DE2145016A1 - Schaltungsanordnung zur zusätzlichen Beeinflussung von in analoge elektrische Spannungen umgesetzte digitale Großen - Google Patents

Description

25. August 1971 - ο 3/17

Schaltungsanordnung zur zusätzlichen Beeinflussung von in analoge elektrische Spannungen umgesetzte digitale Größen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur zusätzlichen Beeinflussung von in analoge elektrische Spannungen umgesetzte digitale Größen unter Verwendung eines Digital-Analog-Umsetzers, dessen Eingang aus einem Netzwerk parallel angeordneter Schalter mit jeweils in Reihenschaltung zugeordneten, den Wertigkeiten des verwendeten Codes der digitalen Eingangsgröße umgekehrt proportionalen Bewertungswiderständen besteht, wobei das Netzwerk über eine den Summenstrom führende Leitung mit einem Summierwiderstand zum auagangsseitigen Abgriff einer der digitalen Eingangsgröße entsprechenden analogen Ausgangsspannung verbunden ist und die über ihm liegende Netzwerkspannung konstant gehalten wird,

Digital-Analog-Umsetzer zur Umwandlung codierter digitaler Eingangsgrößen in analoge Ausgangsgrößen sind in vielfältigen Ausführungen bekannt. Eine der bekannten Ausführungen arbeitet nach dem Prinzip der Stromsummation und verwendet einen Summierwiderstand, durch den der aus Teilströmen gebildete Summenstrom fließt und über dem die analoge Ausgangsspannung abgegriffen wird. Die Teilströme entstehen dabei in parallelen Zweigen eines Netzwerkes, wobei jeder Zweig aus der Reihenschaltung eines Schalters und eines Bewertungswideratandes besteht.

Die Bewertungswiderstände sind untereinander dimensionsmäßig so abgestuft, daß bei geschlossenen Schaltern, die durch äie fließenden Teilströme proportional der codierten digitalen Eingangsgröße sind. Dies wird erreicht durch umgekehrte Proportionalität der Widerstandener^ zu den Wertigkeiten des Verwendeten Codes der digitalen Eingangegröße.

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Der fommierwiderstand ist über die den Summenstrom führende Leitng an die parallelen Zweige des Netzwerkes angeschlossen, Über ihm läßt sich eine Spannung abgreifen, die direkt proportinal dem durch den Summierwiderstand fließenden Summensrom ist.

Die en Summenstrom bildenden Teilströme sind aber nur dann aussaließlich ein Maß für die jeweilig eingeschalteten Bewesungswiderstände und damit für die umzusetzende digitale »ingangs größe, wenn die über C^m Netzwerk aus Schalternrnd Bewertungswldeeständen liegende Netzwerkapannung konsint ist· Diese Voraussetzung ist systembedingt zunächst nich gegeben, da sieh über dem Summierwiderstand ein variable Spannungsabfall ausbildet, der im Zusammenhang mit eine anliegenden konstanten Speisespannung die Konstanz der >tzwerkspannung'verhindert.

Es ad mehrere Methoden bekannt geworden, die nachteilige Eigöchaft dieser Ausführungsform von Digital-Analog- Umsetzen weitgehend oder vollständig zu überwinden. Beitner ersten Methode wird der Widerstandswert des Summieiderständes sehr klein gehalten gegenüber dem Widerstaswert des kleinsten Bewertungswiderstandes· DieLerbei über dem Summierwiderstand abgreifbare analoge Aus|igs3pannung erfordert nachfolgend einen Verstärker fünre weitere Verarbeitung, z. B. als Führungsgröße für Regäntriebe· Trotz des damit verbundenen Aufwandes bMbt dieasetzung mit einer Ungenauigkeit behaftet, da die abgegffene analoge Ausgangsspannung bereits ungenau war, wasich durch die nachfolgende Verstärkung nicht ausgleichbazst· Es entsteht ein zusätzlicher Fehler durch die Nuiinktdrift dee Verstärkers.

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Bei einer zweiten Methode wurde bekannt, den fehlerhaften Suomenstrom vor dem Summierwiderstand mit einem Korrekiarstrom zu beaufschlagen, dessen Größe in quadratischer Abhängigkeit zur Größe des Summenstromes steht·

Der gerätemäßige Aufwand zur Bildung dieses Korrektursto* mes wächst mit der erforderlichen Größe des Korrekturstomes, d· h. mit zunehmender Größe des gewählten Summierfderstandes· Infolgedessen ist der Verzicht auf einen da Umsetzer nachfolgenden Verstärker letzten Endes mit eism unwirtschaftlichen Aufwand verbunden.

Bei einer dritten Methode wurde bekannt, die über dem ätzwerk anliegende Netzwerkspannung unter Verwendung eine Spannungsvergleichsschaltung konstant zu halten, wobeißine in Reihe mit dem Summierwiderstand einerseits und dem stzwerkfandererseits liegende Emitter-Kollektor-Strecke ütr einen Verstärker von einer Spannungsvergleichsschaltun angesteuert wird· Steuernde Digitalgröße und gesteuert Analoggröße liegen nicht am gleichen Potential· In eil* Informationssystem ist die Existenz eines gemeinsamen <zugspotentials für alle Signale zur Schaffung klar defnierter_f einheitlicher Spannungsverhältnisse bedeutsam Zu diesem Zweck werden im allgemeinen die vorzugsweisols Hullpotential ausgeführten Bezugspotentiale aller Teiü-steme oder Teilschaltungen untereinander verbunden. Dieorliegende ein- und ausgangsseitige Trennung der Bezugs|entiale schafft jedoch eine Trennstelle innerhalb eines format ions sy st ems, als dessen Bestandteil der Digital-alog-Umsetzer wirkt. Hierdurch entstehen Schwierigkeiten ftden praktischen Betrieb, die nur durch zusätzliche Aufwendgen überbrückt werden können.

Weiterhin ist bekannt, die lineare Ausgangskennlinie «es Digital-Analog-Umsetzers durch Zuschalten von Widerstien

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zwischen Spannungβquelle und Bewertungswiderstandsnetzwerk in Abhängigkeit ausgewählter digitaler Eingangsgrößen gestuft abzuändern.

Nachteile dieser Anordnung sind der zur gewählten Stufenzahl proportionale Aufwand sowie die feste Abhängigkeit der analogen Ausgangsgröße von der digitalen Eingangsgröße entsprechend einer eingestellten Kennlinie.

Alle beschriebenen Anordnungen weisen den Nachteil auf, daß keine Möglichkeit vorgesehen ist, nach dem Stromsummationsprinzip genau arbeitende Digital-Analog-Umsetzer einer beliebigen zusätzlichen Beeinflussung auszusetzen. Ursache für diesen Zustand ist die üblicherweise voneinander getrennte, jeweils für sich allein vorgenommene Durchführung der ausschließlichen Digital-Analog-Umsetzung einerseits und der zusätzlichen Beeinflussung von Steuer- oder Regelgrößen andererseits.

Zweck der Erfindung ist, den für die getrennte Durchführung einer zusätzlichen Beeinflussung von Steuer- oder Regelgrößen erforderlichen Aufwand entscheident zu verrringern, ohne die vorteilhaften Eigenschaften einer genauen Digital-Analog-Umsetzung zu beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur zusätzlichen Beeinflussung von in analoge elektrische Spannungen umgesetzte digitale Größen, unter Verwendung eines Digital^nalog_Umsetzers, dessen Eingang aus einem Netzwerk parallel angeordneter Schalter mit jeweils in Reihenschaltung zugeordneten, den Wertigkeiten des verwendeten Codes der digitalen Eingangsgröße umgekehrt proportionalen Bewertungswiderständen besteht, wobei das Netzwerk über eine den Summenstrom führende Leitung mit einem Summierwiderstand zum ausgangsseitigen Abgriff einer

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der digitalen Eingangsgröße entsprechenden analogen Ausgangsspannung verbunden ist und die über ihm liegende Netzwerkspannung konstant gehalten wird, zu schaffen, wobei die zur Erzielung einer hohen Genauigkeit der Digital-Analog-Umsetzung verwendeten Schaltungsbestandteile weitgehend zur Healisierung der zusätzlichen Beeinflussung ausgenutzt werden sollen, die zusätzliche Beeinflussung dabei aber in keiner filnktionellen Abhängigkeit zur digitalen Eingangsgröße steht.

Erfindungagemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß an dem dem Netzwerk abgewandten Anschluß des Summierwiderstandes die Emitter-Kollektor-^trecke eines Transistors angeschaltet ist, dessen Basis von einem Summierverstärker angesteuert wird, an dessen Eingängen die Netzwerkspannung liegt, wobei ein Eingang an eine Bezugsspannungsquelle, an die den Summenstrom führende Leitung sowie an eine durch eine Führungsgröße beeinflußte Führungseinrichtung angeschlossen ist und daß das Netzwerk und der Summierwiderstand an einem gemeinsamen Potential liegen.

Es ist dabei vorteihaft, daß der Summierwiderstand weiterhin mit einer Kompensationseinrichtung verbunden ist, die aus einem Kompensationswiderstand und einer parallel dazu angeordneten Reihenschaltung einer Kompensationsspannungsquelle und einer Justiereinrichtung besteht.

Erfindungsgemäß ist die Schaltungsanordnung weiterhin dahingehend besonders ausgelegt, daß das gemeinsame Potential von Netzwerk und Summierwiderstand als Nullpotential ausgeführt ist.

Die mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung geschaffene zusätzliche Beeinflussung der analogen Ausgangsspannung

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durch eine führungsgröße bedeutet, daß es hiermit möglich wird, letztlich eine digitale Größe, dargestellt durch die Eingangsgröße der Umsetzerschaltung, mit einer analogen Größe, dargestellt durch die Führungsgröße, zu multiplizieren· Diese Möglichkeit kann erhebliche praktische Bedeutung erlangen*

Beispielsweise wird ein willkürlicher manueller Eingriff durchführbar, wenn bei einer Bearbeitungsmaschine die von einer Programmsteuerung vorgegebene Drehzahl Resonanzerscheinungen verursacht und aus kritischen Bereichen in unkritische Bereiche verlagert werden muß.

Ein anderes Beispiel betrifft eine adaptive Steuerbarkeit, bei der ein programmierter Steuergrößen-Sollwert im Hinblick auf für eine Prozeßoptimierung erforderliche Korrekturen zwangsläufig geführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert· Die zugehörige Schaltungsanordnung ist aus der Zeichnung ersichtlich· Parallel angeordnete, als Transistoren T 1.1 ...T 1.4 bis Tn. 1 ... T n»4 ausgeführte Schalter bilden mit jeweils in Reihenschaltung zu ihren Emitter-Kollektor-Strecken angeordneten Bewertungswiderständen 8 R1, 4 R1, 2 R1, R1 bis 8 Rn, 4 Rn,2Rn, Rn ein Netzwerk.

Entsprechend eines verwerteten dezimalbinären Codes sind die Basisanschlüsse der Transistoren T 1.1 bis Tn. 4 mit binärwertigen Eingängen 1, 2, 4, 8 dezimalwertiger Tetraden D 1 bis Dn verbunden. Das Netzwerk liegt auf der einen Seite mit einem Anschluß A an einer Speisespannung Us, auf der anderen Seite ist es mit einem Summierwiderstand Ra und mit einem Anschluß E verbunden.

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Auf der dem Netzwerk angewandten Seite ist der Summierwiderstand Ea an die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors T angeschlossen und außerdem auf einen Anschluß i¹ geführt.

Der Kollektor des Transistors T ist mit einem Anschluß B verbunden, an dem die Speisespannung Us liegt· Die Basis des Transistors T steht in Verbindung mit dem Ausgang eines Summierverstärkers V, dessen erster Eingang an die den Anschluß A tragende Seite des Netzwerkes führt· Ein zweiter Verstärker eingang <* ist einmal über einen Widerstand Rc mit der den Anschluß E tragenden Seite.¹ des Netzwerkes verbunden· Zum zweiten führt eine parallele Leitung vom Verstärkereingang G über einen Widerstand Rd zum Abgriff D einer von einer Führungsgröße W beeinflußbaren Führungseinrichtung Rb, die zwischen einem Anschluß C und der den Anschluß A tragenden Seite des Netzwerkes angeordnet ist· .Drittens ist der Verstärkereingang G über einen Widerstand Re mit einem Anschluß K einer Bezugsspannungsquelle Ue verbunden, deren zweiter ^ischluß vom Potential der den Anschluß A tragenden Netzwerkseite gebildet wird.

Am Anschluß J? ist weiterhin eine Kompensationseinrichtung angeschlossen· Sie wird gebildet von einem Kompensationswiderstand Rk und einer parallel dazu angeordneten Reihenschaltung einer Kompensationsspannungsquelle Uk und einer Justiereinrichtung Rj. Kompensationswiderstand Rk und Kompensationsspannungsquelle Uk sind in einem Anschluß J, Kompensationsspannungsquelle Uk und Justiereinrichtung Rj in einem Anschluß H zusammengeschaltet.

Digitale Eingangsgröße und analoge Ausgangsgröße liegen durch die den Ansohlußpunkt E tragende Leitung auf dem gleichen Potential, das in vorteilhafter Weise als Nullpotential ausgeführt ist·

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Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Die im dezimalbinären Code verschlüsselten, an den binärwert igen Eingängen 1, 2, 4, 8 der dezimalwertigen Tetraden D1 bis Dn anliegenden digitalen Eingangsgrößen erzeugen in den parallelen Zweigen des Netzwerkes Teilströme. Die G-rb'ße dieser Teilströme ist infolge der den Wertigkeiten des verwendeten Codes "umgekehrt proportional dimensionierten Bewertungswiderstände 8 R1 bis Rn ein analoges Abbild der an den jeweiligen Eingängen anstehenden digitalen Größen, Die Teilströme bilden einen Summenstrom, der durch, den Summierwider stand. Ra fließt. Über den Summierwider stand Ra entsteht eine dem Summenstrom proportionale, zwischen den Anschlüssen E und F abgreifbare, nichtkompensierte analoge Ausgangsspannung Ua.

Am Eingang G- des Summierverstärkers Y liegen über dem vorgeschalteten Widerstand Rc die Netzwerkspannung, über dem Wideretand Rd eine iührungsspannung Uf und über dem Widerstand Re, die Bezugsspannungsquelle Ue an. Bei einer digitalen Eingangsgröße von Null und einer in Ausgangsstellung befindlichen Führungseinrichtung Rb wird die am Yerstärkereingang G anliegende Spannung in einer solchen Größe gebildet, daß sich über Summierwiderstand Ra und Kompensationswiderstand Rk an den Anschlüssen E und J eine kompensierte analoge Ausgangsspannung Ua der Größe Null abgreifen läßt.

Enteprechend einer von Null verschiedenen digitalen Eingangsgröße verändert sich die Netzwerkepannung und dadurch die am Verstärkereikgang G anliegende Spannung» Diese störgrößenhafte Veränderung steuert den als Stellglied wirkenden Transistor T in einer solchen Weise auf, daß die zwischen den Anschlüssen A und B anliegende Speisespannung Us eine Aufteilung in derart veränderte Teil-

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spannungen erfährt, daß die Netzwerkspannung in konstanter Größe erhalten bleibt· Netzwerk, Summierverstärker Ϋ, Iransistor T und Summierwiderstand Ea bilden somit einen Regelkreis zur Spannungskonstanthaltung, Eine von der Ausgangsstellung der Führungseinrichtung Rb

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abweichende ührungsspannung TJf ruft am Verstärkereingang G- gleichfalls eine störgrößenhafte Spannungsänderung hervor. Diese bewirkt ebenfalls eine Aufsteuerung des Transistors T, diesmal aber als Bestandteil einer Steuerkette in der Weise, daß sich am Summierwiderstand Ra ein zusätzlicher Spannungsabfall ausbildet, der proportional der Änderung der Führungsspannung Uf ist» Die auf die führungseinrichtung Rb einwirkende Führungsgröße W befindet sich dabei in beliebiger, beispielsweise stetiger oder stufiger Abhängigkeit von außerhalb der digitalen Eingangsgröße liegenden Parametern. Auf die beschriebene Weise wird über dem Summierwiderstand Ra eine aus zwei Komponenten entstehende analoge Spannung gebildet. Der Regelkreis zur Spannungskonstanthaltung gestattet in erweiterter Ausgestaltung eine Folgeregelung der analogen Ausgangsspannung Ua.

Die über dem Summierwiderstand Ra an den Anschlüssen E und F abgreifbare nichtkompensierte analoge Ausgangsspannung U*a ist, sofern die ^ransistoren-Restströme vernaohlässigbar klein sind, nur noch fehlerbehaftet infolge des vom Summenstrom abgezweigten, für die Ausbildung der analogen Ausgangsspannung Ua nicht verfügbaren, über den Widerstand Rc zum Verstärkereingang G geführten Meßetromes» Dessen Kompensation übernimmt die Kompensationsspannungsquelle Uk, die in Verbindung mit der Justiereinrichtung Rj über dem Kompensationswiderstand Rk eine Spannung erzeugt. Diese Spannung addiert eich mit der niohtkompensierten analogen Ausgangsspannung U'a zur kompensierten analogen Ausgangsapannung Ua, die an den Anschlüssen E und J abgegriffen wird.

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Claims (1)

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1. Schaltungsanordnung zur zusätzlichen Beeinflussung von in analoge elektrische Spannungen umgesetzte digitale Größen unter Verwendung eines Digital-Analog-Umsetzers, dessen Eingang aus einem Netzwerk parallel angeordneter Schalter mit jeweils in Reihenschaltung zugeordneten, den Wertigkeiten des verwen-

k deten Codes der digitalen Eingangsgröße umgekehrt proportionalen Bewertungswiderständen besteht, wobei das Netzwerk über eine den Summenstrom führende Leitung mit einem Summierwiderstand zum ausgangsseitigen Abgriff einer der digitalen Eingangsgröße entsprechenden analogen Ausgangs spannung verbunden ist und die über ihm liegende Netzwerkspannung konstant gehalten wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß an dem dem Netzwerk ab gewandten Anschluß des Summierwiderstandes (Ra) die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors (T) angeschaltet ist, dessen Basis von einem Summierverstärker (V) angesteuert wird, an dessen Eingängen die Netzwerkspannung liegt, wobei ein Eingang (G) an eine Bezugsspannungsquelle (Ue), an die den Summenetrom führende Leitung sowie an eine durch eine Führungegröße (W) beeinflußte Führungseinrichtung (Rb) angeschlossen ist und daß das Netzwerk und der Summierwiderstand (Ra) an einem gemeinsamen Potential liegen.

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2· Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Summierwiderstand (Ra) weiterhin mit einer Kompensationseinrichtung verbunden ist, die aus einem Kompensationewiderstand (RK) und einer parallel dazu angeordneten Reihenschaltung einer Kompensationsspaiinungsquelle (Uk) und einer Justiereinrichtung (Rj) besteht·

Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das gemeinsame Potential von Netzwerk und Summierwiderstand (Ra) als Nullpotential ausgeführt ist·

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