DE2622312C3 - Steuereinrichtung mit einem drehbaren Antriebsteil - Google Patents
Steuereinrichtung mit einem drehbaren AntriebsteilInfo
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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 betätigbaren 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.
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 AustTan€Tssictna! 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 gedreht 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
durch die Spannungsteiler 29 und 30 bestimmten
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.
Claims (4)
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.
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