DE1298127B

DE1298127B - Spannungs-Frequenz-Wandler mit einem Integrierverstaerker

Info

Publication number: DE1298127B
Application number: DES113241A
Authority: DE
Inventors: Nihof Hendrikus Johannes
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1966-12-12
Filing date: 1967-12-11
Publication date: 1969-06-26
Also published as: BE707780A; FR1549681A; US3560864A; NL6617415A; GB1204667A

Description

des Integrierverstärkers in der Triggerschaltung er- io gang eines weiteren Verstärkers A₂ von hohem negazeugten Spannungsimpuls aufgeladen wird und der tivem Gewinn verbunden ist. Zwischen dem Eingang über ein Richtleiternetzwerk zur Ladungsvermin- und dem Ausgang des Verstärkers A₂ sind zwei derung auf den Integrierkondensator einwirkt. Widerstandsnetzwerke angeordnet, die jeweils aus

Spannungs-Frequenz-Wandler dieser Art sind be- einem Widerstand R₃ und einer Diode D₁ bzw. einem kannt (Archiv für technisches Messen, September 15 Widerstand R₄. und einer Diode D₂ bestehen. Die

Dioden sind so geschaltet, daß die Richtung, in der ein Strom von einem der beiden Zweige durchgelassen wird, derjenigen Richtung entgegengesetzt ist, in welcher ein Strom von dem anderen Zweig durch-

sich gezeigt, daß durch Änderungen der Eigen- 20 gelassen wird. Da der Ladekondensator C₂ durch schäften der Diode, beispielsweise durch Temperatur- den Impuls aufgeladen wird, den der Amplitudenvergleicher T abgibt, fließt eine Ladung der gleichen Größe über den Zweig R₃-D₁ zum Eingang des Verstärkers A₂, dessen Eingang sich gegen Erde 25 praktisch auf der Spannung Null befindet. Wenn der von dem Amplitudenvergleicher T abgegebene Impuls abklingt, wird das Vorzeichen der Spannung am Eingang des Verstärkers A₂ umgekehrt; infolgedessen fließt ein Stromimpuls durch den Zweig mit einem zweiten Verstärker zu verbinden, der im 30 R₄-D₂, so daß der Ladekondensator C₂ entladen Gegenkopplungszweig jeweils über entgegengesetzt wird. Das Fließen dieses Stroms durch den Zweig gepolte Dioden Widerstände enthält. Vorzugsweise
ist dabei der Integrierkondensator über einen Wider-

1965, S. R 113 bis R 118). Der Ladekondensator des Ladungsmengengenerators ist hierbei meist über eine Diode und geeignete Spannungsteiler unmittelbar mit dem Integrierkondensator verbunden. Es hat

Schwankungen, der Entladestrom für den Integrierkondensator Schwankungen unterworfen ist und damit die erzeugte Frequenz nicht immer exakt proportional der Eingangsspannung ist.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird, ausgehend von einem Spannungs-Frequenz-Wandler der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Ladekondensator des Ladungsmengengenerators

stand mit dem Widerstand desjenigen Gegenkopp-

R₄-D₂ ist von einem Spannungsabfall an dem Widerstand R₄. begleitet. Über die den Widerstand R₅ enthaltende Verbindung zum Eingang des Verstärkers

lungszweiges des zweiten Verstärkers verbunden, 35 A₁ fließt eine Ladung vom Ausgang des Verstärkers dessen Diode so gepolt ist, daß durch den über sie A₂ zu dem Integrierkondensator C₁. Das Vorzeichen fließenden Strom die Ladung des Integrierkondensators verringert wird.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist damit

des Stromimpulses, das den Kondensator C₁ über den Widerstand R₅ erreicht, ist dem Vorzeichen des Stroms entgegengesetzt, mittels dessen der Konden-

der Momentanwert des dem Integrierkondensator 40 sator C₁ aufgeladen wurde, so daß dieser Kondenzugeführten Entladestromes stets exakt proportional sator durch den erwähnten Stromimpuls über R₅ dem Entladestrom des Ladekondensators, so daß um einen bestimmten Betrag entladen wird, der wesentlich exaktere Messungen beispielsweise von gleich der Ladung des Kondensators C₂ ist oder

Analoggrößen wie der Strömungsgeschwindigkeit od. dgl. möglich sind.

Die erzeugte Frequenz hängt von dem Quotienten aus dem Eingangssignal und der Amplitude der vom Amplitudenvergleicher abgegebenen Spannungsimpulse ab, deren Amplitude jedoch normalerweise konstant gehalten wird. Wenn jedoch die Amplitude des vom Amplitudenvergleicher abgegebenen Spannungsimpulses mittels eines analogen Vergleichs-

dieser Ladung entspricht. Das Ausmaß dieser Entladung muß derart sein, daß der Amplitudenvergleicher T wieder in seine Ausgangsstellung gebracht wird. Wenn danach die Spannung V₁ den richtigen Wert hat, wird der Kondensator C₁ erneut aufgeladen usw.

Die erzeugte Frequenz nimmt genau denjenigen Wert an, bei welchem der Mittelwert der Stromimpulse, die über den Widerstand jR₅ zurückgeleitet

Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

signals proportional zu diesem veränderbar ist, eignet werden, gleich dem Wert für den über R₁ zugeführten sich die erfindungsgemäße Schaltung in einfachster Eingangsstrom ist. Bei diesem Wert ist die Frequenz Weise zur Bestimmung des Quotienten des Eingangs- 55 zu der Eingangsspannung proportional; dies geht signals und des Vergleichssignals. aus der nachstehenden Betrachtung hervor.

Wenn der Amplitudenvergleicher T in Tätigkeit tritt, liefert er eine Spannung V_ref. Dies geschieht bei einer Frequenz /, so daß ein Strom i₂ zu dem

Bei dem dargestellten erfindungsgemäßen Span- 60 Kondensator C₂ fließt. Für diesen Strom gilt die nungs-Frequenz-Wandler wird die Eingangsspan- Gleichung nung Vj über einen Widerstand R₁ einem Verstärker A₁ mit einem hohen negativen Gewinn und
einem Integrierkondensator C₁ im Gegenkopplungszweig zugeführt. Diese Schaltung bildet einen Inte- 65 abfall entsprechend der folgenden Gleichung: grierverstärker. Bei konstanter Eingangsspannung „ _ . „

nimmt die Ladung des Integrierkondensators und ² ~~ '^{2 4}'

die Ausgangsspannung des Verstärkers stetig zu. Der durch den Widerstand R₅ fließende Strom I₃,

h = f C₂ V_ref.
An dem Widerstand R₄ ergibt sich ein Spannungs-

der den Eingangsstrom I₁ kompensiert, welcher dem Kondensator C₁ unter dem Einfluß der Spannung V₁ zugeführt wird, ist durch die folgende Gleichung gegeben:

'3 =

Ί =

R₅

daher ist

f =

wobei K eine Konstante ist.

Die Frequenz / kann von dem Amplitudenvergleicher T durch ein Instrument F abgelesen oder einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Es ist auch möglich, die Frequenz / z. B. am Ausgang des Verstärkers /I₂ oder an dem Summierungszweig R₄-D₂ oder an dem Summierungszweig R₃-D₁ zu entnehmen.

Die vorstehende Formel kann auch wie folgt geschrieben werden:

Kef "

hierin ist K¹ eine Konstante.

Dies bedeutet, daß die erzeugte Frequenz proportional zu dem Verhältnis zweier Größen ist. Daher kann die beschriebene Schaltung als Teiler benutzt werden.

Im Hinblick darauf, daß eine hohe Genauigkeit bezüglich des periodischen Entladens des Kondensators C₁ erreicht werden soll, ist es zweckmäßig, daß die Dauer des mit Hilfe des Amplitudenvergleichers erzeugten Spannungsimpulses mindestens um das Siebenfache größer ist als die zum Aufladen des Kondensators C₂ benötigte Zeit. Wenn so verfahren wird, wird der Kondensator C₂ mit Sicherheit auf eine Spannung aufgeladen, die der Spannung des Impulses entspricht, und zwar ohne Rücksicht auf Ungenauigkeiten der Dauer des Impulses, die sich nur schwer ausschalten lassen. Es wurde schon erwähnt, daß der Betrag, um den der Kondensator C₁ entladen wird, in einer engen Beziehung zur Ladung des Kondensators C₂ steht. Es ist leicht, die Spannung des Impulses und die Kapazität des Kondensators C₂ konstant zu halten, so daß die Ladung dieses Kondensators sogar auch bei den erwähnten hohen Frequenzen auf einem reproduzierbaren konstanten Wert gehalten werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Spannungs-Frequenz-Umformer mit einem Integrierverstärker mit einem Integrierkondensator im Gegenkopplungszweig, einer diesem Integrierverstärker nachgeschalteten und die analoge Ausgangsfrequenz abgebenden Triggerschaltung als Amplitudenvergleicher und einem Ladungsmengengenerator mit einem Ladekondensator, der über einen nach überschreiten eines vorbestimmten Schwellwertes der Ausgangsspannung des Integrierverstärkers in der Triggerschaltung erzeugten Spannungsimpuls aufgeladen wird und der über ein Richtleiternetzwerk zur Ladungsverminderung auf den Integrierkondensator einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekondensator (C₂) des Ladungsmengengenerators mit einem zweiten Verstärker (A₂) verbunden ist und im Gegenkopplungszweig dieses zweiten Verstärkers (A₂) über entgegengesetzt gepolte Dioden (D₁, D₂) jeweils Widerstände (A₃, R₄) geschaltet sind.

2. Spannungs-Frequenz-Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrierkondensator (C₁) über einen Widerstand (JR₅) mit dem Widerstand (R₄) desjenigen Gegenkopplungszweiges des zweiten Verstärkers (A₂) verbunden ist, dessen Diode (D₂) so gepolt ist, daß durch den über sie fließenden Strom die Ladung des Integrierkondensators (C₁) verringert wird.

3. Spannungs-Frequenz-Wandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude des vom Amplitudenvergleicher (T) abgegebenen Spannungsimpulses mittels eines analogen Vergleichssignals proportional zu diesem veränderbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen