DE2227741A1 - Method and circuit arrangement for the precise measurement of the frequency of an electronic signal. . Note: Honeywell Information Systems Inc., Waltham, Mass. (V.StA.) - Google Patents
Method and circuit arrangement for the precise measurement of the frequency of an electronic signal. . Note: Honeywell Information Systems Inc., Waltham, Mass. (V.StA.)Info
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Description
Dipl.-Ing. Heinz Bardehl©Dipl.-Ing. Heinz Bardehl ©
χ 7. Jur«i 1972 χ 7th law in 1972
Mein Zeichen: P 1399My reference: P 1399
Anmelder: Honeywell Information Systems Inc. 200 Smith Street
Waltham/Mass., V. St. v. A.Applicant: Honeywell Information Systems Inc. 200 Smith Street
Waltham / Mass., V. St. v. A.
Verfahren und Schaltungsanordnung zur genauen Messung der Freauenz eines elektronischen Signals Method and circuit arrangement for the precise measurement of the frequency of an electronic signal
Die Erfindung bezieht sich auf elektronische Meßschaltungen und insbesondere auf eine analoge Präzisions-Frequenzmeßschaltung, die Frequenzen im Bereich von 0 bis 100 Hertz zu messen gestattet.The invention relates to electronic measurement circuits and in particular to an analog precision frequency measuring circuit, the frequencies in the range of 0 to 100 Hertz allowed to measure.
Bisher sind elektronische Frequenzmeßverfahren in Drehzahlmessern angewandt worden, wie sie z.B. in Autos verwendet werden. Bei diesen bekannten Verfahren wird in typischer Weise eine Schaltung verwendet, die mit jeder Aufnahme eines Eingangsimpulses eine monostabile Schaltung ansteuert, welche einen Impuls nahezu konstanter Impulsbreite und nahezu konstanter Impulshöhe abgibt. Der Gleichstrommittelwert der aus diesen Impulsen zusammengesetzten Impulsfolge wird zur Anzeige der Eingangsfrequenz benutzt.Up to now, electronic frequency measurement methods have been used in tachometers, such as those used in automobiles will. In these known methods, a circuit is typically used that is used with each recording of an input pulse controls a monostable circuit which generates a pulse of almost constant pulse width and almost constant pulse height. The DC mean value of the pulse train composed of these pulses becomes Used to display the input frequency.
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2 2 2 7 7 Λ 12 2 2 7 7 Λ 1
Demgemäß wird bei bisher bekannten Systemen ein fest vorgegebener Strom während einer festliegenden Zeitspanne über ein Tiefpaßfilter einem Kondensator zugeführt. Um ein Ausgangssignal zu erhalten, das der Eingangsfrequenz linear proportional ist, wird bei einem bekannten Verfahren ein Integrator benutzt, der durch einen Impuls eingeschaltet wird, durch den nächsten Impuls eine Integration ausführt und der dann abgeschaltet wird. Dieses Verfahren führt zur Abgabe einer Spannung, die proportional dem Abstand zwischen den beiden Ereignissen bzw. Vorgängen ist. Durch Messung der Zeitspanne zwischen diesen beiden Ereignissen bzw. Vorgängen wird die Frequenz bestimmt.Accordingly, in previously known systems, a fixed predetermined current is over during a fixed period of time a low-pass filter is fed to a capacitor. To get an output signal that is linear to the input frequency is proportional, an integrator is used in a known method, which is switched on by a pulse the next pulse carries out an integration and which is then switched off. This procedure leads to Output of a voltage that is proportional to the distance between the two events or processes. By measuring the The frequency is determined in the time span between these two events or processes.
Ein Hauptnachteil dieses Systems besteht darin, daß in dem Fall, daß die Zeit nahe bei Null liegt, das betreffendeA major disadvantage of this system is that in the event that the time is close to zero, the relevant
zu System zur Abgabe unendlich vieler Ergebnisse und/einer ungenauen Anzeige neigt, oder es wird bei der Frequenz Null sogar keine Messung vorgenommen. Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme besteht darin, daß zwei Variable, nämlich die Spannung und die Zeit, genau gesteuert werden müssen. Demgemäß ist neben einer genauen Stromquelle ein genauer Takt bzw. Taktgenerator erforderlich. Diese beiden Einrichtungen erfordern darüber hinaus eine genaue Anfangseichung. Ein noch weiterer Nachteil der bekannten Systeme liegt in der Schwierigkeit, Impulse mit sehr schnellen Anstiegs- und Abfallzeiten zu erhalten, wie sie für Rechteckwellen, die tatsächlich rechteckig sind, erforderlich sind.to system for the delivery of an infinite number of results and / one The display tends to be inaccurate, or even no measurement is taken at zero frequency. Another disadvantage of the known systems is that two variables, voltage and time, must be precisely controlled. Accordingly, in addition to an accurate power source, an accurate clock or clock generator is required. These two bodies also require an exact initial calibration. Yet another disadvantage of the known systems lies in the difficulty of obtaining pulses with very fast rise and fall times, such as those for square waves, which are actually rectangular are required.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zu Grunde, eine Meßschaltung zu schaffen, die unter Vermeidung der vorstehend aufgezeigten Schwierigkeiten im Betrieb zuverlässig istThe invention is accordingly based on the object to provide a measuring circuit which, while avoiding the above identified difficulties in operation is reliable
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bis herab zu einer Frequenz von Null und die überdies weniger Bauteile besitzt, ein Minimum an Eichung erfordert und sich relativ einfach und Mllig herzustellen und warten läßt.down to a frequency of zero and which, moreover, has fewer components, requires a minimum of calibration and relatively easy and waste to manufacture and maintain leaves.
Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung. Gemäß der Erfindung ist eine analoge Präzisions-Frequenzmeßschaltung zur genauen Frequenzmessung eines elektronischen Signals geschaffen, die dadurch gekennzeichnet ist,The object indicated above is achieved by the invention specified in claim 1. According to the invention is an analog precision frequency measuring circuit for the precise frequency measurement of an electronic signal created, the is characterized by
a) daß eine erste elektrische Speichereinrichtung vorgesehen ist, die eine bestimmte elektrische Ladungsmenge zu speichern vermag,a) that a first electrical storage device is provided, which to a certain amount of electrical charge able to save
b) daß mit der ersten elektrischen Speichereinrichtung eine Schalteinrichtung verbunden ist, die auf das elektronische Signal hin die erste elektrische Speichereinrichtung mit einer bestimmten Geschwindigkeit abwechselnd zu laden und zu entladen gestattet,b) that with the first electrical storage device, a switching device is connected to the electronic Signal to alternately charge the first electrical storage device at a certain speed and allowed to unload,
c) daß mit der genannten Schalteinrichtung und der ersten elektrischen Speichereinrichtung eine zweite elektrische Speichereinrichtung verbunden ist, die die bestimmte elektrische Ladungsmenge jeweils dann aufzunehmen vermag, wemdie erste elektrische Speichereinrichtung entladen wird, undc) that with said switching device and the first electrical storage device a second electrical Storage device is connected, which is then able to absorb the specific amount of electrical charge in each case, how to discharge the first electrical storage device will, and
d) daß mit der zweiten elektrischen Speichereinrichtung eine Wandlereinrichtung verbunden ist, die die von der genannten elektrischen Speichereinrichtung aufgenommene elektrische Ladungsmenge in eine elektrische Spannung umsetzt.d) that a converter device is connected to the second electrical storage device, which is of the said electrical storage device, the amount of electrical charge absorbed into an electrical voltage implements.
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Eine analoge Frequenzmeßschaltung gemäß der Erfindung gestattet eine unbekannte Frequenz eines eintreffenden Signals einer elektronischen Schaltung durch Abgabe einer Ausgangsspannung genau zumessen, die linear proportional zu der auftretenden Frequenz ist. Das eintreffende Frequenz-Signal wird durch an sich bekannte Verfahren in Rechteckimpulse vermindert. Das betreffende eintreffende Signal triggert dann abwechselnd zwei elektronische Schalter, die die Ladung eines Kondensators bestimmten Werts von einer genauen Spannungsquelle her sowie die Entladung des betreffenden Kondensators gestatten, und zwar entsprechend der Frequenz des eintreffenden Signals. Eine mit dem Kondensator verbundene Schaltung überträgt eine genaue Ladungsmenge pro Zyklus an einen RC-Kreis· Auf diese Weise wird dem RC-Kreis ein Strom zugeführt, und damit ist die an dem betreffenden Widerstand auftretende Spannung proportional der Anzahl von Eingangssignalperioden pro Sekunde.An analog frequency measurement circuit according to the invention allows an unknown frequency of an incoming Measure the signal of an electronic circuit by emitting an output voltage that is linearly proportional to the occurring frequency. The incoming frequency signal is converted into square-wave pulses using methods known per se reduced. The relevant incoming signal then alternately triggers two electronic switches, the the charge of a certain value of a capacitor from an exact voltage source as well as the discharge of the relevant one Allow capacitor, according to the frequency of the incoming signal. One connected to the capacitor Circuit transfers an exact amount of charge per cycle to an RC circuit · In this way, the RC circuit becomes a current supplied, and thus the voltage appearing at the resistor in question is proportional to the number of input signal periods per second.
An Hand einer Zeichnung wird die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment using a drawing.
Bei der in der Zeichnung dargestellten analogen Frequenzmeßschaltung ist eine Präzisions-Spannungsquelle 100 vorgesehen, die aus einem Spannungskonstanthalter und aus einem Speisespannungs-Einstellteiler besteht. Die grob stabilisierte Speisespannungsquelle ist an dem Verbindungspunkt 31 an einem Widerstand 1 angeschlossen, der in typischer Weise einen Widerstandswert von 600 Ohm aufweist. Es sei bemerkt, daß hier auch irgendein anderer geeigneter Widerstand verwendet werden kann. Der betreffende Widerstand 1 ist am Verbindungspunkt 2 mit der Anode einer ZENER-Diode 3 verbunden. Die In the analog frequency measuring circuit shown in the drawing a precision voltage source 100 is provided, which consists of a voltage stabilizer and a There is a supply voltage setting divider. The roughly stabilized supply voltage source is at the connection point 31 at one Resistor 1 connected, which typically has a resistance of 600 ohms. It should be noted that any other suitable resistor can also be used here. The resistor 1 in question is connected to the anode of a ZENER diode 3 at connection point 2. the
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Kathode der ZENER-Diode 3 ist mit Erde 4 verbunden. Der Speisespannungs-Einstellteiler besteht aus einem Spannungsteiler, umfassend einen Widerstand 5 und einen Widerstand 7. Der Widerstand 5 ist mit seinem einen Ende an dem Verbindungspunkt 2 angeschlossen, und das andere Ende des Widerstands 5 ist an einem Verbindungspunkt 6 angeschlossen, an welchem der Widerstand 7 mit seinem einen Ende angeschlossen ist« Das andere Ende des Widerstands 7 ist mit Erde 8 verbunden.The cathode of the ZENER diode 3 is connected to earth 4. Of the The supply voltage setting divider consists of a voltage divider comprising a resistor 5 and a resistor 7. One end of the resistor 5 is connected to the connection point 2, and the other end of the resistor 5 is connected to a connection point 6, to which one end of the resistor 7 is connected «Das the other end of the resistor 7 is connected to earth 8.
Mit dem Ausgang der Präzisions-Spannungsquelle. 100 ist ein elektronischer Schalter 101 verbunden. Dieser Schalter 101 enthält eine Eingangsklemme 110, die mit der Anode einer Diode 12 verbunden ist. Die Kathode der Diode 12 ist mit der Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors 11 verbunden. Ein Verbindungspunkt 10 zwischen der Kathode der Diode 12 und der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 11 ist über einen Widerstand 9 mit der Source-Elektrode des Feldeffekttransistors 11 verbunden. Die Drain-Elektrode des Feldeffekttransistors 11 ist mit einem Verbindungspunkt 13 verbunden, zwischen dem und Erde 15 ein Kondensator 14 liegt, der einen typischen Kapazitätswert von 0,01 /uF besitzt. Es sei hier bemerkt, daß auch ein Kondensator 14 mit irgendeinem anderen geeigneten Kapazitätswert verwendet werden kann.With the output of the precision voltage source. 100 an electronic switch 101 is connected. This switch 101 contains an input terminal 110 which is connected to the anode of a diode 12. The cathode of the diode 12 is with the gate electrode of a field effect transistor 11 is connected. A connection point 10 between the cathode of the diode 12 and the gate electrode of the field effect transistor 11 is connected to the source electrode of the field effect transistor via a resistor 9 11 connected. The drain electrode of the field effect transistor 11 is connected to a connection point 13, between which and earth 15 is a capacitor 14, the one typical capacitance value of 0.01 / uF. It should be noted here that a capacitor 14 with any other suitable capacitance value can be used.
Mit dem Speicherelement 102 ist ein zweiter Schalter 103 verbunden; dieser zweite Schalter 103 ist an dem Verbindungspunkt 13 angeschlossen. Der betreffende zweite Schalter 103 enthält eine Eingangsklemme 120, die mit der Anode einer Diode 20 verbunden ist. Die Kathode der Diode 20 ist mit der Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors 16 verbunden. An einem zwischen der Kathode der Diode 20 und der Gate-A second switch 103 is connected to the memory element 102; this second switch 103 is connected to the connection point 13. The relevant second switch 103 contains an input terminal 120 which is connected to the anode of a diode 20. The cathode of the diode 20 is with the gate electrode of a field effect transistor 16 is connected. At one between the cathode of the diode 20 and the gate
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Elektrode des Feldeffekttransistors 16 vorgesehenen Verbindungspunkt 17 ist ein Widerstand 18 mit seinem einen Ende angeschlossen; das andere Ende des Widerstands 18 ist mit Erde 19 verbunden. Die Souree-Elektrode bzw. Quelle des Feldeffekttransistors 16 ist mit dem Verbindungspunkt verbunden» und die Drain-Elektrode bzw. Senke des Feldeffekttransistors 16 ist mit einer Schaltung 104 verbunden, die aus einem Tiefpaßfilter und einem Verstärker besteht. Die SenkeElectrode of the field effect transistor 16 provided connection point 17 is a resistor 18 with its one End connected; the other end of resistor 18 is connected to ground 19. The source electrode or source of the field effect transistor 16 is connected to the connection point and the drain electrode or sink of the field effect transistor 16 is connected to a circuit 104 consisting of a low-pass filter and an amplifier. The sink
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des Feldeffekttransistors/ist dabei an dem Verbindungspunkt mit dem Tiefpaßfilter und dem erwähnten Verstärker verbunden.
Die das Tiefpaßfilter und den erwähnten Verstärker umfassende Schaltung 104 enthält einen Operationsverstärker 23 («ie er
an anderer Stelle bereits beschrieben wird: US Anmeldung, Serial No. 52 035). Der Operationsverstärker 23 ist mit
seiner invertierenden Eingangsklemme 26 (Minuszeichen) mit dem Verbindungspunkt 21 verbunden. Die nichtinvertierende
Eingangsklemme 22 (Pluszeichen) des betreffenden Verstärkers ist geerdet. Ein aus einem Widerstand 24 und einem Kondensator
25 bestehendes Parallel-RC-Glied ist dem Operationsverstärker
23 durch Anschluß an die Anschlußklemmen 21 und 27 parallelgeschaltet.1o
of the field effect transistor / is connected to the connection point with the low-pass filter and the amplifier mentioned. The circuit 104 comprising the low-pass filter and the aforementioned amplifier contains an operational amplifier 23 (as already described elsewhere: US application, Serial No. 52 035). The operational amplifier 23 is connected with its inverting input terminal 26 (minus sign) to the connection point 21. The non-inverting input terminal 22 (plus sign) of the amplifier in question is grounded. A parallel RC element consisting of a resistor 24 and a capacitor 25 is connected in parallel to the operational amplifier 23 by being connected to the connection terminals 21 and 27.
In der nachstehend angegebenen Tabelle sind typische Werte der einzelnen Elemente angegeben, die im Rahmen der Erfindung benutzt werden. Es sei jedoch bemerkt, daß die Erfindung auf diese Werte nicht beschränkt ist, sondern daß vielmehr auch andere geeignete Werte als im Rahmen der Erfindung liegend gewählt werden können.In the table given below, typical values of the individual elements are given which are within the scope of the invention to be used. It should be noted, however, that the invention is not limited to these values, but rather that other suitable values than lying within the scope of the invention can also be selected.
Bauelement Wert Einheit Component value unit
Ein Vergleicher 202 ist mit seinem invertierenden Eingang an einer Eingangsklemme 200 angeschlossen, und der nicht invertierende Eingang des Vergleichers 202 ist geerdet· Der Vergleicher ist ferner mit der Eingangsklemme 110 des Schalters 101 verbunden. An der betreffenden Eingangsklemme 110 ist ferner ein Inverter 204 mit seinem invertierenden Eingang angeschlossen; der nicht invertierende Eingang des Inverters 204 ist geerdet· Der betreffende Inverter 204 ist ferner mit der Eingängsklemme 120 des Schalters 103 verbunden.A comparator 202 has its inverting input connected to an input terminal 200, and that is not inverting input of comparator 202 is grounded · The comparator is also connected to input terminal 110 of the switch 101 connected. An inverter 204 with its inverting input is also connected to the relevant input terminal 110 connected; the non-inverting input of the inverter 204 is grounded. The relevant inverter 204 is also connected to the input terminal 120 of the switch 103 is connected.
Im Hinblick auf die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sei bemerkt, daß ein Signal 201 unbekannter Frequenz in ein Rechtecksignal 203 umgesetzt wird, sofern es nicht bereits in dieser Form vorliegt. Die betreffende Signalumwandlung erfolgt durch an sich bekannte Einrichtungen, wie durch den Vergleicher 202 (siehe hierzu die US-Patentanmeldung, Serial No. 34 934 vom 5.7.70 und außerdem die US-PS 3 217 173). Das rechteckförmige SignalWith regard to the mode of operation of the circuit arrangement according to the invention, it should be noted that a signal 201 is unknown Frequency is converted into a square wave signal 203, unless it is already in this form. The person in question Signal conversion is carried out by means known per se, such as by the comparator 202 (see in this regard U.S. patent application serial no. 34 934 of 5.7.70 and also U.S. Patent 3,217,173). The square wave signal
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wird der Eingangsklemme 110 des elektronischen Schalters 101 zugeführt und sodann dem Inverter 204 zugeführt, der an die Eingangsklemme 120 des Schalters 103 das komplementäre Signal 205 abgibt. Die Arbeitsfolge der Frequenzmeßschaltung ist folgende: Wenn an der Anschlußklemme 110 oder 120 ein Potential von +12V herrscht, dann ist entweder der Feldeffekttransistor 11 oder der Feldeffekttransistor 16 im nichtleitenden Zustand vorgespannt. Wenn das Potential an einer dieser Anschlußklemmen auf -12 V abgesenkt wird, wird der entsprechende Feldeffekttransistor leitend. Wenn das Eingangssignal 201 negativ wird, sinkt das Potential an der ersten Schalterklemme 110 auf -12 V, während das Potential an der zweiten Schalterklemme 120 auf +12 V ansteigt. Der Schalter 101 wird leitend, während der Schalter 103 nicht leitend wird. Eine konstante Spannung von 5 Volt wird von der Präzisions-Spannungsquelle 100 dem Kondensator 14 aufgeprägt, der bei einem Kapazitätswert von 0,01/uF bei der vorliegenden Ausführungsform eine Ladung von etwa 0,05 Mikrocoulomb aufnimmt. Mit dem nächsten Eingangssignalübergang steigt das Potential an der Steuerklemme für den Schalter 101 auf +12 V an, während das Potential an der Steuerklemme für den Schalter 103 auf -12 V absinkt. Demgemäß befindet sich der Schalter 103 im leitenden Zustand, während der Schalter 101 im nichtleitenden Zustand ist. Wenn die beiden Schalter in diesem Zustand sind, stellt der Operationsverstärker 23 die Spannung an dem Kondensator 14 fest und steuert diese Spannung auf 0, indem er in der nachstehend beschriebenen Weise einen Strom durch den Kondensator fließen läßt. Die Ladung von dem Kondensator 14 wird dadurch abgeführt, daß beide Klemmen 13 und 15 geerdet werden. Die Klemme 15 ist bereits geerdet, und die Klemme 13 kann dar durch geerdet werden, daß sie über den Feldeffekttransistoris fed to the input terminal 110 of the electronic switch 101 and then fed to the inverter 204, which is connected to the Input terminal 120 of switch 103 emits the complementary signal 205. The sequence of operations of the frequency measuring circuit is the following: If there is a potential at terminal 110 or 120 of + 12V prevails, then either the field effect transistor 11 or the field effect transistor 16 is non-conductive Condition pre-tensioned. If the potential at one of these terminals is lowered to -12 V, the corresponding Field effect transistor conductive. When the input signal 201 becomes negative, the potential at the first switch terminal drops 110 to -12 V, while the potential at the second switch terminal 120 rises to +12 V. The switch 101 becomes conductive, while switch 103 becomes non-conductive. A constant voltage of 5 volts is supplied by the precision voltage source 100 impressed on the capacitor 14, which takes a charge of approximately 0.05 microcoulombs at a capacitance value of 0.01 / uF in the present embodiment. With the next input signal transition, the potential at the control terminal for switch 101 rises to +12 V, while the Potential at the control terminal for switch 103 drops to -12 V. Accordingly, the switch 103 is in the conductive state State while the switch 101 is in the non-conductive state. When the two switches are in this state, the Operational amplifier 23 fixes the voltage on capacitor 14 and controls this voltage to 0 by following the procedure below described manner allows a current to flow through the capacitor. The charge on the capacitor 14 is thereby dissipated that both terminals 13 and 15 are grounded. Terminal 15 is already grounded, and terminal 13 can be be grounded by that they are via the field effect transistor
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mit der Klemme 21 verbunden wird. Der invertierende Eingang 26 des Operationsverstärkers 23 besitzt in idealer Weise eine unendliche Impedanz und zieht damit keinen Strom von der Klemme 21 her. Der Operationsverstärker 23 arbeitet jedoch in der Weise, daß er die Spannung am Verbindungspunkt derart absenkt, daß diese mit der am Verbindungspunkt 22 übereinstimmt, der bereits geerdet ist. Dies geschieht durch den betreffenden Verstärker dadurch, daß die Spannung andern Verbindungspunkt 27 derart eingestellt wird, daß ein Strom durch den Kondensator 25 und den in Reihe liegenden Kondensator 14 geleitet wird, bis die Spannungen an den Verbindungspunkten 21 und 13 jeweils Erdpotential erreichen. Wenn dies geschieht, ist der Kondensator 14 vollständig entladen, und derselbe zur Entladung des Kondensators benötigte Strom ist während derselben Zeitspanne durch den Kondensator 25 geflossen. Damit ist zu dem Kondensator 25 eine Ladung hin übertragen worden, die der Ladung auf dem Kondensator 14 entspricht. Demgemäß wird je Zyklus bzw. je Periode eine festliegende Ladung von dem Kondensator 14 zu dem Kondensator 25 hin übertragen. Je mehr Perioden pro Zeiteinheit vorhanden sind, umso mehr Ladung wird pro Zeiteinheit übertragen. Demgemäß ist der Strom proportional der Anzahl an Perioden pro Sekunde.is connected to terminal 21. The inverting input 26 of the operational amplifier 23 has an ideal It has an infinite impedance and therefore does not draw any current from terminal 21. The operational amplifier 23 works but in such a way that it lowers the voltage at the connection point in such a way that it coincides with that at the connection point 22, which is already grounded. This is done by the amplifier in question by changing the voltage Connection point 27 is set so that a current through the capacitor 25 and the capacitor in series 14 is conducted until the voltages at the connection points 21 and 13 each reach ground potential. If this happens, the capacitor 14 is fully discharged, and is the same current required to discharge the capacitor flowed through the capacitor 25 during the same period. There is thus a charge on the capacitor 25 has been transferred, which corresponds to the charge on the capacitor 14. Accordingly, there is one per cycle or per period Transferred fixed charge from the capacitor 14 to the capacitor 25 out. The more periods there are per time unit are, the more charge is transferred per unit of time. Accordingly, the current is proportional to the number of periods per second.
Ist bei diesem.Vorgang eine zu dessen Abschluß ausreichende Zeit vergangen, so steigt das Potential an. dem zweiten Schalter 103 wieder auf +12 V an, und die Schaltung ist damit für eine weitere Periode bereit. Unter der Annahme, daß alle Zeitkonstanten und Arbeitszyklen bzw. Tastverhältnisse in geeigneter Weise gewählt sind (wobei die in der obigen Tabelle angegebenen Bauteilewerte für diese bestimmte Ausführungsform die richtigen Bauteilewerte sind) und daß dieIf this process is sufficient to complete it If time has passed, the potential increases. the second switch 103 to +12 V again, and the circuit is thus for another period ready. Assuming that all time constants and duty cycles or duty cycles are in are chosen appropriately (with the component values given in the table above for this particular embodiment are the correct component values) and that the
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Frequenz des Schaltersteuerungseingangssignals nicht übermäßig hoch ist, wird in jeder Periode dieselbe Ladungsmenge (etwa 0,05 Mikrocoulomb) auf den Kondensator 25 übertragen. Geht man ferner davon aus, daß F Zyklen bzw. Perioden der Schalter pro Sekunde auftreten, so beträgt die zu dem Kondensator 14 hin übertragene Ladungsmenge in einer Sekunde gleich F · 0,05 Mikrocoulomb, was gleich einem mittleren Strom von 0,05 F Mikroampere ist. Dieser Strom von 0,05 F Mikroampere führt zur langsamen Entladung über den Widerstand 24 und liefert damit eine mittlere Ausgangsspannung Eq^ von 0,05 F Volt. Hierin bedeutet F die Frequenz, die gemessen wird.When the frequency of the switch control input signal is not excessively high, the same amount of charge (about 0.05 microcoulombs) is transferred to the capacitor 25 in each cycle. If one also assumes that F cycles or periods of the switches occur per second, then the amount of charge transferred to the capacitor 14 in one second is F * 0.05 microcoulombs, which is equal to an average current of 0.05 F microamps is. This current of 0.05 F microampere leads to the slow discharge via the resistor 24 and thus supplies an average output voltage Eq ^ of 0.05 F volts. Here, F means the frequency that is measured.
Es dürfte ersichtlich sein, daß der Maßstabfaktor dieser Schaltung in Volt (Ausgangssignal) pro Hertz (Eingangssignal) unempfindlich gegenüber allen Parametern mit Ausnahme des Widerstandswertes des Rückkopplungswiderstands 24, der Kapazität des Kondensators 14 und der bei der Ladung des Kondensators 14 benutzten stabilisierten 5-Volt-Präzisions-Spannungsquelle 100 ist. Die Größe der Kapazität des Kondensators 1 4 beeinflußt lediglich die Zeitkonstante und die Welligkeit des Ausgangssignals. Im allgemeinen ist die Wechselstrom-Welligkeitskomponente des Ausgangssignals eine Sägezahnwelle mit einer Spitze-Spitze-Amplitude, die gleich der mit der Kapazität des Kondensators 14 multiplizierten und durch die Kapazität des Kondensators 25 dividierten Amplitude der stabilisierten 5-Volt-Speisespannung ist. Die durch Schaltübergänge hervorgerufenen Ausgangssignalspitzen können vermindert werden, indem ein Widerstand (nicht gezeigt) zwischen der Senke des Feldeffekttransistors 16 und dem Eingangs des Operationsverstärkers 23 vorgesehen wird.It should be apparent that the scale factor of this circuit in volts (output signal) per Hertz (input signal) insensitive to all parameters with the exception of the resistance value of the feedback resistor 24, the Capacitance of capacitor 14 and the stabilized 5 volt precision voltage source used in charging capacitor 14 100 is. The size of the capacitance of the capacitor 1 4 only affects the time constant and the Ripple of the output signal. In general, the AC ripple component of the output signal is one Sawtooth wave having a peak-to-peak amplitude equal to that multiplied by the capacitance of capacitor 14 and the amplitude of the stabilized 5 volt supply voltage divided by the capacitance of the capacitor 25. the Output signal peaks caused by switching transitions can be reduced by adding a resistor (not shown) is provided between the drain of the field effect transistor 16 and the input of the operational amplifier 23.
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Der Spannungskonstanthalterteil der Präzisions-Spannungsquelle 100 gibt an den Speisespannungs-Einstellteiler der betreffenden Präzisions-Spannungsquelle eine Spannung von 6,8 V ab. Diese Spannung wird in dem Speisespannungs-Teiler auf 5 V heruntergesetzt. Eine Spannung von 6,8 V wurde als Ausgangsspannung des Spannungskonstanthalters deshalb gewählt, weil es vorkommt, daß dieser Spannungswert mit Rücksicht auf Temperaturänderungen bei einem mittleren Spannungspunkt für die ZENER-Diode liegt. Die Ausgangsspannung der Spannungsquelle wird ferner durch den die Widerstände 5 und 7 umfassenden Spannungsteiler auf 5 Volt herabgesenkt. Die richtige Wahl der Widerstände zur Abgabe einer genauen Spannung von -5 V ist die einzige Eichung, die in dem System erforderlich ist.The voltage stabilizer part of the precision voltage source 100 outputs a voltage of to the supply voltage setting divider of the relevant precision voltage source 6.8V. This voltage is in the supply voltage divider stepped down to 5 V. A voltage of 6.8 V was chosen as the output voltage of the voltage stabilizer, because it happens that this voltage value is at an average voltage point for the ZENER diode with regard to temperature changes. The output voltage of the The voltage source is further reduced to 5 volts by the voltage divider comprising the resistors 5 and 7. The correct choice of resistors to deliver an accurate voltage of -5 V is the only calibration that is in the system is required.
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