DE2227724C3

DE2227724C3 - Vorrichtung zum Vergleich der Periode eines Signals mit einer von einem Zeitbasisgenaerator erzeugten vorbestimmten Dauer

Info

Publication number: DE2227724C3
Application number: DE19722227724
Authority: DE
Inventors: Claude Vitry Val-De-Marne Queron
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1972-06-07
Publication date: 1981-07-02
Also published as: CH552812A; IT959122B; FR2140262A1; GB1393457A; DE2227724A1; DE2227724B2; SE381517B; AU458648B2; AU4310472A; FR2140262B1

Description

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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, Doppelbasistransi- *"> stören des Stablyps oder programmierbare als Spannungsschwellenelemente eines Integrators zu verwenden, der eine Sägezahnspannung liefert, die als Zeilbasis dient. Die Spannungsschwelle definiert so die vorbestimmte Dauer, mit der die Periode des Eingangssignals V) 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, v> der durch einen Impuls gesättigt wird, der der Periode des Eingangssignals entspricht. Dieser Kondensator ist im Slcuerkreis eines Doppelbasisiransistors angeordnet, so daß dieser Transistor gezündet wird, wenn die Spannung an dem Kondensator die Spilzenspannung mi erreicht. Dadurch liefen der Doppclbasisiransistor einen Ausgangsimpuls am Ende einer Zeit T entsprechend der vorbestimmten Dauer des Vergleichs, wenn kein l'jiigiingsimpiilsdic l-nlhidiii,,' Ίι-s Kondensators in diesem Zeitintervall hervorgerufen hat. ^h ■

Diese Schiiltiingsanordniing hat den Nachteil, daß die Spit/cnspannung des Doppelbasisiransistors, die die .Spannungsschwelle des Integrators festlegt, in Abhängigkeit 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 Snhwellenelement selbst hervorgerufen wird, wenn die Schwellenspannung erreicht wird oder nicht

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung wert 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 Eingangsimpuise 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 ersie 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. I bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. I eine bekannte Schaltungsanordnung,

Fig.2 ein sich auf diese Anordnung beziehendes Diagramm,

Fig.3 und 5 Schaltbilder zweier Vorrichtungen gemäß der Erfindung, und

F i g. 4 und 6 in Abhängigkeit von der Zeit Spannungskurven an den Anschlüssen des Integrierkondensators.

Im folgenden wird ohne Unterschied als Doppelbasistratr-istor ein Stabdoppelbasistransistor verwendet, dessen Elektroden mit E (Emitter) und B\, Bj (Basen) bezeichnet sind, oder ein programmierbarer Doppelbasistransistor, dessen Elektroden mit A (Anode), K (Kathode) und G (Gitter) bezeichnet sind.

F i g. I zeigt das Schaltbild eines üblichen Zeitbasisgenerators mit einem Integrator, dessen .Schwellenclement von einem Doppelbasistransisior IO gebildet wird. Der Integrator besteht aus einem Kondensator C₁ der über einen Widerstand K von einem Strom / geladen wird, der von einer Konslan(stronu|uelle .V geliefert wird. Der Ininsislor IO ist mit seiner Steuerelektrode I' b/w. Λ mit einem Kondensator verbunden und wird gc/ündcl, wenn die Spannung V₁ an den Anschlüssen des Kondensators ("die Spit/cnspannung V/>erreicht, so

daß er an seiner Elektrode B_x bzw, AC einen Ausgangsimpuls Is liefert. Der Kondensator C wird mit konstantem Strom geladen, wobei seine Spannung W an den Anschlüssen linear in Abhängigkeit von der Zeit t derart ansteigt, daß die Spitzenspannung Vp die > Vergleichsdauer T bestimmt. Die Widerstände R_x und R₂ bilden einen Spannungsteiler, der die Elektrode S₃ bzw C des Transistors IO mit einer Bezugsspannung V« vorspannt. Die Eingangsimpulse Is, die z. B. bei jedem Nulldurchgang eines sinusförmigen Signals entsprechend dem Beginn einer Periode erzeugt werden, werden auf einen Transistor 11 gegeben, der mit dem Kondensator C verbunden ist und als Unterbrecher arbeitet. Jeder Impuls E₁ 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 Tzu ermöglichen.

Man erhält dadurch an den Anschlüssen des Widerstandes Rj am Ausgang des Transistors 10 einen Impuls Is, wenn das Intervall zwischen zwei Impulsen /5 größer als die Dauer 7*isL

Der Nachteil dieser bekannten Schaltung besteht darin, daß die Änderungen der Spitzenspannung Vp infolge von Temperaturänderangen zu Änderungen Δ Τ der Vergleichsdauer T führen, wie das Diagramm der F i g. 2 zeigt. Dies ist bei einem Stabdoppelbasistransistor auf die Änderung der Durchlaßspannung V_D der Diode zurückzuführen, die den Emitter bildet, wobei die Spitzenspannung Vp = Vo + i\ Vbb ist und η das » effektive Verhältnis und Vasdie Spannung zwisdien 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 V_P die Bezugsspannung plus die Spannung VeEeines Transistors ist

Gemäß der Erfindung wird die Schaltung in der Art abgeändert, wie Fi g. 3 zeigt Die Schaltung besteht aus einem Transistor 21, auf dessen Basis Eingangsimpulse E gegeben wercfen und dessen Kollektor mit der Basis eines weiteren Transistors 22 verbunden ist Dieser ist in dem Kreis der Elektrode Bi bzw. C des Transistors 10 in Reihe mit den Widerständen R\ und Ri des Spannungsteilers geschaltet, der diese Elektrode mit der Bezugsspannung Kr-vorspannt

Die Eingangsimpulse I'e- mit umgekehrter Polarität werden zugleich auf die Basis eines Transistors 23 gegeben, der an den Ausgang des Transistors 10 parallel zu dem Widerstand R₁ angeschlossen ist.

Ohne die Impulse Ic 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. I. Der Transistor 23 ist normalerweise gesperrt. Die Rückstellung des Zeilbasisgcnerators 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« an der ω Elektrode B₂ bzw. G des Transistors IO momentan auf Null gebracht wird. Der Transistor 10 wird dadurch ge/üinlcl und während der Dauer des Impulses E entlädt sich der Kondensator in dessen Anoden-Kathodcnkrcis und den Widerstand R₁, so daß ein Impuls Is ^M geliefert wird, der am Ausgang der Vorrichtung durch den Transistor 2J gesperrt wird, der durch den positiven Impuls fgeoffnet wird.

Wenn die Spannung Vi die Spitzenspannung vor der Rückstellung auf Null des Zeitbasisgenerators erreicht, wird der Transistor durch seine Elektrode £' b/.w. A gezündet und der Impuls Ander an den Anschlüssen von Ri 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.

Fig.4 zeigt die Ladespannung Vc in Abhängigkeit von der Zeit ( und man sieht, daß einer bestimmten Temperatur eine Zündspannung VVi und eine Sätiigungsspannung Vs 1 entspricht Während der Impulsdauer Enimmt die Spannung Vc bis zu dem Wert Kv 1 ab, der dem Punkt 0 auf der Ladegeraden des Kondensators entspricht.

Nimmt nstn nun eine Erhöhung der Temperatur an, dann nimmt die Durchlaßspannung *,> der Diode des Doppelbasistransistors bzw. die Spannung V_BE des programmierbaren Doppelbasistransistors um den Wert 4 Vab und in diesem Falle wird die Zündspannung auf den Wert Vp 2 gebracht Diese Spannungsänderung Δ V wirk* sich jedoch in der gleichen Weise auf die Sättigungsspannung aus und verschiebt den Nullpunkt 0 nach 0' auf den Wert V₅Z 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.

Fig.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 Pübcrbrückt ist

Man sieht in dem Diagramm der Fig.6. daß die beiden Ladekurven des Kondensators bei unterschiedlichen Temperaturen tatsächlich zwei verschiedene Zeitdauern T\ und T₂ für die Spitzenwerte V_P, und Vp ₂ 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 Δ V kompensiert, nicht jedoch der dtich die Änderung der Steigung der Kurve verursachte Fehler.

Die Diode D hat «en Zweck, die Bezugsspamiung Vr 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 Zündspitzenspanming Vpj nach Vp₂ verschoben, wodurch man erreichen kann, daß die Dauer T₂ gleich T\ wird.

Da es in der Praxis schwierig ist, eine Diode /u finden, deren Spanntingsändcung exakt der gesuchten Änderung der Bezugsspannung entspricht, ist vorgesehen, eine Diode zu verwenden, deren .Snannunesänderune

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Die l.rFindiing kann / Il auch dahingehend abgewan dell werden, dal! die I Inleibrecher 22 und 2} direkt von den gleichen lingangssignalen gesteuert weiden.

Hicr/u 3 Blatt Zciehmiiiren

Claims

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zum Vergleich der Periode eines Signais mit einer vorbestimmten Dauer, die von einem Zeilbasisgenerator 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 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 η 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. >o

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zwei Transistoren umfassen, die durch die Eingangsimpulse gesieueri 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 JO durch eine von einem Potentiometer überbrückte Diode, die zwischen den ersten Transistor und den Spannungsteiler geschaltet ist.