DE1623904A1 - Schaltungsanordnung zum Feststellen des Verhaeltnisses zwischen zwei Signalen - Google Patents

Description

Dr. Ing. E. BERKENFEiLr · w._K....._o ELD, Patentanwälte, Köln

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom IjJ. November 19^7 Sch+ Name d. Anm. Warner-Lambert Pharmaceu·-

tical Company

Schaltungsanordnung zum Feststellen des Verhältnisses zwischen zwei Signalen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Schaltungsanordnungen zum Messen des Verhältnisses zwischen zwei lignalen; sie betrifft insbesondere ein Gerät, mit dem man den Logarithmus des Verhältnisses zwischen zwei Signalen feststellen kann. Diese zwei Signale sind vorzugsweise Analogsignale. Die Erfindung ist besonders nützlich, um bei einem Zweistrahl-Spektralphotometer oder dergleichen die von den jtrahldetektoren erhaltenen Analogsignale in ein digitales Ausgangesignal zu verwandeln, das proportional zum Logarithmus de.5 Verhältnisses dieser Analogsignale ist. Das Gerät lot nicht nur in Verbindung mit irgendeiner Art eines Spektrometer·* anwendbar, es kann vielmehr auch mit anderen Arten von Geräten verwendet werden, sofern ein digitaler Ausgang geschaffen werden muß, der bezogen ist auf eine Exponentialfunktion de-5 Verhältnisses von zwei elektrischen Signalen, wie etwa G.eichspannungssignalen oder "echselspannungssignalen beliebiger Frequenz.

Hei einem typischen Zweistrahl-Spektralphotometer werden gesonderte -Strahlen» wie etwa Lichtstrahlen bekannter Wellenlänge,

durch ein Bezugsmaterial und-durch ein zu untersuchendes Material geführt und treffen auf Detektoren, wie etwa Photo» zellen, auf,- die analoge Ausgangsspannungen liefern, welche der Intensität der das Bezugs- und das Untersuchungsmaterial

proportional " ■ ·

verlassenden Strahlen/sind. Nach dem Gesetz von Beer ist es bekannt, daß sich die Lichtüber.tragung in nicht-linearer logarithmischer -Weise mit der Konzentration der Substanz des zu untersuchenden Materials ändert. Daher ist bei einem Zweistrahl-Spektralphotometer mit bestimmter, gleicher Intensität des einfallenden Lichtes und. mit gleichen Weglängen zu den zwei Schalen der Logarithmus des Verhältnisses der Intensität des vom Bezugsmaterial kommenden Strahls zur Intensität des vom untersuchten Material kommenden Strahls proportional zur Konzentration derjenigen Substanz im untersuchten Material, die vom Bezugsmaterial verschieden ist; dieses Verhältnis ist auch ein Maß für die Absorptionsfähigkeit dieser Substanz.

Die Erfindung soll eine elektrische Schaltungsanordnung schaffen, die zwei Analogsignale von Detektoren,. wie etwa den Photozellen eines Zweistrahl-Spektralphotometers, empfängt, und die diese Analogsignale in ein digitales Steuersignal umwandelt, welches in Form einer Exponentialfunktion auf das Verhältnis zwischen den Amplituden der zwei Analogsignale bezogen ist, wobei das Steuersignal vorzugsweise auf den Logarithmus des Verhältnisses der Amplitude der zwei Signale bezogen ist. Eine solche Schaltungsanordnung liefert also ein Maß für die Absorption und Konzentration des untersuchten Materials im Vergleich zum Bezugsmaterial.

1 0 9 8 18/0313 _{BÄD 0}R!©iNAL

Die Erfindung,soll "auch, ein neues, regelbares Dämpfungsglied schaffen, das eine exponenti'ale Charakteristik und einen'im wesentlichen konstanten" Eingangswiderstand für alle Dämpfungseinstellungeh hat. ■ _;

Diese Aufgaben werden bei einer Schaltungsanordnung zum Peststellen des Verhältnisses zwischen zwei Signalen gemäß der Erf indung dadurch gelöst, daß eine zwei Eingangsklemmen und eine Au-sgangsklemme aufweisende Diskriminator schaltung mit einer der Eingangsklemmen an eine erste Quelle angeschlossen ist, die eines der Signale liefert, während die andere Eingangsklemme über eine regelbare Verstärkerschaltung an eine zweite Quelle angeschlossen ist, die das andere Signal liefert, wobei die regelbare Verstärkerschaltung einen Verstärker aufweist, der parallel an ein Dämpfungsglied angeschlossen ist, dessen Dämpfung entsprechend einem an der Ausgangsklemme der Diskriminatorschaltung erzeugten Steuersignal regelbar ist, und wobei dieses Steuersignal für das Verhältnis zwischen den zwei Signalen bezeichnend ist. ■

Gemäß der Erfindung kann die Signaldiskriminatorschaltung ein Null-Detektor sein, dessen Ausgangssignal in eine Impulserzeugersehaltung eingespeist wird, die wiederum einen umkehrbaren Zähler antreibt, der kontinuierlich auf die Impulse von der Impulserzeugerschaltung anspricht. Der Zähler stellt die Verstärkung oder den Gewinn des regelbaren Dämpfungsgliedes ein, um dem Null-Detektor im wesentlichen gleiche Signale derart zu liefern, daß der Zustand des umkehrbaren Zählers für den Logarithmus des. Verhältnisses der zwei Eingangssignale bezeichnend ist. ; ^

Gemäß der· Erfindung weist das regelbare Dämpfungsglied mehrere Längswiderstände auf, die mit einem Ende an den Ausgang und mit ihrem anderen ^nde an den Eingang des Verstärkers angeschlossen sind., wobei jeder Längswiderstand mit einem oder mehreren Querzweigpaaren versehen ist; ein Ende des Querzweiges jedes Paares ist an die beiden Enden eines Längswiderstandes angeschlossen und die gegenüberliegenden Enden der Querzweige sind miteinander verbunden; jeder Querzweig weist in Reihe hintereinander einen Widerstand und einen Schalter auf; die Schalter aller Querzweige sind durch einen umkehrbaren Zähler betätigbar, so daß das Dämpfungsglied derart geschaltet wird, daß die Dämpfung verändert wird, ohne die Singangfimpedanz des Dämpfungsgliedes oder eines Abschnittes des Däpfungsgliedes zu verändern. Dieses Merkmal der Erfindung erbringt den Vorteil, daß zwischen den verschiedenen Dämpfungsgliedabschnitten keine Trennverstärker erforderlich sind.

Zum- besseren" Verständnis der Erfindung soll nun ein Ausführungsbeispiel derselben beschrieben werden, wobei auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:

Pig. 1 eine vereinfachte, schemätische Darstellung eines Spektralphotometers und ein Blockdiagramm des an den Ausgang des Spektralphotometers angeschlossenen neuen Wandlers gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 2A und 2B zeigen in einem Diagramm die Beziehung zwischen

der Eingangsspannung und der Ausgangsfreauenz des -.-< .. ■ im System verwendeten Spannungs-Frequenz-Wandlers.

""""■■■ 109818/0313

Λ - 4^3904 ■-■

3 ■::- ..-■-■ . ':■'- ---:-- -■■■ ^; Fig.: > _: zeigt in einent System;- und Schaltbild eine her;-.

: - kommllche Bauart eines DämpfungsglMes, -das im■-,. """"■- System 'gjernäß; der -vorliegenden Erfindung verwendet . werden- kann* -';'-- : ■ ^;/ _: . _■■/■-_ ■";--" .

Fig. 4- . -" "■ zeigt in einem System- und Schal^bild ein neues

.Dämpfungsglied, das im System, gemäß der Erfindung ■.. ., : verwnTedet werden kann.; . - : ^;'V:^V -■ -

Fig. 4ä-"4k ■ ■/■ zeigen sohematische Schaltpläne von Teilen des in

Fig. 4 dargestellten Dämpfungsgliedes, wobei die .;■ Schalter In verschiedenen Schalts;tellungett dargestellt sind. . ■_■ " ^: ;■ "-..-

Fig. 5 ist ein Schaltplan einer typischen Transist^or-

; schaltungj, die zum Schalten des Dämpfungsgliedes

gemäß der· vorliegenden F.rf-indung verwendet werden ," ,- ■-. . kann", -...- ■".- _^{: :} ";,... ■-."·.

FIg. 6 ist eine der Fig. 4 entsprechende, Darstellung

~~ einer anderen;Ausflihrungsform des Dämpfungsgliedes ' gemäß der vorliegenden Rrfindung und ;

Fig/M₃ "6b-'■-.:_' ■■-"...' ' -.■_■ ^:: :: /-:'■■:': ■ -^:/ ..'-, ■,.-. ='■ 7A, TB zeigen ^ehaltpläne.- zur ErLäuterung, der Arbeits-

W:eise des Dämpfungsgliedes^ igemaß Fig*■■■'."0«,"-._·

Fig./! zeigt eine vereihiächte Äusführungsforrft eines Zweistrahl-Spektralphotometers 10 mit Änalogsignalausgängen* die an den ; Ringang eines logarlthmischen Analog-Digital-Wandlers;12 gemäß

: 109818: /0313 :

, ,1-6*3904

der Erfindung angeschlossen sind..Der Zweistrahl-Spektralphotometer, der herkömmlicher Bauart sein kann, weist einemonochromatische Lichtauelle 14 auf, von der ein Lichtstrahl 1β durch eine von einem Motor 22 angetriebene Lichtzerhackerscheibe 20 hindurch auf einen halbdurchlässigen Spiegel 18 gerichtet wird. Der Lichtstrahl wird auf dem .spiegel 18 aufgespalten, wobei ein Teil 16a des Lichtstrahls durch den Spiegel hindurchtritt und durch eine Schale oder einen Behälter für das Bezugsmaterial hindurch auf einen Detektor gelangt, wie etwa eine Photozelle 26. Der andere Teil I6b des Lichtstrahls 16 wird vom Spiegel 18 reflektiert und tritt durch eine Sehale oder einen Behälter 28 für das zu untersuchende Material hindurch auf einen£weiten Detektor, wie etwa die Photozelle 30. _:

Die Schale oder der Behälter 24 enthält das Bezugsmaterial oder die Bezugslosung und die Schale oder der Behälter 28 enthält das zu untersuchende Material.Die_:Ausgänge der Photozellen 26 und 30 bilden Analog-Tonfrequenzsignale, die porportional zur Intensität der i_Ä die Photozellen 26 bzw. ^O eintretenden Lichtstrahlen sind./nie von den Photozellen kommenden Signale haben die gleiche Phase und die gleiche Tonfrequenz in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit der Liehtzerhackerscheibe 20. Die Ausgänge der Photozellen sind periodische Signale mit praktisch gleichem Oberwellengehalt, zur Darstellung und Erläuterung; werden sie hier jedoch der Einfachheit halber als Sinusweilen gezeigt und bezeichnet.

Das von der Photozelle 26 kommende Bezugsanalogsignal wird durch ' ^: - β -

' 8/0313 -"- *

SAD ORIGINAL

Tt> £3904

einen Verstärker 27 und über eine Leitung 34 zu einem Detektor 32 geführt« Das von der Photozelle 30 kömmende Un- ;feersuchungs- oder Testanalogsignal wird durch einen Verstärker J51 dem Detektor 32 zugeführt, wobei es jedoch über eine Vorrichtung 36 mit regelbarer Verstärkung und über ein manuell betätigbares Potentiometer 38 mit Nullpunkteinstellung geleitet wird, um ungleiche Veerstärkungscharakteristika des Bezugskanals und des Untersuchungskanals infolge von Unterschieden im Strahlzerhackungsverhältnis, infolge von Unterschieden in der Empfindlichkeit der Photozellen 26 und 30 und infolge anderer Verstärkungsunterschiede auszugleichen.

Die Vorrichtung 36 mit regelbarer Verstärkung weist einen Verstärker 40 mit einer "ein regelbares Dämpfungsglied 42 aufweisenden Rückkoppelung auf. Die Dämpfung des Dämpfungsgliedes wird stufenweise durch einen umkehrbaren Zähler 44 verändert oder geregelt und der Verstärker 40. spricht in bei Rückkoppelungen bekannter Weise auf den Reziprokwert der Rückkopp eiungs funkt ion an. Bei der Erfindung wird die Dämpfung des Dämpfungsgljredes 42 exponential derart geregelt, daß der Verstärker 40 mit einer exponentialen Verstärkungscharakteristik versehen wird, die den Reziprokwert der Dämpfungscha-" rakteristik bildet.

Das von der Photozellei26 kommende Bezugssignal E_R ist mit^% dem von der Photozelle 3° kommenden Test- oder Untersuchungssignal E„ in Phase und das Testsignal wird vom Verstärker umgekehrt, so daß die in"'den Detektor 32 eingespeisten Signale um 180° phasenverschoben sind. Der r>etektor 32 liefert einen

109818/0313 " ⁷ "

Gleichspannungsausgang, dessen Größe vom Unterschied zwischen den Amplituden des Bezugssignals und des Testsignals, abhängt; die Polarität des Detektorausganges hängt davon ab, welches der beiden Signale größer ist. Als Detektor 52' kann man irgendeinen phasenempfindlichen ¹ Null-Detektor bekannter Bauart verwenden. Man kann auch einen Produkt-Detektor irgendeiner bekannten Bauart verwenden, der einen Ausgang liefert, welcher für das Produkt der zwei Eingangssignale bezeichnend ist und dessen Polarität davon abhängt, welches Signal das größte ist.Z.B. kann man eine positive Gleichspannung von dem Null-Detektor erhalten, wenn der Bezugssignaleingang den Testsfeignaleingang übersteigt j eine negative Gleichspannung erhätjl man, wenn das Testsignal das Bezugssignal übersteigt. Wenn die Test- und Bezugssignaleingänge gleich sind, ist der Ausgang des Null-Detektors null.

Der Ausgang des Detektors j52 wird einem Spannungs-Frequenz-Wandler 46 zur Umwandlung in Impulse zugeleitet. Spannungs-Frequenz-Wandlersind bekannt und brauchen daher hier nicht ausführlich beschrieben zu werden. Der dargestellte Spannungs-Frequenz-Wandler hat zwei Ausgangsleitungen 48 und 50, die an den umkehrbaren Zähler 44 angeschlossen sind, um den Zähler mit Vorwärts- und Ruckwärtsantriebsimpulsen zu versorgen. Bei einem positiven Gleichspannungseingang in den Spannungs-Frequenz-Wandler wird ein Ausgangsimpuls in der Leitung erzeugt, um den Zähler vorwärts anzutreiben,· bei einem negativen Gleichspannungseingang in .den Wandler wird ein Ausgangsimpuls in der Leitung 50 erzeugt, um den Zähler rückwärts an-

. , ,...-.. ,, . 109818/0313 .. ~ ⁸ "

BAD ORiGfNAL

zutreiben. Bei einem Nul·!-Eingangssignal· in den Wandler 46
wird an dessen Ausgang kein Impuls erzeugt.;■Der Zähler zählt bei jedem -über die Leitung 48 ankömmenden Impuls um "eins"
weiter und zieht jedes-Mal dann "eins"ab,-wenn er-einen
Impuls über die Laitung:50 erhält.. Zur Herabsetzungdes
Überschießens ist es wünschenswert,, daß die Folgefrequenz
der Ausgangsimpulse das Spannungs-Frequenz^Wahdlers 46 sich entsprechend der Größe das vom Detektor' 32 in den Wandler
gelangenden Eingang«ignals ändert. Ein Diagramm·der Spannungs-Frequenz-Wahdler-Charakterist Ik ist in den Figuren 2Ä und 2B darKastellt., Der Wändler kann,einfach zwei parallel/e Spannungs-Frequenz-Wandl·er aufweiseiv von denen einer auf negative Glächspannungsfehlersignale und: der andere auf positive Gleichspannungsfehlarslgnale anspricht, Der Zähler 44 ,kann irgendeine bekannte Bauart haben; und beispielsweise, binär digital·, quinär-binär digital·"oder dergleichen sein. _ ^

tiih neues, regelbares Dämpfungsglied 42_Λ das vom Ausgang
eines quinär-?binär digitalen Zähler betätigt wird, wird nachfolgend ausführlich beachrie:ben und, wenn ein solches Dämpfungsglied verwendet wird, wird gum Antrieb desselben ein quinärbinär digitaler Zähler verwandet« "..-.-_.."- :: -.-"".- . _ ■

Der Ausgang des Zähl er s^: 44 liefert eine Vielzahl· von: Signal·en zur wählwelsen Betätigung das regelbaren DämpfungBgiiedes 4S entsprechend; der Einstallung des Zählers 44. Das Dämpfungs-: glied; 42 ist in dar fluckkoppalungssehleifa das Verstärkers angeordnet:* um dessen Verstärkung zu steuern. Die Einstallung dea Dämpfungsgliedes ist: derart, daß es die Verstärkung- des Verstärkers 4Q so. r^elt_ft daliröiä^ Signal· IiI'„ am Ausgang das

{ U tf Qi la λ Ui t y ■■--"' u. . ■

iömo-4

■■■■:"■■. &Q
Potentiometers 38 mit Mullpunkteinsteilung das Bezugs-

signal E_R am Eingang des Null-Detektors 32 ausgleicht.

T)Ie regelbare Verstärkungsvorrichtung 36 hat eine exponentiale Verstärkungscharakteristik, so daß:

O) S'o = Km^PR_T '"■

wobei:

E¹Q := Ausgang des Potentiometers 38 mit Nullpunkt· ·.-"■■ einstellung. . -

t ■

Em = Testsignal-Eingang in die Verstärkervor-. " richtung 36. . ■

m = die gewünschte logarithmische Basis:. P =■ der Zustand des Speichers oderp Zählers

- und

K- die Verstärkung des Potentiometers 38 mit .. Nullpunkteinstellung. .

Wenn das: System: abgeglichen ist, sind die zwei Eingägnge E_R E¹Q in dem Null-Detektor 3& gleich. D.h. für ^R'_0B= ^'₀ Im abgeglichenen Zustand isfc:.

■(2) e_h .. = K

Setzt man die Gleichung (i) in die Gleichung (y) ein, dann fet:

wobei P-n = P

Im Abgleichzustand

oder ~ " , ■. " _ " -^- _λ ■

1 Q9Öt 8/Ö31 3 BADORlQINAt 10

oder ■■"."

: E

(5) P_B = log_ffl R

Die Analogspannungen U und R™ sind proportional zur Intensität der auf die Photozellen 26 beziehungsweise 30 auftreffenden Bezugs- bzw. Teststrahlen i6ä und tob. Selbst wenn jedoch in den beiden Schalen oder.Behältern 24 und 28 identische Materialien enthalten sind, kann das den Test- oder Untersuchungsmaterialbehälter 28 verlassende Licht eine andere Intensität als das den Bezugsmateriaibehälter 24 verlassende Licht haben. ·

Definiert man die Größen I„ und I„ als die Intensitäten des Lichtes, das" durch den Bezugsmateriaibehälter 24 und durch den Üntersuohungsmaterialbehäiter 28 hindurchtritt, und setzt man voraus? daß die Intensität^des einfallenden Lichtes bei beiden Behältern gleich und die'Kennwerte der Behälter iden-, tisch sind, dann-gilt; :

(6) R= C_nI_n. v/obei C_n eine Konstante ist und

(7) Ey= C^Irp wobei C„ desgleichen eine Konstante" ist

Setzt mßxi die Gleichungen (6)'und (7) in die Gleichung (5) ein, so erhält man: . ; .

(8) P_B = l°e _m ⁰R¹R --!o.k. _odsr

η τ πι ■■-.-.-.

TT

10981870313

'■■...■ 1bZ3904

Die richtige Rinregulierung von K, so daß dieses gleich dem· -

Verhältnis ■*—- ist, ergibt das gewünschte Ergebnis, daß:

^PB2 ^{= loS}m -= ^{= P}B für Null-Einstellung,

T J- _p

^{: R}

Schließlich ist für m = 10
(11) P

BZ| = Absorption des Test-Materials,

m = 10 -

Nach dem oben erwähnten Gesetzt von Beer ist die Konzentration der Substanz im Untersuchungsmaterialbehälter 28 proportional zum Logarithmus des Verhältnisses der Intensitäten der aus dem Bezugsmaterialbehälter 24 und dem Üntersuehungsmateriai■

(F-

behälter 28 austretenden Strahlen. Die Absorption des Untersuchungsmaterials ist direkt proportional der Konzentration desselben in -der Lösung. Man sieht also, daß "P™ ein Ausdruck ist, der direkt proportional der Konzentration der untersuchten Substanz ist. '

Im Abgleichungszustand ist die Absorption Ρ_ηΓ7, die der Zahl im

HL·

umkehrbaren Zähler KK nach der richtigen Nulleinstellung des Potentiometers 3,8 entspricht, gleich dem Logarithmus des Verhältnisses von I_R zu L, das der gewünschte Ausgang der Vorrichtung ist. fien Ausgang des Zählers 44 kann man dekodieren und in ein Anzeigemittel, wie etwa eine optische Anzeigevorrichtung .54 und einen Drucker 56 für eine Bandaufzeichnung, einspeisen. ,Die-optische Anzeigevorrichtung kann kontinuierlich

'-. ·.·. : 109818/0313 " " ¹² '

BAD ORtOINAL

arbeiten, um den Ausgang kontinuierlich anzuzeigen, und der drucker kann intermittierend oder periodisch·arbeiten, wenn das -System abgeglichen ist.

Bei einem Verfahren zur Anwendung des Gerätes geht man beispie lsweise so vor, daß man den Bezugsmaterial behälter "24 und den Untersuchungsmaterialbehälter 28 entweder leer läßt öder mit identischen Flüssigkeiten füllt; das Potentiometer 58 mit Nullpunkteinstellung wird manuell so eingestellt, daß es eine gewünschte Zählereinstellung, etwa die Einstellung "null",, liefert. Das zu untersuchende Material wird dann zusammen.mit irgendeinem erforderlichen Reäktionsmittel in den Untersuchungsmaterialbehälter 28 eingefüllt, wo es sich - falls erforderlichabsetzen kann. Eine Farbänderung wird in dem Material im Untersuchungsmaterialbehälter erz-eugt, um eine Änderung der Intensität des Lichtstrahls -zu er zeugen, der auf den Detektor 30 auftrifft, so daß dessen Ausgang verändert wird. Das Gerät arbeitet^ dann automatisch, um das System in einen ÄbgleichaBtand zurückzuführen, wobei die Stellung des umkehrbaren Zahlers Aufschluß über die Konzentration des Materials im UntersuGhungsmaterialbehälter gibt» \ .

Bei einer Anordnung wurde ein Zähler mit einem Bereich von 0,000 bis 1,999 mit einem Dämpfungaglied m - 10 benutzt, um eine Absorption über einen Bereich Von - 0,100 bis 1,899 anzuzeigen. Die Verschiebung von 0,100 vom Speicher zur Ablesung wird in der Dekodierung erreicht und ist erforderrich, um die Auswanderung und die Absorptionsuntersuchung von Materialien zu ermöglichen, bei denen die Inten;3itat des auf die Photozelle 3>0

10 9 8 1 8/0313 :■ !L

16*3904..' ' .: ft ■

auftreffenden Strahles größer wird und nicht etwa abnimmt, wenn das Untersuchungsmaterial in den Untersuchungsmateriaibehälter 28 eingeführt wird.

Bei gegebener Gleichung (-1 ) ist die Wirkung oder "Verstärkung"

des Dämpfungsgliedes' 42 ( 1 ) , wobei m die logarithmische Basis und P der Zustand des Zählers 44 ist. Das Gerät kann zur Verwendung mit Irgendeiner' beliebigen logarithmischen Basis konstruiert werden; wenn 10 die Basis des Logarithmus ist, dann gilt:

(12) Verstärkung = (0,1)^P

Um eine digitale Expansion von P zwischen 0,000 und 1,999 zu erhalten, sei: ■ .

(13) P = a + _t ■ , + ₁ ■ + . ■ . .

	b = 5	■ 10	100	1000	4c4
wobei	β -'5				4d4
(14)	ä' =' 5·	b0+>1
(15) .	m •	C0 + C1	+ 2co + 3c- + d. j
(16).	d0 + d1	+ 2do + 3dx +
und wobei

a =0 oder 1; -

b_Q = 0 oder 1;

b_i = 0 oder 1; für i = 1 bis 4.

yi b_i = 0 oder 1;

^{0 Oder 1;} ^ORin, <

0 oder 1; für i = 1 bis 4. *'Να±

109818/0313 . ' "

1^3904

₁ = O oder 1;

d._o = O oder 1 j

d_± = 0 oder 1 ;■ für i - 1 bis· 4

di = 0 oder 1 .

Setzt man die Gleichungen (T4)y (15) und (16) in die Gleichung (13) ein, so ergibt sich:

(17) P = a + 1 .Qb₀ + b-, + 2b₂ + 3^ ■+■ 4b₄) ·

4- 1 (5c_n + C₁ + 2c_p + 3c + 4oh)

+_!__ (5d₀ + d_v+ 2d_p ■+ 3a, +..to-) 1000 '■.-■■ ν -

(18) P = a + 1 b_n + 1 b, + 1 b_o. + 3'b^, + 2 b_A

■:■■. 2 - "Tö~ ' T' 10 ^ ~5~

_!__^co ⁺ _l__^ci+ Lj³^ + -3.Ct + 1

20 ^υ ~TÖÖ ' ; ~5Ö~- 100 ^ "25

->, + __L_d_Q + __3_d, + 1 d), BÜÖ^ 1000 ^~25Ö

200 ^u. 1000 BÜÖ^ 1000 ^-~25Ö.

Setzt man den in der Gleichung (18) angegebenen Ausdruck für P in die Gleichung (12) ein, so ergibt sieh:

Gewinn = (Ό,ϊ)^Ρ = (0,1 )& ⁺ γδ°0 ⁺ * ' 3 , oder

(19) Gewinn = (O₃ 1)^a (0,1)2" ^U (0,1) '^ü . (0,1) ⁵

.(o,i)-^1o3i- (ο,ΐ)"^⁴ (o,i)"^^C° (0,1)"^°

¹⁰⁰'⁸

1— (0,1) 5°

100018/0313

" ■■". - 15 -

BAD Rl©i

Λ ■

i^dO ' 1 ' d₁ 1 d_o

¹⁰⁰° ⁵°°

_i_O

(0,1) ²⁰⁰ (0,1). ¹⁰⁰° (o,D

cL,,

(.0,1) ¹⁰⁰° ^J (o,t)

(20) Gewinn= (0,1")^a (0,3162) ° (0,7943) ¹ (0,6310) ²

(0,5012) 5 (0,3981) ⁴ (-0,8913)" ¹ (0,9772)^Ci" (0,9550)°2

■(■0,9333) ³ (0,.9T20).⁴ (0,9885)° (0,9977) ¹

(0,9954) ² (0,9931) ⁵ (0,9908) ^Λ .

Ein Dämpfungsglied, das die in der Gleichung (20) angegebene "Gewinn" oder Dämpfungs-Charakteristik hat, ist in Fig. 3 dargestellt. Hier sind mehrere in Reihe geschaltete, binäre Einheiten 60, 60', 60" und 60'" und quinäre Einheiten.62', 62" und 62"' dargestellt, die durch den Ausgang eines quHinär-binär digital Zählers 44 betätigt werden können. Wie oben bereits erwähnt wurde, sind die Exponenten a, b₀, b₁ . . .-d^ in der Gleichung (20) entweder "Ό" oder "1" zur Multiplikation mit einem Faktor von "1" oder mit der Zahl in der Klammer. In Fig. 3 werden die Multiplikationsfaktoren durch Behälter 3a, Sb₀, Sb. .. .Sd₂, ausgewählt. Der "Ein44ear-'' Abschnitt A des Zählers.weist einfach eine binäre Stufe auf, die zur Steuerung des Schalters Sa zwischen einer 0-3teilung und einer 1-^teilung schaltbar ist.' Der Schalter Sa und alle anderen Schalter im Dämpfungsglied ■ können Transistoren aufweisen, der Einfachheit halber sind sie jedoch als einpolige Rin-Ausschalter dargestellt. Bei offenem Schalter Sa ergibt sich ein Exponent a =. 0 und die Verstärkung

10981 8/Q313 ' - " ¹⁶^~

...-■■ . BAD OBlQiHAl

Z Ζ ; iw r ν Λ m 3 9 O 4

des Abschnittes 6ö ist _Aeins/:/wenn der; Schalter geschlossen ist, so daß sich a = 1 e.rgibt_A ist die Verstärkung -^: 0,1 ^ "y.■''—'. Ö, 1»

Der"Zehner^-^ilbschnitt; 4es Zählers weist eine quinäre-binäre Dekadendinheit B zur Steuerung des /qüinären und^binären Ab--\" schnitte s 62'■ bzw. 60' - des- Dämpfungsgiiedes auf. Die Abschnitte 60" ΛϊήάβΣ¹¹ und 60^T" und; 62" ' :gleichen den Abschnitten "60' bzw. 62' und brauchen daher-.-hier nicht^ ausführlich dargestellt und beschrieben zu werden/ Aus der Gleichung (20) ersieht;man, daß die Verstärkung des binären Abschnittes· 60' eins ist, wenn der Schalter Sb^ offen ist, wobei sichb- = 0 ergibt;"und die Verstärkung dieses Abschnittes ist 0,1p62, wenn der Schalter geschlossen und Jo Q = 1 ist. Der Wert der- widerstände ;r5-^;R9. im quinären Abschnitt 62'' (es: ist/ immer nur einer der Widerstände in die; ^chaltung^ eingeschaltet): wird; so: gewählt, daß der, gewünschte Multiplikationsfaktor; gemäß der Gleichung (20) geliefert wird, . : ■"■""· ■/;"/"- ^: ,: / -// V^:\^; . ^: -.; ■-'''■'": '■'■·,;■. "\" V

Bei der. in ^FIg. 3 dargestellten Anordnung müssen" die';einzelnen Abschnitte des Dämpfungsgliedes getrennt sein, beispielsweise

: durch einen Trennverstärker mit einer Verstärkühg von 1/ und ünendiicher .Eingangsimpedanz und Null-Ausgangsimpedanz,;und zwar wegen/, der iSiiderung der ^ihgangsimpedanz; ^der Abschnitte .bei; einer änderung. der Stellung der ^ch^lter Sa,^::■ ^b₀, ^b₇. usw« Die; Verwen-

ding;.einer großen Zahl vbn Verstärkern 66 erhöht die Kosten, des Dämpfungsgliedes ganz erheblich und verursacht Probleme bei. der Einstellung/ und hinsichtlich der; Stabilität τ Es sind andere Arten von Dämpfungsgliedern bekannt, die im Gerät gemäß- der Erfindung verjwehdet werden können und eine im wesentlichen konstante RIn-; gangsimpedanz haben und bei denen keine große Zahl von Trennver-ν : :Xo&tWf0 3Ί3 / ;-..^n -;-;■

te ~

stärkern erforderlich ist. niese Dämpfüngsglieder benötigen keine große Zahl von Trennverstärkern und können eine konstante eingangsimpedanz haben. Der Hauptnachteil dieser Art von Dämpfungsgliedern ist jedoch, daß die Schaltelemente zum ^chalten der verschiedenen Widerstände nicht an eine gemeinsame Klemme mit konstantem Potential, wie etwa Masse, angeschlossen sind. Vielmehr sind die Klemmen der Schaltelemente an ^teilen unterschiedlicher Spannung angeschlossen, so daß die*Verwendung von Transistorschaltern ausgeschlossen ist.

^win neues Dämpfungsglied mit regelbarer "Verstärkung" oder regelbarem Gewinn, das nicht die Nachteile dieser bekannten Dämpfungsglieder hat und im Wandler gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 4 dargestellt und weist mehrere, in Reihe geschaltete quinäre und binäre Abschnitte 70, 70', 72', 70", 72"V 70"' und 72" · auf, die alle durch' den Ausgang des quinäre-binären digitalen Zählers'betatigt werden. Die Exponenten a, b-, b., .. .fcU in der Gleichung (20) sind entweder "O" oder "T" zur Multiplikation mit einem Faktor von 1 oder mit der Zahl in der Klammer. In Fig. 4 werden die Multiplikationsfaktoren durch die Schalter San, Sbn, Sb₁-I, Sb^-2 usw. ausgewählt. ^: "

Jeder der Dämpfungsgliedabschnitte 70, 72', 70' \xs\i. weist ein pi (TD-Glied mit einem Widerstands-Längszweig und Widerstands-Querzweigen auf. Alle binären Abschnitte haben die gleiche Ausbildung, so daß es genügt, einen binären Abschnitt zu beschreiben. Der binäre Abschnitt 70 weist ein Widerstand-sLängselement R12 und zwei Widerstands-Querzweige an dessen Enden auf,

109818/0313 ^_ ^ ,

BAD ORIGINAL¹⁸ "

wobei die beiden Querzweige jeweils in Reihe hintereinander einen Widerstand und einen Schalter (Rij^San und Ri4, Sa) aufweisen. Die Schalter San und Sa werden derart betätigt, daß sie den einen oder den anderen Widerstands-Querzweig in den Abschnitt einschalten. In der Praxis weisen die Schalter Transistoren oder dergleichen auf, die komplementär betätigt werden, d.h. wenn einer leitend ist, ist der andere nicht leitend. Gemäß der vorliegenden Erfindung hat jede]/Abschnitt des Dämpfungsgliedes einen im wesentlichen konstanten Eingangswiderstand für alle Schaltstellungen des Abschnittes, so daß die Schaltung eines Abschnittes, die auf die Einstellung des zugeOrdneten Abschnittes des Zählers anspricht, die Belastung des vorangehenden Abschnittes nicht beeinträchtigt. Der Einfachheit halber wird ein Dämpfungsglied beschrieben, bei dem alle Abschnitte den gleichen Eingangswiderstand haben. Die Abschnitte können jedoch -verschiedene Eingangswiderstände haben, wenn nur der Eingangswiderstand jedes einzelnen Abschnittes für sieh konstant bleibt.

Her pi-Abschnitt 70 ist in den Figuren 4a und 4b im einzelnen dargestellt,' um die zugehörigen Schalter in der ersten und in der zweiten Arbeitsstellung zu zeigen, in denen die "Verstärkung" oder der Gewinn 1 bzw. 0,^162 ist. Bei kon-

. . ■ .- 1 + Rl2 1 ·+ RI2 stantem Eingangswiderstand für den Abschnitt in der ersten und

in der zweiten Schalt stellung, gilt das folgende:

R14 R

_v _ Τ? 1 O J-/

(21) -R. = RI2 +1 ^load

R14 + R_load/ _{San =} offen

Sa = geschlossen

- 19 -

1098 18/0313 ."--. ^BAD

San = geschlossen Sa = offen

Bei R. = Rf _d = ¹Y ergibt sich bei den Gleichungen (21) und(22):

R. = R12 + ( RI 4 RI3 (1 + R12) = 1 ^{in l} R14 +1 / 1 + RI -5 + R12

Aus der Gieichung (20) ergibt sich, daß das Verhältnis der Verstärkung des binären Abschnittes 70* wenn San offen und 3a geschlossen ist, zur Verstärkung, wenn San geschlossen und 3a offen ist, 0,3162 : 1 beträgt. Die Eingangsspannung des Abschnittes TO ist in den Figuren 4A und 4B mit Vai bezeichnet. Ferner ist die Ausgangsspannung mit Van bezeichnet, für den Fall, daß der Schalter San geschlossen und der Schalter Sa offen ist, während sie mit Va bezeichnet ist, wenn der Schalter San offen und der Schalter Sa geschlossen ist. Dann gilt:

(24) Van = .1 ! ,' , und

	Vai	-	ist:	1+ R12
(25)	Van	Va	= Vai
	. Vai	1+ R12
Ferner	,. Va
(26)	=Rin-R12 =
	Rin
(27)	"i Vai(1 - R12).

= 1 - R12

Das Verhältnis von Va aus den Gleichungen (25) und (27) ist:

,- ; Van

(28) Va ='- (1- Ri2)Vai·

Van Vai '

1 +"Rl2 . BAD

schließlich ist: 10B81 S/0313 /

Tb/3 9 0-4

(29) _Va = 1 - R12² ^

Van .;■■..■■.

Aus der Gleichung (23) ergibt sich:

(30) R12 + R14 =1

R14 +1

und umgestellt: ■ -'

(31) - R14 = 1 - R1.2

Ria

Stellt man "die Gleichung (29) um und löst sie nach R12 auf, so ist: ..-■■■"■ ,--■'""-"■. '

(32) R12 =,-v /1 - Va-.

V ^Vatl

Ferner gilt aus der Gleichung (23):

(33) RI3 (1..+-HT2)- = · 1. ,

1 + RI3 + RT2 - "

umgestellt und aufgelöst nach RI3:

(34) RI3 = 1 + HI2 ■■■■■■-...-

R12 ·."■■.-."■_ :■■■■■■ ■

Setzt man die Gleichung (32) in die Gleichung (-34) ein, so ergibt sich: ' . - "■""-.'■

>V

1 - Va

Van ;'■■'

Zur Auflösung nach RI4 in Ausdrucken von Va wird die Gleichung

Van

(J2) in die Gleichung ("31). eingesetzt: (36) R14- - 1 -RI^. ..=■.. ■". v

1 - Va_

-.- Van

1098 18/0313 v; ■ >

BAD

In den Gleichungen 02), 05) und 06) sind die Werte'eier Widerstände R12, Rl3 und RI4 in den binären Abschnitten des* Dämpfungsgliedes durch die Verstärkung Va der Abschnitte für

Van -. - ' " den Fall ausgedrückt, daß der Eingangs- und Nützwiderstand gleich sind und der Nutzwiderstand gleich 1 ist. Die Verstär- -■ kung für jeden Dämpfungsgliedabschnitt!ergibt sich; aus der Gleichung (20) und durch Einsetzen der dort angegebenen Werte für die Verstärkung Va in die Gleichungen 02)_} 05) und 06) ■

Van - ■■---

erhält man die reaktiven Widerstandswerte.

Die quinären Abschnitte weisen einen Längswiderstand R15 und .mehrere Querzweige auf, die Widerstände R16 - R2j5 enthalten; zu. jedem Zeitpunkt ist einer oder sind zwei der Querzweige in die Schaltung eingeschaltet. Wenn^wei Querzweigwiderstände wirksam sindj liegen sie beiderseits des Längswiderstandes Ri5r Die gleichen Verfahren, die man zur Bestimmung der Widerstandswerte der Widerstände in, den binären Einheiten verwendet, verwendet man. auch zur Bestimmung der Widerstandswerte der Widerstände des quinäjai Abschnittes. In den Figuren 4C, 4D und 4R sind Teile des quinären Abschnittes dargestellt, wobei die Schalter in verschiedenen Schaltstellungen gezeigt sind: der Zustand "vor dem ^r Schalten" ist in Fig. 4C und die Zustände "nach dem Schalten" in den Figuren 4d und 4e dargestellt. In Fig. 4D sind die Querzweigwiderstande RI7 und R21 in die Schaltung eingeschaltet. Desgleichen können die Widerstände RiB'und R22 oder^;R19 und R23 ' an Stelle der Widerstände RI7 und R21 in die Schaltung eingeschaltet werden (s. Fig. 4). Der in Fig. 4^· dargestellte Zustand, bei dem R20 in einem Querzweig angeordnet ist, ist ein'Spezialfall des "in Fig. 4d dargestellten Zustandes, wo der widerstand RI7 in

10 9818/0313 ''''>'- - - - 22 -

BAD ORfGiNAL

einem Querzweig unendlich ist. Ohne wesentliche Wiederholung der obigen Ableitung ist zu -erkennen, daß :

(37) me = ι "+ R15 - '"-. ■ .

R15 - ; ^ -

(28) Hai:;-:,. _J¹lz;w-_^ ;_und

+ Rl 5

r λ/ ^r15 \

( 1 + Rl 5/(R²¹ + I

-ν 1 + RI5/

Vbn

(39) R17= ^v 1 + R15

R15/R21 - T - RI5 V ' RI5

für den Fall, daß der ^wingang-swiderstand und der Nutzwider- ' stand "vor" und "nach" dem-3ehalten gleich sind und. der Nutzwiderstand T ist. . '-'■ -

Die Ausdrücke für R18 und R19 sind dem Ausdruck für RT? gleich und die Ausdrücke für R22 und R2J sind dem Ausdruek für R21 gleich. Vb-. , Vbp , ^°% ~~>^{:: utld} Vb^ sind vier verschie-

¥bn Vbn Vbn Vbn ;"." \

dene Werte, die jeweils b. = 1, i = \\. 2^3 oder %^ entsprechen (die drei Zustände/ bei denen ein pi-Glied gemäß der Darstellung in Fig. 4D ausgebildet ist, und der eine Zustand/ be"i dem ein halbes pl-Glied gemäß der Darstellung, in" Fig., 41 ausgebildet ist).

Der Wert für R15 "wird aus dem kleinsten Verhältnis bestimmt, nämlich aus Vbjj_ , das in der dargestellten Anordnung ist:

. Vbn . ■■■■ ..-■ ·

(40) Vb₄ - (0,1) =0,5981 ". ,V ■'--■;

"■■■■;■ · Vbn /

Zur Bestimmung von R20 wird derjenige Fall gewählt, wo der .Eingangsquerwiderstand unendlich ist (nämlich das in Pig. 4e dargestellte halbe pi-Glied), und aus der Gleichung (39) ist die Parallelgleichung zur Bestimmung von R20 : '

/ \ / R1-5 (1 + R15 ) ( R2O +

Λ = ^ ¹

/ \ / R1-5 Λ

(1 + R15 ) ( R2O + J

20 - ¹ ~ ^R15 \ R15 '

Der Nenner auf der rechten Seite der Gleichung (41) muß O sein und da RI5. 4 O ist, gilt:

1 - RI5 ■ .

(42) R20 "— - = O , daher ist

RI5

(43) · R20 = ¹ ~

R15 ' -

Die Parallelgleichung zur Gleichung (38) zur Bestimmung von R20 ist:

(44)- R2Q ^Η15Λ Vbn

fr - ■ ^4 \A.+ R15

\ Vbn /V

Setzt man die Ausdrücke (44) und (43) gleich, dann ist:

^Vb4

RI5 Tbn

, 1 - ___ 1 + RI5 RI5

Vbn '

Löst man die Gleichung (45) nach RI5 auf, so ist

Vb₁,
(46) R15 = ■ ' ^Λ

Vbn

Der Wert von ist aus dem vorangehenden bereits bekannt als

0,3981 so daß: 109818/0313 : - - - - 24 -

. BAD ORieiNAL

IS

(47$ R15 = /ΐ - 0,3981 = 0,7758

Setzt man diesen Wert von R15 in die Gleichung (43) ein, dann ergibt sich für R20:

(48) R20 = 1 - 0,7758 = 0,2890

. O,775ö _

Desgleichen wird dieser Wert von RI5 in die Gleichung (37) eingesetzt und man erhält:

(49) R16 = 1 + 0,7758 = 2,289

Die Werte von RI7 und R21, berechnet aus den Formeln (39) und

(38) unter Verwendung von ^1_ = (0,1) °' ¹ = 0,7943, sind 3,478

Vbn

bzw. 1,687. Die Werte für die anderen Widerstände RI8 und R22 und RI9 und- R23 werden auf ähnliche Weise unter Verwendung von Parallelgleichungen zu den Gleichungen (39) und (38) mit dem

richtigen Verstärkungsverhältnis, nämlich 2 bzw. 3_ , be-

Vbn . Vbn rechnet. Di'e Werte für die in den anderen binären und quinären Abschnitten des Dämpfungsgliedes verwendeten Widerstände werden auf die oben beschriebene Weise berechnet. Es .sei daran erinnert, daß die oben angegebenen Widerstandswerte auf einem ..Eingangswiderstand von 1 basieren. In der Praxis wird ein Dämpfungsglied mit einer charakteristischen Impedanz von etwa,-/] Cr Ohm verwendet.

Desgleichen weisen die Schalter 3bn, Sb₁-I, 3b_?-1 und so weiter in der Praxis Transistoren auf, die zwischen dem Einschalt- und ■ Ausschaltzustand durch Signale geschaltet werden, die vom umkehrbaren Zähler 44 durch ein geeignetes ^chaltungsnetz kommen. In

109818/0313 -25-

'bad

Fig. 5 ist; ein solcher Transistorschalter Sb¹ zum Ein- und -schalten des Widerstandes - R16 dargestellt. Mit dieser neuen '} Widerstandsschaltung wird nicht nur ein konstanter Eingangswiderstandfür' jeden Abschnitt, der Schaltung in allen

vorge.sehen
Stellungen^ sondern die Widerständer der Querzweige werden auch an Masse 'gelegt. Folglich ist eine Transistorklemme geerdet und man erreicht auf einfache Weise die Anwendung eines Steuersignals für das Ein- und Ausschalten, Dies ist ein Vorteil der Erfindung. ■ ■

Transistoren, wie etwa SiliZiumtransistoren, haben einen Abschält-Wider st and von mehreren tausend Megaohm und einen Einschal t-Widerst and von etwa 5 - 10 Ohm. Um der Genauigkeit Willen werden Präzisionswiderstände in der Schaltung verwendet. Hinsichtlich der Größe der zu verwendenden größten Widerstände sind die Grenzen dadurch gesetzt, daß diese Widerstände erhältlich sein müssen und Präzisionswiderstände mit hohem Widerstand teuer sind, während der kleinste Widerstandswert davon abhängt, welcher größte Widerstand verwendet worden ist. Wenn beim Dämpfungsglied gemäß Fig. 4 der größte Widerstand (der in der Tausender-Quinäreinheit 72'" des Dämpfungsgliedes angeordnet ist) 4,57 Megaohm hat, hat der kleinste Widerstand ■ (der in der binären Einheit 70 angeordnet ist) einen Widerstand von 5*41 Kiloohm. -

Bei einem Schaltwiderstand von etwa 5 Ohm ist also beispielsweise dieser Widerstand annähernd 0,1$ des Wertes des kleinen Widerstandes. Wenn die Schaltung' genau arbeiten soll, muß der Schaltwiderstand bei der Berechnung der Querzweigwiderstände

^: 10 9 8 18/0313 - _" - 26 -

ORfQiNAL

16^3904

■berücksichtigt werden, und zwar zu mindest für die Zweige mit kleinem Widerstand, bei denen der·Schaltwiderstand einen erhebliehen Teil des Gesamtwiderstandes des Zweiges ausmacht.

Wenn das Verhältnis des größten; Widerstandes zum kleinsten Widerstand verringert werden kann, kann man den Wert des kleinsten Widerstandes erhöhen; dadurch wird die Wirkung des Schaltwiderstandes herabgesetzt..Dies erreicht man durch die Verwendung einer anderen Ausführungsform der Widerstandsschaltung, wie sie in Pig- 6 dargestellt ist; hier sind mehrere in Kaskade geschaltete Tausender-, Hunderter - und Zehnerabschnittspaare und ein Einerabschnitt SO, 82, 84. und 86 vorgesehen. Die Abschnittspaare 80, 82 und 84 weisen jeder einen quinären. Abschnitt und einen binären Abschnitt und der Rinerabschnitt 86 weist einen binären Abschnitt auf, wobei die auinttren Abschnitte mit 8.8, 88' und 88" und die binären Abschnitte mit 90, 9.9^!, 90" und 90"' bezeichnet sind. Die .Schaltungsanordnung der Widerstände und Schalter in den verschiedenen Einheiten ist identisch mit der in Pig. 4 dargestellten Anordnung und braucht daher hier nicht noch einmal beschrieben zu werden. Die Widerstandswerte sind jedoch für einige der Einheiten verschieden. Insbesondere "sind die-Widerstandswerte derart, daß einige der Abschnitte eine Widerstandsänderung, zwischen dem Eingang und _:. der Nützlast des Abschnittes haben. Bei der in Pig.4 dargestellten Anordnung haben sämtliche Abschnitte den gleichen Ringangs- und Nutzwiderst and und der ft-ingangswiderstand jedes ^ÄlD~ schnittes ist gleich ,dem Nutzwiderstandes des vorangehenden Abschnittes. Bei der in Fig. 6 dargestellten anderen Ausführungsform ist der Nutzwiderstand der einzelnen Abschnitte des Dämpfungs gliedes höher als der Et™gq*£sv/t<**istandi jedoch ist der Ein- Λ

10981 8/0313 - "-- — ²^

BAD ORJGJNAL-

gangswiderstand jedes Abschnittes gleichdem berechneten Nutzwiderstand des unmittelbar vorangehenden Abschnittes. Z.B. haben die in Fig. 6 dargestellten Abschnitte 88 und 90 den gleichen Eingangs- un»d berechneten Nutzwiderstand, der mit R= 1 bezeichnet ist. Der Abschnitt 88'· hat einen berechneten Nutzwiderstand, ■ der 2 des ^ingangswiderstandes ist;

der Abschnitt 90* hat einen tfingangswiderstand von 2 und

• ■.'■■.■; . ■ 2 ; . ■ -

einen berechneten Nutzwiderstand von Q- > der Abschnitt 88" hat einen Eingangswiderstand von 9 und einen berechneten Nutzwiderstand von'7; der Abschnitt 9c hat einen Eingangswiderstand von 7 und einen berechneten Nutzwiderstand, von 21: der Abschnitt 90"¹'hat einen ^ingangswiderstand von 21 und einen berechneten Nutzwiderstand von 63. Die obigen Widerstandswerte sind relative und keine absoluten Werte.

In den Figuren 6k und 6B ist ein typischer binäre abschnitt in der Stellung vor dem ^ehalten und in der stellung nach dem Schalten dargestellt. R. bezeichnet den Ringangswiderstand, ^Rload ^den ^^{utzwiderstan(i}i V diewingangsspannung, VI die Ausgangsspannung vor dem Schalten, V2 die Ausgangsspannung nach

-dem Schalten, Ri und R2 bezeichnen die O.uerwiderstände des pi-Gliedes und A bezeichnet den Längswiderstand. Aus diesen

•Figuren ist zu ersehen, daß für R-, , = 1 :

(50) A = ("lh - ¹' ⁺ V ^Rin ⁺ <-^S - »*> ^Rin>

wobei X = V2

(51) RT=

Ύ1

^flin " ^A

1 -(R_1n - AT , und

109818/0313' - 28 -

.'■ ^: ■■■■■■ ■'. ■■.:.:'" . ■" - ORIGINAL. INSPECTED

_{R2 =}

A) R,.

1 + A - R_1n

Aus den Gleichungen (50), (51) und (52) kann man'Kurvenscharen von A als eine Funktion des'Eingangswiderstandes R. Zeichnen, wobei V2■-, RT und R2 sich gesondert ändern können. Diese Kürven kann man benutzen, um eine graphische Näherungslösung zu erhalten, wobei man als Kriterium berücksichtigt,, daß die Einfügung sdämpfung niedrig und das Verhältnis des größten Widerstand« zum kleinsten Widerstand so klein wie praktisch möglich sein muß. Die Einfügungsdämpfung wM definiert als die Dämpfung über einen Abschnitt, der sich im Normalzustand befindet, d.h.:

(55) I.L. = V = 1 + A

Zur Erleichterung de'r Berechnung der erforderlichen Widerstandswerte wird der Abschnitt mit der niedrigsten Dämpfung (der Tausender-Abschnitt 80) am: Eingang der Kette und der Abschnitt mit der höchsten Dämpfung;(der Einer-Abschnitt 86) als letzter Abschnitt angeordnet. (Bei dem in Fig. "4 dargestellten Dämpfungsglied sind die Abschnitte in einer beliebigen Reihenfolge angeordnet, da die Eingangs- und Ausgangswiderstände aller Abschnitte gleich sind.) Gemäß einer weitereniliehtlinie für die Gestaltung der Abschnitte kann man A^- als Funktion von R1_ für Werte von X aufzeichnen und eine Widerstandserhöhung η (Tr₇) vom Eingang zum Nutzwiderstand vornehmerij' woraus man geeignete Werte für T„ für jeden Abschnitt derart auswählen kann, daß A klein ist, RJ. befriedigend ist und ein geeigneter Abgleich zwischen dem Eingangswiderstand in das Netz und dem

109818/03 13 ~ 29 -

BAD

letzten Abschlußwiderstand vorgesehen wird. Die Werte A, R1 und R2 werden aus den Gleichungen (50), (51 ). und (52) berechnet.

Die Werte für die in den QuHinärabschnitten verwendeten Widerstände werden auf die gleiche Weise ermittelt, wie dies oben beschrieben wurde,- wobei die oben* erwähnten Kurven verwendet werden. In den Figuren 7A und 7B sind die Stellungen "vor" und "nach" dem Schalten für einen typischen quinären Abschnitt dargestellt:

V2

(54) , Ra = .V

(I+AOC-X ) , und

(55) Rb = Ra -h A ( 1 + Ra) R

Ra₊ (A - R_1n) (: 1 +. Ra) ⁱⁿ

Bei Verwendung der in Fig. 6 dargestellten Dämpfungsgliedschaltung wird das Verhältnis zwischen dem größten und dem kleinsten Querwiderstand auf etwa 56,8 verringert. Wenn daher der größte Querwiderstand etwa 4,57 Megaohm hat, hat der kleinste Querwiderstand etwa 80,46 Kiloohm. 3in Schaltwiderstand von 5 Ohm macht weniger als 0,006 fa dieses niedrigsten Querwiderstandes aus, so daß der bedeutungslos ist und bei den Berechnungen vernachlässigt werden kann. Dies bedeutet natürlich eine Verbesserung gegenüber der in Fig. 4 dargestellten Schaltung, bei der der Schaltwiderstand bei der Berechnung des niedrigeren Ouerzwjjeg-Widerstandes berücksichtigt werden muß. Außerdem ist die !2infügungsdämpfung bei der in Fig. 6 dargestellten Schaltung niedriger als bei der in Fig.

109818/0313 - - —~~; *

BAD ORIGINAL

λ ■; ν ■-,-:■. ■■>; '.-"■■"■, Ο;

dargestellten Kette» F-in typischer Einfügungswiderstand t>e± der Kette: gemäß Fig. 6 beträgt etwa 3,1-/ während der; Einfügungswiderstand bei der in Fig. 4 dargestellten Kette 13,25. beträgt. Bin niedriger Einfügungwiderstand ist ein erwünschter Vorteil. : .

P a;t e η t a η s ρ r ü ehe

1 O0B1S/O3T3- BAD o

Claims (11)

1. Df. »ng.. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, KoIn

   Anlage Aktenzeichen

   vom Named. Anm. Warner-Lambert Pharmaceu

   tical Company

   Patentansprüche .

   1 . Schaltungsanordnung zum Peststellen des Verhältnisses zwischen zwei Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß eine zwei Eingangsklemmen und eine Ausgangsklemme aufweisende Diskriminatorschaltung (32) mit einer der Eingangsklemmen an eine erste Quelle (26,27) angeschlossen ist, die eines der «isnale" liefert, während die andere Eingangsklemme über eine regelbare Verstärkerschaltung (36) an eine zweite Quelle (30*31) angeschlossen ist, die das andere Signal liefert, wobei die regelbare Verstärkerschaltung einen Verstärker (40) aufweist, der parallel an ein Dämpfungsglied (42) angeschlossen ist, dessen Dämpfung entsprechend einem an der Ausgangsklemme der Diskri-_ minatorschaltung (32) erzeugten steuersignal regelbar ist, und wobei dieses steuersignal für das Verhältnis zwischen den zwei Signalen bezeichnend ist, _;v
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch $, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemme der Diskriminatorschaltung (32) an einen Spannungs-Frequenz-Wandler (46) angeschlossen ist, der zwei an einen umkehrbaren Zähler (44) angeschlossene Ausgänge ■ (48,50) hat, wobei der umkehrbare Zähler an das regelbare Dämpfung ' glied (42) angeschlossen ist, um die Dämpfung des Dämpfungs-

   1098 18/0313 "-⁵² ~

   ■-.-■■ ν ■'■.■■· .. . 6AD ORSGlNAi ■"■■"..

   gliedes (42) in ^xponentialschritten derart zu.verändern, daß die exponentiale Verstärkung des Verstärkers (4-0) reziprok zur .exponentialen %derung des'Dämpfungsgliedes (42) ist, so daß das steuersignal auf das äußerste verringert wird, und wobei das Steuersignal den Logarithmus des Verhältnisses zwischen den Amplituden der zwei Signale darstellt.
3. 3· . Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 Oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied (42) mehrere untereinander in Reihe geschaltete Tf- Glieder aufweist, daß ein Eingang des Dämpfungsgliedes an die zweite Signalquelle und ein Ausgang des Dämpfungsgliedes über eine Regelvorrichtung (38) an die Diskriminatorschaltung (j>2) angeschlossen ist, das jedes TT'-CKLied einen Widerstandslängszweig und mindestens ein Paar von Querzweigen aufweist und daß jeder O.uerzweig einen Schalter (Sa, San, S1, S2; Sbo, Sbn) zum Kin- <£fund Ausschalten der Q.uerzweige im Tf-Glied aufweist, um die "nämpfung des Därnpfungsgliedes zu verändern, ohne daß der ^wingangswiederstand des Dämpfungsgliedes oder eines Abschnittes desselben verändert

   Wird. . ■"
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter jedes Querzweigpaares wechselweise bzw. komplementär schalten. ■"
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 4, daduerch gekennzeichnet, daß mindestens eines der 77"-Glieder mehrere Ouerzweipaare Rio - R23 aufweist und daß die Schalter di.eser Q.uer— zweige selektFiv betätigbar 'sind, so daß immer nur ein Querzweig-

   109818/0313 . _^

   162390/;

   paar eingeschaltet ist und die anderen Paare ausgeschaltet sind,
6. 6. · "'ehaltungs anordnung nach den Ansprüchen 2 und 3-5-, dadurch gekennzeichnet, daß der umkehrbare Zähler (44) ein quinärer Zähler mit' mehreren Ausgangsklemmen ist, die die Schalter in den Qüerzweigen steuern.
7. 7» Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,, daß das eine 77"-Glied das Signal von der zweiten Signalquelle mittels eines in das Glied eingeschalteten Querzweigpaares um einen bestimmten ersten Betrag und mittels eines in das Glied eingeschalteten anderen Qüerzweigpaares,um einen bestimmten anderen Betrag dämpft.
8. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied ein binär betätigbares 77^-Glied und ein quinär betät.igbares TT-Güed aufweist, die unmittelbar in Reihe miteinander geschaltet sind, dasjdaß binär betätigbare JJ*-Glied einen ersten Widerstandsiängszweig RI2 und ein erstes Querzweigpaar RI3r RI4 aufweist, dass das quinär betätigbare JJ^-Glied einen zweiten Widerstands-Längszwelg R15 und mehrere Quer zweigpaare Ri 6 - R2^ aufweist," wobei jeder der Querzweige einen Widerstand Und in Reihe mit diesem einen Schalter aufweist, und daß ein quinär-binär umkehrbarer Zähler mit seinen Ausgängen zur Betätigung dieser Schalter angeschlossen ist, um die Dämpfung zu ändern, ohne den Eingangswiderstand der Glieder zu ändern.

   1098 18/03 13

   ./. 1623304
9. 9· ' Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 - 8, dadurch gekennzeichnet _s daß das Dämpfungsglied Abschnitte aufweist, die jeder für alle Stellungen der Schalter eine

   praktisch konstante Eingangsimpedanz haben.
10. 10. Schaltungsanordnung nach Anspruch -'9,dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsimpedanz von mindestens zwei dieser Abschnitte gleich ist.
11. 11. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsglied mindestens einen ersten, zweiten und dritten in Reihe geschalteten Dämpfungsgliedabschnitt aufweist, wobei der zwate Abschnitt eine Eingangsimpedanz hat, die im wesentlichen gleich dem Nutzwiderstand des ersten Abschnittes ist, wobei ferner der dritte Abschnitt eine Eingangsimpedanz hat, die im wesentlichen gleich dem Nutzwiderstand des zweiten Abschnittes ist, und wobei der Eingangswiderstand des zweiten und dritten Abschnittes einander gleich oder ungleich sind.

    8AD 1098 18/03 13

    Lee rs e i t e