DE2622312C3

DE2622312C3 - Steuereinrichtung mit einem drehbaren Antriebsteil

Info

Publication number: DE2622312C3
Application number: DE2622312A
Authority: DE
Inventors: Graham John St. Albans Hertfordshire Clarke (Grossbritannien)
Original assignee: Marconi Instruments Ltd
Current assignee: Marconi Instruments Ltd
Priority date: 1976-03-18
Filing date: 1976-05-19
Publication date: 1979-05-03
Also published as: DE2622312B2; GB1572994A; US4144481A; DE2622312A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung mit einem drehbaren Antriebsteil für ein elektronisches Gerät, bei dem ein Betriebsparameter durch Verdrehen dieses Antriebsteils verstellbar ist.

Derartige Vorrichtungen sind für eine Vielzahl von elektronischen Geräten bekannt. Sie finden immer dann Verwendung, wenn eine Einstellung bzw. Abstimmung eines elektronisches Gerätes durch einen um viele Umdrehungen zu drehenden, manuell betätigbaren Steuerknopf einstellbar ist. Beispiele hierfür sind die Sendereinstellung an Radioempfängern, die Frequenzabstimmung von Sendern oder von Signalgeneratoren sowie die Verschiebung von elektronisch erzeugten Markierungen auf den Sichtschirmen von Radaranlagen usw.

Es ist bekannt, bei derartigen Steuereinrichtungen mit Hilfe des manuell betätigba^ren Drehknopfes unmittelbar oder über einen Seilzug bzw. eine Getriebeanordnung entweder einen Regelwiderstand oder einen veränderbaren Kondensator zu verstellen und hierdurch beispielsweise eine abgreifbare Spannung oder die Schwingfrequenz eines Oszillators zu verstimmen, wobei diese elektrischen Größen dann als Steuersignal für den zu verändernden Betriebsparameter dienen.

Eine solche Anordnung hat aber den Nachteil, daB sich die Genauigkeit, mit der das Steuersignal Aufwand oder überhaupt nicht auf das in vielen Anwendungsfällen erforderliche Maß bringen läßt Das gilt vor allem auch dann, wenn wegen eines großen abzudeckenden Einstellbereiches die bisher verwendeten elektromechanischen Bauteile (Potentiometer, Drehkondensatoren u.dgl.) nicht mehr mit einer linearen Kennlinie ausgestattet sein konnten, sondern eine logarithmische Kennlinie aufweisen mußten und dennoch über den ganzen Bereich eine in etwa gleich ίο gute absolute Genauigkeit erzielt werden sollte.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die in der Lage ist, auch über einen großen Verstellbereich hinweg ein mit der Drehung des Antriebsteils mit hoher Genauigkeit korreliertes Steuersignal abzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das drehbare Antriebsteil mit einer eisenlosen Gleichstrommaschine gekoppelt ist und daß eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist die aus der beim Drehen des Antriebsteils von der Gleichstrommaschine erzeugten Ankerspannung ein zur Verstellung des Betriebsparameters dienendes Steuersignal ableitet.

Durch diese erfindungsgemäße Steuereinrichtung ist es möglich, ein Steuersignal zu gewinnen, das praktisch unabhängig vom überstreichbaren bzw. übeistrichenen Verstellberekh immer mit derselben hohen Genauigkeit mit der Drehung des Antriebsteils verknüpft ist.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung ist darin zu sehen, daß durch die Verwendung einer eisenlosen Gleichstrommaschine der Bedienungsperson der Eindruck einer sehr glatt und angenehm 'laufenden' Drehvorrichtung vermittelt wird.

Auch kann der Stromverbrauch der zugehörigen Schaltungsanordnung sehr nieder gehalten werden, so daß eine derartige Steuereinrichtung außerordentlich vielseitig anwendbar ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinrichtung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 ein Schaltbild der Steuereinrichtung,

F i g. 2 ein Detail der Schaltung aus F i g. 1 und
F i g. 3 ein erläuterndes Diagramm.

Wie in F i g. 1 dargestellt, ist eine eisenlose Gleichstrommaschine 1 einerseits an zwei Differentialverstärker 2, 3 mit hoher Verstärkung angeschlossen und andererseits über einen Widerstand 4 an eine Integratorschaltung 5 gelegt. Die Differentialverstärker 2, 3 dienen zum Ableiten eines die Richtung der Drehbewegung anzeigenden Signals. Die Eingänge 18, 19 der Differential-Komparatoren, die nicht im Detail dargestellt sind, sind in üblicher Weise mit geeigneten Spannungs-Referenzpegeln verbunden. Der Eingang zur Integratorschaltung 5 ist über zwei Zenerdioden 6,7 mit einem Referenzpotential 8 (als Erde dargestellt) verbunden. Diese Zenerdioden sind so angeordnet, daß sie die Spannungsauslenkungen am Eingang zur hu Integratorschaltung 5 begrenzen. Die Integratorschaltung 5 ist mit einem Rückkopplungspfad (dargestellt durch den Widerstand 9) versehen und so angeordnet, daß sie einen Fensterdetektor 10 speist, dessen Ausgangssignal dazu verwendet wird, die Integrator- *>■> schaltung 5 über die Rücksetzleitung 11 zurückzusetzen. Die Integratorschaltung 5 und der Fensterdetektor 10 werden nachstehend mit Bezug auf Fig. 2 näher

einstellbar ist nur mit einem sehr "roßen mechanischen erläutert. Dss Aus^tTan^€Tssi^ctna! des Fensterdetektors 10

wird überdies über ein EXCLUSIV-ODER-Gatter 12 an einen Ausgangsanschluß 13 geleitet Die Ausgangssignale der Verstärker 2 und 3 mit hoher Verstärkung werden über ein weiteres ODER-Gatter 14 an eine astabile Schaltung 15 geführt, die ebenfalls über das EXCLUSIV-ODER-Gatter 12 mit dein Ausgangsanschluß 13 verbunden ist Überdies sind die Ausgänge der Verstärker 2,3 direkt mit den Ausgangsanschlüssen 16 bzw. 17 verbunden.

Die eisenlose Gleichstrommaschine 1 ist mechanisch mit einem Drehknopf (nicht dargestellt) verbunden, der dazu dient, von einer Bedienungsperson beim Gebrauch eines elektronischen Gerätes manuell gedreht zu werden. Beispielsweise können der Drehknopf und die Gleichstrommaschine eine gemeinsame Welle haben. Eisenlose Gleichstrommaschinen drehen sich sehr glatt und gleichmäßig und fühlen sich nicht so 'einrastend bzw. schartig' an, wie Gleichstrommaschinen Tiit einem ferromagnetischen Stator.

Im folgenden wird der Betrieb der Steuereinrichtung beschrieben: Wenn der Drehknopf manuell gedreht wird, dreht sich die Gleichstrommaschine 1 und erzeugt dabei eine kleine Ankerspannung, die abhängig von ihrer Polarität von dem einen oder dem anderen Differentialverstärker 2 oder 3 mit hoher Verstärkung verstärkt wird. In der Praxis kann jeder Verstärker mit zwei Differentialeingängen ausgestattet sein, von denen jeweils einer mit einer unterschiedlichen Referenzspannung verbunden ist Der Differentialverstärker 2 hat eine hohe positive Verstärkung, während der Differentialverstärker 3 ein invertierender Verstärker mit ähnlichem Verstärkungsfaktor ist, so daß am Anschluß 16 ein Ausgangssignal für positive Ankerspannungen und am Ausgangsanschluß 17 ein Ausgangssignal für negative Ankerspannungen zur Verfügung steht Somit liefern die Anschlüsse 16 und 17 Signale, die anzeigen, ob der Drehknopf im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn ged^reht wird.

Die Ankerspannung der Gleichstrommaschine 1 wird auch dem Integrator 5 zugeführt, dessen Ausgangssignal an den Fensterdetektor 10 gelegt ist; diese Schaltungen sind im einzelnen in F i g. 2 dargestellt. Wie man der F i g. 2 entnimmt, wird die Ankerspannung über einen Anschluß 21 und einen Widerstand 22 zum Integrator 5 geführt, der im wesentlichen aus einem Verstärker 23 mit hoher Verstärkung, einem Widerstand 9, einem Kondensator 24 und einem Transistor 25 zur Entladung des Kondensators 24 besteht. Das Vorliegen der Ankerspannung am Eingang des Verstärkers 23 erzeugt eine ansteigende Rampenspannung, deren Gradient durch den Kondensator 24 und den Widerstand 22 gesteuert wird und der Ankerspannung proportional ist; der Widerstand 9 weist einen verhältnismäßig hohen Wert auf, so daß sich der Kondensator langsam entlädt und den Effekt eines lecken bzw. mit einer Ableitung behafteten Integrators zeigt. Diese Erscheinung ist in der F i g. 3 dargestellt, in der der theoretische Gradient der Rampenspannung 31, gegeben durch den Wert des Kondensators 24, in das Kurvenprofil 32 unter dem Einfluß des Leckwiderstandes 9 abgewandelt ist.

Die Rampenspannung ist an den Fensterdetektor 10 angelegt, der im wesentlichen aus zwei Differentialverstärkern mit hoher Verstärkung 26 und 27 besteht, die an ein EXCLUSIV-ODER-Gatter 28 gekoppelt sind. Der invertierende Eingang des Verstärkers 26 ist mit einem Spannungsteiler 29 verbunden, der zwischen ein positives Potential und Erde gelegt ist, und der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 27 ist mit einem Spannungsteiler 30 verbunden, der zwischen Eide und einem negativen Potential angeschlossen ist Abhängig von der Polarität der vom Integrator 10

ίο erzeugten Rampenspannung erzeugt der eine oder eier andere der Verstärker 26,27 ein Ausgangssignal, wenn der Pegel der Rampenspannung den Schwellwert erreicht der durch die Spannungsteiler 29 bzw. 30 festgelegt ist Dieser Schwellwertpegel ist durch die

gestrichelte Linie 34 in Fig.3 dargestellt Wenn der Schwellwert überschritten wird, wird ein Ausgangssignal durch das EXCLUSIV-ODER-Gatter 28 zum Anschluß 35 (der mit dem EXCLUSIV-ODER-Gatter 12 der F i g. 1 verbunden ist) geleitet und über die Diode 36 wird ein Rücksetzsignal geliefert das den Transistor 25 in den leitenden Zustand versetzt, wodurch der Kondensator 24 rasch entladen wird. Der Transistor 25 ist ein Feldeffekt-Transistor und beeinflußt das Rampenprofil nicht, solange er gesperrt ist Es ist zu erkennen, daß das über das EXCLUSIV-ODER-Gatter 12 geleitete Ausgangssignal ein Impuls von kurzer Dauer ist und daß die Frequenz der so erzeugten Impulse von der Amplitude der Ankerspannung abhängt, welche von der Gleichstrommaschine 1

jo erzeugt wird.

Wenn die Ankerspannung niedrig ist, steigt die Rampenspannung sehr langsam an und erzeugt Ausgangssignale mit geringer Folgefrequenz. Der Wert des Widerstandes 9 ist so gewählt, daß bei einer Ankerspannung unterhalb eines vorbestimmten

Wertes die Rampenspannung in der Praxis niemals die

durch die Spannungsteiler 29 und 30 bestimmten

Schwellwertpegel erreicht Wenn jedoch die von der Gleichstrommaschine 1

erzeugte Ankerspannung sehr niedrig ist, erzeugen die Verstärker 2 und 3 mit hoher Verstärkung, die bereits im Zusammenhang mit der Erzeugung der die Drehrichtung angebenden Signal beschrieben wurden, Signale, die über das ODER-Gatter 14 einen als astabile

4. Schaltung ausgebildeten Impulsgenerator 15 einschalten, der eine sehr niedrige Schaltfrequenz von etwa 2 Hz aufweist. Dadurch erzeugt sogar eine sehr langsame Drehung des Drehknopfes Ausgangsimpulse am Anschluß 13, wenn auch mit einer sehr niedrigen

ίο Frequenz. Dadurch wird das 'Gefühl' einer feinen Auflösung vermittelt.

Wenn der Drehknopf stillsteht, werden keine Impulse erzeugt und man könnte in der Praxis für die Verstärker 2 und 3 einen kleinen Schwellwertpegel einführen, so

)) daß für geringfügige unfreiwillige Fingerbewegungen keine Ausgangsimpulse erzeugt werden.

Die als Begrenzer vorgesehenen Zenerdioden 6 und 7 dienen dazu, hohe Ankerspannungen zu begrenzen, die erzeugt werden, wenn der Drehknopf sehr schnell

Mi gedreht wird. Dies kann dazu benutzt werden, die maximale Impulsfrequenz zur Anpassung an das zu steuernde Gerät festzulegen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Steuereinrichtung mit einem drehbaren Antriebsteil für ein elektronisches Gerät, bei dem ein Betriebsparameter durch Verdrehen dieses Antriebsteils verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Antriebsteil mit einer eisenlosen Gleichstrommaschine (1) gekoppelt ist und daß eine Schaltungsanordnung (5, 10) vorgesehen ist, die aus der beim Drehen des Antriebsteils von der Gleichstrommaschine (1) erzeugten Ankerspannung ein zur Verstellung des Betriebsparameters dienendes Steuersignal ableitet

2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Schaltungsanordnung (5,10) abgeleitete Steuersignal eine Folge von Digitalimpulsen ist und daß eine Schaltung zum Ableiten eines die Richtung der Drehbewegung anzeigenden Signals vorgesehen ist

3. Steuervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich in dem das Verhältnis der Frequenz der von der Schaltungsanordnung (5, 10) abgegebenen Digitalimpulse zur Drehzahl des drehbaren Antriebsteils in etwa linear ist, nach unten durch einen bei niederen Drehzahlen Impulse mit fester, niederer Frequenz abgebenden Impulsgenerator (15) und nach oben durch einen die Ausgangsfrequenz der Schaltungsanordnung (5, 10) oberhalb eines oberen Grenzwertes der Ankerspannung konstant haltenden Begrenzer (6, 7) begrenzt ist.

4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zum Ableiten eines die Richtung der Drehbewegung anzeigenden Signals aus zwei von der Gleichstrommaschine (1) gespeisten Verstärkern (2,3) mit hoher Verstärkung besteht.