DE2317584A1 - Vorrichtung zur umwandlung von numerischen informationen in analoge informationen - Google Patents
Vorrichtung zur umwandlung von numerischen informationen in analoge informationenInfo
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Description
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5. April 1973
Gaston Joseph DRUSCH
38, Avenue Douglas Haig 78 VERSAILLES, Yvelines Prankreich
38, Avenue Douglas Haig 78 VERSAILLES, Yvelines Prankreich
Vorrichtung zur Umwandlung von numerischen Informationen
in analoge Informationen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umwandeln von numerischen,
vorzugsweise digitalen, einen Ausdruck darstellenden Informationen in analoge Informationen in Form einer Wechselspannung,
insbesondere Digital—Analogwandler. Ein besonderes Anwendungsgebiet findet die vorliegende Erfindung bei Anschluß
an den Ausgang eines numerischen Rechners, wo man eine Zahl in einer Binärform erhält; der erfindungsgemSRe Wandler erlaubt es,
diese BinSrform in eine proportionale Wechselspannung umzuwandeln.
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Auf diesem Gebiet der Technik und zur Durchführung einer solchen Transformation sind schon zahlreiche Vorrichtungen bekannt.
Allerdings sind die bekannten Vorrichtungen und Geräte in ihrer Konzeption und ihrem Aufbau relativ kompliziert,
sie sind sehr kostspielig, während ihre Genauigkeit im allgemeinen nur als mittelmäßig angesehen werden kann.
Der vorliegenden Erfindur-r liegt daher die Aufgabe zugrunde,
die Nachteile bekannter Vorrichtungen zu vermeiden und einen besonders einfachen, genauen und preiswerten Digital-Analogwandler
zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von der eingangs genannten Vorrichtung und besteht erfindungsgemäß darin,
daß eine der Anzahl der numerischen Informationen entsprechende Anzahl von Elementarzellen vorgesehen sind, die jeweils
eine einer gegebenen Bewertung entsprechende, numerische Information erhalten und daraufhin eine analoge, der numerischen
Bewertung proportionale Ausgangswechselspannung liefern,derart, daß die Kombination dieser Spannungen zwisehen ihnen und den
zusammengesetzten Werten unterschiedlich ist und daß die Ausgänge der Zellen in Reihe auf eine gemeinsame Leitung geschaltet
sind, so daß auf dieser Leitung eine den numerischen
abAusdruck bildende analoge Wechselspannung erscheint.
Jede, in ihrer Gesamtheit den erfindungsgemäßen Analog-Digital-Wandler
bildenden Zellen erzeugt also an ihrem Ausgang einen Ausgangsstrom jeweils eines unterschiedlichen Werts, wobei
diese Werte so beschaffen sind, daß die Kombination derselben gleichermaßen unterschiedlich ist untereinander und zu den
zusammengesetzten Werten.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der ünteranSprüche
und in diesen niedergelegt.
Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung anhand der Figuren im einzelnen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Systemschaltung,
die den erfindungsgemäßen Digital-Analogwandler enthält,
Fig. 2 zeigt genauer die Verbindungsleitungen bei dem Blockschaltbild der Fig. 1,
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Teilbereichs des in Fig. 2 dargestellten Wandlers, nämlich
die Schaltung einer Elementarzelle,
Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Wandlers der Fig. 2,
Fig. 5 ist ein Schnitt des magnetischen Schaltkreises des Wandlers entsprechend der Darstellung der
Fig. 4, die
Fig. 6
und 7 zeigen weitere unterschiedliche Ausführungsbeispiele zum Aufbau einer der Fig. 3 entsprechenden
Elementarzelle, während die
Fig. 8 in schematischer Weise den Schaltungseinbau des
erfindungsgemäßen Wandlers in eine diesen anwendende
Systemschaltung zeigt.
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In Fig. 1 ist in sehr schematischer Darstellung eine von dem
erfindungsgemäßen Digital-Analogwandler Gebrauch machende Anordnung
dargestellt. Der mit dem Bezugszeichen 10 versehene Wandler empfängt seine digitalen oder numerischen Informationen
von einer Vorrichtung 11 mit numerischem Ausgang, beispielsweise von einem Rechner und übergibt analoge Informationen
einem Analogempfänger 12. Eine WechselSpannungsquelle 13 gestattet
die Stromversorgung des Wandlers 10 mit geeigneten Spannungen.
Fig. 2 zeigt den Wandler 10 in der Form eines Digital-Analogwandlers
mit fünf Elementen oder Bits, die die Bewertungen im Verhältnis 2"1, 2°, 21, 22 und 23 haben, d.h. daß der Wandler
fünf Zellen 14 - 18 auf v/eist, die diesen verschiedenen Bewertungen
entsprechen. Die Anzahl der Informationselemente,
die dieser Wandler behandeln kann, ist im vorliegenden Fall gleich 5 gewählt worden, es kann aber auch offensichtlich eine
viel größere Zahl ins Auge gefaßt v?erden, ebenso kann das Verhältnis unter den Bits zu dem angezeigten unterschiedlich
sein, es genügt, wenn die Bits unterschiedliche Bewertungen haben und so beschaffen sind, daß ihre Kombinationen gleichermaßen
untereinander unterschiedlich sind und unterschiedlich zu zusammengesetzten Werten.
Der Signal-teingang a jeder der Zellen ist über eine Leitung
mit einem Ausgang s des Rechners 11 verbunden, dabei sind die Klemmen b und c zur Stromversorgung mit der Wechselspannungsquelle
13 verbunden. Die Ausgangsklemmen d und e jeder Zelle sind über eine Doppelleitung 20, 21 in Reihe und mit dem
Empfänger 12 geschaltet.
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Wie weiter vorn schon ausgeführt, entspricht jede Zelle beispielsweise
den Bewertungen im Verhältnis 2~ , 2 , 2 , 2 und 2 , d.h. daß gemäß einem Merkmal der Erfindung die/an ihrem
Eingang a ein Ober die Leitung 19 vom Rechner stammendes Signal empfängt an Ähren Ausgangsklemmen d und e eine zu der Quelle
13 synchrone und in Phase liegende Wechselspannung abgibt, die der Bewertung proportional ist. Wenn im Gegensatz hierzu
von dem Rechner am Eingang a einer Zelle ein Signal Null anliegt, dann liefert diese an ihrem Ausgang eine synchrone und
der Phase der Quelle 13 entgegengesetzte Wechselspannung, proportional
zu der Bewertung. Bei dem im folgenden noch genauer beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Proportionalitätskoeffizient
gleich 1 und die Ausgangsspannungen der Zellen 14 - 18 entsprechen: 0,5-1-2-4-8 volt,
entweder in Phase oder in Gegenphase, je nachdem ob der zugeordnete Ausgang des Rechners 11 sich im Zustand 1 oder im
Zustand Null befindet.
Die geometrische Summe der Wechselspannungen auf der Leitung
20, 21, deren Spannung von dem Empfänger 12 aufgenommen wird, ist daher ein Abbild der am Ausgang des Rechners 11 auftretenden
digital oder numerischen Zahl oder allgemeiner gesagt, ein Abbild einer an einem beliebigen einen numerischen oder
digitalen Ausgang aufveisenden Vorrichtung erscheinenden
numerischen oder digitalen Größe.
Die weiter unten aufgeführte Tabelle gibt Beispiele an von Spannungen, die für unterschiedliche, in den Wandler eintretende
Informationen gewonnen werden, üblicherweise wird man
sagen, daß diese Spannung positiv ist, wenn sie mit der Quelle 13 in Phase ist und man wird sagen, daß sie negativ ist, wenn
sie mit der Quelle 13 in Gegenphase ist.
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■ | Zelle 18 |
Zelle 17 |
Zelle 16 |
Zelle 15 |
Zelle 14 |
r-f & (C N t-f ta ε •Η N Oi G |
0 | Ausgangs spannung auf der" Leituncr 21, 22 |
/27 | ||||||||
/8/ | Zi/ | 0 | UJ | /0,5/ | 1 | -15,5 | ||
0 | -2 | 0 | 2 | -14,5 | ||||
Eingehende Digitalzahl |
0 | -4 | 0 -2 |
-1 | O | 15 | -13,5 | |
Entsprechen de Ausgangs spannung |
-8 | 0 -4 |
0 -2 |
0 -1 |
-0,5 | 27 | - O,5 | |
I | 0 -8 |
0 -4 |
1 +2 |
1 +1 |
1 +0,5 |
31 | +11,5 | |
0 -8 |
1 +4 |
O -2 |
1 +1 |
0 -0,5 |
+15,5 | |||
0 -8 |
1 +4 |
1 +2 |
1 +1 |
1 +0,5 |
||||
1 +8 |
1 +4 |
1 +1 |
1 +0,5 |
|||||
1 +8 |
1 +0,5 |
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In der Tabelle sind die unterschiedlichen Zellen mit ihren entsprechenden Bewertungen aufgeführt, sowie Beispiele für
fünf binäre Digitalzahlen, die in die verschiedenen Zellen des Wandlers eintreten, dabei sind die entsprechenden erhaltenen
Spannungen angegeben sowie die fünf Spannungen, die man insgesamt als Ergebnis der Wandlung auf der Leitung 20,
21 erhält und die in dem als Zähler ausgebildeten Empfänger 12 gelesen v/erden. Die der jeweiligen angegebenen binären
Digitalzahl entsprechende Dezimalzahl ist ebenfalls angeschrieben .
In Fig.3 ist eine der in Fig. 2 gezeigten ElementarzeIlen
14 - 18 genauer dargestellt, man erkennt in Fig. 3 den Steuereingang a, die Klemmen b und c für die Wechselstromversorgung
sowie die Ausgangsklemmen d und e.
Die Versorgungsklemmen b und c bilden den Sekundärteil eines
Transformators 22, dessen Primärteil über Klemmen 23, 24 mit einer Wechselspannungsquelle verbunden ist. Allerdings können
auch die Klemmen b und c in gleicher Weise die Anschlußklemmen eines Versorgungsnetzes darstellen. Die Klemme b ist mit der
Mittelanzapfung M des PrimMrteils eines Transformators 25 ver
bunden, dessen Sekundärteil die beiden Anschlußklemmen d und e des Zellenausgangs umfaßt. Der Wandler weist weiterhin noch
mehrere sogenannte Triacs 1Jl, T2, T3 und T4 auf.
Diese Triacs sind in beiden Richtungen leitende Thyristoren,
die eine Steuerelektrode aufweisen, die die Auslösung eines Stromdurchganges in der einen Richtung oder der anderen er
laubt, dabei bleibt der Triac dann leitend,bis der ihn durchfließende
Strom zu Null wird.
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Die Triacs τΐ - T4 sind jeweils mit ihrer Kathode an die Anschlußklemme
c der WechselSpannungsquelle angeschlossen. Die Anoden der Triacs Tl und T4 sind mit den beiden Anschlußklemmen
26 und 27 des Transformators 25 jeweils verbunden, während die Anoden der Triacs T2 und T3 über kalibrierte Widerstände
r2 und r3 mit den beiden Anschlußklemmen 27 und 26 verbunden
sind. Die Steuerelektroden der Triacs Tl und T3 sind mit den jeweiligen Anoden der Triacs T2 und T3 über antiparallel geschaltete
Diodenbrücken Dl, D2 bzw.D3, D4 verbunden, derart, daß diese Elektroden jeweils ausgehend von den Anschlußklemmen
27 und 26 des Transformators 25 über eine Diodenbrücke und einen Widerstand versorgt werden.
Die Steuerelektrode des Triacs T2 ist direkt mit der Steuerklemme
a verbunden, während die Steuerelektrode des Triacs T3 mit dieser Klemme über einen Inverter oder eine "Nicht"-Schaltung
2 9 verbunden ist, derart, daß ein an der Steuerklemme a anliegendes Signal die Steuerelektrode des Triacs T2 direkt
beaufschlagt, während der Komplementärwert dieses Signals die Steuerelektrode des Triacs T3 beaufschlagt.
Die Wirkungsweise der in Fig. 3 dargestellten Elementarzelle ist wie folgt:
Die Versorgungswechselspannung wird an den Klemmen b und c zugeführt.
Der in Phase liegende Triac T^ bewirkt dann, sofern
er leitend ist, das Auftreten einer Wechselspannung an den Klemmen d und e des Sekundärteils des Transformators 25. Diese
Spannung hat eine von der an den Klemmen b unc anliegenden Wechselspannung bestimmte Amplitude, weiterhin ist diese Amplitude
bestimmt durch das Transformationsverhältnis des Transformators 25.
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Will man beispielsweise für eine Zelle mit der binären Wertung P von 1 Volt, d.h. für die Zelle 15 der Fig. 2 eine Wechselspannung
von 1 Volt Wirkspannung zwischen den Ausgangsklemmen d und e haben, dann bestimmt man dafür das Verhältnis der
Transformatoren 22 und 25 in einer Weise, daß man eine solche Spannung an den Klemmen d und e abgebildet erhält. Da den
Klemmen b und c sämtlicher Zellen der Fig. 2 eine konstante Versorgungsspannung, die beim Ausführungsbeispiel gleich 110 volt
ist, zugeführt wird, ist lediglich noch das Transformationsverhältnis des Transformators 25 zu bestimmen.
Ist der Triac Tl für die Gegenphase leitend, dann erhält man
an den Klemmen d und e eine Spannung der gleichen Amplitude, jedoch mit entgegengesetzter Phase. Dies ist deshalb richtig,
weil die Klemme c an die Mittelanzapfung M des Primärteils des Transformators 25 angeschlossen ist.
Man sieht somit, daß dann, wenn der Triac T.4 leitend ist, die Anschlußklemmen b und 27 im wesentlichen die gleiche Polarität
haben, d.h. daß zwischen diesen Klemmen die Spannung gleich Null ist, während zwischen den Klemmen 26 und 27 bzw. 26 und b
eine Wechselspannung auftritt, die gleich ist der doppelten Versorgungsspannung zwischen den Klemmen b und c, was die einwandfreie
Versorgung der Steuerelektrode des Triacs T.4 über den Widerstand R 3 und die Diodenbrücke R3, D;4 sicherstellt.
Die Steuerung der in Fig. 3 gezeigten Zelle gewinnt man durch Anlegen eines Steuersignals an die Klemme a. Dabei gilt folgende
Übereinkunft: an die Klemme a wird ein Signal mit dem Niveau 0 (Binärzustand 0) angelegt, wenn der entsprechende Ausgang
s des Rechners 11 im Zustand 0 ist, im Gegensatz dazu wird ein Steuersignal des Niveaus 1 (Binärzustand l) angelegt, wenn
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der entsprechende Ausgang des Rechners 11 sich im Zustand 1 befindet.
Das an den Steuereingang a angelegte Steuersignal findet sich einerseits wieder am Hilf striae τ:2 und andererseits am Hilfs~
triac T3 nach Passieren der Inverterschaltung 29.
Das Anlegen eines Signals mit dem Zustand 1 an die Klemme a bewirkt
das Leitendwerden des Triacs T2. Aufgrund dieses Umstands erhält die Steuerelektrode des Triacs Tl die Spannung Null und
der Triac T.l bleibt gesperrt.
Da aufgrund der Inverterschaltung 29 die Steuerelektrode des Triacs T.3 in diesem Momemt ebenfalls das Steuersignal Null erhält,
leitet dieser Triac T.3 (im Gegensatz zum Hilf striae T.2) ebenfalls nicht.
Der durch den Widerstand R2 fließende Strom läßt zwischen der
Klemme 26 des Transformators 25 und der Klemme b eine Spannung erscheinen, aufgrund welcher zwischen der Klemme 26 über den
Widerstand R3 und die Diodenbrücke 03, D.4 und die Steuerelektrode
des Triacs T.4 ein Strom fließt, so daß dieser Triac T.4 leitend wird.
Im Gegensatz dazu bewirkt das Anlegen eines Signals des Niveaus 0 an die Klemme a das Auftreten eines Signals mit dem
Niveau 1 an der Steuerelektrode des Triacs T.3 , der aufgrund dieses Umstands leitend wird, so daß der Steuerstrom über die
Steuerelektrode des Triacs T4 zu Null wird. Der Triac T.4
sperrt dann, so daß auch der ihn durchfließende Strom zu Null wird. Aufgrund des Sperrens des Triacs τ4 und aufgrund des
durch den leitenden Zustand des Triacs T.3 möglichen Stromflusses
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durch den Widerstand R3, erscheint zwischen der Klemme 27 des
Transformators 25 und der Klemme b eine Spannung, die zwischen der Klemme 27 und durch den Widerstand f*2 über die Diodenbrücke
Dl, D2 zur Steuerelektrode des Triacs Tl einen Strom treibt, der dadurch leitend wird.
Zusammengefaßt ergibt sich also folgendes Schaltverhalten; der
Triac T4 leitet, wenn das Steuersignal an der Klemme a das
Niveau 1 hat und der Triac Tl leitet, wenn das Steuersignal an
der Klemme a das Niveau Null hat, wobei der übergang des leitenden
Zustandes von dem einen zum anderen Triac dann erfolgt, wenn der sie durchfließende Strom selbst zu Null wird, wobei
aufgrund der Schaltung selbstverständlich eine Verriegelung insoweit sichergestellt ist, wie ersichtlich, daß die beiden
Triacs auf keinen Fall zur gleichen Zeit leitend sein können.
Auf diese Weise gelangt man zu einer Elementarzelle,die eine
Spannung von P volt in Phase dann liefert, wenn sich das Steuersignal
auf dem Niveau 1 befindet und eine Spannung von P volt in Gegenphase, wenn sich das Steuersignal bzw. der Steuerstrom
auf dem Niveau Null befindet, d.h. mit anderen Worten, daß der Ausgang der Elementarzelle in Fig. 3 beim Steuereingang "I +P
und beim Steuereingang O -P beträgt.
Weiter oben ist schon ausgeführt worden, daß die Bewertung P der in Fig. 3 dargestellten Zelle einem Wert von 1 ^olt entspricht.
Es ist offensichtlich, daß man durch geeignete Wahl des Transformatorverhältnisses
25 und evtl. des Transformators 22 jeden beliebigen Wert erhalten kann. Insbesondere kann man mit Hilfe
der fünf in Fig. 2 dargestellten Zellen 14 - 18, wobei jede
dieser Zellen der soeben mit Bezug auf Fig. 3 ausführlich geschilderten
Zelle entspricht, erreichen, daß die Ausgangs-
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spannungen an den verschiedenen Zellen den Werten 0,5-1 - 2 - 4 - 8 \plt entsprechen, jeweils mit dem Vorzeichen +
oder -, und zwar hier entsprechend dem Ausgang des Rechners 11, mit welchem die Elementarzelle verbunden ist, d.h. je
nachdem, ob der Ausgang des Rechners den Wert 1 oder den Wert hat, wie dies schon bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 angegeben
worden ist.
Bezieht man sich nunmehr zur gleichen Zeit auf die Ausführungsbeispiele der Fig. 2 und 3, dann scheint es so, daß man so
viele Versorgungstransformatoren 22 sowie Ausgangstransformatoren 25 haben muß, wie in dem Schema der Fig. 2 Elementarzellen
angegeben sind, ein solches Ausführungsbeispiel würde im Grunde auf eine umfangreiche und schwere, auch kostspielige
Konstruktion hinauslaufen, wohirtgecren das im folgende beschriebene
Ausführungsbeisniel der Fig. 4 einen kompakteren und einfacheren Aufbau ermöglicht.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.4 sind lediglich drei Elementarzellen
dargestellt, die beispielsweise den Elementarzellen 15, 16 und 17 der Fig. 2 entsprechen. Jede dieser
Zellen weist wie bei der Schaltung der Fig. 3 die beiden Schaltkreise mit den Triacs Tl, T2 einerseits und T3, T.4 andererseits
auf, die ausgehend von der Eingangsklemme a und der Inverterschaltung 29 gesteuert sind.
Die Besonderheit dieser Schaltung liegt hauptsächlich in dem Aufbau des Ausgangstransformators, der die Rolle des Transformators
25 der Fig. 3 spielt. Der mit dem Bezugszeichen 30 versehene Ausgangstransformator v/eist eine einzige Sekundärwicklung
31 auf, die mit dem Empfänger 12 verbunden ist, sowie drei Magnetkreise, die jeweils eine Primärwicklung umfassen,
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deren Anschlußklemmen mit den entsprechenden Triacs der Fig.3
verbunden sind. Jeder Primärmagnetkreis weist daher jeweils eine Wicklung 32 bzw. 33 oder 34 auf, sowie eine Mittelanzapfung
M, dabei haben sämtliche Wicklungen die gleiche Anzahl von Windungen. Die Abschnitte der Magnetkreise befinden
sich im Verhältnis 1, 2 und 4, je nachdem, ob es sich um die Zellen 15, 16 und 17 mit dem Bewertungen 1, 2 und 4
handelt.
Der an die Quelle 13 angeschlossene Versorgungstransformator erfüllt hier die gleiche Aufgabe wie der Transformator 22
der Fig. 3 und ist mit dem Bezugszeichen 35 versehen. Er weist eine einzige Primärwicklung und eine Sekundärwicklung
auf, die mehrere Anschlüsse 36, 37 und 38 umfaßt, wobei die Anschlußklemme 39 der Sekundärwicklung mit sämtlichen Anoden
der Triacs,wie auch schon in Fig. 3 gezeigt, verbunden ist.
Der Anschluß 36 entspricht dabei der zweiten normalen Anschlußklemme
des Sekundärteils des Transformators, während der Anschluß 37 sich etwa in der Mitte der Sekundärwicklung
als Anzapfung befindet, und der Anschluß 38 ausgeh"ervon der
Anschlußklemme 39 etwa ein Viertel der Sekundärwicklung umfaßt; die Anschlüsse 36, 37 und 38 sind dann jeweils mit
den Mitte!anzapfungen M der Primärwicklungen 32, 33 und 34
verbunden in einer Weise, daß die Zelle 17 mit der Bewertung von der gesamten zwischen den Klemmen 36 und 39 auftretenden
Spannung gespeist wird, die Zelle 16 mit der Bewertung 2 wird von der halben Spannung und die Zelle 15 mit der Bewertung 1
wird mit dem vierten Teil immer der gleichen Spannung des Speisetransformators gespeist.
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Auf diese Weise gelingt es, zu einem Aufbau zu gelangen, der eine beliebige Anzahl von Zellen unterschiedlicher Bewertung
aufweist, wobei eine einzige Ausgangssekundärwicklung und verschiedene Primärwicklungen verwendet werden, die jeweils
die gleiche Anzahl von Windungen auf v/eisen, jedoch auf unterschiedliche Weise gespeist werden, es gelingt dadurch,die
magnetischen Schaltkreise des Wandlers in entscheidendem Maße zu reduzieren und zu vereinfachen.
Fig. 5 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Ausgangstransformators
der Anordnung, bei welchem sich die Abschnitte der unterschiedlichen, mit den Bezugszeichen 4O, 41
und 42 versehenen magnetischen Kreise im Verhältnis 1,2, 4 befinden, d.h. im Bewertungsverhältnis der unterschiedlichen
Zellen 15, 16 und 17.
In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer schon mit Bezug auf Fig. 3 genauer beschriebenen Elementarzelle
dargestellt. Sämtliche Schaltungskomponenten und die Arbeltsweise sind identisch mit Ausnahme des Umstandes, daß
der Triac Tl durch zwei Thyristoren T:5 und T.6 und der Triac
T4 durch zwei Thyristoren £7 und T8 ersetzt worden ist. Die den Triac Tl ersetzende Gruppe von Thyristoren τ.5 und i>.6
sind gegenüberliegend geschaltet, jedoch so wie aus der Zeichnung ersichtlich, d. h. die Kathode des einen Thristors
liegt an der Anode des anderen und die Kathode des anderen an der Anode des einen. Die Steuerelektrode jedes Thyristors
wird von einer getrennten Sekundärwicklung eines Hilfstransformators
43 versorgt, dessen Primärwicklung parallel zum Triac T-2 geschaltet ist. In gleicher Weise ist die
Thyristorengruppe τ7, τ8, die den Triac T4 ersetzt, geschaltet.
Die Steuerelektrode jedes Thyristors wird von
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einem getrennten Sekundärteil des Hilfstransformators 44
versorgt-, dessen irimärteil im Nebenschluß zu dem Triac T.3
liegt.
In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Elementarschaltkreises
der Zelle der Fig. 3 dargestellt, bei welchem anstelle der Verwendung der Hilfstriacs T.2 und T.3 Transistorschaltungen
T;2 und T.3 verwendet sind. Mit Ausnahme dieser
weiter unten noch genauer erläuterten Schaltungen ist der Rest der Schaltung mit dem der Fig. 3 identisch.
Die Schaltung T12 umfaßt einen Transistor τ 9 vom NPN-Typ
und einen Transistor TlO vom PNP-Typ, deren Kollektoren jeweils über Dioden D5 bzw. D6 mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt
gleichzeitig noch des Widerstandes R2 und der Diodenbrücke Di, D"2 verbunden sind. Die Emitter der Transistoren
Tg und Tlo sind direkt an die Klemme b angeschlossen,
während die Basis des Transistors T.9 über einen Widerstand R4 mit dem Steue ran Schluß a und die Basis des Transistors i>lO
einmal über einen Widerstand R 5 mit einer negativen Hilfsspannungsquelle
F von -10 Volt und zum anderen über einen Widerstand R6 mit dem Ausgang des Inverterschaltkreises 29
verbunden ist.
Der Aufbau der Schaltung τ»3 ist zu dem Aufbau der Schaltung
T12 symmetrisch und umfaßt einen Transistor jll vom NPN-Typ
und einen Transistor T12 vom PNP-Typ, deren Kollektoren über DiodenD7 bzw. D8 mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt
mit dem Widerstand $3 und der Diodenbrücke d3, d4 verbunden
sind. Die Emitter der Transistoren «pll und τ-12 sind direkt
an die Klemme b angeschlossen, während die Basis des Transistors TIl über einen Widerstand R7 mit dem Ausgang des
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Inverterschaltkreises 29 und die Basis des Transistors 12
einmal über einen Widerstand R*8 mit der Spannungsguelle F
und andererseits über einen Widerstand R 9 mit der Steuerklemme a verbunden ist.
Die Wirkungsweise der in Fig. 7 dargestellten Elementarzelle
ist wie folgt: die Versorgungswechselspannung wird zwischen den Klemmen b und c wie üblich angelegt. Der in Phase liegende
Triac T4 führt, wenn er leitend ist, zum Auftreten einer Wechselspannung an den Klemmen d und e des Sekundärteils des
Transformators 25. Diese Spannung hat eine Amplitude, die bestimmt ist von der Versorgungsspannung an den Klemmen b und c
sowie von dem Transformationsverhältnis des Transformators Ist im Gegensatz dazu der im Ge ,Jitakt liegende Triac Tl
an
leitend, dann gewinnt man den Klemmen d und e eine Spannung der gleichen Amplitude, jedoch von entgegengesetzter Phase. Dies ist deshalb richtig, v/eil aufgrund des getroffenen Aufbaus die Klemme c mit der Mittelanzapfung M des Primärteils des Transformators 25 verbunden ist. Die Steuerung der Zelle gewinnt man durch Anlegen eines Steuersignals an die Klemme a. Hat dieses Signal das Niveau 1, dann führt dies zu dem Leitendwerden der Transistoren T9 und TlO, gleichzeitig zum Sperren der Transistoren TIl und T12.
leitend, dann gewinnt man den Klemmen d und e eine Spannung der gleichen Amplitude, jedoch von entgegengesetzter Phase. Dies ist deshalb richtig, v/eil aufgrund des getroffenen Aufbaus die Klemme c mit der Mittelanzapfung M des Primärteils des Transformators 25 verbunden ist. Die Steuerung der Zelle gewinnt man durch Anlegen eines Steuersignals an die Klemme a. Hat dieses Signal das Niveau 1, dann führt dies zu dem Leitendwerden der Transistoren T9 und TlO, gleichzeitig zum Sperren der Transistoren TIl und T12.
Tatsächlich versorgt ein an die Klemme a angelegtes positives
Signal die Basis des Transistors T.9 über den Widerst-and T4,
wobei dieses gleiche Signal am Ausgang der Inverterschaltung 29 ein Niveau 0 hervorruft. Die Basis des Transistors TlO
ist dann voll mit der negativen Versorgungsspannung F (-10 Volt) verbunden. Zur gleichen Zeit bestimmt eine positive,
an die Klemme a angelegte Spannung ein positives Potential an der Basis des Transistors '£12, während die Spannung Null am
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Ausgang der Inverterschaltung 29 ein negatives Potential an der Basis des Transistors TlI vorgibt. Aufgrund dieses Umstände
s sind die Transistoren TlI und τ12 blockiert und
sperren. Die Transistoren τ9 und ^10 sind leitend, wodurch die Steuerelektrode des Trlacs Tl nicht mit Spannung versorgt wird und dieser Triac sperrt. Im Gegensatz dazu sind die Transistoren TIl und T.12 gesperrt und die Steuerelektrode des Triacs T4 wird über den Widerstand T2 und die leitenden Dioden D3 und D4 von dem Potential gespeist, welches an der Klemme 26 des Transformators 25 verfügbar ist. Das Anlegen eines Eingangssignals mit dem Wert 0 an die Steuerklemme a
bewirkt das Umkippen der gesamten Schaltung,die Wirkungsweise dieser Schaltung ist im übrigen identisch zu der, die schon mit Bezug auf die Fig. 3 erläutert worden ist.
sperren. Die Transistoren τ9 und ^10 sind leitend, wodurch die Steuerelektrode des Trlacs Tl nicht mit Spannung versorgt wird und dieser Triac sperrt. Im Gegensatz dazu sind die Transistoren TIl und T.12 gesperrt und die Steuerelektrode des Triacs T4 wird über den Widerstand T2 und die leitenden Dioden D3 und D4 von dem Potential gespeist, welches an der Klemme 26 des Transformators 25 verfügbar ist. Das Anlegen eines Eingangssignals mit dem Wert 0 an die Steuerklemme a
bewirkt das Umkippen der gesamten Schaltung,die Wirkungsweise dieser Schaltung ist im übrigen identisch zu der, die schon mit Bezug auf die Fig. 3 erläutert worden ist.
In Fig. 8 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Digital-Analogwandlers
10 nach der Erfindung dargestellt. Bei
diesem Ausfihrungsbeispiel versucht man, am Eingang des Analogempfängers 12 eine Spannung zu erhalten, die sich zwischen
0 und einer anwachsenden Spannung ändert, in der Weise, daß die Spannung 0 der Binärzahl 0 entspricht, die von dem Rechner 11 kommt und daß die anwachsenden Spannungen ausgehend von
0 den anwachsenden Binärzahlen entsprechen.
diesem Ausfihrungsbeispiel versucht man, am Eingang des Analogempfängers 12 eine Spannung zu erhalten, die sich zwischen
0 und einer anwachsenden Spannung ändert, in der Weise, daß die Spannung 0 der Binärzahl 0 entspricht, die von dem Rechner 11 kommt und daß die anwachsenden Spannungen ausgehend von
0 den anwachsenden Binärzahlen entsprechen.
Zu diesem Zweck bestimmt man die Transformatoren jeder Elementarzelle
in einer Weise, daß die größte, von dem Rechner 11 kommende Binärzahl, d.h. die Summe der verschiedenen Bits
genau dem Wert der Spannung Ul entspricht, die von der
Wechselspannungsversorgungsquelle 13 geliefert wird. Man erhält dann an den Ausgangsklemmen d, e des Wandlers 10 eine
Wechselspannungsversorgungsquelle 13 geliefert wird. Man erhält dann an den Ausgangsklemmen d, e des Wandlers 10 eine
- 18 -
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5. April 1973 j# -
in Phase oder in Gegenphase mit der Wechselspannung Ul der Quelle 13 liegende Spannung«
Dann verbindet man die Ausgangsklemne d n±t der Eingangsklemme c, wie Fig. 8 zeigt. Man gewinnt auf diese Weise
zwischen der Ausgangsklemme e und der Eingangsklemme b die
geometrische Summe der Versorgungsspannung, die von der
Wechsel Spannungsquelle 13 geliefert wird und der Ausgangsspannung
des Wandlers 10. Diese Spannung wird direkt an die Klemmen g und h des Empfängers angelegt und man erhält
dort eine zwischen 0 und 2 Ul sich ändernde Spannung, und zwar proportional zu der am binären Steuerausgang des Rechners
11 dargestellten Zahl,
Auf diese Weise kann man jede Art von Spannungskombinationen zwischen der Quelle 13 und dem Wandlerausgang 10 realisieren,
um am Eingang des Empfängers 12 eine We'ch sei spannung zu erhalten,
die sich unter dem Einfluß der numerischen Ausgangssteuerung des Rechners 11 zwischen willkürlich ausgewählten
Grenzen ändert.
Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt ist und insbesondere
bei der Art der verwendeten Schaltungselemente auch Variationen und Modifikationen möglich sind, ohne daß der
erfindungsgemäße Rahmen verlassen wird.
309842/1115
Claims (1)
- a - 1495. April 1973Neue Patentansprüche;Vorrichtung zum Umwandeln von numerischen, vorzugsweise digitalen, einen Ausdruck darstellenden Informationen in analoge Informationen in Form einer Wechselspannung, insbesondere Digital —Analogwandler, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzahl der numerischen Informationen entsprechende Anzahl von Elementarzellen (14, 15, 16, 17, 18) vorgesehen sind, die jeweils eine einer gegebenen Bewertung entsprechende numerische Information erhalten und daraufhin eine analoge, der numerischen Bewertung proportionale Ausgangswechselspannung liefern, derart, daß die Kombination dieser Spannungen zwischen ihnen und den zusammengesetzten Werten unterschiedlich ist, und daß die Ausgänge (d, e) der Zellen in Reihe auf eine gemeinsame Leitung (21, 20) geschaltet sind, so daß auf dieser Leitung eine den numerischen Ausdruck abbildende analoge VJechsel spannung erscheint.2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die numerischen Informationen in zwei Zuständen befinden, daß jede Elementarzelle (14, 15, 16, 17, 18) zwei Versorgungsklemmen (b, c) und einen Ausgangstransformator (25) mit einem Sekundärteil mit zwei Klemmen (d, e) und einer Primärwicklung aufweist, daß die Primärwicklung des Ausgangs-.transformators (25) eine mit einer der Versorgungsklemmendie (p) verbundene Mittelanzapfung (M) aufweist, daß andere Versorgung sklemme (b) an eine Umkehrschaltung (τΐ f Τ4) gelegt ist, die die Spannung dieser Versorgungsklemme (b) an die309842/1 115 " 2 "A 40 110 ma - 149 l05. April 1973 *v -Jt -eine (27) oder die andere (26) der Anschlußklemmen des Primärteils des Ausgangstransformators (25) legt, dessen Transformationsverhältnis der Bewertung einer darzustellenden numerischen Information entspricht.3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehrschaltung gebildet ist aus zwei gesteuerten und über eine Phasenumkehrschaltung (29) verbundenen Halbleitersystemen, daß jedes der beiden gesteuerten Halbleiter systemen aus zwei gesteuerten Halbleitern (Tl, T2; T3, T4) besteht, die einerseits angeschlossen sind an die nicht mit der Mittelanzapfung (M) verbundene Versorgungsklemrne(b) und die andererseits jeweils mit beiden Anschlußklemmen (27, 2 6) des Primärteilr· des Ausgangstransformators (25) verbunden sind, wobei jeder Halbleiter (Tl, T2; T3, Τ4) eine Steuerelektrode aufweist und die Steuerelektrode des einen gesteuerten Halbleiters (Tl) über eine Diodenbrücke (Dl, D2) mit dem Ausgang des anderen gesteuerten Halbleiters (^2) verbunden ist, während die Steuerelektrode dieses anderen Halbleiters (T2) für das eine der Systeme direkt und für das andere der Systeme über eine Phasenumkehrschaltung (29) mit der numerischen Informations quelle (s, 11) verbunden ist.4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter Triacs (Tl, T2; T3, T4) sind.5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Haupttriacs (Tl, T4), die jeweils die Versorgungsklemme (b) mit der einen (27) oder der anderen Klemme (26) des Primärteils des Ausgangstransformators- 3 309842/1115231758AA 40 110 ma - 149 fa5. April 1973 * - * -(25) Verbinden, ersetzt sind durch eine antiparallelgeschaltete Thyristorenbrücke (T5, T6; T.7, T8) , wobei die Steuerelektroden jedes Thyristors über jeweils eine Sekundärwicklung eines Hilfstransformators (43, 44) mit seiner Kathode verbunden ist und der Primärteil des Hilfstransformators (43, 44) im Nebenschluß jeweils zu dem verbleibenden Triac (T2, T3) geschaltet ist.Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung jedes Haupttriacs (tI# T4) jedes Halbleitersystems zwei Transistorenvorgesehen sind (T9, TlO; TlI, Tl2) unterschiedlichen Typs4 deren den Ausgang dieser Teilschaltung bildende Kollektoren über Dioden (D5, D6; D7, D8) verbunden sind und deren Emitter an die nicht mit der Mittelanzapfung (M) des Ausgangstransformators (25) angeschlossene Versorgungsklemme (B) angeschlossen sind, wobei die Basisanschlüsse der Transistoren (T9, TlO; TIl, T12) mindestens teilweise an eine HilfsSpannungsquelle (F) angeschlossen sind und die Steuereingänge für diese Teilschaltungen bilden.7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsklemmen (36, 39; 37, 39; 38, 39) jeder Zelle (15, 16, 17) mit dem Sekundärteil eines Versorgungstransformators (35) verbunden sind und dabei jeweils mindestens einenTeilbereich der Sekundärwicklungen umfassen, daß für die Gesamtheit der Zellen lediglich ein Ausgangstransformator (31) vorgesehen ist, derart, daß die eine numerische Information gegebener Bewertung empfangende Zelle (15, 16, 17) für309842/1115A 40 110 ma - 1495. April 1973 Zl - * -eine gegebene Versorgungsspannung am Primärteil des Versorgungstransformators (35) oder des jeweiligen Teilbereichs dem Sekundärteil (31) des Ausgangstransformators ■ (30) eine analoge Wechselspannung gleicher Bewertung liefert.8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß für sämtliche Elementarzellen ein einziger Ausgangstransformator (30) vorgesehen ist mit einer einzigen Sekundärwicklung (31) und mit so vielen Magnetkreisen, wie Elementarzellen vorgesehen sind, wobei jeder Magnetkreis eine den Primärteil des Ausgangstransformators(30) bildende Wicklung (32, 33, 34) mit Mittelanzapfung (M) aufweist, und daß die Sekundärwicklung (31) sämtlichen Magnetkreisen gemeinsam ist.9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsklemmen (36, 37, 38, 39) der unterschiedlichen Elementarzellen (15, 16, 17) in Reihe auf einer Wicklung angeordnet sind, derart, daß eine einzige, den Sekundärteil des Versorgungstransformators (35) bildende und mehrere Anzapfungen (36, 37, 38) aufweisende Wicklung vorgesehen ist, an welche jeweils eine zugeordnete Elementarzelle (15, 16, 17) angeschlossen ist.10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennnzeichnet, daß die Abschnitte (40, 41, 42) der magnetischen Schaltkreise des Ausgangstransformators (30) das Bewertungsverhältnis der unterschiedlichen Elementarzellen aufweisen,mit denen sie verbunden sind.— 5 *"309842/1115A 40 110ma - 1495. April 197311. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10, wobei am Ausgang eine dem Einfluß einer numerischen Steuerung unterworfene veränderliche und in Phase mit der Speisespannung befindliche Spannung auftritt, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Klemme (d) der Wicklung des Ausgangstransformators der Wandlereinheit (10) mit einer Klemme (c) einer Wicklung des Versorgungstransformators verbunden ist, während die andere Ausgangsklemme (e) und die andere Klemme (b) der Eingangsversorgungsspannung den Ausgang der Gesamtschaltung bilden.309842/1115
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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ID=9096598
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2317584A Expired DE2317584C3 (de) | 1972-04-10 | 1973-04-07 | Vorrichtung zur Umwandlung von numerischen Informationen in eine entsprechende, eine analoge Information darstellende Wechselspannung |
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FR (1) | FR2179507B1 (de) |
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US4573188A (en) * | 1982-06-10 | 1986-02-25 | The Aerospace Corporation | Digital to analog converter |
US4499594A (en) * | 1982-06-10 | 1985-02-12 | The Aerospace Corporation | Digital to analog converter |
US5225784A (en) * | 1991-02-25 | 1993-07-06 | National Research Council Of Canada | DC Current comparator circuit for generating an adjustable output proportional to an input signal |
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KR101432047B1 (ko) * | 2007-09-20 | 2014-08-20 | 삼성전자주식회사 | 디지털-아날로그 컨버터 |
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US9002469B2 (en) | 2010-12-20 | 2015-04-07 | Abiomed, Inc. | Transcutaneous energy transfer system with multiple secondary coils |
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DK3485819T3 (da) | 2011-04-14 | 2022-10-17 | Abiomed Inc | Transkutan energioverførselsspole med integreret radiofrekvensantenne |
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-
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-
1973
- 1973-04-07 DE DE2317584A patent/DE2317584C3/de not_active Expired
- 1973-04-10 US US00349864A patent/US3825925A/en not_active Expired - Lifetime
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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