DE2838489C2 - Frequenz/Spannungs-Wandler - Google Patents

Description

— der erste Transistor (30) an der Basis von der Ausgangsspannung (f) des Sägezahngenerators (23,24, 25) angesteuert wird und mit dem Kollektor an die Versorgungsspannung (+ B) angeschlossen ist und

— ein zweiter Transistor (31) mit seinem Kollektor mit dem Emitter des ersten Transistors (30) verbunden ist und mit seinem Emitter an Masse liegt und an seiner Basis von den Impulsen der zweiten Impulsfolge ^angesteuert wird.

2. Frequenz/Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Basis des ersten Transistors (30) sowohl ein Widerstand (26), dessen anderer Anschluß an einem Kondensator (24) liegt, an dem die Sägezahnspannung (f) abgegriffen wird, als auch der Kollektor des als Schalttransistor dienenden dritten Transistors (29) verbunden sind, dessen Basis mit dem Kollektor eines vierten Transistors (28) verbunden ist, dessen Kollektor außerdem über einen Widerstand (27) an der Versorgungsspannung ( + B) liegt und dessen Basis von Impulsen der zweiten Impulsfolge (^angesteuert wird.

55

Die Erfindung geht aus von einem Frequenz/Spannungswandler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bisher wurden Motore für Tonbandgeräte verwendet, die verhältnismäßig niedrige Drehzahl besitzen, die leise und vibraiionsirei arbeiten. Derartige sogenannte Direktsteuer-Motoren sind bekannt (vgl. US-PS 93 897, DE-OS 26 47 675, britische Patentanmeldung 765/76). Die Verwendung eines derartigen Niederdrehzahl-Motors erschwert es jedoch, einerseits eine konstante Drehzahl aufrechtzuerhalten und andererseits unregelmäßige Drehungen zu verhindern. Im allgemeinen wird dazu ein Drehzahlregelsystem mit einem

Servosystem benötigt

Bei einem derartigen Servosystem wird die Drehzahl des Gleichstrommotors in ein Sinuswellensigna! umgesetzt, das proportional der Drehzahl ist, wobei das Sinuswellensignal einer Differenzierschaltung und dann einem Frequenz/Spannungswandler zugeführt wird, wodurch eine Gleichspannung proportional der Drehzahl des Gleichstrommotors erzeugt wird, wobei diese Gleichspannung einem Vergleicher zugeführt wird, indem sie mit einer Bezugsspannung verglichen wird, die von einer Bezugsspannungsquelle zugeführt ist Das Ausgangssignal des Vergleichers wird einem Impulsgenerator zugeführt, der abhängig von der Drehzahl des Motors gesteuert wird.

Die Erfindung bezieht sich unter diesen Bauelementen auf den Frequenz/Spannungswandler. Bei herkömmlichen Frequenz/Spannungswandlem dieser Art wird das von der Differenzierschaltung differenzierte Impulssignal einem monostabilen Multivibrator zugeführt, wobei das Ausgangssigna] des monostabilen Multivibrators über ein Tiefpaßfilter geführt wird und in eine Gleichspannung umgesetzt wird. Der monostabile Multivibrator kann durch einen Schalttransistor mit einem Kondensator ersetzt sein. Bei derartig herkömmlich ausgebildeten Frequenz/Spannungswandlern ist das Tiefpaßfilter unentbehrlich. Wegen der unvermeidbaren langen Phasenverzögerung, die durch das Tiefpaßfilter hervorgerufen wird, ist jedoch eine Phasenkompensationsschaltung in der dem Tiefpaßfilter folgenden Stufe erforderlich, um einen stabilen Betrieb des Servosystems sicherzustellen, was nachteilig ist und einen komplizierten Aufbau zur Folge hat Falls darüber hinaus eine Brummkomponente verbleibt ändert diese Brummkomponente das Motor-Drehmoment wodurch sich unregelmäßige Drehungen ergeben. Die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters muß deshalb ausreichend niedrig gemacht werden, was jedoch zur Folge hat, daß die Phasenverzögerung weiter erhöht wird und daß dadurch die Übertragungscharakteristik des Servosystems verschlechtert wird, wodurch wiederum größere Drehzahlunregelmäßigkeiten verursacht werden. Bei einem herkömmlichen Frequenz/Spannungswandler ist folglich ein Kompromiß erforderlich zwischen diesen beiden einander entgegenwirkenden Faktoren.

Frequenz/Spannungswandler bei denen eine Integration von Impulsen durchgeführt wird, deren Wiederholungsfrequenz der zu messenden Frequenz proportional ist, sind bekannt (Electronic Engineering 1968 Januar, Seite 2 bis 5 und FR-PS 15 93 274). Auch diese Wandler benötigen ausgangsseitig Tiefpaßfilter mit den bereits angeführten Nachteilen.

Es ist auch ein Frequenz/Spannungswandler bekannt (Radio Mentor Electronic 1976, S. 183—185) bei der eine Abtast- und Halteschaltung einen ersten Transistor zum Laden des Haltekondensators aufweist, der an seiner Steuerelektrode durch eine einen Schalttransistor aufweisende, durch eine zweite Impulsfolge gesteuerte Schalteinrichtung gesteuert wird. Aber auch dieser Wandler weist am Ausgang einen Tiefpaß zur Glättung der Ausgangsspannung auf.

Ek lsi uaiici Aufgäbe uci vorliegenden Erfindung einen Frequenz/Spannungswandler, ausgehend von einer Anordnung mit einer Abtast- und Halteschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, zu schaffen, bei dem die Ausgangsspannung sehr schnell sich auf den zutreffenden Ausgangswert einstellt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

jH; 3 4

£■ Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist lektorseitig mit der Versorgungsspannung +B verbunte im Unteranspruch angegeben. : den ist und emitterseitig einerseits mit dem Anschluß 22 Ιΐ Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dar- und andererseits über den Kondensator 32 mit Masse \ gestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Es zeigt verbunden ist Die Basis des Transistors 30 ist mit dem si Fig. 1 teilweise als Blockschaltbild die Schaltung ei- 5 Kollektor des Transistors 29 verbanden und der Transi- "B nes Servosystems für eine Motordrehzahlsteuerung ein- stör 29 ist basisseitig mit dem Kollektor des Transistors - schließlich eines erfindungsgemäßer Frequenz/Span- 28 verbunden sowie auch mit der Versorgungsspannung ;_:i nungswandlers; · + B über den Widerstand 27, wobei der Transistor 28 Fi g. 2 Signalverläufe zur Erläuterung des Betriebs basisseitig mit dem Anschluß 21 verbunden ist und wodes Servosystems gemäß F i g. 1. . io bei die Emitter der Transistoren 28,29 im wesentlichen F i g. 1 zeigt eine Gleichstromversorgung 1, eine Sta- an Masse liegen. Der Transistor 30 ist emitterseitig mit !": torwicklung 2 eines Gleichstrommotors, einen Rotor- dem Kollektor des Transistors 31 verbunden, der basis-' magneten 3, einen Schalttransistor 4, einen Impulsgene- seitig mit dem Anschluß 21 verbunden ist und der emitrator 5, eine Motoracsteuerschaltung 6, eine Drehzahl- terseitig an Masse liegt

Abnehmerwicklung 7, einen Begrenzerverstärker 8, ei- 15 t>ie Wirkungsweise dieser Schaltung wird mit Bezug ne Differenzierschaltung 9, einen Frequenz/Spannungs- auf die Signalverläufe gemäß F i g. 2 näher erläutert
wandler 10, einen Vergleicher 11, eine Bezugsspan- Die von der Abnehmerwicklung 7 des Motors erzeugnungsquelle 12 sowie Anschlüsse 18,19,20,21 und 22. te Spannung ist sinusförmig wie in F i g. 2a gezeigt Die-Wenn der Motor eingeschaltet wird, gibt der Impuls- se Sinusspanriung wird dem Begrenzerverstärker 8 zugenerator 5 vorgegebene Impulse ab, die den Transistor 20 geführt, in dem sie in eine Rechteckspannung b umge-4 über die Motoransteuerschaltung 6 steuern. Auf diese setzt wird gemäß Fig. 2b. Die Rechteckspannung b Weise fließt ein intermittierender Strom in den Stator- wird durch den Differenzierkreis 15 differenziert, wowicklungen 2 des Motors von der Gleichstromyersor- durch eine Impulsfolge e am Anschluß 21 abgegeben gung 1 und es wird ein Drehmoment zwischen der Sta- wird, gemäß F i g. 2e. Die Rechteckspannung b wird torwicklung 2 und dem Rotormagneten 3 erzeugt um 25 auch der Verzögerungsschaltung 13 zugeführt in der sie den Rotormagneten 3 zu drehen. " in eine um die Zeit Δ Τ verzögerte Rechteckspannung Bei Drehung des Rotormagneten 3 wird eine Wech- umgesetzt wird in bezug auf die Anstiegsflanke der Imselspannung in der Abnehmerwicklung 7 erzeugt Diese pulse, wie in Fig. 2c dargestellt Es wird deshalb eine Spannung wird über den Anschluß 18 dem Begrenzer- Impulsfolge ei gemäß Fig. 2d am Anschluß 20 von dem verstärker 8 zugeführt in dem sie in eine Rechteckspan- 30 Differenzierkreis 14 abgegeben. Auf diese Weise er- \ · nung mit vorgegebener Amplitude umgesetzt wird. Die- zeugt die Differenzierschaltung 9 eine erste Impulsfolge ,', se Rechteckspannung wird über den Anschluß 19 der d und eine zweite Impulsfolge e am Anschluß 20 bzw. 21. s" Differenzierschaltung 9 zugeführt die Impulse erzeugt Erste und zweite Impulsfolge d, e stehen so in Bezie-Die Differenzierschaltung 9 enthält zwei Differenzier- hung zueinander, daß, wie sich aus F i g. 2 ergibt die _t kreise 14, 15 und eine Verzögerungsschaltung 13. Der 35 Impulsfolge eder Impulsfolge d um die Zeit ΔΤ voreilt, Differenzierkreis 15 liegt zwischen den Anschlüssen 19 wobei jeder Impuls der ersten Impulsfolge d unmittel- und 21, während die Verzögerungsschaltung 13 und der bar anschließend an jeden Impuls der zweiten Impuls-Differenzierkreis 14 reihengeschaltet zwischen den An- folge e erzeugt ist. Die erste Impulsfolge d wird dem Schlüssen 19 und 20 liegen. Folglich gibt Differenzier- Transistor 23 des Frequenz/Spannungswandlers 10 zu-[ j schaltung 9 an den beiden Anschlüssen 20 und 21 eine 40 geführt um den Transistor 23 abhängig von jedem Im- ί erste bzw. eine zweite Impulsfolge ab. puls der Impulsfolge ddurchzuschalten.
". Der Frequenz/Spannungswandler 10 gemäß diesem Der Kondensator 24 wird von der Stromversorgung t* Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch diese + B über den Widerstand 25 aufgeladen, wenn der Tranbeiden Impulsfolgen angesteuert, um so eine Gleich- sistor 23 gesperrt ist. Die Spannung des Kondensators ^: spannung am Anschluß 22 abzugeben. Diese Ausgangs- 45 24 steigt im wesentlichen linear an und sinkt plötzlich :; spannung wird vom Anschluß 22 dem Vergleicher 11 auf Null, wenn der Transistor 23 durchgeschaltet wird. K zugeführt in dem sie mit der von der Bezugsspanniings- Folglich wird eine Sägezahnspannung f, wie gemäß ' quelle 12 zugeführten Bezugsspannung verglichen wird. Fig. 2f, über dem Kondensator 23 erzeugt mit einer Das Ausgangssignal des Vergleichen 11 wird der An- Frequenz, die gleich der Wiederholungsfrequenz der , steuerschaltung 6 zugeführt, um so die Amplitude der 50 Impulsfolge von der Differenzierschaltung 9 ist
_k vom Impulsgenerator 5 dem Schalttransistor 4 züge- Unmittelbar bevor die Sägezahnspannung / einen » führten Steuerimpulse zu steuern. Auf diese Weise ar- Maximalwert in jedem Zyklus erreicht, wird jeder Im- • beitet das Servosystem derart, daß abhängig von der puls der zweiten Impulsfolge e dem Transistor 28 zuge-Drehzahl des Motors die Amplitude der dem Schalt- führt wodurch der Transistor 28 durchgeschaltet wird, transistor 4 zugeführten Steuerimpulse geändert' wer- 55 Gleichzeitig wird der bisher durchgeschaltete Transij den, um so eine konstante Drehzahl des Motors auf- stör 29 gesperrt und es wird der Transistor 30 leitend. < rechtzuerhalten. Das heißt in genau dem Augenblick, in dem jeder Im-Der Frequenz/Spannungswandler 10 gemäß dem dar- puls der zweiten Impulsfolge e dem Transistor 28 zugegestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält führt wird, leitet der Transistor 30, so daß der Konden-Widerstände 25,26,27, Kondensatoren 24,32 und Tran- 60 sator 32 sofort von der Stromversorgung + B über den _ sistoren 23,28,29,30,31. Der Transistor 23 ist basissei- Transistor 30 auf eine Spannung aufgeladen wird, die im tig mit dem Anschluß 20, emitterseitig mit Masse und wesentlichen gleich dem Maximalwert der Sägezahnkollektorseitig über den Widerstand 25 mit einer Ver- spannung /ist. Die Sägezahnspannung /wird daher absorgungsspannung + B verbunden. Der Kondensator 24 getastet und gespeichert im Kondensator 32.
ist zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transi- 65 Während der Zeit, während der kein Impuls der zweistors 23 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors ten Impulsfolge e erzeugt wird, sind beide Transistoren 23 ist auch über den Widerstand 26 mit der Basis des 28, 30 gesperrt, während der Transistor 29 durchge-Transistors 30 verbunden, wobei der Transistor 30 kol- schaltet ist. Wegen des Sperrwiderstandes zwischen der

5 6 *

Basis und dem Emitter des Transistors 30 bleibt jedoch

die Spannung über dem Kondensator 3 im wesentlichen ):;

unverändert bis der nächste Impuls eintrifft. ; )

Zum gleichen Zeitpunkt, zu dem der Impuls der zwei- ?■!;'

ten Impulsfolge e dem Transistor 28 zugeführt wird, 5 ! vi

wird er auch dem Transistor 31 zugeführt, wodurch die- ;

ser durchgeschaltet wird. Der so durchgeschaltete Tran- -ό

sistor 31 wirkt wie eine Konstantstromquelle im Strom- %

weg des Emitters des abtastenden Transistors 30, wo- ?:.;

durch die Speicherung der abgetasteten Spannung im io fi

Kondensator 32 verbessert und beschleunigt wird. %_t

Auf diese Weise wird eine im wesentlichen konstante |_;

Steuergleichspannung g am Kondensator 32 erzeugt, '

wobei der Spannungswert Vc im wesentlichen propor- '

tional dem Maximalwert der Sägezahnspannung / ist. is ·

Diese Steuerspannung g wird dem Vergleich 11 züge- ', '

führt, in dem die Steuerspannung g mit der Bezugsspannung von der Bezugsspannungsquelle 12 verglichen ;'..; wird. Abhängig vom Vergleichsergebnis wird die Mo- '; toransteuerschaltung 6 derart gesteuert, daß, wenn die 20
Steuerspannung g niedrig ist, die Amplitude des vom
Impulsgenerator 5 dem Schalttransistor 4 zugeführten
Steuerimpulses verringert wird, während bei hoher
Steuerspannung g die Amplitude des dem Schalttransistor 4 zugeführten Steuerimpulses erhöht wird. 25

Mit ansteigendem, durch die Statorwicklung 2 fließendem Strom, wird auch das Motor-Drehmoment größer und umgekehrt Folglich wird mit zunehmender
Drehzahl das Drehmoment verringert und umgekehrt

mittels des Servosystems, wodurch die Motordrehzahl 30 . ι

konstant auf einem vorgegebenen Wert gehalten wird. Ϊ

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

40

50

55

60

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Frequenz/Spannungswandler zum Erzeugen einer der Frequenz einer zugeführten Rechteckspannung umgekehrt proportionalen Gleichspannung mit

— einem Impulsgenerator, der aus der zugeführten Rechteckspannung zwei Impulsfolgen formt, deren Impulswiederholungsfrequenz der Frequenz der Rechteckspannung entspricht, wobei die Impulse der ersten Impulsfolge (d) gegenüber den Impulsen der zweiten Impulsfolge (e) verzögert sind,

— einem Sägezahngenerator, der von der ersten Impulsfolge fc/,)gesteuert wird, und

— einer Abtast- und Halteschaltung mit einem ersten Transistor als elektronischen Schalter zur Übertragung einer Spannung auf einen Speicherkondensator der Abtast- und Halteschaltung, wobei der elektronische Schalter durch einen durch die zweite Impulsfolge (^gesteuerten Schalttransistor geschaltet wird,

25

dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abtast- und Halteschaltung