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Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer
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Rechteckspannung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
zur Erzeugung einer Rechteckspannung aus einem von einer Eingangsspannungsquelle
abgegebenen Spannungssignal, mit mindestens einem als Schmitt-Trigger geschalteten
Verstärker mit wenigstens einem Eingang, der mit der Eingangsspaniiungsquelle in
Verbindung steht, und mit einer Ausgangsklemme, an der die Rechteckspannung abgreifbar
ist.
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Derartige bekannte Schaltungsanordnungen werden dazu verwendet, um
aus der von einem Geber als Eingangsspannungsquelle abgegebenen Spannungssignal,
dessen Verlauf massgeblich von der Art des Gebers bestimmt wird, in eine Rechteckspannung
mit defiiziertem Spannungsverlauf umzuformen. Die Pulsfrequenz der Rechteclspannung
soll dabei gleich der Grundfrequenz des Eingangsspannungssignals sein. Derartige
bekannte Schaltungsanordnungen wirken grundsätzlich in der Weise, dass eine Verstärkerstufe
des Schmitt-Triggers rasch einen bes-timmten Schaltzustand annimmt, wenn das Eingangsspannungsssignal
einen bestimmten Einschaltpegel erreicht und überschreitet und dass die Verstärkerstufe
rasch in einen zweiten definierten Schaltzustand gelangt, wenn das Eingangsspannungssignal
einen Ausschaltpegel erreicht oder unterschreitet. Der Einschaltpegel und der Ausschaltpegel
liegen dabei für eine bestimmte Dimensionierung der Schaltungsanordnung fest.
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Da der Einschaltpegel und der Ausschaltegel festgelegt sind, besteht
das Problem, die Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Rechteckspannung an unterschiedlichen
Eingangsspanr.ungsquellen, insbesondere Geber, anzupassen, die Spannungssignale
mit unterschiedlichem Gleichspannungsanteil abgeben. Solche
Anpassungsprobleme
können beispielsweise auftreten, wenn die Schaltungsanordnung in einem Fall zur
Erzeugung einer Rechteckspannung aus der von einem Re ed-Kontakt-Geber abgegebenen
Spannungssignal und in einem andern Fall zur Erzeugung einer Rechteckspannung aus
einem von einem Induktivgeber gelieferten Spannungssignal betrieben werden soll.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zrlgrunde, unter
der Vermeidling der Nachteile bisher bekannter Schaltungsanordnungen zur Erzeugung
einer Rechteckspannung eine solche Schaltungsanordnung zu schaffen, mit der Spannungssignale
mit unterschiedlichern Gleichspannungsanteil ohne an den Gie-ichspallnungsanteil
angepasste Dimensionierung der Eingangs schaltung oder Kompensation eines Teils
der Gleichspannung in eine Rechteckspannung umgeformt werden könnal, deren Pulsfrequenz
der Grundfrequenz des Eingangsspannungssignals genau entspricht.
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Diese Aufgabe wird für eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer
Rechteckspannung der eingangs genannten Gattung mit in ndestens einem als Schmitt-Trigger
geschalteten Verstärker mit mindestens einem Eingang, der mit der Eingangsspannungsquelie
in Verbindung steht, erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass als Verstärker ein Differenzverstärker
mit einem zweiten Eingang vorgesehen ist und dass der zweite Eingang über einen
Tiefpess mit der Eingangsspannungsquelle verbunden ist.
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Das Wesen dieser erfindungsgemässen Schaltungsanordnung besteht darin,
dass die Ein- und Ausschaltpegel des Schmitt-Triggers nicht wie üblich auf bestimmte
Werte festgelegt sind, sondern sich selbsttätig an dem Mittelwert der Eingangs spannung
orientieren. Infolge dieser automatischen Anpassung ist es möglich, Wechselspannungen
oder impulsförmige Spannungen als Eingangsspannung mit überlagertem variablen Gleichspannungsanteil
in eine Rechteckspannung umzuformen, deren Pulsfrequenz der Grundfrequenz der Eingangsspannung
gleich ist. Der Gleichspannungsanteil kann dabei in weiten Grenzen schwanken, solange
die
Betriebsspannung, mit welcher der Verstärker oder die Verstärker
der Schaltungsanordnung betrieben werden, nicht überschritten wird.
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Diese Schaltungsanordnung hat somit den wesentlichen Vorteil, dass
sie nicht entsprechend dem Gleichspamiungsanteil, der von der Geberschaltungsanordnung
abgegeben wird, zu dimensioniercn ist. Damit vereinfachen sich die Herstellung der
Schaltungsanordnung sowie die Lagerhaltung für Schal tungsanordnungen, die fUr verschiedene
Geber vorgesehen sind, erheblich.
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Die vollständige Schaltungsanordnung mit dem Differenzverstärker dessen
zweiter Eingang über einen Tiefpass mit der Eingangsspannungsquelle verbunden ist,
wird zweckmassig in der Weis aufgebaut, dass der erste Eingang des Differenzverstärkers
über einen Eingangswiderstand an die Eingangsspannungsouelle angeschlossen ist und
über einen Rückkopplungswiderstand mit der Ausgangsklemme verbunden ist. Damit werden
in schaltungstechnisch wenig aufwendiger Weise die sich an den Mittelwert der Eingangsspannung
selbst anpassenden Schaltpegel realisiert.
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Ferner ist die Schaltungsanordnung in einer Variante besonders wenig
aufwendig, in der als Tiefpass eine Widerstands-Kondensator-Kombination vorgesehen
ist.
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Die Schaltungsanordnung ist in dem voranstehenden Fall so zu bemessen,
dass die Zeitkonstante der Widerstands-Kondensator-Kombination gross gegen die Periodendauer
des Spannungssignals -der Eingangsspannung - bemessen ist. Langsame Änderungen des
Gleichspannungsanteils des Spannungssignals bewirken also keine Schaltvorgänge.
Vielmehr wird die Schaltungsanordnung durch gegenüber Gleichspannungsänderungen
rasch verlaufende Spannungsänderungen getriggert.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
anhand einer Zeichnung mit drei Figuren näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung einer Rechteckspannung
mit einem Differenzverstärker, Fig. 2 den Verlauf der Schaltpegel der Schaltungsanordnung
in Abhängigkeit von dem Mittelwert des Spannungssigna].s der Eingangsspannungsquelle
und Fig. 3 verschiedene Verläufe des Spannungssignals der Eingangsspannungsquelle,
die mit der Schaltungsanordnung umgeformt werden.
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In Fig. 1 ist mit 1 ein Differenzverstärker der Schaltungsanordnung
bezeichnet, der als Schmitt-Trigger mit Kippverhalten geschaltet ist. Die Schaltungsanordnung
hat eine Eingangsklernme 2, eine Ausgangsklemme 3 und eine Klemme 4 zum Anschluss
einer Betriebsspannungsquelle. Ein erster Eingang 5 des Difierenzverstärkers ist
über einen Eingangswiderstand 6 an die Eingangsklemme 2 angeschlossen. Ein zweiter
Eingang 7 des Differenzverstärkers steht über einen Widerstand 8 einer Widerstands-Kondensator-Kombination
8, 9 mit der Eingangsklemme in Verbindung. Der Ausgang des Differenzverstärkers
ist über einen Abschlusswiderstand 10 und einen Teilerwiderstand 11 abgeschlossen,
wobei der gemeinsame Verbindungspunkt 12 der genannten Widerstände 10, 11 an die
Ausgangsklemme 3 angeschlossen ist. Der gemeinsame Verbindungspunkt 12 steht ferner
über einen Rückkoppelungswiderstand 13 mit dem ersten Eingang 5 des Differenzverstärkers
in Verbindung.
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Zum Anschluss an die beschriebene Schaltungsanordnung ist als Eingangsspannungsquelle
ein Geber mit einem Reed-Kontakt 14 vorgesehen, der über einen Vorwiderstand 15
ebenfalls mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Als andere Ausführungsform
eines Gebers kann ein mit der Induktivität 16 und dem Widerstand 17 angedeuteter
Induktivgeber 18 verwendet werden.
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Für die beschriebene Schaltungsanordnung lassen sich die Kennwerte
nach folgenden Beziehungen angeben, wobei ist: Eingangsspannung Ue Mittelwert der
Eingangsspannung em Einschaltpegel Ue1 Ausschaltpegel Ue2 Einschaltdifferenzspannung
Ued1 Ausschaltdifferenzspannung ed2 Schalthysterese ed Minimale Ausgangsspannung
Maximale Ausgangsspannung Ua2 Widerstandswert 6, 13 R6, R13 Es gilt dann e1 = Uem
+ Ued1 wobei ist R6 Ued1=(Uem - Ua1)@@ 13 Ausschaltpegel: Ue2 = Uem - Ued2 wobei
ist R6 Ued2 = (Ua2 - Uem) R13 R6 Schalthysterese: Ued = Ued + Ued2 = (Ua2-Ua1) R13
Die minimale und die maximale Ausgangsspannung sind dabei die Spannungen, die bei
Übersteuerung des Differenzverstärkers in der Schaltungsanordnung an der Ausgangsklemme
3 auftreten.
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In Fig. 2 sind die Verläufe des Einschaltpegels Ue1 und des Ausschaltpegels
Ue2 in Abhängigkeit von dem Mittelwert U em
der Eingangsspanung
e dargestellt. Dabei wird davon ausgegangen, dass die minimale Ausgangsspannung
Null beträgt. Der maximale Mittelwert des Gleichspannungsanteils Uem der Eingangsspannung
ist gleich der maximalen Ausgangsspannung Ua2. Der Einschaltpegel verläuft dann
oberhalb der Hilfslinie 19, bei der die Eingangsspannung gleich dem Mittelwert des
Gleichspannungs anteils ist, und zwar mit einer Steigung die dem Verhältnis des
Eingangswiderstands 6 zu dem Rückkopplungswiderstand 13 entspricht. Analog dazu
verläuft die Linie des Ausschaltpegels unterhalb der Hilfslinie 19. Wenn der Mittelwert
der Eingangsspannung gleich dem halben Maximalwert der Ausgangsspannung ist, hat
die Einschaltdifferenzspannung Ued1, die mit dem Pfeil 20 angedeutet is+, den gleichen
Betrag wie die Ausschaltdifferenzspannung Ued2, die mit dem Pfeil 21 bezeichnet
ist.-In Fig. 3 sind drei zeitliche Verläufe eines Spannungssignals einer Eingangsquelle
zu der Zeitachse 22 sowie der zugehorige Verlauf der Rechteckspannung entlang der
Zeitachse 23 dargestellt, die mit der Schaltungsanordnung erzielt wird. Das von
einem Reed-Kontakt-Geber abgegebene Spannungssignai 24 mit dem Mittelwert 25 erzeugt
dabei die gleiche Rechteckspannung am Ausgang der Schaltungsanordnung wie das Spannungssignal
26 mit dem Mittelwert 27 eines Induktivgebers oder wie das Spannungssignal 28 mit
dem Mittelwert 29 eines anderen Induktivgebers. Die Einschaltpegel 30, 32 und 34
sowie die Ausschaltpegel 31, 33 und 35 orientieren sich dabei an dem Gleichspannungsanteil
bzw. an dem Mittelwert der Eingangsspannung, nicht aber - wie sonst üblich - unabhängig
von dem Gleichspannungsanteil an dem Absolutwert der Eingang spannung.
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Die angegebene Schaltungsanordnung kann vorzugsweise in der Eingangs
schaltung eines elektronischen Tachometers Anwendung finden, der wahlweise an Induktivgeber
oder Reed-Kontakt-Geber ohne Änderung angeschlossen werden kann.