DE1151875B - Circuit arrangement for converting a frequency into a direct current proportional to it - Google Patents
Circuit arrangement for converting a frequency into a direct current proportional to itInfo
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Description
Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Frequenz in einen ihr proportionalen Gleichstrom Die Anwendung des Impulsfrequenzverfahrens auf die Fernmeßtechnik bringt die Aufgabe mit sich, eine tiefe Frequenz (1 bis 20 Hz), die den gesendeten Meßwert darstellt, im Fernmeßempfänger in einen proportionalen Gleichstrom überzuführen. Dieser wird mit einem Drehspulinstrument gemessen oder mit einem Drehspulschreiber registriert. Es ist bereits eine Anzahl von Verfahren zur Frequenzmessung bekannt, die auf Fernmeßempfänger obiger Art angewendet werden. Sie beruhen größtenteils darauf, daß im Rhythmus der Frequenz entweder ein Kondensator umgeladen oder eine Induktivität ummagnetisiert wird.Circuit arrangement for converting a frequency into a direct current proportional to it. The application of the pulse frequency method to telemetry technology entails the task of converting a low frequency (1 to 20 Hz), which represents the measured value transmitted, into a proportional direct current in the telemetry receiver. This is measured with a moving-coil instrument or recorded with a moving-coil recorder. A number of methods of frequency measurement which are applied to telemetry receivers of the above type are already known. For the most part, they are based on either a capacitor being recharged or an inductance being remagnetized in the rhythm of the frequency.
Beim Kondensatorladeverfahren entstehen Impulse mit der Fläche Dabei ist T die Periodendauer, C eine Konstante, U, die Spannung nach der Aufladung, U, die Spannung vor der Aufladung und Q die Ladungsmenge. Nach Gleichrichtung erhält man den gewünschten Gleichstrom Entsprechend erhält man beim Ummagnetisierungsverfahren Impulse mit der Fläche (w = Windungszahl; 0, = Sättigungsfluß).In the capacitor charging process, impulses with the surface are created T is the period, C is a constant, U is the voltage after charging, U is the voltage before charging and Q is the amount of charge. After rectification, the desired direct current is obtained Correspondingly, with the magnetization reversal process, pulses with the area are obtained (w = number of turns; 0, = saturation flux).
Ferner ergibt sich nach Gleichrichtung der Strom (R, ist ein Festwiderstand).Furthermore, the current is obtained after rectification (R, is a fixed resistor).
Vorausgesetzt wurde, daß der jeweilige Impuls abgeklungen ist, bevor der nächste beginnt. Diese beiden Verfahren haben hinsichtlich ihrer Verwendung in Fernmeßgeräten folgende Nachteile: 1. In beiden Verfahren reicht die Energie der Impulse meist nicht aus, um ein Registrierinstrument direkt auszusteuern. Man ist daher gezwungen, Meßverstärker zu verwenden.It was assumed that the respective pulse had died down before the next one began. These two methods have the following disadvantages with regard to their use in telemetry devices: 1. In both methods, the energy of the impulses is usually not sufficient to control a recording instrument directly. One is therefore forced to use measuring amplifiers.
2. Dem Strom i. sind hohe Wechselamplituden tiefer Frequenzen überlagert, die bei gewöhnlichen Meßwerken eine Zitterbewegung des Zeigers hervorrufen. Deshalb müssen Siebmittel aufgewendet werden, die weitere Nachteile mit sich bringen, z. B. vergrößerte Einstellzeit.2. The current i. high alternating amplitudes of lower frequencies are superimposed, which in ordinary measuring mechanisms cause the pointer to tremble. That's why sieve means must be used, which bring further disadvantages, z. B. increased response time.
3. Beim Kondensatorladeverfahren ist zwar der Strom 1. in gewissen Grenzen unabhängig vom Widerstand R der Meßschleife, doch muß (U,- U,) konstant sein, was meist besondere Stabilisierungsmaßnahmen erfordert. 3. In the capacitor charging process, the current 1. is within certain limits independent of the resistance R of the measuring loop, but (U, - U,) must be constant, which usually requires special stabilization measures.
Dagegen ist letzteres beim Ummagnetisierungsverfahren nicht erforderlich, wenn die benutzte Induktivität einen Kern mit möglichst rechteckiger Magnetisierungskurve besitzt. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß der Strom i. von dem Widerstand R in der Meßschleife abhängig ist.On the other hand, the latter is not necessary in the magnetization reversal process, if the inductance used has a core with a magnetization curve that is as rectangular as possible owns. However, this method has the disadvantage that the current i. of the resistance R in the measuring loop is dependent.
Die Erfindung vermeidet alle angeführten Nachteile der genannten Verfahren. Sie betrifft eine Schaltungsanordnung, insbesondere für Femmeßempfänger, zur Umwandlung einer Frequenz in einen ihr proportionalen Gleichstrom, bei der die Spannungszüge mit der zu messenden Frequenz nach eventueller Verstärkung einem Differenzierübertrager zugeführt werden. Gemäß der Erfindung bringen die Ausgangsimpulse des Differenzierübertragers eine bistabile Transistorschaltung zum Kippen, die entstehende Rechteckspannung steuert einen Sättigungsübertrager von einer Sättigungsinduktion zur anderen aus, und die vom Sättigungsübertrager ausgehenden rechteckigen Impulse mit konstanter Spannungszeitfläche beaufschlagen nach Gleichrichtung einen gegenmagnetisierten Kompensationsübertrager, in welchem sich als Differenz zwischen der gleichgerichteten Ausgangsspannung des Sättigungsübertragers und der Gegenspannung des Kompensationsübertragers eine frequenzproportionale Gleichspannung ergibt, die zur Steuerung eines Verstärkers dient, dessen Ausgangsstrom die Gegenmagnetisierung des Kompensationsübertragers bewirkt und damit als eingeprägter, frequenzproportionaler Gleichstrom angezeigt werden kann.The invention avoids all of the stated disadvantages of the processes mentioned. It relates to a circuit arrangement, in particular for Femmeß receivers, for conversion a frequency into a direct current proportional to it, at which the voltage trains with the frequency to be measured after possible amplification a differential transformer are fed. According to the invention, the output pulses bring of Differentiating transformer a bistable transistor circuit for flipping, the emerging Square wave voltage controls a saturation transformer from a saturation induction to the other, and the square pulses emanating from the saturation transformer apply a constant voltage-time area after rectification to a counter-magnetized Compensation transformer, in which there is a difference between the rectified Output voltage of the saturation transformer and the counter voltage of the compensation transformer a frequency proportional DC voltage results, which is used to control an amplifier serves whose output current the counter magnetization of the compensation transformer and thus displayed as an impressed, frequency-proportional direct current can be.
Es ist zwar bereits ein Frequenzmesser bekanntgeworden, dessen Eingangsimpulse ebenfalls in Impulse mit konstanter Spannungszeitfläche umgewandelt werden, jedoch unterscheidet sich dieser Frequenzmesser ganz erheblich vom Gegenstand der vorliegenden Erfindung-. Die Frequenzmesserschaltung weist eine Transistorstufe mit positiver Rückführung auf, die durch einen Rückkopplungstransformator ermöglicht wird. Sobald ein Impuls geeigneter Polarität ankommt, steigen die Ströme in dem Transformator und dem Transistor bis zur Sättigung an. Die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors fällt dabei ungefähr auf Null ab. Die Schaltungsanordnung verbleibt in diesem Zustand, bis ein neuer Impuls eintrifft. Der gemessene mittlere Kollektorstrom ist der Eingangsfrequenz der Impulse proportional, weil die Spannungszeitfläche der Ausgangsimpulse bei konstanter Speisespannung ebenfalls konstant ist. Für die Aussteuerung des Frequenzmessers sind Impulse mit steilem Anstieg erforderlich. Mit einer derartigen Anordnung kann man vorzugsweise die Frequenz von Sägezahngeneratoren messen.A frequency meter has already become known, its input pulses can also be converted into pulses with a constant voltage-time area, however This frequency meter differs quite considerably from the subject of the present one Invention-. The frequency meter circuit has a transistor stage with positive Feedback made possible by a feedback transformer. As soon a pulse of suitable polarity arrives, the currents in the transformer increase and the transistor to saturation. The collector-emitter voltage of the transistor drops to approximately zero. The circuit arrangement remains in this state, until a new impulse arrives. The measured mean collector current is the input frequency of the pulses proportional, because the voltage-time area of the output pulses is constant Supply voltage is also constant. For modulating the frequency meter impulses with a steep rise are required. With such an arrangement can it is preferable to measure the frequency of sawtooth generators.
Weiterhin sind Frequenzmesserschaltungen unter Verwendung einer Transistorstufe und eines Rückkopplungstransformators bekanntgeworden, die nach der sogenannten Kondensatorlademethode arbeiten. Diese Schaltungen erfordern besondere Siebmittel im Ausgangskreis und sind im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand für tiefe Frequenzen nicht geeignet. Außerdem ist die Anzeige von der Betriebsspannung des Gerätes abhängig.Furthermore, frequency meter circuits are made using a transistor stage and a feedback transformer became known after the so-called Capacitor charging method work. These circuits require special screening means in the starting circle and, in contrast to the subject of the invention, are for low frequencies not suitable. In addition, the display depends on the operating voltage of the device.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels mit Zeichnungen erläutert.The invention is illustrated using an exemplary embodiment with drawings explained.
Fig. 1 zeigt das Prinzip der Schaltungsanordnung, in Fig. 2 sind Impulsfolgen dargestellt; Fig. 3 weist das Ersatzschaltbild und Fig. 4 eine Magnetisierungskurve auf.Fig. 1 shows the principle of the circuit arrangement, in Fig. 2 pulse trains are shown; FIG. 3 shows the equivalent circuit diagram and FIG. 4 shows a magnetization curve.
Gemäß Fig. 1 wird das demodulierte Signal den Eingangsklemmen 1 und 2 zugeführt und mit Hilfe des Transistors T, verstärkt. Im Differenzierübertrager DU werden daraus in jedem Nulldurchgang kurze Impulse geformt, wie sie in Fig. 2a und 2b dargestellt sind. Die beiden Impulsreihen sind um eine halbe Periodendauer gegeneinander versetzt. Diese Impulse bringen die bistabile Schaltung der beiden Transistoren T, und T, zum Kippen. Mit G, und G', sind Gleichrichter bezeichnet, die die Durchlaßrichtung der Impulse bestimmen. Zur bistabilen Transistorkippschaltung gehören ferner die Widerstände R, R, R, und R, Mit Z ist eine Zenerdiode bezeichnet, die zur Vorspannungserzeugung dient. U" und Ub sind die Impulsspannungen, die die Transistorschaltung zum Kippen bringen. Die Ausgangsströme der Transistorkippschaltung werden über die Widerstände R, und R, der Primärwicklung W, des Sättigungsübertragers SU zugeführt. Der Verlauf der primären Durchflutung im Sättigungsübertrager ist in Fig. 2c dargestellt. Der Sättigungsübertrager besitzt zwei Sekundärwicklungen W2 und W, denen die Gleichrichteranordnungen G, und G, nachgeschaltet sind. Die Sekundärwicklungen des Sättigungsübertragers speisen die Wicklungen W, und W, eines gegenmagnetisierten Kompensationsübertragers K. Mit R, ist ein Kopplungswiderstand zwischen den Wicklungen W2 und W, bezeichnet. Der Widerstand R" dient in Verbindung mit dem Kondensator C zur Verhinderung von Selbsterregungen der Schaltung. Die Wicklung W, des Kompensationsübertragers liegt in Reihe mit dem Widerstand der Meßschleife R", dem Anzeigeinstrument A und einem Transistor T, UB ist die Betriebsspannung der Schaltung. Der Sättigungsübertrager S U ist so ausgelegt, daß rechteckige Impulse definierter Fläche entstehen (s. Fig. 2d), die infolge der Gleichrichtung alle positiv sind. Am Ausgang der Gleichrichteranordnung G, liegt also die Impulsspannung U,1, deren Richtung aus dem Pfeil hervorgeht. Entgegengerichtet ist die Spannung Ue" die in der Wicklung Wi, des Kompensationsübertragers entsteht (s. Fig. 2e). Die Differenz dieser beiden Spannungen ist mit Uf bezeichnet (Fig. 2f). Diese Spannung steuert den Transistor T, aus. Man erkennt aus Fig. 2d, 2e und 2f, daß die Differenz der Spannungen Uj und U, eine Gleichspannung Uf ist. Die Sekundärimpulse des -Sättigungsübeitragers werden also in dem Kompensationsübertrager K so übersetzt, daß die Diflerenz zwischen der mit Hilfe von G, und G, gleichgerichteten Spannung des Sättigungsübertragers und der Spannung des Kompensationsübertragers eine frequenzproportionale Gleichspannung ergibt. Da diese Gleichspannung den Transistor T4 aussteuert, ist der eingeprägte Ausgangsstrom IA» des Verstärkers ebenfalls frequenzproportional. Dieser Strom durchfließt sowohl die Gegenmagnetisierungswicklung W, des Übertragers als auch das Anzeigeinstrument A. According to FIG. 1 , the demodulated signal is fed to the input terminals 1 and 2 and amplified with the aid of the transistor T 1. In the differentiating transformer DU , short pulses are formed therefrom in each zero crossing, as shown in FIGS. 2a and 2b . The two pulse series are offset from one another by half a period. These pulses cause the bistable circuit of the two transistors T, and T, to tilt. With G, and G ', rectifiers are designated, which determine the direction of passage of the pulses. The bistable transistor flip-flop circuit also includes the resistors R, R, R, and R, Z denotes a Zener diode which is used to generate a bias voltage. U "and Ub are the pulse voltages which cause the transistor circuit to flip. The output currents of the transistor flip-flop are fed to the primary winding W of the saturation transformer SU via the resistors R and R. The course of the primary flow in the saturation transformer is shown in FIG. 2c The saturation transformer has two secondary windings W2 and W, which are followed by the rectifier arrangements G, and G. The secondary windings of the saturation transformer feed the windings W, and W, a counter-magnetized compensation transformer K. With R, is a coupling resistance between the windings W2 and W. The resistor R "is used in conjunction with the capacitor C to prevent self-excitation of the circuit. The winding W, of the compensation transformer is in series with the resistance of the measuring loop R ″, the display instrument A and a transistor T, UB is the operating voltage of the circuit. The saturation transformer SU is designed in such a way that rectangular pulses of a defined area are created (see Fig. 2d), which are all positive as a result of the rectification. At the output of the rectifier arrangement G, there is the pulse voltage U, 1, the direction of which is shown by the arrow. Fig. 2e). The difference between these two voltages is denoted by Uf (Fig. 2f). This voltage controls the transistor T i. It can be seen from FIGS. 2d, 2e and 2f that the difference between the voltages Uj and U is a direct voltage Uf. The secondary pulses of the saturation transformer are translated in the compensation transformer K so that the diflerence between the voltage of the saturation transformer rectified with the help of G and G and the voltage of the compensation transformer results in a frequency proportional DC voltage. Since this DC voltage modulates the transistor T4, the output current IA »of the amplifier is also proportional to the frequency. This current flows through both the counter magnetization winding W of the transformer and the display instrument A.
Zusammenfassend kann man sagen, daß durch die bistabile Kippschaltung die Primärwicklung des Sättigungsübertragers mit abwechselnder Polarität an die Betriebsspannung UB angeschaltet wird. Bei Belastung mit einem ohmschen Widerstand kann das in Fig. 3 dargestellte Ersatzschaltbild verwendet werden, das dazu dient, die einzelnen Vorgänge besser zu veranschaulichen. Der Kontakt im Ersatzschaltbild entspricht der Transistorkippschaltung, die die Betriebsspannung UB an den Kreis legt. Der Strom !L in der Induktivit4:t L ist bestimmt durch Für die Funktion t = t (B) gilt nach dem Induktionsgesetz: Dabei ist 0 der Fluß, FE der Eisenquerschnitt und B die Induktion.In summary, it can be said that the primary winding of the saturation transformer is connected to the operating voltage UB with alternating polarity due to the bistable multivibrator. When loaded with an ohmic resistor, the equivalent circuit diagram shown in FIG. 3 can be used, which serves to better illustrate the individual processes. The contact in the equivalent circuit corresponds to the transistor flip-flop that applies the operating voltage UB to the circuit. The current! L in the inductance4: t L is determined by According to the law of induction, the following applies to the function t = t (B): 0 is the flux, FE is the iron cross-section and B is the induction.
Für die Funktion u = u (H) gilt nach dem Durchflutungsgesetz: Die Induktion B ist eine Funktion der Feldstärke H. Diese Parameterdarstellung für t und u besagt, daß sich die Magnetisierungskennlinie im Einschaltvorgang näherungsweise proportional abbildet. Um am Ausgang, rechteckige Impulse zu erhalten, wird daher sowohl für den Sättigungsübertrager als auch für den Kompensationsübertrager ein Werkstoff mit rechteckiger Magnetisierungskennlinie verwendet. Die in Fig. 4 dargestellte Magnetisierungskennlinie wird zwischen den Punkten 1 und 2 durchlaufen. Die Fläche des daraus resultierenden Spannungsimpulses ist aus Fig. 2d zu ersehen. Dieser Spannungsimpuls hat im gegenmagnetisierten Kompensationsübertrager eine Flußänderung A 0 zur Folge, die beim Durchlaufen der Kurve von Punkt 3 nach Punkt 4 auftritt. Es ist Dabei ist vorausgesetzt, daß die Wicklun g W, des Kompensationsübertragers nicht belastet ist und daß der Gegenmagnetisierungsstrom IK eingeprägt ist. Diese Flußänderung J, 0 wird während der Impulslücke durch den Gegenmagnetisierungsstrom IK wieder rückgängig gemacht, wenn dieser die Größe C hat. Nach dem Einsetzen von Gleichung (7) ergibt sich Dieser Ausdruck entspricht der Gleichung (4), wobei allerdings zu bemerken ist, daß IK frei von Wechselstromanteilen und R, ein definierter Koppelwiderstand ist. Der Widerstand der Meßschleife (R") kommt in der Gleichung nicht vor. Er kann daher innerhalb gewisser Grenzen variiert werden, ohne daß sich hierdurch der Gegenmagnetisierungsstrom IK ändert. Dieser Strom IK kann durch Wahl eines entsprechenden Verstärkers und der Windungszahl der Gegenmagnetisierungswicklung W, so groß gewählt werden, daß damit jede Art von anzeigenden oder schreibenden Gleichstrommeßgeräten betätigt werden kann.For the function u = u (H) , according to the law of flow, the following applies: The induction B is a function of the field strength H. This parameter representation for t and u means that the magnetization characteristic is mapped approximately proportionally during the switch-on process. In order to obtain rectangular pulses at the output, a material with a rectangular magnetization characteristic is used for both the saturation transformer and the compensation transformer. The magnetization characteristic shown in FIG. 4 is traversed between points 1 and 2 . The area of the resulting voltage pulse can be seen from FIG. 2d. This voltage pulse results in a flux change A 0 in the counter-magnetized compensation transformer, which occurs when the curve is traversed from point 3 to point 4. It is It is assumed that the winding g W of the compensation transformer is not loaded and that the counter magnetizing current IK is impressed. This change in flux J, 0 is reversed again during the pulse gap by the counter magnetizing current IK if this is the size C Has. After inserting equation (7), we get This expression corresponds to equation (4), although it should be noted that IK is free from AC components and R is a defined coupling resistance. The resistance of the measuring loop (R ") does not appear in the equation. It can therefore be varied within certain limits without changing the counter magnetizing current IK can be chosen large so that any type of displaying or writing DC current meters can be operated.
Claims (1)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DEL34453A DE1151875B (en) | 1959-10-09 | 1959-10-09 | Circuit arrangement for converting a frequency into a direct current proportional to it |
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| DE1151875B true DE1151875B (en) | 1963-07-25 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1268270B (en) * | 1963-09-30 | 1968-05-16 | Siemens Ag | Electronic circuit arrangement for measuring the repetition frequency of a pulse train |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1181981A (en) * | 1956-09-04 | 1959-06-19 | British Thomson Houston Co Ltd | Device for measuring the repetition frequency of recurrent pulses |
-
1959
- 1959-10-09 DE DEL34453A patent/DE1151875B/en active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1181981A (en) * | 1956-09-04 | 1959-06-19 | British Thomson Houston Co Ltd | Device for measuring the repetition frequency of recurrent pulses |
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