DE1152757B - Differenzierender Stromverstaerker - Google Patents

Differenzierender Stromverstaerker

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DE1152757B
DE1152757B DES64415A DES0064415A DE1152757B DE 1152757 B DE1152757 B DE 1152757B DE S64415 A DES64415 A DE S64415A DE S0064415 A DES0064415 A DE S0064415A DE 1152757 B DE1152757 B DE 1152757B
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DE
Germany
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negative feedback
current
differentiation
resistor
amplifier
Prior art date
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Pending
Application number
DES64415A
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English (en)
Inventor
Dr Heinrich Kalusche
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of DE1152757B publication Critical patent/DE1152757B/de
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C7/00Control of nuclear reaction
    • G21C7/36Control circuits
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06GANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/12Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers
    • G06G7/18Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals
    • G06G7/184Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals using capacitive elements
    • G06G7/186Arrangements for performing computing operations, e.g. operational amplifiers for integration or differentiation; for forming integrals using capacitive elements using an operational amplifier comprising a capacitor or a resistor in the feedback loop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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Description

  • Differenzierender Stromverstärker Die Erfindung geht aus von einer Verstärkeranordnung, mit der die Änderungsgeschwindigkeit einer Eingangsgröße mit elektronischen Mitteln bestimmt werden soll. Anordnungen dieser Art sind bekannt. Gewöhnlich bestehen sie aus einem Strommeßverstärker, vor dessen einer Eingangsklemme ein Kondensator liegt.
  • Strommeßverstärker sind im allgemeinen sehr stark gegengekoppelt. Dabei wird das übersetzungsverhältnis dieser Verstärker durch die Gegenkopplungselemente bestimmt. Durch eine starke Gegenkopplung kann der übersetzungsfehler auf einen sehr kleinen Teil der üÜbersetzung herabgemindert werden. Die Inkonstanz der Betriebsspannungen und der Verstärkungselemente wirkt sich nur noch auf diesen übersetzungsfehler aus, der durch eine entsprechend starke Gegenkopplung fast beliebig klein gehalten werden kann.
  • Im formelmäßigen Ausdruck für die Ausgangsspannung einer differenzierenden Verstärkeranordnung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung und der Verstärkung tritt, wie weiter unten noch genauer angegeben wird, ein Glied auf, das als Differentiationsfehler gezeichnet werden kann. In diesem Glied ist als maßgeblicher Faktor der Wert der Gegenkopplungselemente, im allgemeinen eines Widerstandes enthalten. Der Differentiationsfehler hat die unangenehme Eigenschaft, mit zunehmender Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsgröße anzuwachsen.
  • Es sind sowohl gegengekoppelte Differentiationsverstärker als auch stromabhängige Gegenkopplungsglieder bei Meßverstärkern an sich bekannt.
  • Die Aufgabenstellung, den bei einem stromgegengekoppelten Differentiationsverstärker noch vorhandenen systematischen Differentiationsfehler frequenzunabhängig zu machen, ist jedoch neu.
  • Die Erfindung richtet sich auf einen Differentiationsverstärker mit Stromgegenkopplung und ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der Unabhängigkeit des Differentiationsfehlers von der Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsgröße in der Gegenkopplungsschleife, wie bei Gegenkopplungsschaltungen an sich bekannt, ein stromabhängiger Widerstand liegt.
  • Mit Hilfe der Kombination eines an sich bekannten gegengekoppelten Differentiationsverstärkers und eines ebenfalls an sich bekannten stromabhängigen Gegenkopplungsgliedes wird eine neue Wirkung erzielt. Es wird der Differentiationsfehler des Verstärkers unabhängig von der Änderungsgeschwindigkeit des zu differenzierenden Vorganges. Dieser mit einem stromabhängigen Gegenkopplungsglied bei einem Differentiationsverstärker mit Stromgegenkopplung erreichte Erfolg bezieht sich auf die Eigenschaften des Verstärkers und stellt an sich noch keine Änderung der Charakteristik von dem Verstärker vor-oder nachgeschalteten Einrichtungen dar; wie sie ebenfalls schon zum Stande der Technik gehört.
  • Als stromabhängiger Gegenkopplungswiderstand kann beispielsweise die Parallelkombination eines ohmschen Widerstandes mit einem Varistor verwendet werden. Es ist aber auch möglich, zwei antiparallel geschaltete Dioden anzuwenden, beispielsweise Halbleiterdioden.
  • Die gewonnene Unabhängigkeit des Differentiationsfehlers von der Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsgröße ist aber nicht der einzige Erfolg der Anordnung nach der Erfindung. Bei einer Differentiation besteht nämlich grundsätzlich zwischen der Ausgangsgröße und der Eingangsgröße ein mit der Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsgröße wachsendes Verhältnis. Differentiationsschaltungen sind deshalb gegen Störungen mit hoher Frequenz sehr empfindlich. Auch für diesen Fall schafft die Verwendung eines stromabhängigen Gegenkopplungsgliedes weitgehend Abhilfe.
  • Schließlich kann auch noch die Skala eines an den Differentiationsverstärker angeschlossenen Meßgerätes mit Hilfe des stromabhängigen Gegenkopplungswiderstandes linearisiert oder in gewünschter Weise entzerrt werden. Die Erfindung wird an Hand zweier Schaltskizzen, deren eine ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert.
  • In Fig. 1 ist ein bekannter Differentiationsverstärker dargestellt. UI sei seine Eingangsspannung und Uz seine Ausgangsspannung. Im Leitungszug der einen Eingangsklemme ist ein Kondensator C angeschlossen. Eine Ausgangsklemme ist mit einer Eingangsklemme über einen Widerstand R verbunden. Diese Verbindung stellt die Gegenkopplungsschleife dar, und R ist der sogenannte Gegenkopplungswiderstand. Die Verstärkung ohne Gegenkopplung wird durch V gekennzeichnet.
  • Aus dieser Figur kann folgende Formel abgeleitet werden: wobei das Differentiationssymbol darstellt. Aus dieser Gleichung ist zu entnehmen, daß die Ausgangsgröße U2 der Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsgröße (P - Ui) proportional ist. Die übersetzung des Verstärkers wird durch den Gegenkopplungswiderstand R bestimmt. Das Glied - stellt den Differentiationsfehler (Integralanteil) dar. Wird nun an Stelle des Gegenkopplungswiderstandes R ein stromabhängiger Widerstand D verwendet, so bleibt das Differentiationsprinzip der Verstärkeranordnung erhalten. Infolge der von der Eingangsgröße abhängigen übersetzung läßt sich jedoch je nach Charakteristik des Gegenkopplungswiderstandes D die gewünschte Konstanz des Differentiationsfehlers gegenüber der Änderungsgeschwindigkeit P erzielen. Dazu sollte der Gegenkopplungswiderstand D einen mit zunehmendem Strom abnehmenden Widerstandswert haben. Wird, wie aus der Fig.2 zu ersehen ist, als Gegenkopplungsglied die Parallelschaltung eines Varistors und eines ohmschen Widerstandes angewendet, so wird auch das mit der Anderungsgeschwindigkeit P wachsende Verhältnis zwischen Ausgangsgröße und Eingangsgröße für hohe Frequenzen begrenzt. Dazu kann die Parallelschaltung aus Varistor und ohmschem Widerstand so bemessen werden, daß im nutzbaren Differentiationsbereich eine konstante Übersetzung durch den Parallelwiderstand R bewirkt wird und im nicht interessierenden Bereich hoher Frequenzen der Varistor D wirksam wird und die Ausgangsgröße begrenzt.
  • Wie eingangs schon erwähnt, lassen sich aber auch gewünschte Charakteristiken zwischen der Anderungsgeschwindigkeit einer Eingangsgröße und der Ausgangsgröße einstellen. Besteht der stromabhängige Gegenkopplungswiderstand D z. B. aus Halbleiterdioden, so gilt (nach E. S p e n k e : »Elektronische Halbleiter«, Verlag Springer, Berlin, 1955, S.100). Der Widerstand R einer solchen Anordnung ist wobei iD = Durchlaßstrom, is,, = Sperrstrom (Sättigungsstrom), e = elektrische Elementarladung, k = Boltzmannsche Konstante, T = absolute Temperatur. ist. Führt man diesen Widerstand R in der Formel (1) für die Übersetzung ein und berücksichtigt, daß CUIP - !D ist, so ist die zu erwartende übersetzung zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße in ihrem nichtlinearen Zusammenhang klar erkennbar. Für die Änderungsgeschwindigkeit einer Eingangsgröße kann also eine aussteuerungsabhängige übersetzung angegeben werden. Damit ist ein gewünschter Skalenverlauf für ein Instrument herzustellen.
  • Als Anwendungsbeispiel für die im letzten Abschnitt angeführte Eigenschaft der Anordnung nach der Erfindung wird die Messung der Periode eines Kernreaktors angegeben. Die Periode wird aus der Differentiation des logarithmierten Neutronenflusses im Reaktor abgeleitet. Man erhält die Beziehung wobei (h der Neutronenfluß und z die Reaktorperiode darstellt. Die Beziehung (4) liefert also unmittelbar den Kehrwert der Reaktorperiode r. Damit ergibt sich für große Periodenwerte eine zusammengedrängte, für kleine Periodenwerte eine gedehnte Skale. Durch Anwendung der aussteuerungsabhängigen übersetzung bei einem Differentiationsverstärker kann also eine Periodenskale linearisiert bzw. entzerrt werden.
  • In Fig. 2 ist das Blockschaltbild eines Differentiationsverstärkers nach der Erfindung dargestellt. D ist dabei ein stromabhängiger Widerstand, beispielsweise ein Varistor oder eine Halbleiterdiode.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Differentiationsverstärker mit Stromgegenkopplung, .dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der Unabhängigkeit des Differentiationsfehlers von der Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsgröße in der Gegenkopplungsschleife, wie bei Gegenkopplungsschaltungen an sich bekannt, ein stromabhängiger Widerstand liegt.
  2. 2. Differenzierender Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenkopplungswiderstand die Parallelkombination eines ohmschen Widerstandes mit einem Varistor verwendet wird.
  3. 3. Differenzierender Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Gegenkopplungswiderstand zwei antiparallel geschaltete Dioden vorgesehen sind.
  4. 4. Differenzierender Stromverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden Halbleiterkörper sind. In Betracht gezogene Druckschriften: ETZ, H. 22, 1941, S. 496; Elektronische Rundschau, Nr. 1, 1957, S. 7.
DES64415A 1959-08-13 1959-08-13 Differenzierender Stromverstaerker Pending DE1152757B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1271826B (de) * 1965-09-30 1968-07-04 Siemens Ag Messverstaerker mit nichtlinearem Geber im Verstaerkereingang

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1271826B (de) * 1965-09-30 1968-07-04 Siemens Ag Messverstaerker mit nichtlinearem Geber im Verstaerkereingang

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