JPS59170B2 - 可変周波数発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、アナログ入力信号の大きさに応じて周波数が
変化可能であるような可変周波数発振器に関する。

この種の発振器は、出力信号がパルス波形である場合に
は電圧・周波数変換器と呼ばれ、種々の回路構成のもの
が知られている。

しかしながらアナログ入力信号を正から負に変化させた
際にそのアナログ入力信号の零通過時点を境に出力信号
が今までと逆の経過をたどるような可逆の特性を有する
可変周波数発振器はほとんど知られていない。

この種の特性は、機械的な手段を採用するとすれば、電
機子電圧の大きさおよび極性に応じて回転数および回転
方向を制御される直流電動機で回転駆動される同期発電
機またはパルスエンコーダによって実現することができ
る。

即ち、この場合には直流電動機の電機子電圧の大きさに
応じて同期発動機またはパルスエンコーダの出力信号の
周波数が変化可能であり、またその電機子電圧の極性に
応じて可逆の特性が得られる。

本発明の目的は、上述の如き可逆の特性を持った可変周
波数発振器を電子的手段によって構成することにある。

この目的は、本発明によれば、特許請求の範囲に記載の
構成によって達成される。

以下、図面を参照しなから本発旧による可逆発振器の実
施例について説明する。

第１図に示す本発明実施例によれば、１は入力極性切換
手段を備えだ積分器であり、入力電圧（アナログ入力信
号）ｅｉに導かれる。

この積分器１は、演算増幅器１１と積分コンデンサ（容
量Ｃ１）１２と入力抵抗１３とからなを公知構成の積分
器部分のほかに、入力極性切換のために、３つの抵抗１
４，１５．１６と演算増幅器１７と、電子スイッチ１８
とからなる付加的な回路部分を備えている。

抵抗１３〜１５は等しい値Ｒに選定され、抵抗１６はそ
の値の半分Ｒ／２に選定されている。

従って、抵抗１４．１５と演算増幅器１７とは、ゲイン
が−１の増幅回路を構成する（但し、スイッチ１８のオ
フ状態において）。

スイッチ１８がオンの状態のときは帰還抵抗１５が短絡
されるためこの増幅回路のゲインは０となる。

それ故、積分器１の出力信号Ａの電圧値ｅ。

は、スイッチ１８がオフのときには、 と表わすことができ、またスイッチ１８がオンのときに
は、 と表わすことができる。

従ってスイッチ１８によって入力電圧ｅｉのもとの極性
を切換えて積分器へ伝達できることになる。

このような極性切換手段としては他の公知の手段を使用
してもよい。

積分器１の出力信号Ａは上下限検出回路２に導かれる。

この回路２は、２つのコンパレータ２１゜２２から構成
されている。

コンパレータ２１゜２２には、上下限設定回路３からそ
れぞれ上限値子Ｅ、−Ｅが導かれる。

コンパレータ２１の出力信号は積分器１の出力信号Ａの
値ｅ。

が上限値子Ｅに達したときＨレベルに切換わり、コンパ
レータ２２の出力信号は積分器１の出力信号Ａの値ｅ□
が下限値−Ｅに達したときＨレベルに切換わる。

両コンパレータ２１，２２の出力信号は論理回路４に導
かれる。

論理回路４には、入力電圧ｅｉを導かれるコンパレータ
５１からなる極性判別回路５の出力信号も導かれる。

この論理回路４は６つのＮＡＮＩ璋子４１〜４６とイン
バータ４７とから構成されている。

極性判別回路５の出力信号は、入力電圧ｅｉが正極性の
ときＨレベルとなり、入力電圧ｅｉが負極性のときＬレ
ベルとなる。

論理回路４の出力信号はスイッチ１８のオンオフ制御を
する。

第２図は、入力電圧ｅ’ｌｚ積分器の出力信号Ａ、論理
回路４の出力信号Ｂ、積分器１の出力信号の極性判別を
行なうコンパレータ６の出力信号Ｃのそれぞれの動作波
形を示し、左側の波形は入力電圧ｅ・が正極の場合、右
側の波形は入力電圧ｅｉが負極性の場合である。

まず、入力電圧ｅ・が第２図左側に示すように正極性に
あって、かつ積分器出力信号Ａが上限値子Ｅに近づいて
いる状態にあるものとする。

従って、積分器１内にある極性切換手段は反転動作モー
ドにある。

即ち、論理回路出力信号ＢがＬレベルにあってスイッチ
１８がオフ状態にある。

このとき、論理回路４内ではＮｍ子４１〜４４の上方の
入力端子には回路２内のコンパレータ２１もしくは２２
からいずれもＬレベルの入力信号が与えられており、ま
たＮｍ子４１，４３の下方の入力端子には回路５内のコ
ンパレータ５１からＨレベルの入力信号が与えられ、そ
してＮＡＮＤ素子４２，４４の下方の入力端子にはイン
バータ４７を介してＬレベルの入力信号が与えられてい
る。

従ってこれらの４つのＮＡＮＤ素子４１〜４４の出力信
号はいずれもＨレベルにある。

残りの２つのＮｍ子４５．４６はフリップフロップを構
成しており、Ｎにｍ子４５の出力信号ＢはＬレベルにあ
るので、Ｎに１子４６はＨレヘルニあるので、Ｎｍ子□
４６はＨレベルにある。

つまりＮにｌ子４５はすべての入力信号がＨレベルにあ
ってＬレベルの出力信号を発生し、そしてＮに１子４６
は一番上の入力端子のみがＬレベルにあってＨレベルの
出力信号を発生している。

このような状態にあって出力信号Ａは上限値子Ｅに近づ
いていく。

出力信号Ａが上限値子Ｅに達すると回路２内のコンパレ
ータ２１の出力信号がＨレベルへ変化し、従ってＮＡｎ
子４１゜４４の上方の入力端子に与えられる入力信号も
Ｈレベルへ変化する。

この結果Ｎにｌ子４１の出力信号は、それの入力信号が
いずれもＨレベルになるためＬレベルへ変化する。

ＮＡＭ子４４は、下方の入力端子の信号がＬレベルのま
まであるため、そのままＨレベルの出力信号を保持する
。

Ｎ、ＡＮＤ素子４５の゛出力信号Ｂは、Ｎに吐康子４１
から導かれる入力信号がＬレベルへ変化したことによっ
てＨレベルへ変化する。

これにともなってＮに１子４６の出力信号はＬレベルへ
変化する。

上述のようにして積分器出力信号Ａが上限値子Ｅに達す
ると同時に論理回路出力信号ＢはＨレベルへ変化する。

この結集積分器１内のスイッチ１８はオン状態に切換え
られ、従って積分器１内の極性切換手段は非反転動作モ
ードとなる。

これにともなって積分器出力信号Ａは方向を逆転して下
限値−Ｅに向かいはじめる。

これにともなってコンパレータ２１の出力信号は再びＬ
レベルへ戻り、従ってＮｍ子４Ｌ ４４の入力信号もＬ
レベルへ戻る。

これによってＮＡＮＤ＊子４１の子方１号のみが変化し
、この出力信号はＬレベルとなる。

Ｎｍ子４１の出力信号のＬレベルへの変化は、Ｎｍ子４
５の一番下の入力信号が既にＬレベルにあるためこのＮ
ＡＮＤ素子４５の一番下の入力信号が既にＬレベルにあ
るだめとのＮに１子４５の出力信号Ｂに何の変化も生じ
させない。

積分器出力信号Ａは、その後入力電圧ｅｉの大きさに従
った勾配にて下限値−Ｅに近づいてゆく。

出力信号Ａが下限値−Ｅに達する否や、コンパレータ２
２の出力信号がＨレベルへ変化し、このコンパレータ２
２から入力信号を受けるＮｍ子４２．４３のうち４３の
みが出力状態を変える。

この結果ＮＡＭ子４６はＮｍ子４３からのＬレベルの入
力信号を受けてＨレベルに変化した出力信号を発する。

これにより、ＮＡＮＤ素子４５の入力信号のすべてがＨ
レベルとなるためＮＡＮＤ素子４５の出力信号ＢはＬレ
ベルの信号に変化する。

この結果、スイッチ１８がオフ状態に制御され、積分器
内の極性切換手段は反転動作モードとなって積分器出力
信号Ａが再び上限値子Ｅに向かいはじめ、これにともな
ってコンパレータ２２の出力信号がＬレベルへ復帰する
。

コンパレータ２２の出力信号がＬレベルへ復帰したこと
によって、論理回路４内の動作状態は、最初に仮定した
と同じ状態になる。

以下、同様の動作が繰り返えされ、第２回の左側に示さ
れているよ５に、三角波形の出力信号Ａおよび矩形状の
出力信号Ｂ、 Ｃが得られる。

今、論理回路４内の動作状態が最初に仮定したと同じ状
態にあるものとして、入力信号ｅｉの極性を正から負に
ステップ状に変化させてみることにする。

これによってまずコンパレータ５１の出力信号がＬレベ
ル）変化する。

これによってＮＡＮＤ素子４１，４３の下方の入力端子
の信号はＬレベルへ、そしてＮにｇ子４２．４４の下方
の入力端子の信号Ｈレベルへ変化するが、これらのＮだ
Ｗ子４１〜４４の上方の入力端子の信号はいずれもＬレ
ベルであるため、ＮＡＭ子４１〜４４の出力信号はいず
れも今までのＨレベルから変化しない。

従って出力信号ＢもＬレベルのままでスイッチ１８はオ
フ状態を保持し、積分器１内の極性切換手段は反転動作
モードを保つ。

それ故、入力信号ｅｉの極性だけが変化しただけにとど
まる。

入力信号ｅｔの極性切換えによって、今まで上限値子Ｅ
に向かっていた積分器出力信号Ａは今度は方向転換して
下限値−Ｅへ向かいはじめる。

出力信号Ａが下限値−Ｅに達するや否や、コンパレータ
２２がＨレベルの出力信号を発し、これによりＮにｍ子
４２の出力信号がＬレベルへ変化しフリップフロップ４
５．４６を反転させる。

即ち出力信号ＢがＨレベルへ変化する。

これによりスイッチ１８がオンされ、積分器内の極性切
換手段が非反転動作モードに切換えられる。

この結集積分器出力信号Ａは今度は上限値−′ニーＥへ
向かいはじめ、コンパレータ２２の出力信号がＬレベル
へ戻る。

以下、ｅｉ〉０の場合と同様に、出力信号Ａは上限値子
Ｅと下限値−Ｅとの間で往復し、その波形は第２図の右
側に示すような三角波となる。

また出力信号ＢおよびＣは第２図右側に示すような矩形
波となる。

以上の説明から分るように、出力信号Ａの三角波形の勾
配は入力信号ｅｉの極性には関係なく入力信号ｅｉの大
きさに比例し、従って出力信号Ａの周波数は入力信号ｅ
・の大きさに比例する。

このことから出力信号Ｂ、Ｃの周波数も入力信号ｅｉの
大きさに比例することは言うまでもないところである。

入力信号ｅ・の極性が正の場合と負の場合とで異なる点
は、正極性時には出力信号Ａが上限値−Ｅから上限値子
Ｅへ向かう時間において積分器内の極性切換手段が反転
動作モードにあるのに対して、負極性時には上記と同じ
期間において積分器内の極性切換手段が非反転動作モー
ドにある点である。

このことは、第２図から分るように、出力信号Ｂを基準
にして考えると、ｅ １ ＞ ００ときは出力信号Ａお
よびＣが出力信号Ｂに対して９０゜だけ進み位相になる
のに対して、ｅｉ〈０のときは出力信号ＡおよびＣが出
力信号Ｂに対して９０’だけ遅れ位相になることを意味
する。

即ち入力信号ｅｉの切換えによって出力信号ｐｐＢおよ
びＣの方向性の逆転が行なわれることになる。

第３図には、入力信号ｅｉを正の値から負の値へ連続的
に変化させた場合についての出力信号Ａ。

ＢおよびＣの時間経過を示し、この図から上述の方向性
の逆転のようすをより詳しく理解することができる。

即ち、本発明による可逆発振器の方向逆転特性は、この
場合に入力信号ｅｉの零通過時点ｔ−ｔｏを境としてこ
れ以降はあたかも時間ｔが過去へ逆転するような出力信
号特性となる。

この特性は既述の機械的手段によってもたらされだのと
同し特性であって、入力信号ｅｉは回転速度に見立てる
ことができ、そして積分器出力信号Ａが上下限値上Ｅで
方向転換しないものと仮定したときの出力信号Ａの動き
（第３図の一番下に付加的に示した波形参照）は、回転
停止点（回転方向反転位置）を基準とした回転角度に見
立てることができる。

以上のように、本発明によれば、入力信号ｅｉによって
周波数制御のみならず位相逆転制御を連続的に行なわせ
ることができ、かかる特性を有する発振器は例えば交流
機の可変周波数制御の分野においで電圧ないしは電流の
瞬時値指令手段として応用できる。

例えば３相交流機に対しては、本発明による可逆発振器
の出力信号Ａ（まだはＢ。

Ｃ）を相数変換によって３相出力信号に変換し、そして
これを必要に応じて正弦化等の波形整形を行なって３相
電圧または電流の瞬時値指令信号として使用することが
できる。

この場合に可逆発振器の入力信号ｅｉの大きさは周波数
を指令し、また入力信号ｅｉの極性に切換わりによって
相回転方向の逆転が衝撃なく行なわれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明一実施例を示す回路接続図、第２図お
よび第３図はその実施例動作説明図である。 １・・・入力極性切換え手段を備えだ積分器、２・・・
上下限検出回路、３・・・上下限設定回路、４・・・論
理回路、５・・・極性判別器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 人力極性切換手段を介してアナログ入力信号を導か
   れる積分器と、この積分器の出力信号が所定の上限値お
   よび下限値に到達したことを検出する上下限検出回路と
   、前記アナログ入力信号の極性を判別する極性判別器と
   、前記上下限検出回路の上限値到達信号お、よび下限値
   到達信号と前記極性判別器の出力信号とを受は取って、
   上限値到達時には積分器の出力信号を下限値に向かわし
   め下限値到達時には積分器の出力信号を上限値に向かわ
   しめるに必要な入力極性切換手段が取るべき動作モード
   を判別して次に前記上下限検出回路から上限値到達信号
   もしくは下限値到達信号を受は取るまでの間その判別さ
   れた動作モードどおりに前記入力極性切換手段を制御す
   る論理回路とを備えてなる可変周波数発振器。