DE2612764A1

DE2612764A1 - Schaltung fuer einen spannungs- frequenz-wandler

Info

Publication number: DE2612764A1
Application number: DE19762612764
Authority: DE
Inventors: Milan Dipl Ing Mezek; Janez Dr Ing Trontelj; Anton Dipl Ing Vencelj
Original assignee: ISKRA; Iskra ZP Ljubljana
Current assignee: ISKRA; Iskra ZP Ljubljana
Priority date: 1975-03-26
Filing date: 1976-03-25
Publication date: 1976-10-07
Also published as: YU35812B; YU75775A; DE2612764C2

Description

Schaltung für einen Spannungs-Frequenz-Wandler Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung für einen Spannungs-Frequenz-Wandler, der bei statischen Elektrizitätszählern verwendet wird. Da der statische Elektrizitätszähler für eine hohe Dynamik oder einen großen Arbeitsbereich gebaut ist, ist die Spannung sehr niedrig, die Umwandlung in die Frequenz muß jedoch über die ganze Dynamik oder den ganzen Arbeitsbereich genau sein.
Bekannte Schaltungen für Spannungs-Frequenz-Wandler basieren vor allem auf zwei Prinzipien. Die Schaltungen nach dem ersten Prinzip verwenden die sog. "up-down" Integration (Integration in beiden Richtungen), wogegen die Schaltungen nach dem zweiten Prinzip als Meßgrundlage einen genau definierten Impuls verwenden. Beide Arten von Schaltungen sind konstruktionsmäßig einander sehr ähnlich und sind mit einem Operationsverstärker, Integrationskondensator und einer logischen Schaltung aufgebaut. Der Unterschied zwischen den beiden Arten von Schaltungen liegt darin, daß bei der Schaltung nach dem zweiten Prinzip die logische Schaltung mit einem Quarzoszillator gesteuert ist.
Die wichtigesten Nachteile der bekannten Schaltungen sind die Unstabilität des Integrationskondensators und die Spannungswanderung des Operationsverstärkers. Obwohl mit der Schaltung nach dem ersten Prinzip der Einfluß der Spannungswanderung des Operationsverstärkers, die immer in einer Richtung verläuft und einmal zu der Eingangsspannung addiert und ein anderes Mal von dieser subtrahiert wird, beseitigt werden kann, ist bei dieser Schaltung der Einfluß des Integrationskondensators, von dem auch die Ausgangsfrequenz abhängt,sehr stark fühlbar. Bei der Schaltung nach dem zweiten Prinzip beeinflußt der Integrationskondensator nicht mehr den Verlauf der Ausgangsfrequenz, spürbar ist jedoch der Einfluß der Spannungswanderung des Operationsverstärkers, die zu der Eingangsspannung addiert oder von dieser subtrahiert wird.
Aufgabe der Erfindung ist die Konstruktion einer solchen Schaltung für einen Spannungs-Frequenz-Wandler, welche die Vorteile der beiden bekannten Prinzipien vereinigt; die erfindungsgemäße Schaltung soll daneben gleichzeitig auch für anspruchsvollere Umwandlungen der Spannung in Frequenz geeignet sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eingangsklemme des Wandlers über Schalter auf den Operationsverstärker, dessen Ausgang auf Vergleichsstufen geschaltet ist, geschaltet ist, und daß die Ausgänge der Vergleichsstufen mit der logischen Schaltung, welche auch mit den Schaltern der Eingangsklemme, weiteren Schaltern im Ausgang der logischen Schaltung und dem Quarzoszillator verbunden ist, verbunden sind.
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltung für den Spannungs-Frequenz-Wandler wird der Einfluß der Spannungswanderung des Operationsverstärkers mit der Vorzeichenänderung der Eingangsspannung herabgesetzt und der Einfluß des Integrationskondensators mit der Einführung eines genau definierten Impulses in die logische Schaltung beseitigt.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung genauer erläutert. In der Zeichnung zeigen Fig. 1 die Schaltung für den Spannungs-Frequenz-Wandler nach einer ersten Ausführungsart, und Fig. 2 die Schaltung für den Spannungs-Frequenz-Wandler nach einer zweiten Ausführungsart.
Die Schaltung für den Spannungs-Frequenz-Wandler ist aus einem Operationsverstärker 1, Vergleichsstufen 2, 3, 4, einer logischen Schaltung 5 und einem Quarzoszillator 6 aufgebaut. Die Arbeitsweise der Schaltung für den Spannungs-Frequenz-Wandler ist im folgenden anhand des Schaltbildes nach Fig. 1 erläutert. Für den Fall, daß sich ein Schalter 10 in der gezeichneten Stellung befindet, entlädt die Ausgangsspannung an einer Eingangsklemme A einen Integrationskondensator 9 bis auf eine Spannung -UH, die durch einen Widerstand 7 bestimmt ist. Wenn die Spannung am Kondensator 9 auf die Spannung -UH gesunken ist, ändert sich das Potential am Ausgang c der Vergleichsstufe 4, welche die logische Schaltung 5 in einen solchen Zustand versetzt, daß diese den Schalter 10 öffnet und über einen Inverter einen Schalter 11 schließt. Der Integrationskondensator 9 beginnt erneut geladen zu werden. Die Potentialänderung am mit der Ausgangsklemme D des Wandlers verbundenen Ausgang c der Vergleichsstufe 4 setzt aber auch die logische Schaltung 5 in den Bereitschaftszustand für einen Impuls aus dem Quarzoszillator 6. Dieser Impuls lädt den Integrationskondensator 9 über einen Analogschalter 12 auf eine negative Spannung auf; die Eingangsspannung lädt ihn über den Schalter 11 solange auf, bis die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 1 die Spannung *UH erreicht.
Zu dieser Zeit schaltet die Vergleichsstufe 4 um, die logische Schaltung 5 ändert den Zustand der Schalter 10 und 11 und wartet auf den Impuls aus dem Quarzoszillator 6. Dieser Impuls schließt einen Schalter 13, der den Integrationskondensator 9 in positiver Richtung auf lädt; die Eingangsspannung entlädt ihn über den Schalter 10 auf die Spannung -UH, worauf der ganze Zyklus wiederholt wird.
Falls sich das Vorzeichen der Eingangsspannung ändert, wird sich der Integrationskondensator 9 auf das Potential an der Klemme B oder C aufladen, anstatt sich auf die Spannung UH zu entladen.
Wenn die Spannung am Ausgang c des Operationsverstärkers 1 eines der angegebenen Potentiale erreicht, ändern die Vergleichsstufen 2 oder 3 die Potentiale am Ausgang c, was ein Zeichen für die logische Schaltung 5 ist, daß die Einschaltreihenfolge der Schalter 10 und 11 bzw. 12 und 13 zu wechseln ist. Gleichzeitig wird an einer Klemme G das Potential gewechselt und damit ist das Zeichen gegeben, daß die Eingangsspannung das Vorzeichen geändert hat. An Klemmen E und F werden die positive und negative Referenzspannung angeschlossen.
Bei der dargestellten und beschriebenen Schaltung für den Spannungs-Frequenz-Wandler wird die Eingangsspannungswanderung des Operationsverstärkers 1 zur Eingangsspannung addiert, dann aber von der invertierten Eingangsspannung subtrahiert oder umgekehrt. Der Integrationskondensator 9 wird mit einer genau bestimmten Ladung aufgeladen; daher wird der Einfluß der Kondensatorkapazität herabgesetzt.
Der Einfluß des Integrationskondensators 9 ist nur während der Zeit bemerkbar, in der die logische Schaltung 5 auf den Impuls aus dem Oszillator 6 wartet, da in diesem Zeitabschnitt die Schaltung als ein Hinauf-Hinunter (up-down)-Integrator arbeitet.
Der Einfluß des Integrationskondensators 9 wird noch herabgesetzt mit einer Schaltung für den Spannungs-Frequenz-Wandler nach Fig. 2.
Die Schaltung ist dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich mit der Ausnahme, daß zwischen den Ausgang c der Vergleichsstufe 4 und die logische Schaltung 5 ein Digitalzähler 14 geschaltet ist. Jeder Impuls der Vergleichsstufe 4 wird an die logische Schaltung 5 geleitet, die den entsprechenden Schalter schließt. Solange sich der Ausgang des Digitalzählers 14, der durch N dividiert, an einem Potential befindet, wird die ganze Zeit der gleiche Schalter geschlossen; wenn jedoch N Impulse ankommen, beginnt der andere Schalter zu schließen. Die Ausgangsfrequenz ist in diesem Fall die Frequenz des Zählers 14. Eine gute Eigenschaft einer derart vervollkommneten Schaltung ist auch die, daß sie viel schneller die Vorzeichenänderung der Eingangsspannung feststellt, als der Wandler mit einem Impuls.

Claims

Patentansprüche

Schaltung für einen Spannungs-Frequenz-Wandler mit einem Operationsverstärker,einer logischen Schaltung und einem Quarzoszillator, dadurch g e k e n n z e i c h n e t,daß die Eingangsklemme (A) des Wandlers über Schalter (10,11) auf den Operationsverstärker (1), dessen Ausgang (c) auf Vergleichsstufen (2,3,4) geschaltet ist, geschaltet ist, und daß die Ausgänge (c) der Vergleichsstufen (2,3,4) mit der logischen Schaltung (5),welche auch mit den Schaltern (10, 11) der Eingangsklemme (A), weiteren Schaltern (12, 13) im Ausgang der logischen Schaltung (5) und dem Quarzoszillator (6) verbunden ist, verbunden sind.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß zwischen den Eingang (b) und den Ausgang (c) des Operationsverstärkers (1) ein Integrationskondensator (9) geschaltet ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ek e n n z e i c h n e t, daß an den Eingang (a) einer der Vergleichsstufen (4) eine Kombination von Widerständen (7, 8) angeschlossen ist, und daß der Ausgang (c) dieser Vergleichsstufe (4) mit der Ausgangsklemme (D) des Wandlers verbunden ist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen den Ausgang (c) einer der Vergleichsstufen (4) und die logische Schaltung (5) ein Digitalzähler (14) geschaltet und daß die Ausgangsklemme (D') des Wandlers an die logische Schaltung (5) angeschlossen ist. Leerseite