ersten Steueranordnung gelangende verstärkte Spannung der jewelligen
Empfangsfrequenz dr - ängers entspricht, und sie ist außerdem so ausgelegt, daß
die an der Klemme 58 vorhandene Spannung durch die Addierschaltung so verstärkt
wird, daß die am Einr-n der ersten Steueranoranung 48 anliegende Spannung der Zwischenfrequenz
entspricht. Die Addition be - pannungskomponenten am Eingang der ersten Steueranordnung
43 entspricht dann der Oszillatorfrequenz Dies mpfängers. Bei Verwendung von Varactordioden
mit gleicher Kennlinie kann die Steuerspannung für den Oszillator gleichzeitig zur
Steuerung der Varactordioden der Eingangsabstimmkreise verwendet werden. Damit erreicht
man den üblichen Gleichlauf bei entsprechendem Abgleich der Kreiselemente. Die erforderlichen
Wandler
entsprechen beispielsweise den Wandlern der Figuren 31 bis 34.
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Im folgenden werden zunächst die Probleme beschrieben, die bei dem
erforderlichen Frequenz gleichlauf zwischen dem Oszillator und dem Eingangskreis
eines überlagerungsempfängers auftreten, und anschließend wird eine Anordnung nach
der Erfindung angegeben, die diese Probleme löst.
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Um den erforderlichen Gleichlauf zwischen Oszillator und Eingangskreis
zu erzielen, werden verschiedene Lösunyen angewendet. So versucht man beispielsweise
durch einen speziellen Plattenschnitt des Abstimmdrehkondensators den gewünschten
Gleichlauf zu erzielen. Bei elektronischen Abstimmsystemen stehen jedoch keine Varactrdioden
mit speziell angepaßten Sapazitäts-Spannungscharakteristiken zur Verfügung. Aus
diesem Grund wird bei Abstimmsystemen mlt =ractordioden der bekannte Dreipunkt-Gleichlauf
verwendet. Dieser Dreipunkt-Gleichlauf ermöglicht aber einen Gleichlauf optimal
nur in drei Punkten des Frequenzbereichs. Selbst bei exakt gleicher Rennlinie der
Abstimmelemente (Abstimmdioden) ergeben sich Gleichlaufabweichungen, die zu Empfindlichkeitseinbrüchen
innerhalb des Abstimmbereichs führen.
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Hinzu kommt, daß durch Ungleichheit der Kennlinien und Abweichungen
des Kapazitätswertes des Padding-Kondensators zusätzliche Abweichungen entstehen
und damit das Problem verstärken.
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Bei Anwendung der nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
der Figur 43 lassen sich die- durch den Dreipunktgleichlauf bedingten Abweichungen,
die in der Praxis noch viel wesentlicher sind als in der T-~orie, vollständig vermeiden.
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Die Anordnung der Figur 43 besteht aus zwei Frequenz-Regeischleifen.
Die erste Schleife besteht aus dem Wandler 61, der Steueranordnung 62 und dem Empfängeroszillator
63. Die zweite Schleife besteht aus dem Wandler.64, der Steueranordnung 65 und dem
Sample-Oszillator 66. Der weitere Wandler 67 dient als Referenzquelle für die Frequenzsteueranordnung
67. Die Steueranordnungen 62 und 65 besten aus einem Komparator oder Operationsverstärker.
Die -~equenzabstimmanordnung 68 enthält ein Abstimmpotentiometer 69, eine Addierschaltung
70 und eine Verstärkerschaltung 71. Die Verstärkerschaltung 71 besteht aus einem
Operationsverstärker 72 und einem Spannungsteiler 73. Der Empfängeroszillator steuert
die Empfängermischstufe 74 und der Eingangsabstimmkreis 75 ist mit dem Steuereingang
des Sample-
Oszillators 66 verbunden. Eine Referenzsignalquelle
76 steuert die Wandler der Schaltung.
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Die Aufgabe der Schaltung besteht darin, daß zwischen der Oszillatorfrequenz
und der Resonanzfrequenz des Eingangskreises eine konstante Differenzfrequenz, die
gleich der Zwischenfrequenz ist, über den gesamten Empfangsbereich sichergestellt
wird.
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Die Referenzfrequenz wird dem Wandler 61 der ersten Schleife sowie
de~..iandler 67 und dem Wandler 64 der zweiten Schleife zugeführt Wie die Figur
43 zeigt, wird die Referenzfrequenz beiden Eingängen des Referenzwandlers 67 zugeführt.
Beide Eingänge des Referenzwandlers sind miteinander verbunden. Dadurch, daß an
beiden Eingängen des Referenzwandlers das gleiche EIngangssIgna vorhanden ist, entsteht
am Ausgang des Wandlers ein Gleichkomponente, die dem Frequenzverhältnis 1 entspricht.
würde man diese Spannung direkt den Schleifen zu eh-en, so würden sich die Oszillatoren
auf eine Frequenz einstellen, die der Referenzfrequenz entspricht. Die sich jeweils
einstellende Frequenz der Oszillatoren ist gleich der Referenzfrequenz multipliziert
mit dem Verhältnis der jeweiligen
Steuerspannung Ust dividiert
durch die vom Wandler 67 erzeugte Referenzspannung Uref Das Teilerverhältnis des
Potentiometers ist deshalb gleich dem Verhältnis von Empfangsfrequenz zur Referenzfrequenz.
Das bedeutet, daß der Spannung des Schleifers am Potentiometer jeweils die Empfangsfrequenz
zugeordnet werden kann.
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Addiert man zu der Schleiferspannung des Potentiometers eine der Zwischenfrequenz
entsprechende Spannung, so erhält man eine Steuerspannung USt1 am Eingang der Steueranordnung
62, die der Sollfrequenz des Empfängeroszillators entspricht. Dadurch wird diese
Sollfrequenz auch im Oszillator der ersten Schleife erzwungen.
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Das Referenzsignal hat beispielsweise eine Frequenz, die über der
höchsten, dem Wandler 61 zugeführten Oszilllatorfrequenz liegt. Die Signalsp2nnung
ist so zu wählen, daß die ImpulsformersZren der Wandler voll ansprechen. Der Referenzwandler
67 liefert über die Abstimmsteueranordnung 68 die Steterspannung für die erste und
zweite Schleife. Da re e negativen Einflüsse auf alle Wandler gleich angenctn3n
werden können, werden durch die Einfügung des Referenzwandlers 67 die negativen
Einflüsse auf die Oszillatorfrequenz kompensiert. Dies erfolgt unabhängig von der
Spannungs-Frequenzcharakteristik des Empfängeroszillators 63.
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Vom Schleifer des Abstimmpotentiometers 69 wird das der Empfangs frequenz
proportionale Steuersignal Ufe abgenommen und der Verstärkeranordnung 71 zugeführt.
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Das durch die Verstärkeranordnung 71 verstärkte Signal gelangt als
Steuersignal USt2 zum Eingang der Steueranordnung 65 und erzwingt dieser Spannung
entsprechend die Sollfrequenz des Sample-Oszillators 66. Der Mechanismus ist derselbe
wie bei der ersten Schleife. Die sich einstellende Frequenz des Sample-Oszillators
66 ist gleich der Er.p-angsfrequenz multipliziert mit der Verstärkung der Verstärkeranordnung
71.
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WUrde man die Schleiferspannung U dem Eingang der te Steueranordnung
65 direkt zuführen, so würde gleichzeitig mit der Empfängeroszillatorfrequenz (erste
Schleife) in der zweiten Schleife die Empfangsfrequenz erzeugt werden. Dadurch watte
man einen exakten gleichlauf zwischen Oszillator- und Empfangsfrequenz.
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Unter der Voraussetzung, da: er Sple-Oszillator die gleiche Frequenz
Spannungs-Charakteristik wie der Eingangs-Abstinmkreis hat, kann durch Verbinden
der Steuerleitungen Gleichlauf zwischen der Frequenz des Sample-Oszillators und
der Resonanzfrequenz des Eingangs-Abstimmkreises erzielt werden. Da jedoch der Sample-Oszillator
nicht auf der Empfangsfrequenz schwingen soll, wird die Schleiferspannung nicht
unmittelbar
der Steueranordnung 65 zugeführt, sondern verstärkt
über einen Verstärker 71, so daß eine dem Verstärkungsfaktor entsprechende höhere
Frequenz des Sample-Oszillators erzielt wird. Die Spannungs-Frequenzcharakteristik
in bezug auf die relative Frequenzänderung bleibt jedoch erhalten, so daß der Gleichlauf
zwischen der Resonanzfrequenz des Eingangsabstimmkreises und dem Empfängeroszillator
63 erhalten bleibt.
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Nach der Figur 4i wird eine ubereinstimmung der Spannungs-Frequenzcharakteristik
zwischen vingangs-Abstimmkreis und Abstiirreis des Sample-Oszillators dadurch erreicht,
daß Varactordioden 77 und 78 gleicher Charakteristik verwendet werden und daß die
Kapazitäten CPe und CPs in gleicher Relation zu den Kapazitäten der Varactordioden
stehen. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die Kapazität Cs im Vergleich zu den Kapazitätswerten
der Varactordioden sehr groß ist. Eine weitere Bedinang besteht darin, daß das St
Steuersignal für die Varactordioden 77 und 78 gleiche Größe hat. Gleichheit zwischen
den Varactordioden wird am einEachsten dadurch ermöglicht, daß diese sich auf einem
gemeinsamen Halbleiterchip befinden. Die Induktivitäten Le und L 5 sind entsprechend
den Frequenzunterschieden zwischen Sample-Oszillatorfrequenz und der Eingangs-Resonanzfrequenz
unterschiedlich
zu wählen. Anstelle eines Potentiometers 69 kann auch ein digital gesteuerter Spannungsteiler
vorhanden sein.
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Während bei bekannten Gleichlauf schaltungen die Soll-Resonanzfrequenz
des Eingangs-Abstimmkreises (Empfangskreis) von der Empfangs frequenz fe entsprechend
der Gleichlaufkurve 79 der Figur 45 bei den meisten Emprangsfrequenzen abweicht
und keine Abweichung im Idealfall nur in drei Punkten vorhanden ist, weicht die
Gleichlaufkurve 80 bei einer Schaltung der Erfindung entsprechend der gestrichernten
Linie vo Idealfall überhaupt nicht ab.
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Als Wandler können wieder Wandler der Figur 31 bis 34 verwendet werden.
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In der Technik gibt es bekannt1 ch sogenannte Frequenzsynthesizer,
die aus einem Referenzsignal vorgegebener Frequenz diuron zip eine digitale Aufbereitung
- im einfachsten Fall durch Frequenzteiler - ein Signal mit einer gewünschten Frequenz
erzeugen. Infolge der digitalen Aufbereitung entstehen am Ausgang außer der gewünschten
Frequenz eine Vielzahl unerwünschter Störsignale, die für viele Anwendungszwecke
störend sind.
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Die Figur 46 zeigt einen Frequenzsynthesizer nach der Erfindung, der
diese Nachteile vermeidet. Beim Frequenzsynthesizer der Figur 1 bilden der Wandler
82, die Steueranordnung 85 und der Oszillator 86 eine Regelschleife. Die Steueranordnung
der Figur 46 besteht aus einem Komparator oder Operationsverstärker. Der eine Eingang
des Wandlers 82 wird von einer Referenzsignalquelle 82 gespeist, während das zweite
Eingangs signal für den Wandler 82 vom Oszillator 86 geliefert wird.
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Außer dem Wandler 32 ist noch ein zweiter Wandler 83 vorgesehen, dessen
einer Eingang vom Referenzsignal der Referenzsignalquelle 81 und dessen anderer
Eingang von einem geteilten Referenzsignal angesteuert wird, welches vom Frequenzteiler
84 aus dem Referenzsignal gewonnen wird. Die beiden Wandlerausgangssignale werden
an den Eingang des Komparators der Steueranordnung 85 gelegt.
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Beim Frequenzsynthesizer der - 5 46 wird im Oszillator 86 eine Oszillatorfrequer
e erzeugt, die gleich der geteilten Eingangsfrequenz ist. Verwendet man als Oszillator
86 einen LC-Oszillator, so kann durch seinen Resonanzkreis ein von Störungen befreites
Frequenzsignal erzeugt werden, wenn die Resonanzfrequenz des LC-Kreises entsprechend
eingestellt ist. Wird der Schwingkreis
durch die Selbstregelung
des Regelkreises auf die Teilerfrequenz eingestellt, so entsteht als Ausgangssignal
ein Signal mit nur einer Frequenz, nämlich der Teilerfrequenz, welches von allen
Störsignalen befreit ist. Als Wandler können die Wandler der Figuren 31 bis 34 Verwendung
finden.
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Rundfunk- und Fernsehempfänger werden heute bekanntlich durch eine
Fernsteuerung bedient, die im allgemeinen einen relativ komplexen Aufbau aufweisen.
Die Figur 47 zeigt eine Fernsteuerschaltung nach der Erfindung, die sich mit einfachen
blitteln realisieren läßt.
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Die Figur 47 zeigt eine Fernsteuerschaltung nach der Erfindung. Diese
Fernsteuerschaltung weist eine Schleife fe auf, die aus dem Wandler 87, der Steueranordnung
88 und dem Oszillator 89 besteht. Dem Wandler 87 wird an seinem einen Eingang das
vom programmierbaren Frequenzteiler 92 geteilte Re e~~ zs-:nal der Referenzsignalquelle
90 zugeführt. Das Ausrangssignal des Wandlers 91 wird dem Eingang der Steueranordnung
88 zugeführt. Die Frequenz schleife bewirkt, daß sich am Ausgang des Oszillators
89 ein Signal einstellt, dessen Frequenz gleich der Ausgangsfrequenz des Frequenzteilers
92 ist. Diese Frequenz kann über die Signalquelle
93 der Steueranordnung
88 frequenzmoduliert werden.
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Die Steueranordnung 88 weist neben der Signalquelle noch einen Komparator
oder Operationsverstärker auf, an dessen Eingang neben dem Signal der Signalquelle
93 noch das Ausgangssignal des Wandler 87 gelegt wird.
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Die Signalquelle 93 wird vom Ausgangssignal eines Wandlers 91 angesteuert,
der zwar die gleichen Eigenschaften wie der Wandler 87, jedoch eine andere Aufgabe
als der erste Wandler 87 hat. Der Wandler 91 wird von der Referenzsignalquelle 90
angesteuert, und zwar wird das Referenzsignal den beiden Eingängen des Wandlers
91 zuD=~:ihrt.
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Die Oszillatorfrequenz kann über die Signalquelle 93 frequenzmoduliert
werden. Das Ausgangssignal des Oszillators steuert den nachfolgenden Sender 94,
der das modulierte Signal überträgt. Mittels des Frequenzteilers 92 kann durch entsprechende
Programmierung der tibertragungskanal und -. ~~e-s das Frequenzmodulationssignals
der Befehl übertragen werden. Als Wandler können die Wandler der Figuren 31 bis
34 Verwendung finden.
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