CH549217A

CH549217A - Verfahren und einrichtung zur umwandlung einer elektrischen wechselspannung in eine frequenzproportionale gleichspannung.

Info

Publication number: CH549217A
Application number: CH1335172A
Authority: CH
Original assignee: Egloff Adolf
Priority date: 1972-09-09
Filing date: 1972-09-09
Publication date: 1974-05-15

Description

In Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsmessgeräten von Regelkreisen oder Steuerungen ist häufig die Signalfrequenz in eine der Drehzahl bzw. der Frequenz proportionale Gleichspannung umzuformen.

Nach dem klassischen Verfahren geschieht dies, indem die Messwechselspannung in eine Impulsfrequenz umgeformt wird, die z.B. eine monostabile Kippstufe steuert, die Impulse konstanter Ladung I T im Takte der Messfrequenz abgibt.

Wird der Mittelwert Im über die Zeit t dieser Impulsfolge gehildet gemäss
EMI1.1
soist ersichthch, dass der entstehende Gleichstrommittelwert Im der Frequenzf = 1/t proportionalist.

Diesem Gleichstrommittelwert Im überlagert ist jedoch eine Wechselstromkomponente A 1, die insbesondere bei tiefen Frequenzen, bei Anwendung von Drehspulinstrumenten als Mittelwertbildner, eine schwankende Anzeige bewirkt.

Werden in Regel- oder Steuerkreisen geglättete, frequenzproportionale Gleichspannungen Um benötigt, sind am Ausgang der monostabilen Kippstufe Filterglieder vorzusehen, die jedoch vielfach eine störende Zeitkonstante T in den Messkreis bringen, d.h. der Gleichspannungsmesswert wird dem Istwert der Frequenz zeitlich verzögert folgen. Ferner bewirken die Glättungsglieder, dass kein linearer Zusmamenhang des Gleichspannungsmittelwertes Um mit der Frequenz f über den ganzen Frequenzbereich mehr besteht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Mängel des Bekannten zu vermeiden und ein Verfahren, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung anzugeben, die erlaubt, nach der kürzest möglichen Zeit t/2 (t = Periodendauer) ein der Frequenz proportionaler Gleichspannungswert, dem bei konstanter Frequenz keine Wechselspannungskomponente überlagert ist, zu erzeugen.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Umwandlung einer elektrischen Wechselspannung in eine frequenzproportionale Gleichspannung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweiligen Spannungsnulldurchgängen der Wechselspannung U@ mit ersten Mitteln ein Kondensator C jeweils auf eine konstante Spannung aufgeladen wird und dessen Entladung mit zweiten Mitteln so gesteuert wird, dass zwischen den Spannungsnulldurchgängen die am Kondensator anstehende Spannung angenähert der Funktion Uc = f(1/5) entspricht, die über dritte Mittel abgefragt und gespeichert wird. Durch dem Fachmann bekannte elektronische Schalteinrichtungen kann nach der Zeit t 2 die weitere Entladung des Kondensators angehalten und die Kondensatorspannung in einer Speicherschaltung (Sample and Hold-Baustein) für die Weiterverarbeitung gespeichert werden.

Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die für die Entladung des auf eine konstante Spannung U0 aufgeladenen Kondensators C vorgesehenen zweiten Mittel ein passives oder aktives Element umfassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gemäss den in den Fig. 1 3 dargestellten Prinzipschaltbildern im folgenden zusammen mit den zugehörigen in den Fig. 2 und 4 gezeigten Impulsdiagrammen näher erläutert:
Die Signalwechselspannung U, wird in der Impulsformerstufe J in eine Impulsfrequenz U1 umgewandelt. Letztere steuert die monostabilen Kippstufen M, und M2, die für die Abfrage der Spannung am Kondensator C die Abfrage-Steuerimpulse U2 und die Stillhalte-Steuerimpulse UTo liefern. Über ein Und-Glied G mit negiertem Eingang werden aus den beiden Impulsen U2 und UTo die Kondensatorlade-Steuerimpulse U4 gewonnen.

Der Komplementärausgang U5 der monostabilen Kippstufe M2 steuert die Entladephase des Kondensators C. Die Entladung des Kondensators C erfolgt über einen spannungsabhängigen Widerstand VDR. dessen Charakteristik durch Parallel- und Serieschalten von ohmschen Widerständen so verändert wird. dass der Spannungsverlauf Uc am Kondensator C während der Entladung in einem gewissen Spannungsbereich einer a a @/@ -Funktion folgt. Die Konstante a. d.h. der VDR Typ und die ohmschen Widerstände sind so zu wählen, dass bei Beginn der Entladung im Zeitpunkt To die konstante Ladespannung U0 am Kondensator dem Funktionswert entspricht.
EMI1.2

In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird zur Entladung des auf eine konstante Spannung aufgeladenen Kondensators nach der Funktion U = a 1/t an Stelle eines passiven Elementes eine von einem Rechenwerk gesteuerte Transistor-Emitterfolgeschaltung benützt.

An Hand des in Fig. 4 gezeigten Impulsdiagrammes soll die Schaltung nach Fig. 3 erläutert werden:
Die Signalwechselspannung U@ wird in der Impulsformerstufe J in die Impulsfrequenz U1 umgewandelt. Letzere steuert einen Sägezahngenerator U6 und die monostabilen Kippstufen M, und M2, welche für die Abfrage der Spannung Uc am Kondensator die Abfrage-Steuerimpulse U2, sowie die Stillhalte-Steuerimpulse UT0 liefern. Über ein Und-Glied G mit negiertem Eingang werden mit den beiden Impulsen U2 und UT die Kondensatorlade-Steuerimpulse U4 gewonnen. Der Koplementärausgang U5 der monostabilen Kippstufe M2 steuert die Endladephase des Kondensators.

Die Siigezahnspannung U6 = U0 t wird einem Reziprokwertbildner 1/U zugeführt. dessen Ausgangsspannung 1/U6 über einen Transistor in Emitterfolgeschaltung während de Entladephase die Entladung des Kondensators nach der Funktion a 1/t bewirkt. Am Emitterwiderstand Re entsteht angcnähcrt die Spannung
EMI1.3
welche proportional a/t ist. Für Ue kann geschrieben werden
EMI1.4
wobei i den Entladestrom desKondensators darstellt.

Der Kondensator wird daher statt nach
EMI1.5
entladen.

Die am Kondensator anstehende Spannung ändert daher nach einer Hyperbelfunktion.

Die Konstante a. d.h. die Steilheit der Sägezahnspannung ist so zu wählen, dass zu Beginn der Entladung. zum Zeitpunkt To.

die konstante Ladespannung U, am Kondensator gleich dem Funktionswert U0=a.1/TO entspricht.

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Umwandlung einer elektrischen Wechselspannung in eine frequenzproportionale Gleichspannung.

dadurch gekennzeichnet. dass in den jeweiligen Spannungsnull durchgängen der Wechselspannung (7,)@ mit ersten Mitteln (1) ein Kondensator (C) jeweils auf eine konstante Spannung

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.

Claims

**WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **.

In Drehzahl- bzw. Geschwindigkeitsmessgeräten von Regelkreisen oder Steuerungen ist häufig die Signalfrequenz in eine der Drehzahl bzw. der Frequenz proportionale Gleichspannung umzuformen.

Nach dem klassischen Verfahren geschieht dies, indem die Messwechselspannung in eine Impulsfrequenz umgeformt wird, die z.B. eine monostabile Kippstufe steuert, die Impulse konstanter Ladung I T im Takte der Messfrequenz abgibt.

Wird der Mittelwert Im über die Zeit t dieser Impulsfolge gehildet gemäss EMI1.1 soist ersichthch, dass der entstehende Gleichstrommittelwert Im der Frequenzf = 1/t proportionalist.

Diesem Gleichstrommittelwert Im überlagert ist jedoch eine Wechselstromkomponente A 1, die insbesondere bei tiefen Frequenzen, bei Anwendung von Drehspulinstrumenten als Mittelwertbildner, eine schwankende Anzeige bewirkt.

Werden in Regel- oder Steuerkreisen geglättete, frequenzproportionale Gleichspannungen Um benötigt, sind am Ausgang der monostabilen Kippstufe Filterglieder vorzusehen, die jedoch vielfach eine störende Zeitkonstante T in den Messkreis bringen, d.h. der Gleichspannungsmesswert wird dem Istwert der Frequenz zeitlich verzögert folgen. Ferner bewirken die Glättungsglieder, dass kein linearer Zusmamenhang des Gleichspannungsmittelwertes Um mit der Frequenz f über den ganzen Frequenzbereich mehr besteht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Mängel des Bekannten zu vermeiden und ein Verfahren, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Einrichtung anzugeben, die erlaubt, nach der kürzest möglichen Zeit t/2 (t = Periodendauer) ein der Frequenz proportionaler Gleichspannungswert, dem bei konstanter Frequenz keine Wechselspannungskomponente überlagert ist, zu erzeugen.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Umwandlung einer elektrischen Wechselspannung in eine frequenzproportionale Gleichspannung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den jeweiligen Spannungsnulldurchgängen der Wechselspannung U@ mit ersten Mitteln ein Kondensator C jeweils auf eine konstante Spannung aufgeladen wird und dessen Entladung mit zweiten Mitteln so gesteuert wird, dass zwischen den Spannungsnulldurchgängen die am Kondensator anstehende Spannung angenähert der Funktion Uc = f(1/5) entspricht, die über dritte Mittel abgefragt und gespeichert wird. Durch dem Fachmann bekannte elektronische Schalteinrichtungen kann nach der Zeit t 2 die weitere Entladung des Kondensators angehalten und die Kondensatorspannung in einer Speicherschaltung (Sample and Hold-Baustein) für die Weiterverarbeitung gespeichert werden.

Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die für die Entladung des auf eine konstante Spannung U0 aufgeladenen Kondensators C vorgesehenen zweiten Mittel ein passives oder aktives Element umfassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gemäss den in den Fig. 1 3 dargestellten Prinzipschaltbildern im folgenden zusammen mit den zugehörigen in den Fig. 2 und 4 gezeigten Impulsdiagrammen näher erläutert: Die Signalwechselspannung U, wird in der Impulsformerstufe J in eine Impulsfrequenz U1 umgewandelt. Letztere steuert die monostabilen Kippstufen M, und M2, die für die Abfrage der Spannung am Kondensator C die Abfrage-Steuerimpulse U2 und die Stillhalte-Steuerimpulse UTo liefern. Über ein Und-Glied G mit negiertem Eingang werden aus den beiden Impulsen U2 und UTo die Kondensatorlade-Steuerimpulse U4 gewonnen.

Der Komplementärausgang U5 der monostabilen Kippstufe M2 steuert die Entladephase des Kondensators C. Die Entladung des Kondensators C erfolgt über einen spannungsabhängigen Widerstand VDR. dessen Charakteristik durch Parallel- und Serieschalten von ohmschen Widerständen so verändert wird. dass der Spannungsverlauf Uc am Kondensator C während der Entladung in einem gewissen Spannungsbereich einer a a @/@ -Funktion folgt. Die Konstante a. d.h. der VDR Typ und die ohmschen Widerstände sind so zu wählen, dass bei Beginn der Entladung im Zeitpunkt To die konstante Ladespannung U0 am Kondensator dem Funktionswert entspricht. EMI1.2

In dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird zur Entladung des auf eine konstante Spannung aufgeladenen Kondensators nach der Funktion U = a 1/t an Stelle eines passiven Elementes eine von einem Rechenwerk gesteuerte Transistor-Emitterfolgeschaltung benützt.

An Hand des in Fig. 4 gezeigten Impulsdiagrammes soll die Schaltung nach Fig. 3 erläutert werden: Die Signalwechselspannung U@ wird in der Impulsformerstufe J in die Impulsfrequenz U1 umgewandelt. Letzere steuert einen Sägezahngenerator U6 und die monostabilen Kippstufen M, und M2, welche für die Abfrage der Spannung Uc am Kondensator die Abfrage-Steuerimpulse U2, sowie die Stillhalte-Steuerimpulse UT0 liefern. Über ein Und-Glied G mit negiertem Eingang werden mit den beiden Impulsen U2 und UT die Kondensatorlade-Steuerimpulse U4 gewonnen. Der Koplementärausgang U5 der monostabilen Kippstufe M2 steuert die Endladephase des Kondensators.

Die Siigezahnspannung U6 = U0 t wird einem Reziprokwertbildner 1/U zugeführt. dessen Ausgangsspannung 1/U6 über einen Transistor in Emitterfolgeschaltung während de Entladephase die Entladung des Kondensators nach der Funktion a 1/t bewirkt. Am Emitterwiderstand Re entsteht angcnähcrt die Spannung EMI1.3 welche proportional a/t ist. Für Ue kann geschrieben werden EMI1.4 wobei i den Entladestrom desKondensators darstellt.

Der Kondensator wird daher statt nach EMI1.5 entladen.

Die am Kondensator anstehende Spannung ändert daher nach einer Hyperbelfunktion.

Die Konstante a. d.h. die Steilheit der Sägezahnspannung ist so zu wählen, dass zu Beginn der Entladung. zum Zeitpunkt To.

die konstante Ladespannung U, am Kondensator gleich dem Funktionswert U0=a.1/TO entspricht.

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Umwandlung einer elektrischen Wechselspannung in eine frequenzproportionale Gleichspannung.

dadurch gekennzeichnet. dass in den jeweiligen Spannungsnull durchgängen der Wechselspannung (7,)@ mit ersten Mitteln (1) ein Kondensator (C) jeweils auf eine konstante Spannung aufgeladen wird und dessen Entladung mit zweiten Mitteln (2) so gesteuert wird, dass zwischen den Spannungsnulldurchgängen die am Kondensator anstehende Spannung angenähert der Funktion Uc = f(1/t) entspricht, die über dritte Mittel (3) abgefragt und gespeichert wird.

II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Entladung des auf eine konstante Spannung (Uo) aufgeladenen Kondensators (C) vorgesehenen zweiten Mittcl (2) ein passives oder aktives Element umfassen.

UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach PatentanspruchII, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Entladung des auf eine konstante Spannung (Uo) aufgeladenen Kondensators (C) vorgesehenen zweiten Mittel (2) aus einem spannungsabhängigen Widerstand (VDR) bestehen, dessen Spannungs-Stromcharakteristik durch Parallel- und Serieschaltung von ohmschen Widerständen so einstellbar ist, dass in einem gewissen Bereich die Entladung des Kondensators einer angenäherten 1/t- Funktion folgt.

2. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Entladung des auf eine konstante Spannung (Uo) aufgeladenen Kondensators (C) vorgesehenen zweiten Mittel (2) aus einem Transistor mit Emitterwiderstand bestehen, der mit einer in einer Reziprokwertschaltung erzeugten Basisspannung (1/U6) gesteuert wird, wobei die Eingangsspannung (U6) der Reziprokwertschaltung einen sägezahnförmigen, zeitlinearen Spannungsverlauf der Frequenz f darstellt.