DE2342480C3 - Device for measuring frequency changes and frequencies - Google Patents

Device for measuring frequency changes and frequencies

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DE2342480C3 DE19732342480 DE2342480A DE2342480C3 DE 2342480 C3 DE2342480 C3 DE 2342480C3 DE 19732342480 DE19732342480 DE 19732342480 DE 2342480 A DE2342480 A DE 2342480A DE 2342480 C3 DE2342480 C3 DE 2342480C3
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Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung von Frequenzänderungen und Frequenzen einer elektrischen Spannung mit einer Vergleichsstufe, durch die die Länge je wenigstens einer Halbwelle der elektrischen Spannung mit der Länge eines Signals einer spannungsgesteuerten monostabilen Schaltstufe verglichen wird.The invention relates to a device for measuring frequency changes and frequencies of an electrical Voltage with a comparison stage, through which the length of at least one half-wave of the electrical Voltage is compared with the length of a signal of a voltage-controlled monostable switching stage.

Oftmals besteht die Forderung, nicht nur die Frequenz einer Schwingung zu messen, wozu viele elektronische Schaltungen bekannt sind, sondern auch die Frequenzänderung oder die Impulsänderung festzustellen und anzuzeigen, insbesondere bei Blockierschutzanlagen für Kraftfahrzeuge oder für die Benzineinspritzung beim Beschleunigen des Fahrzeuges können Schaltungen zur Messung der Drehzahländerung erforderlich werden. Durch einen Impulsgeber wird üblicherweise eine der Drehzahl proportionale Wechselspannung erzeugt Die Messung der Frequenzänderung einer solchen Wechselspannung ist somit ein Maß für die Drehzahländerung des Motors eines Fahrzeuges, die Frequenz selbst ein Maß für die Drehzahl, bzw. die GeschwindigkeitOften there is a requirement not only to measure the frequency of an oscillation, which many do electronic circuits are known, but also to determine the frequency change or the pulse change and display, especially in the case of anti-lock systems for motor vehicles or for gasoline injection When the vehicle is accelerating, circuits to measure the change in speed can be used will be required. A pulse generator usually provides one that is proportional to the speed Alternating voltage generated The measurement of the frequency change such an alternating voltage is thus a measure of the change in speed of the motor Of the vehicle, the frequency itself is a measure of the rotational speed or the speed

Eine Einrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs ist aus der DE-OS 14 66 657 bekannt Durch diese Einrichtung ist jedoch lediglich eine alternative Aussage darüber erhältlich, ob die zu messende Frequenz zu groß oder zu klein gegenüber einer Vergleichsfrequenz ist Der Betrag der Abweichung, bzw. die Größe der tatsächlich vorliegenden Frequenz kann durch diese bekannte Einrichtung nicht bestimmt werden. Die der Vergleichsstufe der bekannten Einrichtung nachgeschaltete, (schwach) integrierende Stufe dient lediglich dazu, Spannungsspitzen zu vermeiden. Der Ausgang der bekannten Einrichtung ist ebenfalls mit dem Steuereingang für die Standzeit einer monostabilen Schaltstufe verbunden. Diese Standzeit kann jedoch nicht nachgeregelt, sondern lediglich zweistufig verstellt werden und dient ausschließlich dazu, in wirksamer Weise ein Klappern des Relais zu verhindern, indem die Schaltschwelle für das Relais jeweils in entgegengesetzter Richtung verschoben wird. Diese die Standzeit der monostabilen Schaltstufe beeinflussenden Signale sind nicht proportional zur Änderung der Frequenz, sondern konstant, wenn die Eingangsfrequenz einen bestimmten, einstellbaren Pegel überschreitetA device according to the genre of the main claim is known from DE-OS 14 66 657 However, this device is only an alternative Statement available about whether the frequency to be measured is too large or too small compared to a Comparison frequency is the amount of deviation or the size of the frequency actually present cannot be determined by this known device. The comparison level of the known Device downstream, (weakly) integrating stage only serves to reduce voltage peaks avoid. The output of the known device is also with the control input for the service life of a connected to the monostable switching stage. However, this service life cannot be readjusted, only can be adjusted in two stages and is only used to effectively prevent the relay from rattling prevent by shifting the switching threshold for the relay in the opposite direction. These signals, which influence the service life of the monostable switching stage, are not proportional to the Change in frequency, but constant when the input frequency has a certain adjustable level exceeds

Weiterhin ist noch eine Schalteinrichtung zum Erkennen einer Änderung des Abstands von Impulsen einer Impulsreihe im Vergleich zum Abstand von vorangegangenen Impulsen derselben Impulsreihe aus der DE-OS 19 19 928 bekannt Die Nachregelung der Standzeit einer dort vorgesehenen monostabilen Schaltstufe erfolgt auf ein konstantes Tastverhältnis. Durch die Ausgangsspannung dieser bekannten Schalteinrichtung kann somit nicht eine Eingangsfrequenz gemessen werden, da die Ausgangsfrequenz ««uf die Eingangsfrequenz nachgeregelt wird, so daß diese bekannte Schalteinrichtung lediglich als Impulsformerstufe wirktThere is also a switching device for recognizing a change in the interval between pulses of a pulse train compared to the distance between previous pulses of the same pulse train the DE-OS 19 19 928 known The readjustment of the service life of a monostable switching stage provided there takes place on a constant duty cycle. By the output voltage of this known switching device an input frequency cannot therefore be measured, since the output frequency depends on the input frequency is readjusted, so that this known switching device only acts as a pulse shaper stage

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Messung der Frequenz und der Frequenzänderung einer elektrischen Spannung zu entwickeln, die einfach aufgebaut ist und das Messen beliebig geformter Wechselspannungssignale erlaubt.The invention has for its object to provide a circuit for measuring the frequency and the To develop frequency change of an electrical voltage that is simply constructed and to measure AC voltage signals of any shape are allowed.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgangssignale der Vergleichsstufe einer elektronischen Integrierstufe zugeführt sind, wobei die Integrationszeit jeweils durch die Differenzzeit und die Integrationsrichtung durch das Vorzeichen der Differenz der beiden zu vergleichenden Signale vorgegeben ist, und daß die dem Steuer^ingang der monostabilen Schaltstufe zugeführte Ausgangsspannung der Integrierstufe, die auch die frequenz- bzw. frequenzänderungsproportionale Ausgangsgröße darstellt, die Haltezeit dieser monostabilen Schaltstufe stufenlos im Sinne einer Verringerung der genannten Zeitdifferenz nach' steuert.According to the invention, this object is achieved in that the output signals of the comparison stage are a electronic integration stage are supplied, the integration time in each case by the difference time and the The direction of integration is given by the sign of the difference between the two signals to be compared and that the output voltage of the integrating stage fed to the control input of the monostable switching stage, which are also proportional to the frequency or frequency change Output variable represents the holding time of this monostable switching stage continuously in the sense a reduction of the mentioned time difference after 'controls.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist zur Messung von Frequenzänderungen auch nicht rechteckförmiger Spannungen eingangsseitig eine Impulsformerstufe vorgesehen zur Umwandlung der Eingangsspannung in eine Rechteckspannung. In a further embodiment of the invention, the measurement of frequency changes is also not more rectangular Voltages on the input side a pulse shaper stage is provided for converting the input voltage into a square-wave voltage.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigtAn embodiment of the invention is shown in the drawing and will be described in more detail below described. It shows

F i g. I ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispie-F i g. I a block diagram of an exemplary embodiment

les der Erfindung,les of the invention,

F i g. 2 ein Spannungsdiagramm zur Erläuterung der Funktion des Ausführungsbeispiels undF i g. FIG. 2 shows a voltage diagram to explain the function of the exemplary embodiment and FIG

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Vergleichsstufe und einer Integrierstufe.F i g. 3 shows an embodiment of a comparison stage and an integration stage.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die an einer Klemme 10 anliegende eingangsseitige Wechselspannung oder Impulsfolge einer Impulsformerstufe 11 zugeführt, die beispielsweise ein Schmitt-Trigger sein kann. Der Ausgang der ImpulsformerstufeIn the case of the FIG. 1 is the embodiment shown on a terminal 10 on the input side AC voltage or pulse train is fed to a pulse shaper stage 11, for example a Schmitt trigger can be. The output of the pulse shaper stage

11 ist sowohl über eine spannungsgesteuerte, monostabile Schaltstufe 12 und eine Klemme 13 mit einer Vergleichsstufe 14, wie auch direkt über eine Klemme 15 mit dem zweiten Eingang der Vergleichsstufe 14 verbunden. Zwei Ausgänge der Vergleichsstufe 14 sind über die Klemmen 16 und 17 an zwei Eingänge einer Integrierstufe 18 angeschlossen. Der Ausgang der Integrierstufe 18 ist sowohl mit einer Ausgangsklemme 19, wie auch über eine Rückkopplungsleitung mit dem Steuereingang der monostabilen Schaltstufe 12 verbunden. 11 is both voltage controlled, monostable Switching stage 12 and a terminal 13 with a comparison stage 14, as well as directly via a terminal 15 connected to the second input of the comparison stage 14. Two outputs of the comparison stage 14 are connected to two inputs of an integration stage 18 via terminals 16 and 17. The outcome of the Integrating stage 18 is connected to an output terminal 19 as well as to the via a feedback line Control input of the monostable switching stage 12 connected.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung wird im folgenden anhand der in F i g. 2 dargestellten Diagramme erläutert Die an der Klemme 10 anliegende Wechselspannung U10 wird in der Impulsformel stufe 11 in eine Rechteckspannung Un umgewandelt Mit den Anstiegsflanken dieser Rechteckspannung wird jeweils die monostabile SchaltstufeThe mode of operation of the circuit arrangement shown in FIG. 1 is explained below with reference to the circuit arrangement shown in FIG. Charts shown 2 illustrates the signal at the terminal 10 alternating voltage U 10 is level in the pulse formula 11 is converted to a square wave voltage Un with the rising edges of the square wave voltage respectively, the monostable circuit

12 ausgelöst und am Ausgang, also an der Klemme 13, erscheint die Signalfolge Un. Da zunächst bei dem in Fig.2 dargestellten Fall die Signalfolgen Un und Un gleich lange Signale aufweisen, erscheint an keinem der beiden Ausgänge der Vergleichsstufe 14, d. h„ an den Klemmen 16 und 17 ein Signal. Die Integrierstufe 18 wird nicht angesteuert, ihr Ausgangssignal an der Klemme 19 ändert sich nicht Wird dagegen die Frequenz der Eingangsspannung l/jo wie im Beispiel nach F i g. 2 verkleinert und anschließend wieder vergrößert, so treten an den Klemmen 16 und 17 nacheinander Differenzsignale auf, weiche die Integrierstufe 18 in Tätigkeit treten lassen. Diese Signale an den Klemmen 16 und 17 sind ein Maß für die Frequenzänderung, einmal für die Verkleinerung der Frequenz an Klemme 16, das anderemal für die Vergrößerung der Frequenz an Klemme 17. Diese Signale stehen zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Das Ausgangssignal an der Klemme 19, das ein Maß für die Frequenz ist, wird je nach Frequenzänderung größer oder kleiner, und zwar dauert die Änderung bis zum Ende des längeren der beiden Impulse an den Klemmen 13 und 15 an. Diese erhöhte, bzw. erniedrigte Spannung an der Klemme 14 verändert die Zeitkonstante der monostabilen Schaltstufe 12 auf an sich bekannter Weise. Die Zeitkonstantenänderung geht so vor sich, daß sich das Signal der monostabilen Schaltstufe 12 dem Signal der Impulsformerstufe anpassen möchte. Dies geschieht stufenweise, so daß nach mehreren Perioden das Signal der monostabilen Schaltstufe 12 die gleiche Zeitdauer wie das Signal der Impulsformerstufe 11 erreicht Die Spannungsänderung an der Klemme 19 ist somit ein Maß für die Frequenzänderung der Spannung IZ10. 12 is triggered and the signal sequence U n appears at the output, i.e. at terminal 13 . Since the signal sequences U n and Un initially have signals of the same length in the case shown in FIG. h "at terminals 16 and 17 a signal. The integrating stage 18 is not activated, its output signal at terminal 19 does not change. If, on the other hand, the frequency of the input voltage l / jo is as in the example according to FIG. 2 reduced in size and then enlarged again, differential signals appear successively at terminals 16 and 17, which cause the integration stage 18 to come into operation. These signals at terminals 16 and 17 are a measure of the frequency change, one time for reducing the frequency at terminal 16 and the other for increasing the frequency at terminal 17. These signals are available for further processing. The output signal at terminal 19, which is a measure of the frequency, increases or decreases depending on the frequency change, and the change lasts until the end of the longer of the two pulses at terminals 13 and 15. This increased or decreased voltage at the terminal 14 changes the time constant of the monostable switching stage 12 in a manner known per se. The time constant change happens in such a way that the signal of the monostable switching stage 12 wants to adapt to the signal of the pulse shaper stage. This is done in stages so that after several periods the signal from the monostable switching stage 12 reaches the same duration as the signal from the pulse shaper stage 11. The voltage change at terminal 19 is therefore a measure of the frequency change in voltage IZ 10 .

Die in Fig.3 dargestellte Schaltung stellt ein Ausführungsbeispiel für die Schaltungsblöcke 14 und 18 dar. Die Vergleichsstufe 14 besteht aus zwei Umkehrstufen 140, 141 und zwei UND-Gattern 142, 143. Die Klemme 13 ist sowohl mit einem Eingang desThe circuit shown in FIG. 3 represents an exemplary embodiment for circuit blocks 14 and 18 The comparison stage 14 consists of two inverting stages 140, 141 and two AND gates 142, 143. The Terminal 13 is connected to an input of the

UND-Gatters 143, wie auch über die Umkehrstufe 140 mit einem Eingang des UND-Gatters 142 verbunden. Die Klemme 15 ist sowohl mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 142, wie auch über die Umkehrstufe 141 mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters 143 verbunden. Diese vier Gatter bilden die Vergleichsstufe 14, deren beide Ausgänge an die Basis des Transistors 179, bzw. an die Basis des Transistors 181 angeschlossen sind. Der Pluspol einer Versorgungsspannung ist über die Reihenschaltung der Emitter-Kollektor-Strecke des PNP-Transistors 180, zweier Widerstände 182,183 und der Kollektor-Emitter-Strecke des NPN-Transistors 181 mit Masse verbunden. Der Kollektor des NPN-Transistors 179 ist an die Basis des Transistors 180 und der Emitter des Transistors 179 an Masse angeschlossen. Der Verknüpfungspunkt der Widerstände 182,183 ist mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 184 verbunden. Zwischen dem Pluspol der Versorguugsspannung und Masse ist ein aus zwei Widerständen 185, 186 bestehender Spannungsteiler geschaltet, dessen Abgriff mit dem nick; invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 184 verbunden ist Der invertierende Eingang ist über einen Kondensator 187 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 184, bzw. mit der Klemme 19 verbunden, so daß der Operationsverstärker 184 als Antegrierer arbeitetAND gate 143, as well as connected via the inverter 140 to an input of the AND gate 142. Terminal 15 is connected to the second input of AND gate 142 as well as via inverter 141 connected to the second input of the AND gate 143. These four gates form the comparison stage 14, the two outputs of which are connected to the base of the transistor 179 and to the base of the transistor 181, respectively are. The positive pole of a supply voltage is over the series connection of the emitter-collector path of the PNP transistor 180, two resistors 182,183 and the collector-emitter path of the NPN transistor 181 is connected to ground. The collector of the NPN transistor 179 is connected to the base of transistor 180 and the emitter of transistor 179 is connected to ground. The connection point of the resistors 182,183 is with the inverting input of an operational amplifier 184 connected. Between the positive pole of the supply voltage and ground there is one of two Resistors 185, 186 of existing voltage divider connected, the tap of which with the nick; inverting The input of operational amplifier 184 is connected to the inverting input via a capacitor 187 connected to the output of the operational amplifier 184, or to the terminal 19, so that the Operational amplifier 184 works as an integrator

Wenn die Impulse an den Ausgängen der Impulsformerstufe U und der monostabilen Schaltstufe 12 übereinstimmen, so liegen an den beiden Klemmen 13 und 15 gleichzeitig Null-Signale oder L-Signale. Diese Ausdrücke werden in der Digitaltechnik verwendet wobei der Ausdruck 0-Signal bedeutet, daß die betreffende Klemme ungefähr auf Massepotential liegt und L-Signal bedeutet, daß die betreffende Klemme genähert auf dem Potential des Pluspols liegt Im eben erwähnten Fall erscheinen an beiden Klemmen 16, 17 0-Signale. Diese Signale bewirken, daß alle Transistoren 179,180,81 gesperrt sind und die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers 184 unverändert bleibtIf the pulses at the outputs of the pulse shaper stage U and the monostable switching stage 12 match, there are zero signals or L signals at the two terminals 13 and 15 at the same time. These Expressions are used in digital technology where the expression 0-signal means that the The relevant terminal is approximately at ground potential and the L signal means that the relevant terminal is approximately at the potential of the positive pole. In the case just mentioned, 16, 17 appear on both terminals 0 signals. These signals cause all transistors 179,180,81 to be blocked and the voltage at the output of operational amplifier 184 remains unchanged

In dem in Fig.2 zuerst dargestellten Fall, daß die Frequenz der Spannung Uic kleiner wird, tritt der Fall auf, daß an der Klemme 15 ein L-Signal und an der Klemme 13 ein 0-Signal anliegt In diesem Fall treten an der Klemme 16 ein L-Signal und an der Klemme 17 ein 0-Signal auf. Der Transistor 181 bleibt gesperrt; der Transistor 180 wird stromleitend und macht den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 184 positiver. Am Ausgang des Operationsverstärkers 184, d. h. an der Klemme 19 verringert sich die Spannung.In the case shown first in FIG. 2 that the frequency of the voltage Uic is lower , the case occurs that an L signal is applied to terminal 15 and a 0 signal is applied to terminal 13. In this case, the terminal occurs 16 has an L signal and terminal 17 has a 0 signal. The transistor 181 remains blocked; transistor 180 will conduct current and make the inverting input of operational amplifier 184 more positive. At the output of the operational amplifier 184, ie at the terminal 19, the voltage is reduced.

Durch Frequenwergrößerung der Spannung Uw werden die Signale Un im folgenden länger als die Signale Uw. In diesem Fall liegt an der Klemme 13 ein L-Signal und gleichzeitig an der Klemme 15 ein 0-Signal. Dies bewirkt an der Klemme 16 ein 0-Signal und an der Klemme 17 ein L-Gignal. Der Transistor 180;st gesperrt; der Transistor 181 ist stromleitend und verringert das Potential am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 184. Die Spannung an der Klemme 19 steigt an.By increasing the frequency of the voltage Uw , the signals U n subsequently become longer than the signals Uw. In this case there is an L signal at terminal 13 and a 0 signal at terminal 15 at the same time. This causes a 0 signal at terminal 16 and an L signal at terminal 17. The transistor 180; st blocked; the transistor 181 conducts current and reduces the potential at the inverting input of the operational amplifier 184. The voltage at the terminal 19 rises.

Natürlich können anstelle der Vergleichsstufe 140 bis 143 andere bekannte Vergleichsschaltungen eingesetzt werden, die zwei Ausgänge aufweisen. Ebenfalls können für die integrierstufe 18 andere bekannte Integratoren, insbesondere Differenz-Integratoren verwendet werden. Of course, instead of the comparison stage 140 to 143, other known comparison circuits can be used that have two outputs. Other known integrators can also be used for the integration stage 18, in particular difference integrators are used.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (7)

Patentansprüche;Claims; 1. Einrichtung zur Messung von Frequenzänderungen und Frequenzen einer elektrischen Spannung mit einer Vergleichsstufe, durch die die Länge je wenigstens einer Halbwelle der elektrischen Spannung mit der Länge eines Signals einer spannungsgesteuerten monostabilen Schaltstufe verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale (U\e, LA17) der Vergleichsstufe (14) einer elektronischen Integrierstufe (18) zugeführt sind, wobei die Integrationszeit jeweils durch die Differenzzeit und die Integrationsrichtung durch das Vorzeichen der Differenz der beiden zu vergleichenden Signale vorgegeben ist, und daß die dem Steuereingang der monostabilen Schaltstufe (12) zugeführte Ausgangsspannung der Integrierstufe (18), die auch die frequenz- bzw. frequenzänderungsproportionale Ausgangsgröße darstellt, die Haltezeit dieser monostabilen Schaltstufe (12) stufenlos im Sinne einer Verringerung der genannten Zeitdifferenz nachsteuert1. Device for measuring frequency changes and frequencies of an electrical voltage with a comparison stage by which the length of at least one half-wave of the electrical voltage is compared with the length of a signal of a voltage-controlled monostable switching stage, characterized in that the output signals (U \ e, LA 17 ) of the comparison stage (14) are fed to an electronic integration stage (18), the integration time being given by the difference time and the integration direction by the sign of the difference between the two signals to be compared, and that the control input of the monostable switching stage (12 ) The output voltage supplied to the integrating stage (18), which also represents the output variable proportional to the frequency or frequency change, readjusts the hold time of this monostable switching stage (12) continuously in the sense of reducing the mentioned time difference 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingangsseitige elektrische Spannung (U\o) durch eine Impulsformerstufe (11) in eine Rechteckspannung (Um) umgeformt wird.2. Device according to claim 1, characterized in that the electrical voltage (U \ o) on the input side is converted into a square-wave voltage (Um) by a pulse shaper stage (11). 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsfonnerstufe (11) ein Schmitt-Trigger vorgesehen ist3. Device according to claim 2, characterized in that a Schmitt trigger is used as the impulse detector stage (11) is provided 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vergleichsstufe (14) mit Ausgingen vorgesehen ist4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a Comparison stage (14) is provided with outputs 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die beiden Ausgänge der Vergleichsstufe (14) eine als Differenzintegrator ausgebildete Integrierstufe (18) gesteuert wird.5. Device according to claim 4, characterized in that through the two outputs of the Comparison stage (14) an integrating stage (18) designed as a differential integrator is controlled. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß durch die beiden Ausgänge der Vergleichsstufe (14) je ein Schalter (180,181) in der Integrierstufe (18) gesteuert wird.6. Device according to claim 5, characterized in that the two outputs of the Comparison stage (14) each a switch (180,181) is controlled in the integration stage (18). 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Schalter (180, 181) ein Signal einem Eingang eines als Integrierer vorgesehenen Operationsverstärkers (184) zugeführt ist, das in Abhängigkeit von der Polarität der Ausgangssignale (U\i, Uu) der Vergleichsstufe (14) entweder positiver oder negativer als ein konstantes Signal am anderen Eingang des Operationsverstärkers ist7. Device according to claim 6, characterized in that a signal is fed to an input of an operational amplifier (184) provided as an integrator via a switch (180, 181) which, depending on the polarity of the output signals (U \ i, Uu) of the Comparison stage (14) is either more positive or negative than a constant signal at the other input of the operational amplifier ι«ι «
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