DE1161442B - Transistor amplifier for the construction of analog computing devices with Hall generators - Google Patents

Transistor amplifier for the construction of analog computing devices with Hall generators

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES W7TW> PATENTAMTFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN W7TW> PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: G 06 gBoarding school Class: G 06 g

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Deutsche Kl.: 42 m - 36German class: 42 m - 36

S 75654IX c/42 m
8. September 1961
16. Januar 1964S 75654IX c / 42 m
September 8, 1961
January 16, 1964

Es ist bekannt, daß sich der HaMgenerator zur einfachen und genauen Multiplikation von als elektrische Größen darstellbaren Größen vorteilhaft eignet. Unter Verwendung solcher Hallgeneratoren als Multiplikatoren lassen sich Analogrechengeräte aufbauen, die bei geringem Aufwand und Raumbedarf zufriedenstellende Ergebnisse liefern.It is known that the HaMgenerator can be used to easily and accurately multiply as electrical Sizes that can be represented advantageously are suitable. Using such hall generators Analog computing devices can be set up as multipliers that require little effort and space deliver satisfactory results.

Gewisse Schwierigkeiten bringen dabei jedoch die Potentialverhältnisse innerhalb des Rechengerätes. Vom Standpunkt der Betriebssicherheit und Genauigkeit ist es zweckmäßig, den Steuerstromkreis des oder der Hallgeneratoren auf einer Seite an ein festes Bezugspotential, beispielsweise an Erde, zu legen. Die Hallelektroden sind dann erdfrei. Soll das Ergebnis eines ersten Hallgenerators in Form eines Steuerstromes einem zweiten Hallgenerator zugeführt werden, so muß der erdfreie Hallkreis des ersten Hallgenerators dem geerdeten Steuerstromkreis des zweiten Hallgenerators in geeigneter Weise angekoppelt werden.However, the potential relationships within the computing device cause certain difficulties. From the standpoint of operational safety and accuracy, it is useful to control the control circuit of the or the Hall generators on one side to a fixed reference potential, for example to earth place. The hall electrodes are then floating. Should the result of a first Hall generator in the form of a Control current are fed to a second Hall generator, the floating Hall circuit of the first Hall generator coupled to the grounded control circuit of the second Hall generator in a suitable manner will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transistorverstärker für diesen Zweck anzugeben, der in Rechengeräten mit Hallgeneratoren universell verwendbar ist. Der Transistorverstärker nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine symmetrische Eingangsstufe in Form eines Differentialverstärkers aus zwei Transistoren mit Gegenkopplungswiderständen und einem gemeinsamen Emitterwiderstand, der einen Hilfstransistor zum Einprägen des Gesamtstromes enthält, und eine unsymmetrisch angekoppelte Endstufe aus zwei in Reihe geschalteten Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, deren Basiselektroden über eine konstante Spannung verbunden sind und an deren Mittelpunkt die geerdete Belastung angeschlossen ist. Die geerdete bzw. an ein Bezugspotential gekoppelte Belastung kann dabei insbesondere der Steuerstromkreis eines nachfolgenden Hallgenerators sein.The invention is based on the object of specifying a transistor amplifier for this purpose, which can be used universally in computing devices with Hall generators. The transistor amplifier after the The invention is characterized by a symmetrical input stage in the form of a differential amplifier from two transistors with negative feedback resistors and a common emitter resistor, which is an auxiliary transistor for Contains impressions of the total current, and an asymmetrically coupled output stage consisting of two in Series-connected transistors of opposite conductivity type, the base electrodes of which have a constant voltage and at the midpoint of which the earthed load is connected. The load that is grounded or coupled to a reference potential can be the control circuit in particular of a subsequent Hall generator.

Zwischen Eingangsstufe und Endstufe kann ein Zwischenverstärker, insbesondere in Kollektor-Verbundbetrieb, geschaltet sein. Zur Einführung der konstanten Spannung kann zwischen den Basiselektroden der in Reihe geschalteten Transistoren, deren Kollektoren verbunden sind, eine oder eine Reihenschaltung mehrerer Zenerdioden dienen.Between the input stage and output stage, an intermediate amplifier, especially in collective collector operation, can be be switched. To introduce the constant voltage can between the base electrodes of the series-connected transistors whose collectors are connected, one or one Series connection of several Zener diodes are used.

Nähere Einzelheiten des Erfindungsgegenstandes seien im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert, das in der Zeichnung schematisch dargestellt ist.Further details of the subject matter of the invention are given below using an exemplary embodiment explained, which is shown schematically in the drawing.

Der Steuerstromkreis eines Hallgenerators 1, dem an den Klemmen 2, 3 der Steuerstrom zugeführt wird, ist an der Klemme 3 geerdet oder mit einem Transistorverstärker für den Aufbau von Analogrechengeräten mit HallgeneratorenThe control circuit of a Hall generator 1, to which the control current is fed at terminals 2, 3, is grounded at terminal 3 or with a transistor amplifier for the construction of analog computing devices with Hall generators

Anmelder:Applicant:

Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,Siemens-Schuckertwerke Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,Berlin and Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Erich Rainer, ErlangenNamed as inventor:
Erich Rainer, Erlangen

anderen Bezugspotential verbunden. Die Hallelektroden sind an Klemmen 4, 5 geführt, und diese Klemmen sind mit den Basiselektroden von Transistoren 6 und 7 verbunden. Die Transistoren bilden mit ihren Arbeitswiderständen 8, 9, Gegenkopplungswiderständen 10,11 und einem gemeinsamen Emitterwiderstamd 12 eine symmetrische Eingangsstufe in Form eines Differentialverstärkers, die an sich bekannt ist. Ein Differentialverstärker zeichnet sich dadurch aus, daß er auf die Differenz der Eingangssignale an den beiden Transistoren anspricht, während eine Änderung der Eingangssignale im gleichen Sinne wirkungslos bleibt.connected to another reference potential. The Hall electrodes are connected to terminals 4, 5, and these terminals are connected to the base electrodes of transistors 6 and 7. With their working resistors 8, 9, negative feedback resistors 10, 11 and a common emitter resistor 12, the transistors form a symmetrical input stage in the form of a differential amplifier, which is known per se. A differential amplifier is characterized by the fact that it responds to the difference in the input signals at the two transistors, while a change in the input signals in the same sense remains ineffective.

Dies gilt jedoch nur dann, wenn man auch am Ausgang des Differentialverstärkers symmetrisch bleibt. Im vorliegenden Falle muß jedoch ein Übergang zu unsymmetrischer Schaltung erzielt werden.However, this only applies if you are also on Output of the differential amplifier remains symmetrical. In the present case, however, a transition must be made to unbalanced circuit can be achieved.

Gemäß einem Vorschlag der Erfindung wird ein Teil des gemeinsamen Emitterwiderstandes durch einen Hilfstransistor 13 gebildet, der den Gesamtstrom des Differentialverstärkers einprägt. Zu diesem Zweck ist die Basiselektrode des Transistors 13 an den Abgriff eines Spannungsteilers aus Widerständen 14 und 15 angeschlossen, der mit einer Seite an das Bezugspotential und mit der anderen Seite an die positive Klemme der Speisespannung angeschlossen ist.According to a proposal of the invention, part of the common emitter resistance is through an auxiliary transistor 13 is formed, which impresses the total current of the differential amplifier. To this The purpose is to connect the base electrode of the transistor 13 to the tap of a voltage divider made of resistors 14 and 15 connected, one side to the reference potential and the other side is connected to the positive terminal of the supply voltage.

Parallel zum Widerstand 15 kann man noch einen veränderbaren Widerstand schalten, der aus einem Festwiderstand 16 und einem Stellwiderstand 17 besteht. Am Widerstand 17 kann die Nulleinstellung des Verstärkerausgangssignals vorgenommen werden. Bei gleichsinniger Änderung der Eingangssignale der Transistoren 6 und 7 würde ohne den Transistor 13 das Kollektorpotential des Transistors 7 und damit die weiterzuverarbeitende Spannung geändert werden. Dies wird durch das Ein-In parallel with the resistor 15, a variable resistor can be connected that consists of a Fixed resistor 16 and a variable resistor 17 consists. The zero setting can be performed at resistor 17 of the amplifier output signal. If the input signals of the transistors 6 and 7 were to change in the same direction without the Transistor 13 is the collector potential of transistor 7 and thus the voltage to be further processed be changed. This is achieved by

309 779/115309 779/115

prägen des Gesamtstromes mittels des Transistors 13 vermieden. Je nach der Aussteuerung dieses Transistors über den Widerstand 17 kann man das Ruhesignal am Kollektor des Transistors 7 bestimmen.stamping of the total current by means of the transistor 13 is avoided. Depending on the modulation of this transistor The quiescent signal at the collector of the transistor 7 can be determined via the resistor 17.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist eine Zwischenstufe aus zwei Transistoren 18,19 in KoI-lektorverbundbetrieb vorgesehen, wobei zur Erzeugung der Vorspannung für den Transistor 19 in den Emitterkreis des Transistors 18 ein Widerstand 20 geschaltet ist.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, an intermediate stage composed of two transistors 18, 19 is in composite mode provided, wherein to generate the bias voltage for the transistor 19 in the emitter circuit of the transistor 18, a resistor 20 is switched.

Die Endstufe besteht aus zwei Transistoren entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, nämlich dem n-p-n-Transistor 21 und dem p-n-p-Transistor 22. Beiden Transistoren sind Gegenkopplungswiderstände 23 bzw. 24 zur Stromeinprägung im Lastkreis in Reihe geschaltet. An den Mittelpunkt 25 der Endstufe kann die geerdete Belastung, angedeutet durch einen Widerstand 26, angeschlossen werden.The output stage consists of two transistors of opposite conductivity type, namely the n-p-n transistor 21 and the p-n-p transistor 22. Both transistors are negative feedback resistors 23 or 24 connected in series to impress current in the load circuit. At the center 25 of the output stage can the earthed load, indicated by a resistor 26, can be connected.

Die beiden Basiselektroden der Transistoren 21 und 22 sind über eine konstante Spannung, nämlich den Spannungsabfall an zwei Zenerdioden 27 und 28, miteinander verbunden. Zwischen die Basiselektrode des Transistors 22 und die positive Speisespannungsklemme ist noch ein Widerstand 29 geschaltet, der den Grundlaststrom der Zenerdiode führt.The two base electrodes of transistors 21 and 22 are at a constant voltage, viz the voltage drop across two Zener diodes 27 and 28, connected to one another. Between the base electrode of the transistor 22 and the positive supply voltage terminal, a resistor 29 is connected, which carries the base load current of the Zener diode.

Die konstantgehaltene Potentialdifferenz zwischen den Basiselektroden der Transistoren 21 und 22 gewährleistet, daß beide Transistoren gegenläufig ausgesteuert werden. Der aus dem Knotenpunkt 25 herausfließende eingeprägte Ladestrom ist die Differenz der Kollektorströme von den Transistoren 21 und 22, die sowohl positive als auch negative Werte annehmen kann. Hat man mit dem Stellwiderstand 17 den Nullpunkt eingeeicht, so erhält man am Ausgang des Transistorverstärkers eine Spannung, die nach Größe und Richtung der Hallspannung des Hallgenerators 1 proportional ist. Wie Versuche gezeigt haben, genügt die erhaltene Linearität den praktischen Anforderungen.The kept constant potential difference between the base electrodes of the transistors 21 and 22 ensures that both transistors are controlled in opposite directions. The one flowing out of node 25 impressed charging current is the difference between the collector currents of transistors 21 and 22, which can take on both positive and negative values. With the variable resistor 17 calibrated the zero point, a voltage is obtained at the output of the transistor amplifier that is equal to Size and direction of the Hall voltage of the Hall generator 1 is proportional. As shown by experiments the linearity obtained meets the practical requirements.

Um ein Beispiel für die Anwendung eines solchen Transistorverstärkers zu geben, ist in Fig. 2 ein Analogrechner zur Ermittlung des Drehmomentes von elektrischen Maschinen schematisch veranschaulicht. Dem Analogrechner liegt die Drehmomentformel To give an example of the application of such a transistor amplifier, a is shown in FIG Analog computer for determining the torque of electrical machines illustrated schematically. The torque formula is available to the analog computer

Der Hallgenerator HG2 ist im Hallmeßwandler HM2 angeordnet und mit einem dem Strom / proportionalen Magnetfeld erregt. Seine Ausgangsspannung U112 wird über einen Verstärker F., gemäß Fig. 1 geführt, dessen Ausgangsgröße dem"Produkt U'J proportional ist.The Hall generator HG 2 is arranged in the Hall transducer HM 2 and excited with a magnetic field proportional to the current. Its output voltage U 112 is fed through an amplifier F., according to FIG. 1, the output variable of which is proportional to the "product U'J.

Außerdem wird in einem Rechenzweig mit den Hallgeneratoren HG;i und /7G4, einem Stromkonstanthalter SK2 zur Lieferung des Steuerstroms /S3 undIn addition, in a computing branch with the Hall generators HG ; i and / 7G 4 , a current stabilizer SK 2 for supplying the control current / S3 and

ίο zwei Verstärkern F3 und F4 eine dem Quadrat des Stromes proportionale Größe gebildet. Am Knotenpunkt K1 erhält man Summe bzw. Differenz, die dem Zähler der Drehmomentforme] entspricht.ίο two amplifiers F 3 and F 4 formed a size proportional to the square of the current. At node K 1 , the sum or difference is obtained, which corresponds to the numerator of the torque shape].

Ein dritter Hallmeßwandler HM3 ist proportionalA third Hall transducer HM 3 is proportional

der Drehzahl der Maschine erregt. Der im Luftspalt dieses Meßwandlers angeordnete Hallgenerator HG-liefert seine Hallspannung U11- an den Verstärker V-gemäß Fig. 1. Am Knotenpunkt K2 werden das Ausgangssignal des Verstärkers V. und die vom Knotenpunkt K1 gelieferte Größe zusammengesetzt und einem Verstärker F1. mit unsymmetrischem Eingang zugeführt. Dessen Ausgangsgröße wird als Steuerstrom Js. des Hallgenerators HG5 verwendet. Es entsteht dabei ein geschlossener Regelkreis, der den Quotienten gemäß der Drehmomentformel selbsttätig berechnet. Der Steuerstrom/s 5 ist dem Drehmoment proportional und kann mit Hilfe eines Meßgerätes MG gemessen oder auf andere Weise ausgewertet werden.the speed of the machine excited. The arranged in the air gap of this transducer Hall generator HG delivers its Hall voltage U 11 - to the amplifier V according to Fig 1. At the node K 2, the output of the amplifier V and supplied by the node K 1 size are assembled and an amplifier f1. . fed with unbalanced input. Its output variable is used as the control current J s . of the Hall generator HG 5 is used. This creates a closed control loop that automatically calculates the quotient according to the torque formula. The control current / s 5 is proportional to the torque and can be measured with the aid of a measuring device MG or evaluated in some other way.

Da die Steuerstromkreise sämtlicher Hallgeneratoren dank der Erfindung einheitlich geerdet werden können, sind Störeinflüsse weitgehend ausgeschaltet. Man erhält damit einen Drehmomentrechner, der die Bestimmung des Drehmomentes mit großer Genauigkeit außerhalb der Maschine ermöglicht. Derartige Rechner sind mit besonderem Vorteil bei industriellen Automatisierungsaufgaben einsetzbar, z. B. zur Drehmomentmessung an den Walzgerüsten automatisierter Walzwerke.Since the control circuits of all Hall generators are uniformly grounded thanks to the invention disturbances are largely eliminated. This gives you a torque calculator that can handle the Allows determination of the torque with great accuracy outside the machine. Such Computers can be used with particular advantage in industrial automation tasks, e.g. B. for torque measurement on the roll stands of automated rolling mills.

Der Transistorverstärker nach der Erfindung kann in verschiedener Hinsicht abgewandelt, insbesondere durch zusätzliche Verstärkerstufen ergänzt werden. Beispielsweise stehen zur Einführung der konstanten Spannung zwischen den Basiselektroden der Transistoren 21 und 22 neben Zenerdioden auch andere hierfür bekannte Mittel zur Verfügung.The transistor amplifier according to the invention can be modified in various respects, in particular can be supplemented by additional amplifier stages. For example, stand for the introduction of the constant Voltage between the base electrodes of the transistors 21 and 22 as well as other Zener diodes known means are available for this purpose.

= C= C

UJ + JtUJ + Jt

zugrunde. Hierin sind UJ die aufgenommene Leistung im Ankerkreis (U = Ankerspannung, / = Ankerstrom), J2R die Stromwärmeverluste im Ankerkreis und η die Drehzahl der Maschine. Das Vorzeichen von J-R ist je nach Motor- oder Generatorbetrieb der Maschine negativ oder positiv. C ist eine die Dimensionen der einzelnen Größen berücksichtigende Proportionalitätskonstante.underlying. Here, UJ is the power consumed in the armature circuit (U = armature voltage, / = armature current), J 2 R is the current heat loss in the armature circuit and η is the speed of the machine. The sign of JR is negative or positive depending on the motor or generator operation of the machine. C is a constant of proportionality that takes into account the dimensions of the individual quantities.

Wie Fig. 2 zeigt, wird zunächst im Hallmeßwandler HM1 eine der Maschinenspannung U proportionale Hallspannung UHl erzeugt. Der Hallgenerator HG1 ist im Luftspalt des Hallmeßwandlers HM1 angeordnet, in Fig. 2 der Deutlichkeit halber jedoch in das Schaltbild aufgenommen. Er erhält aus einem Stromkonstanthalter SK1 einen konstanten Steuerstrom /Sl. An die Hallelektrode des Hall- generatorsHG1 ist ein Verstärker V1 gemäß Fig. 1 angeschlossen, der an seinem Ausgang den Steuerstrom Js,2 des Hallgenerators HG2 liefert.As shown in FIG. 2, HM 1 is first produced one of the machines voltage U proportional Hall voltage U Hl in Hallmeßwandler. The Hall generator HG 1 is arranged in the air gap of the Hall transducer HM 1 , but included in the circuit diagram in FIG. 2 for the sake of clarity. It receives a constant control current / S1 from a current stabilizer SK 1 . An amplifier V 1 according to FIG. 1 is connected to the Hall electrode of the Hall generator HG 1 and supplies the control current J s , 2 of the Hall generator HG 2 at its output.

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Transistorverstärker für den Aufbau von Analogrechengeräten unter Verwendung von Hallgeneratoren mit geerdetem Steuerstromkreis, gekennzeichnet durch eine symmetrische Eingangsstufe in Form eines Differentialverstärkers aus zwei Transistoren (6, 7) mit Gegenkopplungswiderständen (10, 11) und einem gemeinsamen Emitterwiderstand, der einen Hilfstransistor (13) zum Einprägen des Gesamtstromes enthält, und eine unsymmetrisch angekoppelte Endstufe mit zwei in Reihe geschalteten Transistoren (21, 22) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, deren Basiselektroden über eine konstante Spannung verbunden sind und an deren Mittelpunkt (25) die geerdete Belastung (26) angeschlossen ist.1. Transistor amplifier for building analog computing devices using Hall generators with a grounded control circuit, characterized by a symmetrical Input stage in the form of a differential amplifier made up of two transistors (6, 7) with negative feedback resistors (10, 11) and a common emitter resistor, which contains an auxiliary transistor (13) for impressing the total current, and an asymmetrically coupled output stage with two transistors connected in series (21, 22) of opposite conductivity type, whose base electrodes have a constant voltage are connected and at the center point (25) of which the earthed load (26) is connected. 2. Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektrode des Hilfstransistors (13) an einen geerdeten einstellbaren Spannungsteiler zur Nulleinstellung des Ausgangssignals des Verstärkers angeschlossen ist.2. Transistor amplifier according to claim 1, characterized in that the base electrode of the Auxiliary transistor (13) to a grounded adjustable voltage divider for setting the zero Output signal of the amplifier is connected. 3. Transistorverstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Konstantspannung die Spannung an einer oder mehreren in Reihe geschalteten Zenerdioden (27, 28) dient.3. Transistor amplifier according to claims 1 and 2, characterized in that as a constant voltage the voltage on one or more series-connected Zener diodes (27, 28) is used. 4. Transistorverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Eingangsstufe und Endstufe ein Zwischenverstärker (18, 19), insbesondere in Kollektorverbundbetrieb, geschaltet ist.4. transistor amplifier according to claims 1 to 3, characterized in that between Input stage and output stage an intermediate amplifier (18, 19), especially in collective collector operation, is switched. 5. Transistorverstärker nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er zum Aufbau eines Analogrechners zur Ermittlung des Drehmoments von elektrischen Maschinen nach der Formel5. Transistor amplifier according to claims 1 to 4, characterized in that it is used to build an analog computer for determining the torque of electrical machines according to the formula Md = C
verwendet ist. M d = C
is used. UJ + PR η UJ + PR η Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 309 779/115 1.64 ® Bundesdruckerei Berlin309 779/115 1.64 ® Bundesdruckerei Berlin
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