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Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Frequenzabweichungen FUr die
Anmeldung wird die PrioritCt der entsprechenden kanadischen Patentanmeldung Serial
No. 899 808 vom 8. 4. 1964 beansprucht.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der
Abweichung der Frequenz einer zu Uberwachenden Spannung von einer vorgegebenen Frequenz.
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Unter verachiedenen Umständen ist es vUnschenswert, Frequenzänderungen
oder Phasenänderungen einer elektrischen Energiequelle zu erfassen. So kann en beispielsweise
in den Fällen, in denen elektrische Kraftquellen von einer Prüfeinrichtung
Uberwacht
werden, wünschenswert sein, die Frequenz des von den elektrischen Kraftquellen gelieferten
Stromes zu messen, um einen bevorstehenden Fehler in einer der Kraftquelle anzuzeigen.
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Es sind verschiedene Methoden zur Messung der Frequenz bekannt.
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Beispielsweise sind mechanische Bezugssysteme mit festen Frequenzen
oder andere, eine feste Bezugsfrequenz erzeugende clektrischc Quellen mit der Frequenz
der elektrischen Energiequelle verglichen worden. Diese Methoden sind relativ kostspielig,
wenn ein bestimnter 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 gexlöhnlich nicht genau einstellbar.
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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 Xnderungen der Scheitelspannung der elektrischen
Energiequelle ist.
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Zu diesem Zwecke wird eine Schaltungsanordnung verwendet, die gemäß
der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daB eine bistabile und eine monostabile
Kippstufe vorgesehen sind, daß der bistabilen, durch eine von der zu überwachenden
Spannung abgeleiteten Spannung angereizten Kippstufe ein Puls einer durch chenden
die Frequenz der zu überwa-/Spannung bestimmten Ipuladauer und der monostabilen
Kippstufe ein Puls einer durch die vorgegebene
Frequenz bestimmten
Impulsdauer entnommen werden, wobei die vorgegebene Frequenz durch die Ruckfallzeit
der mit zeitbestimmenden Schaltungsgliedern ausgerüsteten und durch von der zu überwachenden
Spannung abgeleiteten, anderen Spannung angereizten monostabilen Kippstufe gegeben
ist, und daB aus dem Vergloich der Pulse eine Spannung zur Ermittlung bzw. Anzeige
der Frequenzabweichung gewonnen wird.
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Zur Steuerung der bistabilen Kippstufe~vird eine Rechteckspannung
verwendet, die in einer Begrenzerschaltung aus der Wcchselspannung der elektrischen
Energiequelle gewonnen wird. Die bistabilc Kippstufe ändert ihren Schaltungszustand
jedesmal dann, wenn n ihr aus der Begrenze-schaltung ein Impuls einer vorbestimnten
Polarität zugeführt wird. Die einen Puls darstellende Ausgangsspannung der bistabilen
Kippstufe steuert die monostabilc Kippstufe in der Weise, daB die monostabile Kippstufe
jedesmal dann in den instabilen Schaltungszustand übergeht, wenn die biatabile Kippstufe
einen vorbestimmten stabilen Schaltungszustand aufweist. Der Puls der bistabilen
Kippstufe und der von der monostabilen Kippstufe erzeugte Puls sind derart zusammengeschaltet,
daß sich ihre Amplituden subtrahieren ; es entsteht eine Spannung, deren Polarität
und Zeitdauer von der Zeitdauer der Pulse abhängt. Die Impulsdauer des von der monostabilen
Kippstufe erzeugten Pulses ist einregulierbar und kann daher dazu verwendet werden,
um 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, um eine
weitere
bistabile Kippstufe zu triggern, deren Ausgangsspannung zur Steucrung eines empfindlichen
Relais verwendet werden kann, das den Zustand der elektrischen Energiequelle anzeigt.
Die Ausgangsspannung der bistabilen Kippstufc kann beispielsweise auch cine weiterc
bistabilc Kippstufc steuern, die einen Schaltungszustand annimmt, wenn der ihr zugeführtc
Impuls von einer bestimmten Polarität ist und dic den entgegengesetzten Schaltungszustand
aufweist, wenn der ihr zugefuhrte Impuls von entgegengesetzter Polarität ; ist.
Die Ausgangsspannung dieser weiteren bistabilen Kippstufc kann zur Erregung eines
Relais verwendet werden, das anzeigt, ob die Frequenz der elektrischen Energiequelle
unter einem gewissen vorbestimmten Wert liegt.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist in der Figur 1 in schematischer
Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt
; die Figur 2 zeigt die zur Erklärung der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
erforderlichen Diagramme.
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Das in der Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung weist an ihrem Eingang einen Transformator 3 auf, aus dessen
Ausgangsspannung unter Verwendung eines Gleichrichterelementes 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 Gleiclispannung, 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, und zwar an
den Verbindungspunkt des Gleichrichterelementes 4 und des Widerstandes 7 angeschlossen.
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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 Gleichrichterelemente
13 und 14 sowie des Widerstandes 15 verbunden, dessen anderer Anschluß an die negative
Stromversorgungsleitung angeschlossen ist. Dic Katoden der Gleichrichterelemente
13 und 14 sind mit den Kollektoren der Transistoren 17 und 18 verbunden, die die
bistabile Kippstufe bilden.
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Der Kollektor des Transistors 17 ist über den Widerstand 19 mit der
negativen Stromversorgungsleitung 16 und sein Emitter mit der positiven Stromvcrsorgungsleitung
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 Stronversorgungsleitung angencllossen ist. Die
Basis des Transistors 18 ist über den Kondensator 23 und den Widerstand 24 mit dem
Kollektor des Transistors 17 verbunden. Der Kollektor deu Transistors 18 ist auch
durch einen Kondensator 25 mit der Anode des Gleichrichterelementes
26
sowie mit dem Widerstand 27 verbunden, der mit der negativen Stromversorgungsleitung
16 in Verbindung steht.
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Die Katodc des Gleichrichterelementes 26 ist an den Kollektor des
Transistors 28 angeschlossen ; die Transistoren 28 und 30 bilden die monostabile
Kippstufe.
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Der Kollektor des Transistors 28 ist mit der negativen Stromversorgungsleitung
über den Widerstand 31 verbunden. Sein Emitter ist an die positive Stromversorgungsleitung
angeschlossen. Die Basin des Transistors 28 steht tuber 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 noces über den Widerstand 34 an die negative Stromversorgungsleitung
angeschlossen ist. Die Basis des Transistors 30 ist über den Kondensator 35, das
Gleichrichterclement 36 und den Widerstand 37-dic letzteren beiden sind parallolgeschaltetmit
dem Kollektor des Transistors 28 verbunden. Der Transistor 29 ist als Emitterfolger
über die Widerstand-Gleichrichterelement-Kombination 36 und 37 angekoppelt ; sein
Kollektor 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 liber den Widerstand 42
und den veränderbaren Widerstand 43 mit der negativen Stromvcrsorgungaleitung in
Verbindung. Die Ausgängc der beiden beschricbenen Kippstufen s d wic folgt mitcinander
verbunden :
Die den von der bistabilen Kippstufe entnommenen Puls
daratellende Ausgangsspannung des Kollektors des Transistors 18 ist über den Kondensator
47 und den Widerstand 48 an die Katode des Gleichrichterelementes 50 angelegt, dessen
Anode an die positive Stromversorgungsleitung angeschlossen ist. Der sich an dem
Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 48 und dem Gleichrichterelement 50 einstellenden
Spannung ist die den von der monostabilen Kippstufe erzeugten Puls darstellende
Spannung am Kollektor des Transistors 30 mittels der Widerstande 44 und 49 derart
zugeschaltet, daB sich die beiden Spannungen addieren. Der Ausgang dieses vergleichenden
Schaltungsteiles wird von dem Verbindungspunkt der Widerstände 44 und 49 gebildet
und ist an den einen Anschluß des Konsators 51 sonie über die Gleichrichter 45 und
46 an die Basis des Transistors 52 angeschlossen ; der andere Anschluß des Kondensators
51 ist direkt mit der positiven Stromversorgungaleitung verbunden. Die Transistoren
52 und 53 bilden eine weitere bistabile Kippstufe.
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Der Emitter des Transistors 52 iAt 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 Stromvcrsorgungaleitung 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 Tran-
@istors 52 angekoppelt.
Der Ausgang der bistabilen Kippstufe ist über den Widerstand 60 an die Basis des
Transistors 61 angeschlossen ; die Basis dieses Transistors ist forner über den
Kondensator62mit 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 ùnd über den Widerstand 63 mit der positiven Stromversorgungsleitung verbunden.
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Der Emitter des Transistors 64 steht über das Gleichrichterelement
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
verbnden. @@ Das andere Ende dieser Spule ist an den Verbindungspunkt zwischen dem
Gleichrichterelement 4 und dem Widerstand 7 an die negative Stromversorgungsleitung
angeschlossene 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.
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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 tuber das Gleichrichterelement 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, um die Spannung
auf einen stabilen Wert einzuregeln
und dabei unerwünschte Amplitudenänderungen der Gleichspannung, die durch Anderung
der Spannung der elektrischen Energiequelle auftreten konnten, zu vermeiden. Bekundärseitig
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 der Figur
2 unter"a"gezeigt ist, aussehen, während die Ausgangsspannung des Transistors 10
den in der Figur 2 unter"b"gezeigten Verlauf hat. Diese Spannung, die einen nahezu
rechteckförmigen Verlauf hat, wird den Basisanschlüssen der Transistoren17und 18
über die Gleichrichterelemente 13 und 14 sowie tuber die Kandensatoren 21 und 23
zugeführt. Die Gleichrichterelemente 13 und 14 sind derart angeordnet, daß nur positive
Impulse der Ausgangsspannung an die Transistoren gelangen können.
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Nimmt man beispielsweise an, daß der Transistor 17 gesperrt und der
Transistor 18 leitend ist, dann kann unterstellt werden, daß der nächstfolgende,
positive Impuls das Gleichrichterelement 13, den Kondensator 23 und den Widerstand
24 passiert und zur Basis des Transistors 18 gelangt, wodurch dessen Leitfähigkeit
eingeschränkt wird. Diese Einschränkung 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 gekeppelt.
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Kollektor : ltrr dieyer Pve. i ; s. i. » c : h :. ie : l w : ir izb.
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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 der Figur 2 unter"b"gezeigten
Spannung ereignot sich nichts, da die Gleichrichterelemente 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, daB bei jedem positiven Impuls
der in der Figur 2 unter"b"gezeijgten Spannung die bistabilc Kippstufe, die aus
den Transistoren 17 und 18 besteht, ihren Schaltungszustand ändert und dabei an
dem Kollektor des Transistors 18 einen in der Figur 2 unter"c"gezeigten Puls erzeugt,
der bei jedem positiven Impuls der in der Figur 2 unter"b"gezeigten Spannung seine
Polarität ändert.
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Der Kollektor des Transistors 18 ist liber einen Kondensator 25 und
ein Gleichrichterelement 26 mit dem Kollektor des Transistors 28 und über das Gleichrichterelement
36 und den Viderstand 37, die parallel geschaltet sind, sowie über den Kondensator
35 mit der Basis des Transist@rs 30 verbunden. Entsprechcudd-rPLaLätdu.}LulchrlhrLcntu26werdendr
Basis @@@ Transist @s 30 aur positive Impulse zuge@ü@@t. Unter n..'!\i.t!";U[H',,Md':Li-"."']:ijj'''rJLeLtend,ddief'.
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@@@@@@@@@@@@@@@@@@@ 40 @@@@@@er negativen
Stromversorgungsleitung
verbunden ist. Wenn der Basis dieses Transistors ein positiver Impuls zugefuhrt
wird, dann verringert sich seine Leitfähigkeit. Diese Verringerung der Leitfahigkeit
verursacht eine negative Potentialänderung an dem Kollektor des Transistors 50,
die über den Kondensator 33 und über den Widerstand 32 der Basis des Transistors
28 zugeführt wird. Der Transistor 28 andererseits ist normalerweise gesperrt, und
die negative Potentialanderung versucht, seine Leitfähigkeit zu steigern, wodurch
eine Abschwächung des negativen Potentials an dem Kollektor des Transistors 28 auftritt
; dieses abgeschwächte negative Potential wird über die aus dem Gleichrichterelement
36 und dem Widerstand 37 bestehende Parallelschaltung sowic Uber 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 der Figur 1 linken Anschluß nahezu auf das Potential
der negativen Stromversorgungsleitung und mit seinem rechten, über den Transistor
30 mit der positiven Stromversorgungeleitung 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 Uber 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 Stromversorgungoleitung
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 fuhrt, 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 das Gleichrichterelement 36, den Widerstand 37 und
den Kondensator 35 an die Basis des Transistors 30 übertragen wird, wodurch das
Leitvermögen des Transistors 30 vergröBert wird. Dieser Effekt läuft kumulativ ab
und führt dazu, daß die Schaltung stets wieder ihren stabilen Zustand annimmt. Der
Transistor 29 dient dazu, um sicherzustellen, daß der Kondensator 35 nahezu geladen
ist, bevor die monostabile Kippstufe wieder getrjggert wird. Das Laden des Kondensators
35 erfolgt über den Widerstand 38 und die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors
29 sowie über die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 30. Um Beschädigungen des
Transistors 30 zu vermeiden, ist der Widerstand 38 vorgesehen.
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Dadurch ist auch verhindert, daß unerwünschte Impulse auf die negative
Stromversorgungsleitung übertragen werden.
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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 hato Deshalb ist
der Widerstand 37 eingefulirt, der ein Laden des Kondensators 35 bis zuCvollen
Spannung
der Stromversorgungsleitung erlaubt. Das Gleichrichterelement 36, das dem Widerstand
37 parallel geschalte4 ist, stellt während der Entladung des Kondensators 35 einen
niederohmigen Strompfad dar und macht den Widerstand 37 vJklrend dieses Teils des
Schaltungszyklusseo unwirksam.
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Es ist zu bemerken, daß der Widerstand 42 und der veranderbare Widerstand
43 dem Widerstand 39 und dem veränderbaren Widerstand 40 parallel geschaltet sind,
wenn die Kontakte 41 des Relais 67 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 darstellenda
Spannung am Kollektor des Eransiators 50 ist über den Widerstand 44 einem zwischen
den Widerstinden 44 und 49 liegenden Schaltungspunkt zugefuhrt. Die am Kollektor
des Transistors 18 vorhandene, den von der bistabilen Kippstufe erzeugten Puls s
daratellende Spannung ist über den Kondensator 47 an eine aus dem Widerstand 48
und dem Gloichrichterelement 50 bestehende Schaltungskombination angekoppelt. Diese
Schaltungskombination dient dazu, um die Nullachse der in der Figur 2 unter"c"dargestellten
Spannung (Pule der bistabilen Kippstufe) derart su @ verschieben, daß die Nullachso
mit dem negativen Wert der spatnung zumens. Da die dem Widerstand 44 zugeführte
Auagangsspannung (Puls der monostabilen Kippstufe) des Kollektore dee Transistors
30 vollständig unter der Nullachse und der Aber den
Widerstand
49 zugefuhrte, in der Schaltungskombination verschobene Puls der bistabilen Kippstufe
sollständig über der Nullachse liegt, besteht die Möglichkeit, die beiden Pulse
additiv zusammenzuschalten, was unter diesen Umständen eine Subtraktion ihrer Amplitudenvferte
bedeutet. Das Ergebnis dieses Zusamrnenschaltens sind die in der Figur 2 unter"e"und"f"gezeigten
Spannungsverläufe. Die Polarität der Impulse ist positiv-wie unter"c"gezeigt-, wenn
der unter"c"gezeigte Puls der bistabilen Kippstufe aus Impulsen besteht, die langer
als die des unter"d"dargestellten Pulses der monostabilen Kippstufe sind. Im umgekehrten
Falle, d.h., wenn die unter "d" gezeigten Impulse länger als die unter "c" dargestellten
Impulse sind, besteht die aus dem Vergleich der Pulse gewonnene Spannung aus negativen
Impulse, wie sie in der Figur 2 unter"f"gezeigt sind.
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Diese Impulse worden nach schwacher Integration durch den Kondensator
51 über die Gleichrichterelemente 45 und 46 der Basis des Transistors 52 zugefuhrt.
Die mittels des Kondensators 51 durchgeführte Integration ist ausreichend, um außergewöhnliche
Spitzen dieser Spannung zu vermeiden, die den Transistor 52 zerstören könnten. Die
Gleichrichterelementc 45 und 46 sind vorgesehen, um eine Übertragung von Impulsen
mit einer unter einem vorgegebenen Niveau liegenden Amplitude zu verhindern. Das
Kontaktpotential dieser Gleichrichterelemente ist derart festgelegt, daß sie keine
Impulse zur Basis des Transistors 52 gelangen laseen, die kleiner als 0, 5 Volt
sind.
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Die Transistoren 52 und 53 sind in einer weiteren bistabilen Kippstufe
angeordnet. Nimmt man an, daß der Ausgang des vergleichenden
Schaltungsteiles
ein positives Potential aufweist und daB 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 Potentialanderung
wird über den Kondensator 58 an die Basis des Transistors 53 übertragen und vermllaßt
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.
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Dieser Vorgang läuft kumulativ ab und fuhrt dazu, daß der Transistor
52 gesperrt und der Transistor 53 leitend wird.
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Werden andererseits 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 zugefuhrt, wenn der Transistor
52 gesperrt ist, dann geht die weiterc bistabilc 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 annahernd dem Potential der negativen Stromversorgungsleitung
entsprechenden Potential auf ein annahernd dem Potential der positiven Stromversorgungsleitung
entsprechendes Potential verändert, wenn der Transistor 53 leitend ist. Diese Potentialänderung
wird der Basis des Transistors 61 über den Widerstand 60 zugefuhrt. 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 Transistors 61 liegt
daher über den Widerstand 63 auf dem Potential der positiven Stromversorgungeleitung,
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 2Potential seines Kollektors dem der negativen Stromversorgungsleitung
an, und der Kondensator 62 lädt sich über die Widerstände 55 und 60 auf dieses Potential
auf.
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Wenn ein besimmtes negatives Potential erreicht worden ist, wird der
Transistor 61 leitend, und das Potential seines Emitters nahert 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 Gleichrichterelement 65 mit dem Transistor 64 in Reihe geschaltet ; das Kontaktpotential
dieses Gleichrichterelementes reicht aus, um Leckströme zu verhindern,
die
diesen Schaltungskreis unerwünschterweise leitend machen konnten.
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Aus den obigen AusfUhrungen geht hervor, dal3 die Transistoren 61
und 64 so lange leitend sein müssen, wic 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 zugefuhrt wird, muß negativ sein. Das bedeutet, daß der unter"c"dargestellte
Puls der bistabilen Kippstufe Impulse einer kürzeren Zeitdauer als der in der Figur
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 Schaltungsteiles 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 der Figur 2 unter"c"gczeigten 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 aberregt, wodurch angczeigt wird, daß die Frequenz der
elelctrischen Energiequellc unter einen festgesetzten Mfert abgesunken ist. Die
Aberrcgung des Relais 67 führt zur Schließung seiner Kontakte 41, und die Widerstände
42 und 43 werden den
Widerständen 37 und 40 parallel geschaltet.
Dadurch wird die Zeitdauer der Impulse des unter "d" gezeigten Pulses verkürzt und
der vergleichende Schaltungsteil erzeugt so lange keine negative Spannung, bis die
Frequenz der elektrischen Energiequelle die Frequenz übersteigt, bei der der vergleichende
Schaltungsteil vorher eine negative Spannung erzeugt hat. Dies verhindert in wirksamer
Weise ein Klappern des Relais, da die Anzugsfrequenz die Abfallfrcquenz übersteigen
muß.
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Es kurde bei der Verwendung einer elektrischen Energiequelle mit der
üblichen Frequenz von 60 Schwingungen/sec und bei geeignetem Aufbau der Schaltungsanordnung
herausgefunden, daß die Abfallfrequenz des Relais 67 zwischen 50 Schwingungen/sec
und 65 Schwingungen/sec eingestellt werden konnte und daß die Anzugsfrequens des
Relais auf Werte eingestellt werden konnte, die um eine 1/4 Schwingung/sec bis zu
16 Schcringungen/sec über der Abfallfrequenz lagen. Der Kontakt 68 des Relais 67
kann dazu verwendet werden, um gegebenenfalls weitere Schaltungsanordnungen zu steuern.
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Die einstellbaren Widerstände 40 und 43 können in Schwingungen/ sec
geeicht werden, und es ergibt sich, daß die Einstellung der Schaltungsanordnung
unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungcn relativ stabil ist. Die Schaltungsanordnung
ist im Hinblick auf möglichc Vcränderungen der Umgebungsbedingungen sorgsam augelegt,
um unerwünschte thermische Effekte zu vermeiden. Beispielsweisc sind die Kennlinien
des Gleichrichterelementes 36 sosie der Transistoren 28 und 30 derart aufeinander
abgestimmt,
daß sic die Wirkung der Umgebungstemperatur auf ein
Minimum herabsenken. Auch die Schaltungselemente, die in dem Zeitverzögerungakreis
enthalten sind, sind im lIinblick auf außerordentlich niedrigen Temperaturkoeffizienten
ausgewählt.
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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 Schwingungen/sec könnten auf diese
Weise erfaßt werden, ohne daß weitere Schaltungselemente verändert werden müssen.
Auch bei sehr viel höheren Frequenzen kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
eingesetzt werden, wenn schnell schaltende Transistoren und entsprechend ausgewählte
Schaltungselementc verwendet werden.
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In den Fallen, 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 Palle kann das der Basis des Transistors 10 über den Widerstand
9 zugeführtc Signal das einzige sein, das von der zu überwachenden Quelle abgeleitet
wird. Die Versorgung der Schaltungsanordnung kann durch andere, von der Quelle unabhängigc
Stromversorgungseinrichtungen erfolgen. In diesem Falle kann auch ein Geber, der
durch Rotation einer Aehse Impulse erzeugt, an den Transistor 10 gekoppelt werden
; in diesem Palle ist die Schaltungsanordnung dazu geeignet, um die Drehgeschwindigkeit
der Achse zu messen und um anzuzeigen, ob eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht
worden ist.
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Es ist selbstverständlich, daß verschiedene Abwandlungen der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung denkbar sind, die von dem spezifischen Ausfuhrungsbeispiel abgeleitet
werden können ; beispielsweise kann die aus dem Vergleich der Pulse gewonnene Spannung,
die-vie beschrieben-einer weiteren bistabilen Kippstufe zugeführt wird, deren Ausgangsspannung
indirekt zur Kontrolle des Relais verrtendet wird, auch anderen Schaltungssystemen
zur Auswertung zugeführt werden.
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8 Anspruche 2 Figuren