DE1774121A1 - Summierendes Abtast-Halteglied (Verzoegerungsglied) - Google Patents

Description

• Summierendes Abtast-Halteglied (Verzögerungsglied) Die Erfindung betrifft ein summierendes Abtast-Halteglied (Verzögerungsglied) finit einem summierenden Vorspeicher und einem Hauptspeicher zur Verzögerung analoger Spannungswerte, die in Zeitrichtung entsprechend einer der Verzögerungszeit gleichen Taktzeit quantisiert sind, bestehend aus zwei in Kette geschalteten, voneinander unabhängigen Abtast-Haltegliedern, die abwechselnd durch kurzzeitige Impulse angesteuert werden.
• Derartige summierende Abtast-Halteglieder sind bekannt (NTZ, 21 (196g) Heft 2, Seite 82 bis 87): Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Gliedes ist in Fig. 1 schematisch dargestellt. Es besteht aus einem Summierverstärker 1 mit mehreren Eingängen 2, 3, 4, dessen Ausgang 5 über einen ersten, vorzugsweise elektronischen Abtastschalter 6 mit einem Speicherkondensator 7 und dem.Eingang eines Trennverstärkers $ verbunden ist. Der Ausgang dieses Trennverstärkers ist über einen zweiten, vorzugsweise elektronischen Abtastschalter 9 mit einem Kondensator 10 und dem Eingang eines Trennverstärkers 11 verbunden, dessen Ausgangsklemme 12 den Ausgang des Abtast-Haltegliedes darstellt. Die freien Anschlüsse der Kondensatoren 7 und 10 sind mit Massepotential verbunden. Die Elemente 1, 6, 7 und 8 bilden den sumiriicrundzn Vorspeicher VS und die Elemente 9, 10, 11 den Hauptspeicher HS des Abtagt-Haltegliedes. Die Summe der an den Eingangsklemmen 2, 3, 4 anliegenden periodischen oder nichtperiodischen Signalspannungen wird während der Schliessungszeit des ersten Abtastsehalters im Vorspeicherkondensator 7 gespeichert und danach während der Schliessungszeit des zweiten Abtastschalters 9 an den Hauptspeieherkondensator 10 weitergegeben und steht damit am Ausgang 12 des Trennverstärkers 11 für die Taktzeit T zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten des Vorspeiehers bzw. des Hauptspeichers zur Verfügung.
• Durch einfache Veränderung der Taktdauer T kann die Verzögerungszeit, insbesondere wenn es sich nicht nur um zwei, sondern um viele in Kette geschaltete einzelne Abtast-Halteglieder handelt, in sehr weiten Grenzen verändert werden. Die Genauigkeit der Verzögerungszeit hängt dabei nur von der Genauigkeit der Periodendauer der Ansteuerimpulse für die Schalter ab, die beliebig gross gemacht werden kann. Bisher bekannte Realisierungen derartiger Abtast-Halteglieder besitzen ausser den beiden Abtastschaltern entweder, wie in Fig. 1 gezeigt, drei einfache Verstärker oder zwei rotegrienende Operationsverstärker, von denen-Jeder einer umfangreichen Abgleicharbeit bedarf. Insbesondere handelt es sich hierbei um die Kompensation der Eingangsströme der Operationsverstärker, wenn man nicht sehr spezielle und aufwendige, chopperstabilisierte Operationsverstärker verwendet. Diese Kompensation hängt von der Temperatur und von der Betriebsspannung ab. Ferner muss in diesem Fall der .über die Abtastschalter an die Eingänge der Operationsverstärker gelangende Anteil der Ansteuerimpulse mit Hilfe eines Drehkondensators aus einer gegenphasigen Spannungsquelle kompensiert werden.
• Ziel der Erfindung ist es, eine Schaltung anzugeben, die mit wesentlich weniger Bauelementen, nur einen Operationsverstärker für Vor- und Hauptspeicher und damit geringerer Leistungsaufnahme, nur einer Abgleichoperation für Vor- und Hauptspeicher und ohne Kompensation der Eingangsströme und Schaltimpulse auskommt.
• Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass als summierender Vorspeicher ein an sich bekannter integrierender Operationsverstärker dient, der über einen Kondensator vom Ausgang auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, der ausserdem über einen ersten elektronischen Schalter während der kurzen Abtastzeitpunkte mit dem Verbindungspunkt mehrerer Widerstände, deren freie Anschlüsse die Eingangsklemmen für die analogen Signalspannungen darstellen, und eines weiteren Widerstandes, dessen freier Anschluss zum Ausgang des Operationsverstärkers führt, verbunden ist, der während der Abtastzeitpunkte des Hauptspeichers, die gegenüber denjenigen des Vorspeichers zeitlich versetzt, insbesondere unmittelbar anschliessend sind, über einen zweiten elektronischen Schalter mit dem Hauptspeicherkondensator verbunden ist, und dass die Spannung an diesem Kondensator über einen Entkopplungs--Verstärker mit sehr grossem Eingangswiderstand` dem Ausgang zugeführt wird.
• Wenn der Hauptspeicher unmittelbar dann abtastet, wenn' der Vorspeicher die Abtastung beendet hat, kann man die Abtastzeit des Vorspeiehers über einen grossen Bereich der Verzögerungszeit konstant und klein halten. Eine Kompensation des Eingangsstromes des Operationsverstärkers@Ist auch bei kleinen Eingangswiderständen nicht erforderlich: Die Kompensation der Offset-Spannung des Operationsverstärkers, der Spannungsverschiebung durch die Entkopplüngsverstärkeratufe sowie der über die Sehalter einge'koppelten Störimpulse, die lediglich eine Verschiebung der Ausgangsgleichspannung bewirken, kann über einen einzigen .Widerstand vorgenommen werden. Die durch die Entkopplungsverstärkerstufe bewirkte Verschiebung des Gleichspannungspotentials muss dabei so eingestellt sein, dass der Schalter des Hauptspeichers in einem günstigen.Vorspannungsberoieh arbeitet. Die Erfindung wird im folgenden anhand eines:in'der.;Fg. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert,wobei ay die eigentliche Schaltung und b) bzw, e) Abtastimpulsdiägramme für den Vor- bzw. Hauptspeicher darstellen. Der summierende Vorspeioher VS enthält einen an sich bekannten, integrierenden Operationsverstärker V mit einem invertierenden Eingang (-) .und einem nichtinvertierenden Eingang (+). Der Operationsverstärker ist vom Ausgang über den Vorspeicherkondensator (G1) auf den invertierenden Eingang (-) rückgekoppelt. Dieser Eingang ist ausserdem über einen ersten, durch einen Feldeffekt-Transistor Trl gebildeten, elektronischen Schalter während der kurzen Abtastzeitpunkte, die den in Fig, 2b dargestellten, an die Klemme E1 angelegten und auf die Gate-Elektrode von Trl wirkenden Steuerimpulsen U1 entsprechen, mit dem Verbindungspunkt P verbunden. Dieser Punkt verbindet drei Widerstände R1, R2, R3, deren freie Anschlüsse die Eingangsklemmen für drei periodische oder nichtperiodische analoge Signalspannungen V1, V2, V3 bilden, mit einem Widerstand R4, dessen freier Anschluss mit dem Ausgang des Operationsverstärkers V in Verbindung steht. Dieser Ausgang ist während der Abtastzeitpunkte des Hauptspeichers HS, die den in Fig. 2c dargestellten, an die Klemme E2 angelegten und auf die Gate-Elektrode eines zweiten als elektronischer Schalterdienenden Fe--.deffekt-Transistors Tr2 einwirkenden Steuerimpulsen U2 entsprechen, mit dem Hauptspeicher-Kondensator C2 verbunden. Die Abtastzeitpunkte des Hauptspeichers sind gegenüber denen des Vorspeichers zeitlich versetzt. Insbesondere folgen die Abtastzeitpunkte des Hauptspeichers unmittelbar anschliessend an die Abtastzeitpunkte des Vorspeichers. Die Aufladung des Kondensators C2 erfolgt mit anderen Worten sofort nach Beendigung des Aufladevorganges. des Kondensators Cl. Die Spannung am Kondensator C2 wird über einen Entkopplungs-Verstärker, der aus einem in Drain- Schaltung betriebenen Peldeffekt-Transistor Tr3 mit einem' nachgeschalteten, in Kollektorsehaltung betriebenen, bipolaren Transistor Tr4 besteht, mit dem Ausgang Ä verbunden. Die Transistoren Trl, Tr2 und Tr3 sind beispielsweise n-Kanal-Feldeffekt-Transistoren.
• Die Schliessungszeit des Schalters Trl muss so gross sein, dass der Vorspeicher-Kondensator C1 während dieser Zelt mit genügend kleinem Fehler voll aufgeladen werden kann. Während des Sperrzustandes bzw. der öffnungszeit des Schalters Trl wird der Verbindungspunkt P über zwei antiparallel geschaltete Dioden Dl, D2 und/oder über die Emitter-Kollektor-Strecke eines bipolaren Transistors Tr5, der basisseitig von der Steuerspannung U1 angesteuert wird, an Masse gelegt.
• Der durch den Entkopplungsverstärker bewirkte Gleiohspannungspotential-Vsrsatz, der gleich der Differenz zwischen der Gate-Source-Spannung des Transistors Tr3 und derBass-Emitter-Spannung des Transistors Tr4 ist, wird daduroh kompensiert, dass an die freie Klemme eines mit dem funkt P verbundenen Widerstandes R5 eine derart gepolte Gleichspannung angelegt wird" dass eine Eingangssummenspannung von G'Volt zu einer . , Ausgangsspannung von 0 Volt führt.
• Die an den Widerstand R5 angelegte Gleichspärinung wird durch" eine Zenerdiode Z stabilisiert, der über einen Vorwiderstand'Rv ein Gleichstrom zugeführt wird. Die Temperaturabhängigkeit dieser Diode"wird dabei so gewählt, dass die Temperaturabhängigkeit des Entkopplungsverstärkers Tr3, Tr4 und der ,Schalter-Transistoren Trl, Tr2 kompensiert wird.
• Die über die Sehalter-Transistoren Trl und Tr2 eingekoppelten Abtastimpulse bewirken ebenfalls eine Verschiebung bzw. einen Versatz des Gleichspannungspotentiales, der aber in einem Abgleichvorgang über den Widerstand R5 mitkompensiert werden kann.
• Durch die niederohmige Aufladung des Hauptspeicher-Kondensators C2 aus dem Operationsverstärker V wird in jedem Abtast-Halteglied eine Regeneration der Flanken der Ausgangstreppenfunktop bewirkt, so dass eine fast beliebige Anzahl von Abtast-Haltegliedern nach der Erfindung in Kette geschaltet werden kann.
• Ausser den Widerständen R1, R2, R3 und R5 dürfen alle positiven Bauelemente- sowie die Betriebsspannung U$ eine Toleranz von mindestens + 14 % aufweisen. Die Halbleiterbauelemente müssen dabei nicht ausgesucht sein. Die Schaltung kann (ohne die Kondensatoren) in Siebdruck- bzw. Monolith-Technik her-' gestellt werden.
• Das erfindungsgemässe Abtast-Halteglied kann beispielsweise in Abtast-Analogrechnern und in digitalen Filtern mit stetig einstellbarer Grenzfrequenz Verwendung finden.

Claims (1)

1. P a t e n t a n s p r ü e h e I) Summierendes Abtast-Halteglied (Verzögerungsglied) mit einem summierenden Vorspeieher und einem Hauptspeicher zur Verzögerung analoger Spannungswerte,@die:in Zeitrichtung entsprechend einer der Verzögerungszeit glei- chen Taktzeit quantisiert sind, bestehend aus zwei :n Kette geschalteten, voneinander unabhängigen Abtaste. Haltegliedern, die abwechselnd durch kurzzeitige Impulse angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass *la summierender Vorspeicher (VS) ein an sieh bekannter integrierender Operationsverstärker (V) dient, der tfber': einen Kondensator (C1) vom Ausgang auf den invertlerenden Eingang rückgekoppelt ist, der ausserdem Uber einen ersten elektronischen Schalter (Trl) während der kurzen Abtast# Zeitpunkte mit dem Verbindungspunkt (P) mehrere@Widerstände (R1, R2, R3), deren freie Anschlüsse die Eingangeklemmen für die analogen Signalspannungen (V1, V2.o V3) darstellen, und eines weiteren Widerstandes (R4), dessen freier Anschluss zum Ausgang des OperatiorisverstIrkers (V) führt, verbunden ist, der während der Abtastzeitpunktedes Hauptspeichers (HS), die gegenüber denjenigen des Vorspeichers (VS) zeitlich versetzt, insbesondere unmittelbar anschliessend sind, über einen zweiten elektronischen Schalter (Tr2) mit dem Hauptspeieherkondensator (C2) verbunden ist, und dass die Spannung an diesem Kondensator (C2) über einen Entkopplungs-Verstärker (Tr3, Tr4) mit sehr grossem Eingangswiderstand dem Ausgang (A) Zugeführt wird. 2) Abtast-Halteglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Verbindungspunkt (P) der Eingangswiderstände (R1, R2, R3) mit dem Eingang des ersten elektronischen Schalters (Trl) über zwei antiparallel geschaltete Dioden (D1, D2) mit Massepotential verbunden ist. 3) Abtast-Halteglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Verbindungspunkt (P) der Eingangswiderstände (R1, R2, R3) mit dem Eingang des ersten elektronischen Schalters (Trl) über die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (Tr5), der während der Pause zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten des Vorspeichers in den leitenden Zustand ge- steuert ist, mit Massepotential verbunden ist. Abtast-Halteglied nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als erster elektronischer Schalter (Trl) ein Feldeffekttransistor dient. 5) Abtast-Halteglied nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als zweiter elektronischer Schalter (Tr2) ein Poldoftekttrsnsistor dient. 6) Abtant-Halteglied nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dann dar dem Hauptspeieherkondensator (C2) Entkopplunge-Verstärker aus einem in Drain- Schaltung betriebenen Feldetfekttraneistor (Tr3) mit einem nachgeschalteten, in Kollektorbohaltung betriebenen, bipolaren Transistor (Tr4) besteht. 7) Abtast-Halteglied nach Anspruch 1 bis 6" dadurch gekenn- zeichnet, dass der durch den dem Hauptspeicherkondensator (C2) nachgeschalteten Entkopplungs-V®rotärker (Tr3, Tr4) bewirkte Spannungsversatz durch eine an die freie Klemme eines mit dem Verbindungspunkt (P) zwischen den Eingangs- widerständen (R1, R2, R3) und dem ersten elektronischen Schalter (Trl) verbundenen Widerstandes (R5) angelegte Gleichspannung kompensiert wird., $) Abtast-Halteglied nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an die freie Klemme des mit, dem Verbindungspunkt (P) zwischen den Eingangswiderständea'(Rt R2, P.3) und dem ersten elektronischen Schalter (l) verbundenen Widerstandes (R5) angelegte Spannung durch eine Zeter- diode (Z) stabilisiert ist, deren Traturab%ängigkeit so gewählt ist, dann die Tempeeaturabb4r*giteit des den Hauptspeiaherkondenaator (C2) nachgesihaltetdn Veretärke (Tr3.. 1'r4) und die der beiden elektrsehen Schalter (Trl, Tr2) koropereiert wird. 9) Abtast-Halteglied nach Anspruch 1 bis 7r kelßhttert durch die Anwendung in Abtaat-Analogrrobetrn b». in dIgi- talen Yiltern mit stetig einstellbaren nsfrequrnaen.