-
Frequenz- bzw. Frequenzablage-Meßgerät, insbesondere Stimmgerät Die
Erfindung betrifft ein Frequenz- bzw. Frequenzablage-Meßgerät, das nach dem Prinzip
der Periodendauermessung arbeitet, insbesondere Stimmgerät für Musikinstrumente,
zur Messung der Frequenz einer an einem Meßspannungs-Eingang des Meßgerätes anlegbaren
Wechselspannung schwankender Amplitude bzw. der Ablage dieser Frequenz von einer
Sollfrequenz.
-
Zur Vermeidung des Ansprechens auf Rausch- und Störspannungen und
daraus resultierenden falschen, wechselhaften Anzeigen bei sehr kleinen Signal-Wechselspannungen
ist es insbesondere bei zahlenden Frequenzmeßgeräten bekannt, die Signal-Wechselspannung
der eigentlichen Frequenzmeßeinrichtung über eine Schwellwertschaltung, z.B. Schmitt-.Trigger,
zuzuführen, Wird das im Falle von Schwellenfiberschreitungen rechteckförmige Ausgangssignal
der Schellwertschaltung direkt der Frequenzmeßeinrlchtung zugeführt, so entstehen
amplitudenabhängige Meßfehler, die umso größer sind, je weniger Perioden zur Frequenzmessung
herangezogen werden und je weniger die Amplitude der Signalwechseispannung über
der AnsprechschwelGe der Schwelbertschaltung liegt, weil die Flanken des Ausgangssignals
der Schwe llwertschaitung zeitlich gegenüber den ein exaktes Frequenz- bzw. Periodenmaß
liefernden Nulldurchgängen der Signal-Wechselspannung verschoben sind.
-
Wird dns Ausganssignal der Schwe 1 ß-r.ertschaltung dagegen, wie es
z.B. bei Rauschsperren für Rundfunkernpfänger bekannt ist, gleichgerichtet, gesiebt
und zur Steuerung eines die Signal-
Wechselspannung auf die Frequenzmeßeinrichtung
durchschaltenden Schalters verwendet, so muß die Siebung für die Steuerspannung
des Schalters nach der tiefsten Frequenz der Signal-Wechselspannung ausgelegt werden.
Daher kann, wenn das Frequenzmeßgerät in einem großen Frequenzbereich arbeiten soll,
die Zeit von einer Schwellwertüber-(bzw.-Unter-)schreitung bis zur Betätigung des
Schalters relativ lang sein, so daß der Schalter bei schnellen Amplitudenänderungen
seine Aufgabe nicht erfüllen kann.
-
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schwellwertschaltung für ein Frequenz-
bzw. Frequenzablage-Meßgerät zu schaffen, welche die genannten Nachteile bekannter
Schaltungen vermeidet und in einem breiten Frequenzbereich flink arbeitet, indem
sie bei Ansprechschwellenüberschreitungen der Signal-Wechselspannung ein Signal
weiterleitet, das eine exakte amplitudenunabhängige Messung der Periodendauer bzw.
-
Frequenz ermöglicht.
-
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des
Anspruches 1 offenbarten Mitteln. Damit ist an einem Ausgang der ersten bistabilen
Kippstufe eine Rechteckspannung verfügbar, welche immer dann, wenn die Signal-Wechselspannung
eine Ansprechschwelle überschreitet, Flanken hat, welche mit in einer Richtung erfolgenden
Nulldurchgängen der S1gnal-Wechslspannung koinzidieren. Diese Flanken beginnen innerhalb
einer auf eine Schwellenüberschreitung folgenden Periode aufzutreten und sind für
eine exakte, amplituderlulabhingige P er lodend auer- bzw. Frequenzmessung verwendbar.
-
Spätestens nach einer Pcriode ohne Schwellenilberschreitung wechselt
die erste bistabile Kippstufe ihre Lage nicht mehr, so daf3 in diesem Falle auch
sofort keine eine Messung auslösenden Flanken mehr auf'treten ki;nnen.
-
Je eine Weiterbildung der Erfindung, welche solange ein statisch gleichbleibendes
Zustandssignal liefert, wie Perioden der Signal-Wechselspannung stellenweise die
Ansprechschwelle überschreiten, ist in den Ansprüchen 2 und 5 offenbart. Das bei
der Weiterbildung nach Anspruch 5 verfügbare Zustandssignal beginnt dabei mit dem
nachsten auf eine Schwellenüberschreitung folgenden Wechselspannungs-Nulldurchgang;
die Zustandssignale verschwinden mit dem nächsten auf eine Halbperiode ohne Schwellenüberschreitung
folgenden Wechselspannungs-Nulldurchgang und werden dann durch ein O-Signal ersetzt.
Die bei diesen Weiterbildungen erzeugten statischen Zustandskriterien können, wie
in Anspruch 6 offenbart, zu einer Verstellung der Ansprechschwelle im Sinne einer
Hysterese benutzt werden, so daß bei Signal-Wechselspannungen, deren Amplitude sich
nur wenig beidseitig um die Ansprechschwellen verändert, keine Fehlmessungen auftreten.
-
Eine andere Weiterbildung der Erfindung, die eine Messung der Frequenz
der unverändert durchgeschalteten Signal-Wechselspannung erlaubt, solange sie die
Ansprechschwelle überschreitet, offenbart Anspruch 5.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand dreier Ausführungsbeispiele
schematisch dargestellt. Hierbei zeigt Figur 1 ein Blockschaltbild des ersten Ausführungsbeispiels,
bei dem aus der Signal-Vechselspannung eine Rechteckspannung hergestellt wird, deren
Frequenz direkt gemessen wird, Figur 2 ein Blockschaltbild des zweiten Ausführungsbeispiels
mit Hysterese beim Ansprechen der Schwellen und dazu ergnnzend des dritten Ausführung.sbeispieies
mit- analoger Durchschaltung der Wechselspannung und
Figur 5 Diagramme
von in Meßpunkten der Fig. 1 und 2 auftretenden Spannungen über der Zeit.
-
Eine Signal-Wechselspannung (S) mit sich andernder Amplitude (vgl.
Fig. 5, oberes Diagramm), deren Frequenz zu messen ist, liegt an einem Meßspannungs-Eingang
1 an. Der Meßspannungs-Eingang 1 liegt sowohl am Eingang eines Nullkomparators 2
als auch an einem Eingang eines Schwellwertkomparators 5, dessen Vergleichseingang
mit dem Abgriff 4 eines seine Ansprechschwelle (Sch) bestimmenden Spannungsteilers
5 verbunden ist. Der zweiwertiger Signale fähige Ausgang des Schwellwertkomparators
3 ist über ein Differenzierglied 6 mit einem Rücksetz-Eingang 7 eines JK-Flipflops
8 verbunden, dessen Takteingang mit dem zweiwertigen Signale fähigen Ausgang des
Nullkomparators 2 Verbindung hat, und dessen Q-Ausgang 9 eine Frequenzmeßeinrichtung
10 beaufschlagt. Der J-Vorbereitungseingang des Flipflops 8 ist von einem "1"-Signal
und der K-Vorbereitungseingang ist von einem "O"-Signal beaufschlagt, so daß das
Flipflop 8 vom Ausgangssignal des Nullkomparators 2 (Spannungsverlauf A in Fig.
D) bei jedem positiven Wechselspannungsnulldurchgang in seine 1-Lage (1-Signal am
Q-Ausgang 9) und vom Ausgangssignal des dem Schwellwertkomparator nachgeschalteten
Differenziergliedes (Spannungsverlauf B' in Fig. )) in seine 0-Lage (O-Signal am
Q-Ausgang 9) gebracht wird.
-
Der Q-Ausgang 9 des Flipflops 8 führt damit eine Spannung (C in Fig.
5),die ab einem Ausbleiben von Schwellwertüberschreitungen den statischen Wert 1
annimmt und den Wert 1 beibehält, solange die Signal-Wechselspannung die Ansprechschwelle
nicht überschreitet. Nach jeder Schwellenüberschreitung nimmt die Spannung am Q-Ausgang
9 des Flipflops 8 sofort
den Wert 0 an und behält ihn bis zum nächsten
positiven Wechselspannungsnulldurchgang bei. Die positiven Flanken des Signals am
Q-Ausgang 9 des Flipflops 8 bieten somit ein exaktes Maß für die Frequenz von Schwingungen
der Signal-Wechselspannung, deren Amplitude eine an Spannungsteiler 5 einstellbare
Ansprechschwelle überschreiten. Diese Frequenz wird von der Frequenzmeßeinrichtung
10, die nach dem Prinzip der Periodendauermessung arbeitet, durch Vergleich mit
der Periodendauer einer Normal frequenz genau gemessen.
-
Beim ersten Ausführungsbeispiel kann es sein, daß bei Signal-Wechselspannungen,
deren Amplitude nur wenig in der Nahe der Ansprechschwellen moduliert sind, Fehlmessungen
auftreten, indem die Frequenzanzeige unkontrolliert zwischen dem wahren Wert und
einem Bruchteil des wahren Wertes schwankt.
-
Beim zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) werden durch eine Erweiterung
der im ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Schaltung derartige Fehlmessungen
vermieden, indem eine Rückkopplungsschleife zur diskreten Verstellung der Ansprechschwelle
im Sinne einer Hysterese benutzt wird.
-
Die mit den Zahlen 11 bis 20 bezifferten Elemente entsprechen den
Elementen 1 bis 10 des ersten Ausführungsbeispiels; dabei ist der Ausgang des Nullkomparators
12 außer mit dem Takteingang des JK-Flipflops 18 auch mit dem Einfang einer Umkehrstuf'e
21 verbunden, die ausgangsseitig mit dem Takteingang eines zweiten JK-Flipflops
22 Verbindung hat, dessen J-Vorbereitungseingang von einem 1-Sign-al und dessen
K-Vorbereitungseingang von einem 0-Signal beaufschlagt ist. Der Q-Ausgang 19 des
Flipflops 18 ist mit einem Rücksetz-Eingang des Flipflops 22 verbunden, und der
Ausgang 25 des Flipflops 22 ist Abgriffspunkt einer einen
ohmschen
Widerstand 25 enthaltenden Rückkopplungsschleife, die zu einem festen Abgriff 26
des Spannungsteilers 15 führt.
-
Ein (von einer Schwellenüberschreitung hervorgerufenes) 0-Signal am
Q-Ausgang 19 des Flipflops 18 setzt und verriegelt das Flipflop 22 auf ein l-Signal
an dessen Q-Ausgang 24, während ein l-Signal am Q-Ausgang 19 das Flipflop 22 freigibt,
so daß es von der nachsten positiven Spannungsflanke am Ausgang des Nullkomparators
12 (mittels der Umkehrstufe 21) gekippt wird auf ein 0-Signal an Q-Ausgang 24.
-
Die Ausgangsspannung des Flipflops 22 (Spannungsverlauf D in Fig.
)) bleibt daher von einer Schwellenüberschreitung an statisch auf dem Signalwert
1, solange Wechselspannungsperioden mit Schwellenüberschreitungen auftreten, und
nimmt von einem auf eine(Halb-)Periode ohne Schwellenüberschreitung folgenden negativen
Nulldurchgang der Signal-Wechselspannung an den Wert Null an. Der Zustand des Plipflops
22 ist daher für eine Verstellung der Ansprechschwelle in zweiwertiger Abhangigkeit
von der Amplitude der Signal-Wechselspannung im Sinne einer Hysterese benutzbar.
Diese Verstellung wird mit der Rückkopplungsschleife 2)-25-26 so durchgeführt, daß
die Ansprechschwelle bei kleinen Signal-Wechselspannungen einen relativ hohen ersten
Wert hat (l-Signal, d.h. positive Spannung am Flipflop-Ausgang 23) und nachdem sie
diesen ersten Wert überschritten hat, einen niedrigeren zweiten Wert annimmt (0-
Signal, d.h.
-
negative Spannung am Flipflop-Ausgang 25). Damit wird eine Erhöhung
der Amplitudenempfindlichkeit nach einer Schwellenüberschreitung erreicht, so daß
Perioden mit kurz unter der ersten Schwelle liegenden Amplituden nach einer tiberschreitung
mitgemessen werden, und keine Fehlmessungen durch Auslassungen solcher Perioden
auftreten.
-
Beim dritten Ausführungsbeispiel ist die Schaltung des zweiten Ausführungsbeispiels
in Fig. 2 durch die gestrichelt gezeichneten Elemente (drittes JK-Flipflop 52 und
Schalter 55 mit Verbindungsleitungen) ergänzt. Im Unterschied zum zweiten Ausflihrungsbeispiel
ist die Frequenzmeßeinrichtung 20 nicht wie gezeichnet mit dem Q-Ausgang 19 des
Flipflops 18 verbunden, sondern hat über den Schalter 35 mit dem Meßspannungs-Eingang
11 Verbindung. Der Schalter 55 wird vom Q-Ausgang 53 des JK-Flipflops 52 gesteuert,
dessen Takteingang ebenso wie der des Flipflops 22 mit dem Ausgang der Umkehrstufe
21 verbunden ist, und dessen J- bzw. K-Vorbereitungseingang von einem 1- bzw. 0-Signal
beaufschlagt ist.
-
Ein Rücksetzeingang des Flipflops 52 ist mit dem Q-Ausgang 24 des
Flipflops 23 werbç en. Ein 0-Signal am Rücksetzeingang sperrt das Flipflop 52 auf
ein 0-Signal an dessen Q-Ausgang 33; tin 1- Signal am Rücksetzeingang gibt es frei.
Dadurch wird das Flipflop 32 nach einer Schwellenüberschreitung vom nächsten negativen
Nulldurchgang der Signal-Wechselspannung auf ein l-Signal an dessen Q-Ausgang 37
gesetzt und kippt aufgrund des Rücksetzsignales des Flipflops 22 erst nach Ende
aller hintereinanderfolgenden Perioden mit Schwellenüberschreitungen zusammen mit
dem Flipflop 22 wieder zurück, liefert also ein statisches Zustandskriterium für
Schwellenüberschreitungen bzw. -Unterschreitungen, das mit einem auf einen entsprechenden
Zustandswechsel folgenden negativen Nulldurchgang beginnt.
-
Der vom Flipflop 52 gesteuerte Schalter 55 läßt daher die Signal-Wechselspannung
ab einem auf eine Schwellwertüberschreitung folgenden negativen Nulldurchgang zur
Frequenzmeßeinrichtung 20 durch, bis zu einem nach einer(llalb-)Periode der Unterschreitung
des zweiten Schwellwertes auftretenden negativen Nulldurchgang (Spannungsverlauf
F in Fig. )). Das durchgelassene Wechselspannungssignal erlaubt somit in der
Frequenzmeßeinrichtung
20 eine einfache Zeitmessung der Nulldurchgänge als amplitudenunabhängiges Frequenzmaß.
-
Auch eine nicht gezeichnete Abwandlung des dritten Ausführungsbeispieles
kann zweckmäßig sein, bei welcher der Schalter 55 nicht die Signal-Wechselspannung
selbst auf die Frequenzmeßeinrichtung 20 schaltet, sondern bei welcher der Schalter
55 zwischen dem Flipflop-Ausgang 19 und der Frequenzmeßeinrichtung 20 eingefügt
ist.
-
Der Schalter 35 kann in Fällen, wo die Frequenzmeßeinrichtung 20 für
die Messung der Frequenz über mehrere Perioden hinweg eingerichtet ist, auch unter
Einsparung des Flipflops 52 vom Flipflop-Ausgang 24 aus gesteuert werden (strich-punktiert,gezeichnete
Steuerleitung )6 in Fig. 2 und Spannungsverlauf G in Fig. 5).