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Stand der Technik
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Bekannt ist ein Drehzahl-Spannungs-Wandler, bei dem das sinusförmige
husgangssignal eines Generators über einen Schwellwertschalter einer monostabilen
kippstufe zugeführt wird und das Ausgangssignal dieser monostabilen Kippstufe anschließend
gemittelt wird. Da die monostabile Kippstufe ein Ausgangssignal konstanter Dauer
abgibt und die Wiederholrate durch die Frequenz bestimmt wird, entspricht der der
über der Zeit gemittelte Ausgangswert der monostabilen Kippstufe der Frequenz.
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Nachteilig an diesen bekannten Drehzahl-Spannur.gs-5rTandlern ist
seine Trägheit, da für den Vorgang der Mittelung zwangsläufig mehrere aufeinanderfolgende
Impulse ausgewertet werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst schnellen
Drehzahl-Spannungs-Wandler zu schaffen, damit das Drehzahlsignal möglichst verzögerungsfrei
zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht.
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Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Drehzahl-Spannungs-Wandler
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber dem bekannten
Wandler den Vorteil einer sehr schnellen Arbeitsweise. Darüber hinaus zeichnet sich
der erfindungsgemäße Wandler durch eine große Exaktheit aus.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten .Maßnahmen sind vorteilhafte
Ausgestaltungen des im Hauptanspruch angegebenen Drehzahl-Spanr.ungs-Wandlers möglich.
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Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden im folgenden beschrieben und näher erläutert. Es zeigen Fig.
1 ein Blockschaltbild des Drehzahl-Spannungs-Wandlers, Fig. 2 ein ausführliches
Schaltbild zum Gegenstand der Fig. 1 und Fig. 3 ein Impulsdiagramm zur Erläuterung
der Wirkungsweise des in Fig. 2 dargestellten Gegenstandes.
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Beschreibung der Erfindung In Fig. 1 ist ein Drehzahl-Spannungs-Wandler
für die Steuereinrichtung einer Brennkraftmaschine dargestellt. Mit 10 ist ein Generator
bezeichnet, der mit einer Welle der Brennkraftmaschine verbunden ist und an seinem
Ausgang ein sinusförmiges und in der Frequenz drehzahlproportionales Ausgangssignal
abgibt. Dem Generator 10 folgt eine Reihenschaltung aus einem Filter 11, einem Schmitt-Trigger
12 sowie einem Löschimpulsgeber 13. Eine Speichereinrichtung ist mit 14 bezeichnet
und sie ist aus einer Konstantstromquelle 15 aufladbar und mittels der Löschimpulse
vom Löschimpulsgenerator 13 entladbar. Dieses Zusammenspiel von Ladung und Entladung
des Speichers 14 ergibt an seinem Ausgang ein sägezahnförmiges Signals, welches
einem Spitzenwertmesser 16 zugeleitet wird. Am Ausgang dieses Spitzenwertmessers
16 ergibt sich ein in seiner Höhe exakt drehzahlabhängiges Ausgangssignal, und dieses
Ausgangs signal kann als Drehzahlsignal für verschiedene und nicht dargestellte
Steuereinrichtungen der Brennkraftmaschine verwendet werden.
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Fig. 2 zeigt eine Realisierungsmöglichkeit des in Fig. 1 als Blockschaltbild
dargestellten Drehzahl-Spannungs-Wandlers. Dabei sind die einzelnen diskreten Bauelemente
gruppenweise umfaßt und mit den gleichen Bezugszeichen versehen,
die
auch in der Fig. 1 verwendet werden. Die konkrete Schaltungsanordnung von Fig. 2
weist eine Plusleitung 20 und eine Minusleitung 21 auf.
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Das Filter 11 enthält an seinem Eingang eine Diode 22, deren Anode
mit dem Verbindungspunkt zweier Widerstände 23 und 24 gekoppelt ist. Während die
andere Seite des Widerstandes 23 mit der Plusleitung 20 in Verbindung steht, führt
der Widerstand 24 zum Ausgang 25 des Filters, von dem aus eine Parallelschaltung
von Kondensator 26 und Diode 27 gegen Masse liegt.
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Der Schmitt-Trigger 12 besteht aus einem Transistor 28, der emitter-
und kollektorseitig über je einen Widerstand 29 und 30 mit der Plusleitung. 20 und
der Minus leitung 21 verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 28 steht mit der
Basis eines weiteren Transistors 31 in Verbindung, die beiden Emitter der beiden
Transistoren 28 und 31 sind miteinander gekoppelt. Der Kollektor des Transistors
31 steht über einen Widerstand 32 mit der Plus leitung 20 in Verbindung. Außerdem
bildet der Kollektor den Ausgang 33 des Schmitt-Triggers 12.
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Der Löschimpulsgeber 13 besteht aus einer einfachen monostabilen Kippstufe
(sparmono). Vom Eingang führt ein Kondensator 35 zu einem Verbindungspunkt zweier
Widerstände 36 und 37, wobei der Widerstand 36 gegen die Plusleitung 20 geschaltet
ist und der Widerstand 37 zur Basis eines Transistors 38 geführt ist. Emitterseitig
liegt dieser Transistor 38 an der Plusleitung 20, während sein Kollektor über einen
Spannungsteiler aus zwei Widerständen 39 und 40 mit der Minusleitung 21 gekoppelt
ist. Am Verbindungspunkt der beiden Widerstände 39 und 40 ist die Basis eines Transistors
42 angeschlossen, dessen Emitter unmittelbar mit der Minusleitung 21 gekoppelt ist
und dessen Kollektor über einen Widerstand 43 mit der Plusleitung 20 in Verbindung
steht.
Außerdem bildet der'Kollektor dieses Transistors 42 den Ausgang des Löschimpulsgenerators
13.
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Den Speicher 14 bildet ein Kondensator 45, dem die Kollektor-Emitter-Strecke
eines Transistors 45 parallel liegt.
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Seine Ansteuerung erhält dieser Transistor 46 von einem gegen Masse
geschalteten Spannungsteiler aus den Widerständen 47 und 48, wobei der Widerstand
47 mit dem Kollektor des Transistors 42 verbunden ist.
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In Reihe zu Kondensator 45 und Transistor 46 liegt ein als Konstantstromquelle
geschalteter Transistor 50, der emitterseitig über einen Widerstand 51 an der Plusleitung
20 liegt.
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Der Basis dieses Transistors 50 ist ein Operationsverstärker 52 vorgeschaltet,
dessen Minus-Eingang mit dem Emitter des Transistors 50 gekoppelt ist, und dessen
Plus-Eingang am Verbindungspunkt eines Spannungsteilers aus zwei Widerständen 54
und 55 zwischen der Plus leitung 20 und der Plus leitung 21 liegt. Zusätzlich ist
die Basis des Transistors 50 noch über einen Widerstand 56 mit der Plusleitung 20
gekoppelt.
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Der dem Speicher 14 von Fig. 1 bzw. dem Kondensator 45 von Fig. 2
nachgeschaltete Spitzenspannungsmesser weist zwei Operationsverstärker 55 und 56,
einen Transistor 57 Sowie einen Kondensator 58 auf. Zusätzlich liegt dem an Masse
liegenden Kondensator 58 ein hochohmiger Widerstand 59 parallel. Der der Masseleitung
21 abgewandte Anschluß des Kondensators 45 ist zum Pluseingang des Operationsverstärkers
55 gerührt, dessen Ausgang mit der Basis des Transistors 57 gekoppelt ist. Sowohl
von der Basis, als auch vom Kollektor dieses Transistors 57 führt je ein Widerstand
60 und 61 zur Plus leitung 20. Emitterseitig steht der Transistor 57 direkt mit
dem parallelliegenden RC-Glied (58, 59) in Verbindung und zusätzlich unmittelbar
mit dem Pluseingang des Operationsverstärkers 56. Der Ausgang dieses Operationsverstärkers
56 ist gleichzeitig Ausgang des Spitzenspannungsmessers 16 und
folglich
ebenfalls Ausgang des Dreffzahl-Spannungs-Wandlers.
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Beide Operationsverstärker 55 und 56 sind direkt vom Ausgang des Operationsverstärkers
56 gegengekoppelt.
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Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung von Fig. 2 ist wie folgt:
Das sinusförmige Ausgangssignal des Generators 10 wird im Filter 11 von Störungen
befreit, d.h. Störungen werden in diesem Filter 11 unterdrückt. Erreicht das Sinussignal
eine bestimmte Höhe, dann schaltet der Transistor 28 durch und der Transistor 31
sperrt. Der Potentialanstieg am Kollektor des Transistors 31 wird über den Kondensator
35 übertragen und sperrt den Transistor 38 und in der Folge den Transistor 42. Die
Zeitdauer dieses Sperrens orientiert sich an der Dimensionierung der Werte des Kondensators
35 und insbesondere des Widerstandes 36. Aufgrund des Sperrens des Transistors 42
wird der Transistor 46 parallel zum Kondensstor 45 für eine bestimmte Zeit leitend
gesteuert und entlädt diesen Kondensator. Während dieser Entladephase übernimmt
auch die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors 46 den Strom aus der Konstantstromquelle
mit dem Transistor 50. An diesem Kondensator 45 steht infolge der wechselnden Auf-
und Entladungen eine sägezahnförmige Spannung an, deren Frequenz sich nach der Frequenz
des Ausgangssignal des Generators 10 richtet. Gleichzeitig ist der Maximalwert der
Kondensatorspannung wegen des linearen Aufladevorganges proportional zur Periodendauer.
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Im Spitzenspannungsmesser 16 wird bei positiver Eingangsspannung der
Transistor 57 leitend und lädt den Kondensator 58 auf. In der Folge steigt auch
das Ausgangssignal des Verstärkers 56 an und über die Gegenkopplung der Operationsverstärker
55 und 56 wird die Spannung über den Kondensator 58 nur soweit der Eingangsspannung
nachgeführt, als die Ausgangsspannung die Eingangsspannung nicht übersteigt. Da
der Wert des Widerstandes 59 sehr hoch liegt, ergibt sich eine
große
Entladezeitkonstante des Kondensators 58, was zur Folge hat, daß die Kondensatorspannung
zumindest annähernd auf konstantem Potential gehalten wird. Ändert sich die Höhe
der Eingangsspannung, dann wird bei geringerer Eingangsspannung die Entladung des
Kondensators zur Nachführung ausgenützt, während bei einer Spannungs erhöhung am
Eingang der Kondensator 58 über den Transistor 57 höher aufgeladen wird.
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Dargestellt ist der Zusammenhang von Ein- und Ausgangsspannung des
Spitzenspannungsmessers 16 in Fig. 3. Man erkennt, daß die Spannung über den Kondensator
58 jeweils dann erhöht wird, wenn die Eingangsspannung die Spannung über diesen
Kondensator übersteigt.
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Mit dem vorstehend beschriebenen Drehzahl-Spannungs-Wandler lassen
sich sehr exakte periodendauerproportionale Gleichspannungswerte erzeugen. Da die
Korrektur der Ausgangsspannung von Drehzahlimpuls auf Drehzahlimpuls stattfindet,
ist die Trägheit dieses Drehzahl-Spannungs-Wandlers im Frequenzbereich, der bei
Brennkraftmaschinen interessant ist, sehr gering.