DE2343092B2 - Programmierbarer Funktionsgenerator - Google Patents
Programmierbarer FunktionsgeneratorInfo
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- G06G—ANALOGUE COMPUTERS
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- G06G7/06—Programming arrangements, e.g. plugboard for interconnecting functional units of the computer; Digital programming
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- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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- G05B19/02—Programme-control systems electric
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- G05B19/07—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers where the programme is defined in the fixed connection of electrical elements, e.g. potentiometers, counters, transistors
- G05B19/075—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers where the programme is defined in the fixed connection of electrical elements, e.g. potentiometers, counters, transistors for delivering a step function, a slope or a continuous function
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen programmierbaren Funktionsgenerator zur Erzeugung einer Ausgangsspannung als Funktion eines veränderbaren Eingangssignals mit einem Netzwerk und einer Steuerschaltung,
welche den Ausgang in Abhängigkeit eines Taktgebers an jeweils eine Stufe des einseitig am Eingangssignal
liegenden Netzwerkes schaltet
Zur Steuerung von Prozessen, z. B. 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 S'ufen ist
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
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 aus der DE-AS 12 15 965 bekannten Verfahren werden die gewünschten Ausgangsspannungen mit Hilfe eines Digitalrechners
erzeugt, der durch die Errechnung von Zwischenwerten recht gut in der Lage ist, einen Spannungsverlauf mit
beliebig kleinen Stufen anzunähern. Die zur Berechnung der Zwischenwerte vorgegebenen Spannungsanfangsund Spannungsendworte werden dabei für die Zeit des
Rechenvorganges in Zwischenspeichern gespeichert, während ein weiterer Informationsspeicher eine einen
geraden- oder einen kreisförmigen Verlauf bestimmende informationen erhält zur Einstellung der Rechenschaltung für den jeweiligen Spannungsverlauf. Diese
Art der Erzeugung gewünschter Spannungsverläufe erfordert einen Kleinrechner, der aber bei sehr feiner
Stufung der Ausgangsspannung und bei Versorgung mehrerer Kanäle sehr schnell seine Leistungsgrenze
erreicht. Da aber der Aufwand eines derartigen Funktionsgenerators durch den Kleinrechner schon
beträchtlich ist, würden größere und leistungsfähigere Rechner einen nicht zu vertretenden Aufwand bedeuten.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Leistungsfähigkeit eines von einer Eingangsspannung
abhängigen aus einem durchschaltbaren Netzwerk und einer Steuerschaltung bestehenden Funtionsgenerators
zur Erzeugung beliebiger Spannungsverläufe wesentlich
zu verbessern. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Steuerschaltung den
Ausgang des Netzwerkes zyklich vom Fußpunkt zum Hochpunkt durchschaltet und daß die Ausgangsspannung der jeweils letzten Schaltstufe innerhalb ihrer
Durchschaltzeit über einen Speicher in den jeweiligen Fußpunkt des Netzwerkes als Anfangswert für den
nachfolgenden Durchlauf auf den neu vorgegebenen Wert der Eingangsspannung einschaltbar ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahme ist es möglich, einen leistungsfähigen Funktionsgenerator 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 das dann die Schaltstufen vor- und rückwärtsiaufend 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 Unternetzwerk 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 Ausgangsspannung ist es möglich, die Schaltzeiten der
Netzwerkstufen auf gleiche Werte zu bemessen und den Verlauf der Ausgangsspannung durch Bemessung der
Netzwerkstufen zu bestimmen. Es ist aber auch möglich, die Neztwerkstufen auf gleiche Werte zu bemessen und
den Verlauf der Ausgangsspannung durch variable Schaltzeiten der einzelnen Stufen zu bestimmen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt
F i g. 1 eine Prinzipschaltung des erfindungsgemäßen Funktionsgenerators,
F i g. 2 ein Netzwerk zur Erzeugung einer feinstufigen
Ausgangsspannung,
Fig.3 ein umschaltbares Netzwerk zur Erzeugung
verschiedener Ausgangsspannungsverläufe und
F i g. 4 ein Blockschaltbild für einen digital steuerbaren Funktionsgenerator.
Das in F i g. 1 dargestellte Prizipschaltbild zeigt ein
Netzwerk 10, das aus einer Reihenschaltung mehrerer Widerstände R\ bis Rn besteht. Die Eingangsspannung
Ue wird dem Netzwerk 10 an der höchsten Stufe, das heißt oberhalb von Rn zugeführt, während der Fußpunkt
des Netzwerkes am Ausgang eines an Masse liegenden, zur Entkopplung dienenden Impedanzwandlers 12 liegt.
Der Eingang des Impedanzwandlers 12 erhält vor einem als Speicher dienenden Kondensator U die
Eingangsspannung über einen Schalter Sl, dessen andere Seite am Hochpunkt des Netzwerkes liegt. Die
einzelnen Stufen des Netzwerkes 10 sind über Schalter Si bis Sn auf einen gemeinsamen Ausgang schaltbar,
wobei der Schaller Sn gleichzeitig mit dem Schalter S/.
angesteuert wird. Zur Steuerung des Netzwerkes ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die aus einem
Taktgeber 13, einem davon angesteuerten Zähler 14 und einem Dekoder la besteht. Der durch den Zähler 14
angesteuerte Dekoder 15 schaltet die Schalter Si bis Sn
schrittweise auf den Ausgang, so daß diesem eine
Spannung entnehmbar ist, die von der Bemessung der
Widerstände R\ bis Rn abhängt Bei gleichen Schaltzeiten und gleichen Widerstandswerten ist dem Ausgang
bei konstanter Eingangsspannung Ue somit eine
treppenförmige Ausgangsspannung entnehmbar, deren Stufen gleiche Werte aufweisen. Mit dem Schalten der
letzten Stufe Sn erhält der Ausgang die Eingangsspannung Ue durchgeschaltet und gleichzeitig wird mit dem
Schließen des Schalters Si die Eingangsspannung über
den Speicher 11 auf den Impedanzwandler 12 geschaltet. Somit wird die Eingangsspannung während
der Schaltzeitig von Sl 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 Si bis Sn entweder ein Anstieg oder Abfall der
Ausgangsspannung erzeugt werden. Eine sich während eines Durchlaufs ändernde Eingangsspannung beeinflußt natürlich in direkter Weise auch die Ausgangsspannung. Die Stufen der einzelnen Widerstände R\ bis
Rn sind nach den jeweils gestell lcn Forderungen
entsprechend zu bemessen. Bei dieser Prii-ipdarstellung
erfolgt die Durchschaltung der einzelnen Stufen nur in Richtung Si bis Sn. Es ist aber auch möglich, die Schulter
Si bis Sn vor- und rücklaufend zu betreiben. Dabei ist es
erforderLch. die obere Seite des Netzwerkes ebenfalls
mit einem Speicher zu versehen und das Eingangssignal entsprechend abwechselnd auf die beiden Speicher ~/a
schalten. Bei dieser Version entfällt der Schalter St-
Im Ausführungsbeispiel nach Fig.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 F i g. 1 erläutert sind, nicht näher eingegangen. Bei
diesem Ausführungsbeispiel ist jede zweite Stufe des Netzwerkes 10 über einen Impedanzwandler 21 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 ebenfalls zur
Entkopplung vorgesehen. Das Unternetzwerk 20 besteht aus einer Reihenschaltung mehrerer Widerstände RS1 bis RSn, wobei jede Stufe über einen Schalter SSi
bis SSn auf den Ausgang schaltbar ist. Die Schalter Si bis
Sn des Netzwerkes 10 werden derart schrittweise durchgeschaltet, daß jeweils zwei benachbarte Schalter
Si, S2; S2, S3 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 SSi bis SSn noch weiter abgestuft. Am Ausgang
karn uinit eine feinstufigere Spannung entnommen
werden. Die Stufen des Unternetzwerkes 20 müssen dabei fortlaufen von oben nach unten beziehtiagsweise
unten nach oben durchlaufen werden, da durch die hier gewählte Art der Aufschaltung die Zuschaltung der
Stufe aus dem Nutzwerk 10 zwischen den Seiten des Unternetzwerkes wechselt. Mit Hilfe des Unternetzwerkes 20 läßt sich somit eine feinstufige Ausgangsspannung erzielen, da der Spannungsabfall iibfcr den
Stufen des Netzwerkes 10 durch die Stufen des Unternetzwerkes 20 zusätzlich abgestuft wird. Die
hierzu notwendige Z?hl der Schalter ist 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 Fig. 3 ist ein Netzwerk 10 zu sehen, das durch Zusatz-Widerstände
RZ1, R7i ... RZ„-i, RZn ergänzt wurde und zur
Erzeugung einer Ausgangsspannung mit veränderbarem Verlauf dient. Die Widerslände RZ werden hierbei
mit Hilfe zweier Schalter K\, K2 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 RZViüt sich ein kosinusförmiger Verlauf erreichen, wobei auch Kombinationen
möglich sind. Die Bemessung der einzelnen Widerstände stellt in diesem Zusammenhang nichts besonderes
dar. so daß darauf nicht näher eingegangen wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, von
einem Unternetzwerk, wie zuvor beschrieben, Ge-
um pinp foin«>i-«>
Ahclllflino
Ausgangsspannung zu erhalten.
Beim letzten Ausführungsbeispiel nach Fig.4 ist ein
Blockschaltbild zu sehen, das für einen Funktionsgenerator mit digitaler Ansteuerung vorgesehen ist. Da es
häufig vorkommt, daß die Eingangsspannung Ur in digitaler Fnrm vorüe«".. ist es zweckmäßig, den
Zwischenspeicher ebenfalls digital aufzubauen. Ein derartiger Funktionsgenerator bietet besondere Vorteile
bei der Erzeugung von Ausgangsspannungen, deren Werte sich relativ langsam ändern, denn bei einer
Analogspeicherung können durch Leckströme Driften entstehen, wodurch der Verlauf der Ausgangsspannung
in ungewünschter Weise beeinflußt werden kann.
Bei dem in Fig.4 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 vorn 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 32 eingespeist. Die Steuerschaltung
31 steuert das Netzwerk 32 in einer bei den zuvor abgehandelten Ausführungsbeispielen geschilderten
Weise. 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 rückwärts laufend angesteuert werden.
Der erfindungsgemäßc Funktionsgenerator hat den Vorteil, daß durch den Einsatz derartiger Netzwerke
aufwendige Rechenvorgänge entfallen, so dmß sich preiswerte Kleinrechner zur Steuerung einsetzen lassen.
Da anstatt der Einzelwertc nur noch zwei Funktionsendwerte
für einen Ausgangsspannungsverlaul erforderlich sind, ist ein Kleinrechner in der Lage, mehrere
Kanäle m':\ relativ hoher Frequenz gleichzeitig zu
bedienen, ohne an seine Leistungsgrenze zu gennen. Ein
weiterer Vorteil ist in der Verwendung von Lnchstreifenlesernzur
Erzeugung bestimmter Spannungswerläufe beim Einsatz des erfindungsgemäßen Funktioniigenerators
zu sehen, was sich besonders dann als sinnvoll erweist, wenn relativ einfache, immer wiederkehrende
Vorgänge auszulösen sind.
Claims (9)
1. Programmierbarer Funktionsgenerator zur
Erzeugung einer Ausgangsspannung als Funktion eines veränderbaren Eingangssignals mit einem
Netzwerk und einer Steuerschaltung, weiche den Ausgang in Abhängigkeit eines Taktgebers an
jeweils eine Stufe des einseitig am Eingangssignal liegenden Netzwerkes schaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung (13,14,
15; 31) den Ausgang (UA) des Netzwerkes (Rh A2,
An) zyklisch (S1, S2, ... Sn) vom Fußpunkt zum
Hochpunkt durchschaltet und daß die Ausgangsspannung der jeweils letzten Schaltstufe (Sn)
innerhalb ihrer Durchschaltzeit über einen Speicher (11,35) in den jeweiligen Fußpunkt des Netzwerkes
als Anfangswert für den nachfolgenden Durchlauf auf den neu vorgegebenen Wert der Eingangsspannung einschaltbar ist
2. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ausgänge jeder zweiten Stufe des Netzwerkes (10) über einen Impedanzwandler (21) auf eine Seite eines schrittweise
durchschaltbaren, mit der anderen Seite ebenfalls über einen Impedanzwandler (22) an den Ausgängen
der Zwischenstufen des Netzwerkes (10) liegenden Unternetzwerkes (20) schaltbar sind und daß bei der
Durchschaltung der Stufen des Netzwerkes (10) jeweils zwei Schalter (S1, S2; S2, S3) benachbarter
Netzwerkstufen derart schrittweise durchschaltbar sind, daß ein Schalter für jeweils zwei Schaltperioden durchgeschaltet ist.
3. Funktionsgenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ότ Speicher (11)
durch einen Kondensator gebildet ist.
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 (10, 20; 32) ansteuert
6. Funktionsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (14) als Vorwärts-Rückwärts-zähler ausgebildet ist und eine Auf- und
Abwärtssteuerung der Netzwerkstufen gestattet, wobei das Netzwerk (10) 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 I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzeilen
für die Netzwerkstufen auf gleiche Werte bemessen sind und daß der Verlauf der Ausgangsspannung
durch die Bemessung der Netzwerkstufen 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
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19732343092 DE2343092C3 (de) | 1973-08-25 | 1973-08-25 | Programmierbarer Funktionsgenerator |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2343092A1 DE2343092A1 (de) | 1975-03-20 |
DE2343092B2 true DE2343092B2 (de) | 1979-08-30 |
DE2343092C3 DE2343092C3 (de) | 1980-06-19 |
Family
ID=5890781
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19732343092 Expired DE2343092C3 (de) | 1973-08-25 | 1973-08-25 | Programmierbarer Funktionsgenerator |
Country Status (3)
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DE (1) | DE2343092C3 (de) |
FR (1) | FR2241830B3 (de) |
GB (1) | GB1477353A (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN107846206A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-03-27 | 昆山龙腾光电有限公司 | 一种波形产生电路 |
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Also Published As
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FR2241830B3 (de) | 1977-06-17 |
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DE2343092A1 (de) | 1975-03-20 |
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