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Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Frequenzabweichungen
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Abweichung der Frequenz einer zu überwachenden Spannung von einer vorgegebenen Frequenz.
Unter verschiedenen Umständen ist es wünschenswert, Frequenzänderungen oder Phasenänderungen einer elektrischen Energiequelle zu erfassen. So kann es beispielsweise in den Fällen, in denen elektrische Kraftquellen von einer Prüfeinrichtung überwacht werden, wünschenswert sein, die Frequenz des von den elektrischen Kraftquellen gelieferten Stromes zu messen, um einen bevorstehenden Fehler in einer der Kraftquellen anzuzeigen.
Es sind verschiedene Methoden zur Messung der Frequenz bekannt. Beispielsweise sind mechanische Bezugssysteme mit festen Frequenzen oder andere, eine feste Bezugsfrequenz erzeugende elektrische Quellen mit der Frequenz der elektrischen Energiequelle verglichen worden. Diese Methoden sind relativ kostspielig, wenn ein bestimmter Grad an Genauigkeit verlangt wird. Auch ist, falls ein direkter Vergleich zwischen der Bezugsfrequenz und der Frequenz der elektrischen Energiequelle vollzogen werden soll, die Bezugsfrequenz gewöhnlich nicht genau einstellbar.
Gegenstand der Erfindung ist es, eine einstellbare Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Frequenzabweichungen zu schaffen, die einfach und damit wirtschaftlich aufgebaut ist. Ferner soll gemäss der Erfindung ein Frequenzrelais geschaffen werden, das relativ unempfindlich gegenüber Änderungen der Scheitelspannung der elektrischen Energiequelle ist.
Zu diesem Zweck wird eine Schaltungsanordnung verwendet, die gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, dass an die zu überwachende Spannung oder an eine aus dieser abgeleitete Spannung eine von dieser Spannung zur Abgabe eines Pulses mit einer durch die Frequenz der zu überwachenden Spannung bestimmten Impulsdauer angeregte, bistabile Kippstufe angeschlossen ist, dass mit der bistabilen Kippstufe eine von dem Puls dieser Kippstufe zur Abgabe eines Pulses mit einer durch die vorgegebene Frequenz bestimmten Impulsdauer angeregte, monostabile Kippstufe in Verbindung steht und dass an die bistabile Kippstufe und die monostabile Kippstufe eine Auswerteeinrichtung angeschlossen ist, die an Hand der jeweiligen Polarität einer sich aus dem Vergleich der beiden Pulse ergebenden Spannung feststellt,
ob die Frequenz der zu überwachenden Spannung ober- oder unterhalb der vorgegebenen Frequenz liegt.
Zur Steuerung der bistabilen Kippstufe wird eine Rechteckspannung verwendet, die in einer Begrenzerschaltung aus der Wechselspannung der elektrischen Energiequelle gewonnen wird. Die bistabile Kippstufe ändert ihren Schaltungszustand jedesmal dann, wenn ihr aus der Begrenzerschaltung ein Impuls einer vorbestimmten Polarität zugeführt wird. Die einen Puls darstellende Ausgangsspannung der bistabilen Kippstufe steuert die monostabile Kippstufe in der Weise, dass die monostabile Kippstufe jedesmal dann in den instabilen Schaltungszustand übergeht, wenn die bistabile Kippstufe einen vorbestimmten stabilen Schaltungszustand aufweist.
Der Puls der bistabilen Kippstufe und der von der monostabilen Kippstufe erzeugte Puls sind derart in einer Auswerteeinrichtung zusammengeschaltet, dass sich ihre Amplituden subtrahieren ; es entsteht eine Spannung, deren Polarität und Zeitdauer von der Zeitdauer
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der Pulse abhängt. Die Impulsdauer des von der monostabilen Kippstufe erzeugten Pulses ist regulierbar und kann daher dazu verwendet werden, festzulegen, ob die sich aus den zusammengeschalteten Pulsen der monostabilen und der bistabilen Kippstufe ergebende Spannung positiv oder negativ sein soll.
Die sich ergebende Spannung kann gegebenenfalls dazu verwendet werden, eine weitere bistabile Kippstufezutriggem, deren Ausgangsspannung zur Steuerung eines empfindlichen Relais verwendet werden kann, das den Zustand der elektrischen Energiequelle anzeigt. Die Ausgangsspannung der bistabilen Kippstufe kann beispielsweise auch eine zusätzliche bistabile Kippstufe steuern, die einen Schaltungszustand annimmt, wenn der ihr zugeführte Impuls von einer bestimmten Polarität ist und die den entgegengesetzten Schaltungszustand aufweist, wenn der ihr zugeführte Impuls von entgegengesetzter Polarität ist. Die Ausgangsspannung dieser zusätzlichen bistabilen Kippstufe kann zur Erregung eines Relais verwendet werden, das anzeigt, ob die Frequenz der elektrischen Energiequelle unter einem gewissen vorbestimmten Wert liegt.
Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in Fig. 1 in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung dargestellt ; Fig. 2 zeigt die zur Erklärung der Funktionsweise der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung erforderlichen Diagramme.
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung weist an seinem Eingang einen Transformator 3 auf, aus dessen Ausgangsspannung unter Verwendung eines Gleichrichters 4 eine Gleichspannung gewonnen wird, die zur Stromversorgung der Schaltungsanordnung dient. Diese Gleichspannung wird durch den Kondensator 5 geglättet und durch die Zenerdiode 6 in Verbindung mit dem Widerstand 7 und dem Kondensator 8 in ihrer Amplitude begrenzt.
Daher ist die Gleichspannung, die der an den Verbindungspunkt des Widerstandes 7 und des Kondensators 8 angeschlossenen, negativen Stromversorgungsleitung 16 zugeführt wird, eine stabile konstante Gleichspannung, die von Spannungsschwankungen der elektrischen Energiequelle relativ unabhängig ist. Die Ausgangsspannung des Transformators 3 wird auch der Basis des Transistors 10 zugeführt. Der Kollektor dieses Transistors ist über einen Widerstand 11 an die negative Stromversorgungsleitung, u. zw. an den Verbindungspunkt des Gleichrichters 4 und des Widerstandes 7 angeschlossen. Der Emitter dieses Transistors ist mit der positiven Stromversorgungsleitung verbunden, die an Masse angeschlossen ist.
Der Kollektor des Transistors 10 ist ferner über einen Kondensator 12 mit dem Verbindungspunkt der Gleichrichter 13 und 14 sowie des Widerstandes 15 verbunden, dessen anderer Anschluss an die negative Stromversorgungsleitung angeschlossen ist. Die Kathoden der Gleichrichter 13 und 14 sind mit den Kollektoren der Transistoren 17 und 18 verbunden, die die bistabile Kippstufe bilden.
Der Kollektor des Transistors 17 ist über den Widerstand 19 mit der negativen Stromversorgungsleitung 16 und sein Emitter mit der positiven Stromversorgungsleitung verbunden. Die Basis des Transistors 17 steht über den Widerstand 20 und den Kondensator 21 mit dem Kollektor des Transistors 18 in Verbindung, dessen Kollektor auch über den Widerstand 22 an die negative Stromversorgungsleitung angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 18 ist über den Kondensator 23 und den Widerstand 24 mit dem Kollektor des Transistors 17 verbunden. Der Kollektor des Transistors 18 ist auch durch einen Kondensator 25 mit der Anode des Gleichrichters 26 sowie mit dem Widerstand 27 verbunden, der mit der negativen Stromversorgungsleitung 16 in Verbindung steht.
Die Kathode des Gleichrichters 26 ist an den Kollektor des Transistors 28 angeschlossen ; die Transistoren 28 und 30 bilden die monostabile Kippstufe.
Der Kollektor des Transistors 28 ist mit der negativen Stromversorgungsleitung über den Widerstand 31 verbunden. Sein Emitter ist an die positive Stromversorgungsleitung angeschlossen. Die Basis des Transistors 28 steht über die aus dem Widerstand 32 und dem Kondensator 33 gebildete Parallelschaltung mit dem Kollektor des Transistors 30 in Verbindung, dessen Emitter an die positive Stromversorgungsleitung und dessen Kollektor auch noch über den Widerstand 34 an die negative Stromversorgungsleitung angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 30 ist über den Kondensator 35, den Gleichrichter 36 und den Widerstand 37 - die letzteren beiden sind parallelgeschaltet-mit dem Kollektor des Transistors 28 verbunden.
Der Transistor 29 ist als Emitterfolger über die Widerstand-Gleichrichter-Kombination 36 und 37 angekoppelt ; sein Kolleltor ist mit der negativen Stromversorgungsleitung über den Widerstand 38 verbunden. Die Basis des Transistors 30 steht ständig über den Widerstand 39 und den veränderbaren Widerstand 40 sowie bei geschlossenen Kontakten 41 auch über den Widerstand 42 und den veränderbaren Widerstand 43 mit der negativen Stromversorgungsleitung in Verbindung.
Die Ausgänge der beiden beschriebenen Kippstufen sind wie folgt miteinander verbunden :
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Die den der bistabilen Kippstufe entnommenen Puls darstellende Ausgangsspannung des Kollektors des Transistors 18 ist über den Kondensator 47 und den Widerstand 48 an die Kathode des Gleichrichters 50 angelegt, dessen Anode an die positive Stromversorgungsleitung angeschlossen ist. Der sich an dem Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 48 und dem Gleichrichter 50 einstellendenspannung ist die den von der monostabilen Kippstufe erzeugten Puls darstellende Spannung am Kollektor des Transistors 30 mittels der Widerstände 44 und 49 derart zugeschaltet, dass sich die beiden Spannungen addieren.
Der Ausgang dieser Widerstandsanordnung wird vom Verbindungspunkt der Widerstände 44 und 49 gebildet und ist an den einen Anschluss des Kondensators 51 sowie über die Gleichrichter 45 und 46 an die Basis des Transistors 52 angeschlossen ; der andere Anschluss des Kondensators 51 ist direkt mit der positiven Stromversorgungsleitung verbunden. Die Transistoren 52 und 53 bilden eine weitere bistabile Kippstufe.
Der Emitter des Transistors 52 ist mit der positiven Stromversorgungsleitung und der Kollektor des Transistors 52 ist über den Widerstand 54 mit der negativen Stromversorgungsleitung verbunden. Die Basis des Transistors 52 ist über den Kondensator 56 und den Widerstand 57 an den Kollektor des Transistors 53 angeschlossen, der zusätzlich über den Widerstand 55 mit der negativen Stromversorgungsleitung 16 in Verbindung steht. Der Emitter des Transistors 53 ist an die positive Stromversorgungsleitung angeschlossen, und die Basis des Transistors 53 ist über den Widerstand 59 und den Kondensator 58 an den Kollektor des Transistors 52 angekoppelt. Der Ausgang der bistabilen Kippstufe ist über den Widerstand 60 an die Basis des Transistors 61 angeschlossen ; die Basis dieses Transistors ist ferner über den Kondensator 62 mit Masse verbunden.
Der Kollektor dieses Transistors ist an den Kollektor des Transistors 64 angeschlossen, und der Emitter ist direkt mit der Basis des Transistors 64 und über den Widerstand 63 mit der positiven Stromversorgungsleitung verbunden. Der Emitter des Transistors 64 steht über den Gleichrichter 65 mit der positiven Stromversorgungsleitung in Verbindung, und der Kollektor des Transistors 64 ist über den Widerstand 66 mit einem Ende der Spule des Relais 67 verbunden. Das andere Ende dieser Spule ist an den Verbindungspunkt zwischen dem Gleichrichter 4 und dem Widerstand 7 an die negative Stromversorgungsleitung angeschlossen. Der Kontakt 68 des Relais 67 kann gegebenenfalls dazu verwendet werden, um weitere Schaltungsanordnungen zu betätigen, z. B. um eine Anzeige des Schaltungszustandes des Relais zu ermöglichen.
Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung arbeitet in folgender Weise :
Wenn an den Transformator 3 von der elektrischen Energiequelle, deren Frequenz gemessen werden soll, eine Spannung angelegt wird, dann wird der negativen und der positiven Stromversorgungsleitung über den Gleichrichter 4 und über die Sekundärwicklung des Transformators 3 eine Gleichspannung zugeführt, die durch den Kondensator 5 geglättet wird. Der Widerstand 7 sowie der Kondensator 8 und die Zenerdiode 6 dienen dazu, die Spannung auf einen stabilen Wert einzure- geln und dabei unerwünschte Amplitudenänderungen der Gleichspannung, die durch Änderung der Spannung der elektrischen Energiequelle auftreten könnten, zu vermeiden.
Sekundärseitig besitzt der Transformator 3 einen weiteren Wechselspannungsausgang, der mit der Basis des Transistors 10 in Verbindung steht. Dieser Transistor erzeugt eine begrenzte Ausgangsspannung. Die Eingangsspannung des Transistors 10 kann, wie in Fig. 2 unter "a" gezeigt ist, aussehen, während die Ausgangsspannung des Transistors 10 den in Fig. 2 unter"b"gezeigten Verlauf hat. Diese Spannung, die einen nahe- zu rechteckförmigen Verlauf hat, wird den Basisanschlüssen der Transistoren 17 und 18 über die Gleichrichter 13 und 14 sowie über die Kondensatoren 21 und 23 zugeführt. Die Gleichrichter 13 und 14 sind derart angeordnet, dass nur positive Impulse der Ausgangsspannung an die Transistoren gelangen können.
Nimmt man beispielsweise an, dass der Transistor 17 gesperrt und der Transistor 18 leitend ist, dannkann unterstellt werden, dass der nächstfolgende, positive Impuls den Gleichrichter 13, den Kondensator 23 und den Widerstand 24 passiert und zur Basis des Transistors 18 gelangt, wodurch dessen Leitfähigkeit verkleinert wird. Diese Verminderung der Leitfähigkeit verursacht das Anwachsen eines negativen Potentials an seinem Kollektor ; dieser Potentialwechsel wird über den Kondensator 21 und den Widerstand 20 an die Basis des Transistors 17 gekoppelt.
Der negative Potentialwechsel an der Basis des Transistors 17 führt dazu, dass die Leitfähigkeit des Transistors 17 wächst, wodurch das Potential am Kollektor dieses Transistors weniger negativ wird ; dieses Anwachsen des positiven Potentials wird über den Kondensator 23 und den Widerstand 24 auf die Basis des Transistors 18 übertragen. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis der Transistor 18 vollständig gesperrt und der Transistor 17 vollständig leitend ist. Beim nächstfolgenden negativen Impuls der in
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Fig. 2 unter"b"gezeigten Spannung ereignet sich nichts, da die Gleichrichter negative Impulse nicht passieren lassen. Beim nächsten positiven Impuls jedoch wird nun der Transistor 17 in der vorher beschriebenen Weise gesperrt, wodurch die bistabile Kippstufe in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
Man erkennt, dass bei jedem positiven Impuls der in Fig. 2 unter"b"gezeigten Spannung die bistabile Kippstufe, die aus den Transistoren 17 und 18 besteht, ihren Schaltungszustand ändert und dabei am Kollektor des Transistors 18 einen in Fig. 2 unter "c" gezeigten Puls erzeugt, der bei jedem positiven Impuls der in Fig. 2 unter"b"gezeigten Spannung seine Polarität ändert.
Der Kollektor des Transistors 18 ist über einen Kondensator 25 und einen Gleichrichter 26 mit dem Kollektor des Transistors 28 und über den Gleichrichter 36 und den Widerstand 37, die parallelgeschaltet sind, sowie über den Kondensator 35 mit der Basis des Transistors 30 verbunden. Entsprechend der Polarität des Gleichrichters 26 werden der Basis des Transistors 30 nur positive Impulse zugeführt. Unter normalen Umständen ist der Transistor 30 leitend, da die Basis diesesTransistors über die Widerstände 39 und 40 mit der negativen Stromversorgungsleitung verbundenist. Wenn der Basis dieses Transistors ein positiver Impuls zugeführt wird, dann verringert sich seine Leitfähigkeit.
Diese Verringerung der Leitfähigkeit verursacht eine negative Potentialänderung am Kollektor des Transistors 30, die über den Kondensator 33 und über den Widerstand 32 der Basis des Transistors 28 zugeführt wird. Der Transistor 28 anderseits ist normalerweise gesperrt, und die negative Potentialänderung versucht, seine Leitfähigkeit zu steigern, wodurch eine Abschwächung des negativen Potentials am Kollektor des Transistors 28 auftritt ; dieses abgeschwächte negative Poten- tial wird über die aus dem Gleichrichter 36 und dem Widerstand 37 bestehende Parallelschaltung sowie über den Kondensator 35 an die Basis des Transistors 30 angekoppelt. Dieser Vorgang läuft kumulativ ab und führt dazu, dass der Transistor 28 leitend und der Transistor 30 gesperrt wird.
Im stabilen Schaltungszustand-Transistor 28 gesperrt und Transistor 30 leitend-ist der Kondensator 35 mit seinem in Fig. 1 linken Anschluss nahezu auf das Potential der negativen Stromversorgungsleitung und mit seinem rechten, über den Transistor 30 mit der positiven Stromversorgungsleitung verbundenen Anschluss nahezu auf das Potential der positiven Stromversorgungsleitung aufgeladen worden. Wenn der Transistor 30 gesperrt wird, beginnt sich der Kondensator 35 über die Widerstände 39, 40 und 37 sowie über die Kollektor-Emitter-Strecke des nunmehr leitenden Transistors 28 zu entladen. Ist dieser Entladungsvorgang genügend weit fortgeschritten, dann beginnt die Basis des Transistors 30 sich hinsichtlich ihres Potentials dem Potential der negativen Stromversorgungsleitung zu nähern. In diesem Augenblick beginnt der Transistor 30 zu leiten.
Sobald der Transistor 30 leitend ist, wird das Potential an seinem Kollektor weniger negativ, wodurch der Basis des Transistors 28 über den Widerstand 32 und den Kondensator 33 ein positives Potential zugeführt wird, das dazu führt, dass der Transistor 28 weniger leitend wird. Die Verminderung der Leitfähigkeit des Transistors 28 führt zum Anwachsen des Potentials am Kollektor des Transistors 28, das über den Gleichrichter 36, den Widerstand 37 und den Kondensator 35 an die Basis des Transistors 30 übertragen wird, wodurch das Leitvermögen des Transistors 30 vergrössert wird. Dieser Effekt läuft kumulativ ab und führt dazu, dass die Schaltung stets wieder ihren stabilen Zustand annimmt. Der Transistor 29 dient dazu, sicherzustellen, dass der Kondensator 35 nahezu geladen ist, bevor die monostabile Kippstufe wieder getriggert wird.
Das Laden des Kondensators 35 erfolgt über den Widerstand 38 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 29 sowie über die Basis-Emitter-Strekke des Transistors 30. Um Beschädigungen des Transistors 30 zu vermeiden, ist der Widerstand 38 vorgesehen. Dadurch ist auch verhindert, dass unerwünschte Impulse auf die negative Stromversorgungsleitung übertragen werden.
Wegen der Charakteristik des Transistors 29 kann der Fall eintreten, dass sich der Kondensator nicht weiter auflädt, wenn sich die Basis des Transistors 29 hinsichtlich ihres Potentials der Emitterspannung angenähert hat. Deshalb ist der Widerstand 37 eingeführt, der ein Laden des Kondensators 35 bis zur vollen Spannung der Stromversorgungsleitung erlaubt. Der Gleichrichter 36, der dem Widerstand 37 parallelgeschaltet ist, stellt während der Entladung des Kondensators 35 einen niederohmigen Strompfad dar und macht den Widerstand 37 während dieses Teils des Schaltungszyklusses unwirksam.
Es ist zu bemerken, dass der Widerstand 42 und der veränderbare Widerstand 43 dem Widerstand 39 und dem veränderbaren Widerstand 40 parallelgeschaltet sind, wenn die Kontakte 41 des Relais G7 geschlossen sind. Da die Kontakte 41 normalerweise geschlossen sind, bedeutet dies, dass die Entladezeit des Kondensators 35 bei betätigtem Relais grösser ist als bei nicht erregtem Relais.
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Die den von der monostabilen Kippstufe erzeugten Puls darstellende Spannung am Kollektor des Transistors 30 ist über den Widerstand 44 einem zwischen den Widerständen 44 und 49 liegenden Schaltungspunkt zugeführt. Die am Kollektor des Transistors 18 vorhandene, den von der bistabilen Kippstufe erzeugten Puls darstellende Spannung ist über den Kondensator 47 an eine aus dem Widerstand 48 und dem Gleichrichter 50 bestehende Schaltungskombination angekoppelt. Diese Schaltungskombination dient dazu, um die Nullachse der in Fig. 2 unter "c" dargestellten Spannung (Puls der bistabilen Kippstufe) derart zu verschieben, dass die Nullachse mit dem negativen Wert der Spannung zusammenfällt.
Da die dem Widerstand 44 zugeführte Ausgangsspannung (Puls der monostabilen Kippstufe) des Kollektors des Transistors 30 vollständig unter der Nullachse und der über den Widerstand 49 zugeführte, in der Schaltungskombination verschobene Puls der bistabilen Kippstufe vollständig über der Nullachse liegt, besteht die Möglichkeit, die beiden Pulse additiv zusammenzuschalten, was unter diesen Umständen eine Subtraktion ihrer Amplitudenwerte bedeutet. Das Ergebnis dieses Zusammenschaltens sind die in Fig. 2 unter"e"und"f"gezeigten Spannungsverläufe. Die Polarität der Impulse ist positiv-wie unter"e"gezeigt-, wenn der unter "c" gezeigte Puls der bistabilen Kippstufe aus Impulsen besteht, die länger als die des unter "d" dargestellten Pulses der monostabilen Kippstufe sind.
Im umgekehrten Fall, d. h., wenn die unter"d"gezeigten Impulse länger als die unter "c" dargestellten Impulse sind, besteht die aus dem Vergleich der Pulse gewonneneSpannung aus negativen Impulsen, wie sie in Fig. 2 unter"f"gezeigt sind. Diese Impulse werden nach Integration durch den Kondensator 51 über die Gleichrichter 45 und 46 der Basis des Transistors 52 zugeführt. Die mittels des Kondensators 51 durchgeführte Integration ist ausreichend, um aussergewöhnliche Spitzen dieser Spannung zu vermeiden, die den Transistor 52 zerstören könnten. Die Gleichrichter 45 und 46 sind vorgesehen, um eine Übertragung von Impulsen mit einer unter einem vorgegebenen Niveau liegenden Amplitude zu verhindern.
Das Kontaktpotential dieser Gleichrichter ist derart festgelegt, dass sie keine Impulse zur Basis des Transistors 52 gelangen lassen, die kleiner als 0, 5 V sind.
Die Transistoren 52 und 53 sind in einer weiteren bistabilen Kippstufe angeordnet. Nimmt man an, dass der Ausgang des vergleichenden Schaltungsteils ein positives Potential aufweist und dass der Transistor 52 leitend ist, dann verursachen positive Impulse an der Basis des Transistors 52 eine Verminderung seiner Leitfähigkeit, wodurch das Potential am Kollektor dieses Transistors negativer wird. Diese Potentialänderung wird über den Kondensator 58 an die Basis des Transistors 53 übertragen und veranlasst diesen Transistor, besser leitend zu werden, wodurch das Potential an seinem Kollektor weniger negativ wird. Diese in positiver Richtung verlaufende Potentialänderung wird über den Kondensator 56 an die Basis des Transistors 52 übertragen. Dieser Vorgang läuft kumulativ ab und führt dazu, dass der Transistor 52 gesperrt und der Transistor 53 leitend wird.
Werden anderseits der Basis des Transistors 52 negative Impulse zugeführt, während dieser Transistor leitend ist, dann ereignet sich nichts ; werden der Basis des Transistors 52 aber negative Impulse zugeführt, wenn der Transistor 52 gesperrt ist, dann geht die weitere bistabile Kippstufe in den entgegengesetzten Schaltungszustand über, wobei der Transistor 52 leitend und der Transistor 53 gesperrt wird. Man erkennt daraus, dass sich das Potential am Kollektor des Transistors 53 bei gesperrtem Transistor 53 von einem annähernd dem Potential der negativen Stromversorgungsleitung entsprechenden Potential auf ein annähernd dem Potential der positiven Stromversorgungsleitung entsprechendes Potential verändert, wenn der Transistor 53 leitend ist. Diese Potentialveränderung wird der Basis des Transistors 61 über den Widerstand 60 zugeführt.
Der Kondensator 62 zwischen der Basis des Transistors 61 und der positiven Stromversorgungsleitung verursacht eine Zeitverzögerung des Wechsels des Schaltzustandes des Transistors 61 gegenüber dem Spannungswechsel am Kollektor des Transistors 53.
Wenn der Transistor 53 leitend ist, ist die Basis des Transistors 61 wirksam mit der positiven Stromversorgungsleitung verbunden und der Transistor 61 ist gesperrt. Der Emitter des Transistor 61 liegt daher über den Widerstand 63 auf dem Potential der positiven Stromversorgungsleitung, wodurch auch die Basis des Transistors 64 auf dem Potential der positiven Stromversorgungsleitung liegt, so dass der Transistor 64 gesperrt ist. Wenn der Transistor 53 gesperrt wird, nähert sich das Potential seines Kol- lektors dem der negativen Stromversorgungsleitung, und der Kondensator 62 lädt sich über die Widerstände 55 und 60 auf dieses Potential auf.
Wenn ein bestimmtes negatives Potential erreicht worden ist, wird der Transistor 61 leitend, und das Potential seines Emitters nähert sich dem Potential des Kollektors, wodurch die Basis des Transistors 64 sich hinsichtlich ihres Potentials an das des Kollektors des Transistors 64 angleicht ; dadurch wird dieser Transistor leitend. Die Kollektorströme der Transistoren 61 und 64 fliessen durch den Widerstand 66 und die Spule des Relais 67. Dadurch wird, wenn die Transistoren 61 und 64 leitend sind, das Relais 67 erregt.
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Bei der beschriebenen Schaltungsanordnung könnten die Transistoren 61 und 64 durch den Leckstrom leitend gesteuert werden. Um dies zu verhindern, ist ein Gleichrichter 65 mit dem Transistor 64 in Reihe geschaltet ; das Kontaktpotential dieses Gleichrichters reicht aus, um Leckströme zu verhindern, die diesen Schaltungskreis unerwünschterweise leitend machen könnten.
Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass die Transistoren 61 und 64 so lange leitend sein müssen, wie das Relais erregt ist. Daher muss der Transistor 53 gesperrt und der Transistor 52 leitend sein, und der letzte Impuls, der der Basis des Transistors 52 zugeführt wird, muss negativ sein. Das bedeutet, dass der unter "c" dargestellte Puls der bistabilen Kippstufe Impulse einer kürzeren Zeitdauer als der in Fig. 2 unter "d" gezeigte Puls der monostabilen Kippstufe haben muss. Dies ist gleichbedeutend mit der Forderung, dass die Frequenz der elektrischen Energiequelle hoch gegenüber der Frequenz der monostabilen Kippstufe sein muss.
Nimmt man an, dass die monostabile Kippstufe in einem Schaltungszustand eine feste Impulsdauer aufweist, dann deutet eine negative Spannung am Ausgang des vergleichenden Schaltungsteils auf eine Frequenz der elektrischen Energiequelle hin, die oberhalb einer bestimmten, vorgegebenen Frequenz liegt. Wenn nun die Frequenz der elektrischen Energiequelle kleiner wird, dann steigt die Impulsdauer des in Fig. 2 unter "c" gezeigten Pulses bis zu Werten an, die der Zeitdauer der unter "d" gezeigten Impulse entspricht. Sobald durch den vergleichenden Schaltungsteil eine positive Spannung erzeugt wird, wird der Transistor 52 gesperrt und das Relais entregt, wodurch angezeigt wird, dass die Frequenz der elektrischen Energiequelle unter einen festgesetzten Wert abgesunken ist.
Die Entregung des Relais 67 führt zur Schliessung seiner Kontakte 41, und die Widerstände 42 und 43 werden den Widerständen 37 und 40 parallelgeschaltet. Dadurch wird die Zeitdauer der Impulse des unter "d" gezeigten Pulses verkürzt, und der vergleichende Schal- tungsteil erzeugt so lange keine negative Spannung, bis die Frequenz der elektrischen Energiequelle dieFrequenzübersteigt, bei der der vergleichende Schaltungsteil vorher eine negative Spannung erzeugt hat. Dies verhindert in wirksamer Weise ein Klappern des Relais, da die Anzugsfrequenz die Abfallfrequenz übersteigen muss.
Es wurde bei der Verwendung einer elektrischen Energiequelle mit der üblichen Frequenz von 60 Hz und bei geeignetem Aufbau der Schaltungsanordnung herausgefunden, dass die Abfallfrequenz des Relais 67 zwischen 50 Hz und 65 Hz eingestellt werden konnte und dass die Anzugsfrequenz des Relais auf Werte eingestellt werden konnte, die um eine 1/4 Hz bis zu 16 Hz über der Abfallfrequenz lagen.
DerKontakt 68 des Relais 67 kann dazu verwendet werden, um gegebenenfalls weitere Schaltungsanordnungen zu steuern.
Die einstellbaren Widerstände 40 und 43 können in Hz beziffert werden, und es ergibt sich, dass die Einstellung der Schaltungsanordnung unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen relativ stabil ist. Die Schaltungsanordnung ist im Hinblick auf mögliche Veränderungen der Umgebungsbedingungen sorgsam ausgelegt, um unerwünschte thermische Effekte zu vermeiden. Beispielsweise sind die Kennlinien des Gleichrichters 36 sowie der Transistoren 28 und 30 derart aufeinander abgestimmt, dass sie die Wirkung der Umgebungstemperatur auf ein Minimum herabsenken. Auch die Schaltungselemente, die im Zeitverzögerungskreis enthalten sind, sind im Hinblick auf ausserordentlich niedrigen Temperaturkoeffizienten ausgewählt.
Um den Einsatz der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung in verschiedenen Frequenzbereichen zu ermöglichen, ist es lediglich erforderlich, den Zeitkondensator 35 zu verändern. Frequenzen bis hinauf zu 1000 Hz könnten auf diese Weise erfasst werden, ohne dass weitere Schaltungselemente ver- ändert werden müssen. Auch bei sehr viel höheren Frequenzen kann die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung eingesetzt werden, wenn schnell schaltende Transistoren und entsprechend ausgewählte Schal- tungselemente verwendet werden.
In den Fällen, in denen die zu messende Frequenz nicht von einer elektrischen Energiequelle erzeugt wird, kann die Messgrösse unter Umständen zur Speisung der Schaltungsanordnung zu klein sein ; in diesem Fall kann das der Basis des Transistors 10 über den Widerstand 9 zugeführte Signal das einzige sein, das von der zu überwachenden Quelle abgeleitet wird. Die Versorgung der Schaltungsanordnung kann durch andere, von der Quelle unabhängige Stromversorgungseinrichtungen erfolgen. In diesem Fall kann auch ein Geber, der durch Rotation einer Achse Impulse erzeugt, an den Transistor 10 gekoppelt werden ; in diesem Fall ist die Schaltungsanordnung dazu geeignet, die Drehgeschwindigkeit der Achse zu messen und anzuzeigen, ob eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht worden ist.
Es ist selbstverständlich, dass verschiedene Abwandlungen der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung denkbar sind, die vom spezifischen Ausführungsbeispiel abgeleitet werden können ; beispielsweise kann die aus dem Vergleich der Pulse gewonnene Spannung, die-wie beschrieben-einer weiteren bi-
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stabilen Kippstufe zugeführt wird, deren Ausgangsspannung indirekt zur Kontrolle des Relais verwendet wird, auch andern Schaltungssystemen zur Auswertung zugeführt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Frequenzabweichungen einer zu überwachenden Spannungvon einer vorgegebenen Frequenz, dadurch gekennzeichnet, dass an die zu überwachende Spannung oder an eine aus dieser abgeleitete Spannung eine von dieser Spannung zur Abgabe eines Pulses mit einer durch die Frequenz der zu überwachenden Spannung bestimmten Impulsdauer angeregte, bistabile Kippstufe (17, 18) angeschlossen ist, dass mit der bistabilen Kippstufe (17, 18) eine von dem Puls dieser Kippstufe (17, 18) zur Abgabe eines Pulses mit einer durch die vorgegebene Frequenz bestimmten Impulsdauer angeregte, monostabile Kippstufe (28, 30) in Verbindung steht und dass an die bistabile Kippstufe (17, 18) und die monostabile Kippstufe (28, 30) eine Auswerteeinrichtung (44, 45 : 52, 53 ;
und 67) angeschlossen ist, die an Hand der jeweiligen Polarität einer sich aus dem Vergleich der
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