DE1210214B - Analogrechenverstaerker mit kapazitiver Rueckkopplung - Google Patents

Analogrechenverstaerker mit kapazitiver Rueckkopplung

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DE1210214B
DE1210214B DET25234A DET0025234A DE1210214B DE 1210214 B DE1210214 B DE 1210214B DE T25234 A DET25234 A DE T25234A DE T0025234 A DET0025234 A DE T0025234A DE 1210214 B DE1210214 B DE 1210214B
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DE
Germany
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amplifier
capacitor
linear
analog
feedback
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Pending
Application number
DET25234A
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Horst Ohnsorge
Dipl-Ing Ulrich Haller
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.)
Telefunken Patentverwertungs GmbH
Original Assignee
Telefunken Patentverwertungs GmbH
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Publication date
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    • 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

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Description

  • Analoarechenverstärker mit kapazitiver C Rückkopplung Die Erfindung betrifft einentransistorisierten Analogrechenverstärker hoher innerer Verstärkung mit kapazitiver Rückkopplung, der Schaltmittel aufweist, die nach jedem Rechenschritt einen definierten Rechenanfangszustand herstellen.
  • Solche Rechenverstärker dienen in Analogrechenanlagen als Integratoren. Die Ausgangsspannung entspricht dem zeitlichen Integral der Eingangsspannung während eines Rechenschritts.Aus Gründen besserer Beobachtbarkeit wiederholtman einen Rechenschritt gerne mehrf ach mit den gleichen Parametern und legt zwischen zwei Rechenschritte eine Pausenzeit ein, Endzustand in der die in ganze einen Anlage definierten aus Anfangszustand dem Rechenschritt- zu- « rückgebracht wird (iterierendes Rechnen). Insbesondere müssen in der Pause speichernde Elemente wie Kondensatoren entladen werden. Wegen der hohen inneren Verstärkung der Rechenverstärker (etwa 101) müssen die Rückkopplungskondensatoren von Integratoren besonders genau entladen werden. Dies erfolgt in bekannten Anlagen durch die Kondensatorplatten überbrückende Relaiskontakte oder durch zusätzliche Spannungsquellen, die während der Pausenzeit zu dem Kondensator parallel geschaltet werden.
  • Derartige Integratoren sind z. B. beschrieben in der deutschen Auslegeschrift 1038 798, in dem Aufsatz »Die elektronische Analogie-Rechenmaschine«, Elektronik, 1956, Nr. 11, S. 295 bis 300, und in dem Buch von C. A. A. W a a s »Introduction to Electronic Analogue Computers«, Pergamon Press Ltd., London, 1955, auf den Seiten 165 bis 167.
  • Es ist nun ein allgemeiner Wunsch, bei derartigen Schaltungen die mechanischen Relaiskontakte durch moderne elektronische Schaltmittel zu ersetzen. Der Übergang von mechanischen Kontakten, wie z. B. Relaiskontakten, zu elektronischen Schaltmitteln wird jedoch durch die nicht idealen Schaltungseigenschaften dieser Mittel erschwert. Während der Rechenschritte machen sich Restströme dieser Schaltmittel in den Integratoren unangenehm bemerkbar, und in den Pausenzeiten bewirken Restspannungen, daß die Kondensatoren nicht völlig entladen werden.
  • Die Erfindung betrifft diese Schaltmittel zum Herstellen eines definierten Rechen-Anfangszustandes -von Analogintegratoren und besteht darin, daß ein Transistor vorgesehen ist, über dessen Schaltstrecke in Ab- hängigkeit von einem an seiner Steuerstrecke angelegten Schaltimpuls der Rückkopplungskondensator geladen wird, und daß parallel zum Rückkopplungskondensator ein nichthnearer Zweipol geschaltet ist, der die Kondensatorspannung auf einen definierten Rechen-Anfangszustand begrenzt. Auf diese Weise läßt sich ein definierter Anfangszustand leichter einstellen als z. B. durch Überbrücken des Integrierkondensators und auch leichter als mit den bekannten angeführten Schaltungen. Durch die hohe innere Verstärkung des Integrierverstärkers und den durch dieselbe bedingten hohen Eingangswiderstand desselben wird bewirkt, daß ein durch den Transistor gegebener Stromimpuls voll zur Kondensatorauf- bzw. -umladung ausgenutzt wird, während die Begrenzung der Verstärkerausgangsspannung auf den definierten Anfangswert durch den nichtlinearen Zweipol erfolgt. Somit ist eine genaue Einstellung des Anfangswertes bei kürzester End- bzw. Umladezeit des Kondensators gewährleistet.
  • Aus den eingangs genannten Literaturstellen ist es zwar bekannt, zur Einstellung eines Integrationsanfangswertes an den Verstärkereingang' eines Integrators über Schalter ein Bezugspotential zu legen. Die Größe des Bezugspotentials ist aber dort eine abgeleitete Größe und bestimmt unmittelbar die Höhe der Integrationsanfangsspannung. Bei der Erfindung hingegen ist zur genauen Einstellung der Höhe der Integrationsanfangsspannung ein nichtlinearer Zweipol vorgesehen, der in Weiterbildung der Erfindung aus der Serienschaltung zweier Zenerdioden besteht. Aus der USA.-Patentschrift 2 966 307 ist es zwar für als Summierer geschaltete Rechenverstärker bekannt, zum Zwecke der Rückkopplungsbegrenzung zwei gegensinnig gepolte Zenerdioden zwischen den Verstärkereingang und -ausgang zu legen. Diese Maßnahme konnte jedoch keine Hinweise für eine günstige Schaltung zur Gewinnung einer Integrieranfangsspannung bei Integrierern geben.
  • Die Erfindung eignet sich besonders gut für solche Integratoren, deren definierter Anfangszustand bei einer Ausgangsspannung gewählt ist, die an der oberen oder unteren Grenze des Spannungsbereichs für die Rechnung liegt, da hierbei der Rechen-Endzustand den RÜckstellvorgang nicht beeinflußt , und der Schaltimpuls eine ausreichend große Energie aufweisen kann, durch die der Verstärkerausgang sicher in den Anfangszustand gelangt.
  • Soll aber ein Anfangszustand erreicht werden, der zwischen den Rechenbereichsgrenzen -liegt, dann empfiehlt es sich, die Kondensatorspannung im Rechen-Endzustand selbst zur Formung eines jeweils geeigneten Rückstellimpulses auszuwerten.
  • Das folgende Beispiel, an dem die Erfindung erläutert werden soll, geht aber davon aus, daß die Verstärkerausgangsspannung zu Beginn einer Rechnung stets einer Rechenbereichsgrenze, beispielsweise der negativen Grenze entspricht. Die Integrationsrichtung ist dann stets positiv.
  • In der einzigen Figur ist ein Rechenverstärker 1 mit dem in der Analogrechentechnik gebräuchlichen Symbol, einem gleichschenkligen Dreieck mit bogenförinig gekrümmter Basis, dargestellt. Die Verwendung des Symbols soll zeigen, daß an den inneren Auf- bau dieses Verstärkers keine über die allgemein üblichen hinausgehenden Forderungen gestellt werden. Der Verstärkungsfaktor soll groß, z. B. 101 und der Eingang soll beliebig hochohmig ausgebildet sein. Zwischen dem Ausgang 2 dieses Verstärkers und dem Eingang 3 ist ein Rückkopplungskondensator 4 angeordnet, durch den der Verstärker zu einem Integrator wird, wenn man dem Verstärkereingang 3 eine Eingangsspannung über einen Widerstand 5 zuführt. Eine solche Eingangsspannung wird auf ein festes Potential, z. B. auf ein am Anschluß 6 anliegendes Erdpotential bezogen, das auch die Referenzspannung für den Ausgang bildet.
  • Parallel zu dem Rückkopplungskondensator ist die Serienschaltung zweier derartiger Zenerdioden 7 und-8 vorgesehen, daß die Spannung an dem Kondensator einen bestimmten Bereich weder in positiver noch in negativer Richtung überschreiten kann. Diese Zenerdioden bilden also gemeinsam einen nichtlinearen Zweipol, der die Rechenbereichsgrenzen festlegt. Da ,dieser Zweipol im allgemeinen eine Kennlinie aufweist, die im Anlaufgebiet, d. h. bei kleinen Spannungen, unerwünschte Verzerrungen erzeugt, die die Ausgangsspannung verfälschen, empfiehlt es sich, diese Verzerrungen zu verringern, was im vorliegenden Beispiel durch ein zeitabhängiges Glied, ein RC-Ghed, bestehend aus einem Widerstand 9 und einem Kon-.densator 10, erfolgt. Dieses Glied liegt entweder vor .dem Eingangswiderstand 5 oder, wie gezeichnet, zwischen dem Ausgang 2 des eigentlichen Verstärkers -und dein Ausgang 11 der Anordnung.
  • Man legt die Zeitkonstante dieses Gliedes so, daß .der statische Anlauffehler bei einer mittleren Integrationsgeschwindigkeit dynamisch gerade kompensiert wird, wohingegen bei anderen Integrationsgeschwindigkeiten mehr oder weniger große Ab- weichungen zugelassen bleiben. Dieses Zeitglied kann .auch zur Realisierung eines komplizierten Zeitverlaufs und zur besseren Anpassung an den Anlauffehler parallel zu dem Widerstand 9 einen, weiteren Konden-;sator enthalten, der hier jedoch nicht gezeichnet ist. Das Rückstellen desKondensätois 4 in den Rechenanfangszustand erfolgt nach jeder Rechenperiode gemäß der Erfindung, indem dem Eingang 3 des Verstärkers, ein Str&mstoß. -zugeführt - wirdv, -Da. der Verstärkereingang sehr, hobhohmig ist, kann dieser Strom nur dem Rückkopplungskondensätof 47 zugeleitet werden und bewirkt, daß die Ladung des Kondensators auf einen Wert normiert wird, der durch den nichtlinearen Zweipol 7, 8 bestimmt ist. Dieser Stroniimpuls muß also so groß sein, daß auch die größte während einer Rechenperiode erfolgte Ladungsänderung des Kondensators 4 durch ihn wieder kompensiert werden kann. Eine an sich bekannte monostabile Kippstufe, bestehend aus zwei Transistoren 12 und 13, bemißt die Größe dieses Stromstoßes im Zusammenhang mi# einer Verstärkerstufe, bestehend aus einem Widerstand 14 und einem weiteren Transistor 15, dessen Wirkausgang mit dem Eingang 3 des Verstärkers verbunden ist. Die Kippstufe besitzt einen Eingang 16, an dem ein weitgehend beliebig geformter Impuls anlegbar ist. Dieser Impuls wird zu Beginn jeder Pause zwischen zweier Rechenperioden angelegt und bewirkt, daß ein Stromstoß ausreichender Größe dem Rückkopplungskondensator zugeführt wird.
  • Dieselbe Kippstüfe kann auch dazu verwendet werden, das im Ausgang des Verstärkers liegende Zeitglied 9, 10 in den Pausen in einen Ruhezgstand zu versetzen. Zu diesem Zweck ist der Kippstufenausgang über einen weiteren Transistor 17 mit dem erdfernen Anschluß des zum Zeitglied gehörenden Kondensators 10 verbunden.
  • Für die Erfindung ist jedoch das Zeitglied grundsätzlich nicht notwendig, wenn man den Anlauffehler in Kauf nimmt oder auf statischem Wege kompensiert. In die sein Fall entfällt auch der Transistor 17, durch den das Zeitgli#d in den Anfangszustand versetzt wird.
  • Der Reststrom, der durch den Transistor 15 im gesperrten Zustand fließt und bei Verwendung von Germaniumtransistoren erhebliche Werte annehmen kann, läßt sich wesentlich verringern durch eine Siliziumdiode 18, die gleichsinnig wie die Emitter-Basis-Strecke des Transistors 15 gepolt und zwischen dieser und dem Eingang 3 des Verstärkers eingeschoben ist.
  • Schließlich sei noch betont, daß die Erfindung nicht in allen Einzelheiten auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, insbesondere was die Polarität der Spannungen, der Integrationsrichtung und die Einzelheiten der Kippstufe betrifft. Letztere kann sogar völlig entfallen, wenn der Steuerimpuls für den Eingang 16 bereits die geeignete Form aufweist.

Claims (3)

  1. Patentansprüche: 1. Transistorisierter Analogrechenverstärker hoher innerer Verstärkung, mit kapazitiver Rückkopplung und Schaltmitteln zum Herstellen eines definierten Rechenanfangszustandes, d a d u r c h gdkennzei ehnet, daß ein Transistor vorgesehen ist, über dessen Schaltstrecke in Abhängigkeit von einem an seiner Steuerstrecke angelegten Schaltimpuls der Rückkopplungskondensator geladen wird, und daß parallel zum Rückkopplungskondensator ein nichtlinearer Zweipol geschaltet ist, der die Kondensatorspannung auf einen defl-. nierten Rechenanfangszustand begrenzt.
  2. 2. Analogrechenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Zweipol aus der gegenpoligen Serienschaltung zweier Zenerdioden besteht. 3. Analogrechenverstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Anlauffehlers des nichtlinearen Zweipols im Ausgang oder Eingang des Verstärkers ein Zeitglied angeordnet ist.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegesehrift Nr. 1038 798; USA.-Patentschrift Nr. 2 966 307; Elektronik, 1956, Nr. 11, S. 295 bis 300; C. A. A. Wa s s, »Introduetion to Electronie Analogue Computers% Pergamon Press Ltd., London, 1955, S. 160 bis 167.
DET25234A 1963-12-11 1963-12-11 Analogrechenverstaerker mit kapazitiver Rueckkopplung Pending DE1210214B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2105290A1 (de) * 1970-09-05 1972-04-28 Daimler Benz Ag

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1038798B (de) * 1956-02-15 1958-09-11 Telefunken Gmbh Stabilisierungsvorrichtung
US2966307A (en) * 1959-06-19 1960-12-27 Gen Precision Inc Electronic computer circuits

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