DE2332836A1

DE2332836A1 - Einstellbares eintor (zweipol) unter verwendung einer rechenschaltung

Info

Publication number: DE2332836A1
Application number: DE19732332836
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Pintag; Dirk Dr Ing Roedler
Original assignee: Pintag Gerhard Dipl-Ing 6100 Darmstadt
Current assignee: Pintag Gerhard Dipl-Ing 6100 Darmstadt
Priority date: 1973-06-28
Filing date: 1973-06-28
Publication date: 1975-01-23

Description

Dipl.-Ing. G. Pintag 73/7534

Einstellbares Eintor (Zweipol) unter Vervendung einer Rechenachaltung

Die Erfindung dient zur Realisierung von Eintoren, deren Kenngrößen (z.B. Pole und Nullstellen des Irequenzgangs; Einschwingverhalten) in einer Reohenschaltung unabhängig voneinander eingestellt werden können. Eintore werden in der drahtgebundenen nachrichtentechnik auch als Zweipole bezeichnet, im folgenden wird jedoch, wenn nicht besonders gekennzeichnet, nur der übergeordnete Begriff Eintor benutzt. Das erfindungsgemäße Eintor kann als Nachbildung oder Kompensationselement in der Nachrichtentechnik, als Meßelement in der Meßtechnik oder als Stellglied in der Regelungstechnik verwendet werden·

Bisher werden Eintore mit vorgegebenen Kenngrößen, z.B. einer bestimmten Pol-Nulletellen-Verteilung, durch Netzwerke aus passiven Bauelenenten (Widerständen, Kondensatoren, Spulen, Übertragern) aufgebaut. Es ist hier in allgemeinen nicht möglich, Pole und Nullstellen unabhängig voneinander zu verändern, indem man die Größe einzelner Bauelemente variiert. Das führt besonders dann zu komplizierten Abgleicharbeiten, wenn die Pol-Null«tellen-Verteilung der nur ungefähr bekannten Größen eines physikalisch vorgegebenen Eintors angepaßt werden soll (z.B. Leitungsnachbildungen bei Gabelschaltungen, Konpensationssohaltungen).

Außerden 1st es bisher nicht möglich, das Zeitverhalten (Einschwingverhalten) eines Eintore mit geringen Abgleiohaufwand einzustellen.

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Da bisher auf die Verwendung von Spulen in den meisten Fällen nicht verzichtet werden kann, und außerdem zur Einstellung bestimmter Kenngrößen einer Schaltung sehr viele Bauelemente zugänglich sein müssen, ist eine Mikrominiaturisierung nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Eintor zu finden, bei dem die vorgegebenen Kenngrößen unabhängig voneinander eingestellt werden können« Um auch komplizierte Eintore realisieren zu können, soll eine einfache Erweiterung der Schaltung entsprechend den !jeweiligen Anforderungen möglich sein, Ferner soll die Erfindung so gestaltet werden, daß eine Mikrominiaturisierung technologisch möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Meß- und Steuerschaltung und eine Rechenschaltung verwendet wird (Fig. 1). Die Meß- und Steuerschaltung wird durch ein Dreitor gebildet, wobei das erste Tor T1 das Ein-/Ausgangstor darstellt, das zweite Tor T2 ein Meßaignal aussendet, das von der am ersten Tor T1 angelegten Eingangsgröße abhängt, das dritte Tor T3 ein Steuersignal aufnimmt, das die Ausgangsgröße am ersten Tor T1 steuert. Die Rechenschaltung wird durch ein Zweitor gebildet, dessen erstes Tor T4 das von der Meß— und Steuerschaltung ausgesandte Meßsignal aufnimmt, aus dem ein dem gewünschten Eintorverhalten entsprechendes Signal erzeugt wird, das am zweiten Tor T5 abgegeben und dem Steuertor T3 der Meß- und Steuerschaltung zugeführt wird.

Um die Kenngrößen des Eintors (z.B. Pole und Nullstellen, Zeitverhalten) unabhängig voneinander einstellen zu können, wird die Rechenschaltung in einer weiteren Ausbildung der Erfindung einstellbar realisiert. Dazu können Schaltungen der Analog- oder Digitaltechnik verwendet werden.

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Der Vorteil der Erfindung.liegt darin, daß besonders aus der Analogrechnertechnik und aus der Digitalfiltertechnik viele Rechneschaltungen bekannt sind, die es ermöglichen, eine vorgegebene übertragungsfunktion zwischen zwei Toren (hier den Toren T4- und T5) so zu realisieren, daß die Kenngrößen der Übertragungsfunktion unabhängig voneinander eingestellt werden können. Diese einfach zu realisierende Übertragungsfunktion wird dann durch die Meß- und Steuerschaltung in die gewünschte Eintorfunktion transformiert.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß zum Aufbau der Rechenschaltung nur wenige elementare Bausteine erforderlich sind, die in geeigneter Vieise zusammengeschaltet werden.

Da die Verwendung von Spulen nicht notwendig ist, und nur die minimale Anzahl von einstellbaren Elementen benötigt wird, sind die Schaltungen mikrominiaturisierbar.

Die Erfindung kann für lineare und nichtlineare Eintore verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 die Prinzipschaltung des einstellbaren Eintors, Fig. 2 das Beispiel einer Realisierung der Admittanz Y

1 pT 1
Y = — · 2— ·

R.

3ei der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele wird zum besseren Verständnis nur die Realisierung der PoI-r.ullstellen-Verteilung von Zweipolen betrachtet.

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Ein linearer Zweipol mit einer bestimmten Impedanzfunktion Z ("bzw. Admittanzfunktion Y, bzw. Reflexionsfaktor r), dessen Frequenzverhalten vollständig durch die Pol-Nullstellen-Verteilung der Impedanzfunktion beschrieben wird, gibt den Zusammenhang zwischen der Spannung U, die an seinen Klemmen liegt, und dem Strom I, der durch ihn hindurchfließt, an. Man kann nun entweder die Spannung als Ursache für den Strom oder aber den Strom als Ursache für die Spannung betrachten. Damit läßt sich der Zweipol als gesteuerte Quelle auffassen und realisieren, wobei die Spannung oder der Strom über eine Rechenschaltung den zugehörenden Strom oder die zugehörende Spannung gemäß der Impedanzfunktion Z (bzw. Admittanzfunktion Y) steuern.

Bei der Realisierung eines Reflexionsfaktors r läßt sich ein Zweipol ganz analog als gesteuerte Leistungsquelle auffassen, wobei die Leistung der einfallenden Welle die Leistung der reflektierten Welle gemäß dem Reflexionsfaktor r steuert.

Die gesamte Schaltung des Zweipols besteht daher aus einer Meß- und Steuerschaltung und einer Rechenschaltung (Fig. 1). Die Meß- und Steuerschaltung dient dabei im wesentlichen zur Realisierung des Zweipols als gesteuerte Quelle. Die Rechenschaltung dient zur Einstellung des gewünschten Zweitorverhaltens und kann ebenfalls als gesteuerte Quelle aufgefaßt werden.

Es gibt mehrere gesteuerte Quellen, z.B.

- spannungsgesteuerte Spannungsquellen (uU)

- spannungsgesteuerte Stromquellen (ul)

- stromgesteuerte Stromquellen (il)

- stromgesteuerte Spannungsquellen (iU) .

Daneben können auch noch gesteuerte Leistungsquellen defi-

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-R-

niert v/erden.

In der Meß- und Steuerschaltung und in der Rechenschaltung können die verschiedenen gesteuerten Quellen auf unterschiedliche Weise kombiniert werden. Dazu werden zunächst zwischen den einzelnen Toren der Schaltung Übergänge definiert:

A:	Torn —
B:	TorT4 —
C:	TorT3 —
— TorT2
— TorT5
— TorTi

Dann ergeben sich folgende Kombinationen von gesteuerten Quellen zwischen den einzelnen Übergängen

laufende	A	Übergang	C
Nummer	Uu	B	ul
1	uU	uU	il
evr	ul	ul	ul
3	ul	iU	il
4	ill	il	uU
5	iU	uU	iU
6	il	ul	uU
7	il	iU	iU
8	il

Durch die Verwendung gesteuerter Leistungsquellen läßt sich die Anzahl der Kombinationen ganz analog noch weiter vergrößern.

2 stellt ein Ausführungsbeispiel für die laufende Hummer 1 dar, wobei die Zweipolfunktion

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Y=

R₀ 1 + ρΤ₂ 1 +

realisiert wird. Darin bezeichnet R einen ohmschen Widerstand, ρ den Laplace-Operator und T₁, Tp, ^Tx jeweils eine einstellbare Zeitkonstante.

Die spannungsgesteuerte Spannungsquelle des Übergangs A zwischen Tor T1 und Tor T2 wird durch einen Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor 1 realisiert. In Pig. 2 ist dieser Verstärker ein rückgekoppelter Operationsverstärker. Die am Tor T1 liegende Spannung U₁₀ wird daher direkt zu Tor T4 der Rechenschaltung übertragen.

Die spannungsgesteuerte Spannungsquelle der Rechenschaltung (Übergang B) wird durch bekannte Schaltungen der Analogrechnertechnik realisiert. Dabei werden im Prinzip zwei spannungsgesteuerte Spannungsquellen in Kette geschaltet. Die erste Teilschaltung erzeugt den Ausdruck -pT../(i+pTp), die zweite den Ausdruck -1/Ü+pT,). Die Zeitkonstanten T₁ = R-C₁ , T₂ = &2^1 » ^3 ^{= R}3°2 ^^önnen durch die Potentiometer R₁ , R₂ , R·* unabhängig voneinander eingestellt werden. Sollen kompliziertere Frequenzgänge als in diesem Beispiel realisiert werden, so können in der Rechenschaltung weitere Teilschaltungen in Kette zugeschaltet werden. Die so am Tor T5 der Rechenschaltung erzeugte Spannung wird Tor T3 zugeführt. Die am Tor T3 anliegende Spannung wird durch eine spannungsgesteuerte Stromquelle in einen proportionalen Strom umgewandelt, der in Tor T1 eingeprägt wird (Übergang C).

Die am Tor T1 anliegende Spannung erzeugt damit über die er— findungsgemäße Schaltung den durch die vorgegebene Admittanz Y bestimmten Strom.

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Entsprechend der Erfindung können für die einzelnen Übergänge A, B, C auch andere gesteuerte Quellen verwendet
werden.

Ferner ist die Erfindung nicht nur auf die Verwendung von Analogschaltungen "beschränkt. In der Rechenschaltung kann z.B. auch ein Digitalfilter eingesetzt v/erden. Dies ist
dann vorteilhaft, wenn nicht der Frequenzgang eines zu realisierenden Zweipols vorgegeben ist, sondern das Zeitverhalten.

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Claims

Patentansprüche

Eintor, besonders zur Realisierung unabhängig voneinander einstellbarer Kenngrößen,
dadurch gekennzeichnet,

daß eine Meß- und Steuerschaltung und eine Rechenschaltung verwendet wird, wobei die Meß- und Steuerschaltung durch ein Dreitor gebildet wird, wobei das erste Tor T1 das Ein-/Ausgangstor darstellt, das zweite Tor T2 ein Meßsignal aussendet, das von der am ersten Tor T1 angelegten Eingangsgröße abhängt, das dritte Tor T3 ein Steuersignal aufnimmt, das die Ausgangsgröße am ersten Tor T1 steuert,

und wobei die Rechenschaltung durch ein Zweitor gebildet wird, dessen erstes Tor T4 das von der Meß— und Steuerschaltung ausgesandte Meßsignal aufnimmt, aus dem ein dem gewünschten Eintorverhalten entsprechendes Signal erzeugt wird, das am zweiten Tor T5 abgegeben und dem Steuertor T3 der Meß- und Steuerschaltung zugeführt wird.
2. Eintor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß zur Einstellung der Kenngrößen des Eintors einstellbare Elemente in der Rechenschaltung verwendet werden.
3. Eintor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Meß- und Steuerschaltung eine Gabelschaltung verwendet wird.
4. Eintor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Rechenschaltung Schaltungen der Analogrechnertechnik oder der Digitalfiltertechnik verwendet werden.

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5. Eintor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Rechenschaltung ein Analogrechner oder Digitalrechner verwendet wird.

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