Vorrichtung zum Umwandeln eines Primärsignals veränderbarer Frequenz in ein Sekundärsignal, dessen Frequenz in regelbarem Verhältnis zu der des PrimÏrsignals steht
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vormchitung zum Umwandeln, eines PrimÏrsignals, z.
B. einer Impulsreihe mit innerhalb welter Grenzen veränderbarer Wieder- holungsfrequenz, in ein SekundÏnsignal, dessen Frequenz in regelbarem Verhältnis zur Frequenz des Primärsignals steht, wobei ein Hilfssignal von einem bez glich dar Frequenz veränderbaren Oszillator geliefert wird, der unter der Einwirkung einer Regelspannung steht, diie in n einer Regelschleife mit einem Frequenzteiler erzeugt wird, in welcher Vorrichtung die Primarfrequenz und die mittels des Frequenzteilers geteilte Frequenz des Hilfssignals miteinander verglichen werden, während die Vorrichtung einen zweiten Frequenzteiler enthält.
Es sind Vornchitungen dieser Art bekannt, bei denen es sich daram handelt, einstellbare FrequenzverhÏltnisse zwischen zwei Signalen zu erhalten. Dabei hat das Primärsignal z. B. eine bestimmte Frequenz FI, während die Frequenz des SekundÏrsignals das n/m -fache betragen muss, wobei n und m ganze Zahlen sind.
Ein Hilfssignal wird von einem veränderbaren Oiszil- lator geliefert, der durch eine Regelspannung einer Regelschleife gesteuert wird. In dieser Regelschleife wird von einem Frequenzteiler dasi Hilfssignail durch den an diesem Frequenzteiler genau, einstellbaren Faktor n dividiert und einem Frequenzdeitlefctor zugeführt, dem auch das Primärsignal zugeführt wird.
Sind die beiden Frequenzen verschieden, so liefert der Detektor eine ver änderbare Regelspannung für-den Oszillator, der dann mit einer höheren oder niediAgeren Frequenz zu schwingen anfangt. Wenn zwischen der PrimÏrErequenz und der mittels des Frequenzteilers geteilten Frequenz des Hilfssignals keine Differenz besteht, ist das Gleichgewicht erreicht, so dass die Frequenz des Hifssignals das. nfache der Primärfrequenz beträgt.
Hinter dem veränderbaren Oszillator besorgt ein zweiter Frequenzteiler die Teilung durch den Faktor m, so da¯ das verlangte FrequenzverhÏltnis n/m zwischen dem Sekundärsignal und dem Pr°mänsignal erzielt ist.
Wenn jetzt die Primärfrequenz zwischen weiten Grenzen veränderbar ist, muss der regelbare Oszillator diesen Anderungen der Priniärfrequenz, multipliziert mit dem erwähnten Faktor n, folgen können. In der Praxis s bereitet dies Schwienigkeiten ; eine stabile Wirkungs weise der Regelschleife im n-fachen Frequenzbereich des PrimÏrsiignalis lϯt sich .nicht leicht erreichen.
Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der eine gute Wirkung ineinem grossenFrequenz- bereich erreicht wird, ohne dass die Regelschleife hohen Anforderungen zu genügen braucht.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, da¯ der zweitGe Frequenzteiler je nach der H¯he der PrimÏrfrequenz selbsttätig vor oder hinter die Regelschleife geischaltet wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der vorgesehene zweite Frequenzteiler, wenn das PrimÏrsignal eine hohe Frequenz hat, zunächst benutzt werden kann, um diese hohe Frequenz Fi durch den Faktor m zu teilen, so dass die der weiteren Schaltungsanordnung angebotenen Frequenzen uni diesen Faktor verringert sind. Auf diese Weise lässt sich der Regelbereich der Regelschleife ausser für den entsprechenden. Niederfre- quenzbereich d'es Primänsignals, auch f den durch den Faktor m geteilten Hochfrequenzbereich des Primär- signals verwenden.
Der Frequenzbereich des PrimÏrsignals wird somit in zwei Teile aufgeteilt, wobei der Regelscheife der Niederfrequenzteil unmittelbar und der Hochfrequenzteil ber den m-Teiler zugef hrt wird.
Diese Anordnung des m-Teilers vor oder hinter der Regelschleife kann z. B. von einem Schmitt-Trigger mit frequenzempfindlichem Eingang durchgef hrt werden.
Wenn dieFrequenz des Primärsignals in einen bestimmten Bereich gelangt, schaltet der Schmitt-Trigger den m-Teiler bei zunehmender Frequenz vor und brei abnehmender Frequenz hintfer die Regelschleifc.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann z. B. in einer Drehzahlfregeileamrichtimg zum Erhalten eanisiteubarer Drehzahlverhältnisse zwischen umlaufenden Wellen verwendet werden. Dabei werden die üblichen, infolge der Anzahl der zu wählenden Verhältnisse häufig kom- plizierten Wechselrädergetriebe vermieden.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt ein Schaltbild des Schmittt-Tmggers mit frequenzempfindliichem Emgang.
Fig. 3 der Zeichnung zeigt ein. Verwendungsbeispiel einer derartigen Vorrichtung.
In Fig. 1 wird das Primärsugnal dem Punkt 1 ange- boten. Am Punkt 2 erscheint das SekundÏrsignal, 3 ist der Frequenzdetektor, 4 der verÏnderbare Oszillator, 5 der n-Teiler und 6 der m-Teiler, während 7 der Schmitt-Trigger mit frequenzempfindlichem Eingang ist. Die mit Pi bis P6 bezeichneten. Elemente sind bekante Dioden-UND-Gatter. Wenn an beiden EingÏngen c und d eines solchen Gatters z. B. ei n positives Signal auftritt, erscheint ein Signal am Ausgang e : das Gatter ist geöffnet. Wenn an nur einem der EingÏnge ein positives Signal auftritt, erschein) kein Signal am Ausgang ; das Gatter ist geschlossen.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung ist wie folg t: Das Primärsignal 1 erscheint an den Eingan- gen 8 des Schmitt-Triggersf 7 und an den Eingängen c der Gatter Pi und Pg. Wann die Frequenz fl des Priez i märsignals niedrig ist, fühtt z. B. der Ausgang a des Schmitt-Triggers 7 eine positive Spannung, während der Ausgang b keine Spannung führt. Infolgedessen liegt am Eingang d des a Gatters Pi eine positive Spannung, so dass dieses Gatter geöffnet ist, wÏhrend das Gatter P2 geschlossen ist.
Deshalb erscheint das Primäirsignal am Ausgange e des Gatters Pi. Von diesem Punkt an arbeitet die Schaltungsanordnung normal, so dass an den Eingängen c der Gatter P3 und P4 das, Hiilfssignal mit dar Frequenz nf1 erscheint. Das Gatter P3 ist jedoch geschlosr sen, weil am Ausgang b des T'riggers 7 eine positive Spannung vorhanden ist. Das Gatter P4 nst durch dlie Signale an den Eingängen c und d geöffnet, so dass das Hilfssignal im Frequenzteiler 6 durch m dividiert wird.
Auf diese Weise erscheinft ! dieses Signal an den Eingän- gen c der Gatter P5 und P6 und es wird vom geöffneten Gat- ter P5 zum Ausgang 2 weitergeleitet. Das. Ga'tter P6 ist geschlossen. Anderseits führt bei hoher Primärfrequcnz der Schmitt-Triggerauisgalig b ein Signal, so da¯ jetzt die Gatter P1, P4 und P5 geschlossen isand, wÏhrend die Gatter P2, P3 und P6 ge¯ffnet sind. Infolgedbssen wird das Signal ber das Gatter P2 uinmititelbar zum m-Teiler 6 und von diesem ber das Gatter P6 zurück zum Eingang der Regelschleife geführt. Dann erscheint das verarbeitete Signal über das Gatter P3 am Ausgang 2 der Vorrichtung.
In Fig. 2 ist der bekannte Schimitt-Trigger mit A bezeichnet. Das angebotene Signal wird den beiden Klemmen i der frequenzempfindlichen Eingänge des Schmitt-Triggers zugeführt. Die frequenzempfindlichen EingängebestehenausdenKondensattOTenCi und C2 in Reihe mit den WiderstÏnden R3 bzw. R4. Die gemeins, amen Punkte des Kondensatons Ci und des Widerstandes R3 bzw. des Kondensators Cz und des Wider- standes R4 sind über eine Parallelschaltung eines Widerstandes Ri und einer Diode Di bzw. eine Parallelschal- tung eines Widerstandes R2 und einer Diode D2 mit je einem Punkt konstanten Potentials verbunden.
Die Dioden Di und D sind so geischaltet, da¯ am einen Eingang die positiven und am anderen Eingang die niegsao tiven Signale durch diese Dioden abfliessen. Schliesslich sind Kondensatoren C3 und C4 parafflel zu den EingÏngen B bzw. C des Schmitt-Triggers geschaltet.
Die beiden AusgÏnge des Schmitt-Tiiggers A sind mit a und b bezeichnet.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordhung ist wie folgt.
Das angebotene Signal wird in der Vorrichtung zunÏchst von der Kombination des Kondensators Ci und des Widerstandes Ri bzw. des Kondienisators C2 und des Widerstandes R2 differenziert. In der Kombination des Kondensators C3 und des Widerstandies Rg bzw. des Kondensators C4 und des Widerstandes R4 wird das differenzierte Signal integriert, so da¯ ber dem Kondensator C3 über dem Kondensator C4 eine Gleich- spannung erzeugt wird, deren Grösse von der Frequenz des Signals abhängt. Über dem Kon- densator C3 ergib !sicheinepositiveundüberdem Kondensator C4 eine negative Spannung.
Der Wert der Veirz¯gerungsizieiten T3 und T4 der Widerstands-Konden- sator-Kombinationen C3R3 bzw. C4R4 sind verschieden gewÏhlt, und zwar so, da¯ die Frequenzbereiche, in denen die Spannungen ber den Kondensatoren den zum Umkippen des Triggers erforderlichen Wert erreichen, verschieden sind. Zum Beispiel ergibt sich bei einer Frequenz f'über dem Kondensator C und bei der Frequenz f" ber dem Kondensator C4 eine hinreichende Spannung, um den Trigger umkippen zu las, sen. Bei niedrigen Frequenzen deisi PriniÏisignals befindet sich der Trigger in einem bestimmten Zustand, in dem z. B. der Ausgang a eine positive Spannung und der Ausgang b eine negative Spannung f hrt.
Ein Zustandswechsel kann dabai z. B. nur durch eine genügende Spannung an Kondensator Cg ausgelöst werden. Diese Spannung wird erreicht, wenn die Frequenz des Primärsignals einen Wert f'erreicht. Der Trigger kippt um, so da¯ der Ausgang b nunmehr eine positive und der Ausgang a eine negative Spannung f hrt. In diesem Augenblick wird der m-Teiler, der hinter die Regelschleife geschaltet war, vor die Regelschleife geschaltet. Wenn die Frequenz des Primär signals bis unter einen Wert f"absankt, bewirkt die Span nung am Kondensator C4 ein Zurückkippen des Triggers in die Ausgangslage. Diese Frequenz f." ist niedcig?r als die Frequenz f gewÏhlt.
Dadurch isit erreicht, da¯, wenn die Frequenz des PrimÏrsigaalisi in der unmittelbaren NÏhe von f oder f" liegt, keine Gefahr beisteht, da¯ der Trigger fortwährend umkippt.
Die Vorrichtung nach der Erfindung kann z. B. zum Erhalten einstellbarer DrehzahlverhÏltaisse zwischen zwei umlaufenden Wellen angewandt werden. Dabei werden die üblichen, infolge der Anzahl der zu wahlen- den VerhÏltnilsse hÏufig komplizierten WechselrÏdergetriebe vermieden. Fig. 3 zeigt diese. Verwendung schematisch. Zwei Scheiben 15 und 19, die am Umfang mit L¯chern versehen sind, sitzen auf Wellen 14 bzw. 18.
Lichtquellen 16 und 20 sind gegenüber lichtempfindli- chen Elementen 17 bzw. 21 1 angeordnet, derart, dass die lichtempfindlichen Elemente durch die Löcher in den Scheiben hindurch von den Lichtquellen beleuchtet werden können. Vorrichtungen 11 und 12 sind bekannte Impulsfonnemietzwerke. Z steht f r die Vorrichtung nach Fig. 1, 13 ist ein Detektor, in dem eine Regelspan- nung erzeugt wird, und 22 ist der geregelte Antriebs- motor f r die Welle 18. Durch die Rotation der Scheiben ergeben sich an den Awsigängen der lichtempfind- lichen Elemente impulsförmige Signale. Diese Signale werden in den Netzwerken 11 bzw. 12 zu Rechteckimpulsen verarbeitet.
Die Wiederholungsfrequenzen dieser Impulsreihen sind gleich den Drehzahlen der betreffenden Wellen. In der Vorrichtung Z wird die Frequenz fi der im Netzwerk 11 gebildeten Impulsreihe mit einem gewünschten Faktor n/m multipliziert und dem Detektor 13 zugeführt. Dem anderen Eingang des Detektorsi wird die Frequenz fa der im Netzwerk 12 gebildeten Impulse angeboten. Im Detektor werden diese Impulsreihen mit den Wiederholungsfrequenzen f1 . n/m bzw. f2 mit einan der verglichen. Wenn diese Frequenzen n/m f1 und f2 nicht gleich sind, wird eine Regelspannung abgegeben, die die Frequenz f2 regdt, bis Gleichheit hergestefit ist.
Auf diese Weise wird durch das in Z einzustellendeVerhältnis- m zwischen den Drehzahlen fi und f2 eine in einem grossen Bereich verÏnderbare ¯bersetzung zwischen zwei Wellen erhalten. Die Grenze iinnerhalb deren diese tuber- setzung veränderbar ist, sind dadurch so weit voneinan- der entfernt, dass in der Vorrichtung Z der zweite Fre- quenzteiler sowohl vor als auch hinter die Regelschleffe geschaltet werden kann.
Wenn z. B. die Frequenz f1 zwischen 1 X fi und 250 X fi variieren kann, und m z. B. immer gleich 16 ist, wird die Frequenz f', bei der der frequenzempfind- liche Schmitt-Trigger umkippt, gleich 16f1 gewählt, so dass der Regelschleife f r den ganzen zu verarbeitenden Frequenzbereich nur eitn Frequenzbereich zwischen 1 Xfi und 16 X f1 angeboten wird.