DE2407421C2 - Redundante elektronische Verstärkerschaltung - Google Patents

Description

Ausgang (7) der Schaltung verbunden, smd
<lurch einen Rückkopplungspfad (8 9, IU_1- ii, 12), der zwischen dem Ausgang (7) und einem Eingang (13) der Schaltung hegt und an dessen Virtuellem Nullpunkt (10) die !,vertierenden Ein_tänge der Operationsverstärker (12, 3) gemeinfarn angeschlossen sind, wahrend die nichunvtierenden Eingänge der Operaüonsverstarker (1, 2, 3) gemeinsam an den zweiten Eingang (14) der Schaltung angeschlossen sind.

2. Redundante elektronische Verstärkerschaltung mit mehreren parallelen Verstarkerzwe.gen sowie mit zwei gemeinsamen Eingängen und einem gemeinsamen Ausgang, gekennzeichnet durch mindestens drei Operat.onsverstarker (5, 16, 17), deren Ausgange über e.nzeln zugeordnete Schutzwiderstände (18, 19. 20) mit den. Ausgang (21) der Schaltung verbunden sind und durch mehrere Rückkopplungspfade (22, 23, 24-25, 26, 27-28, 29 30), diezw.schcr,dem Ausgang (21) und einem Eingang (31) der Schaltung liegen und an deren virtuelle Nullpunkte _t23, 26, 29) die invertierenden Eingange der Opcrationsverstärker (15, 16, 17) einzeln angeschlossen sind, während die nichtmverUer^en Emgänge der Operationsverstarker (15, 16 Ig gemeinsam an dem zweiten Eingang (32) .kr Schal tung angeschlossen sind.

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J^_n Auswertungsschaltungen wird U,,_s

Ausgangssignalen der parallelen VerstarKeraus d η Ausg, g gn _{ß =} ^ ^ ^^

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daher »Aus^an vc-rstärkerzweiges steht an sei-Bei^Aujal _{ftes Signal (z ß} ^ ^ _das

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^J^p _erf5gen, das als «majority voting, bet,m.m n.i.p b Annahme zugrunde:

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Hchtig und die in der Mi_n-Auseancssignale falsch.

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^^^,J . Hierzu ist ein erheblicher g_fimg^g _s ⁿ _t ^a _echnischer Aufwand mit mehreren Halbeh.^"g _{defUch die ebens0} störanfällig sind, wie hVp Halbleiter in den parallelen Verstärkorzwcio.-n.

TSSSSS nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zeitabhängige Glieder in den Rückkopp^lun8^sP^faden·

der Auswertungsscha.tung zum Teil wieder aufgehoben. ^^^ herkömmlicher Art ver-

gleichen die Ausgangssignale der parallelen Verstärkerzweige miteinander und suchen sich ein Signal heraus dessen Wert zwischen den Werten der ande_ren Signale liegt. Da der Wert eines fehlerhaften Signals meist wesentlich vom Mittelwert der anderen

Signale abweicht, wird das fehlerhafte Signal mit Sicherheit nicht gewählt. Die bekannten Auswahl-

CRöhren Transistoren Dioden) meist stö- 60 Bauteile erforderlich si

extreme Sicherheitsanforderungen werden daher die stens drei Ope:_

parallelen gänge über einzeln zugeordnete Schutzwiderstände zur 6s mit dem Ausgang der Schaltung verbunden sind, und

S, oto alle paraiden Zweige zugleich arbeiten gang der Schalung liegt, und an dessen «

Nullpunkt die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker angeschlossen sind, während die nicht invertierenden Eingänge der Operationsverstärker gemeinsam an dem zweiten Eingang der Schaltung angeschlossen sind.

Als weitere Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Verstärkerschaltung mindestens drei Operationsverstärker besiizt, deren Ausgänge über einzeln zugeordnete Schutzwiderstände mit dem Aus

einander abweichenden Ausgangsspannungen L ■ ₁ LJ _A.,■■■ U_A:i der Operationsverstärker bewirken Ausgleichsströme über die nachgeschalteten Schui/-25 widerstände, wodurch sich am Ausgang der Gesamtschaltung eine bestimmte mittlere Spannung i..'.. ^. einstellt.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß diese Spannung 1'_Λκύί am Ausgang der Gesamt

liegt. Diese Schaltung arbeitet nicht nur bei Ausfall eines Operationsverstärkers, sondern auch bei Ausfall einer Zenerdiode ungestört weiter.

Der erfindungsgemäße Vorschlag geht von ioigender Überlegung aus:

Verstärkerschaltungen, die einen Operationsverstärker mit äußerer Gegenkopplung enthalten, sind in ihrem Verhalten praktisch nur von der Dimensionierung der äußeren Beschallung abhängig, während

gang der Schaltung verbunden sind, und daß meh- 10 die individuell streuenden Eigenschaften des benutzrere Rückkopplungspfade vorgesehen sind, die zwi- ten unbeschalteten Operationsverstärkers weitgehend sehen dem Ausgang und einem Eingang der Schal- unterdrückt werden, solange der Operationsverstärker tung liegen und an deren virtuelle Nullpunkte die in- überhaupt arbeitet.

vertierenden Eingänge der Operationsverstärker ein- Der analoge Stellbereich der Eingangsdifferenz-

zeln angeschlossen sind, während die nichtinvertie- 15 spannung eines Operationsverstärkers ist wesentlich renden Eingänge der Operationsverstärker gemein- schmaler als der Exemplar-Streubereich der Einsam an den zweiten Eingang der Schaltung ange- gangs-Offsetspannung. Daher wird in einer nach der schlossen sind. Erfindung aufgebauten Schaltung meist nur ein Ope-

Die Schaltung läßt sich als unsymmetrischer Ver- rationsverstärker analog arbeiten. Die anderen sind stärker oder als Differenzverstärker ausbilden. In den 20 in der Sättigung und haben an ihren Ausgängen die Rückkopplungspfaden können zeitabhängige Netz- positive oder negative Säitigungsspannung. Die von werke (R, C, L) oder Glieder mit nichtlinearer Kennlinie liegen. Mit der Schaltung lassen sich also alle
Aufgaben eines üblichen Rechenverstärkers durchführen.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene redundante
Verstärkerschaltung erfordert für die Auswertung der
von den parallelen Verstärkerzweigen abgegebenen
Ausgangssignale keine aktiven Bauteile. Sie unterscheidet sich dadurch vorteilhaft von den bekann'.cn 30 schaltung stets die richtige Spannung ist. die sich Schaltungen und bietet hohe Betriebssicherheit. nach der äußeren Beschallung ergeben soll.

Weitere Einzelheiten werden an Hand der Zeich- Der analog arbeitende Oper nionsverstärker erzeugt

nung beschrieben, die in den Fig. 1, 2 und 3 Aus- nämlich an seinem Ausgang infolge der Gegenkoppführungsbeispiele der Erfindung zeigt. lung immer die Spannung, die erforderlich ist. um

Die in Fig. 1 dargestellte redundante Verstärker- 35 jene Ausgleichsströme herbeizuführen, bei denen

Ll_A „_cs den richtigen Wert einnimmt.

Welcher Operationsverstärker analog arbeitet und welcher nicht, das richtet sich nach den individuell streuenden Eingangs-Offsetspannungen, den ToIe-

Regelverhalten gibt. Der virtuelle Nullpunkt 10 des 40 ranzabweichungen der Beschaltungsglieder und nach Rückkopplungspfades ist mit den invertierenden Ein- der jeweiligen Größe der Eingangsspannung {.<',.·,,,„ gangen aller drei Operationsverstärker 1—2 — 3 der Gesamtschaltung. Ändert sich z. B. die Eingangsverbunden. Die nicht invertierenden Eingänge der spannung U_t:st,_s, dann kann der bisher analog arbci-Operationsverstärker sind gemeinsam an dem zwei- tende Operationsverstärker in die Sättigung körnten Eingang 14 der Schaltung angeschlossen, der am 45 men, worauf sofort einer der anderen Operationsver-Schaltungs-Nullpunkt liegt. stärker aus der Sättigung in den analogen Bereich

überspringt und die Regelungs-Aufgabe übernimmt. In gleicher Weise schützt sich die Schaltung gegen schädliche Folgen beim Ausfall eines Operationsverlungspfade 22, 23, 24 — 25, 26, 27 — 28, 29, 30, 5° stärkers:

deren virtueile Nullpunkte 23 — 26 — 29 einzeln an Der ausgefallene Operationsverstärker liefert an

die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker 15, 16, 17 angeschlossen sind. Die nichtinverticrcnden Eingänge der Operationsverstärker sind wieder gemeinsam am zweiten Eingang 32 der Schaltung angeschlossen, der am Schaltungs-Nullpunkt liegt. Da die Rückkopplungspfade nur Widerstände enthalten, arbeitet die Schaltung als proportionaler Spannungsverstärker.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Verstärkerschaltung 60
wird das zwischen den beiden gemeinsamen Eingängen 54, 55 anstehende Eingangssignal U₁-^₅ einzeln
mit den Referenzspannungen von drei gleichen
Zenerdioden 56, 58, 60 verglichen. Die dabei erfaßten Differenzen steuern die invertierenden Eingänge 65 ausgleichen, wobei er im analogen Bereich bleibt und der Operationsverstärker 35, 36, 37, deren nicht- somit die Regelungsaufgabe behält, invertierende Eingänge gemeinsam an dem Eingang Falls ein bisher gesättigter Operationsverstärker an

55 angeschlossen sind, der am Schaltungsnuüpunkt seinem Ausgang die Versorgungsspannung liefert,

schaltung hat drei parallele Operationsverstärker 1—2 — 3 und einen gemeinsamen Rückkopplungspfad, 8, 9, 10, 11, 12, der ein ÄC-Netzwerk enthält, welches der gesamten Verstärkerschaltung ein PID-

Die in F i g. 2 dargestellte redundante Verstärkerschaltung hat ebenfalls drei parallele Operationsverstärker 15, 16, 17, aber drei getrennte Rückkopp-

seinem Ausgang eine unbekannte Spannung, die im ungünstigen Fall gleich der positiven oder negativen Versorgungsspannung ist.

Wenn der bislang analog arbeitende Operationsverstärker ausfällt und an seinem Ausgang die Versorgungsspannung liefert, so wird die Regelungsaufgabe sofort von einem der anderen Operationsverstärker übernommen.

Wenn ein bisher gesättigter Operationsverstärker ausfällt und an seinem Ausgang diejenige Versorgungsspannung steht, welche das gleiche Vorzeichen wie die bisherige Sättigungsspannung hat, dann kann der analog arbeilende Operationsverstärker das leicht

welche der bisherigen Sättigung im Vorzeichen entgegengesetzt ist. wird der bisher analog arbeitende Operationsverstärker in die Sättigung gehen und dadurch die Regelungsaufgabe an einen anderen intakten Operationsverstärker abgeben, welcher dabei aus seiner bisherigen Sättigung in den analogen Bereich übergeht.

In einer nach der Erfindung aufgebauten Schaltung sind mehrere Fehler zugleich zulässig, ohne daß die Gesamtfunktion gestört wird. Hat die Schaltung drei parallele Verstärkerzweige, dann dürfen z. B. folgende fehlerhafte Zustände auftreten:

1. Ein Operationsverstärker ist beschädigt. An seinem Ausgang steht die positive oder negative Versorgungsspannung. Die beiden anderen Operationsverstärker sind intakt.

2. Zwei Operationsverstärker sind beschädigt. Am Ausgang des einen steht die positive, am Ausgang des anderen die negative Versorgungsspannung. Der dritte Operationsverstärker ist intakt.

3. Zwei Operationsverstärker sind beschädigt. Sie haben eine interne Unterbrechung am Ausgang Der dritte Operationsverstärker ist intakt.

Außerdem kann die Schaltung nicht nur den Ausfall der Operationsverstärker, sondern auch den Ausfall von einigen anderen Gliedern der Verstärkerzweige ertragen: Wenn z.B. eine der in Fig. 3 dargestellten Zenerdioden 56. 58, 60 infolge eines De

ίο fektes kurzgeschlossen ist, so kann dieser Fehler ausgeregelt werden, sofern die Operationsverstärker35 36. 37 intakt sind.

Nach der Erfindung werden mehrere Operations verstärker mit an sich bekannter Einzel-Beschaltum derart verbunden, daß sich eine neuartige und ein heitüche Wirkung ergibt, die der einzelne beschaltett Operationsverstärker nicht haben kann: nämlich dii Unterdrückung des fehlerhaften Ausgangssignal· eines zerstörten Operationsverstärkers. Die Schaltuns stellt also eine Kombination dar. in der die Einzel elemente zu einem einheitlichen Endeffekt funktionel verschmolzen sind

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1 ρpHnndante elektronische Verstärkerschallun'g miTrnehreren parallelen Verstärkerzweigen fowie mit zwei gemeinsamen Eingangen und lassen und die von ihnen gelieferten Signale auswcrten cRedundanz-Schaltung).

   sind verschiedene redundante Verstarkerschal_n hekannt bei denen die von den parallelen ? ,_....„.·„'„„ kommenden Ausgangssignale T" ] _in einer besonderen Auswcrmiteinander verglichen und zu dem

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