DE2227724A1

DE2227724A1 - Vorrichtung zum Vergleich der Periode eines Signals mit einer von einem Zeitbasisgenerator erzeugten vorbestimmten Dauer

Info

Publication number: DE2227724A1
Application number: DE19722227724
Authority: DE
Inventors: Claude Vitry Val-De-Marne Queron (Frankreich)
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1972-06-07
Publication date: 1972-12-14
Also published as: FR2140262B1; FR2140262A1; CH552812A; SE381517B; IT959122B; AU458648B2; DE2227724B2; AU4310472A; GB1393457A; DE2227724C3

Description

COMPTEURS SCHLUMBERGER

12 Place des Etats-Unis
Montrouge/Frankreich

Unser Zeichen; C 2909

Vorrichtung zum Vergleich der Periode eines Signals mit einer von einem Zeitbasisgenerator erzeugten vorbestimmten Dauer

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die den. Vergleich eines Signals mit einer vorbestimmten Dauer ermöglicht, die von einem Zeitbasisgenerator erzeugt wird. Eine derartige Vorrichtung ist z.B. in einem Frequenzrelais zum Vergleich der Frequenz eines Signals mit einer bestimmten Frequenzschwelle verwendbar.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Doppelbasistransistoren des Stabtyps oder programmierbare als Spannungsschwellenelemente eines Integrators zu verwenden, der eine Sägezahnspannung liefert, die als Zeitbasis dient. Die SpannungsschwelIe definiert so die vorbestimmte Dauer, mit der die Periode des Eingangssignals zu vergleichen ist.

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Bei einer bekannten Schaltungsanordnung weist der Integrator einen von einer vorzugsweise konstanten Stromquelle geladenen Kondensator auf, der mittels eines an ihn angeschlossenen Transistors entladen wird, der durch einen Impuls gesättigt wird, der der Periode des Eingangssignals entspricht. Dieser Kondensator ist im ^teuerkreis eines Doppelbasistransistors angeordnet, so dass dieser Transistor gezündet wird, wenn die Spannung an dem Kondensator die Spitzenspannung erreicht. Dadurch liefert der Doppelbasistransistor einen Ausgangsimpuls am Ende einer Zeit T entsprechend der vorbestimmten Dauer des Vergleichs, wenn kein Eingangsimpuls die Entladung des Kondensators in diesem Zeitintervall hervorgerufen hat.

Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, dass die Spitzenspannung des Doppelbasistransistors, die die Spannungsschwelle des Integrators festlegt, in Abhängigkeit von der Temperatur veränderlich ist, was sich durch unerwünschte Änderungen bei der Bestimmung der Zeit T auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und die Vorrichtung derart abzuwandeln, dass in allen Fällen die Entladung des Integrierkondensators über das Schwellenelement selbst hervorgerufen wird, wenn die Schwellenspannung erreicht wird oder nicht. >

Bei der Vorrichtung gemäss der Erfindung weist ein Integrator einen von einer Stromquelle geladenen Kondensator auf, der mit der Steuerelektrode eines Doppelbasistransistors verbunden ist, dessen Spitzenspannung die Schwelle des Integrators bildet, die der Vergleichsdauer entspricht, wobei Impulse entsprechend jeder Periode des zu steuernden Signals auf den

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Eingang der Vorrichtung gegeben werden, um den Zeitbasisgenerator auszulösen. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass Mittel vorgesehen sind, um durch eine zweite Elektrode die künstliche Zündung des Doppelbasistransistors bei jedem Eingangsimpuls auszulösen, der ankommt, bevor der Integrator die Schwelle erreicht, und um durch die Eingangsimpulse die so künstlich erzeugten Ausgangssignale zu sperren.

Entsprechend einer weiteren Ausbildung dieser Vorrichtung umfassen diese Mittel zwei Transistoren, die durch die Eingangsimpulse gesteuert werden und die als Unterbrecher arbeiten, wobei der erste mit einem Spannungsteiler in Reihe geschaltet ist, der mit der zweiten Elektrode des Doppelbasistransistors verbunden ist, und wobei der zweite mit dem Ausgang der Vorrichtung verbunden ist.

Wenn sich der Kondensator über den Doppelbasistransistor entlädt, nimmt seine Spannung bis auf das Niveau der Sättigungsspannung ab, die durch einen Ladestrom und eine Umgebungstemperatur genau definiert ist. Dieses Spannungsniveau, das sich mit der Temperatur ändert, wird als Ausgangspunkt der Ladung des Kondensators verwendet, um exakt die Änderungen der Spitζen-spannung infolge der Temperaturänderungen zu kompensieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Figuren 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung,

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Fig. 2 ein sich auf diese Anordnung beziehendes Diagramm,

Fig· 3 und 5 Schaltbilder zweier Vorrichtungen gemäss der Erfindung, und

Fig. h und 6 in Abhängigkeit von der Zeit Spannungskurven an den Anschlüssen des Integrierkondensators.

Im folgenden wird ohne Unterschied als Doppelbasistransistor ein Stabdoppelbasistransistor verwendet, dessen Elektroden mit E (Emitter) und B₁, B₂ (Basen) bezeichnet sind, oder ein programmierbarer Doppelbasistransistor, dessen Elektroden mit A (Anode), K (Kathode) und G (Gitter) bezeichnet sind«

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines üblichen Zeitbasisgenerators mit einem Integrator, dessen Schwellenelement von einem Doppelbasistransistor 10 gebildet wird. Der Integrator besteht aus einem Kondensator C, der über einen Widerstand R von einem Strom I geladen wird, der von einer Konstantstromquelle S geliefert wird. Der Transistor 10 ist mit seiner Steuerelektrode E bzw. A mit einem Kondensator verbunden und wird gezündet, wenn die Spannung V_c an den Anschlüssen des Kondensators C die Spitzenspannung V_ erreicht, so dass er an seiner Elektrode B₁ bzw. K einen Ausgangsimpuls Ι_ς liefert. Der Kondensator C wird mit konstantem Strom geladen, wobei seine Spannung V-, an den Anschlüssen linear in Abhängigkeit von der Zeit t derart ansteigt, dass die Spitzenspannung Vp die Vergleichsdauer T bestimmt. Die Widerstände R₁ und R bilden einen Spannungsteiler, der die Elektrode B„ bzw. G des Transistors 10 mit einer Bezugsspannung V_R vorspannt. Die Eingangsimpulse I_g, die z.B. bei jedem Nulldurchgang eines sinusförmigen Signals entsprechend dem Be- '

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ginn einer Periode erzeugt werden, werden auf einen Transistor 11 gegeben, der mit dem Kondensator C verbunden ist und als Unterbrecher arbeitet. Jeder Impuls E, der den Transistor 11 sättigt, bewirkt die Entladung des Kondensators und bringt dadurch den Zeitbasisgenerator auf Null, um den Vergleich der folgenden Periode des zu steuernden Signals mit der vorbestimmten Dauer T zu ermöglichen.

Man erhält dadurch an den Anschlüssen des Widerstands R~ am Ausgang des Transistors 10 einen Impuls Ig, wenn das Intervall zwischen zwei Impulsen I_£ grosser als die Dauer T ist«

Der Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht darin, dass die Änderungen der Spitzenspannung V_ infolge von Temperaturänderungen zu Änderungen s& T der Vergleichsdauer T führen, wie das Diagramm der Fig. 2 zeigt. Dies ist bei einem Stabdoppelbasistransistor auf die Änderung der Durchlassspannung V_n der Diode zurückzuführen, die den Emitter bildet, wobei die Spitzenspannung V_p = V_ + /^V-- ist und fj das effektive Verhältnis und V_RB die Spannung zwischen den Basen bedeutet, und für einen programmierbaren Transistor auf die Änderung der Anoden-Kathodenspannung zurückzuführen, die in dem entsprechenden Schaltbild die Summe einer Sättigungsspannung und einer Basis-Emitterspannung V_„ eines Transistors bildet, wobei die Spitzenspannung V_p die Bezugsspannung plus die Spannung V_ßE eines Transistors ist.

Gemäss der Erfindung wird die Schaltung in der Art abgeändert, wie Fig. 3 zeigt. Die Schaltung besteht aus einem Transistor 21, auf dessen Basis Eingangsimpulse E gegeben werden und dessen Kollektor mit der Basis eines weiteres Transistors 22

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verbunden ist. Dieser ist in dem Kreis der Elektrode B_ bzw. G des Transistors 10 in Reihe mit den Widerständen R und R_ des Spannungsteilers geschaltet, der diese Elektrode mit der Bezugsspannung V_R vorspannt.

Die Eingangsimpulse I' , mit umgekehrter Polarität werden zugleich auf die Basis eines Transistors 23 gegeben, der an den Ausgang des Transistors 10 parallel zu dem Widerstand R₀ angeschlossen ist.

Ohne die Impulse I„ während der Ladedauer des Kondensators arbeiten die Transistoren 21 und 22 im Sättigungsbereich, und für den Integrator läuft alles ab wie bei der Schaltung der Fig. 1. Der Transistor 23 ist normalerweise gesperrt. Die Rückstellung des Zeitbasisgenerators auf Null wird wie folgt durchgeführt: Ein negativer Impuls E, der auf den Transistor 21 gegeben wird, bewirkt dessen Sperrung und damit die Sperrung des Transistors 22, so dass die Spannung V_n an der Elektrode B₀ bzw. G des Transistors momentan auf Null gebracht wird. Der Transistor 10 wird dadurch gezündet und während der Dauer des Impulses E entlädt sich der Kondensator in dessen Anoden-Kathodenkreis und den Widerstand R_, so dass ein Impuls I_g geliefert wird, der am Ausgang der Vorrichtung durch den Transistor 23 gesperrt wird, der durch den positiven Impuls E¹ geöffnet wird. ^λ

Wenn die Spannung V₀ die Spitzenspannung vor der Rückstellung auf Null des Zeitbasisgenerators erreicht, wird der Transistor durch seine Elektrode E bzw. A gezündet und der Impuls I_c, der an den Anschlüssen von R₀ auftritt, ist dieses Mal verfügbar, da der Transistor 23 durch keinen Impuls E' geöffnet wird.

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Die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators nimmt bis zu dem Wert der Sättigungsspannung V- ab, die bei einem Strom I und einer gegebenen Temperatur genau bestimmt ist. Dieser Spannungswert ist es, der als Ausgang der Ladespannung des Kondensators bei der Rückstellung auf Null des Zeitbasisgenerators genommen wird.

Fig. k zeigt die Ladespannung V-, in Abhängigkeit von der Zeit t und man sieht, dass einer bestimmten Temperatur eine Zündspannung V und eine Sättigungsspannung V₅₁ entspricht. Während der Impulsdauer E nimmt die Spannung V_c bis zu dem Wert V₅₁ ab, der dem Punkt 0 auf der Ladegeraden des Kondensators entspricht.

Nimmt man nun eine Erhöhung der Temperatur an, dann nimmt die Durchlassspannung V_n der Diode des Doppelbasistransistors bzw. die Spannung V_ßE des programmierbaren Doppelbasistransistors um den Wert j\ V ab und in diesem Falle wird die Zündspannung auf den Wert V_p_ gebracht. Diese Spannungsänderung Δ V wirkt sich jedoch in der gleichen Weise auf die Sättigungsspannung aus und verschiebt den Nullpunkt 0 nach O¹ auf den Wert V_2. Daraus folgt, dass die Zeit T gleichbleibt, sei es nun, dass man auf der einen oder.der anderen Ladungsgerade ist.

Infolge dieser Änderung der Schaltung, die nur mit billigen Bauteilen erfolgt, ist es daher möglich, einen sehr genauen Zeitbasisgenerator zu schaffen.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der vorhergehenden Schaltung, bei der der Kondensator nicht mehr von einer Konstantstromquelle geladen wird, sondern nach einer exponentiellen

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Gesetzmässigkeit, wobei der Widerstand R mit dem positiven Anschluss der Spannungsquelle verbunden ist. Die Schaltung der Fig. 3 wird durch eine Diode D vervollständigt, die zwischen den Transistor 22 und den Widerstand R. des Spannungsteilers geschaltet ist und durch ein Potentiometer P überbrückt ist.

Man sieht in dem Diagramm der Fig. 6, dass die beiden Ladekurven des Kondensators bei unterschiedlichen Temperaturen tatsächlich zwei verschiedene Zeitdauern T₁ und Tg für die Spitzenwerte V_p und V_p2 infolge der Änderung der Steigung der Kurve V„ in der Höhe der Zündspannung gegenüber der anfänglichen Steigung der exponentiellen Kurve ergeben. In diesem Falle wird durch die Entladung des Kondensators über die Übergangszone des Doppelbasistransistors ein Teil der Spannungsänderung ^ V kompensiert, nicht jedoch der durch die Änderung der Steigung der Kurve verursachte Fehler.

Die Diode D hat den Zweck, die Bezugsspannung V_R zu ändern und so den durch die Änderung der Steigung der Ladekurve verursachten Fehler zu kompensieren, wobei man die Änderung der Durchlaßspannung in Abhängigkeit von der Temperatur ausnutzt. Hierdurch wird, wie Fig. 6 zeigt, die Zündspitzenepannung ^p? nach Vp. verschoben, wodurch man erreichen kann, dass die Dauer T„ gleich T₁ wird.

Da es in der Praxis schwierig ist, eine Diode zu finden, deren Spannungsänderung exakt der gesuchten Änderung der Bezugsspannung entspricht, ist vorgesehen, eine Diode zu zu verwenden, deren Spannungsänderung grosser als die gewünschte ist, und parallel hierzu das Potentiometer P zu schalten, das genau eingestellt wird, um die gewünschte Kompensation zu erreichen.

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In allen diesen Fällen sind die Ausgangsimpulse I_g zur Anzeige der Überschreitung der Periode des zu steuernden Signals gegenüber der Vergleichsdauer T bzw« zugleich eines Abfalls der Frequenz dieses Signals unter die der Periodendauer T entsprechende Frequenzschwelle verwendbar . In gleicher Weise ist es möglich, ein Überschreiten dieser Schwelle durch die Frequenz des zu steuernden Signals festzustellen, wenn man das Verschwinden der Ausgangsimpulse I_ beobachtet.

Die Erfindung kann z.B. auch dahingehend abgewandelt werden, dass die Unterbrecher 22 und 23 direkt von den gleichen Eingangssignalen gesteuert werden.

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Claims

■ - 222772A Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Vergleich der Periode eines Signals mit einer vorbestimmten Dauer, die von einem Zeitbasisgenerator erzeugt - wird, in dem ein Integrator, der einen von einer Stromquelle geladenen Kondensator aufweist, mit der Steuerelektrode eines Doppelbasistransistors verbunden ist, dessen Spitzenspannung die Schwelle des Integrators bildet, die der Dauer entspricht, und in dem die Impulse, die der Periode des zu steuernden Signale

entsprechen, auf den Eingang der Vorrichtung gegeben werden, um den Zeitbasisgenerator auszulösen, dadurch ge« kennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um durch eine zweite Elektrode die künstliche Zündung des Doppelbasistransistors bei jedem Eingangsimpuls auszulösen, der ankommt, bevor der Integrator die Schwelle erreicht, und um durch die Eingangsimpulse die so künstlich erzeugten Ausgangssignale zu sperren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zwei Transistoren umfassen, die durch die Eingangsimpulse gesteuert werden und die als Unterbrecher arbeiten, wobei der erste Transistor mit einem Spannungsteiler in Reihe geschaltet ist, der mit der zweiten Elektrode des Doppelbasistransistors verbunden ist, und wobei der zweite mit dem Ausgang der Vorrichtung verbunden ist.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine von einem Potentiometer überbrückte Diode, die zwischen den ersten Transistor und den Spannungsteiler geschaltet ist.

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