DE1537988C - Frequenz Gleichspannungswandler hoher Linearität - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenz-Gleichspannungswandler hoher Linearität, bei dem die umzuwandelnde Wechselspannung mittels eines monostabilen Multivibrators in eine der Frequenz dieser Wechselspannung entsprechende Impulsfolge mit Impulsen gleichen Flächeninhalts umgewandelt wird und diese Impulsfolge anschließend in einem Tiefpaß ausgewertet wird.

Es sind bereits Frequenz-Gleichstroinvvandler. bekannt, bei denen die als Sinusspannung vorliegende Wechselspannung durch eine Begrenzerschaltung und eine nachgeschaltete Differentiationsschaltung in eine Impulsfolge umgewandelt wird, welche anschließend gleichgerichtet wird (Frequenzzeiger Type FTK der Anmelderin). Diese bekannte Schaltung ist nur für Sinusspannungen geeignet. Zur Umwandlung einer Wechselspannung in eine bezüglich der Frequenz, proportionale Impulsfolge könnten auch bekannte monostabile Multivibratoren verwendet werden. Es hat sich aber gezeigt, daß die üblichen monostabilen Multivibratorschaltungen keine Von der Frequenz unabhängig gleich breite Impulse und damit auch keine Impulse mit gleichbleibendem Flächeninhalt erzeugen können. Es ist zwar eine monostabile Multivibratorschaltung be^ kannt (»Orbit«, Bd. 2, Nr. 2, Februar 1967), welche unabhängig von der Impulsfolgefrequenz stets gleich breite und gleich hohe Impulse erzeugt, die aber wiederum den Nachteil besitzt, daß ihre Imp.ulskonstanz in starkem Maße von der an ihrem Ausgang angeschlossenen Schaltung abhängig ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Frequenz-Glcichspannungswandler hoher Linearität zu schaffen, der mit einfachem schaltungstechnischem Auf- ■ wand unabhängig von der Kurvenfonn der angebotenen Wechselspannung eine Umwandlung dieser Wechselspannung in eine frequenzproportionale Impulsfolge ermöglicht, deren Impulse dabei unabhängig von der Impulsfolgefrequenz stets gleichen Flächeninhalt besitzen und die es ferner erlaubt, daß ohne zusätzliche Verzerrungen oder Leistungsverluste die zur Auswertung vorgesehene Tiefpaßschaltung an ihrem Ausgang anschaltbar ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Frequenz-Gleichspannungswandler der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen monostabilem Multivibrator und Tiefpaß ein Xransistor in Emitterfolgeschaltung mit einem /iC-Gegenkopplungsglied zwischen Emitter und Basis geschaltet wird. Vorteilhafterweise ist dieses ftC-Geg'enkopplungsglied einstellbar.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß eine solche Transistorschaltung zwischen monostabile'm Multivibrator und-Tiefpaß eine ideale Anpassung des bezüglich seiner Belastung sehr empfindlichen -monostabilen Multivibrators ermöglicht, da bekanntlich eine Emitterfolgeschaltung einen relativ hohen Eingangswiderstand besitzt. Die Erfindung geht dabei ferner von der Erkenntnis aus, daß eine solche Schaltung zwar eine gewisse Verzurrung der angebotenen Impulse hervorruft, diese Verzerrung aber bei allen Impulsen unabhängig von der Impulsfolgefrequcnz stets gleichbleibend ist. Diese Verzerrungen sind damit für den erfindungsgemallen Zweck ohne Bedeutung, da bei einem 6g Frequcnz-Gldclispannungswandler lediglich sämtliche Impulse bei den verschiedensten möglichen Impulsfolgcfreqiienzen gleich großen Flächeninhalt besitzen müssen, ihre Form dabei aber ohne Bedeutung ist. In der Praxis haben sich mit der erfindungsgemäßen Schaltung Linearitäten von 0,1 %o erreichen lassen.

Ein ähnliches Ergebnis könnte zwar erzielt werden, wenn zwischen monostabilem Multivibrator und Tiefpaß ein sehr breitbandiger gleichstromgekoppelter Verstärker mit relativ hoch liegender Grenzfrequenz geschaltet würde. Ein solcher Verstärker würde zwar die Impulse des monostabilen Multivibrators unverzerrt an den Tiefpaß übertragen können, jedoch wäre eine solche Schaltung vom schaltungstechnischcn Aufwand her gesehen für den der Erfindung zugrunde liegenden Zweck nicht gerechtfertigt. Auch ein ohmscher Spannungsteiler am Ausgang des monostabilen Multivibrators würde zwar eine Anpassung zwischen monostabilem Multivibrator und Tiefpaß ohne Verfälschung der Impulsform gewährleisten, jedoch würde ein solcher Spannungsteiler unzumutbare hohe Verluste bedeuten, die nur durch einen dem Tiefpaß nachgeschalteten Gleichstromverstärker wieder ausgeglichen werden könnten.

Demgegenüber ist die erfindungsgemäße Schaltung im Aufbau sehr einfach und billig und ermöglich^, trotzdem eine gute Anpassung des Tiefpasses an den monostabilen Multivibrator.

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

Die Erfindung zeigt das Prinzipschaltbild eines Frequenz-Gleichspannungswandlers, bei dem die in Rechteckform ankommende Wechselspannung W — die z. B. auf geeignete bekannte Weise aus der umzuwandelnden und eine beliebige Kurvenform besitzenden Wechselspannung erzeugt wurde — zunächst in einem aus der oben zitierten Entgegenhaltung bekannten monostabilen Multivibrator M in eine frequenzproportionale Impulsfolge umgewandelt wird, deren Impulsbreite und Impulshöhe unabhängig sind von der jeweiligen Impulsfolgefrequenz. Die so erzeugte Impulsfolge wird anschließend über einen in Emitterfolgeschaltung betriebenen Transistor V der eigentlichen Tiefpaßschaltung T zugeführt, in welcher die Impulsfolge in eine entsprechende frequenzproportionale Gleichspannung umgewandelt wird. Zwischen Emitter E und Basis B des in Emitter-Basis-Schaltung betriebenen Transistors V ist ein RC-Gegenkopplungsglied K geschaltet. Durch den vorzugsweise als Potentiometer ausgebildeten Widerstand dieser /?C-Reihenschaltung K wird die Gegenkopplung so eingestellt, daß am Ausgang des Tiefpasses sowohl bei der niedrigsten Eingangsfrequenz als auch bei der höchsten Frequenz eine proportionale Ausgangsgröße mit maximal möglicher Genauigkeit erzeugt wird. In der Praxis wurde bei einem Ausführungsbeispiel bei einer Impulsfolgefrequenz von 0 bis K)OkHz und einem eingestellten Tastverhältnis 1: 1,5 des monostabilen Multivibrators (bei 100 kHz) durch die RC-Kombination K, in der R = 25 kO und C = 0,047 ₍iF gewählt wurde, eine Linearität yon 0,l°/oo erreicht.

Bekanntlich werden die Amplituden der Oberwellen einer Impulsfolge mit steigender Impulsfolgefrequenz größer, d. h., die bei der Auswertung eingehenden Oberwellen gehen mit steigender Impulsfolgefrequenz immer mehr in das Ergebnis ein und verfälschen dadurch das Meßergebnis in Abhängigkeit von der Impulsfolgefrequcnz. Unterdrückt man

daher bei allen Impulsen aller vorkommenden Impulsfolgefrequenzen die gleichen Oberwellen in gleicher Weise (durch die i?C-Kombination K), so wird ihre das Ergebnis verfälschende Wirkung aufgehoben. . Nun können aber aus praktischen Gründen nicht alle Oberwellen unterdrückt werden, da sonst die Grundwelle wieder zu sehr mitbeeinflußt* würde und hierdurch dann zusätzliche Meßfehler auftreten wurden. Dazwischen liegt ein Optimalwert, bei dem die größte Linearität erreicht wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Frequenz-Gleichspannungswandler hoher Linearität, bei dem die umzuwandelnde Wechselspannung mittels eines monostabilen Multivibrators in eine der Frequenz dieser Wechselspannung entsprechende Impulsfolge mit Impulsen gleichen Flächeninhalts umgewandelt wird und diese Impulsfolge anschließend in einem Tiefpaß ausgewertet wird, dad u rch gekennzeichnet, daß zwischen monostabilem Multivibrator (M) und Tiefpaß (T) ein Transistor (V) in Emitterfolgeschaltung mit einem /iC-Gegcnkopplungsglied (K) zwischen Emitter (E) und Basis (B) geschaltet ist.

2. Frequenz-Gleichspannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das RC-Gegenkopplungsglied (K) einstellbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen