DE2831734B2 - Signalgenerator zur Erzeugung sinusförmiger Ausgangssignale mit vorbestimmter gegenseitiger Phasenlage - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Signalgenerator der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung.

2(i Ein derartiger Signalgenerator ist bereits bekannt (IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, Vol. AU-19, No 1, March 1971, S. 48-57), der zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Ausgangssignale erzeugt. Als Funktionsgeber dient ein Rechner mit

r> einem ROM-Speicuer und als Zahlengenerator ein Akkumulator. Bei jedem durch den Zahlengenerator markierten Phasenschritt werden im Rechner gleichzeitig der zugehörig? Sinuswert und Cosinuswert berechnet und an je einen Digital/Analog-Wandler ausgegeben. Diese Lösung erfordert einen aufwendigen Funktionsgeber.

Ferner ist ein Signalgenerator bekannt (DE-OS 22 31 458), bei dem der Zahlengenerator aus einem Frequenzregister zur Wahl der Ausgangsfrequenz und

f. einem Modulo-10"-Akkumulator besteht und periodisch binär kodierte Phasenschritisignale an einen als Funktionsgeber arbeitenden Feststeller abgibt. Der Festspeicher ist über ein Ausgangsregister und eine Komplementiereinrichtung an einen Digital/Analogen Wandler angeschlossen. Der Modulo-10"-Akkumulator ist aus Addiergliedern und aus Registern aufgebaut, welchen von einem Taktgeber ein Taktgebersignal zugeführt ist, damit die Eingangssignale in der richtigen zeitlichen Beziehung miteinander verknüpft werden.

■ > Dieser Signalgenerator erzeugt jedoch nur ein einziges sinusförmiges Ausgangssignal.

Ferner ist es bekannt (DE-AS 21 18 065), ein sinusförmiges Signal durch mehrmaliges Abtasten in amplitudenmodulierte Impulse umzuformen und hieraus

>(i sinusförmige Mehrphasensignale zu bilden.

Ein bekannter Signalgenerator (DE-OS 23 58 009) benutzt einen Teil von Phasenschrittsignalen, um mittels eines Addierers einen konstanten Wert zu den Phasenschrittsignalen zu addieren, so daß sich einerseits

V) eine wählbare Frequenzmultiplikation und andererseits eine wählbare Phase ergeben.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Signalgenerator der eingangs genannten Gattung dahingehend /υ verbessern. dal! er

Wi sich durch einen einfacheren Sdialiungsaufbau auszeichnet.

Weitere Ausbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen beansprucht und in der F^:igiircnbeschreibung beschrieben.

■r> Bei dem Signalgcncrator nach der Erfindung ist der F'unktionsgeber einfacher aufbaubar. Das heißt, der technische Aufwand wird vor allem dann vergleichsweise gering, wenn eine größere Anzahl von Ausgangssi-

gnalen erzeugt wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert Dabei zeigt Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Signalgenerators, F i g. 2 ein Diagramm und

Fig.3 ein Prinzipschaltbild eines weiteren Signalgenerators.

Der in der F i g. 1 dargestellte Signalgenerator erzeugt drei um jeweils 120° gegeneinander phasenverschobene Wechselspannungen Ur, L/?und i/rsowie drei um jeweils 120° gegeneinander phasenverschobene Wechselströme Ir, Is und I_T. Das Stromdreieck Ig, Is, h ist gegenüber dem Spannungsdreieck Ur, Us. i/rum den Phasenwinkel φ verschoben, der an einem Winkeleingabeglied 10 vorwählbar ist und von diesem in binär kodierter Form ausgegeben wird. Ein zweites Winkeleingabeglied 11 gibt im dargestellten Beispiel einen Winkelwert von 121° in ebenfalls binär kodierter Form aus. Je nach der Stellung eines Schalters Ϊ2, der in der Zeichnung symbolisch dargestellt ist und aus mehreren Gattern entsprechend der Bitzahl der binär 'radierten Winkelwerte bestehen kann, ist entweder das Winkeleingabeglied 10 oder das Winkelcingabeglied 11 an einer, ersten Eingang 13 eines Addiergliedes 14 angeschlossen, dessen zweiter Eingang 15 mit dem Ausgang eines Akkumulators 16 verbunden ist und dessen Ausgang einerseits an den Eingang des Akkumulators 16 und andererseits an den Eingang eines Funktionsgebers 17 geschaltet ist Dem Funktionsgeber 17 ist ein Digital/Analog-Wandler 18 nachgeschaltet der ausgangsseitig mit den Speichereingängen von sechs Abtast-Halte-Schaltungen 19 bis 24 verbunden ist An jede der Abtast-Halte-Schaltungen 19 bis 24 ist ein Tiefpaßfilter 25 bis 30 angeschlossen, dem jeweils ein Verstärker 31 bis 36 nachgeschaltet ist Die Verstärker 31, 33 und 35 sind Spannungsverstärker und geben die AusgangsspannungUr bzw. Us bzw. iA ab. Die als Stromverstärker arbeitenden Verstärker 32, 34 und 36 liefern den Ausgangsstrom /«bzw. /sbzw. h-

Ein Taktgeber 37 erzeugt Taktimpuls« mit der Frequenz /"„. Diese gelangen zu einem Taktverteiler 38,

der einerseits mit Taktimpulsen der Frequenz /,=4^ den Akkumulator 16 taktet und den Schalter 12 steuert und andererseits Taktsignale f\ bis ft mit der Frequenz^-an

die Takteingänge der Abtast-Halte-Schaltungen 19 bis 24 abgibt, wodurch diese zyklisch getaktet werdea

Der Akkumulator 16 und das Addierglied 14 bilden zusammen mit den Winkeleingabegliedern 10 und 11 und dem Schalter 12 einen Zahlengenerator, der binär kodierte Phasenschrittsignale Ph an den Funktionsgeber 17 abgibt, die vom Funktionsgeber 17 in binär kodierte Momentanwertsignale und vom Digital/Analog-Wandler 18 in ein Analogsigna! umgeformt werden. Der Zahlengenerator erzeugt, wie weiter unten näher erläutert wird, für jedes der Ausgangssignalc Ur, Ir, Us, /s, Uy und Ij in zyklischer Reihenfolge Phasenschrittsignale Ph, die vom Funktionsgeber 17 in binär kodierte Momentanwertsignale und vom Digital/Analog-Wand ler 18 in ein entsprechendes, zu einer Referenzspannung U_n-Iproportionales Analogsignal umgeformt und in den zugeordneten Ablast-1laltc-Schaltungen 19 bis 24 in analoger Form bis zum nächsten Zyklus gespeichert werden. Der 1 unktions^cber 17 gibt also innerhalb jedes Phasenschrittes nur einen Momentiinweri aus und kann dementsprechend einfach aufgebaut sein; z. B. eignet sich als Funktionsgcljer 17 ein ROM-Spcichcr. in

dem zu jedem auftretenden Phasenschrittsigna! der zugehörige Momentanwert der Sinusfunktion gespeichert ist. Da nur die Sinusfunktion des 1. Quadranten in den ROM-Speicher eingeschrieben werden muß und die Sinuswerte der drei anderen Quadranten durch Spiegelung des 1. Quadranten gewonnen werden können, genügt eine verhältnismäßig geringe Speicherkapazität.

Im folgenden wird anhand des Diagramms der I-" i g. 2 die Arbeitsweise des beschriebenen Signalgenerators im einzelnen erläutert. In der F i g. 2 sind mit den Zahlen 0 bis 7 einzelne Phasenschritte bezeichnet. Die verschiedenen Taktsignale sind wiederum mit f_a f_s und /Ί bis 4 bezeichnet. Aus der mit ^bezeichneten Zeile ist die Stellung des Schalters 12 bei den einzelnen Phasenschritten ersichtlich. In der Zeile Ph ist der jeweilige Wert des Phasenschrittsignals Ph am Ausgang des Addiergliedes 14 und in der Zeil·.' A der jeweils im Akkumulator i5 eingespeicherte Wert e' !getragen.

Zum leichteren Verständnis sei vorerst angenommen, daß sich der Schalter 12 dauernd in der Stellung 121° befindet. Durch einen Taktimpuls des Taktsignals f_s beim Phasenschritt 1 nimmt das Phasenschrittsignal Ph den Wert 0° an, dieser Wert wird in den Akkumulator 16 eingespeichert, der Funktionsgeber 17 bildet den zugehörigen Sinuswert in binär kodierter Form und der Digital/Analog-Wandler 18 in analoger Form, am Takteingang des Abtast-Halte-Speichers 19 erscheint ein Taktimpuls des Taktsignals /",, und der der Ausgangsspannung Ur zugeordnete Analogwert wird in die Abtast-Halte-Schaltung 19 eir.gespeic iert. Beim nächsten Taktimpuls des Taktsignals L d. h. beim Phasenschritt 3, wird im Addierglied 15 der Wert 121° des Winkeleingabegliedes 11 zum alten Wert 0° des Akkumulators 16 addiert, der neue Wert 121° wird in den Akkumulator 16 übernommen, und eier entsprechende, der Ausgangsspannung Us zugeordnete Sinuswert in die Abtast-Halte-Schaltung 21 eingespeichert. Βεί·η Phasenschritt 5 wird der der Ausgangsspannung i/r zugeordnete Sinuswert von 242° in die Abtast-Halte-Schaltung 23. beim Phasenschritt 7 der der Ausgangsspannung Uli zugeordnete Sinuswert von 363° =3° in die Abtast-Halte-Schaltung 19 eingespeichert usw.

Betrachtet man die Bildung beispielsweise der Ausgangsspannung Ur für sich allein, so scheint es, daß der Zahlengenerator nichts anderes tun würde als bei jedem sechsten Phasenschritt den Wert des Phasenschrittsignals Ph um 3° zu erhöhen. Für jede Ausgangsspannung Ur, Us und Ut arbeitet also der Zalilengenera'cor als eigener Dreieck-Zahlengenerator. Am / umgang der Abtast-Halte-Schaltungen 19, 21 und 23 erscheinen treppenförmige Ausgangsspannungeri, die eine Sinuskurv^ annähern und gegeneinander um jeweils genau 120° phasenverschoben sind. Mit den Tiefpaßfiltern 25, 27 und 29 werden die ireppenförmigen Ausgangsspannungen geglättet und mit den Spannungsverstärkern 31, 33 und 35 auf den erforclerlient-n Wert verstärkt,

Die den Ausgangsstiomen h, L '.ind /; zugeordneten Sinuswertc werden jeweils beim nächsten Phasenschritt nach der Berechnung des Sinuswertes der Ausgangsspannung Ur, i/_s oder Ur der entsprechenden Phase gebildet, also bei den Phasenschritten 0. 2, 4, 6 ... Im dargestellten Beispiel wechselt der Schalter 12 beim Phasenschriu 2 in die Stellung ψ, das Addierglied \',l führt die Addition 0° +ψ aus, das Phasenschritisitnal i'h nimmt also den Wert ψ an, der FunktL-nsgeber 17 gibt den zugehörigen Sinuswert aus. am Takteingang der

Abtast-Ilallc-Schallimg 20 erscheint ein Taktimpuls des Taktsignals /·. und der dem Ausgangsstrom //,· zugeordnete Analogwert wird in die Abtasl-I laltc-Schaltung 20 eingespeichert. Am Takteingang des Akkumulators 16 erscheint beim Phasenschritt 2 kein Taktimpuls des Taktsignals Λ. so daß der Wert φ nicht in den Akkumulator 16 eingespeichert wird. Beim Phasenschritt 4 wird, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. der dem Ausgangsstrom Is zugeordnete Sinuswert von 121°+9 in die Abtast-1 laltc-Schaltung 22. beim Phasenschritt b der dem Ausgangsstrom /; zugeordnete Sinuswcri von 242"+r/ in die Abtasl-Haltc-.Schaltung 24 eingespeichert usw. Die so entstehenden treppcnför migcn Ausgangsspanniingcn der Abtast-Haltc-Schalliingen 20, 22 und 24 werden mit den Tiefpaßfiltern 26, 28 und 30 geglättet und mit den Stromverstärkern 32, 34 und 36 in entsprechende Ströme der erforderlichen

Der beschriebene Signalgencralor bildet also ein Spannungsdreieck Uh. Us. Ui und ein Stromdreieek In Is. Iu die sich im Gegenuhr/.eigcrsiiin drehen und um den Winkel r/ gegeneinander verdrehi sind Obwohl der /ahlengenerator Schritte von 121 und nicht von 120° ausführt, sind die Dreiecke genau gleichseitig, da die Abtastung des zugehörigen Sinuswcrlcs entsprechend später erfolgt. Infolge der verzögerten Abtastung der Sinuswerte der Ausgangsströme Ir, Λ und /; gegenüber den Sinuswerten der zugeordneten Ausgangsspannungen Ur. (A-und ' '; ist das Stromdreieek gegenüber dem Spannungsdreieck nicht um den Winkel (/. sondern im beschriebenen Beispiel um den Winkel q-0,5 verdreht. Diesem Umstand ist bei der Vorwahl des Winkels </ im Winkeleingabeglied 10 Rechnung zu tragen.

Der genannte Winkelvvert von 121 des Winkeleingabegliedes Il ist lediglich als Beispiel zu verstehen und richtet sich nach der gewünschten Feinheit der Treppenkurve der Analogsignale am Ausgang der Abtast-Halte-Schaltungen 19 bis 24. Selbstverständlich kann der Winkelwert des Winkelemgabegliedes 11 auch kleiner als 120" sein, so daß sich die Spannungs- und Stromdreiecke im Uhrzeigersinn drehen. In einem binären 8-Bit-System wird dieser Winkelwert z. B. durch die Binärzahl 01010101 dargestellt, was einem Winkel

256

- ~ 119.5= entspricht.

Im dargestellten Beispiel weist der Digital/Analog-Wandler 18 einen Referenzspannungseingang 39 auf, der an eine Referenzspannungsquelle U_rci angeschlossen ist. Das Analogsignal am Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 18 ist zur Referenzspannung proportional, so daß durch Veränderung der Referenzspannung die AmplitudcnwcTle sämtlicher Ausgangsspannungcn und Ausgangsströme gemeinsam beeinflußt werden können. Ist der Rcfcrenzspannungscingang 39 über einen vom Taktverteilcr 38 gesteuerter Mehrfachumschaltcr an mehrere einstellbare Referenzspannungsqucllen anschließbar, so können die Amplitudenwerte der Ausgangsspannungcn Ur. Us und Ui und jede der Ausgangsströme Ir. /·, und /; unabhängig voneinander durch Veränderung der Referenzspannungen eingestellt werden. Hierbei ist eine selbsttätige Nachrcgclung der Ausgangssignalc aufgrund ihrer IXfektivwertc möglich. wenn die Spannungsverstärker 31, 3i und 35 sowie die Stromverstärker 32, 34 und 36 an ein Effcktivwcrtmeßgerät angeschlossen sind, dessen Ausgangssignal die Referenzspannungsquellen steuert. Auch eine selbsttätige Nachregclung der Phasenwinkel ist möglich, indem jeweils ein Spannungsverstärker 31, 33, 35 und ein ci_rnm_v;.F«ijr|._;r 32 34 36 der "!eichen Phase an ein Phasenwinkelmeßgcrät angeschlossen werden, dessen Ausgangssignal das Winkeleingabeglied 10 steuert.

In der Γ i g. 3 weisen gleiche Bezugszeichen wie in der F i g. 1 auf gleiche Teile hin. Anstelle der Abtast-Ilaltc-Schaltungen 19 bis 24 (F i g. 1) weist der Signalgenerator nach der Fig. 3 digitale Schreib-Lese-Speicher (RAM) 39 bis 44 auf, deren Speichereingänge an den Futiktionsgeber 17 und deren Takteingänge an den Tal·'verteiler 38 angeschlossen sind. |edem der Schreib-I.csc-Speicher 39 bis 44 ist ein Digital/Analog-Wandler 45 bis 50 nachgeschaltet, dessen Ausgang jeweils zu einem der Tiefpaßfilter 25 bis 30 führt.

Der Signalgenerator nach der I·' i g. 3 ist im Vergleich zu jenem nach der Fig. I etwas aufwendiger, zeichnet sich jedoch durch den Vorteil aus. daß die Arbeitsgeschwindigkeit der Digital/Analog-Wandler 45 bis 50 weniger hoch sein muß als diejenige des Digital/Analog-W .jjdlers 18 (nach der Schaltung von Fig. 1).

Die Digital/Analog-Wandler 45 bis 50 weisen vorteilhafterweise Rcfercnzspannungscingängc zum Anschluß einer Referenzspannung auf mit der die Amplitudenwerte der Ausgangsspannungen und Ausgangsströme eingestellt oder geregelt werden können. Ferner ist es vorteilhaft, dem Funktionsgeber 17 ein Addierglied vorzuschalten, das gestattet, zum Phasen Schrittsignal Ph ein Winkelsignal zu addieren, um so den Phasenwinkel der Ausgangsspannungcn und Ausgangsströme zusätzlich zu beeinflussen bzw. nachzuregeln.

Vorteilhafterweise werden die beschriebenen Signalgeneratoren als Dreiphasenspannungs- und Dreiphasenstromgenerator zur Eichung von Elektrizitätszählern verwendet-

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Signalgeneraior zur Erzeugung sinusförmiger Ausgangssignale mit vorbestiinmter gegenseitiger Phasenlage, mit einem von einem Taktgeber gesteuerten Zahlengenerator, einem Funktionsgeber und mindestens einem Digital/Analog-Wandler, bei dem der Zahlengenerator binär kodierte Phasenschrittsignale an den Funktionsgeber abgibt, die vom Funktionsgeber in binär kodierte Momentanwertsignale und vom Digital/Analog-Wandler in ein Analogsignal umgeformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahlengenerator (10 bis 16) zyklisch jedem der Ausgangssignale (Ur; Ir- Us; Is; Ut; /^zugeordnete Phasenschrittsignaie (Ph) erzeugt, daß jedem Ausgangssignal (Ur; Ir; Us; Is, Ur, h) ein .rti den Digital/Analog-Wandler (18) oder an den Funktionsgeber (i7) angeschlossener Speicher (19 bis 24; 39 bis 44) zugeordnet ist und daß ein an den Taktgeber (37) angeschlossener Taktverteiler

(38) die Speicher(19 bis 24;39 bis 44) zyklisch taktet.

2. Signalgenerator nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicher (19 bis 24) Abtast-Halte-Schaltungen sind und daß der Digital/ Analog-Wandler (18) sämtlichen Ausgangssignalen (Ur; Ir; Us;/·>; Ur, /^gemeinsam zugeordnet ist.

3. Signalgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich: 2t, daß die Speicher (39 bis 44) digitale Schreib-Lese-Speicher sind u«d daß jedem Speicher (39 bis 44) ein Digital/Analog-Wandler (45 bis 50) nachgeschaltet ist.

4. Signalgenerator nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahlengenerator (10 bis 16) aus mindestens einem Winkeleingabeglied (10; 11), einem Addierglied (14) und einem Akkumulator (16) besteht, daß das Winkelcingabeglied (10; 11) an einen ersten (13) und der Ausgang des Akkumulators (16) an einen /weiten Eingang (15) des Addiergliedes (14) angeschlossen ist und dc^r Ausgang des Addiergliedes (14) mit dem Eingang des Akkumulators (16) verbunden ist.

5. Signalgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Winkeleingabeglieder (10; 11) über einen vom Taktgeber (37) gesteuerten Schalter (12) an den ersten Eingang (13) des Addiergliedes (14) angeschlossen sind.

6. Signalgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenzspannungseingang

(39) des Digital/Analog-Wandlers (18) über einen vom Taktverteiler (38) gesteuerten Mehrfachumschalter an mindestens zwei einstellbare Referenzspannungsquellen anschließbar ist.

7. Signalgenerator nach einem der Ansprüche I bis 6, gekennzeichnet durch drei über je ein Tiefpaßfilter (25; 27; 29) an einen der Speicher (19; 21; 23) oder einen der Digital/Analog-Wandler (45; 47; 49) angeschlossene Spannungsverstärker(31; 33; 35) zur Erzeugung eines Spannungsdreiecks und durch drei über je ein Tiefpaßfilter (26; 28; 30) an einen der Speicher (20; 22; 24) oder einen der Digital/Analog-Wandler (46; 48; 50) angeschlossene Stromverstärker (32; 34; 36) zur Erzeugung eines Slromdreiecks.

8. Signalgenerator nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsverstärker (31; 33; 35) und die Stromverstärker (32; 34; 36) an ein Effektivwertmeßgerät angeschlossen

sind, dessen Ausgangssignal die Referenzspannungsquellen steuert.

9. Signalgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Spannungsverstärker (31; 33; 35) und ein Stromverstärker (32; 34; 36) an ein Phasenwinkelmeßgerät angeschlossen sind, dessen Ausgangssignal das Winkeleingabeglied (10) steuert.

10. Verwendung des Signalgenerators nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Dreiphasenspannungs- und Dreiphasenstromgeneriitor zur Eichung von Elektrizitätszählern.