DE2412756A1

DE2412756A1 - Funktionsgenerator

Info

Publication number: DE2412756A1
Application number: DE2412756A
Authority: DE
Inventors: Aart Gerrit Korteling
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1974-03-16
Publication date: 1974-10-10
Also published as: JPS503245A; SE386521B; NL7304430A; IT1003907B; AU6720574A; GB1459268A; US3894224A; CA1006622A; FR2223752A1; JPS5726383B2; FR2223752B1

Description

PHN. 6833.

Groe/Va/WJM. -t Schol*

Vxln,t*_:i™U 26-I-I974.

Anmelder: M. V. Philip,' GioeüampenfubriekeD

Akte No- PHN- 6833
Anmeldung vom; 15. MärZ 1974 .

"Funktionsgenerator".

Die Erfindung bezieht sich auf einen stromgesteuerten Funktionsgenerator mit einem Funktionsstromeingang für einen veränderlichen Eingangsstrom und mit einem Funktionsstromausgang für einen als Funktion des Eingangsstroms erzeugten Ausgangsstrom, welcher Generator aus η Funktionselementen besteht, die auf nahezu identische ¥eise aufgebaut und in Kaskade geschaltet sind.

In der Mess- und Regeltechnik ist es oft

notwendig, eine gemessene Grosse in eine andere Grosse unter Verwendung einer bestimmten funktioneilen Beziehung umzuwandeln. Die gemessene Grosse ist meist bereits in

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PHN, .6833.

ί - 2 -

eine Spannung oder einen Strom umgewandelt und die andere Grosse kann ebenfalls in Form einer Spannung oder eines Stromes zur Verfügung kommen. Es ist bekannt, die gewünschte funktionelle Beziehung in einem Funktionsgenerator festzulegen, der in dem Messkreis aufgenommen werden kann und der die gewünschte jedenfalls nichtlineare Beziehung exakt, wie bei einem logarithmischen Wandler, oder in Annäherung mit gekrümmten oder geraden Linienstücken gibt, wie bei vielen Diodenfunktionsgeneratoren.

Funktionsgeneratoren können auch als Programmgeber verwendet werden, wobei als Funktion einer Stelle oder der Zeit ein bestimmter Verlauf erhalten werden soll, und wobei an festen Stellen und zu festen Zeit» punkten ein meist versetzter Verlauf eingestellt werden können muss. Als Beispiel sei die Zuführung von Wärme zu einem Tunnelofen erwähnt.

Die Erfindung bezweckt, einen Funktionsgenerator zu schaffen, der eine einfache Bauart aufweist, sich leicht erweitern lässt, eine verwickelte Funktion als Programm einstellen kann und eine grosse Genauigkeit in einem grossen Temperaturbereich aufweist.

Ein stromgesteuerter Funktionsgenerator der

in der Einleitung genannten Art ist daher nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element ent-

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hält: einen Elementstromausgang) der mit dem Funktionsstromausgang verbunden ist, wobei als Funktion des Eingangsstroms I. nur ein Element dem Funktionsstromausgang Strom liefert; einen ersten Eingang für einen Strom mit dem Wert I. ; einen ersten Ausgang, der einen Strom mit dem Wert I. liefert; einen zweiten Eingang für einen Strom Σ , der, wenn I. -I grosser als 0 ist, das Element einschaltet; einen dritten Eingang für einen Strom I , der den Anfangswert des Ausgangsstromes bestimmt; einen Sehaltausgang, der ein Schaltsignal liefert, wenn das Element eingeschaltet ist; einen Sperreingang, der das Element bei Empfang eines Schaltsignals ausschaltet-, und eine Stromumwandlungsvorrichtung mit einem Steuereingang, mit deren Hilfe die Neigung A zwischen dem Eingangsstrom und dem Ausgangsstrom eingestellt wird und jedes Element mit seinem erstem Eingang an den ersten Ausgang und mit seinem Schaltausgang an den Sperreingang des vorangehenden Elementes angeschlossen ist, wobei der erste Eingang des ersten Elementes mit dem Funktionsstromeingang verbunden ist.

Es ist dabei auch noch vorteilhaft, dass das Erzeugen von Strömen im allgemeinen genauer und stabiler als die Verarbeitung von Spannungen erfolgen kann. Meistens werden im letzteren Falle mehrere Verstärker als Vergleicher oder Puffer oder zur Änderung des Wertes der Spannung benötigt. Um jeden benötigten Ver-

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starker genau und stabil zu machen, müssen viele Massnahmen getroffen werden, die den Funktionsgenerator kostspielig machen. Bei einem stromgesteuertem Typ ist dies in viel geringerem Masse erforderlich, insbesondere weil integrierte Schaltungen verwendet werden, wobei es bekannt ist, dass einfache Stromquellenschaltungen, z.B. vom Stromspiegelt3^rp, erhalten werden können .

Ein Vorteil eines Funktionsgenerators nach der Erfindung ist weiter noch der, dass jedes eingeschaltete Element einen eigenen Funktionsverlauf erzeugt, bei dem mit mindestens drei Parametern alle Freiheitsgrade eingestellt werden können. Der Nachteil, den die meisten Funktionsgeneratoren aufweisen, bei denen die Regelung und Einstellung eines Funktionselementes die Einstellung der folgenden Elemente beeinflussen, ist dabei vermieden. Sowohl diskontinuierliche als auch fliessend verlaufende Funktionskurven können bei dem Funktionsgenerator nach der Erfindung eingestellt werden, wobei es grundsätzlich möglich ist, in bestimmten Elementen Änderungen vorzunehmen, um einen zisätzlichen nichtlinearen Effekt einzuführen, z.B. dadurch, dass zusätzliche Widerstände:, mit Dioden angebracht werden. Auch die Anordnung eines Widerstandes in Reihe mit einer Stromquelle kann einen Knick in der gewünschten Kurve an demjenigen Punkt

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herbeiführens an dem durch den Widerstand die Stromquelle in den gesättigten Zustand gelangt und dann trotz einer zunehmenden Strumsteuerung einen konstanten Strom liefert, Es ist einleuchtend, dass durch Parallelschaltungen dieser genannten Änderungen pro Element verschiedene Möglichkeiten bestehen. Dies kann in denjenigen Fällen von Nutzen sein, in denen ein bestimmter· Teil der gewünschten Kurve nahezu unveränderlich festliegt, so dass eine Anzahl Freiheitsgrade der Einstellung entfallen können. Beispielsweise sei die Serienherstellung eines bestimmten Funktionsgenerators für eine bestimmte Anwendung, wie für Zündzeitpunktregelung oder Brennstoffinjektionsregelung bei Verbrennungsmotoren, erwähnt.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nur eine Speisequelle verwendet wird, die mit einer einzigen Schiene an Erde liegen muss; dies im Gegensatz zu denjenigen Funktionsgeneratoren mit Verstärkern, wie Operationsverstärkern, die eine Plus- und eine Minus-Speisequelle erfordern.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Funktionsgenerators nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Funktionselementes mit Stromquellenschaltungen nach der Er-

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findung,

Fig. 3 ein ausführliches Schaltbild eines Elementes mit Stromspiegeln nach der Erfindung, und

Fig. h ein Stromdiagramm, vie es mit einem Funktionsgenerator nach der Erfindung erhalten wird.

In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau eines Funktionsgenerators nach der Erfindung gezeigte Es gibt drei Funktionselemente 1, 2 und 3» die identisch dargestellt sLnd und also eine gleiche Anzahl Anschlussklemmen besitzen.

Jedes Element ist mit einer Klemmeh an eine Speiseleitung 5 und mit einer Klemnie 6 an eine Erdleitung 7 angeschlossen, an die auch eine Eingangsklemme 8 und eine Ausgangsklemme 9 des Funktiontsgenerators angeschlossen sind.

Elementstromausgänge 10 sind über eine Leitung 11 mit einem Funktionsstromausgang 12 verbunden. Einem ersten Eingang 13 wird ein Strom zugeführt, der wegen der Verbindung zwischen Klemmen 13 und i4 für das Element 1 einen ¥ert I. aufweist, weil die Klemme 14 den

in '

Funktionsstromeingang des Funktionsgenerators bildet. Jedes Element liefert einer Klemme 15 einen Strom mit einem Wert gleich oder nahezu gleich I. und dieser Strom fliesst zu der Klemme 13 des nächstfolgenden Elementes.

Ein Strom I wird einer Klemme I zugeführt

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und bestimmt, wenn I. -I grosser als 0 wird, den Punkt in dem Stromdiagramra, an dem das Element eingeschaltet wird. Dabei tritt ein Schaltsignal an einem Ausgang S auf, das einem Sperreingang B eines vorangehenden Elementes zugeführt wird. Zu gleicher Zeit wird dadurch das vorangehende Element ausgeschaltet, was bedeutet, dass ein Strom I , der von diesem Element an seinen Funktionsstromausgang 10 geliefert wurde, gleich 0 wird, während das eben eingeschaltete Element dem Ausgang TO einen neuen Wert für I liefert. Der neue Vert I wird durch einen Strom I bestimmt, der einer Klemme I geliefert wird. Der Verlauf des Ausgangsstroms I bei darauffolgender Zunahme des Eingangsstroms I. wird durch einen Verstärkungsfaktor oder einen Stromumwandlungsfaktor bestimmt, der bei einem linearen Verlauf mit der Neigung A angedeutet wird. Es ist möglich, zu erreichen, dass dieser Verlauf etwas nichtlinear ist. Die Regelung der Neigung oder der mittleren Neigung wird pro Element in der Figur mit einer Klemme A bezeichnet. Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Ausgang S des ersten Elements 1 nicht benutzt wird und dass auch der Sperreingang B des letzten Elementes 3> gleichwie seine Klemme 15> nicht angeschlossen ist. Erwünschtenfalls kann die Klemme 15 über einen Widerstand mit der Erdleitung 7 verbunden werden, um den von diesem Element gelieferten Strom I. abzuführen.

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— ο —

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In jedem Element 1st ein Block 16 dargestellt, mit dem die Klemmen 10 und B verbunden sind, um anzugeben, dass der Ausgangsstrom jedes Elements gesperrt werden kann.

Fig. 2 zeigt den funktioneilen Aufbau, im wesentlichen mit Stromquellenschaltungen, eines Elements, wie er vorzugsweise in einer Ausführungsform nach der Erfindung verwendet wird. Der Eingangsstrom I. wird der Klemme 13 zugeführt, die mit dem Stromsteuereingang 18^ einer ersten Stromquellenschaltung 17 verbunden ist, die einen nahezu gledch grossen Strom an ihren ersten Stromausgang 19 liefert, der mit der Klemme 15 verbunden ist, und die ein Strom an einen zweiten Stromausgang 20 liefert, der mit einem ersten Stromsteuereingang 21 einer Stromquellenschaltung 22 verbunden ist, die zu einer zweiten Stromquellenschaltung 30 gehört. Dieser Strom I kann einen Wert gleich I. aufweisen, kann aber auch zu I. nahezu proportional sein. Der Klemme

I wird ein Strom mit einem Wert I für den zweiten χ χ

Stromsteuereingang 23 der Stromquellenschaltung 30 zugeführt, die weiter mit einem Schaltteil 24 und einem Stromausgang 25 versehen ist. Über eine Leitung 26 wird ein Schaltteil Zh aktiviert, wenn in der Stromquellenschaltung 22 I - I grosser als 0 wird. Für ein schnelles Durchschalten liefert der Schaltteil 2k über eine Verbindung 27 einen Strom I in additivem Sinne an den Eingang 21, so dass der Ausgang 25 mindestens

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_ 9 —

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einen Strom I, liefert und der Schaltteil Zk ein defih

niertes Schaltsignal an die Klemme S liefert. Ausserdem wird das Element dadurch entsperrt, dass ein ähnliches Schaltsignal -an einer Leitung 29» die mit einer Leitung 28 und dem Sperreingang B verbunden ist, gleich 0 wird. Bei I=I. , was üblich ist, wird der Strom am Stromausgang 25 einen Wert I. -I +1, aufweisen. Dieser

ZLXX X. XX

Strom fliesst über einen ersten Eingang 32 einer Stromumwandlungsvorrichtung 31 durch einen Widerstand R zu einem Bezugspotential, das z.B. Erdpotential sein kann. Diese Vorrichtung 31 enthält weiter einen Differential-" Verstärker 33 mit einem zweiten Eingang 3k, der ebenfalls mittels eines Widerstandes R mit Erde verbunden ist, und eine dritte Stromquellenschaltung 35> die einen Steuereingang 37 aufweist, der mit einem Ausgang 38 des Verstärkers 33 verbunden ist. Die Stromquellen-Schaltung 35 liefert einen Strom I an ihren ersten Stromausgang 39 zur weiteren Verarbeitung und einen nahezu gleichen Strom I >- an einen zweiten Stromausgang 36, der mit dem Eingang 3^ verbunden ist. Der Verstärker 33 und die Stromquelle 35 bilden ein Regelsystem, wobei die Spannung an der Klemme 3^- gleich der Spannung an der Klemme 3k gehalten wird. Auf diese Weise wird (l. -I +1 ).R₁ = !„--.R- sein. Daraus folgt,

-LIX jC XX I __) U fC

dass I = (I. -I +1 ).R /R ist. Der Widerstand R 39 2-ϊί χ η. ι <c £

kann, wie dargestellt ist, regelbar ausgeführt sein.

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Auch der Widerstand R₁ kann gegebenenfalls regelbar sein. Da das Widerstandsverhältnis die Neigung zwischen dem Strom I„_ und dem Eingangsstrom I. bestimmt, kann nun diese Neigung eingestellt werden, was symbolisch durch eine Linie 40 zu dem Steuereingang A dargestellt ist.

Eine vierte Stromquellenschaltung 41 ist mit einem Stromeingang 42 an den dritten Eingang I des Elementes zum Zuführen oder Abführen eines Stromes mit dem Wert I angeschlossen, durch den nach dem Einschalten des Elementes der Anfangswert des Ausgangsstroms I an der Klemme 10 bestimmt wird. Die Stromo

quellenschaltung 41 ist mit einem Sperreingang 43 versehen, der mit der Leitung 28 verbunden ist und dafür sorgt, dass beim Vorhandensein eines entweder von der Leitung 29 oder von dem Sperreingang B herrührenden Schaltsignals ein Ausgang 47 keinen Strom an den Elements tromausgang 10 liefert. Weiter ist ein Stromeingang 44 vorgesehen, der über einen Schalter 46 einen Strom Ion empfangen kann und dann in additivem Sinne diesen Strom in der Quelle 41 dem Strom I zusetzt, während ein Stromeingang 45 vorhanden ist, der diesen Vorgang in subtrahierendem Sinne herbeiführt. Auf diese Weise können positive bzw. negative Neigungen A eingestellt werden. Die Steuerung des Schalters 46 ist symbolisch mit einer Linie 48 zu dem Steuereingang A angedeutet.

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F±g. 3 zeigt ein ausführliches Schaltbild, dessen Aufbau sich zur Integration eignet. Entsprechende Teile der Fig. 2 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Stromquellenschaltungen sind zum grössten Teil als Stromspiegel ausgebildet. Die erste Stromquellenschaltung 17 enthält zwei Stromspiegel; der erste Stromepiegel enthält einen als Diode geschalteten Transistor 4°-, der mit der Eingangsklemme 18 für den Strom I. verbunden ist, und einen mit diesem Transis-

in

tor gekoppelten weiteren Transistor 50. Der Kolektorstrom des Transistors 50, der wegen der Eigenschaft des Stromspiegels denselben Wert I. aufweist, wird dem zweiten Stromspiegel geliefert, der sich über Transistoren 53 und 52 einstellt, so dass der Transistor 51 wieder einen Strom I. über eine spannungsbegrenzende Zenerdiode 5^ and die Stromausgangsklemme 19 abgibt. Der Stromausgang 20 liefert einen Strom 21. an den Eingang 21 der zweiten Stromquellenschaltung 22, die aus zwei parallel geschalteten Transistoren 55 und 56 besteht, die die Eingangsdiode des Stromspiegels bilden und den Steuerstrom 21. wieder auf den ¥ert I. herabsetzen, wonach sich ein als Diode geschalteter Transistor 57 und ein Transistor 58 auf einen Vert I. einstellen, wodurch am Kollektor des Transistors 58 und somit am Stromausgang 25 ein Strom I. vorhanden sein kann. An der Eingangs-

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klemme 23 wird aber über den Eingang X ein Strom I injiziert, der von I. subtrahiert wird, wodurch der Ausgang 25 stromlos "ist₅ wenn I grosser als I. ist. Der Strom I_ kann einfach dadurch erhalten werden, dass ein veränderlicher Widerstand R^ mit der Speiseklemme +V„ und der Klemme I verbunden wird. Jn diesem Kreis

B s

ist eine Diode 59 aufgenommen, tun zwischen der Speisespannung t¥_ und Erde zwei Diodenübei-gänge zu erhalten. Dadurch, dass für die Speisespannung derselbe Temperaturkoeffizient wie für zwei Dioden gewählt wird, kann ein temperaturunabhängiger Strom I erhalten werden.

JV

Um anzuzeigen, dass I. -I_v grosser als 0 ist, was bedeutet, dass ein geringer Strom su dem Ausgang 25 der Stromquellenschaltung 22 fliesst, wird dieser Strom über den Widerstand R des DifferentialVerstärkers 33 dem Schaltteil Zh über einen Widerstand 6i und eine Diode 62 entnommen, wodurch ein Transistor 63 von der an die Speisespannung +V angeschlossenen Speiseleitung Λ6Η Strom ziehen wird. Ein Teil des Kollektorstroms des Transistors 63 fliesst über einen Widerstand 6h und die Verbindung 27 zu dem Eingang 21 der Stromquelle 22, wodurch ein Durchschalteffekt erhalten wird, was die Sättigung des Transistors 63 bewirkt, während weiter der Strom über die Leitung 27 den Wert des Hysteresestroms I, erreicht, dem Differentialverstärker 33 Speisestrom geliefert und der Schaltteil 2h

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weiter aktiviert wird. Zu diesem Zweck ist der Kollektor des Transistors 63 über einen Widerstand 65 mit der Basis eines Transistors 67 verbunden, dessen Emitter an Erde liegt und dessen Kollektor mit dem Ausgang S verbunden ist. Das Schaltsignal wird also durch die Sättigung des Transistors 67 erhalten_s wobei der Ausgang S an Erde gelegt ist. Ausserdem wird ein Transistor gesättigt3 dessen Basis über einen Widerstand 68, mit dem Kollektor des Transistors 63 verbunden ist_s während der Emitter dieses Transistors 69 an Erde liegt und sein Kollektor über einen Widerstand 70 an die Speiseleitung 164 angeschlossen ist« Mit dem Kollektor des Transistors 69 ist die Basis eines Transistors 71 verbunden, dessen Emitter an Erde liegt und dessen Kollektor mit der Leitung 29 verbunden ist,

Auf diese Weise ist an der Leitung 29 ein komplementäres Schaltsignal vorhanden. Der Differentialverstärker 33 ist aus Transistoren 72 und 73 aufgebaut, die über Emitterwiderstände Th und 75 mit den Emittern an eine Stromquellenschaltung angeschlossen sind, die einen als Diode geschalteten Transistor 77 enthält, dessen Emitter über einen Widerstand 79 aus dem gesättigten Transistor 63 gespeist wird und dessen Kollektor über einen Widerstand 80 an Erde liegt. Der Transistor 76, dessen Basis mit der Basis des Transistors 77 und dessen Emitter über einen Widerstand

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78 mit dem Kollektor des Transistors 63 verbunden ist, liefert einen konstanten Kollektorstrom an den Verbindnngspunkt der Widerstände lh und 75· Die KoiXektorkreise der Transistoren 72 und 73 werden durch den Stromspiegel gebildet, der aus einem als Diode geschalteten Transistor 81 und einem Transistor 82 besteht, deren Emitter an Erde liegen. Die Kollektoren der Transistoren 82 und 73 sind miteinander und mit dem Verstärkerausgang 38 verbunden.

Die Basis des Transistors 72 ist mit einem Verstärkereingang 32 und mit einem Anschluss des Widerstandes R₁ verbunden, während die Basis des Transistors 73 mit dem anderen Verstärkereingang 3h und mit einem Anschluss des regalbaren Widerstandes R verbunden ist und die anderen Anschlüsse der genannten Widerstände miteinander und mit der Speiseleitung 164 über die Diode 62 und den Basis-Emitter-Ubergang des Transistors 63 verbunden sind. Wenn die Spannung über R₁ zu gross ist, zieht der Transistor 72 viel Strom und zieht der Transistor 73 wenig Strom. Durch den Transistor 81 wird der Transistor 82 eine Einstellung erhalten, bei der mit dem zur Verfügung stehenden geringen Kollektorstrom der Transistor 82 gesättigt sein wird und also der Ausgang 38 auf einem hohen Potential in bezug auf den Verstärkereingang 3^ liegen wird. Wenn die Spannung über R^ zu gross ist, wird der Transistor

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gesättigt, was bedeutet, dass kaum ein Potentialunterscliied zwischen den Punkten 34 und 38 bestellt. Für die Stromsteuerung und automatische Abgleichung ist zwischen den Anschlüssen 34 und 38 die Stromquellenschaltung mit ihrem Eingang 36 bzw. ihrem Eingang 37 angeschlossen. Die Stromquelle 35 besteht aus einem Transistor 83s dessen Basis mit dem Eingang 37s dessen Emitter mit dem Eingang 36 und dessen Kollektor mit dem Ausgang 39 verbunden ist. Der erhaltene Strom am Ausgang 39 kann über eine Verbindungsleitung 85 dem Schalter 46 und somit in additivem Sinne dem Eingang 44 oder in subtrahierendem Sinne dem Eingang 45 der Stromquellenschaltung 41 zugeführt werden. Diese Stromquellen schaltung enthält eine Eingangskiemme 43 j die mit dem Eingang 44 und dem Eingang 42 zum Zuführen oder Abführen des Einstelletroms^. I verbunden ist,

der den Anfangswert des Ausgangsstroms I bestimmt, der über die Ausgangsklemme 10 aufgenommen wird. Die Stromquellenschaltung 41 besteht aus einem Transistor 86, der den Strom an den Eingängen 43 und 44 aufnimmt und der mittels eines als Diode geschalteten Transistors 88 eingestellt wird, der wieder von einem Emitterfolger 87 gespeist wird, desen Kollektor mit dem Ausgang 10 verbunden ist. Wenn der Eingang 43 von dem Schaltsignal am Sperreingang B oder vom komplementären Schaltsignal des Transistors 71 an Erde gelegt wird,

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wird dei" Transistor 87 gesperrt und kann kein Ausgangsstrom I geliefert werden. Dadurch, dass der Eingang I und somit der Eingang 42, der Eingang 43 und der Eingang 44 miteinander verbunden sind, werden ein Strom I und ein etwaiger Stromudes; Ausgangs 39 nach Erde abgeführt werden.

Der Einstellstrom I kann einfach dadurch zu-

geführt werden} dass die Klemme I über eine Verbindungsleitung 89 an einen Widerstand R_t angeschlossen wird, der andererseits mit der Speiseleitung 164 verbunden ist. Es sei bemerkt, dass die Spannung gegen Erde des Eingangs I , wie beim Eingang I_-^, wie bereits beschrie-

y χ

ben wurde, wieder einen Wert von zwei Diodenübergängen aufweist, und zwar V₀₁, des Transistors 87 und ν_π_ des

DEj Uhr

Transistors 88.

-'...· ■' Der Strom I wird mittels eines Stromspiegels mit Transistoren 92. und 93 abgeführt, wobei der Eingang

1 über eine Verbindungsleitung 90 an den Kollektor des Y

Transistors 92 und der Einstellwiderstand R über eine Verbindungsleitung 91 an den als Diode geschalteten Transistor 93 mit zusätzlicher Diode 94 angeschlossen wird.

Solange der Strom des Ausgangs 39 über die Verbindungsleitung 85 und den Eingang 44 über den Eingang 43 zu dem Transistor 92 noch nicht den Wert aufweist, der durch die Einstellung des Stromspiegels

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mit Hilfe des Widerstandes R bestimmt wird, bleibt der Transistor ^2. im gesättigten Zustand und bleibt somit die Stromquelle 4i gesperrt» Bei zunehmendem Strom

I. wird I also gleich 0 sein. Dann wird I mit der

xn ο · ο

eingestellten Neigung A zunehmen,, Auch lässt sich durch diese Massnahme ein Ausgleich für den Hysteresestrom I, erzielen«
h

.Bei gewissen Kennlinien eines Funktionsgenerators ist es erwünscht3 einen horizontalen Teil einzustellen.

Bei zunehmendem Strom I. muss I konstant

in ο

bleiben. Für diesen horizontalen Teil kann ein gesondertes Element verwendet werden, von dem nur die Teile 17, 22_S 2k, I und kl benötigt werden, während der Differentialverstärker 33 und die Quelle 35 entbehrt werden können. Dieses Element kann jedoch eingespart werden, wenn das vorangehende Element diesen horizontalen Teil in der Kurve z.B. dadurch einstellt, dass es z.B. ä.en Ausgangs strom I .der Klemme 10a entnimmt, die über einen Widerstand 95 mit dem Ausgang 10 verbunden ist. Dadurch, dass der Transistor 87 in der Stromquelle kl durch diese Massnahme in den gesättigten Zustand gelangt s wird nun trotz eines zunehmenden Stromes I. der

xn

Ausgangsstrom I begrenzt und also konstant sein.

Bei negativen Neigungen A kann die Bemessung derart gewählt werden, dass der Atisgangs strom durch

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- IS -

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das Sperren des Transistors 87 gleicli 0 wird. Ein Strom konstanten Wertes kann nun der Klemme 10 aus einer gesonderten Stromquellenschaltung zugeführt werden.

In Fig. 3 ist noch eine Möglichkeit zur Erweiterung eines Elementes dargestellt, mit dem sowohl für positive als auch für negative Neigungen A ein konstanter Ausgangsstrom I erhalten wird. Ein Element nach der Erfindung enthält dann neben den Einstellmöglichkeiten

1,1 und A noch eine Einstellung R , die aus einem α y c

regelbaren Widerstand besteht, der den Knick in der Funktionskurve zu einem horizontalen Teil bestimmt. Zu diesem Zweck ist ein Block 96 vorgesehen, der einen doppelten Stromspiegel enthält. Der Strom der Ausgangs 39 fliesst nicht weiter über die Verbindungsleitung 85» sondern über eine Verbindungsleitung 97 z^ einem als Diode geschalteten Transistor 98» der einen Transistor 99 auf denselben Strom einstellt. Der Kollektor— strom dieses Transistors stellt über einen Transistor 101 einen Transistor 102 ein, wodurch, der Transistor 100 einen Kollektorstrom über eine Zenerdiode 103 an eine Verbindungsleitung I06 für den Schalter 46 für positive und negative Neigungen abgibt.

Durch die Eigenschaften der Stromspiegel wird der Strom in der Verbindungsleitung 97 gleich dem Strom in der Verbindungslei tang I06 sein. Da jedoch der regelbare Widerstand R in dem Kollektorkreis der

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Transistoren 102 und 99 aufgenommen ist, kann der Strom darin nicht weiter zunehmen, sobald der Transistor 99 in den gesättigten Zustand gelangt. Ein konstanter Ausgangsstrom I ist damit einstellbar.

Die EinstellmÖglichkeiten eines Funktionsgenerator s nach der Erfindung äussern sich am deutlichsten bei einer gewünschten Funktion oder einem gewünschten Programm₀ wie in Fig. 4 dargestellt ist. Das Funktionselement 1 wird mit I =0 eingestellt, wonach die positive Neigung A₁ bestimmt und mit dem Wert von I die Höhe eingestellt wird. R ist dabei 0 oder die Einheit 96 in Fig. 3 ist nicht eingeschaltet. Das Element 2 wird bei I eingeschaltet und sperrt das EIe-

^X2
ment 1. Die Neigung A₀ wird negativ eingestellt. Das Element 3 wird eingeschaltet und sperrt das Element 2 bei I. = I . Der Strom I muss negativ sein und erhält einen Wert (i¹ - I + I, ). A₀, so dass bei

^v χ χ hy 3'

I¹^ die positive Neigung A₀ beginnt. Durch Regelung von R kann der horizontale Teil in der Höhenrichtung

verschoben werden. Bei I. =1 wird h eingeschaltet und 3 gesperrt. Die negative Neigung A. wird bestimmt;

der positive Strom I wird eingestellt und mit R . yjj. ^c

wird der horizontale Teil in der Höhenrichtung verschoben. Beim Abschnitt 5 ist I negativ und gleich

^y5 A-.I ", weil der Ausgangsstrom I mit einem Wert 0

starten muss. Das Element 6 startet mit einem hohen

0 9 8 4 1 /0256

-ZO-

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positiven Strom I und weist eine starke negative Neigung Kf- auf. R muss 0 sein oder die Einheit 96 in Fig.

3 fehlt·, denn bei I. =1' wird I gleich 0, indem

xn χ,- ο

I 1 (I« -I ).A, ist.

Es wurde bereits bemerkt, dass für eine besondere Anwendung die Elemente nicht notwendigerweise miteinander identisch zu sein brauchen. Bestimmte Einstellmöglichkeiten Können fehlen oder einen festen ¥ert

aufweisen (l , I , A₁ R i. Auch kann es von Nutzen sein, χ y c

beim Entwerfen eines vollständig integrierten Funktionsgenerators auf derselben Scheibe bestimmte funktionelle Einheiten zusammenzufassen, z.B. alle Eingangsstromquellen in Fig. 3? die mit dem Block 17 dargestellt sind; auch kann zum Verschieben der ganzen Funktion eine zusätzliche einstellbare Stromquelle angebracht werden, so dass der Strom I pro Abschnitt kleiner sein kann. Es ist einleuchtend, dass zum erstmaligen Einstellen einer Funktion ein Laborgerät mit vielen identischen Funk tionsel einen ten mit allen Eins tellaiöglichkei ten gemäss der Erfindung unbedingt notwendig ist. Der Erfindungsgedanke bleibt aber erhalten, wenn bei einem endgültigen Entwurf für eine Anwendung Vereinfachungen oder Verschiebungen in den Einzelteilen vorgenommen werden.

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Claims

PHN. 6333. 26-1-1972*· - 21 PATENTANSPRÜCHE-:

1. Stromgesteuerter Funktionsgenerator mit

einem Funkt ions s tromeingang für einen veränderlichen Ein— gangsstrom und mit einem Funkt ions s tromausgang für einen als Funktion des Eingangsstroms erzeugten Ausgangsstrom, "welcher Generator aus η Funktionselementen besteht, die nahezu identisch aufgebaut und in Kaskade geschaltet sindj dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element enthält: einen Elementstromausgang, der mit dem Funktionsstromausgang verbunden ist_s wobei als Funktion des Eingangs-

stroms I. nur ein Element einen Strom an den

xn

Funktionsstromausgang liefert; einen ersten Eingang für einen Strom mit dem Wert I. ; einen ersten Ausgang,

der einen Strom mit dem Wert I. liefert, einen zweiin

ten Eingang für einen Strom I , der, wenn I. -I

X. ILlX X

grosser als 0 ist, das Element einschaltet, einen dritten Eingang für einen Strom I , der den Anfangswert des Ausgangsstroms bestimmt; einen Sehaltausgang, der ein Schaltsignal liefert, wenn das Element eingeschaltet istj einen Sperreingang, der das Element bei Empfang eines Schaltsignals ausschaltet, und eine Stromwandlungsvorrichtung mit Steuereingang, mit deren Hilfe die Neigung A zwischen dem Eingangsstrom und dem Ausgangsstrom eingestellt wird und jedes Element mit seinem ersten Eingang an den ersten Ausgang und mit seinem Schaltausgang an den Sperreingang des voran-

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gehenden Elementes angeschlossen 1st, wobei der erste Eingang des ersten Elementes mit dem Funktionsstromeingang verbunden ist.

2. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Element mindestens vier Stromquellenschaltungen enthält, von denen eine erste einen Stromsteuereingang, der mit dem ersten Eingang des Elementes, einen ersten Stromausgang, der mit dem ersten Ausgang verbunden ist, und weiter einen zweiten Stromausgang enthält, der mit einem ersten Stromsteuereingang einer zweiten S tr omquelienschal tung verbunden ist, die einen zweiten Stromsteuereingang, der mit dem zweiten Eingang verbunden ist, und einen Schaltteil enthält, der das Schaltsignal an den Schaltausgang und ein komplementäres Schaltsignal an den Sperreingang abgibt, wobei der Schaltteil aktiviert wird, wenn I. -I grosser als 0 ist, wonach an einem Stromausgang

ein Strom I. -I auftritt, der mit der Stromumwandlungsxn χ ' ^to

Vorrichtung verbunden ist, die eine dritte Stromquellenschaltung enthält, von der ein erster Stromausgang mit einer vierten Stromquellenschaltung verbunden ist, die mit dem dritten Eingang für den Strom I , weiter mit dem Sperreingang und mit dem Elementstromausgang versehen ist, so dass der Ausgangsstrom I gleich

(I. -I }.A+I ist.
^x xn x' y

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3· 2 Funktionsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnetj dass der Schaltteil mit einem Stromausgang zur Lieferung eines Hysteresestroms I, an den ersten Steuereingang in rückkoppelndem Sinne versehen ist, so dass am Stromausgang der zweiten Stromquellenschal-, nachdem I. -I grosser als 0 ist, ein Strom

(l. —I +3L) erhalten wird.

k. Funktionsgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromumwandlungsvorrichtung einen Differentialverstärker enthält, der mit einem ersten Eingang versehen ist, der über einen Widerstand (R₁) an ein Bezugspotential angelegt und an den der Stromausgang der zweiten Stromquellenschaltung angeschlossen ist, während ein zweiter Eingang dieses Differentialverstärkers über einen Widerstand (R„) ebenfalls an ein Bezugspotential angelegt und an einen zweiten Stromausgang der dritten Stromquellenschaltung angeschlossen ist, wobei ein Steuereingang dieser Stromquellenschaltung mit dem Ausgang des Differentialverstärkers verbunden ist, um die Spannungen an dem ersten und an dem «weiten Eingang gleich zu halten, so dass die Neigung A durch R /R bestimmt wird, wobei einer dieser Widerstände mittels des Steuereingangs der Umwandlungsvorrichtung veränderbar ist.

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PHN 6833 11.12.73

5· Funktionsgenerator nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung zwischen dem ersten Stromausgang der dritten Stromquellenschaltung und der vierten Stromquellenschaltung eins fünfte Stromquellensclialtung angeordnet ist, die den empfangenen Strom an die vierte Stromquellenschaltung bis zu einem einstellbaren Höchstwert weiterleitet, so dass bei zunehmenden Eingangsstrom der Ausgangsstrom von diesem Höchstwert an konstant bleibt.

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