DE2807579C3

DE2807579C3 - Circuit arrangement for converting an input signal with variable period duration into a square-wave output signal

Info

Publication number: DE2807579C3
Application number: DE19782807579
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. 8150 Holzkirchen Gies
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-02-22
Filing date: 1978-02-22
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE2807579B2; DE2807579A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Umformung eines in seiner Periodendauer veränderlichen Eingangssignals in ein rechteckförmiges Ausgangssignal mittels einer Überwachungsschaltung, der sowohl das Eingangssignal als auch eine Bezugsspannung zugeführt werden. The invention relates to a circuit arrangement for converting one in its period duration variable input signal into a square-wave output signal by means of a monitoring circuit, to which both the input signal and a reference voltage are fed.

Der erfindungsgemäß ausgeführte Breitband-Umformer von periodischen Eingangssignalen UE(t) in rechteckige Ausgangssignale UA(t) nach F i g. 1 hat die Aufgabe z. B. aus einer dreiecksförmigen Eingangsspannung UE(t) nach Zeile a von F i g. 2 eine rechteckförmige Ausgangsspannung UA(t) nach Zeile b dieser Figur zu gewinnen. Die Periodendauer der Eingangssignale UE(t)von Zeile a beträgt 7"und kann veränderbar sein.The broadband converter embodied according to the invention from periodic input signals UE (t) into rectangular output signals UA (t) according to FIG. 1 has the task z. B. from a triangular input voltage UE (t) according to line a of F i g. 2 to obtain a square-wave output voltage UA (t) according to line b of this figure. The period of the input signals UE (t) of line a is 7 "and can be changed.

F i g. 3 zeigt den Schaltungsaufbau einer herkömmlichen Differenzierstufe, wobei im Längszweig eine Kapazität C und im Querzweig ein ohmscher Widerstand R vorgesehen sind. Dabei gilt in bekannter Weise folgende Beziehung:F i g. 3 shows the circuit structure of a conventional differentiating stage, a capacitance C being provided in the series branch and an ohmic resistor R being provided in the shunt branch. The following relationship applies in a known manner:

UAU) = R ■ C ■ — UAU) = R ■ C ■ -

dUE(t)dUE (t)

didi

AUE(I)AUE (I)

didi

(D(D

Die Größe r, also die Zeitkonstante der /?C-Schaltung nach Fig.3, ist ein Maß für die Güte der Differentiation. Um ein exaktes Differential zu erhalten, d. h. eine möglichst ideal an den Rechteckspannungsverlauf nach Zeile b aus F i g. 2 angelehnten Spannungsverlauf, muß τ < T sein. Diese Beziehung gilt für Eingangssignale ohne Sprungstellen, also beispielsweise dreiecksförmige oder sinusförmige Spannungsverläufe.The quantity r, i.e. the time constant of the /? C circuit according to FIG. 3, is a measure of the quality of the differentiation. In order to obtain an exact differential, ie a differential that is as ideal as possible for the square-wave voltage curve according to line b from FIG. 2 ajar voltage curve, τ <T must be. This relationship applies to input signals without jumps, for example triangular or sinusoidal voltage curves.

Wenn aber die Zeitkonstante τ sehr viel kleiner ist als die Periodendauer T der Eingangssignale ergibt sich eine Schwierigkeit dadurch, daß die Ausgangsspannung UA(t) sehr kleine Werte annimmt. Dies ist anhand von Fig. 4 näher erläutert. In Zeile a ist wiederum eine dreiecksförmige Eingangsspannung UE(t) mit der Periodendauer Tdargestellt. Darunter ist in Zeile b der Verlauf einer rechteckförmigen Ausgangsspannung UA(t) gezeigt, wobei vorausgesetzt wird, daß τ < Tist Die Amplitude dieser Rechteckspannung ist sehr sehr klein; der Verlauf allerdings entspricht nahezu dem einer idealen Folge von Rechtecks-Spannungswerten.If, however, the time constant τ is very much smaller than the period T of the input signals, there is a difficulty in that the output voltage UA (t) assumes very small values. This is explained in more detail with reference to FIG. 4. In line a , a triangular input voltage UE (t) with the period T is again shown. Below that, in line b, the curve of a square-wave output voltage UA (t) is shown, it being assumed that τ <Tist The amplitude of this square-wave voltage is very, very small; the course, however, corresponds almost to that of an ideal sequence of square-wave voltage values.

Es lassen sich zwar durch ein Vergrößern von τ bei kleinerem T größere Ausgangsspannungswerte UA(t) entsprechend Zeile ein Fig.4 erreichen. Hier gilt nur noch die Beziehung ν < T. Es zeigt sich jedoch, daßBy increasing τ with a smaller T, larger output voltage values UA (t) can be achieved in accordance with line in FIG. Here only the relation ν <T is valid. It turns out, however, that

ungünstigerweise die größere Ausgangsspannung UA(t) nicht mehr den gewünschten Verlauf eines Rechtecksignals hat, sondern stark verrundete Anstiegs- bzw. Abfallflanken aufweist Die Veränderung der Zeitkonstante τ kann somit nicht beliebig erfolgen, weil sonst die Qualität der Differentiation in Frage gestellt wird und das Ausgangssignal kein brauchbares Rechtecksignal mehr darstelltUnfortunately, the larger the output voltage UA is no longer (t) the desired course of a square wave has but strongly rounded rising and falling edges has can τ The variation of the time constant thus not be made arbitrarily, since otherwise the quality of the differentiation is in question and the output signal no longer represents a usable square wave signal

Aus der US-PS 37 14 470 ist eine Generatorenschaltung bekannt, bei der am Ausgang eines Integrators tin ίο dreieckförnüges Signal erzeugt wird, dessen Periodendauer veränderlich sein kann. Um Ausgangssignale zu erhalten, die rechteckförmig verlaufen, und bei denen das Verhältnis von Anschaltdauer zu Abschaltdauer sich in Abhängigkeit von der Periodendauer der dreiecksförmigen Signale ändert, wird ein erster Komparator verwendet, dem eine Gleichspannung als Bezugssignal zugeführt wird. Wenn die dreiecksförmige Spannung diesen Gleichspannungswert überschreitet wird ein rechteckförmiges Ausgangssignal erzeugt das beim Unterschreiten jeweils endetFrom US-PS 37 14 470 a generator circuit is known in which at the output of an integrator tin ίο triangular signal is generated, the period of which can be variable. To get output signals too obtained, which run rectangular, and in which the ratio of switch-on time to turn-off time changes depending on the period of the triangular signals, a first comparator is used, to which a DC voltage is supplied as a reference signal. When the triangular tension If this DC voltage value is exceeded, a square-wave output signal is generated Falling below each ends

Darüber hinaus wird das dreiecksförmige Signal dem einen Eingang eines zweiten !Comparators zugeführt, dessen Ausgang mit dem Integrator verbunden ist, der die dreiecksförmigen Spannungen liefert Der Ausgang des !Comparators ist weiterhin mit zwei Schaltern verbunden, die ausgangsseitig zusammengeschaltet und an den zweiten Eingang des Komparators geführt sind. Der zweite Eingang eines dieser Schalter ist mit einer hohen Referenzspannung beaufschlagt während der zweite Eingang des zweiten Schalters an eine niedrige Referenzspannung angeschlossen ist Der zweite Komparator steuert auf diese Weise mit seinen ausgangsseitig erhaltenen Rechtecksignalen den Integrator so, daß dessen dreieckförmige Impulse stets genau bei einem bestimmten kleinsten Spannungswert ihren unteren Umkehrpunkt erreichen und bei einem bestimmten höchsten Wert ihren oberen Umkehrpunkt. Dies ist erforderlich, um eine einwandfreie Wirkungsweise des ersten Komparators zu erzielen und am Ausgang dieses ersten Komparators Rechtecksignale zu erhalten, deren Dauer jeweils von der Periodendauer der dreiecksförmigen Signale abhängt.In addition, the triangular signal is fed to one input of a second comparator, whose output is connected to the integrator, which supplies the triangular voltages The output of the! Comparator is also connected to two switches, which are interconnected on the output side and are led to the second input of the comparator. The second input of one of these switches is with a high reference voltage applied while the second input of the second switch to a low Reference voltage is connected The second comparator controls in this way with its output side received square-wave signals the integrator so that its triangular pulses always exactly at one certain smallest voltage value reach their lower turning point and at a certain highest value its top dead center. This is necessary to ensure that the To achieve the first comparator and to receive square-wave signals at the output of this first comparator, whose Duration depends on the period of the triangular signals.

Aus »Electronics Letters«, 6. Feb. 1969, Band 5, Nr. 3, Seiten 45 und 46 ist ein Differenzierglied bekannt, welches eine Kapazität und einen ohmschen Widerstand aufweist. Jedes dieser Schaltelemente kann als nichtlineares Bauteil ausgelegt werden, d. h., der ohmsche Widerstand kann in seiner Größe in Abhängigkeit von der an ihm anliegenden Spannung verändert oder aber die Kapazität kann (Varaktordiode) in Abhängigkeit von der an ihr anliegenden Spannung beeinflußt werden. Ein derartiges, aus nichtlinearen Elementen aufgebautes Differer.zierglied hat gegenüber einem linearen Differenzierglicd, welches einen ohmschen Widerstand und eine Kapazität von jeweils fester Größe enthält, die Eigenschaft, daß die Kurvenform der so erzeugten Spannung während der Differentiation infolge der mit zunehmender Spannung einsetzenden Änderung des Widerstandes t>o und/oder Kapazitätswertes ein»· andere Form erhält als bei linearer Differentiate... i_>.<. Veränderung der Kurvenform erfolgt somit allein aufgrund einer Spannung, die an den jeweiligen nichtlinearen Elementen (ohmscher Widerstand und/oder Kapazität) auftritt.From "Electronics Letters", Feb. 6, 1969, Volume 5, No. 3, Pages 45 and 46 a differentiator is known which has a capacitance and an ohmic resistance having. Each of these switching elements can be designed as a non-linear component, i. h., the The size of the ohmic resistance depends on the voltage applied to it changed or the capacitance can (varactor diode) depending on the applied to it Voltage can be affected. Such a differential decorative element made up of non-linear elements has compared to a linear differentiator, which contains an ohmic resistance and a capacitance of a fixed size, the property that the waveform of the voltage generated in this way during the differentiation due to the increasing Change in resistance t> o as the voltage begins and / or capacitance value takes a form other than with linear differentiate ... i _>. <. Change in The shape of the curve therefore takes place solely on the basis of a voltage that is applied to the respective non-linear elements (ohmic resistance and / or capacitance) occurs.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, breitbandig, d. h. für unterschiedliche Periodendauern T der Eingangssignal möglichst exakt rechteckförmige Ausgangssignale zu erzeugen. Gemäß der Erfindung, welche sich auf eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht daß die Überwachungsschaltung an den Ausgang einer Differenziersttrfe angeschlossen ist und de Amplitude der durch die Differentiation gewonnenen Rechteckspannung festgestellt und bei von einem Sollwert abweichenden Amplitudenwerten in an sich bekannter Weise eine Veränderung mindestens eines der beiden die Zeitkonstante der Differenzierstufe bestimmenden Elemente derart vornimmt daß bei zu kleinen Amplitudenwerten der Rechteckspannung diese so vergrößert werden und umgekehrt bei zu großen Amplitudenwerten diese so verkleinert werden, daß die Güte der Differentiation unabhängig von der Periodendauer des Eingangssignals im wesentlichen erhalten bleibtThe present invention is based on the object of generating broadband output signals, that is to say for different period durations T, of the input signal as precisely as possible square-wave output signals. According to the invention, which relates to a circuit arrangement of the type mentioned, this is achieved in that the monitoring circuit is connected to the output of a differentiator and de amplitude of the square-wave voltage obtained by the differentiation is determined and known amplitude values deviating from a nominal value Way, a change in at least one of the two elements determining the time constant of the differentiating stage is carried out in such a way that if the amplitude values of the square wave voltage are too small, they are increased and, conversely, if the amplitude values are too large, they are reduced so that the quality of the differentiation is essentially independent of the period duration of the input signal preserved

Durch die Überwachungsschaltung, welche die Amplitude der am Ausgang der Differenzierstufe auftretenden Rechteckspannung feststellt, läßt sich somit unabhängig von der Periodendauer Tjeweils ein solcher Wert bei der Zeitkonstante τ der Differenzierstufe einstellen, wie für die Erzeugung von Rechtecksignalen erforderlich ist Zu kleine und damit störanfällige Rechtecksignale sind ebenso vermieden wie zu große Ausgangssignale, deren Rechteckform zu sehr beeinträchtigt wäre (wie in F i g. 4 Zeile c dargestellt). Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung stellt somit einen Breitbandumformer zur weitgehend phasenstarren Erzeugung von Rechtecksignalen aus periodischen Eingangssignalen dar, wobei die Qualität der Differentiation auch bei Veränderung der Periodendauer im wesentlichen erhalten bleibt.The monitoring circuit, which determines the amplitude of the square-wave voltage appearing at the output of the differentiating stage, can therefore set a value for the time constant τ of the differentiating stage, independent of the period T , as required for the generation of square-wave signals are also avoided, as are output signals that are too large, the rectangular shape of which would be impaired too much (as shown in FIG. 4, line c ). The circuit arrangement according to the invention thus represents a broadband converter for the largely phase-locked generation of square-wave signals from periodic input signals, the quality of the differentiation being essentially retained even when the period length changes.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprikhen wiedergegeben.Developments of the invention are in the sub-claims reproduced.

Die Erfindung sowie deren Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtThe invention and its developments are explained in more detail below with reference to drawings. It shows

F i g. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,F i g. 5 a first embodiment of the invention,

F i g. 6 den Spannungsverlauf an verschiedenen Stellen der Schaltungsanordnung nach F i g. 5,F i g. 6 shows the voltage curve at various points in the circuit arrangement according to FIG. 5,

F i g. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Feldeffekt-Transistor als gesteuerten Widerstand.F i g. 7 shows a further exemplary embodiment of the invention with a field effect transistor as the controlled one Resistance.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 5 besteht eingangsseitig aus der Differenzierstufe mit den Elementen Cund R, wobei die zugehörige Zeitkonstante τ = C · R beträgt. Die so durch die Differenzierstufe erhaltenen Rechteckspannungen werden einem Verstärker VE zugeführt, dessen Verstärkungsfaktor zweckmäßig wesentlich größer als 1 gewählt wird. Der Eingangswiderstand dieses Verstärkers VE ist zweckmäßig hochohmig im Vergleich zum Wert des Widerstandes R. Es ergeben sich auf diese Weise rechieckförmige Ausgangsspannungen ± UR, welche vorteilhaft einer ausgangsseitig angeordneten Schwellenschaltung SW zugeführt werden. Am Punkt c ist eine Überwachungsschaltung abgezweigt, welche eine zweckmäßig als Vollweggleichrichter ausgelegte Gleichrichterschaltung VC aufweist, an deren Ausgang somit eine Gleichspannung der Größe + UR auftritt. Durch die hohe Verstärkung von VE sind die Spannungen ± UR am Gleichrichter VG so hoch, daß dessen Anlaufstromgebiet und Temperaturgang nicht störend in Erscheinung treten. Die Spannung + UR wird dem einen Eingang eines Differenzverstärkers DV zugeleitet, dessen zweitem Eingang eine Referenzspannung t/K zugeführt wird. Der Verstärkungsfaktor des DifferenzverstärkersThe circuit arrangement according to FIG. 5 consists on the input side of the differentiating stage with the elements C and R, the associated time constant being τ = C · R. The square-wave voltages obtained in this way by the differentiating stage are fed to an amplifier VE , the gain factor of which is expediently chosen to be significantly greater than 1. The input resistance of this amplifier VE is expediently high-resistance compared to the value of the resistance R. This results in rectangular output voltages ± UR, which are advantageously fed to a threshold circuit SW arranged on the output side. At point c a monitoring circuit is branched off, which has a rectifier circuit VC which is expediently designed as a full-wave rectifier and at the output of which a DC voltage of the magnitude + UR occurs. Due to the high amplification of VE , the voltages ± UR at the rectifier VG are so high that its starting current area and temperature range do not have a disruptive effect. The voltage + UR is fed to one input of a differential amplifier DV , the second input of which is fed a reference voltage t / K. The gain of the differential amplifier

DV ist ebenfalls vorteilhaft wesentlich größer als 1 gewählt, damit eine hohe Regelverstärkung erzielt wird. Am Ausgang des Differenzverstärkers DV steht eine Ausgangsspannung zur Verfügung, deren Größe davon abhängt, wie groß der Unterschied zwischen der Vergleichsspannung UV und der gleichgerichteten Rechteckspannung + UR ist. Diese Ausgangsspannung wird (durch die strichpunktierte Linie angedeutet) als Stellgröße für die Veränderung eines oder beider die Zeitkonstante bestimmender Elemente C und R der Differenzierstufe benutzt. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß eine Veränderung der Größe des im Querzweig liegenden ohmschen Widerstandes R erfolgen soll. DV is also advantageously chosen to be significantly greater than 1, so that a high control gain is achieved. An output voltage is available at the output of the differential amplifier DV , the size of which depends on how great the difference is between the comparison voltage UV and the rectified square-wave voltage + UR . This output voltage is used (indicated by the dash-dotted line) as a manipulated variable for changing one or both of the elements C and R of the differentiating stage that determine the time constant. In the present example it is assumed that the size of the ohmic resistance R located in the shunt branch is to be changed.

Zur weiteren Erläuterung wird nachfolgend auf F i g. 6 Bezug genommen, wo in Zeile a der Verlauf einer hier als dreiecksförmig vorausgesetzten Eingangsspannung UE(t) gezeigt ist, deren Periodendauer Γ beträgt. Die in Zeilen a bis f der Fig.6 dargestellten Spannungen treten an den gleich bezeichneten Punkten der Schaltung nach Fig.5 auf. Zeile h zeigt die am Ausgang der Differenzierstufe bzw. des Verstärkers VE erhaltene gestrichelt dargestellte rechteckförmige Spannung ± UR. Diese Spannung ist, da die Beziehung τ < T (d. h., die Zeitkonstante τ ist unnötig klein) gilt, in ihrer Amplitude sehr sehr klein und deshalb störanfällig und andererseits für die weitere Verarbeitung z. B. im Gleichrichter VG ungeeignet. Erwünscht wäre ein Verlauf der Rechteckspannung, wie er in Zeile b durch die ausgezogenen Linien (Sollwert) dargestellt ist, der also entsprechend große Unterschiede zwischen der maximalen und der minimalen Spannung der rechteck förmigen Signalfolge aufweist und zugleich noch qualitativ eine ausreichend gute Rechteckform aufweist. Größer als der Sollwert nach Zeile b sollte die Ausgangsspannung nach der Differentiation jedoch auch nicht werden, weil sonst die Rechteckform beeinträchtigt wird (vgl. F i g. 4 Zeile c). For further explanation, reference is made to FIG. 6, where in line a the profile of an input voltage UE (t) , assumed here to be triangular, is shown, the period of which is Γ. The voltages shown in lines a to f of FIG. 6 occur at the identically designated points in the circuit according to FIG. Line h shows the square-wave voltage ± UR obtained at the output of the differentiating stage or amplifier VE, shown in broken lines. Since the relationship τ <T (ie the time constant τ is unnecessarily small), this voltage is very, very small in its amplitude and therefore susceptible to failure. B. unsuitable in the rectifier VG. What would be desirable would be a course of the square-wave voltage, as shown in line b by the solid lines (target value), which therefore has correspondingly large differences between the maximum and the minimum voltage of the rectangular signal sequence and at the same time has a sufficiently good rectangular shape in terms of quality. However, the output voltage after the differentiation should not be greater than the nominal value according to line b , because otherwise the rectangular shape is impaired (see FIG. 4, line c).

Zeile c zeigt die Spannung ± UR am Ausgang des Verstärkers VE in gestrichelter Form, welche auf die zu kleine (gestrichelte) Rechteckspannung zurückgeht.Line c shows the voltage ± UR at the output of the amplifier VE in dashed form, which is due to the too small (dashed) square-wave voltage.

Dementsprechend ergeben sich am Ausgang der Gleichrichterschaltung VG Rechteck-Spannungen wie •sie in Zeile d der F i g. 6 gestrichelt dargestellt sind. Es handelt sich um eine Gleichspannung, die allerdings nadeiförmige Einbrüche an denjenigen Stellen hat, an denen die steilen Anstiege und Abfälle der Rechteckspannung nach Zeile c auftreten. Durch eine entsprechende Glättung bzw. durch eine etwas größere Zeitkonstante beim Differenzverstärker D V lassen sich dieser sehr kurzzeitigen Einbrüche bei der Spannung nach Zeüe d\n einfacher Weise vermeiden, was jedoch nicht immer notwendig ist (z. B. wenn der Regelkreis sehr schnell arbeiten soll).Correspondingly, at the output of the rectifier circuit VG, square-wave voltages such as those in line d of FIG. 6 are shown in dashed lines. It is a DC voltage, but it has needle-shaped notches at those points where the steep rises and falls of the square-wave voltage according to line c occur. With a corresponding smoothing or a somewhat larger time constant in the case of the differential amplifier DV , these very brief drops in voltage according to Zeüe d \ n can be avoided in a simple manner, but this is not always necessary (e.g. if the control loop is to work very quickly ).

Je nach der Größe des Unterschiedes zwischen der Vergleichspannung UV an dem Minus-Eingang des Differenzverstärkers .DV und dem Spannungswert der Spannung + UR vom Ausgang der Gleichrichterschaltung VG wird eine entsprechende Steuerspannung erzeugt, welche in Zeile e dargestellt ist und eine Veränderung des ohmschen Widerstandes R der Differenzierstufe bewirkt Die Veränderung erfolgt in der Richtung, daß bei zu kleinen Ausgangsspannungen (gestrichelte Linien in Zeile buna ς)der Differenzierstufe der Wert des Widerstandes R derart vergrößert wird, daß größere Amplitudenwerte bei der Rechteckspan-Tiung ±UR (und damit größere Zeitkonstanten τ) erzeugt werden und zwar unabhängig davon, wie groß die Periodendauer T bzw. die Frequenz der Eingangsspannung UE(t) jeweils ist. Die Veränderung des Widerstandes R wird so lange durchgeführt, bis in Zeile c die Rechteckspannung ± UR die Größe des Sollwertes ± URS erreicht. Dann wird die Änderung der Stellspannung nach Zeile ezu Null, weil URS = UV ist. Anstelle oder zusätzlich zu einer Vergrößerung des Widerstandes R kann auch der Kapazitätswert von C erhöht werden.Depending on the size of the difference between the comparison voltage UV at the minus input of the differential amplifier .DV and the voltage value of the voltage + UR from the output of the rectifier circuit VG , a corresponding control voltage is generated, which is shown in line e and a change in the ohmic resistance R. The change takes place in the direction that, if the output voltages (dashed lines in line buna ς) of the differentiation stage are too low, the value of the resistor R is increased in such a way that larger amplitude values for the rectangular span ± UR (and thus larger time constants τ ) are generated regardless of how long the period T or the frequency of the input voltage UE (t) is in each case. The change in resistance R is carried out until the square-wave voltage ± UR in line c reaches the size of the setpoint ± URS. Then the change in the control voltage according to line e becomes zero because URS = UV . Instead of or in addition to increasing the resistance R , the capacitance value of C can also be increased.

Wenn infolge einer verkleinerten Periodendauer T des Eingangssignals UE(t) die Spannungen in Zeile b bzw. c zu groß werden, dann wird die Zeitkonstante τ (durch Verkleinern von R und/oder C) so lange verringert, bis ebenfalls wieder die gewünschte Rechteckspannung ± URSnach Zeile c erreicht istIf, as a result of a reduced period T of the input signal UE (t), the voltages in line b or c become too high, then the time constant τ is reduced (by reducing R and / or C) until the desired square-wave voltage ± again URS after line c is reached

Auf diese Weise ist auch für unterschiedliche Periodendauern T des Eingangssignals UE(t) sichergestellt, daß die Güte der Differentiation und damit die Qualität der Rechteckspannung praktisch unverändert gut bleibt und außerdem eine phasenstarre Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung gewährleistet. Das Verhältnis τ/Tkann somit durch die Erfindung unabhängig von der Frequenz und damit der Periodendauer T des Eingangssignals UE(t) konstant gehalten werden und es gilt stets τ < T. In this way it is ensured for different period durations T of the input signal UE (t) that the quality of the differentiation and thus the quality of the square-wave voltage remains practically unchanged and also ensures a phase-locked relationship between input and output voltage. The ratio τ / T can thus be kept constant by the invention independently of the frequency and thus the period T of the input signal UE (t) and it always applies τ <T.

Durch die sehr hohe Verstärkung zwischen den Punkten b und c, d. h., durch den Verstärker Vfkann die differenzierte Spannung nach Zeile b sehr klein bleiben. Da die Differentiation eine hohe Qualität aufweist, hat das Ausgangssignal UA(t) in Zeile / im Vergleich zum Eingangssignal UE(t) eine nur sehr geringe Phasenverschiebung. Because of the very high amplification between points b and c, ie because of the amplifier Vf, the differentiated voltage according to line b can remain very small. Since the differentiation has a high quality, the output signal UA (t) in line / has only a very small phase shift compared to the input signal UE (t).

Bei stark variierenden Amplituden der Eingangsspannung UE(t) kann es, wie durch gestrichelte Linien in F i g. 5 angedeutet, zweckmäßig sein, die Vergleichsspannung UV aus der Eingangsspannung UE(t) über einen Gleichrichter GR und eine Umformerstufe OS herzuleiten.In the case of strongly varying amplitudes of the input voltage UE (t) , as indicated by dashed lines in FIG. 5 indicated, it may be expedient to derive the comparison voltage UV from the input voltage UE (t) via a rectifier GR and a converter stage OS.

Durch die hohe Schleifenverstärkung VS bildet die Anordnung nach F i g. S einen besonders vorteilhaften Rechteckumformer, von dem beliebige periodische Eingangssignale in Rechteckfolgen umgewandelt werden, wobei die Schaltflanken durch die Extremwerte des Eingangssignals ausgelöst werden. Die Erfindung arbeitet somit grundsätzlich anders als die z. B. durch Begrenzerstufen aufgebauten Rechteckumformer.Due to the high loop reinforcement VS , the arrangement according to FIG. S a particularly advantageous square-wave converter which converts any periodic input signals into square-wave sequences, the switching edges being triggered by the extreme values of the input signal. The invention thus works fundamentally different than the z. B. built up by limiter stages rectangular converter.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.7 sind Einzelheiten des genaueren schaltungsmäßigen Aufbaus wiedergegeben, wobei hier ebenfalls in den Kleinbuchstaben enthaltenden Kreisen die Spannungsverläufe a bis /aus F i g. 6 eingezeichnet sind. Die für entsprechende Schaltungsteile in F i g. 5 benutzten Bezugszeichen sind auch hier angewandt, wobei zur Unterscheidung lediglich ein Stern angefügt wurde. Ein wesentlicher Unterschied der Anordnung nach F i g. 7 im Vergleich zu Fig.5 besteht darin, daß als veränderbarer Widerstand R der Differenzierstufe hier ein Feldeffekttransistor FET, insbesondere mit niedrigem Kanalwiderstand, vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode vom Ausgang des Differenzverstärkers DV* angesteuert wird.In the exemplary embodiment according to FIG. 7, details of the more precise circuit structure are reproduced, the voltage curves a to / from FIG. 6 are shown. The for corresponding circuit parts in F i g. 5 reference numerals are also applied here, only an asterisk has been added to distinguish them. A major difference in the arrangement according to FIG. 7 in comparison to FIG. 5 consists in that a field effect transistor FET, in particular with a low channel resistance, is provided as the variable resistor R of the differentiating stage, the control electrode of which is driven by the output of the differential amplifier DV *.

Die an den Minuseingang des Operationsverstärkers OVl der Verstärkerstufe VE* angeschlossenen ohmschen Widerstände R1 (gegen Masse) und R 2 sowie die Kapazität Ci (beide im Uberbrückungszweig), dienen der Störbeseitigung und haben eine Zeitkonstante, die wesentlich kleiner ist als die kleinste Zeitkonstante r_m/„ der Differenzierstufe RC Die Vollweg-Gleichrichter-The ohmic resistances R 1 (to ground) and R 2 connected to the negative input of the operational amplifier OVl of the amplifier stage VE * as well as the capacitance Ci (both in the bridging branch) serve to eliminate interference and have a time constant that is significantly smaller than the smallest time constant r _m / "of the differentiation stage RC The full wave rectifier

schaltung VG* weist zwei gegensinnig gepolte Dioden Dl und D 2 auf, wobei letztere über einen ohmschen Widerstand Λ 3' nach Masse und außerdem zum Plus-Eingang eines Operationsverstärkers OV2 geführt ist. Der zugehörige Minus-Eingang ist über einen ohmschen Widerstand R 3" mit dem Ausgang der Diode D1 verbunden und außerdem über den ohmschen Widerstand R3 nach Masse geführt sowie über den ohmschen Widerstand R 3'" an den Ausgang angeschlossen. Durch die Diode D1 und die nachfolgenden Widerstände wird die Rechteckspannung ± UR strommäßig bewertet, während die Diode D 2 und der Widerstand A3' die spannungsmäßige Bewertung durchführen. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß eine schnelle (d.h. praktisch trägheitslose) Vollweggleichrächtung der Rechteckspannung erzielt wird.circuit VG * has two oppositely polarized diodes Dl and D 2 , the latter being led to ground via an ohmic resistor Λ 3 'and also to the positive input of an operational amplifier OV2 . The associated minus input is connected to the output of the diode D 1 via an ohmic resistor R 3 "and also routed to ground via the ohmic resistor R3 and connected to the output via the ohmic resistor R 3 '". The square wave voltage ± UR is evaluated in terms of current through the diode D 1 and the subsequent resistors, while the diode D 2 and the resistor A3 'carry out the evaluation in terms of voltage. This circuit has the advantage that a fast (ie practically inertia-free) full-wave rectification of the square-wave voltage is achieved.

Der Anschluß der Vergleichsspannung UV* an den Minus-Eingang des Operationsverstärkers OV3 der Vergleichsschaltung DV* erfolgt über einen ohmschen Widerstand A4, während zusätzlich ein ohmnscher Oberbrückungswiderstand R 5 vorgesehen ist. Die ohmschen Längswiderstände R6, Rl und die im Querzweig liegende Diode D 3 bilden eine Schutzschaltung für den Feldeffekttransistor FET. The comparison voltage UV * is connected to the minus input of the operational amplifier OV3 of the comparison circuit DV * via an ohmic resistor A4, while an ohmic bridging resistor R 5 is also provided. The ohmic series resistors R 6, Rl and the diode D 3 located in the shunt branch form a protective circuit for the field effect transistor FET.

Die Schwellenschaltung SW enthält zur Flankenversteilerung und Pegelanpassung den Operationsverstärker OV4, dessen Plus-Eingang die Rechteckspannung ± UR zugeführt wird. Zwischen den beiden Eingängen liegt ein ohmscher Widerstand RS, während am Minus-Eingang eine Kapazität C2 angeschlossen ist, die mit einer Gleichspannung — UB verbunden ist. Diese Schaltung hat den Vorteil, daß die Schaltwelle des !Comparators OV4 automatisch mit Gleichspannungsmittelwertänderungen der Rechteckspannung ±UR mitläuft. Die Bezugsspannung Ul des !Comparators OVA »schwimmt« also mit der Spannung am Punkt c mit. Hierzu ist die Zeitkonstante Vk = C2 ■ R 8 > T_max einzustellen, wobei T_max die maximale Periodendauer der Eingangssignale UE(t) ist. Die beschriebene Schaltung hat bei einer Verstärkung des Verstärkers VE von etwa 120 eine Grundphasenverschiebung von nur 1,5°. Bei einer Frequenzvariation des Eingangssignals von 1 :250 und einer zusätzlichen Amplitudenänderung von 1 :25 der Eingangsspannung UE(t) erhöht sich die mögliche maximale Phasenverschiebung nur auf ca. 2,5°.The threshold circuit SW contains the operational amplifier OV4 for edge steepness and level adjustment, the plus input of which is supplied with the square-wave voltage ± UR. An ohmic resistor RS is located between the two inputs , while a capacitor C2 is connected to the minus input and is connected to a direct voltage - UB . This circuit has the advantage that the switching shaft of the! Comparator OV4 automatically moves along with changes in the mean DC value of the square-wave voltage ± UR . The reference voltage Ul of the comparator OVA "floats" with the voltage at point c. For this purpose, the time constant Vk = C2 · R 8 > T _{max must be} set, where T _{max is} the maximum period of the input signals UE (t) . With a gain of the amplifier VE of approximately 120, the circuit described has a basic phase shift of only 1.5 °. With a frequency variation of the input signal of 1: 250 and an additional amplitude change of 1:25 in the input voltage UE (t) , the possible maximum phase shift only increases to approx. 2.5 °.

Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß alsAn advantageous embodiment provides that as

veränderbarer Kondensator der Differenzierstufe eine Kapazitätsdiode verwendet wird.variable capacitor of the differentiating stage a capacitance diode is used.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for converting an input signal with variable period duration into a square-wave output signal by means of a monitoring circuit to which both the input signal and a reference voltage are fed, characterized in that the monitoring circuit (VG, DV) is connected to the output of a differentiating stage (R, C ) is connected and the amplitude of the square wave voltage obtained by the differentiation is determined and, in the case of amplitude values deviating from a nominal value, a change in at least one of the two elements (R and / or C) determining the time constant of the differentiating stage takes place in a manner known per se If the amplitude values of the square wave voltage are too small, they are increased and, conversely, if the amplitude values are too large, they are reduced so that the quality of the differentiation is essentially retained regardless of the period duration (T) of the input signal (UE)

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the change in the time constant τ of the differentiating stage (R, C) takes place in such a way that the ratio T: v is kept constant, T being the Periodei.Jaucr of the input signal (UE) .

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the monitoring circuit is supplied with a reference voltage (UV) , when it is exceeded or undershot by the amplitudes of the square-wave voltage {± UR) the control signal for at least one of the time constant-determining elements (R and / or C) is derived.

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the reference voltage (UV) is derived from the input voltage (UE) .

5. Circuit arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that the rectified square-wave voltage (± UR) and the reference voltage (UV) are fed to a differential amplifier (DV) which supplies the control voltage.

6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that a full-wave rectification of the square-wave voltage (± UR) is carried out.

7. Circuit arrangement according to claim 6, characterized in that in each case one half-wave of the square-wave voltage is current-wise (through Di, R 3 ", R3, R3 '" in Fig. 7) and in each case the other half-wave (through D 2, A3' in Fig . 7) evaluated in terms of voltage and fed separately to a differential amplifier (OV2 in FIG. 7).

8. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that an amplifier (VE) is provided for the square-wave voltages with a high gain factor before the connection of the monitoring circuit.

9. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a field effect transistor (FET in Figure 7), in particular with a low channel resistance, is used as the variable ohmic resistance (R) of the differentiating stage.

10. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the square-wave voltage (± UR) is fed to one input of an operational amplifier (OV4 in Fig.7), the two inputs of which are connected via an ohmic resistor (R% in Fig.7) are that a capacitor (C2 in Fig. 7) is also connected to the second input, which is connected to a direct voltage (-UB in Fig. 7) and that the time constant (r * in Fig. 7) of the the ohmic resistance (RS in Fig.7) and the capacitor (C2 in Fig.7) formed C element is significantly greater than the maximum time constant (τ) of the differentiating stage (R, C).

11. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a capacitance diode is used as the variable capacitor (C) of the differentiating stage.