Einrichtung zur Erzeugung eines der Frequenz von Impulsen proportionalen Stromes Üblicherweise wird zur Messung der Frequenz von Impulsreihen mindestens ein Kondensator verwendet, der an einer im Rhythmus der Impulse schwankenden Spannung liegt; der dadurch erzeugte Kondensatorstrom ist ein Mass für die Frequenz der Impulse. Wenn die Steuerung der Kondensatorspannung bzw. die Herstellung des Kondensatorlade- und -entladestromkreises durch Relaiskontakte erfolgt, so ergeben sich zufolge der Umschaltezeit des Relais, insbesondere bei höheren Frequenzen, Ungenauigkeiten. Eine Verbesserung der Messung lässt sich durch Verwendung von zwei Kondensatoren erzielen, die über einen Umschaltekontakt abwechselnd aufgeladen und entladen werden.
Bei Verwendung von elektronischen Schaltmitteln, z. B. Transistoren, erfolgt die Umschaltung zwischen Ladung und Entladung der Kondensatoren praktisch ohne jede Verzögerung, und dadurch entfallen die bei Verwendung von Relais unvermeidlichen Ungenauigkeiten. Ein Nachteil ergibt sich jedoch bei der Verwendung von gleichartigen Transistoren zur Steuerung der Kondensatorströme, wenn zwei oder mehr Kondensatoren an eine gemeinsame Ladespannung geschaltet sind; in diesem Fall bedürfen die Transistoren galvanisch getrennter Stromkreise, was sich praktisch nur mit Hilfe von Übertragern mit mehreren galvanisch getrennten Sekundärwicklungen erzielen lässt.
Solche Übertrager eignen sich jedoch praktisch nur für die Übertragung von höheren Frequenzen, denn bei niederen Frequenzen wären besonders grosse- Übertrager (Transformatoren) und auch Kondensatoren erforderlich.
Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines der Frequenz von Impulsen proportionalen Stromes mit Hilfe mindestens zweier mit dieser Frequenz abwechselnd geladener und entladener, in Serie an eine Hilfsspannungsquelle geschalteter Kondensatoren, welche den Vorteil aufweist, dass bei ihr überhaupt keine Ubertrager erforderlich sind. Erfindungsgemäss ist zwei in Serie geschalteten Kondensatoren je die Emitter-Kollektor-Strecke eines von zwei komplementären, mit dieser Frequenz gesteuerten Transistoren parallel geschaltet. Durch die Verwendung komplementärer Transistoren ist es ermöglicht, diese in der richtigen Polung den beiden Kondensatoren direkt parallel zu schalten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt die prinzipielle Schaltung. Zwei Kondensatoren 1 und 2 sind einer Hilfsspannungsquelle 3 parallel geschaltet. Der Speisestrom der beiden Kondensatoren 1, 2 ist ein Mass für die Frequenz einer Spannung U, die zwischen die Anschlussstellen 4, 5 eingespeist ist. Den Kondensatoren 1, 2 sind die Emitter-Kollektor-Strecken zweier komplementärer Transistoren 6, 7 parallel geschaltet. So ist beispielsweise der Transistor 6 vom Typ pnp, während der Transistor 7 vom Typ npn ist.
Den Basen der Transistoren 6, 7 ist die Steuerspannung U über je einen Basiswiderstand 8, 9 zugeführt.
Zur Messung des der Frequenz der Spannung U proportionalen Kondensatorstromes dient ein in den Hilfsstromkreis eingeschaltetes Messgerät 10.
Bei Anlegen der Wechsel- oder Impulsspannung U werden die Transistoren 6, 7 im Rhythmus der Frequenz der Spannung U abwechselnd leitend und bewirken dadurch die abwechselnde Auf- und Entladung der parallel geschalteten Kondensatoren 1 und 2. Der über die Kondensatoren 1, 2 sowie über das Messgerät 10 fliessende Strom ist somit ein Mass für die Frequenz der Spannung U.
Fig. 2 zeigt eine ähnliche Schaltung wie Fig. 1.
Bei dieser Schaltung versorgt die Hilfsspannungsquelle 3 einerseits die Kondensatoren 1, 2 und anderseits einen Hilfswiderstand 11 mit Strom. Diesen bei den Stromkreisen ist das Messgerät 10 gemeinsam, das die Differenz der beiden Ströme misst. Hierdurch lässt sich das Messgerät 10 für eine bestimmte Frequenz einstellen, die es in seiner Nullage anzeigt. Das Messgerät 10 ist bei dieser konstanten Frequenz stromlos. Überschreitet die gemessene Frequenz diesen vorgegebenen konstanten Frequenzwert, so zeigt das Messgerät einen positiven und bei Unterschreitung dieses Wertes einen negativen Ausschlag. Hierdurch lassen sich Abweichungen von einer Normalfrequenz, z. B. 50 Hz, direkt anzeigen.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Schaltung sind zur Stabilisierung der Spannungen am Hilfswiderstand 11 einerseits und an den Kondensatoren 1, 2 anderseits zwei den betreffenden Schaltelementen parallel geschaltete Zener-Dioden 12, 13 vorgesehen.
Mit Hilfe zweier erfindungsgemässer Einrichtungen lassen sich auch Differenzen und Summen von Frequenzen darstellen. Eine hierzu geeignete Schaltung zeigt Fig. 3. Die Bezifferung der einen, zur Messung der Frequenz einer Spannung U dienenden Einrichtung I stimmt mit der Bezifferung der Fig. 2 überein. Zur Messung der Frequenz einer Spannung U' dient eine gleichartige Einrichtung II, deren Bezifferung in analoger Weise vorgenommen, jedoch mit Apostrophen versehen ist.
Das Messgerät 10 der Einrichtung I führt einen der Frequenz der Spannung U proportionalen Strom, und der Strom durch das Messgerät 10' ist im gleichen Verhältnis der Frequenz der Spannung U' proportional. Zusätzlich ist jedoch noch ein Messgerät 14 vorgesehen, dem die Messströme der Geräte 10 und 10' zugeführt sind, derart, dass es entweder die Summe oder die Differenz der Frequenzen der Spannungen U und U' anzeigt.
Die erfindungsgemässe Schaltung weist ausser den Vorteilen, die Transistorschaltungen im Vergleich zu Röhren- oder Relaisschaltungen bieten, wie z. B. lange Lebensdauer, keine Wartung und geringer Leistungsverbrauch, ferner, dass zufolge der Verwendung von Komplementärtransistoren Koppelglieder wie Übertrager oder vorgeschaltete Impulsformerstufen erübrigt werden, noch folgende Vorteile auf:
Das Anzeigeinstrument erhält je Steuerimpuls zwei Ladestromstösse. Durch die Impulsverdoppelung ist die Glättung bei kleinen Messwerten erleichtert.
Es können kleinere Siebglieder verwendet werden, und dadurch ergeben sich weiter geringere Einstellzeiten der Messgeräte.
Im Vergleich zu Impulsfrequenz-Gleichstromumformern mit Relais, die nach einem ähnlichen Prinzip arbeiten, ermöglicht die Transistorschaltung grö ssere Ausgangsströme bei gleicher Impulsfrequenz.
Bei diesen Relaisschaltungen sind zum Schutz der Relaiskontakte diesen Widerstände vorgeschaltet.
Diese Widerstände erhöhen die Ladezeitkonstante der Kondensatoren. Dadurch ist die maximal zulässige Kapazität dieser Kondensatoren begrenzt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die Umschaltezeit der Relais wegfällt. Die zur Verfügung stehende Kontaktdauer wird dadurch grösser.
Gegenüber Frequenz-Gleichstromumformern mit Transistoren, bei denen der der Frequenz proportionale Gleichstrom durch Gleichrichtung gewonnen wird, weist die erfindungsgemässe Einrichtung den Vorteil auf, dass ein Gleichstrom lediglich auf Grund der Anordnung der Transistoren ohne Verwendung von Gleichrichtern zustande kommt. Gleichrichter haben nämlich den Nachteil, dass sie bei kleinen Strömen einen hohen Widerstand aufweisen, der wieder eine grosse Zeitkonstante zur Folge hat. Solche Schaltungen weisen auch keine lineare Abhängigkeit des Stromes von der Frequenz auf, so dass beispielsweise Schaltungen zur Anzeige von Frequenzsummen auf diese Weise praktisch nicht verwendbar sind. Ferner bewirken Hochfrequenzeinstreuungen in den mit Gleichrichtern versehenen Anordnungen Messfehler.
Für Schaltungen, in denen Differenzen oder Summen von Strömen gebildet werden, sind bei Frequenz Gleichstromumformern mit Gleichrichtern Anzeigegeräte mit zwei Rähmchen erforderlich. Alle diese genannten, mit der Verwendung von Gleichrichtern verbundenen Nachteile der bekannten Frequenz-Gleichstromumformer sind bei der erfindungsgemässen Schaltung vermieden.
Da bei der erfindungsgemässen Einrichtung die verwendeten Transistoren im gesperrten Zustand einen möglichst kleinen Reststrom führen sollen, ist es vorteilhaft, hierfür Siliziumtransistoren zu verwenden.