DE2160521A1 - Analogrecheneinheit - Google Patents

Description

30.11.1971 Sk/Kb

Anlage zur

Patentanmeldung

ROBERT BOSCH GM3H, 7 Stuttgart 1

Analogrecheneinheit

Die Erfindung bezieht sich auf·eine Analogrecheneinheit zum Potenzieren oder Radizieren wenigstens einer Eingangsspannung.

Bei bekannten .Analogrecheneinheiten können Potenzfunktionen nur dadurch nachgebildet werden, daß man die Singangsspannung zunächst mit Hilfe eines aufwendigen Punktionsgebers logarithmiert. Der Logarithmus.wird dann mit dem Exponenten multipliziert, und anschließend wird die Spannung wieder mit Hilfe eines-weiteren Funktionsgebers delogarithmiert

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Bei technischen Anwendungen, zum Beispiel bei der Steuerung einer Gasturbine, muß die potenzierte Eingangsspannung dann noch mit weiteren Eingangsspannungen multipliziert werden. Bei Verwendung herkömmlicher Analogrechnertechnik wird der Sehaltungsaufwand deshalb so groß, daß gerade beim genannten Beispiel der Steuerung einer Gasturbine eine Serienfertigung zu teuer wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,.eine wesentlich

* einfacher aufgebaute Analogrecheneinheit zu schaffen, bei der. insbesondere die aufwendigen Funktionsgeber eingespart werden. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Eingangsspannung und eine zeitlich exponentiell abfallende Spannung zwei. Eingängen eines ersten Xomparators zuf-ührbar sind, daß eine erste monostabile Kippstufe mi t ihrera Eingang an den Ausgang des ersten Xonparators und mit ihrem Ausgang an einen Steuereingang eines ersten Schalters angeschlossen ist, daß der erste Schalter zwischen dem Ausgang eines Integrierers und einem ersten Kondensator liegt, daß die Spannung am ersten Kondensator über einen ersten Addierwiderstand einem gegengekoppelten Operationsverstärker zuführbar ist, daß die Ausgänge des Interrrierers und des Operationsverstärkers mit Eingängen eines Komparators ver- ■ bunden sind, daß die zeitlich exponentiell abfallende Spannung über einen Schalter einem Speicherkondensator zuführbar ist und daß zwischen dem Ausgang des Konparators und dem Steuereingang des Schalters eine monos tabiIe Kippstufe liegt.

Durch die genannten Schaltungsmaßnahmen kann man die Eingangsspannung einfach dadurch, logarithmieren, daß man sie mit einer zeitlich exponentiell abfallenden Spannung vergleicht. Dieser Vorgang wird zeitlich periodisch wiederholt, so daß man am

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Ausgang der Analogrecheneinheit bei schnellen Änderungen der Eingangsspannung eine sich stufenförmig ändernde Ausgangsspannung erhält . Für technische Regelvorgänge spielen diese feinen Stufen in der Ausgangsspannung jedoch keine störende Rolle. Die' zeitlich exponentiell abfallende Spannung läßt sich einfach mit Hilfe eines Kondensators erzeugen, der mit einem Widerstand belastet ist.

Weitere Einzelheiten und zweckmäßige Ausgesta Htungen werden nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: '

Fig. 1 einen Schaltplan einer Analogrecheneirheit, teilweise in schematischer Darstellung,

'Fig. 2 einen Schaltplan einer Einzelheit zu Fig. 1 und

Fig. 3 Impulsdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Analogrecheneinheit.

Die Analogrecheneinheit nach Fig. 1 weist fünf Eingangsklemmen 21 bis 25 sowie eine Ausgangsklemme 26 auf. Den ersten drei Eingangsklemmen 21'bis 23 werden drei Eingangsspannungen Ul, U2, U3 zugeführt, die in der Analogrecheneinheit verarbeitet werden sollen. An der vie ite η und an der fünften Eingangsklemme 24, 25 liegt je eine konstante Referenzspannung U4 bzw. U5. Zwischen der fünften Eingangs klemme 25 und der Ausgangsklemme 26 sind in Serie zwei Schalter S5 und S6 eingeschaltet, die untereinander durch eine Leitung 28 verbunden sind. Die Schalter S5 und S6 werden im folgenden als fünfter bzw. als sechster Schalter bezeichnet.

Zwischen der vierten.Eincangsklemme 2k und deminvertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers Vl liegt ein

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Widerstand RH₉ der in zwei Teilwiderstände aufgeteilt ist und im folgenden als vierter Widerstand bezeichnet wird. Der nichtinvertieiende Eingang des ersten Operati aisverstärkers Vl ist mit einer Masseleitung 27 verbunden. Zwischen dem Ausgang des ersten Operationsverstärkers Vl und der Masseleitung 27 liegen drei Serienschaltungen, die jeweils aus einen Schalter Sl, S2 bzw. S3 und einem Kondensator Cl, C2 bzw. C3 bestehen.

Vom Verbindungspunkt zttfischen dem ersten Schalter Sl und dem ersten Kondensator Cl führt ein erster Widerstand Rl zum'nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers V2. Der Verbindungspunkt zwischen dem zweiten Schalter S2 und dem zweiten Kondensator C2 ist über einen zweiten Widerstand R2 an den nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers V2 angeschlossen. In gleicher Weiss führt vom Verbindungspunkt zwischen dem dritten Schalter, S3 und dem dritten Kondensator C3 ein dritter Widerstand R3 zum invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers V2. Ein Widerstand R8 liegt zwischen dem nichtinvertierenden ■ Eingang des zweiten Operationsverstärkers V2 und der Masseleitung k 27. Der zweite Operationsverstärker V2 ist über einen sechsten Widerstand R6 vom Ausgang auf den invertierenden Eingang gegengekoppelt, so. daß er a.l'i Proportionalverstärker geschaltet ist. Zwischen dem invertiernden Eingang und der Mas ssleitung 27 liegt schließlich noch ein siebter Widerstand R7.

Der Verbindungspunkt zwischen den beiden Teilwiderständen Rk läßt sich über einen vierten Schalter S4 zur Masseleitung hin kurzschließen. Im Gegenkopplungspfad zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers Vl liegt ein vierter Kondensator C4. Der erste Operationsverstärker Vl bildet also zusammen mit dem vierten Kondensator C^ ,einen Integrierer. Parallel zum vierten Kondensator Ck liegt ein siebter Schalter S7.

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Ein Taktgeber 20 ist rait seinen Ausgang an die Steuereingänge der Schalter S4, S5 und S? angeschlossen. Zwischen der Leitung 28 und der Masseleitung 27 liegen in Parallelschaltung ein fünfter Widerstand R5 und ein fünfter Kondensator C5. Drei als Komparatoren geschaltete Operationsverstärker Kl, K2, K3 liegen jeweils mit ihrem nichtinvertierenden Eingang an der Leitung 28, während die invertierenden Eingänge mit den Eingangsklemmeη 21 bis 23 verbunden sind.

Jedem Komparator Kl, K2, K3 ist eine monostabile Kippstufe Ml, M2, M3 nachgeschaltet, deren Ausgang mit dem Steuereingang je eines Schalters Sl, S2, S3 verbunden ist. Ein vierter Komparator K¹I ist ebenfalls als Operationsverstärker ausgebildet. Der nicht invertierende Eingang ist mit dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers V2 verbunden, während der invertierende Eingang an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers Vl angeschlossen ist. Dem vierten Komparator K^ ist eine vierte monostabile Kippstufe -M4 nachgeschaltet, deren Ausgang am Steuereingang des sechsten Schalters S6 liegt. Zwischen der Ausgangsklemme 26 und der Masseleitung 27 liegt ein Speicherkondensator C8.

In Pig. 1 sind weiterhin verschiedene Spannung ei mit gestrichelten Pfeilen dargestellt. Mit U6 ist die exponentiell abfallende Spannung am fünften Kondensator C5 bezeichnet. U8 ist die Spannung am Speicherkondensator C8. Die Äusgangsspannung des ersten Operationsverstärkers Vl ist mit U7 bezeichnet, während die Spannungen an den Kondensatoren Cl bis C3 mit Uli bis U13 bezeichnet sind. Schließlich ist noch mit Ü9 die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers V2-bezeichnet.

In Fig. 2 ist der Schaltplan der dritten monostabilen Kippstufe M3 und des dritten Schalters S3 dargestellt. Die dritte monostabile Kippstufe enthält zwei Transistoren 30, 31» die mit

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ihren Emittern direkt an eine Minus leitung 44 und mit ihren Kollektoren über Kollektorwiderstände 32, 33 än-JlÄS^liiä-leitung 29 angeschlossen sind. Die Basiselektroden sind über je einen Widerstand 36," 37 mit der Minusleitung 44 verbunden^ Der Kollektor des ersten Transistors 30 ist galvanisch über einen Widerstand 34 an die Basis des zweiten Transistors 31 gekoppelt, während die Rückkopplung vom Kollektor, des zweiten Transistors 31 auf die Basis des ersten Transistors 30 kapa- , zitiv über einen Kondensator 35 erfolgt.

Die mohostabile Kippstufe M3 besitzt einen so genannten dynamischen Eingang mit einem Dxfferenzierkondensator ¹IO. Zwischen dem Differenzierkondensator 40 und der'Basis des zweiten Transistors 31 liegt eine Diode 38, die nur negative Impulse durchläßt. Positive Impulse werden über eine Diode 39 zur Minusleitung 44 hin kurzgeschlossen.

Der dritte Schalter S3 enthält als aktives Bauelement einen n-Kanal-Feldeffekttransistor Ul, der mit seiner Drain-Slektrode D an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers Vl, mit seiner Gate-Elektrode G .über eine Diode 43 an den Kollektor des Transistors 31 und mit seiner Source-Slektrode S. an den Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator C3 und dem Widerstand R3 angeschlossen ist. Zwischen der Drain-Elektrode D und der Gate-Slektrode S liegt ein Widerstand 42. Die Plusleitung 29 liegt vorzugsweise auf + 12 V gegenüber der Masseleitung 27, während die Minusleitung 44 auf - 12 V liegt. "

Alle Schalter Sl bis S6 der Analogrecheneinheit nach Fig. 1 können gemäß Fig. 2 mit einem Feldeffekttransistor bestückt werden. Die Verwendung von Feldeffekttransistoren ist deshalb zweckmäßig, weil die3e einen außerordentlich hohen

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Sperrwiderstand aufweisen. Damit die Schalter 8*1,55 und S7 sicher gesperrt werden, muß die Ausgangsspannung des Taktgebers 20 während" der"impulspause auf -12 V liegen. Während der Impulsdauer muß .der Taktgeberausgang eine Spannung von + 12 V abgeben. Außerdem können alle monostabilen Kippstufen Ml bis M4 gemäß Fig. 2 geschaltet werden.

In Fig. 3sind die Spannungen U6 und 07, d.h. die zeitlich exponentiell abfallende Spannung und eine zeitlich linear ■ ansteigende Spannung dargestellt. Weiterhin sind mit U20 die Ausgangsimpulse des Taktgebers bezeichnet.

Bei der mohostabilen Kippstufe M3 nach Fig. 2 ist im ,stationären Zustand der zweite Transistor 31 leitfähig und der erste Transistor 30 gesperrt. Wenn ein negativer Impuls auf den Eingangskondensator 40 gegeben wird, dann wird über die Diode 38 der zweite Transistor 31 gesperrt. Die Spannung am Kollektor des zweiten Transistors 31 macht .darin einen Sprung in positiver Richtung. Im stationären Zustand der monostabilen Kippstufe M3 ist die Drairi-Source-Strecke des Feldeffekttransistors hl gesperrt, da"die Spannung an der Gate-Elektrode G niedriger ist als die Spannung an der Source-Elektrode S. Die Sperrspannung (Pinch-Off-Spannung) des Feldeffekttransistors 41 wird auch bei niedriger Spannung am Kondensator C3 sicher erreicht, weil der Emitter des zweiten Transistors 31 auf -12 V liegt. Sobald beim Sperren des zweiten Transistors 3I dessen Koliektorpotential in positiver Richtung springt, wird die Drain-Source-Strecke des Feldeffekttransistors kl leitfähig, so daß sich für die Dauer des Ausgangsimpulses der monostabilen Kippstufe M3 der dritte Kondensator C3 auf die Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers Vl aufladen kann. Die Diode gewährleistet, daß bei leitendem Feldeffekttransistor ¹Il, d.h. bei gesperrtem zweitem Transistor 3I kein Strom über den Widerstand 33 und die Gate-Source-Strecke des Feldeffekttransistors Hl zum Kondensator C3 fließt. Die Impulsdauer der monostabilen Kippstufe M3 wird durch die Kapazität

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des Kondensators 35 und die Größe der Widerstände 33 und 36 bestimmt.«Sie muß so gewählt werden, daß die Spannung am Kondensator C'3 während der Impulsdauer an die Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers Vl möglichst genau angepaßt werden kann.

Die Punktionsweise der Analogrecheneinheit nach Fig. 1 wird in den folgenden Absätzen anhand von mathematischen Betrachtungen näher erläutert. Wie schon oben erwähnt wurde, sind die Spannungen U*J und U5 konstante Referenzspannungen, während die Spannungen Ul bis U3 zeitlich veränderliche EingangsSpannungen der Analogrecheneinheit sind. Die Spannungen Ul bis U3 werden in der Analogrecheneinheit potenziert bzw. radiziert und miteinander multiplikativ verknüpft. Die Spannung U4 ist negativ und die Spannung U5 positiv bezogen auf das Potential der Masseleitung 27.

Kurz vor einem Zeitpunkt t = O (siehe Fig. 3) sind die Schalter S4," S5 und S7 geschlossen. Die Ausgangsspannung U7 des Integrierers Vl, C¹I ist daher gleich Null, während die Spannung U6 am Kondensator C5 gleich dem Wert der Referenzspannung U5 ist'. Die Schalter Sl bis S3 und S6 sind vorläufig offen.

Im Zeitpunkt t = O werden dann die Schalter Sk₃ S5_S S7 geöffnet. In der Folgezeit fällt daher die Spannung U6 am Kondensator C5 gemäß Gleichung 50 zeitlich exponentiell ab, wie es Fig. 3 zeigt.

U6 = U5 . e R5.C5 . (50)

Gleichzeitig steigt die Ausgangsspannung des Integrators Vl, C4 gemäß Gleichung 51 linear an. Bei negativer Spannung U¹I integriert der Integrator Vl,C4 in positiver Richtung, so daß in die Rechnung der Betrag /U^/ eingeführt werden muß.

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"' R4 . ClI

Die Spannung U6 am Kondensator C5 ist, bis zu einem Zeitpunkt ti auf den Viert der Eingangsspannung Ul abgesunken, so daß die folgende Gleichung 52 gilt:

t 1
Ul = U6 =■ U5 . e R5 . C5 (52)

Logarithmiert man die Gleichung 52, so kann, man nach einer Gleichung 53 die Zeit ti berechnen:

• ■' . (

ti = -R5.. C5 In K- (53)

In gleicher Weise erhält man aus.Gleichungen 5^ und 55 die Zeitpunkte t2 und t3, zu denen die Spannung U6 auf den Wert der Eingangsspannung U2 bzw. U3.abgesunken ist:

t2 = -K5 · C5 Inffi

t3 = -E5 . G5 In §| (55)

Im Zeitpunkt ti sinkt die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des ersten Konparators Kl unter die Spannung Ul am invertierenden Eingang ab. Die Ausgangsspannung des ersten Komparators Xl macht daher einen Sprung in negativer Richtung, so daß die erste monostabile Kippstufe Ml ausgelöst v/ird und für ihre Impulszeit den ersten'Schalter'Sl schließt. Während der Impulsdauer der ersten monostabilen Kippstufe Ml wird daher der Wert der Ausgangsspannung U7 des Integrators Vl, C4 auf den ersten Kondensator Cl übertragen. Aus den Gleichungen 51 und 53 erhält man eine Gleichung 56, aus der

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man den Wert-der Kondensatorspannung Uli nach dem Zeitpunkt ti berechnen kann:

U7 (ti) = Uli = - 4p7-w · ^E5 · ^{C5 ln} W ⁽⁵⁶⁾

In gleicher Weise wird nach dem Zeitpunkt t2 die Ausgangsspannung Ü7 des Integrators Vl, Ck über den zweiten Schalter S2 auf den zweiten Kondensator C2 übertragen. Man erhält eine Gleichung 57 für die Spannung U12 am zweiten Kondensator C2:

U2

(57)

Schließlich stellt sich am dritten Kondensator C3 eine Spannung U13 ein, die sich nach einer Gleichung 58 berechnen läßt

U15 -· -

_(5B)

Der zvreite Operationsverstärker V2 ist als Proportionalverstärker mit vorgschalteten Addierwiderständen geschaltet. An den Eingängen des zweiten Operationsverstärkers V2 werden daher die beiden Spannungen Uli und U12 addiert, während die Spannung U13 davon subtrahiert wird.

Unter der Voraussetzung, daß die Leerlaufverstärkung des Operationsverstärkers sehr groß ist, ist die Verstärkung des gegengekoppelten Operationsverstärkers gleich dem Verhältnis des Gegenkopplungswiderstandes R6 zum Eingangswiderstand Rl bzw. R2 bzw. R5· Bei der Schaltung nach Fig. 1 müssen weiterhin die beiden Widerstände R8 und R7 gleich groß bemessen werden, und die Widerstandswerte Rl, R2, R3, R6 müssen groß gegenüber den V/iderstandswerten R7 und R8 sein.

Am zweiten Operationsverstärker V2 stellt sich dementsprechend

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eine Ausgangsspannung U9 ein, die sich nach einer Gleichung 59

(59)

berechnen läßt:

09 = f U11 ₊ § U12 ■ + §

Die in Gleichung 59 auftretenden Spannungen Uli bis U13 lassen sich eliminieren, wenn man die Gleichungen 56 bis 58 in die Gleichung 59 einsetzt. Man erhält eine Gleichung 60:

U9 = -

U1

E6 , U2 E2 ^ln U5

E6
E3

In

(60)

Die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers V2, die sich nach Gleichung 60 berechnen läßt, viird im vierten Komparator K^ mit.der Ausgangsspannung U7 des Integrierers Vl, Ck verglichen. Sobald in einem Zeitpunkt t9 die Ausgangsspannung U7 des Integrierers größer wird·als die Ausgangsspannung U9 des zweiten Operationsverstärkers V2, springt die Ausgangs spannung des vierten Konparators K*i in negativer Richtung und löst damit die vierte monostabile Kippstufe M4 · aus. .

Der Zeitpunkt t9 ist also dadurch bestimmt, daß die beiden Spannungen U7 und U9 gleich sind. t9 läßt sich also berechnen indem man die Gleichungen 51 und 60 gleichsetzt:

t9 = - R5

. C₅ [§i_na _{+ iln}i|. He_1nE]

(61)

Die logarithnischen Glieder in Gleichung 61 lassen sich wie folgt zusammenfassen:

E6 E6 t9 = - E5 . C5 In

(62)

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Nach der durch die Gleichung 62 bestimmten Zeit t9 wird der Augenblickswert der Spannung U6 auf den Speicherkondensator C8 übertragen und dort gespeichert. Die Spannung U8 am Speicherkondensator C8 kann man berechnen, indem man die Gleichung 62 in die Gleichung 50 einsetzt. Man erhält eine Gleichung 63:

E5C^C

U6 (t9) = Ü8 = U5 .'■ 8^+E5C5

In.

U8 = U5

E6 ET

E6

(U2)

(63)

Die Glieder mit U5 und 1/U5 lassen sich gemäß Gleichung 64 zusammenfassen:

U8 =

_ (21)

E6 E?

(U2)

E6

E2

(U3)

E6 13

E2

(64)

Wie man aus Gleichung Sk sieht, werden in derbeschriebenen Analogrecheneinheit die Eingangsspannungen Ul bis U3 mit ver schiedenen Exponenten, die nicht ganzzahlig sein müssen, potenziert und außerdeir. miteinander multipliziert bzw. durch einander dividiert.

Wie man aus Gleichung 64 weiterhin sieht, ist die Ausgangsspannung U8 noch abhängig von der Größe der Referenzspannung U5. Diese hängt von der Umgebungstemperatur ab, da der Innen widerstantl des fünften Schalters S5 (Feldeffekttransistor) ebenfalls von der Temperatur abhängt.

Die Ausgangsspannung U8 ist dann nichtmehr von der Referenzspannung U5 abhängig, wenn man dafür sorgt, daß der Exponent von U5 zu Mull wird. Es muß dann eine Gleichung 65 erfüllt sein:

⁺ E6 ei E2 309828/0030 (65)

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Wenn die Gleichung-65 erfüllt werden soll, ist man in der Wahl der Widerstandswerte Rl, R2, R3 und Rö nicht mehr vollständig frei. Es kann dann vorkommen, daß sich bestimmte Exponenten der Eingangsspannungen Ul bis U3 nicht realisieren lassen. Dieser Mangel kann durch zwei verschiedene Verfahren behoben werden. Das erste Verfahren besteht darin, daß man die Ausgangsspannung des fünften Schalters S5 mit einer weiteren konstanten Referenzspannung in einem weiteren Komparator vergleicht und den Aufladevorgang des Kondensators C5immer beim Erreichen der konstanten Referenzspannung beendet. Durch geeignete Wahl . dieser Referenzspannung läßt sich dann in Gleichung 64 das Glied mit U5 gleich eins machen.

Das zweite Verfahren besteht darin, daß man in Gleichung ein weiteres, frei wählbares Glied einführt, das gleich der negativen Summe der übrigen Glieder ist, so daß die Gleichung 65 zwangsläufig zu Null wird. Dieses weitere Glied in Glei-.chung 65 muß ein weiterer Eingangswiderstand des zweiten Operationsverstärkers V2 sein. Man hat also die Schaltung nach Fig. 1 so zu erweitern, daß sie statt drei Eingangsspannungen nun vier Eingangsspannungen verarbeitet, von denen die letzte, zusätzliche konstant gehalten wird, so daß sie die Produktbildung nicht beeinflußt. Diese Er-. Weiterung für mehr Eingangsspannungen ist bei der Schaltung nach Fig. 1 in einfacher V/eise möglich. Für .jede weitere Eingangsspannung muß ein weiterer Komparator mit· nachgeschalteter monostabiler Kippstufe (entsprechend dem Komparator Kl und der monostabilen Kippstufe Ml), ferner ein weiterer Schalter und ein* weiterer Kondensator (entsprechend dem Schalter Sl und dem Kondensator Gl) sowie ein v/eiterer Eingangswiderstand (entsprechend dem Widerstand Rl) vorgesehen vier den. ■

Wenn es nach einem der beiden genannten Verfahren gelingt,

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in Gleichung Sk das Glied Ü5 zu eliminieren, dann gilt für die Ausgangsspannung U8 die Gleichung 66:

B6 ■ B6
TJ8 = ₍₆₆₎

Aus Gleichung 66 geht hervor, daß die Schaltung der Analogrecheneinheit nach Fig. 1 als einfacher Multiplizierer bzw. Dividierer wirkt, wenn der Widerstandswert von Ro gleich den Widerstandswerten von Rl, R2 und R3 ist. Bei allen anderen Widerstandsverhältnissen lassen sich beliebige gebrochene Exponenten realisieren, so daß man alle Eingangsspannungen beliebig potenzieren oder radizieren kann.

Es ist zudem möglich, noch beliebig viele weitere Eingangsspannungen zu verarbeiten. Der Scha],tungsaufwand steigt nicht proportional mit der Zahl der Eingangsspannungen an, da jeweils nur ein weiterer Komparator, eine weitere monostabile Kippstufe, ein weiterer Schalter und ein v/eiterer Kondensator notwendig ist.

Der oben anhand der mathematischen Betrachtungen geschilderte Vorgang wiederholt sich periodisch mit der Ausgangsfrequenz des Taktgebers 20. Diese Ausgangsfrequenz kann vorzugsweise in der Größenordnung von 1 kHz liegen, so daß die Periodendauer T (siehe Fig. 3) zu etwa einer "'Tillisekunde wird. An diese Periodendauer T massen die Impulsdauern der monostabilen Kippstufen Ml bis M^f angepaßt werden. Man wählt sie vorzugsweise zwischen"fünf und zehn Mikrosekunden. Die oben angegebenen Berechnungen beziehen sich auf den eingeschwungenen Zustand. Unmittelbar nach dem Einschalten der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 müssen sich zunächst die Kondensatoren Gl bis C3 aufladen, so daß die Berechnungen noch nicht gelten. Ebenso wird das Rechenergebnis, d.h. die Ausgangsspannung U8 ungenau, wenn sich eine der Eingangsspannungen Ul

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bis XJ3 innerhalb einer Periodendauer T stark ändert. Bei solchen schnellen Änderungen von Eingangsspannungen folgt die Ausgangsspannung U8 nur in Form einer Treppenkurve. Diese Stufen in der Ausgangsspannung treten jedoch nicht auf, wenn sich die Eingangsspannungen hinreichend langsam ändern.

Beim eingangs beschriebenen Anwendungsfall der Gasturbinensteuerung haben z.B. die Thermoelemente für. die Temperaturmessung Verzögerungszeiten von etwa 0,5 Sekunden, so daß sich bei einer Taktfrequenz von 1 kHz keinerlei Stufen in der Ausgangsspannung U8 bemerkbar machen.

Durch die beschriebene Schaltung einer Analogrecheneinheit wird also die eingangs-gestellte Aufgabe gelöst. Es ist mit sehr geringem Sehaltungsaufwand möglich, Eingangsspannungen mit beliebigen gebrochenen Exponenten zu potenzieren. Weiterhin können beliebig potenzierte Eingangsspannungen multiplikativ miteinander verknüpft werden. Komplizierte Funktionsgeber zur Erzeugung der Logarithmusfunktion entfallen, da zum Logarithmieren der Entladevorgang eines Kondensators .über einen Widerstand verwendet wird. Der LogarithmierVorgang wird also zeitlich aufgelöst und periodisch wiederholt. Dabei können Stufen in der Ausgangsspannung nur auftreten, wenn sich eine der Eingangsspannungen sehr schnell ändert.

Die Anwendung der beschriebenen Analogrecheneinheit ist nicht auf Gasturbinensteuerungen beschränkt. Sie kann bei allen technischen Regelprozessen angewandt werden, wenn es darauf ankommt, mehrere Eingangsspannungen miteinander zu multiplizieren oder durcheinander zu dividieren und gleichzeitig eine oder mehrere der Eingangsspannungen zu potenzieren.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   (lJAnalogrecheneinheit zum Potenzieren oder Radizieren wenigstens einer Eingangsspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung (Ul) und eine -zeitlich exponentiell abfallende Spannung (U6) -zwei Eingängen eines ersten Komparators (Kl) zuführbar sind, daß eine erste monostabile Kippstufe (Hl) mit ihrem Eingang an den Ausgang des ersten Komparators (Kl) und mit ihrem Ausgang an einen Steuereingang eines ersten Schalters (Sl) angeschlossen ist, daß der erste Schalter (Sl) zwischen dem Ausgang eines Integrierers (Vl, C^) und einem ersten Kondensator (Cl) liegt, daß die Spannung (Uli) am ersten Kondensator (Cl) über einen ersten Addierwiderstand .(Rl) einem gegengekoppelten Operationsverstärker (V2) zuführbar ist, daß die Ausgänge des Integrierers (Vl, C²O und des Operationsverstärkers (V2) mit Eingängen eines Komparators (Κ4) verbunden sind, daß die zeitlich exponentiell abfallende Spannung (U6) über einen Schalter (S6) einem Speicherkondensator (C8) zuführbar ist und daß zwischen dem Ausgang des Komparators (K*!) und dem Steuereingang des Schalters (So) eine monostabile .Kippstufe (Mi) liegt.

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   2. Analogrecheneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der zeitlich exponentiell abfallenden Spannung (U6) ein Kondensator (C5) mit parallelgeschaltetem Widerstand (R5) vorgesehen ist, der über einen Schalter (S5) an eine konstante Referenzspannung (U5) anschlieS-bar ist.

   3. Analogrecheneinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gezeichnet, daß der Integrierer (Vl, C4) als erster Operationsverstärker (Vl) ausgebildet ist, daß im Gegenkopplungspfad vom Ausgang zum invertierenden Eingang ein Kondensator (C4) liegt, daß der nichtinvertierende Eingang mit einer Masseleitung (27) verbunden ist und daß der invertierede Eingang über einen Eingangswiderstand (R*O an eine konstante Bezugsspannung (U*0 angeschlossen ist.

   H. Analogrecheneinheit nach Anspruch 3₃ dadurch gekennzeichnet, daß der Singangswiderstand (R²O in zwei Teilwiderstände aufgeteilt ist, daß der Verbindungspunkt zwischen den beiden Teilwiderständen (RM) über einen Schalter (S4) an eine Masseleitung (27) anschlieSbar ist und daß parallel zum Konden-. sator (C4) ein Schalter (S7) liegt.

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   5. Analogrecheneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taktgeber (20) vorgesehen ist, dessen Ausgang mit den Steuereingängen der Schalter (S*!, S5 und S7) verbunden ist.

   6. Analogrecheneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5₃ dadurch gekennzeichnet, daß weitere Eingangsklemmen (22, 23) zum Zuführen weiterer Eingangsspannungen (U2, U3) vorgesehen sind und daß jeder weiteren Eingangsklemme (22 bzw. 23) ein weiterer Komparator (K2 bzw. K3), eine weitere monostabile Kippstufe (M2 bzw. M3), ein.weiterer Schalter (S2 bzw.' S3), ein weiterer Kondensator (C2 bzw. C3) und ein weiterer Addierwiderstand (R2 bzw. R3) zugeordnet sind'.

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   ι ^Λ ·

   Leerseite