DE2317193C3 - Frequenz-Spannungs-Wandler hoher Genauigkeit - Google Patents

Description

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^erf ₂ ^OlgFre_quen,Spannungs.Wand.er nach Anspruch

1 dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert-

chalter (J5)einen Eingangstransistor(16),einer,von

diesem gesteuerten Lade-bzw. Entladekre,s (17), der

einen Kondensator (18) und mindestens einen Wferstand (24,25) aufweist, sowie zwei Schalttransistoren (19, 20) enthält, deren Basis an den Lade- ^^^S^STi« des weiteren ein »^Spannungs-Wandler bekannt, der einen LaJ J^uen P _{u einem} Kondensator und e.nem d ^^ro™f_{ransistor un}d einen Entladestromkre.s mit d« ^ Kondensator und einem weiteren Feldef_enthält. Die beiden Feldeffekttrans.storen den Emgangsimpu sen

Die Erfindung bezieht sich auf einen Frequenz-Spannungs-Wandler hoher Genauigkeit mit einer die Eingangsimpulse in Impulse gleichen Energieinhalts umsetzenden Stufe, die einen aus einem Kondensator und einem Widerstand bestehenden, über einen Schalttransistor an Betriebsspannung legbaren Ladestromkreis, dessen Ladezeitkonstante kleiner als die so kleinste vorkommende Eingangsimpulsdauer ist und einen aus demselben Kondensator und einem anderen Widerstand bestehenden, durch einen Feldeffektt ans.-stor wirksam bzw. unwirksam schaltbaren En lade-Stromkreis, dessen Entladezeitkonstante kleiner als der kleinste vorkommende Abstand zweier aufeinanderfolgender Eingangsimpulse ist. umfaßt einer von den Eingangsimpulsen beaufschlagten, du= beiden^Transisto^ ren zeitlich nacheinander ansteuernden Steuerstufe und einer der die Eingangsimpulse umsetzenden Stufe nachgeschalteten Integrationsstufe.

Es sind bereits eine Vielzahl von Frequenz-Spannun_ßs-Wandlern bekannt, bei denen die Eingangsimpu se mittels eines monostabilen Multivibrators m ^cc.neckimpulse gleichbleibenden Energieinhalts umgewandelt und diese einer Integrationsstufe oder unmittelbar

Impulse, _Entl_adestromkreis unwirksam und

wirksam ^_{5 Im der d}

wahrena _Ladestromkreis unwirksam und der

£™^l _{tromkreis wirksa}m geschaltet wird. Be. einer »estrc» _{der Feld}effekttrans.storen tntt

solchen Schaltzeiten der be.den Trans.sto-

auch taer' ^,^ _{eine überla}ppung auf die sich ren d« _{den Umwandlungsfe}hler auswirkt Zudem

J™°£ⁿ . _{WandIer teU}re Bauelemente erforderlich, sind tür m _{£rfind ist es}, _einen Frequenz-SpanJ"^ _d,_{er zu scha}ffen, bei dem die Umwandlung nungs wa ^ _impuise ^.^ _{Energieinhalts}

ae^■ Ding β κ ^^ _{mjt einem Fehler von einigen}

°^hn^^ehle _promi,_{k dm},_hführbar ist. Zudem soll die ^ _{u{e möglichst biilig} und bauteilarm

g^^ _{wW ausgehend} von dem Frequenz-Snannungs-Wandler der eingangs beschriebenen Gat- ^"SunSgemaB dadurch gelöst, daß als Steuerung ^e^ⁿ^J^SJ,^e _{wertschalter m}it zwei Schaltpunkten --■» _d- _{ahlt sind}, _deB die Sperrung des

_und ^g _{das Le}itendwerden des Feldef-_Leitendwerden des Schalttran-

^{sperrung des Feideffekttransistors mit}

zeitlichem Abstand erfolgt.

Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme, die mit .nur wenigen Bauteilen billig zu realisieren ist, wird zuverlässig vermieden, daß Ladestromkreis und Entladestromkreis während einer kurzen Zeit gleichzeitig wirksam geschaltet sind. Dies hat zur Folge, daß der Umwandlungsfehler unter die Ein-Promille-Grenze zu liegen kommt, die Umwandlung also nahezu feh'erfrei durchgeführt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Schwellwertschalter einen Eingangstr&nsistor, einen von diesem angesteuerten Lade- bzw. Entladekreis mit einem Kondensator und zwei Schalttransistoren, deren Basis-Emitter-Strecke einerseits mit dem Ausgang des Lade- bzw. Entladekreises und andererseits mit unterschiedlichen Punkten eines Spannungsteilers verbunden sind.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel enthält, näher erläutert.

Der Frequenz-Spannungs-Wandler umfaßt eine Stufe 1, in der die Eingangsimpulse 2 in impulse 3 gleichen Energieinhalts umgesetzt werden, und eine der Umwandlungsstufe 1 nachgeschaltete Integrationsstufe 4, die in bekannter Weise aufgebaut und nicht näher dargestellt ist. An Ausgang 5 der Integrationsstufe 4 erscheint eine Gleichspannung, deren Betrag proportional der Impulsfolgefrequenz der Eingangsimpulse 2 ist.

Die Umwandlungsstufe 1 besteht aus einem Ladekreis 6 und einem Entladekreis 7, die voneinander entkoppelt sind. Der Ladekreis 6 enthält einen Schalttransistor 8, einen Kondensator 9 und einen Widerstand 10. Zwischen dem Kondensator 9 und dem Widerstand 10 einerseits und der Ausgangsklemme 11 der Umwandlungsstufe 1 andererseits ist ein weiterer Widerstand 12 angeschlossen, der mit dem Feldeffekttransistor 13 und dem Kondensator 9 den Entladestromkreis 7 bildet.

Zur Ansteuerung des Schalttransistors 8 und des Feldeffekttransistors 13 ist ein Schwellwertschalter 15 mit zwei Schaltpunkten vorgesehen. Wie ersichtlich besteht der Schwellwertschalter 15 aus einem Eingangstransistor 16, einem Lade- bzw. Entladekreis 17 mit einem Kondensator 18 und zwei Schalttransistoren 19 und 20, deren Basis-Emitter-Strecke jeweils mit dem Ausgang des Lade- bzw. Entladekreises 10 und mit unterschiedlichen Punkten 21 und 22 eines Spannungsteilers 23 verbunden ist.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des Wandlers sei davon ausgegangen, daß der Kondensator 18 aufgeladen ist und sich mithin die Transistoren 19 und 20 in ihrem leitenden Zustand befinden. Dies hat zur Folge, daß der Transistor 8 leitend und der Feldeffekttransistor 13 in seinem Sperrzustand ist. Der Kondensator 9 sei aufgeladen.

Sobald nun an der Basis des Transistors 16 ein positiver Impuls erscheint, wird der Transistor gesperrt und der Kondensator 18 entlädt sich langsam über die Widerstände 24 und 25. Da der Emitter des Transistors 19 auf einem geringeren negativen Potential liegt als der des Transistors 20, wird nach einer durch die Entladung des Kondensators 18 bestimmte Zeit zuerst der Transistor 19 gesperrt. Die Folge ist, daß auch der Transistor 8 in seinen Sperrzustand gesteuert, der Ladestromkreis also unwirksam geschaltet wird. Nach Verstreichen einer weiteren Zeitdauer wird auch der Transistor 20 gesperrt und infolgedessen der Feldeffekttransistor 13 in seinen leitenden Zustand gesteuert und damit der Entladestromkreis wirksam geschaltet. Der Kondensator 9 entlädt sich nunmehr rasch über den Widerstand 12 und am Eingang des Integrators erscheint ein Impuls.

Verschwindet der Eingangsimpuls an der Basis des Transistors 16 wieder, so wird dieser in seinen leitenden Zustand gesteuert. Infolgedessen wird der Kondensator 18 über den Widerstand 24 aufgeladen. Aufgrund der unterschiedlichen Emittervorspannungen der Transistoren 19 und 20 wird zuerst der Transistor 20 leitend und der Feldeffekttransistor 13 gesperrt — der Entladestromkreis wird unwirksam geschaltet — und nach einer durch den Kondensator 18 und den Widerstand 24 bestimmten Zeitdauer der Transistor 19 leitend und damit auch der Transistor 8. Dadurch wird der Ladesiromkreis 6 wirksam geschaltet und der Kondensator 9 rasch aufgeladen. Aufgrund dessen erscheint am Eingang der Integrierstufe ein weiterer Impuls.

Bei konstanter Betriebsspannung Ub und unter der Voraussetzung, daß die Ladezeitkonstante des Ladestromkreises 6 kleiner als die kleinste vorkommende Eingangsimpulsdauer und die Entladezeitkonstante des Entladestromkreises 7 kleiner als der kleinste vorkommende Abstand zweier aufeinanderfolgender Eingangsimpulse ist, besitzen die vom Laden bzw. Entladen des Kondensators 9 herrührenden Impulse jeweils den gleichen Energieinhalt. Werden zusätzlich die Widerstände 10 und 12 gleich groß gewählt, so sind auch die Energieinhalte der beim Laden des Kondensators 9 entstehenden Impulse und die der beim Entladen entstehenden Impulse gleich groß. Letzteres ist aber für ein einwandfreies Arbeiten des Wandlers nicht unbedingt erforderlich.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. demselben Kondensator und einem anderen Wider- und zwei von _{mh einem} Kondensato e.nen

   d Sehenden, durch einen Feldeffekttrans.stor ^dene"%X_{is und} der andere mit dem Kondensator

   durch gekennzeichnet, daß als Steuerstufe ein Schwellwertschalter (15) mit zwei Schwellen unterschiedlichen Ansprechniveaus vorgesehen .st,

   die so gewählt sind, daß die Sperrung des

   .st,

   des *5 nochs

   -Wandlers betrifft so hegt er zwar einem Prozent, jedoch ist er .mmer ^ _{eine we|t}^_re Verr ngerung g _D ^ _vorhandene Umwand-