DE1261880B - Anordnung zum Abtasten und Festhalten von Spannungs-Augenblickswerten - Google Patents

Anordnung zum Abtasten und Festhalten von Spannungs-Augenblickswerten

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DE1261880B
DE1261880B DE1966T0031059 DET0031059A DE1261880B DE 1261880 B DE1261880 B DE 1261880B DE 1966T0031059 DE1966T0031059 DE 1966T0031059 DE T0031059 A DET0031059 A DE T0031059A DE 1261880 B DE1261880 B DE 1261880B
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DE
Germany
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amplifier
input
switch
switching path
field effect
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DE1966T0031059
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Dipl-Ing Guenter Haussmann
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Telefunken Patentverwertungs GmbH
Original Assignee
Telefunken Patentverwertungs GmbH
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06JHYBRID COMPUTING ARRANGEMENTS
    • G06J1/00Hybrid computing arrangements
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06GANALOGUE COMPUTERS
    • G06G7/00Devices in which the computing operation is performed by varying electric or magnetic quantities
    • G06G7/04Input or output devices

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Description

  • Anordnung zum Abtasten und Festhalten von Spannungs-Augenblickswerten Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abtasten und Festhalten von Augenblickswerten von an einer Reihe von wahlweise anschaltbaren Eingangsklemmen auftretenden Eingangsspannungen mit einem Verstärker hoher Verstärkung, zwischen dessen Ausgang und jeder Eingangsklemme eine Serienschaltung zweier Widerstände liegt und jeder Verbindungspunkt zweier Widerstände über einen Schalter mit dem Verstärkereingang verbunden ist, mit einem zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers liegenden Kondensator zum Festhalten des jeweils abgetasteten Augenblickswertes und mit Steuermitteln, die zum Abtasten einer Eingangsspannung den dieser Eingangsspannung zugeordneten Schalter schließen.
  • Eine derartige Anordnung zum Abtasten und Festhalten des Augenblickswertes einer Eingangsspannung ist bereits aus der USA.-Patentschrift 3 156 899 bekannt. Bei dieser ist der Schalter zum Verbinden des Verstärkereingangs mit dem Verbindungspunkt der Widerstände der Serienschaltung als mechanischer Schalter ausgeführt. Auf Grund des mechanischen Schalters kann sie jedoch nur für niedrige Abtastfrequenzen eingesetzt werden. Demgegenüber vermeidet die Anordnung nach der Erfindung mechanische Schalter und kann somit auch in den im folgenden beschriebenen Anwendungsfällen bei hohen Abtastfrequenzen erfolgreich betrieben werden.
  • Anordnungen der eingangs angegebenen Art werden z. B. überall dort verwendet, wo die Aufgabe besteht, den gleichzeitigen Verlauf einer Vielzahl veränderlicher Spannungen durch Digitalwerte über nur eine Leitung zu übertragen. Zu diesem Zweck werden von den veränderlichen Spannungen in vorgegebenen Abständen Proben (Abtastwerte) entnommen, wobei die Abtastzeitpunkte für die verschiedenen Spannungen verschachtelt sind. Vor der Ubertragung werden die Abtastwerte analogdigital gewandelt. Dem Analog-Digital-Wandler muß jeder Abtastwert für die gesamte Dauer eines Umwandlungsvorganges angeboten werden, so daß sich die Notwendigkeit ergibt, jeden Abtastwert für diese Dauer festzuhalten. Insbesondere tritt diese Aufgabe in hybriden Rechensystemen auf. Hier darf durch den Abtast- und Festhaltevorgang die durch den Analog-Rechnerteil gegebene Genauigkeit von z. B. 10-4 der maximalen Rechenspannung nicht verfälscht werden. Durch die Notwendigkeit des schnellen Datenaustausches zwischen Analog- und Digitalrechner müssen zum Zwecke des Abtastens schnelle elektronische Schalter eingesetzt werden. Derartige Schalter weisen aber entweder hohe Restströme (z. B. 0,1 #tA) oder aber große Restwiderstände (z. B. 1 kü) bzw. Restspannungen auf, wodurch die Probengenauigkeit beeinträchtigt wird. Unter Restspannung wird hier die Spannung verstanden, die im niederohmigen Zustand des Schalters bei vernachlässigbarem Laststrom zwischen den Schalterhauptelektroden liegt. Die Anordnung nach der Erfindung ist insbesondere so getroffen, daß durch die verwendeten nicht idealen Schalter nur eine vernachlässigbare Verfälschung der Proben eintritt.
  • Die erfindungsgemäße Schaltung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter von Feldeffekttransistoren oder von elektronischen Schaltelementen, deren Sperr- und Durchlaßwiderstand in ihrer Höhe mit denen von Feldeffekttranistoren vergleichbar sind, gebildet werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung mit ihren Vorteilen und Einzelheiten an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Von den Zeichnungen zeigt F i g. 1 eine erfindungsgemäße Anordnung mit Schaltern, die einen vernachlässigbaren Reststrom und einen nicht veri@achlässigbaren Restwiderstand aufweisen, und F i g. 2 die Anordnung der F i g. 1 mit elektronischen Schaltelementen, insbesondere vernachlässigbarer Restspannung.
  • In beiden Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Anordnung der F i g. 1 hat n Eingangsklemmen u1 ... ul ... u", an denen veränderliche Spannungen liegen. Die Spannungen tragen die Namen ihrer Klemmen. Die Verläufe dieser Spannungen sollen durch Proben zu jeweils charakteristischen Zeitpunkten festgestellt werden, wobei jede Probe (Abtastwert) für eine vorgegebene Zeit d t an einer Ausgangsklernme u" erscheint. Zu einem Zeitpunkt kann jeweils nur eine Spannung abgetastet wefden, und die Reihenfolge des Abtastens der n Spannungen ist prinzipiell willkürlich. Im allgemeinen liegt jedoch eine zyklische Abtastung vor.
  • Die Anordnung besteht aus einem Verstärker 1 hohen Verstärkungsgtädes (z. B. v x 106), dessen Ausgang mit jedem Eingang ui der Anordnung über je eine Serienschaltung aus zwei Widerständen verbunden ist: So liegt zwischen der Klemme ui und dem Verstärkerätisgang eine Serienschaltung aus Widerständen 11 und 12, zwischen der Eingangsklemme tii und dem Verstärkerausgang eine Serienschaltung aus den Widerständen i 1 und i 2 und zwischen der Eingangsklemme u" und dem Verstärkerausgang eine Serienschaltung aus Widerständen n1 und n2. Die Mittelpunkte der Serienschaltungen sind über Schalter 41. . .4i ... 4n mit dem Eingang des Verstärkers 1 verbunden. Die genannten Schalter sind so beschaffen, daß sie im geöffneten Zustand einen vernachlässigbaren Reststrom liefern, aber im geschlossenen Zustand einen nicht vernachlässigbaren Durchgangswiderstand (Restwiderstand) aufweisen. Dies soll durch die Hintereinanderschaltung jeweils eines idealen mechanischen Schalters mit einem Widerstand angedeutet werden.
  • Am Ausgang des Verstärkers 1 liegt ein Kondensator 2, der über einen Umschalter 3 wahlweise mit dem Massepunkt der Schaltung und mit dem Verstärkereingang verbindbar ist. Insbesondere wird der Kondensator 2 mit der Masse über die Schaltstrecke 3 a und mit dem Verstärkereingäng über die Schaltstrecke 3b des Umschalters 3 verbunden.
  • Alle genannten Schalter werden von einer Steuereinheit 5 gesteuert. Diese erhält zur Ausübung ihrer Steuerfunktionen ein erstes Steuersignal 7, das jeweils einen Abtastvorgang einleitet. Zum Zeitpunkt des Auftretens eines Steuersignals 7 muß festliegen, welche der Spannungen u1 . . . ui ... ti" abgetastet werden soll. Der Steuereinheit 5 wird diese Adresse durch eine Leitungsgruppe 6 mitgeteilt. Zum Umschalten in den Arbeitsmodus »Abtastwert festhalten« wird der Steuereinheit 5 ein zweites Steuersignal 8 zugeleitet.
  • Im folgenden wird der Fall betrachtet, daß auf ein Steuersignal ? hin der Augenblickswert der Spannung ui abgetastet und auf ein weiteres Steuersignal 8 hin am Ausgang u" festgehalten wird. Beim Auftreten des Steuersignals 7 liegt somit an der Leitungsgruppe 6 die Adresse i an, und der Schalter 4i wird geschlossen. Zum gleichen Zeitpunkt wird der Umschalter 3 in seine Schaltstellung 3a gebracht. Nun ist der Verstärker 1 von seinem Ausgang zu seinem Eingang über den Widerstand 12 zurückgekoppelt, und unter vorläufiger Vernachlässigung des Purchlaßwiderstandes des Schalters 4i ergibt sich nach vollständiger Aufladung des Kondensators 2 durch den Verstärker 1 eine Spannung am Ausgang u" der Höhe und bei hinreichend großer Verstärkung v K ist eine Koristänte. Nun ist aber der Durchlaßwiderstand des Schalters 4 i nicht vernachlässigbar und hat z. B. einen Widerstandswert von mehreren hundert CJhin. Da dieser Widerstand in Reihe zum Eingangswiderstand des Verstärkers liegt, vermindert sich die Verstärkereingangsspannurig gegenüber derfi@ vorher geschilderten Fall z. B. tim den Faktor k. In diesem Fall erscheint am Ausgang u" der Anordnung eine Spannung Nimmt man nun im ungünstigen Fall für k den Wert 0,9 an, so verändert sich die vernachlässigbare Größe K um den Wert 1,1, was für die jeweils angestrebte Genauigkeit ohne Belang ist, so daß auch hier wieder gilt: Im allgemeinen wird Ra ebenso groß gewählt werden wie Ril, so daß nach Aufladung des Kondensators 2 (z. B. in 1 t,s) die Ausgangsspannung u" gleich der negativen Eingangsspannung tii ist.
  • Nach Auftreten des den Abtastvorgarig einstellenden Signals 7 gelangt ein Steuersignal 8 an die Steuereinheit 5, die den Schalter 4i öffnet und den Umschalter 3 von seiner Stellung 3a in seine Stellung 3b umschaltet. Somit liegt der Kondensator! nunmehr zwischen dem Ausgang und dem Eingang des Verstärkers, und alle weiteren zum Verstärkereingang führenden Schalter sind geöffnet. In dieser Schaltstellung wird der Verstärkerausgang auf der jetzt vom Kondensator 2 bestimmten Spannung u" gehalten. Die zeitliche Fehlerabweichung der Ausgangsspannung hängt dabei im wesentlichen von der Qualität des Kondensators, den Eigenschaften des Verstärkers 1 und den Sperreigenschaften aller mit dem Verstärkereingang in Verbindung stehenden Schalter einschließlich der Schaltstrecke 3tt ab. Der von Null verschiedene Durchlaßwiderstand der Schaltstrecke 3 b des Umschalters 3 hat auf das Ergebnis keinen Einfluß.
  • Soll nach Festhalten des abgetasteten Augenblickswertes der Spannung ui über eine vorgegebene Zeit die Spannung ui+t abgetastet werden, so erscheint nach Anlegen der Adresse i -h 1 an der Leitungsgruppe 6 wiederum ein Steuersignal 7, auf welches hin die Steuereinheit 5 den Schalter 4(i -I-1) schließt und den Umschalter 3 in die Schaltstellung 3 a bringt.
  • Um ein undefiniertes Verhalten des Verstärkers 1 zu vermeiden, muß durch die Steuereinheit 5 gewährleistet sein, daß im Arbeitsmodus »Abtasten« immer einer der Schalter 41... 4i ... 4n geschlossen ist.
  • Die F i g. 2 zeigt nochmals die Anordnung der F i g. 1, in der jedoch die mechanischen Schalter gegen elektronische Schalter ausgetauscht sind. Insbesondere sind die Schalter 41 bis 411 durch Feldeffekttranistoren 41a ... 4ia ... 4nä ersetzt. Feldeffekttransistoren haben im gesperrten Zustand einen sehr geringen Reststrom, z. B. 1 nA. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß die sich äiri Eingahg des Verstärkers 1 summierenden Restströme der Feldeffekttransistoren 41ä bis 41n ohne wesentlichen Eitifluß auf die jeweilige Ausgangsspatinttfig des Verstärkers sind. Dies ist vor allem dann wesentlich, wenn die Anordnung eine Vielzahl von Eingangsklemmen (z. 13. 20) und mithin auch eine Vielzahl von Transistoren 4i aufweist. Der hohe Durchschaltwiderstand von Feldeffekttransistoren von z. B. 1 k -Q spielt andererseits, wie im vorhergehenden gezeigt wurde, rür die Genauigkeit des Abtastens keine Rolle.
  • Die Schaltstrecke 3 a des Umschalters 3 ist durch einen Flächentransistor 3a1 und die Schaltstrecke 3b durch einen weiteren Feldeffekttransistor 3b1 verwirklicht. Beide Tranistoren werden von der Steuereinheit 5 synchron, aber getrennt angesteuert. Der Flächentransistor 3 a 1 hat im durchgeschalteten Zustand eine Restspannung von z. B. 0,5 mV, die in der jeweils festgehaltenen Spannung als Fehler auftritt. Da die Eingangsspannungen ui der Anordnung sowohl positiv als auch negativ sein können und somit auch die Ausgangsspannung u" sowohl negativ als auch positiv werden kann, wird der Transistor 3a1 als inverser Transistor betrieben.
  • Der höhere Emitterreststrom gesperrter Flächentransistoren gegenüber dem von Feldeffekttransistoren ist an der Stelle des Transistors 3a1 ohne Belang, da dessen Kollektor-Emitter-Spannung im gesperrten Zustand sehr niedrig ist. Dann nämlich liegt der Emitter dieses Transistors über den leitenden Feldeffekttransistor 3 b 1 an der nahezu 0 Volt betragenden Eingangsspannung des Verstärkers 1, und da sein Kollektor an Masse liegt, ist die genannte Kollektor-Emitter-Spannung ebenfalls sehr klein, z. B. wenige iAV. Dadurch ist auch der Emitterreststrom gering.
  • Wesentlich ist hingegen, daß der Eingang des Verstärkers 1 im Arbeitsmodus »Abtasten« vom Kondensator 2 her keinen zusätzlichen Reststrom erhält. Aus diesem Grunde ist für die Schaltstrecke 3b des Umschalters 3 der Feldeffekttransistor 3b1 vorgesehen.
  • Um Ubersteuerungen des Verstärkers 1 zu vermeiden, weist jede Serienschaltung der Widerstände i 1, i 2 einen Diodenübersteuerungsschutz 9 auf.
  • Die spezielle Auswahl der elektronischen Schaltelemente für die erfindungsgemäße Anordnung erfolgte nach dem derzeitigen Stand der Technik, und es ist selbstverständlich, daß andere den Erfordernissen genügende elektronische Schaltelemente zur Realisierung der Anordnung benutzt werden können.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Anordnung zum Abtasten und Festhalten von Augenblickswerten von an einer Reihe von wahlweise anschaltbaren Eingangsklemmen auftretenden Eingangsspannungen mit einem Verstärker(1) hoher Verstärkung, zwischen dessen Ausgang und jeder Eingangsklemme eine Serienschaltung zweier Widerstände (il, i2) liegt und jeder Verbindungspunkt zweier Widerstände über einen Schalter (41 ... 4n) mit dem Verstärkereingang verbunden ist, mit einem zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkers liegenden Kondensator (2) zum Festhalten des jeweils abgetasteten Augenblickswertes und mit Steuermitteln (5), die zum Abtasten einer Eingangsspannung den dieser Eingangsspannung zugeordneten Schalter (4i) schließen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (4i) von Feldeffekttransistoren oder von elektronischen Schaltelementen, deren Sperr- und Durchlaßwiderstand in ihrer Höhe mit denen von Feldeffekttransistoren vergleichbar sind, gebildet werden.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Verstärkerausgang abgewandte Endg des Kondensators über eine erste Schaltstrecke (3a) eines Umschalters (3) mit dem Verstärkerbezugspotential und über eine zweite Schaltstrecke (3b) desselben mit dem Verstärkereingang verbindbar ist, daß die Steuermittel mit dem Leitendschalten eines der Feldeffekttransistoren die erste Schaltstrecke des Umschalters schließen und zur Speicherung des jeweiligen Abtastwertes den betreffenden Feldeffekttransistor wieder sperren sowie unter Öffnung der ersten Schaltstrecke des Umschalters die zweite Schaltstrecke schließen und daß die erste Schaltstrecke des Umschalters aus einem elektronischen Schaltelement niedriger Restspannung und die zweite Schaltstrecke des Umschalters von einem Feldeffekttransistor gebildet wird. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 3 156 899.
DE1966T0031059 1966-04-30 1966-04-30 Anordnung zum Abtasten und Festhalten von Spannungs-Augenblickswerten Withdrawn DE1261880B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3712185A1 (de) * 1986-04-11 1987-10-15 Hitachi Ltd Laststromerfassungseinrichtung fuer stromrichter mit pulsdauermodulation
DE4016075A1 (de) * 1990-05-18 1991-11-28 Kloeckner Moeller Gmbh Schaltung zur erfassung der phasenstroeme in mehrphasigen netzsystemen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3156899A (en) * 1962-05-24 1964-11-10 Space Technology Lab Inc Sampled data simulator control system

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