DE2405416C2 - Schaltung zum Erzeugen elektrischer Rechteckimpulse - Google Patents
Schaltung zum Erzeugen elektrischer RechteckimpulseInfo
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Description
a) eine von einer ersten Gleichstromquelle (24) gespei^e Eingangssignal-Impedanz (10) zum
Erzeugen eines dem einen Eingang des Vergleichers (38) zugeführten Spannungssignals
mit einer einer Nullsignalbedingung entsprechenden Gleichspannungskomponente und einer
überlagerten, dem Eingangssignal entsprechenden Wechselspannungskomponente, die jeweils einen ersten Spitzenwert und einen
nachfolgenden invertierten Spitzenwert aufweist,
b) durch eine von einer zweiten Gleichstromquelle (26) geypeiste Bezugssignal-Impedanz (42) zum
Erzeugen eines dem anderen Eingang des Vergleichers (3k) zugciuhrten Gleichspannungs-Bezugssignaris,
dessen Größe die Gleichspannungskomponente u:; einen bestimmten
Wert übersteigt und kleiner als der jeweils erste Spitzenwert des Spannungssignals ist,
c) durch eine gesteuerte dritte Gleichstromquelle (46), deren Steuerstrom von dem dritten
Spitzenwert der jeweils vorhergehenden Wechselspannungskomponente des Spannungssignals
abhängig ist und zum gesteuerten Verändern des Bezugssignals ebenfalls die Bezugssignal-Impedanz (42) durchfließt,
d) und durch an den Ausgang des Vergleichers (38) angeschlossene Schaltmittel (54), die in Abhängigkeit
von dem zweiten Ausgangssignal-Pegel das Bezugssignal bis zu der einer Nullsignalbedingung
entsprechenden Gleichspannungskomponente des Spannungssignals verändern, um ein Umschalten von dem zweiten auf den ersten
Ausgangssignal-Pegel beim Nulldurchgang der Wechselspannungskomponente des ■Spannungssignals
durchzuführen.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erzeugen elektrischer Rechteckimpulse, die eine definierte Amplitude
sowie Impulsdauer und in bezug auf ein amplitudenvariables Eingangssignal eine vorbestimmte
Phasenlage haben, mit einem Vergleicher, dem an einem Eingang ein von dem Eingangssignal abhängiges
Spannungssignal sowie an einem anderen Eingang ein Bezugssignal zugeführt werden und der in Abhängigkeit f>5
davon, ob das Bezugssignal oder das Spannungssignal überwiegt, einen ersten oder einen zweiten Ausgangssignal-Pegel
erzeugt, wobei die Größe des Bezugssignals in Abhängigkeit von der Amplitude des Spannungssignals
nachgeführt wird.
Eine solche Schaltung ist aus der DE-OS 15 37 116 bekannt und dient zur pegelunabhängigen Amplitudenbegrenzung
von Impulsen ohne Veränderung der Halbwertdauer. Die bekannte Schaltung ist insbesondere
für die Fernsehtechnik bestimmt, bei der die international genormte Breite der Synchron- und
Austastimpulse in einem Fernsehsignal bei fO% der Impulsamplitude gemessen wird. Den Impulseingängen
von Fernseh-Studiogeräten sind Begrenzer nachgeschaltet, damit unabhängig von der Form und Größe der
den Geräten 2ugeführten Impulse regenerierte Impulse mit der gleichen Halb.trertdauer wie die zugeführten
Impulse erhalten werden.
Bei der bekannten Schaltung entsteht ein definierter Ausgangsimpuls immer dann, wenn das impulsförmige
Eingangssignal gerade eine solche Größe hat, daß 50% seiner Impulsamplitude erreicht sind. Das bedeutet, daß
das Ausgangssignal im Bereich der abfallenden Impulsflanke des Eingangssignals beginnt und im Bereich der
ansteigenden Impulsflanke des Eingangssignals endet. Die Phasenrelation zwischen den Ausgangs- und den
Eingangssignalen hängt somit von der Flankenbeschaffenheit der Eingangssignale ab. Bezogen auf das
Eingangssignal enthält das Ausgangssignal keine Aussage über den exakt» Beginn bzw. das exakte Ende des
Eingangssignals. Dies ist für verschiedene andere Einsatzzwecke von grundsätzlichem Nachteil.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Schaltung besteht darin, dali zumindest beim anfänglichen Betrieb
nur eine sehr begrenzte Störunterdrückung erfolgt, da die dem Transistor zugeführte Spannung am Kondensator
wegen der Ohmschen Widerstände stets 50% der Amplitude des Eingangssignals ausmacht. Beim Einschalten
und nach längeren Impulspausen ist jedoch das Bezugssignal gleich Null. Demnach beginnt der
Ausgangsimpuls bereits im Anfangsbereich der abfallenden Flanke des Eingangssignais, und es können in
diesem Zusammenhang auch leicht Störimpulse zumindest so lange ausgewertet werden, bis die Bezugssignalschwelle
von 50% erreicht ist
Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Schaltung so auszubilden, daß auch beim Einschalten sowie nach
größeren Impulspausen eine einwandfreie Störunterdrückung möglich ist und sich eine eindeutige
vorbestimmte Phasenlage zwischen den Ausgangs- und den Eingangssignalen ergibt.
Die Lösung diener Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
a) eine von einer ersten Gleichstromquelle gespeiste Eingangssignal-Impedanz zum Erzeugen eines dem
einen Eingang des Vergleichers zugeführten Spannungssignals mit einer einer Nullsignalbedingung
entsprechenden Gleichspannungskomponente und einer überlagerten, dem Eingangssignal
entsprechenden Wechselspannungskomponente, die jeweils einen ersten Spitzenwert und einen
nachfolgenden invertierten Spitzenwert aufweist,
b) durch eine von einer zweiten Gleichströmquelle gespeiste Bezugssignal-Impedanz zum Erzeugen
eines dem anderen Eingang des Vergleichers zugeführten Gleichspannungs-Bezugssignals, dessen
Größe die Gleichspannungskomponente um einen bestimmten Wert übersteigt und kleiner als
der jeweils erste Spitzenwert des Spannungssignals ist,
c) durch eine gesteuerte dritte Gleichstromquelle, deren Steuerstrom von dem ersten Spitzenwert der
jeweils vorhergehenden Wechselspannungskomponente des Spannungssignals abhängig ist und
zum gesteuerten Verändern des Bezugssignals ebenfalls die Bezugssignal-Impedanz durchfließt,
d) und durch an den Ausgang des Vergleichers angeschlossene Schaltmittel, die in Abhängigkeit
von dem zweiten Ausgangssignal-Pegel das Bezugssignal bis zu der einer Nullsignalbedingung
entsprechenden Gleichspannungskomponente des Spannungssignals verändern, um ein Umschalten
von dem zweiten auf den ersten Ausgangssignal-Pegel beim Nulldurchgang der Wechselspannungskomponente
des Spannungssignals durchzuführen.
Die erfindungsgemäße Schaltung führt zu einer besseren Störunterdrückung und einer exakten Phasenlage
zwischen den Ausgangs- und den Eingangssignalen. Bereits beim Einschalten und nach längeren Impulsen
erfolgt eine sichere Störunterdrückimg dadurch, daß auch bei fehlendem Steuerstrom von der gesteuerten
dritten Gleichstromquelle gemäß Merkmal c; eine von der zweiten Gleichstromquelle gemäß Merkmal b)
vorgegebene Spannungsschwelle überschritten werden muß, ehe eine Auswertung erfolgen kann. Für die den
ersten Eingangsimpuls folgenden Eingangsimpulse ermöglicht die gesteuerte dritte Gleichstromquelle in
geeigneter Weise ein Nachführen der Größe des Bezugssignals bzw. der Schaltschwelle in Abhängigkeit
von der Amplitude des Spannungssignals. Trotz dieser Maßnahmen zur Störunterdrückung kann eine exakte
Phasenbeziehung des Ausgangssignals zum Eingangssignal aufrechterhalten werden, indem gemäß dem
Merkmal d) die an den Ausgang des Vergleichers angeschlossenen Schaltmittel dafür sorgen, daß nach
dem Beginn eines Ausschaltsignals das dem zweiten Eingang des Vergleichers zugeführte Bezugssignal bzw.
die Schaltschwelle so weit abgesenkt wird, daß das Bezugssignal, d. h. die Schaltschwelle, der Gleichspannungskomponente
des dem ersten Eingang des Vergleichers zugeführten Spannungssignals entspricht.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 die schematische Darstellung eines Meßwert-Umformers
zur Drehzahlmessung in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Schaltung,
F i g. 2 ein Blockschaltbild dieser Schaltung,
F i g. 3 einen Wirkschaltplan der Schaltung und
F i g. 4a, 4b, 5a, 5b, 6a, 6b Diagramme zur Veranschaulichung
der an verschiedenen Stellen der Schaltung nach Fig.2 bzw. 3 auftretenden Spannungssignale als
Funktion der Zeit für verschieden große Eingangssignale.
In F i g. 1 ist mit 10 ein magnetischer Meßwertumformer
bezeichnet, welcher die Drehung eines rotierenden Gliedes 12 dadurch erfaßt, daß das Vorbeibewegen
einer Aussparung 14 in der Nähe des Umformers 10 ein Ausgangssignal erzeugt, welches über eine Leitung 16
von einem Signalverstärker 18 empfangen wird. Die Aussparung 14 bildet eine magnetische Unterbrechung,
die von dem magnetischen Umformer 10 abgetastet wird. Wenn der Umformer 10 beispielsweise ein
Umformer mit einem Permanentmagneten ist, der über die !Leitung 16 mit einem Bezugsstrom gespeist wird,
wird er ebenso ein magnetisches Feld wie eine Dautrgleichspannung an der Leitung 16 erzeugen. Das
Passieren der Aussparung 14 wird das vom Umformer 10 erzeugte magnetische Feld und demzufolge die an
der Leitung 16 anstehende Spannung stören. Diese Spannungsänderung wird von dem von einer Batterie 20
betriebenen Signalverstärker 18 empfangen und an einen Verbraucher 22 weitergegeben. Das Vorbeibewegen
der von der Aussparung 14 gebildeten magnetischen Unterbrechung von dem magnetischen Umformer
10 gibt das Erreichen einer ausgewählten Winkelstellung zwischen dem rotierenden Glied 12 und
dem Umformer 10 an, und diese Information kann von dem Verbraucher 22 dazu verwendet werden, einen
Steuervorgang auszulösen oder zu beenden. Wenngleich das rotierende Glied 12 mit nur einer
magnetischen Unterbrechung in Form einer Aussparung oder Lücke 14 dargestellt ist, kann das rotierende
Glied 12 auch leicht mit mehr als einer magnetischen Unterbrechung ausgestattet werden, und die magnetischen
Unterbrechungen können stau Aussparungen die Form von vorstehenden Zähnen besitzen. Es leuchtet
ein, daß b^i Drehung des rotierenden Gliedes 12 mit
verhältnismäßig hoher Drehzahl e·. «ußers; erwünscht
ist, daß dieses Glied gut ausgcwi'^hiei ist. Die
Anordnung komplementärer magnetischer Unterbrechungen ist deshalb zu empfehlen. Trotzdem kann die
Drehung des Gliedes 12 mit hoher Drehzahl unter normalen Lagerungsverhältnissen leicht dazu führen,
daß der Luftspalt zwischen dem magnetischen Umformer 10 und dem rotierenden Glied 12 sich etwas
während dessen Drehung ändert, was die Folge eines Lagerverschleißes, eines Mangels an vollständiger
Rundheit des Gliedes 12 oder von Schwingungen sein kann. Diese leichten Änderungen im Luftspalt zwischen
dem Glied 12 und dem Umformer 10 bei hohen Drehzahlwerten können leicht zu Schwankungen der
Spannung (Störungen) an der Leitung 16 führen, die ebensogroß sein können wie die Spannungsänderungen
infolge des Vorbeibewegens der magnetischen Unterbrechung vor dem Umformer 10 bei niedrigeren
Drehzahlwerten des Gliedes 12 an der Leitung 16. Es läßt sich somit erkennen, daß der Signalverstärker 18
zwecks Unterdrückung dieser Störsignale mit besonderen Mitteln zur Bestimmung versehen sein muß, ob es
sich bei dem an der Leitung 16 auftretenden Signal um ein das Vorbeibewegen einer magnetischen Unterbrechung
14 vor dem Umformer 10 anzeigendes Eingangssignal oder ein Störsignal handelt, welches lediglich eine
Schwankung der Luftspaltbreite zwischen dem Glied 12 und dem Umformer 10 anzeigt. Der Signalverstärker 18
muß, mit anderen Worten, das empfangene Signal als Eingangssignal bestätigen, bevor die Signalauswertung
erfolgen kann.
In F i g. 2 ist die den Signalverstärker 18 bildenden Schaltung gemäß der Erfindung in Form eines
P-locI Schaltbildes dargestellt Die Schaltung nach F i g. 2
wird von einer mit B+ bezeichneten Spannung betrieben, die beispielsweise die 12-Volt-Nennspannung
einer Kraftfahrzeugbatterie — entsprechend der Batterie 20 in Γ i g. 1 — sein kann. Der magnetische
Umformer 10 wird bei dieser Ausführungsform von dem Signalverstärker 18 gespeist. Der Signalverstärker 18
besteht aus zwei Stromkonstanthaltern 24 und 26, welche Gleichstromquellen für Ströme /31 und Ib2
bilden. Der Stromkonstanthalter 24 Hefen einen Strom über eine Diode 28 und einen Widerstand 30 für den
magnetischen Umformer 10. Wie dargestellt, besteht der magnetische Umformer 10 aus einer Eingangssignal-Impedanz
mit einer Induktivität 32 und einem inneren Widerstand 34, die aus Zweckmäßigkeitsgrün-
den getrennt dargestellt sind. Die eine Seite der Diode 28 ist über eine Leitung 36 mit dem Eingang eines als
Differentialverstärker ausgebildeten Vergleichers 38 verbunden. Der Vergleicher 38 liegt außerdem an der
Spannung B+. Der Stromkonstanthalter 26 bewirkt einen Stromfluß durch eine Diode 40 und einen
Widerstand 42 nach Masse. Die eine Seite der Diode 40 ist mit der Eingangsklemme 44 des Differentialverstar·
kers 38 verbunden.
Ein eine dritte Gleichstromquelle bildender weiterer Stromkonstanthalter 46 liefert einen Strom Ir und stellt
mit der Leitung 36 über eine Leitung 48 in Verbindung. Er erzeugt ferner einen Alisgangsstrom, der in einem
vorbestimmten Verhältnis zur Spannung an der Leitung 36 steht. Dieses Verhältnis wird im einzelnen weiter
unten erläutert. Der Strom /< fließt durch eine Diode 50 und einen Widerstand 42 zur Masse, der eine
Bezugssignal-Impedanz bildet. Parallel zur Diode 50 ist
52 t?e<:r'h3!ti>t Ein
54
seinem Kollektor an die eine Elektrode der Diode 48. init seinem Emitter an Masse und mit seiner Basis an die
Ausgangsklemme 56 des Vergleichers 38 angeschlossen. Der Transistor 54 arbeitet als Schallmittel zur
unmittelbaren Ableitung des Stroms Ic zur Masse, wenn
er angesteuert ist, und zur gleichzeitigen Parallelschaltung des Widerstands 52 parallel zum Widerstand 42.
Bei der in F i g. 2 gezeigten Schaltung ist die Diode 28
mit dem positiven Eingang des Vergleichers 38 verbunden, während die Anode der Diode 40 mit dem
negativen Eingang des Vergleichers 38 verbunden ist. Mit dieser Anordnung stellt die an der Anode der Diode
40 auftretende Spannung den Bezugswert dar. und die Spannung an der Diode 28 bildet das Eingangssignal.
Wenn immer dieses Eingangssignal größer ist als die Bezugsspannung, ist das Ausgangssignal des Vergleichers
38 verhältnismäßig hoch, und wenn das Potential des Eingangssignals unter der Bezugsspannung liegt, ist
das Ausgangssignal des Vergleichers 38 auf einem niedrigen Wert bzw. dem Massenpotential. Der
Widerstandswert des Widerstands 42 und d; e Größe des Stroms /ο: des Stromkonstanthalters 26 schaffen in
bezug auf den vom Stromkonstanthalter 24 gelieferten Strom /si und die Widerstandswerte des Widerstands
30 und des Innenwiderstands 34 eine etwas höhere positive Spannung an der Anode der Diode 40. als sie an
der Anode der Diode 48 für der. Dauerzustandswert des Stromes /si auftritt. Somit wird das Ausgangssignal des
Vergleichers 38 normalerweise den niedrigen Wert aufweisen. Wenn beispielsweise die Ströme /si und /s:
im wesentlichen gleich groß und der Widerstandswert des Widerstandes 42 etwas größer als der Gesamtwiderstandswert
der Widerstände 30 und 34 gemacht werden, wird der Vergleicher 38 sich im ausgeschalteten
oder Nullsignal-Zustand befinden.
Mit Bezug auf die Fig.4a und 4b wird die an der
Eingangsklemme 36 des Vergleichers 38 im Nullsignaloder Dauerzustand eine Gleichspannung V55 anstehen.
Bei Auftreten einer magnetischen Unterbrechung entsprechend der Aussparung 14 im rotierenden Glied
12 (F i g. 1) und eines Stroms in der Siignalleitung 16 vom
magnetischen Umformer 10 wird das Passieren der magnetischen Unterbrechung in der Nähe des Umformers
10 anzeigende Signal zunächst die an der Leitung 16 und daher an der Eingangsklemme 36 des
Vergleichers 38 anstehende Spannung veranlassen, in ihrer Größe auf einen gewissen Scheiteiwert anzusteigen,
hierauf auf einen negativen Scheitelwert von angenähert gleicher Größe unterhalb des Dauern^
standswertes V'„ wie der erstgenannte Scheitelwert
oberhalb des Datierzustandswertes abzufallen und hierauf zum Dauerzustandswert zurückzukehren. Dieses
Signal wird angenähert ein sinusförmiges Signal mit einer Größe und einer Periodendauer proportional der
Drehzahl sein, das dem Dauerzustandswert überlagert wird. F i g. 4a zeigt ein Signal I für eine verhältnismäßig
geringe Anfangsgeschw indigkeit der magnetischen Unterbrechung, während Fig. 4b ein Signal 2 für eine
höhere solche Geschwindigkeit zeigt. Aus der Betrachtung läßt sich leicht erkennen, daß die Größe des Signals
i entsprechend einem Drehzahlverhältnis von angenähert 4 : I ist. Die Zeitmaßstäbe auf den Abszissen dieser
Diagramme sind zur Erleichterung der Darstellung verschieden und demzufolge nicht maßgebend für den
Drehzahlunterschied.
Zu Anfang, wenn der unmittelbar vorausgegangene Eingangsimpuls zeitlich ausreichend entfernt war, so
ilaQ der geregelte Strom /. Null ist. wird der an der
Eingangsklemme 44 des Differentialverstärkers 38 auftretende Spannungswert etwas höher positiv als die
Spannung an der Eingangsklemme 36 sein. In den F i g. 4a untl 4b ist die Spannung an der Eingangsklemme
36 mit V1, bezeichnet, während V1 den anfänglichen
Schwellenwert darstellt, der von dem Strom Im und
dem Widerstand 42 bestimmt wird. Der Beginn eines Signals (1 oder 2) wird die an der Eingangsklemme 36
auftretende Spannung veranlassen anzusteigen, und der Vcrgleicher 38 wird dementsprechend an der Klemme
56 einen Ausgangsimpuls 3 (Fig. 5a und 5b) erzeugen,
wenn die Spannung an der Eingangsklemme 36 über den an der Eingangsklemme 44 anstehpnden Schwellenwert
ansteigt, der anfänglich bei V1 liegt. Mit Bezug auf die
F i g. 5a und 5b würde also der Beginn dieses Ausgangssignals zeitlich dem Impuls entsprechen, der
zur Zeit ίο in diesen beiden Figuren beginnt. Das
Auftreten des Ausgangssignals an der Ausgangsklemme 36 wird den Schalttransistor 54 einschalten und dadurch
einen Parallelpfad von der Kathode der Diode 40 über den Widerstand 52 und den gesättigten Schalttransistor
54 zur Masse schaffen. Dies wird zur Folge haben, daß der über den Widerstand 42 fließende Strom und damit
das an der Eingangsklemme 44 des Vergleichers 38 auftretende Bezugssignal vermindert werden. Durch
geeignete Bemessung des Parallelwiderstandes 52 läßt sich der Wert, auf welchem das an der Eingangsklemme
44 auftretende Bezugssignal vermindert wird, leicht steuern. Vorzugsweise wird der Bezugswert auf einen
Wert vermindert, der angenähert gleich dem an der Eingangsklemme 36 unter Nullbedingungen vorhandenen
Gleichspannungswert V«, d. h. gleich der Nulld· .rhgangsspannung
ist. Wenn das Signal (I oder 2) einen Wert erreicht, der dem Wert Va entspricht, wird deshalb
das an der Ausgangsklemme 56 auftretende Ausgangssignal beendet sein und auf den niedrigen Wert
zurückgehen. Der resultierende Impuls wird demgemäß eine Dauer haben, die sich von der Zeit Ib zur Zeit h in
den F i g. 5a und 5b erstreckt
Der Stromkonstanthalter 46 spricht vorzugsweise auf den Scheitelwert an, der an der Eingangsklemme 36
aufgetreten ist, und liefert hieraufhin einen Strom, der
diesem Scheitelwert entspricht Dieser Strom fließt über die Diode 50 und den Widerstand 42, um hieraufhin das
an der EingangsWemme 44 des Vergleichers 38 anstehende Bezugssignal anzuheben. Durch geeignete
Auswahl des Verhäitnsises zwischen dem an der Eingangsklemme 36 auftretenden Scheitelwert und dem
in Abhängigkeit hiervon erzeugten Strom /c kann der
Betrag, um den der an der Eingangsklemme 44 vorhandene Bezugswert angehoben wird, kontrolliert
werden. Vorzugsweise werden die Werte derart ausgewählt, daß für Jas Ansteigen der Spannung an der
Eingangsklemme 44 auf einen Wert gesorgt wird, der -, angenähert gleich der Hälfte des von dem vorausgehenden
Eingangssignal herrührenden Scheitelwertes ist. Dieser \V:rt ist in den F i g. 4a und 4b mit VYbezeichnet.
Um ein A'jsgangssignal an der Ausgangsklemme 56 zu
erzeugen, muß die Eingangsklemme 36 deshalb ein m Signal erhalten, welches diejenige Größe besi'.U,die den
von den kombinierten Strömen Ib2 und /<■ durch den
Widerstand 52 hervorgerufenen Wert V7-erreicht oder
überschreitet. Das nachfolgende Signal, welches diesen Wert erreicht oder überschreitet, wird ein Ausgangssi- ι ,
gnal an der Ausgangsklemme 56 zu einer Zeit hervorrufen, die der Zeit /| in den Fig. 5a und 5b
entspricht. Als Folge des Beginns des Ausgangssignals νι/ίι-Η Aif ^rhgjiiind nsch F! a — wie vorer*.Yshr!i
ansprechen und das Ausgangssignal zur Zeit f2 beenden, _>m
wie in den Fig. 5a und 5b dargestellt ist. Der Schwellenwert V1 kann von einem Eingangssignal zum
nächsten konstant gehalten werden oder, wie nachstehend in Verbindung mit Fig. 3 näher erläutert,
schwanken oder in vorgeschriebener Weise von einem :ί
Eingangssignal zum nächsten abfallen. In jedem Falle ist die Wiederherstellung des Schwellenwertes Vr für jedes
Eingangssignal in Hinblick auf eine größtmögliche Genauigkeit der Entstörung erwünscht.
Wie Fig.2 zeigt, ist die Ausgangsklemme 56 des «>
Vergleit'lers 38 außerdem mit einem Impulsformer 58 verbunden, der seinerseits eine Ausgangsklemme 60 hat.
Der Impulsformer 58 kann so ausgebildwet sein, daß er auf den nach unten gehenden Übergang des vom
Vergleicher 38 erzeugten Impulses als dessen Ausgangs- y, signal anspricht und dadurch an der Ausgangsklemme
60 einen Impuls 4 von einer Größe und einer Dauer erzeugt, die unabhängig von dem durch den Vergleicher
38 erzeugten Impulsen 3 ist und einen zeitlichen Anfangspunkt hat, welcher der Beendigung der Impulse 4u
3 entspricht. Die Zeitdauer des Impulses 4 wird sich deshalb von der Zeit h bis zur Zeit fj erstrecken und
unabhängig von den Impulsen 3 und ebenso unabhängig von dem vom magnetischen Umsetzer 10 erzeugten
Signal sein.
In F i g. 3 ist nun eine Ausführungsform des in F i g. 2 gezeigten Blockschaltbildes in seinen Einzelheiten
dargestellt. Zur Erleichterung haben identische elektrische Schaltkomponenten in den F i g. 2 und 3 die
gleichen Bezugsziffern. Die Schaltung nach Fig.3 besteht aus einer Stromquelle 100, welche die beiden
Ströme h\ und hi abgibt. Die Stromquelle 100 besteht
aus einer Konstantspannungsquelle 102, einer Stromspiegelungseinrichtung
104 und zwei mit ihren Basen und ihren Emittern paarweise gekuppelten Transistoren
106 und 108. Die Transistoren 106 und 108 sind derart
aufeinander abgestimmt und miteinander verbunden, daß sie eine zweite Stromspiegelungsanordnung bilden.
Die Konstantspannungsquelle 102 besteht aus einer Zenerdiode 110, einem ohmschen Widerstand 112 und
einem weiteren ohmschen Widerstand 114. Diese Schaltung bewirkt einen festgelegten konstanten
Stromfluß durch den Widerstand 1IZ Die Stromspiegelungsanordnung
104 besteht aus zwei mit den Basen und den Emittern paarweise gekuppelten, aufeinander
abgestimmten Transistoren 116, 118, wobei der Kollektor des Transistors 116 an die gemeinsame Basis
über eine Leitung 120 angeschlossen ist Diese Anordnung bewirkt, daß in dem Transistor 118 über
dessen Kollektor ein konstanter Strom eintritt, der im wesentlichen gleich dem Stromfluß durch den Widerstand
112 ist. Der Kollektor des Transistors 118 ist an
die gemeinsame Basisverbindung der Transistoren 106, 108 angeschlossen. Die Transistoren 106 und 108 sind
vorzugsweise derart aufeinander abgestimmt, daß sie praktisch identische Betriebscharakteristika und besonders
im wesentlichen gleiche Kollektorströme aufweisen. Die gemeinsame Basis der Transistoren 106,108 ist
an den Pol B+ der Spannungsquelle über eine Diode 122 angeschlossen. Der aus der gemeinsamen Basisverbindung
über den Kollektoranschluß des Transistors 118 abgezogene Strom bewirkt im wesentlichen gleiche
Ströme durch die Emitter-Basis-Verbindung eines jeden der Transistoren 106, 108 und ruft deshalb Kollektorströme
in diesen Transistoren hervor, die praktisch identisch sind. Hiermit ist gemeint, daß kleinere
abgestimmten Transistoren 106 und 108 den Strömen /ei und Ib2 — den Kollektorströmen — erlauben, leicht
voneinander abzuweichen, wobei jedoch das Ausmaß der Abweichung vernachlässigbar ist.
Die von der Stromquelle 100 erzeugten Ströme, nämlich die Ströme Ib ι und Ιβϊ werden den als Dioden
geschalteten Transistoren 28, 40 innerhalb des Verstärkerabschnitts
130 zugeleitet. Der Strom lB\ fließt durch den als Diode geschalteten Transistor 28, den
Widerstand 30 und den magnetischen Umsetzer zur Masse. Wegen des festgelegten Spannungsabfalls an der
pn- oder Emitter-Basis-Verbindung und der als Dauerzustand vorliegenden Spannungsdifferenz am Widerstand
30 und dem Innenwiderstand 34 bleibt die Eingangsklemme (hier Verbindung) 36, die an der Basis
des als Diode geschalteten Transistors 28 angeordnet ist, auf einem vorbestimmten Gleichspannungspotential.
In Verbindung mit der Induktivität 32 auftretende Änderungen im magnetischen Feld rufen eine Signalspannung
hervor, die dem Gleichspannungssignal überlagert wird. In den F i g. 4a und 4b ist der Charakter
dieser Signalspannung veranschaulicht. Es läßt sich erkennen, daß für eine rechtwinklige magnetische
Unterbrechung, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, die Signalspannung durch eine Periode eines sinusförmigen
Spannungssignals angenähert werden kann, die dem Gleichspannungswert VM überlagert wird.
Die an der Verbindung 36 anstehende Spannung wird über die Leitung 48, die hier aus Zweckmäßigkeitsgründen
innerhalb der Stromquelle 100 eingezeichnet ist, dem Scheitelwertdetektor 132 zugeleitet. Der Scheitelwertdetektor
132 besteht aus einem emitterfolgegeschalieten Transistor 134, dessen Basis an die Leitung 48
angeschlossen ist, einem ÄC-Glied, bestehend aus einem
Kondensator 136 und einem Widerstand 138, einem Isoliertransistor 140 und einer weiteren Stromspiegelungsanordnung
142. Der Transistor 134 ist an die Emitterfolgeschaltung angeschlossen, so daß die am
Emitter des Transistors 134 auftretende Spannung, die dem ÄC-Glied und hauptsächlich dem Kondensator 136
zugeleitet wird, gleich derjenigen Spannung ist, die an der Leitung 48 ansteht, vermindert um eine pn-Verbindung.
Im Dauerzustand wird sich der Kondensator 136 somit auf den Wert V&, vermindert um den Wert einer
pn-Verbindung, aufladen. In Anwesenheit eines der Eingangsklemme 36 über die Induktivität 32 des
magnetischen Umsetzers 10 auferlegten Eingangssignals wird der Transistor 134 vorwärts vorgespannt, und
die an dessen Emitter auftretende und am Kondensator
136 anstehende Ladespannung wird der Spannung an der Verbindung 36 folgen. Sobald jedoch die Signalspannung
den Scheitel erreicht hat und wieder abzusinken beginnt, wird der Transistor 134 umgekehrt
vorgespannt werden und der Kondensator 136 wird an -, seinen Klemmen eine Spannung haben, die charakteristisch
ist für das von dem magnetischen Umsetzer 10 erzeugte Sparnungssignal. Diese Spannung wird den
Transistor 140 andrehen (vorwärts vorspannen). Diese Spannung wird ferner mit dem Stromfluß über den κι
Widerstand 138 beginnen abzusinken. Der Kollektor des Transistors 140 ist an die gemeinsame Basisverbindung
der Transistoren 146, 148 angeschlossen, welche die weitere Stromspiegelungsanordnung 142 bilden, und
diese Verbindung dient zum Abziehen von Strom von ii
der gemeinsamen Basis. Der Kollektor des Transistors 146 ist ferner an den Kollektor des Transistors 140
angeschlossen. Der Betrag an Strom, der somit in den Kollektor des Transistors 140 fließt, will gerade etwas
(das Zweifache des Basisstroms) oberhalb des Stroms _"i
liegen, der in den Kollektor des Transistors 148 fließt. Der Kollektor des Transistors 148 ist an den
Verstärkerteil 130 und insbesondere an den diodengeschalteten Transistor 50 innerhalb des Verstärkerteils
130 angeschlossen. Die Größe des Stroms /c kann als unmittelbare Funktion der Größe der Spannung
betrachtet werden, die an der Basis des Transistors 140 anliegt und kann durch die Größe des Emitter- oder
Ladewiderstandes 144 gesteuert werden, welcher den Emitter des Transistors 140 mit Masse verbindet. w
Der Verstärker 130 umfaßt ferner einen Vergleicher in der Form des Differentialverstärkers 38, welcher aus
zwei mit ihren Emittern gekuppelten Transistoren 150 und 152 besteht. Die Basis des Transistors 150 ist an die
Verbindung 36 angeschlossen, während die Basis des J5
Transistors 152 an die Basisleitung des diodengeschalteten Transistors 40 gelegt ist. Im Dauerzustand werden
die Ströme Ib\ und /β 2 bewirken, daß die Basis des
diodengeschalteten Transistors 28 (Eingangsklemme oder Verbindung 36) auf dem ersten Potential
verbleiben und die Basis des diodengeschalteten Transistors 40 (Eingangsklemme oder Verbindung 44)
auf einem zweiten Potential bleibt, wobei die verschiedenen Potentiale unabhängig von den Größen der
Ströme Ib\ und hi und den Widerstandswerten der -t>
Widerstände 30, 34 und 42 sind. Im Dauerzustand werden die Widerstandswerte derart gewählt, daß die
Basis des diodengeschalteten Transistors 40 auf einem geringfügig höheren Potential als die Basis des
diodengeschalteten Transistors 28 verbleibt. Dies so bewirkt, daß der Transistor 152 leitend wird, da seine
Basis auf einem höheren Potential bleibt, und daß der Transistor 150 ausgeschaltet wird, da die Leitfähigkeit
des Transistors 152 die gemeinsame Emitterverbindung veranlaßt, auf einem Potential zu verbleiben, das höher
ist als das zur Vorwärtsvorspannung des Transistors 150 erforderliche. Dieses Potential wird im wesentlichen
gleich der Spannung am Kondensator 136 abzüglich des Spannungsabfalls an der Emitter-Basis-pn-Verbindung
des Transistors 140, dividiert durch den Widerstandswert des ohmschen Widerstands 144, sein. Der
Stromfluß durch einen jeden der Transistoren 150 und 152 wird Ober einen Widerstand 154 zur Masse oder
einem gemeinsamen Anschluß abgeleitet Wenn immer die Eingangsklemme 36 sich auf höherem Potent'al als
die Eingangskiemme 44 befindet, wird der Leitfähigkeitszustand
der Transistoren 150, 152 umgekehrt, und es wird dann Strom in den Transistor 150 durch dessen
Kollektor fließen, so daß ein Spannungsabfall an einem Widerstand 13f auftritt. Dieser Spannungsabfall wird
einem in Darlington-Schaltung verbundenen Paar von Transistoren 158, 160 zugeleitet und bewirkt, daß diese
Schaltung leitend wird. Die Leitfähigkeit der Darlington-Schaltung aus den Transistoren 148, 160, die als
Leistungsschalter arbeiten, bewirkt, daß das an der von der Ausgangsklemme 56 gebildeten Verbindung anstehende
Potential ansteigt und ein Strom durch die Widerstände 162, 164 fließt. Dies hat zur Folge, daß ein
Spannungspotential über eine Leitung 166 an einem Widerstand 168 ansteht.
Sowie das Potential an der Eingangsklemme 36 ansteigt, wird die ansteigende Spannung über die
Leitung 48 dem Scheiteldetektor 132 zugeführt, wo sie bewirkt, daß ein Strom lc in dem Kollektor des
Transistors 148 auftritt. Dieser Strom wird normalerweise dem diodengeschalteten 1 ransistor 50 zugeführt,
dessen Basis-Emitter-Verbindung parallel zum Widerstand 52 geschaltet ist. Die Anwesenheit des hohen
Potentials am Schaltungspunkt 56 wird jedoch zur Folge haben, daß der Transistor 54 leitend und mit seinem
Kollektor an die Basis des diodengeschalteten Transistors 50 und mit seinem Emitter an Masse angeschaltet
wird. Somit wird also die Leitfähigkeit des Transistors 54 bewirken, daß die Basis des diodengeschalteten
Transistors 50 ein Potential sehr nahe dem Massenpotential annimmt und der Strom /, zur Masse geshutet
wird. Dies wird ferner den Widerstand 52 in Reihe mit der Koilektor-Emitter-Schaltung des Transistors 54 und
diese Reihenschaltung parallel zu dem Widerstand 52 legen. Der Strom Ib2 wird daher zur Masse über eine
Parallelschaltung abgeleitet, die das Potential am Emitter des diodengeschalteten Transistors 40 verringert,
wodurch der Wert des Bezugssignals herabgesetzt wird, welches an der Eingangsklemme 44 des Vergleichers
38 ansteht. Der Transistor 150 wird in leitendem Zustand gehalten, bis das an der Eingangsklemme 36
anstehende Potential auf einen Wert abgefallen ist, der niedriger als der dann an der Eingangsklemme 44
vorhandene Wert ist.
Der Verstärker 130 enthält ferner eine Zenerdiode 172 als Überspannungsschutz für den Emitter des
diodengeschalteten Transistors 28, einen Filterkondensator 174 zum Filtern des an der Eingangsklemme 36
anstehenden Signals und einen Strombegrenzungswiderstand 176 im Basiskreis des Transistors 54.
Der Impulsformer 58 besteht aus einem Paar integrierter Schaltungskomponenten mit einem sog.
Schmitt-Trigger 178 und einem monostabilen Multivibrator 180. Der monostabile Multivibrator 180 hat zwei
Auslaßleitungen 182 und 184, die zueinander komplementäre Signale abgeben. Der Schmitt-Trigger 178 und
der monostabile Multivibrator 180 werden beide von der mit B+ bezeichneten Spannungsquelle mit Energie
versorgt, welche beispielsweise eine 5-Volt-Spannungsquelle
sein kann. Ein Widerstand 186 bewirkt eine Rückkopplung für den Schmitt-Trigger 178, während
ein Widerstand 188 und ein Kondensator 190 das /?C-Zeitglied für den monostabilen Multivibrator 180
bilden. Der Schmitt-Trigger 178 kann beispielsweise der integrierte Schaltungsbaustein SP384 der Firma Texas
Instruments Inc. sein, während der monostabile Multivibrator 180 der integrierte Schaltungsbaustein 74,
123 derselben Firma ist. Wie hier dargestellt, wird das Signal vom Schmitt-Trigger i78 den Urnkchrcingang
des monostabilen Multivibrators 180 zugeführt, so daß dieser nur auf nach unten gehende Übergänge des
Il
SchmiU-Triggers 178 anspricht. Der Schmitt-Trigger 178 bewirkt ein Zunehmen der Steilheit der Aufwärts-
und Abwärtsübergänge am Ausgang des Vergleichers 38 und schafft in Verbindung mit dem monouabüen
Multivibrator 180 einen Ausgangsimpuls (4 in den Fig. 6a und 6b), der zur Zeit ti beginnt und eine
konstante Dauer bis zum Zeitpunkt /j hat und mit elektronischen Hochgeschwindigkeits-Bauteilen wie
einer Transistor-Transistor-Logic (TTL) beherrschbar ist.
Nachstehend wird die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung unter Bezugnahme auf die F i g. 3.
4a, 'Ib, 5a, 5b, 6a und 6b erläutert. Die Fig. 4a und 4b
zeigen zwei mögliche Bedingungen für die an der Eingiangsklinrrie 36 des Vergleichers 38 anstehende
Spannung. Durch Betrachtung dieser Figuren läßt sich erkennen, daß die Größe des Signalteils der den Betrieb
des magnetischen Umsetzers zuzuschreibenden Spannung stark unterschiedlich sein kann. Unter den
Anfangsbedingungen ist die an der tingangskiemme 44 anstehende Spannung nur geringfügig größer als die an
der .Eingangsklemme 36 anstehende Spannung, wie aus einem Vergleich der Widerstandswerte hervorgeht,
wobei die Ströme Ib\ und Ibi im wesentlichen gleich
sind, Somit kann der Transistor 150 so ausgebildet sein, daß er einen anfänglichen Einschaltwert entsprechend
der Spannung an der Eingangsklemme 36 hat, welcher den für den Zeitpunkt to dargestellten Wert für den
Widerstand 42 und die Widerstände 30 und 34 (12 kiloohm, 10,44 kiloohm) an den Kurven der F i g. 4a und
4b erreicht. Dies wird das an der Ausgangsklemme 56 erscheinende und in den F i g. 5a und 5b dargestellte
Signal veranlassen, vom Zeitpunkt C0 bis zum Zeitpunkt
h anzudauern. Als Folge dieser Anfangsfunktion der Schaltung wird ein Strom /c vom Scheiteldetektor 132
geschaffen, welcher durch den diodengeschalteten Transistor 50 und den Widerstand 42 fließt und bewirkt,
daß die Anfangswerte der an der Eingangsklemme 44 anstehenden Spannung angehoben werden. Durch
Bemessung des Widerstands 144 mit einem Wert, der angenähert den zweifachen Wert des Widerstandes 42
ist, kann der am Widerstand 42 durch den Stromfluß /f
hervorgerufene zusätzliche Spannungsabfall angenähert gleich der Hälfte der am Kondensator 136
aufgebauten Spannung gemacht werden. Da dies den vorausgegangenen Signalscheitelwert darstellt, kann
der Schwellenwert für den Differentialverstärker 38 angenähert gleich der Hälfte des vorausgegangenen
Signalscheitelwerts gemacht werden, und ferner wird der Schwellenwert durch Schaffung einer RC-Zeitkonstante,
die groß, nämlich in diesem Fall ein Zehntel einer Sekunde ist, vom Maximalwert auf einen Wert abfallen,
der allein durch den Strom lBi in einem Ausmaß
bestimmt ist, welche? mit dem Signalabstand und den
Größenschwankungen vereinbar ist, die bei normalen Verzögerungen des rotierenden Gliedes 12 (Fig. 1)
auftreten, wenn dieses von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird. In Anwesenheit eines Ausgangssignals
und der hiervon herrührenden Kurzschh-ßschaltung der Basis des diodengeschalteten Transistors 50
zur Masse und der Reihenschaltung des Transistors 52 mit der Kollektor-Emitter-Verbindung des Transistors
54, beide parallel mit dem Widerstand 42, kann die Ausschaltwelle durch geeignete Auswahl des Widerstandswertes
des Vviderstandes 52 einjustiert werden. Bei der Anwendung der Erfindung auf ein System nach
F i g. \, bei welchem eine genaue Winkellage der Unterbrechung 14 für den magnetischen Fluß in bezug
auf den Umsetzer 10 gewünscht wird, läßt es sich leic.it zeigen, daß der Nulldurchgang der sinusförmigen
Spannung, nämlich des Signals 1 nach den Fig. 4a und
4b im wesentlichen mit den Winkelausrichtungen des Zentrums der Unterbrechung 14 des magnetischen
Kreises mit dem Zentrum des Umsetzers 10 zusammenfällt.
Durch Auswahl eines Widerstr;ndswertes für den ohmschen Widerstand 52, der in Verbindung mit dem
Kollektor-Emitter-Spannungsabfall des Transistors das an der Eingangsklemme 44 anstehende Potential
vermindert auf einen Wert, der im wesentlichen gleich dem Dauerzustands- oder Gleichspannungswert an der
Eingangsklemme 36 ist, kannt das Umschalten des Vergleichers 38 an dem erzeugten Spannunginulldurchgang
sichergestellt werden. Aus diesem Grunde ist der Widerstandswert des ohmschen Widerstandes 52
angenähert auf das Sechsfache des Wertes des Widerstandes 42 bemessen.
Der Impulsformer 58 spricht auf das Umschalten des I ransistors 54 vom leitenden in den nichtleitenden
Zustand und die hierdurch verursachte Anschaltung der Leitung 166 an Masse durch Erzeugung eines Ausgangsimpulses,
wie aes Impulses 4 in den Fig. 6a und 6b an einer seiner Aujgangsleitungen 182, 184 und dur.;h
Erzeugung des Komplementärwertes dieses Impulses an der anderen seiner Ausgangsleitungen 182 und 184
an. Die Dauer des Ausgangsimpulses ist durch die Zeitkonstante bestimmt, die in Verbindung mit dem
monostabilen Multivibrator 180 gegeben ist und beispielsweise hundert Nanosekunden betragen kann.
Unter besonderer Bezugnahme auf Fig. 3 kann der
Augenblickswert für die Schwellenspannung Vr ausgedrückt
werden durch die Gleichung
T1 = l„
VSr-0J
■R,)
R^
worin Vsp die Scheitelspannung des unmittelbar
vorausgehenden Eingangssignals, R\ der Ohmwert des Widerstands 30, /?2 der Ohmwert des Widerstandes 34,
/?3 der Ohmwert des Widerstands 144, Ra der ' 'hmwert
■π des Widerstands 138, R=, der Ohmwert des Widerstands
42, C\ die Kapazität des Kondensators 136, Λ/die Anzahl
der Eingangssignal des Gliedes 12 pro Umlauf und S die Drehzahl des Gliedes 12 in Umdrehung pro Sekunde
sind.
Die Schaltung modifiziert somit standig den Schwellenwert
in Abhängigkeit von dem unmittelbar vorausgegangenen Impuls zur Unterscheidung gegenüber Störungen,
während die Integrität der Phasenbeziehung zwischen den Eingangs- und Ausgangssignalen aufrechterhalten
wird.
Unabhängig von der Art sowie Größe des Eingangssignal
liegt die anfängliche Schaltschwelle zunächst bei Vy — diese Schaltschwelle wird von der zweiten
Gleichstromquelle 26 und dem Widerstand 42 vorgegeben. Für die dem ersten Eingangsimpuls folgenden
weiteren Eingangsimpulse sorgt die gesteuerte dritte Gleichstromquelle 46 dafür, daß der Widerstand 42 von
einem zusätzlichen Strom durchflossen wird, dessen Größe von der Amplitude des vorhergehenden
Eingangssignals abhängt Dadurch wird die Schalt-
- — I 1 J S
aiigciiuucii uci gciiia
at.li wciic uia z.u uctii ty ei ι r τ aiigciiuucii, uci
Fig.4a wegen der kleinen Eingangsamplitude kleiner
als der entsprechende Wert aus F i g. 4b ist, und zwar
wegen der dort größeren Eingangssignal-Amplitude. Sobald das Eingangssignal, d. h. die Wechseispannungskomponente
des Spannungssignals, einen Nulldurchgang hat und demnach das Spannungssignal am ersten
Eingang des Vergleichers 38 gleich der von der ersten Gleichstromquelle ~A\ vorgegebenen Gleichspannungskomponente ist, wird die Schaltschwelle mittels des
ausgangsseitigen Transistors 54 (Schaltmittel) durch Parallelschalten der Widerstände 42, 52 so gelegt, daß
sie der Gleichspannungskomponente entspricht Auf diese Weise beginnt der Ausgangsimpuls gemäß den
F i g. 5a und 5b anfangs zur Zeit r0 (Schaltschwelle V1),
später jedoch bei t\ (Schaltschwelle VVJi um schließlich
in allen Fällen zum Zeitpunkt h zu enden. Deshalb hat
die den Ausgangsimputs abschließende Flanke eine ganz exakte Phasenbeziehung zu dem Eingangssignal,
nämlich zum Nulldurchgang dieser Wechselspannungskomponente.
Demnach ermöglicht somit der Anmeldungsgegenstand
im Unterschied zu der vorbekannten Schaltung einerseits eine einwandfreie Störunterdrückung auch
beim Einschalten der Schaltung und andererseits eine ganz exakte Phasenbeziehung zwischen den Ausgangssowie
Eingangssignalen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Schaltung zum Erzeugen elektrischer Rechteckimpulse, die eine definierte Amplitude sowie Impulsdauer und in bezug auf ein amplitudenvariables Eingangssignal eine vorbestimmte Phasenlage haben, mit einem Vergleicher, dem an einem Eingang ein von dem Eingangssignal abhängiges Spannungssignal sowie an einem anderen Eingang ein Bezugssignal zugeführt werden und der in Abhängigkeit davon, ob das Bezugssignal oder das Spannungssignal überwiegt, einen ersten oder zweiten Ausgangssignal-Pegel erzeugt, wobei die Größe des Bezugssignals in Abhängigkeit von der Amplitude des Spannungssignals nachgeführt wird, gekennzeichnet durch
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