DE2227724B2 - Vorrichtung zum Vergleich der Periode eines Signals mit einer von einem Zeitbasisgenerator erzeugten vorbestimmten Dauer - Google Patents

Description

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, Doppelbasistransistören des Stabtyps oder programmierbare als Spannungsschwellenelemente eines Integrators zu verwenden, der eine Sägezahnspannung liefert, die als Zeitbasis dient. Die Spannungsschwelle definiert so die vorbestimmte Dauer, mit der die Periode des Eingangssignals w> zu vergleichen ist.

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 Steuerkreis 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 Γ entsprechend der vorbestimmten Dauer des Vergleichs, wenn kein Eingangsimpuls die Entladung des Kondensators in diesem Zeitintervall hervorgerufen hat. *>5

Diese Schaltungsanordnung hat den Nachteil, daß die Spitzenspannung des Doppelbasistransistors, die die gigkeit von der Temperatur veränderlich ist, was sich durch unerwünschte Änderungen bei der Bestimmung der Zeit Tauswirkt

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 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 Spitzenspannung infolge der Temperaturänderungen zu kompensieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den F i g. 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte Schaltungsanordnung,

F i g. 2 ein sich auf diese Anordnung beziehendes Diagramm,

F i g. 3 und 5 Schaltbilder zweier Vorrichtungen gemäß der Erfindung, und

Fig.4 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 B\, Bi (Basen) bezeichnet sind, oder ein programmierbarer Doppelbasistransistor, dessen Elektroden mit A (Anode), K (Kathode) und C(Gitter) bezeichnet sind.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines üblichen Zeitbastsgenerators 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 / geladen wird, der von einer Konstantstromquelle 5 geliefert wird. Der Transistor 10 ist mit seiner Steuerelektrode E bzw. A mit einem Kondensator verbunden und wird gezündet, wenn die Spannung Vc an den Anschlüssen

Spannungsschweüe des integrators festlegt, in Abhän- des Kondensators Cdie Spiizefispanr.ung ^erreicht, so

daß er an seiner Elektrode B\ bzw. K einen Ausgangsimpuls /5 liefert Der Kondensator C wird mit konstantem Strom geladen, wobei seine Spannung Vc an den Anschlüssen linear in Abhängigkeit von der Zeit t derart ansteigt, daß die Spitzt yspannung V_P die Vergleichsdauer T bestimmt Die Widerstände R\ und R₂ bilden einen Spannungsteiler, der die Elektrode U₂ bzw. G des Transistors 10 mit einer Bezugsspannuag V« vorspannt: Die Eingangsimpulse Is. die z. B. bei jedem NuUdurdvgang eines sinusförmigen Signals entsprechend dem Beginn einer Periode erzeugt werden, werden auf einen Transistor 1 f 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 is dadurch den Zeitbasisgenerator auf NuU, um den Vergleich der folgenden Periode des zu steuernden Signals mit der vorbestimmten Dauer Tzu ermöglichen.

Man erhält dadurch an den Anschlüssen des Widerstandes R3 am Ausgang des Transistors 10 einen Impuls Is, wenn das Intervall zwischen zwei Impulsen Ie größer ais die Dauer Tist

Der Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht darin, daß die Änderungen der Spitzenspannung Vp infolge von Temperaturänderungen zu Änderungen ΔΤ der Vergleichsdauer Γ führen, wie das Diagramm der F i g. 2 zeigt Dies ist bei einem Stabdoppelb jsistransistor auf die Änderung der Durchlaßspannung Vb der Diode zurückzuführen, die den Emitter bildet wobei die Spitzenspannung Vp= Vb + η Vbb ist und ij das effektive Verhältnis und Vssdie 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 Vbe eines Transistors bildet wobei die Spitzenspannung Vp die Bezugsspannung plus die Spannung Vbe eines Transistors ist

Gemäß der Erfindung wird die Schaltung in der Art abgeändert wie F i g. 3 zeigt Die Schaltung besteht aus einem Transistor 21, auf dessen Basis Eingangsimpulse E gegeben werden und dessen Kollektor mit der Basis eines weiteren Transistors 22 verbunden ist Dieser ist in dem Kreis der Elektrode Zfe bzw. G des Transistors 10 in Reihe mit den Widerständen R\ und R2 des Spannungs- « teilers geschaltet der diese Elektrode mit der Bezugsspannung V« vorspannt

Die Eingangsimpulse l'e mit umgekehrter Polarität werden zugleich auf die Basis eines Transistors 23 gegeben, der an den Ausgang des Transistors 10 parallel so zu dem Widerstand R3 angeschlossen ist

Ohne die Impulse Ie 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 F i g. 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 Vg an der Elektrode Bj bzw. G des Transistors 10 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 Ry, so daß ein Impuls Is geliefert witl. der am Ausgang der Vorrichtung durch den Transis'or 23 gesperrt wird, der durch den positiven impuls f'gi'ciinei wird.

Wenn die Spannung Vc die Spitzenspannung vor der Rückstellung auf Null des Zeitbasisgenerators erreicht wird der Transistor durch seine Elektrode E bzw. A gezündet und der Impuls Is. der an den Anschlüssen von /?3 auftritt ist dieses Mal verfügbar, da der Transistor 23 durch keinen Impuls E'geöffnet wird.

Die Spannung an den Anschlüssen des Kondensators nimmt bis zu dem Wert der Sättigungsspannung Vs ab, die bei einem Strom /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.

F i g. 4 zeigt die Ladespannung Vc in Abhängigkeit von der Zeit t und man sieht daß einer bestimmten Temperatur eine Zündspannung Vp 1 und eine Sättigungsspannung Vs 1 entspricht Während der Impulsdauer fnimmt die Spannung Vcbis zu dem Wert Vs 1 ab, der dem Punkt 0 auf der Ladegeraden des Kondensators entspricht

Nimmt man nun eine Erhöhung der Temperatur an, dann nimmt die Durchlaßspannung Vo der Diode des Doppelbasistransistors bzw. die Spannung Vbe des programmierbaren Doppelbasistransistors um den Wert Δ Vab und in diesem Falle wird die Zündspannung auf den Wert Vp₂ gebracht. Diese Spannungsänderung Δ V wirkt sich jedoch in der gleichen Weise auf die Sättigungsspannung aus und verschiebt den Nullpunkt 0 nach 0' auf den Wert Vs 2. Daraus folgt, daß die Zeit T gleichbleibt, sei es nun, daß man auf der einen oder der anderen Ladungsgeraden ist.

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

F i g. 5 zeigt eine Abwandlung der vorhergehenden Schaltung, bei der der Kondensator nicht mehr von einer Konstantstromquelle geladen wird, sondern nach einer exponentiellen 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 ^überbrückt ist.

Man sieht in dem Diagramm der Fig.6, daß die beiden Ladekurven des Kondensators bei unterschiedlichen Temperaturen tatsächlich zwei verschiedene Zeitdauern Γι und T₂ für die Spitzenwerte Vp ι und Vp₂ infolge der Änderung der Steigung der Kurve Vein 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 Δ V kompensiert, nicht jedoch der durch die Änderung der Steigung der Kurve verursachte Fehler.

Die Diode D hat den Zweck, die Bezugsspannung V« 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 w<rd, wie Fig. 6 zeigt, die Zündspitzenspannung Vp₂ nach Vp 2 verschoben, wodurch man erreichen kann, daß die Dauer T₂ gleich 71 wird.

Da es in der Praxis schwierig ist, eine Diode zu finden, deren Spannungsänderung exakt der gesuchten Änderung der Bezugsspannung entspricht, ist vorgesehen,

größer als die gewünschte ist, und parallel hierzu das Potentiometer P zu schalten, das genau eingestellt wird, um die gewünschte Kompensation zu erreichen.

In allen diesen Fällen sind die Ausgangsimpulse Is zur Anzeige der Überschreitung der Periode des zu steuernden Signals gegenüber der Vergleichsdauer T bzw. zugleich eines Abfalles der Frequenz dieses Signals unter die der Periodendauer T entsprechende Frequenzschwelle verwendbar. In gleicher Weise ist e möglich, ein Oberschreiten dieser Schwelle durch dii Frequenz des zu steuernden Signals festzustellen, wem man das Verschwinden der Ausgangsimpulse / beobachtet

Die Erfindung kann z. B. auch dahingehend abgewan delt werden, daD die Unterbrecher 22 und 23 direkt voi den gleichen Eingangssignalen gesteuert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

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 Signals entsprechen, auf den Eingang der Vorrichtung gegeben werden, um den Zeitbasisgenerator auszulösen, dadurch gekennzeichnet, 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.