DE1524297C3

DE1524297C3 - Driftkompensationsschaltung

Info

Publication number: DE1524297C3
Application number: DE1524297A
Authority: DE
Inventors: James Court Endwell N.Y. Greeson Jun.; James Joseph Rochester Minn. Kennedy
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1965-12-27
Filing date: 1966-12-03
Publication date: 1975-01-02
Also published as: DE1524297B2; US3452217A; FR1505820A; GB1163608A; DE1524297A1; JPS4813256B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Driftkompensationsschaltung für einen Gleichspannungsverstärker, bei der die sich durch Verstärkung der während der Rechenpausen am Verstärkereingangsanschluß vorliegenden Eingangsspannung ergebende Verstärkerausgangsspannung mit einer festen Bezugsspannung verglichen wird und eine dabei abgeleitete Vergleichsspannung einer Kapazität zugeleitet wird, die den bei Rechenpausenende vorliegenden gespeicherten Spannungswert über die nachfolgende Rechenzeit speichert und von der während der nachfolgenden Rechenzeit eine Kompensationsspannung abgegriffen wird, die gepuffert dem Verstärkereingangsanschluß zugeleitet wird.

Bei einer aus der USA.-Patentschrift 3 070 786 vorbekannten Driftkompensationsschaltung wird die Ausgangsspannung des Gleichspannungsverstärkers verstärkt und unter Zwischenschaltung eines Spannungsteilers der Kapazität zugeleitet. Dieser Spannungsteiler, von dem auch die Eingangsspannung des Gleichspannungsverstärkers abgegriffen wird, wird bei Rechenpause vom Eingangsanschluß der Kompensationsschaltung an Massenpotential umgeschaltet. Bei Rechenbetrieb wird der Verstärker für die Ausgangsspannung des Gleichspannungsverstärkers durch zwei vorgesehene Schalter eingangs- und ausgangsseitig an Massenpotential geschaltet und vom Ausgangsanschluß des Gleichspannungsverstärkers getrennt. Diese bekannte Schaltung erfordert einen erheblichen Aufwand an Schaltern und ist in ihrer Anwendung begrenzt. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Schaltung der eingangs genannten Art den Aufwand an Schaltern möglichst klein zu halten. Die

ίο Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerausgangsanschluß über einen an ein äußeres Bezugspotential angeschlossenen Vergleicher, der eine aus der Verstärkerausgangsspannung und dem Bezugspotential abgeleitete Differenzspannung erzeugt, und einen diesem nachgeschalteten, bei Rechenzeit geöffneten und bei Rechenpause geschlossenen Öffnerschalter an den freien Pol der mit ihrem anderen Pol an ein festes Bezugspotential angeschlossenen Kapazität angeschlossen ist, welcher freie Pol über eine mit einem Widerstand versehene Pufferstrecke an dem galvanisch an den Verstärkereingangsanschluß angeschlossenen Signaleingangsanschluß angeschlossen ist.

Die Erfindung benötigt nur einen einzigen öffnerschalter. Da nach der Erfindung der Eingangsanschluß des Gleichspannungsverstärkers in den Rechenpausen angeschlossen bleiben kann, werden nach der Erfindung im Gegensatz zu der erwähnten vorbekannten Schaltung nicht nur die Fehlerspannungen kompensiert, die innerhalb des Gleichspannungsverstärkers ihre Ursache haben, sondern auch die durch Drift des Eingangssignals hervorgerufenen. Diese Tatsache nutzt die Erfindung mit einer Weiterbildung aus, die dadurch gekennzeichnet ist, daß für mehrere hintereinandergeschaltete Gleichspannungsverstärker der Vergleicher und die Kapazität jeweils an den hintersten Gleichspannungsverstärker angeschlossen sind.

Diese Weiterbildung ermöglicht, die Driftkompensation einer Kaskade mit einer einzigen Kompensationsschaltung durchzuführen, ohne dabei Gefahr zu laufen, daß überempfindliche Kompensationsreaktionen auftreten, wie es der Fall wäre, wenn man die Kaskade mit einer einzigen Kompensationsschaltung kompensieren wollte, indem man diese am Ausgangsanschluß der letzten Kaskadenstufe und am Eingangsanschluß der ersten Kaskadenstufe anschließt.

In manchen Fällen ist es wünschenswert, die Ausgangsspannung eines Gleichspannungsverstärkers oder einer Gleichspannungsverstärkerkaskade auf ein bestimmtes, möglicherweise einstellbares Spannungsniveau zu beziehen. Auch das läßt sich bei Kompensationsschaltungen nach der Erfindung sehr einfach bewerkstelligen durch entsprechendes Einstellen des äußeren Bezugspotentials, an das der nach der Erfindung vorgesehene Vergleicher angeschlossen ist.

Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung im Blockschaltbild,

F i g. 2 die Kompensationsschaltung aus F i g. 1 im Detail,

Fig. 3 ein Zeitspannungsdiagramm zu Fig. 1 und 2,

F i g. 4 und F i g. 5 Blockdiagramme weiterer Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Driftkompensationsschaltung.

Während des normalen Betriebes der Verstärker 1 bis 4 gelangt durch die Kompensationsschaltung 5 ein festes Kompensationssignal an den Anschluß 7, mit dem alle Fehler, die bei Beginn des Rechenzyklus existieren, kompensiert werden, so daß die Spannung am Anschluß 6 eine präzise Funktion der verschiedenen in die Verstärker eingespeisten Eingangssignale ist.

Mit 10 ist ein Vergleicher der Kompensationsschaltung 5 bezeichnet, der mit einem ersten Eingang am Ausgangsanschluß 6 des Verstärkers 4 liegt und an dessen zweiten Eingang 11 ein Bezugspotential V liegt. Der Vergleicher 10 vergleicht die Ausgangsspannung am Ausgangsanschluß 6 mit dem Bezugspotential V am Anschluß 11 und erzeugt eine Ausgangsspannung, die eine Funktion der Differenz zwischen diesen beiden Eingangsspannungen ist und an einen Verstärker 12 gelangt. Mit 13 ist eine als Öffnerschalter dienende UND-Schaltung bezeichnet, deren einer Eingang am Ausgang des Verstärkers 12 liegt und deren anderer Eingang 14 an nicht dargestellten digitalen Steuerschaltungen liegt. Wenn durch .' '■■ j die digitalen Steuerschaltungen der zweite Eingang 14 der UND-Schaltung 13 konditioniert ist, gelangen die Ausgangsspannungen des Verstärkers 12 an eine Speicherkapazität 15, so daß sich die Kapazität 15 auf ehre Spannung auflädt, die dem Ausgang des Verstärkers 12 proportional ist. Die Spannung über der Kapazität 15 liegt über einem Puffer 16 und einen Widerstand 17 am Eingangsschluß 7 des Verstärkers 4. Wenn die UND-Schaltung 13 geschlossen ist und die Kapazität 15 aufgeladen wird, entsteht dadurch ein Strom, der durch den Widerstand 17 an den Eingangsanschluß 7 fließt, auf Grund dessen am Ausgangsanschluß 6 eine Spannung erzeugt wird, die genauso groß ist wie die Bezugsspannung V am Anschluß 11.

Bei Beginn eines Rechenzyklus wird die UND-Schaltung 13 gesperrt und damit die Kapazität 15 von dem Verstärker 12 getrennt, so daß die Spannung über der Kapazität 15 auf ihrem letzten Wert stehenbleibt und die angestrebte Fehlerkompensation während des nun folgenden Rechenzyklus bewirkt.
/ Es sei darauf hingewiesen, daß das Bezugspotential V am Anschluß 11 nach einem Programm auf verschiedene Werte eingestellt werden kann oder auch kontinuierlich wechseln kann.

Es sei weiter darauf hingewiesen, daß die Ein- und Abschaltung der UND-Schaltung 13 am Eingang 14 auch von Hand über entsprechende Schaltmittel erfolgen kann.

In Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausgestaltung der Kompensationsschaltung5 aus Fig. 1 im Detail dargestellt. Gemäß Fig. 2 weist der Vergleicher zwei Transistoren 20, 22 auf, die als Differentialverstärker geschaltet sind und deren Emitterelektroden gemeinsam über einen Widerstand 24 an einen Anschluß 23 liegen, an dem ein negatives Spannungspotential-12V liegt. Die Kollektorelektrode des Transistors 20 liegt über einem Widerstand 26 an einem Anschluß 25, an dem ein positives Potential +12V liegt, während die Kollektorelektrode des Transistors 22 am Anschluß 27 liegt, an dem ein positives Spannungspotential +6 V angeschlossen ist. Die Basiselektroden der Transistoren 20 und 22 liegen an den Anschlüssen6 bzw. 11 aus Fig. 1, so daß an der Kollektorelektrode des Transistors 20 ein Signal entsteht, das eine inverse Funktion der Differenz zwischen der Ausgangsspannung am Anschluß 6 und dem Bezugspotential V am Anschluß 11 ist.

Der Verstärker 12 weist einen Transistor 30 auf, dessen Emitterelektrode an der Kollektorelektrode des Transistors 20 liegt und dessen Kollektorelektrode über einen Widerstand 32 am Anschluß 31 liegt, an dem ein negatives Bezugspotential —12V liegt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 12 ist eine direkte Funktion des Ausgangssignals des VergleicherslO und wird in die UND-Schaltung 13 eingespeist.

Die UND-Schaltung 13 weist einen Feldeffekttransistor 40 auf, dessen Elektroden 37 und 38 zwischen dem Kollektor des Transistors 30 und der Speicherkapazität 15 liegen. Der andere Anschluß der Speicherkapazität 15 liegt an Masse. Die Steuerelektrode 39 des Transistors 40 liegt am Kollektor eines Transistors 41, und zwar unter Zwischenschaltung einer Beschleunigungskapazität 36 mit parallelge-

ao schalteter Diode 42. Die Kollektorelektrode des Transistors 41 liegt über einem Widerstand 44 an einem negativen Potential —12V, während die Emittlerelektrode an einem positiven Potential +6V liegt. Die Basiselektrode des Transistors 41 liegt an dem Eingangsanschluß 14 aus F i g. 1, und zwar über einem Widerstand 35. '

Wenn an dem Anschluß 14 ein Signal vorliegt, wird der Transistor 41 eingeschaltet, und das dadurch an der Emitterelektrode entstehende positive Potential gelangt an die Diode 42. Der Feldeffekttransistor 40 nimmt nun einen kleinen Widerstand an und verbindet die Kapazität 15 mit der Kollektorelektrode des Transistors 30, so daß sich die Kapazität 15 nach Maßgabe der Differenz zwischen der Ausgangsspannung am Anschluß 16 und dem Bezugspotential V am Anschluß 11 aufladen kann.

Das Potential über der Kapazität 15 gelangt an die Steuerelektrode 47 eines Feldeffekttransistors 50 in dem Pufferkreis 16. Der Transistor 50 liegt mit seinen Anschlüssen 48 und 49 zwischen einem Anschluß 51, an dem ein positives Potential +6V, und einem Anschluß 52, an dem ein negatives Potential — 12V liegt. Zwischen dem Anschluß 52 und der Elektrode 49 liegt ein Widerstand 53. Der Transistör 50 arbeitet als nicht invertierender Pufferverstärker mit hoher Eingangsimpedanz. Die Transistorelektrode 49 liegt an dem Widerstand 17 aus Fig. I. Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei angenommen, daß der Verstärker 4 potentiometrisch betrieben wird, d. h. also, daß die Ausgangsspannung gegenüber dem Eingangssignal nicht invertiert ist. Da der Ausgang der Kompensationsschaltung 5 aus Fig. 2, bezogen auf das Eingangssignal, am Anschluß 6 invertiert ist, hat es die für die Fehlerkompensation erforderliche Polarität. Wenn der Verstärker 4 invertiert, dann müssen die Anschlüsse 6 und 11 an die Basiselektroden der Transistoren 22 bzw. 20 gelegt werden, so daß am Ausgang die richtige Polarität vorliegt.

Während eines Rechenzyklus wird der Anschluß 14 mit einem positiven Signal beaufschlagt, das den Transistor 41 abschaltet. Das negative Signal an der Steuerelektrode 39 schaltet daraufhin den Transistor 40 ab, so daß zwischen dem Verstärker 12 und der Speicherkapazität 15 eine hohe isolierende Impedanz besteht. Auf Grand dieser hohen Impedanz und der hohen Eingangsimpedanz des Transistors 50 bleibt die Ladung über der Kapazität 15

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während des Rechenzyklus im wesentlichen auf- elemente angegeben, die sich für die Schaltung nach

rechterhalten. Die Folge ist ein festes Kompensa- F i g. 2 bewährt haben.

tionssignal am Eingang des Verstärkers 4, daß durch

die Kapazität 15, ausgelöst, über den Transistor 50 Widerstände

und den Widerstand 17, an den Eingangsanschluß 7 5 24 6 000 Ohm

gelangt. 26,53 3 000 0hm

F i g. 3 zeigt die diversen bei Betrieb des in F i g. 1 32, 44 12 000 Ohm

und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels auftreten- ^3S ^{10 00}° ^Onm

den Spannungen über die Zeit aufgetragen. In der er- Kapazitäten

sten Zeile der Fig. 1 ist die Summe Vm der Ein- io ^ 100 Picofarad

gangsspannung Vi und der Fehlerspannung Ve auf- jg q 22 Microfarad

getragen, in der zweiten Zeile die Kompensations- '

spannung Vc, die von der Kompensationsschaltung5 Fig.4 zeigt ein abgeändertes Ausführungsbeispiel,

erzeugt wird, in der dritten Zeile die Ausgangsspan- bei dem ein Verstärker 60 vorgesehen ist, der strom-

nung Vo am Ausgangsanschluß 6 des Verstärkers 4 15 summierend betrieben wird. In diesem Fall liegt der

und in der vierten Zeile die zur Schaltung der Widerstand 17 der Kompensationsschaltung 5 am

UND-Schaltung 13 an dem Anschluß 14 eingespeiste Eingangsanschluß D des Verstärkers 60, während der

Steuerspannung F14. Wenn die Spannung F14 nega- Ausgangsanschluß Zl des Verstärkers 60 an der Ba-

tiv ist und das Eingangssignal Vm = Vi + Ve um ein siselektrode des Transistors 22 aus F i g. 2 liegt, wie

Bezugsniveau, auf' dem es an sich festliegen sollte, 20 dies in F i g. 4 gestrichelt angedeutet ist. Das Bezugs-

schwankt, dann erzeugt die Kompensationsschal- potential des Anschlusses 11 liegt dann an der Basis-

tung 5 ein Kompensationssignal Vc, das so bemessen elektrode des Transistors 20 gemäß F i g. 2 und 4.

ist, daß die Ausgangsspannung Vo am Ausgangsan- · Diese Verbindungen zwischen dem Verstärker 60 ei-

schluß 6 genau auf dem Bezugspotential liegt. nerseits und der Kompensationsschaltung 5 bewir-

Wenn ein analoger Rechenzyklus gestartet werden 25 ken, daß die Kompensationsspannung phasengerecht

soll, dann wird ein positives Potential' an den An- an den Eingang des Verstärkers 60 gelangt.

Schluß 14 gelegt, wodurch die Verbindung zwischen Der Verstärker 60 kann auch im Differentialbe-

dem Verstärker 12 und der Kapazität 15 getrennt trieb arbeiten. Eine entsprechende Modifikation der

wird. Die Ausgangsspannung Vo variiert nun als in- Schaltung zeigt Fig. 5. Der Widerstand 17 liegt

verse Funktion nach Maßgabe der Eingangsspan- 30 dann am Eingangsanschluß C, während der Aus-

nung Vi. Während dieses Rechenzyklus bleibt die gangsanschluß Z2 an der Basiselektrode des Transi-

Kompensationsspannung Vc konstant auf dem Po- stors 20 liegt. Das Bezugspotential liegt an der Basis-

tential, das sie bei Beginn des Rechenzyklus inne- elektrode des Transistors 22. Auf diese Weise wird

hatte. die Kompensationsspannung mit der richtigen Pha-

Im folgenden werden die Werte einzelner Schalt- 35 senlage erzeugt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Driftkompensationsschaltung für einen Gleichspannungsverstärker, bei der die sich durch Verstärkung der während der Rechenpausen am Verstärkereingangsanschluß vorliegenden Eingangsspannung ergebende Verstärkerausgangsspannung mit einer festen Bezugsspannung verglichen wird und eine dabei abgeleitete Vergleichsspannung einer Kapazität zugeleitet wird, die den bei Rechenpausenende vorliegenden gespeicherten Spannungswert über die nachfolgende Rechenzeit speichert und von der während der nachfolgenden Rechenzeit eine Kompensationsspannung abgegriffen wird, die gepuffert dem Verstärkereingangsanschluß zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerausgangsanschluß über einen an ein äußeres Bezugspotential (11) angeschlossenen Vergleicher (10), der eine aus der Verstärkerausgangsspannung (Fo) und dem Bezugspotential (v) abgeleitete Differenzspannung erzeugt, und einen diesem nachgeschalteten, bei Rechenzeit geöffneten und bei Rechenpause geschlossenen Öffnerschalter (13) an den freien Pol der mit ihrem anderen Pol an ein festes Bezugspotential angeschlossenen Kapazität (15) angeschlossen ist, welcher freie Pol über eine mit einem Widerstand (17) versehene Pufferstrecke (16, 17) an den galvanisch an den Verstärkereingangsanschluß angeschlossenen Signaleingangsanschluß angeschlossen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für mehrere hinterein andergeschaltete Gleichspannungsverstärker (1, 2, 3, 4) der Vergleicher (10) und die Kapazität (15) jeweils an den hintersten Gleichspannungsverstärker (4) angeschlossen sind.