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Schaltung zur Erzeugung eines einer Impulsfrequenz proportionalen Stromes
Bekanntlich wird die Frequenz von Impulsen gleicher Dauer, z. B. in Impulsfrequenzempfängern,
Kompensationsgebern, frequenzabhängigen Steuerungen in der Weise gemessen, dass ein Kondensator an eine sich im Rhythmus der Impulsgabe ändernde Spannung gelegt wird ; dabei ist der Kondensatorsuom ein Mass für die Impulsfrequenz, wenn die Lade-und Entladezeitkonstante des Kondensatorkreises hin- reichend klein ist. Die üblichen Schaltungen dieser Art sind mit einem Relais versehen, dessen Kontakt im Rhythmus der Impulse über ein Messgerät einen Entladestromkreis für einen ständig an einer Ladespan- nungsquelle liegenden Kondensator schliesst.
In dem Bestreben, mechanische Kontakte zu vermeiden, werden diese auch bei Impulsfrequenzmessgeräten durch elektronische Schalter ersetzt, wobei zur Erhöhung der Genauigkeit der Ladespannung den Kondensatoren spannungsstabilisierende Schaltelemente parallel geschaltet werden und die Ladespannung an einem Teilwiderstand einer Spannungsteilerschaltung abge- griffen wird.
Ein bekanntes Frequenzanzelgegerät dieser Art ist mit einer von einer Spannung mit der zu messen- den Frequenz gesteuerten Elektronenröhre versehen, deren Kathoden-Anoden-Strecke in den Ladestrom- kreis des Kondensators eingeschaltet ist.
Bei Verwendung von Transistoren als elektronische Schalter im Ladestromkreis des Kondensators wirkt sich deren Temperaturabhängigkeit nachteilig aus, da sich die Ladespannung des Kondensators und damit auch sein Ladestrom mit der Temperatur stark ändern. Für genaue Frequenzmessungen wären daher solche Geräte nicht geeignet, denn die Temperaturabhängigkeit eines Schaltelementes wirkt sich dann am stärksten aus, wenn es in den Hauptstromkreis (Ladestromkreis) eingeschaltet ist.
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Erzeugung eines einer Impulsfrequenz proportionalen Stromes mit Hilfe eines von einer Hilfsspannungsquelle im Rhythmus der Impulse gespeisten Kondensators, der mit einem parallel geschalteten spannungsbegrenzenden Element in einer an der Hilfsspannungsquelle liegenden Spannungsteilerschaltung angeordnet ist, wobei zur Steuerung der Kondensatorspannung ein Transistor vorgesehen ist. Trotz Verwendung eines Transistors liefert die erfindungsgemässe Schaltung einen temperaturunabhängigen Kondensatorstrom und besitzt überdies den Vorteil, dass der Kondensatorstrom von Schwankungen der Hilfsspannung unabhängig ist, wodurch eine genaue Frequenzmessung ermöglicht ist.
Erfindungsgemäss dient als spannungsbegrenzendes Element mindestens eine Zener-Diode, der der Transistor vorzugsweise mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel und ein Ladewiderstand in Serie geschaltet ist.
Bei der erfindungsgemässen Schaltung wird der Ladestrom des Kondensators durch die Temperaturabhängigkeit des Transistors praktisch nicht beeinflusst, da der Transistor dem Kondensator parallel geschaltet ist und der Einfluss von Spannungsschwankungen der Hilfsspannungsquelle wird durch den in Serie geschalteten Ladewiderstand reduziert.
Die unter dem Namen Zener-Dioden bekanntgewordenen Halbleiterdioden weisen bei kleinen angelegten Sperrspannungen einen sehr hohen Widerstand auf ; wenn jedoch die angelegte Sperrspannung einen gewissen Wert, der als"Zener-Spannung"bezeichnet wird, tiberschreitet, wird die Zener-Diode praktisch vollkommen leitend. In bezug auf einen mit einer Zener-Diode parallel geschalteten Transistor wirkt sich diese Eigenschaft der Zener-Diode folgendermassen aus :
Bei einem Spannungsabfall am Transistor (z. B. an seiner Emitter-Kollektor-Strecke) und der Zener-
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Diode, der kleiner ist als die Zener-Spannung, bleibt die Zener-Diode praktisch völlig unwirksam.
Wenn jedoch unter den gegebenen Verhältnissen am Transistor mit der parallel geschalteten Zener-Diode ein
Spannungsabfall auftritt, der gleich der Zener-Spannung ist oder diese überschreitet, dann wird die ZenerDiode stromführend. Hiebei reduziert die Zener-Diode den Stromdurchgang durch den Transistor so weit, dass der Spannungsabfall am Transistor bzw. an der Zener-Diode nahezu konstant bleibt, also weitgehend unabhängig von dem jeweiligen (temperaturabhängigen) Widerstand des Transistors (z. B. seiner EmitterKollektor-Strecke) und von dem jeweiligen Stromangebot der Hilfsspannungsquelle.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Sowohl in Fig. 1 als auch in Fig. 2 ist eine Schaltung zur Impulsfrequenzmessung mit Hilfe eines Kondensators 1 dargestellt, dessen Aufladung durch eine Hilfsspannungsquelle 2 über einen Ladewiderstand 3 erfolgt. Der Spannungsabfall am Kondensator 1 wird durch den Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 4 bestimmt, der zusammen mit dem Ladewiderstand 3. einen an der Hilfsspannungsquelle 2 liegenden Spannungsteiler bildet. Die Basis des Transistors 4 liegt an der Impulsspannung, deren Frequenz zu messen ist ; sie verändert im Rhythmus der Impulse den Widerstand der Emitter-Kollektor-Strecke und damit die am Konden- sator 1 liegende Ladespannung.
Durch das Schwanken der Ladespannung fliesst ein der Impulsfrequenz proportionaler Kondensatorstrom, der über Gleichrichter der Drehspule 5 eines Messwerkes zugeführt wird und dort ein der Impulsfrequenz proportionales Drehmoment erzeugt.
Bei der Ausführung nach Fig. l ist der Drehspule 5 ein einziger Gleichrichter 6 vorgeschaltet und für den in entgegengesetzter Richtung zum Drehspulsystem fliessenden Teil des Kondensatorstromes ist eine über einen weiteren Gleichrichter 7 verlaufende Stromführung vorgesehen.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 ist die Drehspule 5 über eine Vollweggleichrichterschaltung 8 in den Stromkreis des Kondensators 1 eingeschaltet.
Mit 9 ist eine Serie von (beispielsweise) drei Zener-Dioden bezeichnet, die der Emitter-KollektorStrecke des Transistors 4 parallel geschaltet sind und dadurch bewirken, dass die Ladespannung des Kondensators 1 Lei gesperrtem Transistor 4 unabhängig von Schwankungen der Hilfsspannung und von Schwankungen des Kollektorstromes gleich ist der Zener-Spannung der drei Zener-Dioden 9, also der dreifachen Zener-Spannung einer einzelnen Diode. Der Kollektorstrom ist der bei gesperrtem Transistor fliessende Strom, dessen Grösse stark von der Temperatur des Transistors abhängt.
Die Spannung an den Zener-Dioden 9 ändert sich sprunghaft zwischen dem Wert der Summe der Zener-Spannungen der einzelnen Dioden und einer minimalen Kollektorrestspannung, die bei voll leitendem Transistor an der Emitter-KollektorStrecke auftritt und deren Temperaturabhängigkeit praktisch nicht ins Gewicht fällt.
Zur genauen Einstellung oder Unterdrückung des Nullpunktes des Messgerätes ist eine zweite Drehspulwicklung 10 vorgesehen, die über Vorwiderstände 11 und 12 an die Hilfsspannungsquelle 2 geschaltet ist. Zur Erzielung eines von Schwankungen der Hilfsspannung unabhängigen Stromes durch die Drehspul- wicklung 10 ist dieser und dem Vorwiderstand 11 eine weitere Zener-Utoae 13 parallel geschaltet.
Der Transistor 4 kann gegebenenfalls auch Bestandteil einer impulsformenden Schaltstufe, z. B. eines bistabilen Multivibrators (Schmidt-Trigger) od. dgl. sein. Wenn der Messwert registriert werden soll, dann ist das Anzeigeinstrument durch einen Messverstärker zu ersetzen, der das Schreibgerät speist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Erzeugung eines einer Impulsfrequenz proportionalen Stromes mit Hilfe eines von einer Hilfsspannungsquelle im Rhythmus der Impulse gespeisten Kondensators, der mit einem parallel geschalteten spannungsbegrenenden Element in einer an der Hilfsspannungsquelle liegenden Spannungsteilerschaltung angeordnet ist, wobei zur Steuerung der Kondensatorspannung ein Transistor vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass als spannungsbegrenzendes Element mindestens eine Zener-Diode (9) dient, der der Transistor (4) vorzugsweise mit seiner Emitter-Kollektor-Strecke parallel und ein Ladewiderstand (3) in Serie geschaltet ist.