DE2245401A1

DE2245401A1 - Gleichstromkompensierter integrator

Info

Publication number: DE2245401A1
Application number: DE2245401A
Authority: DE
Inventors: Dominique Lajotte; Dily Claude Le
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1971-09-27
Filing date: 1972-09-15
Publication date: 1973-04-05
Also published as: DE2245401B2; GB1340308A; FR2154292A1; DE2245401C3; IT967684B; US3832536A; FR2154292B1; NL7212977A; BE788936A

Description

Die Erfindung "betrifft die Analog-Rechentechnik, und insbesondere die Verbesserung der Betriebskennwerte bekannter Integratoren. Ihr Anwendungsgebiet sind sowohl die eigentlichen Rechenorgane als auch Steuer- und Regeleinrichtungen,

In den für die elektronische Rechentechnik bestimmten Integratoren wird in der Regel ein Operationsverstärker mit zwei Eingangen (-) und (+) verwendet, wobei das zu integrierende Signal auf den Eingang (-) gegeben wird und wobei eine Kapazität im Nebenschluss zwischen dem Eingang (-) und dem Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist. Ein derartiger Integrator gewährleistet im Prinzip eine einwandfreie Integration, jedoch kann bei sehr niedrigen Frequenzen aufgrund des hohen Verstärkungsgrads, der nicht durch Rückkopplung kompensiert wird, ein astabiler Zustand oder die Sättigung des Verstärkers eintreten. Es ist bekannt, ein derartiges astabiles Verhalten des Verstärkers dadurch zu verhindern, dass ein Widerstand zur Integrationskapazität paralLel geschalteb wird,

/ 309814/0290

22454ÖT"

In diesem Pall wird jedoch keine einwandfreie Integration mehr erzielt, und zwar, insbesondere bei den tiefen Frequenzen* so dass hierdurch der Frequenzbereich eines derartigen Integrators nach unten hin begrenzt wird.

Der Integrator gemäss Patentanspruch weist diese Nachteile nicht auf und wird an einem AusfUhrungsbeiapiel an Hand der Zeichnung beschrieben·

Pig, 1 ist ein Schaltbild eines im PrIAeIp idealen, in Wirklichkeit jedoch astabilen bekannten Integrators·

Pig. 2 ist ein Schaltbild eines bekannten RUckkopplungs-Integrators, der das astabile Verhalten des Integrators nach Fig. 1 berichtigt, jedoch keine absolut einwandfreie Integration gewährleistet.

Fig. 3 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemassen Integrators, der bei einer Eingangsspannung, die einen bestimmten Pegel Übersteigt, eine einwandfreie Integration liefert sowie bei Abwesenheit eines Eingangssignals stabil ist»

Der in Fig. 1 gezeigte Integrator weist einen Operationsverstärker A sehr hohen Verstärkungsgrads mit einem Eingang E1 (-), einem Hingang E2 (+) und einem Ausgang S (+) auf. Zwischen dem Eingang E1 und dem Ausgang S liegt ein Integrationskondensator G. Die Eingangsspannung Ve wird auf eine Klemme E gegeben, die Über einen Widerstand RI * mit de» ohmschen Wert RI an der Klemme E1 liegt· Die Klemme E2 liegt Über einen Widerstand Rl" des gleichen ohmschen Werts R1 an

·/ * 3090 14/029(1

2 2 4 5

Masse, Zwischen der Ausgangsklemme S und Masse wird die Ausgangsspannung Vs abgegriffen.

Die Übertragungsfunktion einer derartigen Schaltung ist bekanntlich gleich:

H rHüS—' ^mit P = * "> ⁽¹⁾

die den Ausdruck einer Integration darstellt.

Eine solche Schaltung ist jedoch praktisch schwer zu verwenden, denn der Operationsverstärker weist in Abwesenheit eines Signals Ve eine Stttrpotentialdifferenz zwischen E1 und E2, eine sogenannte Abweichungsspannung oder Offset-Bpannung auf. Bei sehr niedrigen Frequenzen ist daher die von dem Kondensator 0 bewirkte RUckkoppelung ohne Wirkung, und infolge des hohen Verstärkungsgrads des Verstärkers A gerät das Ausgangspotential Vs auf einen Sättigungspegel, wenn die Eingangsspannung Ve nach Null tendiert.

Fig. 2 zeigt wie dieser Nachteil mit Hilfe eines RUckkopplungswiderstands R2¹, der in Parallelschaltung zum Kondensator C angeordnet ist, vermieden werden kann.

Die Übertragungsfunktion dieser RUckkopplungsschaltung ist gegeben durch:

M= -32₍₂₎

Ve R1 (1 + R2.Cp)
Bei niedrigen Frequenzen, wenn ρ nach 0 tendiert, ergibt sich:

3 0 9 8 U / ü 2 9 G

I§- _ R2
Ve ~ R1

Die Stabilität bei GIeichstromb©trieb wird daher durch Begrenzung der Niederfrequenzverstärkung gewährleistet·

Im Hinblick auf die übertragungsfunktion, die folgende Form aufweist:

Vs_-^_- JR2 _u -A₁. ' ^ ' . ■ '

Ve R1 (1 + R2.Cp) a + ρ

wobei A « u*¹*^{1 ft} ~ iit, zeigt ti iich, dass

diese Schaltung umso besser als Integrator arbeitet, je grosser ρ als a ist, also

ρ » a_f dth. ρ >>

Mit ρ a j t) wird durch den Wert · die utitere Grene-

frequenz bestimmt, unterhalb der die Integration nicht mehr einwandfrei ist.

Das Schaltbild der Fig. 3 der erfindungsgemässen Vorrichtung veranschaulicht zusätzlich zum Schema der Fig· 2 eine positive Rückkopplung zwischen dem Auegang S und dem Eingang E2 des Operationsverstärkers A, die aus einem Widerstand RE" mit einem ohmschen Wert R2 besteht, der mit zwei zueinander antiparallen Dioden D1 und D2 in Reihe geschaltet ist.

Die Schaltung nach Fig. 3 weist daher zwei unterschiedliche Betriebszustände auf:

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1. Die Schwellenspannung der Dioden sei u, dann ist bei einem Wert von Ve ^- -u ■ ■ · die übertragungsfunktion bei Gleichstrombetrieb gegeben durch:

Vs _. _ R2_
Ve R1

Die Stabilität bei Gleichstrombetrieb ist somit gewährleistet.

R1

2. Wenn Ve > -u Ss- ist, wird eine einwandfreie

Integration in einem weiten Frequenzband gewährleistet: '

Vs _β _ 1

Ve R1.Cp

Im ersten Fall ist keine der Dioden D1 und D2 leitend, so dass das Schema der Fig. 2 giltj die Verstärkung der Schaltung bei Gleichstrombetrieb ist also begrenzt,und die Stabilität ist gewährleistet.

Im zweiten Fall ist eine der Dioden durchlässig, je nach der Polarität der Ausgangsspannung Vs. Auf diese Weise wird durch die positive Rückkopplung R2-R1 im unteren Teil der Figur die Wirkung der Rückkopplung R2-R1 im oberen Teil der Fig. aufgehoben, und es folgt daraus, dass die Wirkung des Widerstands R2 parallel zum Kondensator C aufgehoben wird und dass in einem weiten Frequenzspektrum die Bedingungen für eine einwandfreie Integration erneut gegeben sind.

Eine ins einzelne gehende Berechnung der übertragungsfunktion in den verschiedenen Fällen, die hier jedoch nicht

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wiedergegeben sind, bestätigt diese Ergebnisse.

Als praktische Grössenordnung gilt beispielsweise;

u a 300 mV; — * —1 \

R2 1 000

-Paten tanspruclv-

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Claims

PATENTANSPRUCH

Gleichstromkompensierter Integrator in Gestalt eines Operationsverstärkers mit einem negativen Eingang und einem positiven Eingang sowie einem Ausgang S, mit einem Widerstand des Werts R1, der zwischen dem positiven Eingang und Masse liegt, sowie mit der Parallelschaltung eines Kondensators und eines Widerstands mit dem ohmschen Wert R2 zwischen dem Ausgang und dem negativen Eingang, wobei die Eingangsspannung über einen Widerstand des Werts R1 auf den negativen Eingang gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang S über zwei antiparallele Dioden (D1, D2) in Reihe mit einem Widerstand (R"2) eines ohmschen Werts (R2) mit dem positiven Eingang (E2) verbunden ist.

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