DE2204072A1 - Elektronischer Integrator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektronischen Integrator
von besonderen Eigenschaften. Es besteht in der Technik manchmal die Notwendigkeit, ein kombiniertes reales Signal mit einem Fehlersignal zu integrieren, das in Form von
Schwingungen mit einem von Null abweichenden Mittelwert auftritt, so daß im wesentlichen das wahre Signal integriert wird und nicht das Fehlersignal, wenn das Letztere allein auftritt. Der Wert des Ausgangsintegrals muß mit anderen Worten im wesentlichen frei von Ableitfehlern sein, die sich mit der Zeit akkumulieren, wenn allein das Fehlersignal vorhanden ist. Um dieses Ziel zu erreichen, kann

209833/0775

_₂_ . 220A072

in aufeinanderfolgenden Zeitintervallen die Integration solcher Signale annulliert werden derart, daß, wenn das Fehlersignal allein auftritt, das integrierte Ausgangssignal innerhalb sehr enger und nahe bei Null liegenden Grenzen gehalten wird, jedenfalls unterhalb einer bestimmten Schwelle, während wenn auch das reale Signal vorhanden ist, das Integral Werte erreichen kann, die höher als der erwähnte Schwellenwert ist. Wenn dem Integrator eine Schwellwertschaltung nachgeschaltet wird, ist es möglich, das Integral des Fehlersignals allein von demjenigen zu diskriminieren, welches beim Vorhandensein des realen Signals erhalten wird. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines elektronischen Integrators, mit welchem der Einfluß solcher Fehlersignale eliminiert werden kann.

Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch eine elektronische Vorrichtung mit mindestens einer integrierenden Schaltung für ein elektrisches Eingangssignal und unterscheidet sich dadurch, daß sie Mittel zur Nullstellung eines integrierten Ausgangssignals der integrierenden Schaltung sowie Mittel zur Anzeige des Vorzeichens des Eingangssignals aufweist, um die Mittel zur Nullstellung zu aktivieren. Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit einer bevorzu3|:en Ausführungsform derselben in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben und zwar zeigen:

209833/0775

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemässen elektronischen Vorrichtung;

Fig. 2 einige Darstellungen von Wellenformen, die zum Verständnis dar Wirkungsweise der Vorrichtung nach Fig. 1 nützlich sind.

In Fig. 1 ist ein Eingang 10 über Eingangswiderstände 12, 14 mit zwei Operationsverstärkern 16, 18 verbunden. Zwischen der. Eingang 13 und dem Ausgang 20 des Operationsverstärkers 16 ist ein Kondensator 22 geschaltet, um dem Operationsverstärker 16 eine Integratorfunktion mitzuteilen. Parallel zum Kondensator 22 befinden sich in Reihenschaltung eine Induktivität 26 und die Kollektor-Emitter-Strecke eines npn-Transistors 24. Auch der Operationsverstärker 18 trägt einen Kondensator 28, der zwischen dessen Eingang 15 und dessen Ausgang 30 geschaltet ist. In Parallelschaltung zum Kondensator 28 befinden sich in Reihenschaltung eine Induktivität 32 und die Kollektor-Emitter-Strecke eines pnp-Transistors 34.

Der Eingang 10 ist ferner mit dem Eingang 36 einer Quacrier- und Umkehrschaltung 38 verbunden, deren Ausgang 40 mit der Basis des Transistors 24· über eine Diode 42 verbunden ist, die so geschaltet ist, daß sie nur die positiven Signale hindurchtreten läßt. Der Ausgang 40 der

209833/0775

Quadrier- und Umkehrschaltung 38 ist ferner mit der Basis des Transistors 34 über eine Diode 44 verbunden, die so geschaltet ist, daß sie nur die negativen Signale hindurchtreten läßt. Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung ergibt sich in Verbindung mit Fig. 2. In Fig. 2 ist bei a die mögliche Wellenform eines Eingangssignals V₁₀ am Anschluß 10 dargestellt. Diese Wellenform wird von der Quadrier- und Umkehrschaltung 38 quadriert und umgepolt, welch letztere als Sifnalanzeigevorrichtung wirkt, so daß sie am Ausgang 40 als Signa] V₁ von der bei b in Fig. 2 gezeigten Form auftritt.

Es sei zunächst die Wirkungsweise der dem Operationsverstärker 16 zugeordneten Baugruppe betrachtet. Die Diode 4 2 gestattet lediglich den Durchgang der positiven Halbwellen des Signals V^₀, welche gleichzeitig mit den negativen iialbwellen des Signals V^₀ auftreten. Der Transistor 24 wird dalier während der Perioden leitend gemacht, während welchen das Signal V,_Q negativ ist, wodurch der Kondensator 22 kurzgeschlossen wird, wodurch der Ausgang 20 des Operationsverstärkers 16 auf das Potential des Ein gangs 13 gebracht wird, d,h. wegen der hohen Verstärkung durch den Operationsverstärker Ki praktisch auf ein L'rdpotential. 'Während der Perioden, v;;-j.rend welchen das Signal V^₀ negativ ist (und daher während welchen, das :'j;: V^_n positiv ist) hat die Basis ct.:; Ti vim: is tors 24 etwa da

209833/0775 BAD ORIGINAL

_ ₅ _ 220A072

Potential des Emitters, so daß der Transistor 24 gesperrt ist, so daß die aus dem Operationsverstärker 16 dem Widerstand 12 und dem Kondensator 22 bestehende Gruppe als Integrator wirken kann. Das Ausgangssignal V₂₀ am Anschluß 20 entspricht daher dem Integral der positiven Halbwallen des Signals V.q mit geändertem Vorzeichen wegen der Wirkungsweise des dargestellten Integrators mit Nullstellung am Ende jeder Halbwelle, wie durch die. gestrichelte Kurve der graphischen Darstellung c in Fig. 2 gezeigt. Die Wirkungsweise ist analog für die dem Operationsverstärker 18 zugeordnete Gruppe mit der Ausnahme, daß in diesem Falle die Diode 44 lediglich die negativen Halbwellen des Signals V₁ „ hindurchtreten läßt (welche in der Zeit mit den positiven Halbwellen des Signals V._Q zusammenfallen) so daß wegen der abweichenden Polarität des Transistors 34 letzterer während der Perioden gesperrt ist, während welchen das Eingangssignal V^₀ negativ ist, so daß die aus dem Operationsverstärker 18, dem Widerstand 14 und dem Kondensator 28 gebildete Gruppe während der negativen Halbwellen des Signals V._Q als Integrator fungieren kann. Das Ausgangssignal V-_Q entspricht daher der in Fig. 2 bei c gestrichelt gezeichneten Wellenform.

Die Induktivitäten 26 und 32 dienen zur Begrenzung der Stromspitzen Ln den Transistoren 24 und 34, Bei der vorangehend te ε; ehr !ebenen Vorrichtung sind daher an den Anschlüssen

209 833/0775

und 30 die Integrale mit Rückführung auf Null (V₂₀ und V__n) der positiven bzw« negativen Halbwellen des Eingangssignals V.Q zur Verfugung. In vielen Fällen ist es nützlich, über solche Integrale von entgegengesetztem Vorzeichen gesondert zu verfügen und solche Ausgänge können daher unmittelbar verwendet v/erden. Wenn dagegen ein einziger Ausgang erforderlich ist, der das ganze Signal mit positiven und negativen Veränderungen darstellt, genügt es die Anschlüsse 20 und 30 mit zwei Eingängen einer einfachen Widerstandsaddierschaltung oder eines Addierverstärkers (nicht dargestellt) zu verbinden.

Natürlich verursachen die kleinen Schwankungen des Eingangsfehlersignals ν.« entsprechende kleine Schwankungen, die ständig auf Null zurückgeführt werden, der Ausgangssignale an den Anschlüssen 20 und 30. Die Schwingungen des realen Signals am Eingang, da sie von grösserer Amplitude sind als die Störung oder langer dauernd mit konstantem Vorzeichen, führen dagegen dazu, daß das gewünschte Integral am Anschluß 20 bzw. 30 erhalten wird.

Obwohl im Vorangehenden ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt, sondern es können verschiedene Abänderungen insbesondere hinsichtlich dar¹ Einsparung von Bauelementen und Kosten vorgenommen werden. Im besonderen können die Operations-

209833/0775

verstärker mit den zugeordneten Schaltungen durch den Fachmann durch technische Äquivalente von geringeren Kosten gesetzt werden. Ferner kann die Anordnung der Quadrier- und Umkehrschaltung, der Dioden und der Transistoren insbesondere unter Verwendung technischer Äquivalente abgeändert werden.

Ansprüche:

209 8 33/07 7

Claims (7)

1. Ansprüche :

   fly Elektronische Vorrichtung mit mindestens einer Integrationsschaltung für ein elektronisches Eingangssignal, gekennzeichnet durch Mittel (2¹I, 26; 34, 32) zur Nullstellung eines integrierten Ausgangssignals der Integrationsschaltung und Mittel (38, "+0, 42, 44) zur Anzeige des Vorzeichens des Eingangssignals zur Aktivierung der Nullstellungsmittel.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Integrationsschaltung (12, 16, 22) für die positiven Eingangssignale und eine zweite Integrationsschaltung (14, 18, 28) für die negativen Eingangssignale.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsschaltungen je einen Integrationskondensator (22, 28) besitzen und die Nullstellungsmittel durch einen elektronischen Schalter (24; 34) gebildet werden, der normalerweise gesperrt ist und

   209833/0775

   sich in Parallelschaltung zum Integrationskondensator jeder Integrationsschaltung befindet, wobei die Mittel zur Anäeige den elektronischen Schalter der ersten Integrationsschaltung leitend machen, wenn das Eingangssignal negativ ist, und den elektronischen Schalter der zweiten Integrationsschaltung leitend machen, wenn das Eingangssignal positiv ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronischen Schalter Transistoren sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorzeichenanzeigemittel durch eine Quadrier- und Umkehrschaltung (38) gebildet wird, die einen Ausgang besitzt, welcher mit der Steuerelektrode jedes Transistors verbunden ist, wobei der Transistor (24) der ersten Integrationsschaltung vom npn-Typ ist und der Transistor (34) der zweiten Integrationsschaltung vom pnp-Typ ist.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Quadrier- und ümkehrschaltung mit der Steuerelektrode des Transistors der ersten Inte-

   209833/0776

   gratxonsschaltung über eine Diode (H2) verbunden ist, die so geschaltet ist, daß sie nur den Durchgang der positiven Halbwellen des Ausgangssignals der Quadrier- und Umkehrschaltung zuläßt, und mit der Steuerelektrode des Transistors der zweiten Integrationsschaltung über eine Diode (^f) verbunden ist, die so geschaltet ist, daß sie nur den Durchgang der negativen Halbwellen des Ausgangssignals der Quadrier- und Umkehrschaltung zuläßt.
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen H - 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktivität (26; 32) zur Begrenzung der Stromspitzen in Reihenschaltung zum Kollektor jedes Transistors vorgesehen ist.

   Für; FIAT Societä per Azioni

   >!.iL.-.t*i.H.8Oril

   209833/0776