Elektronischer Dividierer

Abstract

 Bei einem elektronischen Dividierer zur Bildung eines Quotienten aus einem Spannungswert als Nenner und einer Pulsfrequenz eines Eingangspulses als Zähler, ist eine bistabile Kippstufe (7) vorgesehen, deren Setz-Eingang (16) mit dem Eingangsimpuls beaufschlagt wird und deren Rücksetz- Eingang (6) über einen Hystereseschalter (5) mit einem Kondensator (3) in Verbindung steht, wobei der Kondensator durch einen Spannungs/Stromwandler (2) mit einem dem Spannungswert proportionalen Strom beaufschlagbar ist und durch einen elektronischen Schalter (4) entladbar ist, dessen Steuereingang mit einem Ausgang (8) der bistabilen Kippstufe rückgekoppelt ist, so daß des Tastverhältnis eines von einem Ausgang der bistabiligen Kippstufe ableitbaren Ausgangspuls dem Quotienten proportional ist. Hierdruch wird ein wenig Aufwand erfordernder Dividierer erhalten (Fig. 1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen elektronischen Dividierer zur Bildung eines Quotienten aus einem Spannungswert als Nenner und einer Pulsfrequenz eines Eingangspulses als Zähler.

[0002] Es sind bereit elektrische und elektronische Dividierer zur Bildung eines Quotienten aus zwei analogen elektrischen Eingangsgrößen bekannt. Diese bekannten Dividierer sind aber mit Analog/Digitalumsetzern oder Digital/Analogumsetzern aufgebaut und entsprechend aufwendig.

[0003] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen elektronischen Dividierer zur Bildung eines Quotienten aus zwei analogen elektrischen Eingangsgrößen, nämlich eines Spannungswerts als Nenner und eines Eingangspulses als Zähler so auszubilden, daß er unter Verzicht von Analog/Digitalumsetzern oder Digital/Analogumsetzern in reiner Analog-Arbeitsweise funktioniert und somit wenig aufwendig ist. Damit soll sich der Dividierer insbesondere zum kostengünstigen Einsatz für die elektronische Fahrzeuginstrumentierung eignen.

[0004] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0005] Durch den erfindungsgemäßen Dividierer wird in wenig aufwendiger Weise an dem Ausgang einer bistabilen Kippstufe der Quotient eines Spannungswerts als Nenner und einer Pulsfrequenz eines Eingangspulses als Zähler nach Maßgabe des Tastverhältnisses des Ausgangspulses der Kippstufe gebildet. Der elektronische Dividierer arbeitet dabei rein analog. Infolge des geringen Einsatzes elektronischer Bauelemente und Baugruppen zeichnet sich dieser Dividierer in vorteilhafter Weise durch eine große Betriebssicherheit aus. Die Ausgangsgröße, die den Quotienten darstellt, kann in noch anzugebender Art als Spannungsmittelwert oder als Ausschlag eines Zeigerinstruments aus dem Tastverhältnis abgeleitet werden, und zwar ebenfalls unter Einsatz wenig aufwendiger Mittel. Auch ist es einfach möglich anstelle der Pulsfrequenz eines Eingangspulses eine Eingangsspannung als Nenner zur Quotientenbildung einzuführen, wenn die Eingangsspannung durch einen 'Spannungsfrequenzumsetzer zunächst in eine der Spannung proportionale Pulsfrequenz umgesetzt wird.

[0006] Bei der Ansteuerung des elektronischen Dividierers durch einen Eingangspuls wird die Betriebssicherheit dieser Schaltungsanordnung dadurch weiter erhöht, daß der Setz-Eingang der bistabilen Kippstufe über eine flankengesteuerte monostabile Kippstufe durch den Eingangspuls ansteuerbar ist.

[0007] Zur Bildung einer dem Tastverhältnis proportionalen mittleren Ausgangsspannung als Quotient kann, wie in Anspruch 3 angegeben, an den Ausgang der bistabilen Kippstufe ein Tiefpaßfilter angeschlossen sein. Der Tiefpaßfilter, der in einfachster Weise aus einer Widerstandskondensatorkombination bestehen kann, bewirkt eine Mittelwertbildung des Ausgangspulses.

[0008] Anstelle des Tiefpaßfilters kann auch der Mittelwert des Ausgangspulses angezeigt werden, indem ein Drehspulinstrument an den Ausgang der bistabilen Kippstufe angeschlossen wird. Vorzugsweise ist das Drehspulinstrument, welches als Strommeßinstrumentvon Hause aus ausgebildet ist, über einen Spannungs/Stromwandler an den Ausgang der bistabilen Kippstufe angeschlossen.

[0009] Die Erfindung wird im folgenden an Hand einer Zeichnung mit 3 Figuren erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild des elektronischen Dividierers

Figur 2 Pulsdiagramme verschiedener Größen in der Schaltungsanordnung nach Figur 1 und

Figur 3 eine Realisierung der Schaltungsanordnung nach Figur 1.

[0010] In den elektronischen Dividierer nach Figur 1 wird in eine Klemme 1 ein Spannungswert x eingespeist. Die Klemme 1 ist über einen Spannungs/Stromwandler 2 an einen Kondensator 3 angeschlossen. Parallel zu dem Kondensator liegt ein elektronischer Schalter 4. Weiter geht von dem Kondensator eine Leitung über den Hysteresisschalter 5 zu einem Rücksetzeingang 6 einer bistabilen Kippstufe 7.

[0011] Von einem Ausgang 8 der bistabilen Kippstufe führt ein Rückführzweig 9 zu einem Steuereingang des elektronischen Schalters zurück.

[0012] An den Ausgang 8 ist über einen Spannungs/Stromwandler 10 ein Drehspulinstrument 11 angeschlossen. Zusätzlich dazu kann von dem Ausgang 8 über einen Tiefpaß 12 ein Spannungsmittelwert abgeleitet werden: Klemme 13.

[0013] Eine Klemme 14 zum Einspeisen eines Eingangspulses ist mit einer flankengesteuerten monostabilen Kippstufe 15 verbunden, deren Ausgang an einen Setzeingang 16 der bistabilen Kippstufe 7 angeschlossen ist.

[0014] Die Pulsfrequenz y an der Klemme 14 bewirkt ein periodisches Setzen der bistabilen Kippstufe 7, und zwar mit der Periode T =

, vergleiche Impulse b in Figur 2.

[0015] Während die bistabile Kippstufe 7 besetzt ist, ist der elektronische Schalter 4 geöffnet. Damit bewirkt der aus der Spannung x an der Klemme 1 durch den Spannungs/Stromwandler 2 erzeugte Ladestrom ein sägezahnartiges Ansteigen der Kondensatorspannung U_c gemäß dem Sägezahnimpuls a in Figur 2. Die Kondensatorspannung steigt mehr oder weniger steil an, Steigung α, je nachdem wie groß der Ladestrom ist. Das Ansteigen der Kondensatorspannung dauert so lange bis sie den Einschaltpegel U_ein des Hysteresisschalters erreicht. Dann gibt der Hysteresisschalter 5 einen Ausgangsimpuls c in Figur 2 ab, der die bistabile Kippstufe zurücksetzt: vergleiche Zeitpunkt "reset" in Figur 2. Damit nimmt die Ausgangsgröße an dem Ausgang 8 der Kippstufe 7 einen Wert (0) an, der den elektronischen Schalter 4 schließen läßt, so daß der Kondensator 3 schnell entladen wird. Die Größe der Ausgangsspannung an dem Ausgang 8 der Kippstufe ergibt sich aus dem Impuls d in Figur 2.

[0016] Dieser Zustand des Dividierers_'wird so lange beibehalten bis von dem Eingangspuls ein neuer Impuls b in Figur 2 zum Setzen der bistabilen Kippstufe 7 abgeleitet wird, wodurch sich der voranstehend beschriebene Vorgang wiederholt.

[0017] Der Quotient der Eingangsspannung x mit der Pulsfrequenz y wird also in folgender Weise gebildet: Der Kondensator 3 wird entsprechend folgender Funktion aufgeladen:

C = Kapazität des Kondensators

i = Ladestrom aus dem Spannungs/Stromwandler 2

Mit K₁ als Übertragungsfaktor des Spannungs/Stromwandlers ergibt sich dabei unter der Voraussetzung der Konstanz der Eingangsgröße x während der Periodendauer T für die Zeitdauer t bis zu der die Einschaltspannung U . ein des Hysteresisschalter 5 erreicht wird:

Für die Periodendauer T =

gilt dann als Tastverhältnis:

[0018] Daraus ergibt sich, daß das Tastverhältnis proportional dem Quotienten der Eingangspulsfrequenz dividiert durch die Eingangsspannung ist.

[0019] In der Realisierungsform in Figur 3 sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 bezeichnet, die jedoch zum Teil detaillierter dargestellt sind:

Die bistabile Kippstufe wird aus den negierten ODER-Gliedern 17. und 1.8 gebildet.

Während die monostabile Kippstufe 15 in Figur 3 gegenüber Figur 1 keine Besonderheiten aufweist, die an den Setzeingang 16 angeschlossen ist, wird der Rücksetz- eingang 6 durch einen Differenzverstärker 19 gespeist, der mit einem Rückführwiderstand 20 als Hysteresisschalter geschaltet ist. Ein Eingang 21 des Differenzverstärkers ist außer mit dem Rückführwiderstand 20 über einen Spannungsteiler 22, 23 mit der Betriebsspannungsquelle verbunden. Ein zweiter Eingang 24 des Differenzverstärkers steht mit dem Kondensator 3 in Verbindung. Der Kondensator wird über einen Widerstand 25 und einen Transistor 26 kurzgeschlossen, wenn die Basis des Transistors ein entsprechendes Signal von dem Ausgang der bistabilen Kippstufe über einen Transistor 27 und einen Widerstand 28 erhält. Die Ansteuerung des durch den Transistor 26 gebildeten elektronischen Schalters erfolgt also von einem anderen Ausgang der bistabilen Kippstufe als dem Ausgang 8, im Unterschied zu Figur 1.

[0020] Die Schaltungsanordnung in Figur 3 wird vervollständigt durch den Spannungs/Stromwandler, der durch einen weiteren Differenzverstärker 29, einen Transistor 30 und einen Rückführzweig 31 gebildet wird, der zwischen dem Emitter und einem Emitterwiderstand 32 abgezweigt ist. Die Betriebsspannung an der Klemme 33 ist mit U_B bezeichnet.

Ansprüche

1. Elektronischer Dividierer zur Bildung eines Quotienten aus einem Spannungswert als Nenner und einer Pulsfrequenz eines Eingangspulses als Zähler,
dadurch gekennzeichnet ,
daß eine bistabile Kippstufe (7) vorgesehen ist, deren Setz-Eingang (16) mit dem Eingangspuls beaufschlagt wird und deren Rücksetz-Eingang (6) über einen Hysteresisschalter (5) mit einem Kondensator (3) in Verbindung steht, und daß der Kondensator durch einen Spannungs/Stromwandler (2) mit einem dem Spannungswert proportionalen Strom beaufschlagbar ist und durch einen elektronischen Schalter (4) entladbar ist, dessen Steuereingang mit einem Ausgang (8) der bistabilen Kippstufe rückgekoppelt ist, so daß das Tastverhältnis eines von einem Ausgang der bistabilen Kippstufe ableitbaren Ausgangspuls dem Quotienten proportional ist.

2. Elektronischer Dividierer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet , daß der Setz-Eingang (16) der bistabilen Kippstufe über eine flankengesteuerte monostabile Kippstufe (15) durch den Eingangspuls ansteuerbar ist.

3. Elektronischer Dividierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,
daß an den Ausgang (8) der bistabilen Kippstufe ein Tiefpaßfilter (12) zur Bildung einer dem Tastverhältnis proportionalen mittleren Ausgangsspannung angeschlossen ist.

4. Elektronischer Dividierer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ,
daß an den Ausgang der bistabilen Kippstufe (7) vorzugsweise über einen Spannungs/Stronwandler (10) ein Drehspulinstrument (11) angeschlossen ist.

Zeichnung