DE1466657A1 - Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Frequenzabweichungen - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Frequenzabweichungen

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DE1466657A1
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transistor
voltage
frequency
circuit arrangement
circuit
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DE19651466657
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Delamere William A
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Westinghouse Canada Inc
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

  • Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Frequenzabweichungen FUr die Anmeldung wird die PrioritCt der entsprechenden kanadischen Patentanmeldung Serial No. 899 808 vom 8. 4. 1964 beansprucht.
  • Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Abweichung der Frequenz einer zu Uberwachenden Spannung von einer vorgegebenen Frequenz.
  • 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.
  • Es sind verschiedene Methoden zur Messung der Frequenz bekannt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Katodc des Gleichrichterelementes 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kollektor : ltrr dieyer Pve. i ; s. i. » c : h :. ie : l w : ir izb. czf : . £vrc : zs : ac. r und den liie i zcl ..'J Lrt c. : 3a i ia v rra : . t cx°, =. I' ; t : l ppel l ;.
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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'.
  • @@@@@@@@@@@@@@@@@@@ 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.
  • 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 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Dieser Vorgang läuft kumulativ ab und fuhrt dazu, daß der Transistor 52 gesperrt und der Transistor 53 leitend wird.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 8 Anspruche 2 Figuren

Claims (8)

  1. P a t e n t a n s p r ii c h e 1. Schaltungsanordnung zur Ermittlung der Abweichung der Frequenz einer zu überwachenden Spannung von einer vorgegebenen Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß eine bistabilc und eine monostabile Kippstufe vorgesehen sind, daß der bistabilen, durch eine von der zu überwachenden Spannung abgeleiteten Spannung angereizten Kippstufe ein Puls einer durch die Frequenz der zu überwachenden Spannung bestimmten Impulsdauer und der monostabilen Kippstufe ein Puls einer durch die vorgegebene Frequenz bestimmten Impulsdauer entnommen werden, wobei die vorgegebene Frequenz durch die Rückfallzeit der mit zeitbestimmenden Schaltungsgliedern ausgerüsteten und durch eine von der zu Uberwachenden Spannung abgeleiteten, anderen Spannung angereizten monootabilen Kippstufc gogeben ist, und daß aus dem Vergleich der Pulse eine Spannung zur Ermittlung bzvle Anzeige der Frequenzabrweichung gewonnen wird.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarität der aus dem Vergleich der Pulse gewonnenen Spannung zur Ermittlung der Frequenzabweichung herangezogen wird.
  3. 3. Schaltungaanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückfallzeit und damit die vorgegebene Frequenz durch Einflußnahme auf die zeitbeatixmenden Schaltungsglieder eingestellt wird.
  4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem zweiten Polaritätswechsel der aus der zu überwachenden Spannung abgeleiteten Spannung die bistabilc Kippstufe in einen vorbestimmten stabilen Schaltungszustand und gleichzeitig die monostabile Kippstufe von dem stabilen in den instabilen Schaltungszustand kippt.
  5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die monostabile Kippstufe von dem in der bistabilen Kippstufe erzeugten Puls angereizt wird.
  6. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Vergleich der Pulse gewonnene Spannung eine weitere bistabile Kippatufe steuert, die bei einer bestimmten Polarität dieser Spannung in einen vorbestimmten stabilen Schaltungszustand kippt.
  7. 7 ; Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere bistabilc Kippstufe über weitere Transistoren mit einem die Frequenzabweichung anzeigenden Relais verbunden ist.
  8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufen aus Halbleiter-Bauelementen aufgebaut sind.
    L e e r s e i t e
DE19651466657 1964-04-08 1965-03-09 Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Frequenzabweichungen Pending DE1466657A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2318876A1 (de) * 1973-04-11 1974-10-24 Siemens Ag Frequenzrelais

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DE2318876A1 (de) * 1973-04-11 1974-10-24 Siemens Ag Frequenzrelais

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