DE2116076A1

DE2116076A1 - Verstarker mit veränderlichem Ver starkungsgrad

Info

Publication number: DE2116076A1
Application number: DE19712116076
Authority: DE
Inventors: Volker 8025 Unterhaching Schodl Josef Bartl Wolfgang 8000 Mun chen Hahn
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1971-04-02
Filing date: 1971-04-02
Publication date: 1972-10-12
Also published as: DE2116076B2; FR2136064A5

Description

Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsgrad

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsgrad, insbesondere einen Regelverstärker, in dessen RUckkopplungsschleife und/oder Eingangskreis
unterschiedliche Impedanzen einschaltbar sind.

Ein solcher Regelverstärker ist z.B. aus der DT-OS 1 804 389 bekannt, bei dem je nach der Größe des Eingangssignals in
der Rückkopplungsschleife des Verstärkers antiparallel zueinander geschaltete Dioden durchlässig werden, so daß sich der Verstärkungsgrad des Verstärkers ändert« Dieser bekannte Verstärker wirkt daher in seinem einen Schaltzustand als

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P-(Proportional)- und in seinem jeweils anderen Schaltzustand als I**(integral)-Regler»

Soll das Regelverhalten eines solchen Verstärkers unabhängig von der Große des Eingangssignals .geändert werden, so ist eine z,B» durch Umschaltkontakte bewirkte Ein- bzw* Abschaltung der Impedanzen in der Rüekkopplungsschleife des
Verstärkers vorzunehmen. Diese Aufgabe besteht ζ,B, bei zur Fernlenkung von Flugkörpern benutzten Regelkreisen, wenn das Flug- und damit das Regelverhalten des Flugkörpers in. der
Startphase sich erheblich von seinem Verhalten in der Marschphase unterscheidet« Für einen solchen Flugkörper wird während der Startphase z.B* ein Regler mit PD-Verhalten und
während der Marschphase ein Regler mit PID-Verhalten benötigt» Ein solcher vom PD- auf den PID-Betrieb umschaltbarer Regler kann relativ einfach mit Hilfe eines einzigen Verstärkers realisiert werden, wenn in den Eingangskreis und/oder
die Rückkopplungsschleife dieses Verstärkers unterschiedliche Impedanzen eingeschaltet sind, von denen jeweils erste
während des PD- und jeweils andere während des PID-Betriebs wirksamgeschaltet, d,h„ jeweils mit dem Eingang und Ausgang des Verstärkers verbunden sind, Ein solcher Rege!verstärker hat jedoch den Nachteil, daß bei jeder Umschaltung von einer Impedanz auf die jeweils andere ein Sprung im Ausgangssignal des Verstärkers auftritt, der durch ein z.B. negatives Sprungsignal infolge der Ausschaltung der ersten Impedanz und ein . z.B. positives Sprungsignal infolge, der Einschaltung der
zweiten Impedanz gegeben ist,

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen neuen Verstärker
mit veränderlichem Verstärkungsgrad der eingangs genannten
Art zu schaffen, der bei Umschaltung seiner in der Rückkpplungsschleife und/oder im Eingangskreis liegenden Impedanzen;

keinen solchen Spannungssprung zeigt. .-;

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Diese Aufgabe ist bei einem Verstärker der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jeweils der mit dem Verstärkereingang verbindbare Anschluß der im Verstärkungskreis gerade nicht wirksamgeschalteten Impedanzen mit dem Bezugspotential der Verstärkerschaltung verbunden ist.

Durch diese Schaltung wird sichergestellt,, daß auch eine im Verstärkerkreis des Verstärkers gerade nicht wirksame Impedanz spannungsmäßig immer dem jeweiligen vom abgegebenen Verstärkersignal bzw. dem seinem Eingang zügeführten Signal nachgeführt wird. Bei der Umschaltung der Impedanz tritt daher annähernd kein Sprung des Ausgangssignals mehr auf, da auch die jeweils neu eingeschaltete Impedanz bereits den gleichen Spannungswert aufweist wie die gerade abgeschaltete Impedanz.

Zwar ist aus der DT-AS 1 2β3 l44 bereits ein Regelverstärker bekannt, dessen Verstärkungsgrad ebenfalls durch Umschaltung zweier hier als Kondensatoren ausgebildeter Impedanzen änderbar ist, wobei immer einer der Kondensatoren mit einem seiner Anschlüsse mit Erdpotential verbunden ist, jedoch werden diese Kondensatoren dabei so umgeschaltet, daß jeweils einer dem Verstärkereingang parallel- und der andere diesem in Reihe geschaltet ist. In jedem Schaltzustand des Verstärkers bleiben also hier immer beide Kondensatoren wirksamgeschaltet, so daß das der Erfindung zugrundeliegende Problem hier nicht auftritt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verstärkers sind die mit dem Verstärkereingang verbindbaren Anschlüsse der Impedanzen jeweils über einen Umschalter entweder mit dem Verstärkereingang oder mit dem Bezugspot.en·?. ■ tial verbunden. Mit Hilfe eines solchen entweder mechanischen oder aber elektronischen Umschalters ist jede Impedanz zwangsläufig entweder mit dem Verstärkereingayig, oder aber dem Be-

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Vorzugsweise wird als Verstärkerelement für den Verstärker ein Operationsverstärker verwendet. Die hauptsächlich in Form integrierter Schaltkreise aufgebauten handelsüblichen Operationsverstärker haben den Vorteil, daß der über eine Rückkopplungsschleife mit dem Ausgang verbundene Eingang dieses Verstärkers immer sogenannte virtuelle Nullspannung führt, wenn der jeweils zweite Eingang des Operationsverstärkers auf der Spannung Null bzw. Bezugspotential gehalten wird. Wird für den gemäß der Erfindung ausgebildeten Verstärker anstelle eines solchen Operationsverstärkers dagegen ein herkömmlicher anderer Verstärker benutzt, so muß diese Bedingung der virtuellen Nullspannung am Signaleingang des Verstärkers durch Einschaltung von Hilfsspannungsquellen erzwungen werden.

Gemäß einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung ist zu einer fest in der Rückkopplungsschleife eingeschalteten Impedanz eine weitere die Verstärkungsgradänderung bewirkende Impedanz hinzuschaltbar. Bei dieser Aus führungs f^.rm wird ein Umschalter gespart, da lediglich eine zusätzliche Impedanz hinzugeschaltet wird und die bereits in der Rückkopplungsschleife liegende Impedanz nicht abgeschaltet werden muß. Diese Ausführungsform der Erfindung hat jedoch ihre Grenzen in einer bestimmten maximal erreichbaren Differenz der Impedanzwerte, so daß auch das Übertragungsverhalten der Verstärkerschaltung nur in gewissen Grenzen änderbar ist.

Die 'Erfindung wird anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig„ 1 eine erste Ausführungsform der Verstärkerschaltung mit mehreren jeweils wirksam- und unwirksamschaltbaren Impedanzen sowohl im Eingangskreis als auch in der Rückkopplungsschleife des Verstärkers und

Fig_e 2 eine vereinfachte Ausführungsform der Verstärker-

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schaltung, bei der lediglich eine Impedanz in der Rückkopplungsschleife des Verstärkers hinzu- oder aber abschaltbar ist.

Ein herkömmlicher Operationsverstärker 1 ist mit seinem nichtinvertierenden Eingang über einen Widerstand 2 mit Erde als Bezugspotential verbunden. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 1 ist über einen Schaltpunkt P und erste Umschaltkontakte S.,,S,ρ bis S, mit aus RC-Sehaltungen gebildeten ersten Impedanzen L,,I.p bis I. verbunden, deren jeweils andere Anschlüsse zusammen auf den Eingang E der Verstärkerschaltung geführt sind. Die nicht mit dem Eingang E verbundenen Anschlüsse der ersten Impedanzen 1--,I₁P bis I₁ sind jeweils mit dem Schaltkontakt der Umschalter S, .,S₁₂ bis S. verbunden, wobei der nicht mit dem Schaltpunkt P verbundene zweite Anschluß der Umschalter jeweils mit Erdpotential verbunden ist. Der Schaltpunkt P und damit der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 1 ist außerdem über zweite Umschalter S₂₁ >Sp2. ^{bis S}2n ^{mit zwei}^en ebenfalls aus RC-Schaltungen gebildeten Impedanzen Ipl'^22 "°^^s ^2 verbunden, deren jeweils andere Anschlüsse mit dem Ausgang A des Operationsverstärkers verbunden sind, Ähnlich wie bereits bei den ersten Impedanzen Iii*Iip bis Ii_r sind auch die nicht mit dem Ausgang A des Operationsverstärkers 1 verbundenen Anschlüsse der zweiten Impedanzen jeweils mit dem Umschaltkontakt der Umschalter Sp₁,S₂₂ und S₂ verbunden, wobei auch deren jeweils zweiter nicht mit dem Schaltpunkt P verbundener Anschluß wieder mit Erdpotential verbunden ist.

Die gemäß der Erfindung ausgebildete Verstärkerschaltung wird nun vorzugsweise so betrieben, daß sich jeweils nur einer der ersten Umschalter S₁,,S₁₂ bis S₁ und jeweils nur einer der zweiten Umschalter Sp₁,S₂₂ bis S₂ in einer die jeweilige Impedanz mit dem Schaltpunkt P verbindenden Schaltstellung be-

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finden« Dadurch ist jeweils nur eine der ersten Impedanzen im Eingangskreis des Verstärkers und jeweils nur eine der zweiten Impedanzen in der Ruckkopplungsschleife des Verstärkers wirksam,, Durch die gerade wirksamen Impedanzen wird ein bestimmtes Übertragungsverhalten der Verstärkerschaltung festgelegt. Soll dieses Übertragungsverhalten geändert werden, so werden die gerade wirksamgeschalteten Impedanzen durch Umschalten ihres betreffenden Umschalters vom Verstärkereingang abgetrennt und gleichzeitig auf Erdpotential umgeschaltet. Die jeweils so abgeschaltete Impedanz ist damit im Verstärkerkreis für das Übertragungsverhalten des Verstärkers- zwar unwirksam,. wird jedoch durch ihre Schaltung zwischen dem Eingang E bzw. dem Ausgang A der Verstärkerschaltung und Erdpotential spannungsmäßig entweder dem Eingangssignal der Verstärkerschaltung oder aber ihrem Ausgangssignal nachgeführt. Dadurch tritt jeweils bei Einschaltung einer neuen Impedanz sowohl in den Eingangskreis als auch in die Rückkopplungsschleife der Verstärkerschaltung kein Spannungssprung am Ausgang des Operationsverstärkers 1 auf, da die jeweils neu eingeschaltete Impedanz immer den unmittelbar vor ihrer Einschaltung bereits im betreffenden Schaltkreis des Verstärkers liegenden Spannungswert aufweist. Da der Operationsverstärker 1 infolge seiner Rückkopplung sein Ausgangssignal solange ändert, bis das an seinem mit dem Schaltpunkt P verbundenen invertierenden Eingang anstehende Signal gleich dem mit dem nichtinvertierenden Eingang verbundenen Beaugspotential ist, führt der Schaltpunkt P als virtuelles Nullpotential bezeichnetes Erdpotential. Da der jeweils mit den Umschaltern verbundene Anschluß aller Impedanzen in ihrer nichtwirksamen Schaltstellung ebenfalls mit Erdpotential verbunden ist, findet auch im Schaltpunkt P bei der Einschaltung einer neuen Impedanz keine Spannungsänderung statt.

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In Fig.2 ist schernatisch eine vereinfachte Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Verstärkerschaltung dargestellt, die sich gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dadurch unterscheidet, da.3 eine aus einem Kondensator C₁ und einem Widerstand R, gebildete erste Impedanz I, fest in der Ruckkopplungsschleife des Operationsverstärkers 1 vorgesehen ist, zu der ei,ie aus einem zweiten Kondensator C₂ gebildete zweite Impedanz Ip über einen einzigen Umschalter S der ersten Impedanz I, hinzuschaltbar ist. Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers 1 ist hier der Einfachheit halber über einen Widerstand j5 mit dem Eingang E der Verstärkerschaltung verbunden, obwohl anstelle dieses Widerstandes j5 selbstverständlich in ähnlicher Weise wie in Fig. 1 oder aber auch in der hier in der Ruckkopplungsschleife des Verstärkers vorgesehenen Weise Impedanzen einschaltbar sind.

Die in Fig. 2 gezeigte Schaltung ist einfacher ausgebildet, da mit ihr Umschaltkontakte eingespart werden können. Ihre Anwendung ist jedoch auf solche Fälle begrenzt, bei denen nur eine relativ geringe Änderung des ÜbertragungsVerhaltens der Verstärkerschaltung in ihren unterschiedlichen Schaltzuständen erforderlich ist.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für einen derartigen umschaltbaren Regelverstärker ist die Fernlenktechnik von Flugkörpern. Gerade bei sogenannten taktischen Flugkörpern, wie 2.B. Panzerabwehrraketen, sind unterschiedliche Übertragungsfunktionen für die Lenkregelkreise in unterschiedlichen Flugphasen des Flugkörpers erforderlich, wobei sich das Flugverhalten des Fluö'iörpers während der sogenannten Startphase erheblich von dem während der Marschphase unterscheidet. Da ein solcher rasant fliegender Flugkörper andererseits gegenüber 3pannungsSprüngen im Lenksignal extrem empfindlich ist, eignet sich der gemäß der Erfindung ausgebildete RegeVerstärker besonders gut für derartige Flugregelkreise.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsgrad, insbesondere Regelverstärker, in dessen Rückkopplungsschleife und/oder Eingangskreis unterschiedliche Impedanzen einschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils der mit dem Verstärkereingang (P) verbindbare Anschluß der im Verstärkerkreis gerade nicht wirksamgeschalteten Impedanzen (I₁₁Jl₁₂..,bis I_1n; Ipi* I₂₂Q·. bis I₂ ) mit dem Bezugspotential der Verstärkerschaltung verbunden ist,

Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Verstärkereingang (P) verbindbaren Anschlüsse der Impedanzen (ΐιι>Ιχρ··· -..,,bis I_o„) jeweils über einen Umschalter

;
₁₂...bis S

_2n

...bis S_2n) entweder mit dem Ver

stärkereingang (P) oder mit dem Bezugspotential verbunden sind,

5. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkerelement (1) ein Operationsverstärker verwendet ist.

4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis J>_t dadurch gekennzeichnet, daß zu einer fest in der Ruckkopplungsschleife eingeschalteten Impedanz (I₁) eine weitere die Verstärkungsgradänderung bewirkende Impedanz (Ip) hinzuschaltbar ist.

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5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß der Verstärker als Regelverstärker wirkt, der in seinen vom gerade anstehenden Stellwert unabhängigen SchaItzuständen der Impedanzen (I₁₁,I₁₂..«bis I_1n; Ip₂...bis I_2n) einmal als PD- und einmal als PID-Regler arbeitet.

6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichne t, daß die Impedanzen (I₁₁* I₁₂...bis I_1n; I₂₁,I₂₂..»bis I_2n) RC-Schaltungen sind.

7. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er als mindestens zwei unterschiedliche Übertragungsfunktionen realisierender Regelverstärker im Flug- und/oder Lenkregelkreis eines fernlenkbaren, mindestens 2wei unterschiedliche Flugphasen hinsichtlich seines Flug- und Lenkverhaltens aufweisenden Flugkörpers verwendet ist.

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