DE2345421A1

DE2345421A1 - Monolithisch integrierbare schaltungsanordnung fuer einen frequenz-spannungswandler

Info

Publication number: DE2345421A1
Application number: DE19732345421
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Hoehn
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1973-09-08
Filing date: 1973-09-08
Publication date: 1975-04-17
Also published as: DE2345421B2; DE2345421C3; US3870898A

Description

Deutsche ITT Industries GmbH w. Hoehn - 7

78 Freiburg, Hans-BunLe-Str. ΙΊ Mo/ra

6. September 1973

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Monolithisch integrierbare Schaltungsanordnung für einen Frequenz-Spannungswandler

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Problem, das bei Frequenz-Spannungswandlern, bei denen an einem Kondensator in Abhängigkeit vom Tastverhältnis eines Rechtecksignals eine entsprechende Spannung erzeugt wird_r dann auftritt, wenn diese Spannung in einer Schwellwertschaltung mit einem betriebsspannungsabhängigen Schwellwert verglichen werden soll. Diese Forderung tritt beispielsweise bei elektronischen Drehzahl- oder Geschwxndigkeitsmeßschaltungen für Kraftfahrzeuge auf, wenn die frequenz- und somit drehzahl- oder geschwindigkeitsabhängige Spannung nicht nur an einem Instrument angezeigt, sondern auch zum Auslösen optischer oder akustischer Signale bei tiber-

509818/0399

Fl 771 W. Hoehn - 7

schreiten eines Schwellwertes herangezogen werden soll- Dieser Schwellwert wird dabei am einfachsten durch einen über der Betriebsspannungsquelle liegenden Spannungsteiler vorgegeben. In diesem Falle ist jedoch der Schwellwert von Schwankungen der Betriebsspannung abhängig, die durch Stabilisierung der Betriebsspannung zwar ausgeglichen werden können, was jedoch einen zusätzlichen Schaltungsaufwand erfordert.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Schaltung des Frequenz-Spannungswandlers so auszubilden, daß auf eine Stabilisierung der den Schwellwert bestimmenden Betriebsspannung verzichtet werden kann. Diese Aufgabe wird von der im Patentanspruch angegebenen Erfindung gelöst. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß auf eine zusätzliche Stabilisierung der den Schwellwert bestimmenden Spannung verzichtet werden kann, wenn die am Kondensator erzeugte Spannung dieselbe Betriebsspannungsabhängigkeit wie der Schwellwert aufweist. In diesem Falle kompensieren sich dann auch die Temperaturkoeffizienten.

Die Erfindung wird nun anhand des in der Figur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Der Frequenz-Spannungswandler besteht im wesentlichen aus dem synsnetrisehen Differenzverstärker DV, der die Verstärkertransistoren Tl, T2 enthält, dem Zusatztransistor T3 und dem Kondensator C. Die Verstärkertransistoren Tl, T2 des Differenzverstärkers DV sind in bekannter Weise dadurch zu einem symmetrischen Differenzverstärker zusammengeschaltet, daß sie den gemeinsamen Emitterwiderstand R5 und die beiden Kollektorwiderstände Rl, R2 aufweisen. Der eine Eingang des Differenzverstärkers DV, nämlich die Basis des Verstärkertransistors Tl, liegt am Abgriff des aus den Widerständen R3, R4 gebildeten Spannungsteilers, der über der Betriebsspannung ü_D liegt. .

509816/0399

Pl 771 W. Hoehn - 7

Der andere Eingang des Differenzverstärkers, also die Basis des Verstärkertransistors T2, liegt einerseits über den Widerstand R6 am Schaltungsnullpunkt, der mit dem negativen Pol der Betriebsspannung U_ identisch ist. Andererseits ist an der Basis des Verstärkertransistors T2 der Emitter des Zusatztransistors T3 angeschlossen, dessen Kollektor über den Widerstand R7 am spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle, also am positiven Pol der Betriebsspannung U_,, liegt. Die Basis des Zusatztransistors T3 ist mit dem Kollektor des Verstärkertransistors T2 verbunden, während der Kollektor des Zusatztransistars T3 am einen Belag des Kondensators C angeschlossen ist. Der andere Belag liegt im Schaltbild der Figur der Zeichnung am Schaltungsnullpunkt, jedoch ist es auch möglich, diesen Belag an den spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle anzuschließen.

Die am Kollektor des Zusatztransistors T3 und somit am Kondensator C liegende Spannung U ist dem Schwellwertschalter S zugeführt, dessen Schwellwert durch den einstellbaren Spannungsteiler P bestimmt wird, der über der Betriebsspannung U_n liegt.

Das Rechtecksignal, dessen Frequenz in eine Spannung umgewandelt werden soll, wird über den Eingang E dem Kollektor des Verstärkertransistors T2 und somit auch der Basis des Zusatztransistors T3 zugeführt.

Anstatt der Kollektorwiderstände Rl, R2 können selbstverständlich auch in bekannter Weise Konstantstromquellen vorgesehen werden, was insbesondere bei Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltung in monolithisch integrierter Bipolartechnik von Vorteil ist.

Bei der in der Figur der Zeichnung gezeigten Polarität der Bauelemente und der Betriebsspannungsquelle, also bei Verwendung von npn-Transistoren, wird die erfindungsgemäße Schaltung am Eingang E durch negative Impulse angesteuert, deren Impuls-

509816/0399

— 4 —

Fl 771 W. Hoehn - 7

dauer t. konstant ist, während deren Periodendauer t und somit deren Frequenz variabel ist. Die Ansteuerung erfolgt zweckmäßigerweise über einen weiteren Transistor, nämlich den Transistor T4, dessen Emitter am Schaltungsnullpunkt liegt, dessen Kollektor mit dem Kollektor des Verstarkertransxstors T2 verbunden ist und dessen Basis mit dem Eingang E in Verbindung steht.

Während der Dauer t. der negativ gerichteten Impulse ist der weitere Transistor T4 gesperrt und beeinflußt somit den Differenzverstärker DV nicht, so daß sich an den beiden Basen der Verstärkertransistoren Tl und T2 die gleichen Potentiale U, = U„ einstellen. Somit fließt im Kollektor des Zusatztransistors T3 ein konstanter Strom der Größe U_?/R6. Dieser Strom stellt einen Teil des den Kondensator C entladenden Stromes dar, dessen anderer Teil über den Widerstand R7 fließt.

Während der außerhalb von t. liegenden Zeiten der Periodendauer t ist der weitere Transistor T4 leitend, so daß der Zusatztransistor T6 gesperrt ist und sich somit der Kondensator C über den Widerstand R7 aufladen kann.

Die Schaltung weist somit bezüglich des Kollektors des Zusatztransistors T3 das Verhalten einer pulsierenden Spannungsquelle auf, die für beide Spannungszustände denselben Innenwiderstand R7 aufweist. Bei der Eingangsfrequenz null stellt sich am Kondensator C daher eine Spannung ein, deren Wert gleich dem der Betriebsspannung ü_ ist. "lit steigender Frequenz sinkt diese Spannung linear mit der Frequenz ab, bis sie bei einem Tastverhältnis des Eingangssignals von 100 % ihren tiefsten Wert erreicht (bei der Dimensionierung: R4 = R6 und R3 = R7). Für die Kondensatorspannung U gilt folgende Beziehung:

509816/0399

Fl 771 W. Hoehn - 7

ü = U (1 - T
^Β

R6(||H)

wobei mit T das Tastverhältnis t./t bezeichnet ist.

Die am Kondensator C sich einstellende Spannung U ist somit bei konstant vorgegeben Widerstandsverhältnissen lediglich von der Betriebsspannung U₀ abhängig und dieser proportional. Die Wider-Standsverhältnisse können bei monolithisch integrierter Realisierung der Schaltung deshalb als temperatur- und spannungsunabhängig angenommen werden, weil die Widerstände auf demselben Halbleiterkörper angeordnet sind und gute thermische Kopplung untereinander sowie niedrige relative Toleranzen aufweisen. Somit ist die von der Aufgabenstellung der Erfindung her geforderte Betriebsspannungsabhängigkeit der aus der Eingangsfrequenz gewonnenen Spannung erfüllt und der Schaltpunkt des Schwellwertschalters S ist betriebsspannungsunabhängig, da der am Potentiometer P eingestellte Schwellwert ebenfalls proportional von der Betriebsspannung abhängt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besteht darin, daß die am Kondensator C erzeugte Gleichspannung U nicht von den Toleranzen des Kondensators C abhängig ist, sondern daß dessen Toleranzen lediglich in die Welligkeit der Spannung U eingehen. Das gleiche gilt für den integrierten Widerstand R7.

1 Patentanspruch
1 Blatt Zeichnung
mit 1 Figur

5098 16/0399

Claims

— O ~

Fl 771 W. Hoehn - 7

PATENTANSPRUCH

Monolithisch integrierbare Schaltungsanordnung für einen Frequenz-Spannungswandler, bei dem an einem Kondensator in Abhängigkeit vom Tastverhältnis eines Rechtecksignals eine entsprechende Spannung erzeugt wird, die in einer Schwellwertschaltung mit einem betriebsspannungsabhängigen Schwellwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein symmetrischer Differenzverstärker (DV) mit zwei Verstärkertransistoren (Tl, T2) vorgesehen ist, dessen einer Eingang am Abgriff eines über der Betriebsspannung (U_) liegenden Spannungsteilers (R3, R4) ange-

B
schlossen ist und dessen anderer Eingang einerseits über einen Widerstand (R6) am Schaltungsnullpunkt und andererseits über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Zusatztransistors (T3) und einen weiteren Widerstand (R7) am spannungsführenden Pol der Betriebsspannungsquelle liegt, daß die Basis des Zusatztransistors mit dem Kollektor des mit seiner Basis am Emitter des Zusatztransistors liegenden Verstärkertransistors (T2) verbunden ist, daß der Kondensator (C) vom Kollektor des Zusatztransistors zu einem der beiden Pole der Betriebsspannungsquelle führt und daß das Rechtecksignal der Basis des Zusatztransistors und dem Kollektor des damit verbundenen Verstärkertransistors

•""ΪΓ"

zugeführt ist.

509816/0399