DE2343092A1

DE2343092A1 - Programmierbarer funktionsgenerator

Info

Publication number: DE2343092A1
Application number: DE19732343092
Authority: DE
Inventors: Rainer-Michael Althaus; Friedrich Jacobs
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1973-08-25
Filing date: 1973-08-25
Publication date: 1975-03-20
Also published as: GB1477353A; FR2241830B3; DE2343092B2; DE2343092C3; FR2241830A1

Description

73-B .111-36 Bremen, den 22. August 1973

Sm/ka ·

Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Programmierbarer Funktionsgenerator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Funktionsgenerator zur Erzeugung einer Ausgangsspannung als Funktion eines veränderbaren Eingangssignal s 'mit einem Netzwerk und einer Steuerschaltung, die in Abhängigkeit eines Taktgebers den Ausgang fortlaufend an die Stufen des am Eingang— signal liegenden Netzwerkes schaltet.

Zur Steuerung von Prozessen, zum Beispiel Belastungsvorgängen, werden häufig Spannungen benutzt, die jeweils einen exakt reproduzierbaren Verlauf haben müssen. Hierzu ist es üblich, Funktionsgeneratoren zu verwenden, die in der Regel ein Netzwerk aufweisen, das in Abhängigkeit eines Eingangssignals durch entsprechende Steuerung die gewünschte Ausgangsspannung liefert. Im einfachsten Fall kann ein derartiges Netzwerk durch einen mehrstufigen Spannungsteiler gebildet werden, dessen einzelne Stufen über Schalter zu einem Ausgang führen. Durch entsprechende Steuerung dieser Schalter kann man somit am Ausgang dieses Netzwerkes eine sich stufenförmig-ändernde Spannung entnehmen, die sich dem gewünschten Verlauf um so mehr nähert, je größer die Zahl der Stufen ist.

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Es ist bekannt, sowohl mechanisch verstellbare als auch kontaktlose Schalter zur Einstellung derartiger Netzwerke zu verwenden und diese Schalter mit Hilfe einer Steuerschaltung entsprechend anzusteuern. Ein bekannter Funktionsgenerator, der mit Potentiometern und mechanischen Schaltern aufgebaut ist, ist wegen seiner vielen mechanischen Glieder sehr störanfällig und entspricht daher nicht mehr dem neuesten Stand der Technik. Unbefriedigend ist auch die Tatsache, daß der jeweils gewünschte Spannungsverlauf sich mit der notwendigen Genauigkeit nicht reproduzieren läßt, da die Potentiometer und Schalter wegen ihrer relativ großen Massen sich mit den erforderlichen kurzen Schalt- und Stellzeiten nicht einstellen lassen.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden die gewünschten Aus— gangsspannungen mit Hilfe eines Digitalrechners erzeugt, der durch Ausgabe von Zwischenwerten in der Lage ist, einen gewünschten Spannungsverlauf durch eine Treppenkurve mit beliebig kleinen Stufen recht gut anzunähern. In der Regel werden für derartige Zwecke Kleinrechner verwendet, die aber bei einer sehr feinen Stufung der Aus— gangsspannung und bei Versorgung mehrerer Kanäle sehr schnell ihre Leistungsgrenze erreichen. .Da der Aufwand für derartige Funktionsgeneratoren aufgrund der Kleinrechner schon beträchtlich ist, würden größere und leistungsfähigere Rechner einen derart großen Aufwand bedeuten, daß das Ergebnis in keinem vernünftigen Verhältnis zu den gestellten Forderungen stehen würde.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zur Erzeugung einer Ausgangsspannung bestimmten reproduzierbaren Verlaufs einen mit einfachen Mitteln aufgebauten Funktionsgenerator vorzusehen, bei dem die Stufen eines an einem veränderbaren Eingangssignal liegenden Netzwerkes durch eine Steuerschaltung fortlaufend zum Ausgang durch— schaltbar sind. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerschaltung den Ausgang in an sich bekannter Weise der Reihe nach von einer zur anderen Seite des Netzwerkes durch—

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schaltet, und daß die Ausgangsspannung der jeweils letzten Schaltstufe innerhalb der Durchschaltzeit über einen Speicher als Bezugsspannung in den jeweiligen Fußpunkt des Netzwerkes durch die Steuerschaltung einschaltbar ist.

Mit Hilfe der erfindungspemäßen Maßnahme ist es möglich, einen leistungsfähigen Iunktionsgenerator mit relativ wenig Aufwand aufzubauen und Ausgangsspannungen sehr gut reproduzierbaren Verlaufs zu erzeugen.

Eine besondere Ausführungsform besteht darin, daß beide Seiten des Netzwerkes mit einem Speicher versehen sind, auf die wechselweise das Eingangssignal geschaltet wird, und daß dann die Schaltstufen vor- und rückwärtslaufend durchgeschaltet werden.

Es ist zweckmäßig, die Ausgänge jeder zweiten Stufe des Netzwerkes über einen Impedanzwandler auf eine Seite eines stufenförmig umschaltbaren, mit der anderen Seite ebenfalls über einen Impedanzwandler an den Ausgängen der Zwischenstufen des Netzwerkes liegenden Unternetzworkes zu schalten und bei der Durchschaltung der Stufen des Netzwerkes jeweils zwei Schalter benachbarter Netzwerkstufen derart schrittweise durchzuschalten, daß ein Schalter für jeweils zwei Schaltperioden geschlossen ist. Auf diese Weise ist es möglich, mit relativ wenig Schaltern Ausgangsspannungen sehr feiner Stufungen zu erzeugen.

Für die Erzeugung der jeweils gewünschten Ausgangsspannungen ist es möglich, die Schaltzeiten für die Netzwerkstufen auf gleiche Werte einzustellen und den Verlauf der Ausgangsspannung durch Bemessung dor Netzwerkstufen zu bestimmen. Es ist aber auch möglich, die Netzwerkstufen auf gleiche Werte zu bemessen und den Verlauf der Ausgangsspannunf, durch variable Schaltzeiten der einzelnen Stufen zu bestimmen.

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Heitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen

Funktionsgenerators,

Figur 2 ein Netzwerk zur Erzeugung einer feinstufigen

Ausgangsspannung,

Figur 3 ein umschaltbares Netzwerk zur Erzeugung verschiedener Ausgangsspannungsverläufe und

Figur 4 ein Blockschaltbild für einen digital steuerbaren Funktionsgenerator·

Das in Figur Ϊ dargestellte Prinzipschaltbild zeigt ein Netzwerk 10, das aus einer Reihenschaltung mehrerer Widerstände R₁ bis R besteht. Die Eingangsspannung Up wird dem Netzwerk 10 an der höchsten Stufe, das heißt oberhalb von R zugeführt, während der Fußpunkt des Netzwerkes am Ausgang eines an Masse liegenden, zur Entkopplung dienenden Impedanzwandlers 12 liegt. Der Eingang dee Impedanzwandlers 12 erhält von einem ale Speicher dienenden Kondensator 11 die Eingangsspannung über .einen Schalter S., dessen andere Seite am Hochpunkt des Netzwerkes liegt. Die einzelnen Stufen des Netzwerkes 10 sind über Schalter S- bis S auf einen gemeinsamen Ausgang schaltbar, wobei der Schalter S gleichzeitig mit dem Schalter S₁ angesteuert

η Li

wird. Zur Steuerung des Netzwerkes ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die aus einem Taktgeber 13, einem davon angesteuerten Zähler 14 und einem Dekoder 15 besteht. Der durch den Zähler 14 angesteuerte Dekoder 15 schaltet die Schalter S- bis S schrittweise auf den

J- η

Ausgang, so daß diesem eine Spannung entnehobar ist, die von der Bemessung der Widerstände R₁ bis R_n abhängt. Bei gleichen Schaltzeiten

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und gleichen Widerstandswerten ist dem Ausgang bei konstanter Eingangsspannung U„ somit eine treppenförmige Ausgangsspannung entnehmbar, deren Stufen gleiche Werte aufweisen. Mit dem Schalten der letzten Stufe S erhält der Ausgang die Eingangsspannung U„ durchgeschaltet und gleichzeitig wird mit dem Schließen des Schalters Sj die Eingangsspannung über den Speicher 11 auf den Impedanzwandler 12 geschaltet. Somit wird die Eingangsspannung während der Schaltzeitig von S_T in den Fußpunkt des Netzwerkes 10 eingespeist, so daß über diesem keine Spannung besteht* Je nach dem, wie die Eingangsspannung danach geändert wird, kann mit einem erneuten Durchlauf der Schalter S- bis S entweder ein Anstieg oder Abfall der Ausgangsspannung erzeugt werden. Eine sich während eines Durchlaufe ändernde Eingangsspannung beeinflußt natürlich in direkter Weise auch die Ausgangsspannung. Die Stufen der einzelnen Widerstände R₁ bis R sind nach den jeweils gestellten Forderungen entsprechend zu bemessen. Bei dieser Prinzipdarstellung erfolgt die Durchschaltung der einzelnen Stufen nur in Richtung S₁ bis S . Es is.t aber auch möglich, die Schalter S₁ bis S vor- und rücklaufend zu betreiben. Dabei ist es erforderlich, die obere Seite des Netzwerkes ebenfalls mit einem Speicher zu versehen und das Eingangssignal entsprechend abwechselnd auf die beiden Speicher zu schalten. Bei dieser Version entfällt der Schalter S_T.

Im AusfUhrungsbeispiel nach Figur 2 ist eine Prinzipschaltung für einen Funktionsgenerator zu sehen, bei dem dem Netzwerk 10 ein Unternetzwerk 20 zur Erzeugung feinstufiger Ausgangsspannungen nachgeschaltet ist. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Einzelheiten, die bereits im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 erläutert sind, nicht näher eingegangen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jede zweite Stufe des Netzwerkes 10 über einen Impedanzwandler auf eine Seite eines Unternetzwerkes 20 geschaltet, dessen andere Seite über einen Impedanzwandler 22 auf die Zwischenstufen des Netzwerkes 10 schaltbar ist. Die Impedanzwandler 21, 22 sind hier eben-

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falls zur Entkopplung vorgesehen« Das Unternetzwerk 20 besteht aus einer Reihenschaltung mehrerer Widerstände RS₁ bis RS , wobei jede Stufe über einen Schalter SS- bis SS auf den Ausgang schaltbar ist. Die Schalter S₁ bis S des Netzwerkes 10 werden derart

J- η

schrittweise durchgeschaltet, daß jeweils zwei benachbarte Schalter S-, S„j S„, S_ für jeweils zwei Schaltperioden durchgeschaltet sind. Auf diese Weise wird der Spannungsabfall über den jeweils durchgeschalteten Widerständen auf das Unternetzwerk geschaltet und von diesem durch die Schalter SS- bis SS noch weiter abgestuft. Am Ausgang kann somit eine feinstufigere Snannung entnommen werden. Die Stufen des Unternetzwerkes 20 müssen dabei fortlaufend von oben nach unten beziehungsweise unten nach oben durchlaufen werden, da durch die hier gewählte Art der Aufschaltung die Zuschaltung der Stufe aus dem Netzwerk 10 zwischen den Seiten des Unternetzwerkes wechselt. Mit Hilfe des Unternetzwerkes 20 läßt sich somit eine feinstufige Ausgangsspannung erzielen, da der Spannungsabfall über den Stufen des Netzwerkes 10 durch die Stufen des Unternetzwerkes zusätzlich abgestuft wird. Die hierzu notwendige Zahl der Schalter isv dabei relativ gering, da sich die Zahl der Gesamtstufen aus der Multiplikation der Stufen des Netzwerkes 10 mit den Stufen des Unternetzwerkes 20 ergibt. ·

Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist ein Netzwerk 10 zu sehen, das durch Zusatz-Widerstände RZ₁, RZ„ ... RZ -, RZ ergänzt wurde

χ ^ η—ι η

und zur Erzeugung einer Ausgangsspannung mit veränderbarem Verlauf dient. Die Widerstände RZ werden hierbei mit Hilfe zweier Schalter K-, Κ« zugeschaltet und ändern die Stufen des Netzwerkes 10 derart, daß sich bei gleichen Schaltzeiten am Ausgang der geänderte Spannungsverlauf entnehmen läßt. Bei diesem Beispiel hat das Netz 10 einen linearen Verlauf. Durch Zuschalten der Widerstände RZ läßt sich ein kosinusförraiger Verlauf erreichen, wobei auch Kombinationen 'möglich sind. Die Bemessung der einzelnen Widerstände stellt in die- .sera Zusammenhang nichts besonderes dar, so daß darauf nicht näher eingegangen wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich,

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von einem Unternetzwerk, wie zuvor beschrieben, Gebrauch zu machen, um eine feinere Abstufung der Ausgangsspannung zu erhalten.

Beim letzten Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist ein Blockschaltbild zu sehen, das für einen Funktionsgenerator mit digitaler Ansteuerung vorgesehen ist. Da es häufig vorkommt, daß dia Eingangs— spannung U„ in digitaler Form vorliegt, ist es zweckmäßig, den Zwischenspeicher ebenfalls digital aufzubauen. Ein derartiger Funktionsgenerator bietet besondere Vorteile bei der Erzeugung von AusganiTsspannungen, deren Werte sich relativ langsam ändern, denn bei einer Analogspeicherung können durch Leckströme Driften entstehen, wodurch der Verlauf der Ausgangsspannung in ungewünsch— ter Weise beeinflußt werden kann.

Bei dem in Figur A dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Eingangssignal in digitaler Form in einen Digitalspeicher 30 eingegeben, der durch eine Steuerschaltung 31 beeinflußbar ist. Das Ausgangssignal des Digitalspeichers 30 gelangt über einen Digital— Analogwandler 33 zu dem Widerstandsnetzwerk, das hier ebenfalls als Block 32 angedeutet ist. Da die Eingangsspannung mit dem Erreichen der höchsten Stufe im Netzwerk über einen Speicher in den Fußpunkt des Netzwerkes eingespeist werden soll, wird das in digitaler Form vorliegende Eingangssignal vom Speicher 30 durch einen Befehl der Steuerschaltung 31 in den digitalen Zwischenspeicher 35 übernommen und dann über einen Digital-Analogwandler 36 in den Fußpunkt des Netzwerkes eingespeist. Die Steuerschaltung 31 steuert das Netzwerk 32 in einer bei den zuvor abgehandelten AusfUhrungsbeispielen geschilderten Heise. Auch hier besteht die Möglichkeit, daß die digitalen Eingangsdaten wechselweise direkt in die Speicher 30 und 35 eingegeben werden, und die Schalter des nachgeschalteten Netzwerkes - wie bereits beschrieben — entsprechend vor- und rückwärtslaufend angesteuert werden.

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Der erfindungsgemäße Funktionsgenerator hat den Vorteil, daß durch den Einsatz derartiger Netzwerke aufwendige Rechenvorgänge entfallen, so daß sich preisirerte Kleinrechner zur Steuerung einsetzen lassen. Da anstatt der Einzelwerte nur noch zwei Funk— tionsendwerte für einen Ausgangsspannungsverlauf erforderlich sind, ist ein Kleinrechner in der Lage, mehrere Kanäle mit relativ hoher Frequenz gleichzeitig zu bedienen, ohne an seine Leistungsgrenze zu geraten. Ein weiterer Vorteil ist in der Verwendung von Lochstreifenlesern zur Erzeugung bestimmter Spannungsverläufe beim Einsatz des erfindungsgemäßen Funktionsgenerators zu sehen, was sich besonders dann als sinnvoll erweist, wenn relativ einfache, immer wiederkehrende Vorgänge auszulösen sind.

— Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.) Programmierbarer Funktionsgenerator zur Erzeugung einer Ausgangsspannung als Funktion eines veränderbaren Eingangssig— nals mit einem Netzwerk und einer Steuerschaltung, die in Abhängigkeit eines Taktgebers den Ausgang abwechssind an jeweils eine Stufe des am Eingangssignal liegenden Netzwerkes schaltet, dadurch gekennzeichnet _? daß die Steuerschaltung (13» 14, 15» 3l) den Ausgang in an sich bekannter Weise fortlaufend von einer zur anderen Seite des Netzwerkes (10, 20, 32) durchschaltet und dafi die Ausgangsspannung der jeweils letzten Schaltstufe innerhalb der Durch— echaltzeit über einen Speicher (11, 35) als Bezugsspannung in den jeweiligen Fußpunkt des Netzwerkes (10, 32) durch die Steuerschaltung (13, 14, 15» 31) einschaltbar ist.

2.) Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgänge jeder zweiten Stufe des Netzwerkes (1O) über einen Impedanzwandler (21) auf eine Seite eines schrittweise durchschaltbaren, mit der anderen Seite ebenfalls über einen Impedanzwandler (22) an den Ausgängen der Zwischenstufen dee Netzwerkes (10) liegenden Unternetzwerkes (20) schaltbar sind und daß bei der Durchschaltung der Stufen des Netzwerkes (lO) jeweils zwei Schalter (S., S„j S₂» S-) benachbarter Netzwerkstufen derart schrittweise durch— schaltbar sind, daß ein Schalter für jeweils zwei Schaltperioden durchgeschaltet ist.

3.) Funktionsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Speicher (H) durch einen Kondensator gebildet ist.

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4·) Funktionsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Speicher als digitaler Zwischenspeicher (35) ausgebildet und über einen Digital— Analogwandler mit dem Fußpunkt des Netzwerkes (22) verbunden ist.

5·) Funktionsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet , daß die Steuerschaltung aus einem von dem Taktgeber (13) angesteuerten Zähler (14) besteht, der über eine Dekodierstufe (15) die Schalter (S, SS) des Netzwerkes (lO, 2Oj 32) ansteuert.

6.) Funktionsgenerator nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Zähler (14) als Vorwärts-Rückwärtszähler ausgebildet ist und eine Auf- und Abwärtssteuerung der Netzwerkstufen gestattet, wobei das Netzwerk (lO) zwischen zwei Speichern liegt, denen das Eingangssignal entsprechend der Steuerung wechselweise zuführbar ist.

7·) Programmierbarer Funktionsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6,.dadurch gekennzeichnet , daß den Netzwerken zur Beeinflussung des Ausgangsspannungsverlaufs Elemente zu- und/oder abschaltbar sind,

8.) Funktionsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7t dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltzeiten für die Netzwerkatufen auf gleiche Werte bemessen sind und daß der Verlauf der Ausgangsspannung durch die Bemessung der Netzwerk-•tufen bestimmt ist.

9·) Funktionsgenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Netzwerkstufen gleiche Werte aufweisen und der Verlauf der Ausgangsspannung durch variable Schaltzeiten der einzelnen Stufen bestimmt ist.

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