DE2621849A1

DE2621849A1 - Logarithmisches funktionsgeneratorsystem

Info

Publication number: DE2621849A1
Application number: DE19762621849
Authority: DE
Inventors: Ritsu Katsuoka; Hisasi Kawai; Seiji Morino
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1975-06-16
Filing date: 1976-05-17
Publication date: 1976-12-23
Also published as: DE2621849C2; JPS5722144B2; JPS51148341A; US4046999A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Generatorsystem für eine logarithmische Funktion, bei dem die Zeitkonstante einer Zeitkonstanten-Schaltung stufenweise erhöht wird und eine logarithmische Funktion mit der Zeit als eine Variable durch Annäherung mit einer Knicklinie erzeugt wird.

Zu bisher bekannten logarithmischen Funktionsgeneratoren zählen beispielsweise analoge logarithmische Funktionsgeneratoren, bei denen die Tatsache, daß die Spannungs-Strom-Kennlinie von Dioden eine logarithmische Kennlinie ist, zum Erzeugen einer Ausgangsspannung mit einer logarithmischen Beziehung zu der Eingangsspannung verwendet wird, und digitale logarithmische Funktionsgeneratoren, bei dem eine logarithmische

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Funktion näherungsweise in Übereinstimmung mit Reihenent- Wicklungsgleichungen der logarithmischen Funktion erzeugt wird. ^¹ Falle des erstgenannten analogen Generators war es aufgrund der Ungleichförmigkeit bei den Kennlinien der· Dioden gleicher Art schwierig, logarithmische Funktionsgeneratoren mit gleichförmigen Eigenschaften zu erhalten. Ein weiterer Nachteil bestand darin, daß die Eigenschaften von Dioden Änderungen aufgrund von Temperaturänderungen unterliegen und daher die sich ergebende logarithmische Funktionsspannung unstabil ist.

Im Falle der digitalen Generatoren war es notwendig, eine komplizierte Rechenschaltung für die Realisierung der erforderlichen Reihenentwicklungsgleichungen zu verwenden. Ein.-weiterer Nachteil besteht darin, daß zum Sicherstellen eines hohen Genauigkeitsgrads der Schaltungsaufbau außerordentlich groß und kompliziert zu werden pflegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zur Erzeugung einer logarithmischen Funktion zu schaffen, bei dem keine Elemente verwendet werden, deren Eigenschaften sich beträchtlich mit Änderungen der Umgebungstemperatur verändern oder bei denen Abweichungen bei den Eigenschaften zwischen den Elementen der gleichen Art aufzutreten pflegen, das aber zum Erzeugen sehr genauer logarithmischer Funktionsspannungen mit einem einfachen Schaltungsaufbau geeignet ist.

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Zur Lösung der vorgenannten Aufgabe und anderer erwünschten Ziele ist das erfindungsgemäße System zur Erzeugung der logarithmischen Funktion so ausgelegt, daß Taktsignale mit einer vorbestimmten Frequenz gezählt werden, um eine Zeitkonstante in Übereinstimmung mit einem Einstellsignal zu ändern, das stufenweisen jedesmal geändert wird, wenn eine vorbestimmte Einheitszeit abläuft, und daß eine Kondensatorspannung mit einem Aufladeanstieg erzeugt wird, der sich stufenweise mit den Veränderungen der Zeitkonstante verändert, wodurch die Kondensatorspannung eine Knicklinien-Annäherung an eine logarithmische Funktion mit der Zeit als eine Variable ergibt.

Zu den großen Vorteilen des erfxndungsgemäßen System zählt, daß es zum Erzeugen einer logarithmischen Funktionsspannung mit einem hohen Genauigkeitsgrad unter Verwendung eines sehr einfachen Schaltungsaufbaus geeignet ist, der durch die Kombination der digitalen Wirkungsweise einer Zeitkonstanten-Einstellschaltung und der analogen. Wirkungsweise einer Zeitkonstanten-Schaltung bewerkstelligt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

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Fig. 1 ist ein Kennliniendiagramm für die Erläuterung der Grundlagen des Systems zur Erzeugung einer logarithmischen Funktion.

Fig. 2 ist ein Zeit-Spannungs-Kennliniendiagramm zur Erläuterung der Prinzipien des Systems.

Fig. 3 ist ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels des Systems.

Fig. 4 ist ein Kurvenformdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Systems.

Zuer-st werden die Grundprinipien des Systems unter Bezug auf die Kennliniendiagramme der Fig. 1 und 2 beschrieben. Bei der in Fig. 1 gezeigten logarithmischen Funktion V = k . log t (wobei V und t die Variablen und k eine Konstante ist) ist -^r; = k . ^- . Wenn sich die Variable t um einen

dt t

festen Wert t„ zu t„_f 2t«, 3t«, ..., nt_n verändert (wobei η eine ganze Zahl ist), ergibt sich folglich die Neigung der Tangente an die Kurve an jedem der entsprechenden Punkte A._f A«₍ A,₍ ... A aus dem folgenden: Nimmt man nämlich an, das M. die Neigung bzw. die Steigung der Tangente an dem Punkt A₁ ist, dann sind die Steigungen der Tangenten an den Punkten A₁, A , A_, ..., A_n mit H^, M-A M / , ... M J gegeben, was umgekehrt proportional zu der Variablen t ist.

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Wenn diese Tangenten miteinander verbunden werden, nähert die sich ergebende Knicklinie die logarithmische Funktion V = k . log t an. Es ist in diesem Fall ersichtlich, daß die Genauigkeit der Annäherung an eine logarithmische Funktion mittels einer Knicklinie um so größer wird, je kleiner der Wert des festen Werts t_Q ist.

Diese Tangenten werden nunmehr in größeren Einzelheiten untersucht. Wenn gemäß der Darstellung in Fig. 2 bei der logarithmischen Funktion V = k . log t die Variable t durch die Zeit und die Variable V durch eine Spannung ersetzt wird, wobei der Wert des festen Werts t« ausreichend klein ist, kann jede der Tangenten durch die Ladekurve einer Widerstands-Kondensator-Schaltung angenähert werden, die V = E.[J-exp (~rc * ^t)J^ent~ spricht.Bei dieser Gleichung ist E eine konstante Spannung, R der Widerstandswert eines Widerstands und C der Kapazitätswert eines Kondensators. Der Grund dafür liegt darin, daß sich die Steigung der Tangente der durch die vorgenannte Gleichung gegebenen Widerstands-Kondensator-Ladekurve zu -^r- ⁼ E. exp (-t/RC)/RC ergibt, so daß bei RCS>>t die Steigung der Tangente zu -=χ· =E. „^ angenähert werden kann. Diese Gleichung hat die gleiche Form wie die Tangentensteigungsgleichung -^r = k.r- für die logarithmische Funktion V = k. log t. Um die Ladekurve an jede der Tangenten der logarithmischen Funktion V = k . log t anzupassen, die in Fig. 1 jeweils durch die gestrichelte Linie dargestellt ist, ist es folglich notwendig, die Zeitkonstante in der Gleichung V = EJ1-exp (- ^= . t)\ stufenweise zu RC, 2RC, 3RC, ..., nRC

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zu erhöhen, wenn die Zeit t in der Gleichung V = k . log t auf t_Q, 2t_Q, 3t₀ ..., nt_Q um eine Einheitszeit t_Q erhöht wird,so daß dadurch eine Kurve erzeugt wird, die sich der Knicklinienannäherung an die logarithmische Funktion V = k . log t annähert.

In Fig. 3, die ein Schaltbild eines Auführungsbeispiels des Systems zeigt, bezeichnet 1 eine Zeitkonstanten-Einstellschaltung für die Erzeugung eines der Anzahl von Eingabeimpulssignalen entsprechenden Einstellsignals und 2 eine Widerstands-Kondensator-Zeitkonstanten-Schaltung (die nachstehend vereinfacht als RC-Ladeschaltung bezeichnet wird), deren Zeitkonstante sich in Übereinstimmung mit dem Ausgabe-Einstellsignal der Zeitkonstanten-Einstellschaltung 1 ändert. Die Aufbauten dieser Schaltungen sind im einzelnen folgende: Die Zeitkonstanten-Einstellschaltung 1 enthält einen Binärzähler 11 (wie die integrierte Schaltung MC14040 von Motorola), Inverter 12a, 12b, 12c und 12d, die jeweils an die Ausgänge Q₁, Q₂/ Q₃ und Q. für die erste bis vierte Stelle des Binärzählers 11 angeschlossen sind, ein NAND-Glied 13, das als Eingänge den Ausgang Q_ für die dritte Stelle und den Ausgang Q₅ für die fünfte Stelle des Binärzählers 11 aufnimmt, einen Inverter 14 zum Invertieren des Ausgangssignals des NAND-Glieds 13, ein D-Flipflop 15 zum Verzögern des Ausgangssignals des NAND-Glieds 13 und Anlegen des Ausgangssignals an einen Rücksetzanschluß R des Binärzählers 11 und einen Inverter 16, der an einem Takteingangsanschluß CL des Binärzählers 11 angeschlossen ist. Die RC-Ladeschaltung 2 besitzt eine Reihenschaltung aus Widerständen 21a

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und 21b mit einem Widerstandswert R, einem Widerstand 21c mit einem Widerstandswert 2R, einem Widerstand 21d mit einem Widerstandswert 4R und einem Widerstand 21e mit einem Widerstandswert 8R, Analogschalter 22a, 22b, 22c und 22d (wie die integrierten Schaltungen CD 4016 von RCA), die jeweils an die Endanschlüsse der Widerstände 21b, 21c, 21d und 21e angeschlossen sind und die so angeordnet sind, daß ihre Steuereingänge jeweils die Ausgangssignale der Inverter 12a bis 12d aufnehmen, einen Kondensator 23 mit einem Kapazitätswert C, der an das Ende des Widerstands 21e angeschlossen ist, und einen parallel zu dem Kondensator 23 geschalteten Analogschalter 24, der zur Aufnahme des Ausgangs Q₁. der fünften Stelle des Binärzählers 11 als Steuereingang angeordnet ist. Die Bezugszeichen 6, 7 und 8 bezeichnen Anschlüsse für die jeweilige Aufnahme einer Voreinstellspannung V., einer Konstantspannung V und von Taktsignalen einer vorbestimmten Frequenz. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel ferner ein Vergleicher 3, ein R-S-Flipflop 4 und ein UND-Glied 5 so angebracht, daß ein Impulssignal mit einer zeitlichen Breite erzeugt wird, die in einem logarithmischen Verhältnis zu der an dem Anschluß angelegten Vorexnstellspannung V. Steht.

Bei dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird die Wirkungsweise dieses Ausführungsbeispiels nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. Wenn das bei (d) in Fig. 4 ge-

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zeigte Rücksetzsignal an den Rücksetzanschluß R des Binärzählers 11 angelegt wird, wird dieser rückgesetzt, so daß alle Ausgänge Q. bis Q₅ einen niedrigen Pegel annehmen (der nachstehend vereinfacht mit dem logischen Symbol "0" bezeichnet wird) und alle Ausgänge der Inverter 12a bis 12d einen hohen Pegel annehmen (der nachstehend vereinfacht mit dem logischen Symbol "1" bezeichnet wird). Wenn andererseits ein Steuereingangssignal "1" an den Steuereingangsanschluß c eines jeden der Analogschalter 22a bis 22d angelegt wird, tritt Leitung zwischen deren Eingangsanschlüssen i und deren Äusgangsanschlüssen ο auf, wogegen bei Anlegen eines Steuerexngangssignals "0" an den Steuerexngangsanschluß c die Leitung zwischen den Eingangsund Ausgangsanschlüssen i und ο beendigt wird. Wenn daher der Binärzähler 11 rückgesetzt wird, werden die Analogschalter 22a bis 22d alls eingeschaltet und nur der Analogschalter 24 wird ausgeschaltet. Bei diesem Zustand ist der Widerstandswert zwischen dem Anschluß 7 und einem Schaltpunkt X in Fig. 3 gleich R, so daß das Potential an dem Schaltpunkt X gemäß der Darstellung bei (e) in Fig. 4 in Übereinstimmung mit einer Funktion V = VC.(1-exp(-t/RC)) ansteigt. Unter der Annahme, daß die an dem Binärzähler 11 angelegten Taktsignale mit einer vorbestimmten Frequenz gemäß der Darstellung bei (a) in Fig. 4 eine Periode t_fi besitzen, wird nach Ablaufen der Einheitszeit t. nach dem Anlegen des Rücksetzsignals der Zählstand des Binärzählers 11 um "eins" weitergerückt, so daß der Ausgang Q. für die erste Stelle den Wert "1" annimmt, während die anderen Aus-

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gänge Q₂ bis Q₅ den Wert "O" annehmen. Folglich wird der Analogschalter 22a ausgeschaltet, während die Analogschalter 22b bis 22d eingeschaltet bleiben und der Analogschalter 24 gleichfalls ausgeschaltet bleibt, was zur Folge hat, daß der Widerstandswert zwischen dem Anschluß 7 und dem Schaltpunkt X zu 2R wird. Auf diese Weise beginnt das Potential an dem Schaltpunkt X nach Ablauf der Zeit t„ gemäß der Darstellung bei (e) in Fig. 4 mit einer Zeitkonstante 2RC anzusteigen. Danach wird jedesmal mit dem Ablauf der Einheitszeit t„ die Zeitkonstante der RC-Ladeschaltung 2 in Proportion mit der abgelaufenen Zeit erhöht, wobei die Zeitkonstante von RC auf 2RC, 3RC, ... 16RC ansteigt. Auf diese Weise besteht gemäß der Darstellung bei (e) in Fig. 4 die an dem Schaltpunkt X erzeugte Spannungskurvenform aus 16 miteinander verbundenen Ladekurven mit unterschiedlichen Zeitkonstanten, wobei es offensichtlich ist, daß gemäß vorstehender Beschreibung diese Spannungskurvenform näherungsweise die Knicklinienannäherung an die logarithmische Funktion realisiert, die in Fig. 1 durch die gestrichelten Linien dargestellt ist.

Danach nehmen nach Ablaufen von 16 Zeitperioden t_Q nach dem Rücksetzsignal alle Ausgänge Q. bis Q₄ des Binärzählers 11 den Wert "0" an, während gemäß der Darstellung bei (c) in Fig. 4 der Ausgang Q₅ für die fünfte Stelle den Wert "1" annimmt . Folglich werden die Analogschalter 22a bis 22d und 24 alle eingeschaltet und die in dem Kondensator 23 gespeicherte

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Ladung entladen, wodurch das Potential an dem Schaltpunkt X gemäß der Darstellung bei (e) in Fig. 4 augenblicklich auf 0-VoIt abfällt. Wenn danach weitere vier Taktsignale an den Binärzähler 11 angelegt werden, nimmt der Ausgang Q_ für die dritte Stelle des Binärzählers 11, der bei (b) in Fig. 4 gezeigt ist, den Wert "1" an und das Ausgangssignal des NAND-glieds 13 geht auf "0". Das Ausgangssignal des NAND-Glieds 13 wird mittels des Inverters 14 invertiert, um eine Taktperiode oder Einheitszeit t„ verzögert und dann an den Rücksetzanschluß R des Binärzählers 11 angelegt. Wenn dies eintritt, wird der Binärzähler 11 rückgesetzt, wobei alle Ausgänge Q₁ bis Q_ auf "0" gelöscht werden und die ursprünglichen Bedingungen wieder hergestellt werden, so daß die RC-Ladeschaltung 2 erneut den Ladevorgang mit den Zeitkonstanten RC, 2RC, 3RC usw. beginnt. Beim Ausführungsbeispiel ist der Inverter 16 an den Takteingangsanschluß CL des Binärzählers 11 angeschlossen, um die Phasenbeziehung zwischen dem Binärzähler 11 und dem D-Flipflop 15 einzustellen, da der Binärzähler 11 die angelegten Taktsignale an deren abfallenden Flanken zählt, während das D-Flipflop 15 seinen Zustand im Ansprechen auf die ansteigenden Flanken der Taktsignale ändert.

Der Schaltpunkt X ist ferner an den nichtinvertierenden Eingang des Vergleichers 3 angeschlossen, der die Spannung an den Schaltpunkt X mit der Vorexnstellspannung oder Sollspannung

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V. vergleicht, die an den invertierenden Ausgang des Vergleichers angelegt ist. Da der Ausgang des Vergleichers 3 an einen Rücksetzanschluß R des R-S-Flipflops 4 und der Ausgang des Inverters 14 an einen Setzeingangsanschluß S des R-S-Flipflops 4 angeschlossen sind, wechselt der Ausgang des Inverters 14 auf "1", wenn der Zählwert des Binärzählers 11 den Wert "2 0" erreicht, so daß der Ausgang Q₃ für die dritte Stelle und der Ausgang Q_g für die fünfte Stelle zu "1" werden, und das R-S-Flipflop 4 wird gesetzt, so daß dessen Q-Ausgangssignal gemäß der Darstellung bei (f) in Fig. 4 auf "1" übergeht. Wenn dann die Spannung an dem Schaltpunkt X ansteigt und höher als die an dem invertierenden Eingang des Vergleichers 3 angelegte Voreinstellspannung V. wird, wechselt das Ausgangssignal des Vergleichers 3 von "0" auf "1". Als.Folge wird das R-S-Flipflop 4 rückgesetzt und sein Q-Ausgangssignal geht auf "0" über, wodurch die bei (f) in Fig. gezeigte Impulsbreite erzeugt wird. Das Q-Ausgangssignal des R-S-Flipflops 4 und das Ausgangssignal des Inverters 14 werden an das UND-Glied 5 so angelegt, daß die zeitliche Breite t_Q des Stellimpulses von der bei (f) in Fig. 4 gezeigten Impulsbreite abgezogen wird und an dem Ausgang des UND-Glieds 5 der bei (g) in Fig. 4 gezeigte Impuls mit der Impulsbreite T_ erzeugt wird. In diesem Falle ist es offensichtlich, daß eine die Gleichung V. = k . log t_n (wobei k eine Konstante ist) annähernde Beziehung zwischen der zeitlichen Breite t„ und der Voreinstellspannung V. besteht. Das R-S-Flipflop 4 dient dazu, das Auftreten einer Flattererscheinung bei dem Ausgangssignal des Vergleichers 3 aufgrund der Einwirkung der Erfassungsgenauigkeit

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oder der Ansprecheigenschaften des Vergleichers 3 zu verhindern. D.h., wenn einmal ein Wert "1" an den Rücksetzeingang R des R-S-Flipflops 4 angelegt wurde, der dessen Q-Ausgangssignal auf "0" ändert, bleibt das Q-Ausgangssignal in demselben Zustand, bis ein Wert "1" an den Setzeingang S angelegt wird, so daß auf diese Weise irgendein bei dem Ausgangssignal des Vergleichers 3 erzeugtes "Flattern" oder "Prellen" beseitigt wird.

Während bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die Ladezeitkonstante für jedes Intervall in Proportion zu der Zeit t vergrößert wird, ist aufgrund der Tatsache, daß ein Spannungsanstieg V _₁ zu dem Ende des vorhergehenden Intervalls als eine anfängliche Ladung addiert wird, ein Potential V an dem Schaltpunkt X für das n-t Intervall durch die folgende Gleichung gegeben:

-V_n-1 ).p-exp(-t/nRc]]+V_n-1

^Vn =

Eine Modifizierung der vorstehenden Gleichung ergibt: dV /dt = (V -V_-1). exp(-t/nRC)/nRC

Xl C IT ~* I

Daher ist die Tangenten-Steigung nicht länger ungekehrt proportional zu der Zeit und die Steigungen weichen allmählich von der durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 gezeigten Knicklinie ab. Es wurde jedoch ermittelt, daß bei Wahl der Frequenz der

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Takt-Signale und der Konstantspannung V zu 4 096 Hz bzw. 6 V mit einer vorgeschriebenen Zeitkonstante die sich ergebenden Annäherungsfehler in bezug auf die errechneten Werte in einem Bereich von 200 μ sec.<C t_<C^3,5 m see. kleiner als -3 % werden, was es ermöglicht, eine logarithmische Funktionsspannung mit einer Zeitdauer als Variable mit ausreichend hoher Genauigkeit zu erzeugen und sie praktisch zu verwenden. Wenn ferner die Taktsignalfrequenz erhöht wird, kann die erwünschte Annäherungsgenauigkeit selbst dann erreicht werden, wenn die vorbestimmte Zeitkonstante vermindert wird, während die gleiche Annäherungsgenauigkeit dadurch erzielt werden kann, daß die Frequenz und die Zeitkonstante in entgegengesetzter Weise eingestellt werden. Weiterhin ist es auch möglich, die vorstehend genannten Abweichungen' mit dem Ablauf der Zeit so zu korrigieren, daß die erwünschte Annäherungsgenauigkeit über einen breiten Bereich von Intervallen sichergestellt ist.

Bei dem System sind diejenigen Elemente, die eine Schwierigkeit hinsichtlich der Ungleichförmigkeit der Eigenschaften oder eine Schwierigkeit hinsichtlich der Temperatureigenschaften ergeben , lediglich die Widerstände 21a bis 21e und der Kondensator 23, die die RC-Ladeschaltung 2 bilden. Es sind jedoch gewöhnliche Widerstände wie Metallfilmwiderstände erhältlich, die stabil und außerordentlich genau mit einer Abweichung von ungefähr -1% und einem Temperaturkoeffizienten von

- 50 ppm/ C sind. Es sind auch gewöhnliche Kondensatoren wie beispielsweise keramische Kondensatoren und Polyesterfilm-

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kondensatoren erhältlich, deren Temperaturkoeffizienten nahezu Null sind. Ferner ist die Ungleichförmigkeit bei der Kapazität der Kondensatoren gleicher Art in der Konstante k der
logarithmischen Funktion V = k . log t inbegriffen und auf einfache Weise einstellbar. Auf diese Weise ist es möglich, ein
stabiles und sehr genaues logarithmisches Funktionsgeneratorsystem zu schaffen, bei dem Abweichungen bei den Eigenschaften der Elemente vermindert sind oder die Auswirkungen der Temperatureigenschaften vermindert sind.

Während die Analogschalter 22a bis 22d zur Änderung
der Zeitkonstante der RC-Ladeschaltung 2 gesteuert sind, kann diese Steuerung ferner mit dem Binärzähler 11 und den Invertern 12a bis 12d allein bewerkstelligt werden, was den Schaltungsaufbau beträchtlich vereinfacht. Da auf einfache Weise ein Impuls mit der zeitlichen Breite t_Q erzeugt werden kann, ist es ferner auch möglich, auf einfache Weise die der Ausgangsimpulsbreite t proportionale Anzahl von Takt impulsen über einen Arbeitsvorgang zu erhalten, durch den die Anzahl der während der zeitlichen Breite t angelegten Taktsignale gezählt wird, und daher das System solchen Funktionen anzupassen, wie sie mittels Analog-Digital-Umsetzern behandelt werden.

Während ferner bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel· die erwünschte iogarithmische Funktionsspannung mitteis 16 RC-Ladekurven mit unterschiedlichen Zeitkonstanten angenähert wird, ist es möglich, durch Erhöhung der

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Anzahl von Binärstellen in dem Binärzähler 11 und Zufügen einer gewünschten Anzahl von Analogschaltern und Widerständen zu den Analogschaltern 22a bis 22d und den Widerständen 21a bis 21e die erwünschte logarithmische Funktionsspannung mit erhöhter Genauigkeit mittels einer Knicklinie anzunähern, die eine größere Anzahl von Segmenten enthält.

Ferner kann durch Erden des Schaltpunkts X, Einfügen des Analogschalters 24 zwischen den Konstantspannungs-Eingangsanschluß 7 und den Widerstand 21a und Verbinden des Verbindungspunkts des Analogschalters 24 und des Widerstands 21a über den Kondensator 23 mit Erde das Potential an dem Verbindungspunkt des Analogschalters 24, des Widerstands 21a und des Kondensators 23 als eine Spannung, die logarithmisch als eine Variable der Zeit abfällt, oder als Annäherungskurve V = -k . log t erhalten werden (k ist eine Konstante)..

Während ferner die RC-Ladeschaltung 2 zur Veränderung ihrer Zeitkonstante durch Verändern des Widerstandswerts ausgelegt ist, ist es möglich, diese so anzuordnen, daß eine Mehrzahl von Kondensatoren auf ähnliche Weise mit Hilfe von Analogschaltern gesteuert wird, um so die Gesamtkapazität zu verändern und dadurch die Zeitkonstante zu ändern.

Weiterhin kann durch einen Aufbau in der Weise, daß jeder von nunabhängigen Widerständen oder Kondensatoren einzeln an einen von η Analogschaltern angeschlossen ist und jeder der

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Analogschalter mittels eines Zählers mit einem Teiler gesteuert wird, die Zeitkonstante für jedes Intervall mit Hilfe des einzelnen Widerstands oder Kondensators bestimmt werden, so daß es daher möglich ist, durch genaues Einstellen der Widerstandswerte oder Kapazitätswerte mit größerer Genauigkeit die erwünscnte logarithmische Funktionsspannung mit einer Zeit als Variable zu erzeugen. Ferner kann im Rahmen der Erfindung genauso die Widerstands-Kondensator-(RC)-Zeitkonstantenschaltung durch eine Widerstands-Induktivität-(RL)-Zeitkonstantenschaltung ersetzt werden.

Mit der Erfindung ist ein System zur Erzeugung einer logarithmischen Funktion geschaffen, das ein Ausgangssignal erzeugt, welches eine logarithmische Funktionsbeziehung zu dem Eingangssignal einhält. Die Zeitkonstante RC einer Widerstands-Kondensator-Schaltung wird für jede abgelaufene Zeiteinheit in Proportion mit der Zeiteinheit erhöht, um eine die logarithmische Funktion annähernde Knicklinie zu erzeugen. Mit seinem einfachen Schaltungsaufbau, der keine Elemente verwendet, deren Eigenschaften sich mit Umgebungstemperaturänderungen verändern oder die Abweichungen bei den Eigenschaften zwischen den Elementen gleicher Art aufzuweisen pflegen, ist das System dafür geeignet, das erwünschte logarithmische Funktionsausgangssignal mit einem hohen Genauigkeitsgrad zu erzeugen.

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Claims

Patentansprüche

ι 1. System zur Erzeugung einer logarithmischen Funktion, gekennzeichnet durch eine Zeitkonstanten-Einstellschaltung (1) für das Zählen von Taktsignalen mit einer vorbestimmten Frequenz zur Erzeugung eines Einstellsignals, das sich stufenweise im Ansprechen auf jeden Ablauf einer Einheitszeit (t_Q) verändert, und eine an die Zeitkonstanten-Einstellschaltung angeschlossene Zeitkonstanten-Schaltung (2) mit einer sich im Ansprechen auf das Einstellsignal verändernden Zeitkonstante zum Erzeugen einer Spannung, die mit einem Ladungsanstieg aufgebaut ist, der sich stufenweise in Ansprechen auf die Veränderung der Zeitkonstante verändert, wobei die Spannung eine Knicklinienannäherung an eine logarithmische Funktion mit einer Zeit (t) als eine Variable ergibt.
2. System nach Anspruch !,gekennzeichnet durch eine Vergleichsschaltung (3,4, 5) zum Vergleichen der Spannung aus der Zeitkonstanten-Schaltung (2) mit einer Voreinstellschaltung (V.) zum Erzeugen eines Impulses mit einer zeitlichen Breite (t_Q), die in einer logarithmischen Beziehung zu der Voreinstellspannung steht.

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3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstanten-Schaltung (2) einen Satz miteinander in Reihe geschalteter Widerstände (21a bis 21e) für die Aufnahme einer vorbestimmten Spannung (V ) an einem Ende desselben, einen zwischen das andere Ende des Satzes der Widerstände und einen Masseanschluß geschalteten Kondensator (23) und eine auf das Einstellsignal aus der Zeitkonstanten-Einstellschaltung (1) ansprechende Schalteinrichtung (22a bis 22d) zum Steuern des Widerstandswerts des Satzes der Widerstände aufweist.
4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitkonstanten-Einstellschaltung (1) einen Zähler (11) zum Erzeugen des Einstellsignals aufweist, das aus einer Mehrzahl von Binärstellen besteht, daß die Zeitkonstanten-Schaltung (2) einen Satz von Widerständen (21a, 21b, 21c, 21d, 21e), der mit einer vorbestimmten Spannung (V ) gespeist ist und der einen sich im Ansprechen auf das Einstellsignal verändernden Widerstandswert besitzt, und einen Kondensator (23) aufweist, der an den Satz von Widerständen zum Speichern von Ladung angeschlossen ist, und daß eine über dem Kondensator aufgebaute Spannung eine Knicklinienannäherung an die logarithmische Funktion ergibt.

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5. System nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Rücksetzeinrichtung (13, 14, 15), die an den Zähler (11) zum Rücksetzen des Zählstandes des Zählers zu Intervallen einer vorbestimmten Zeitdauer angeschlossen ist.
6. System nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Entladungssteuereinrichtung (24), die an den Kondensator (23) und den Zähler (11) zur Steuerung der Entladung des Kondensators in Übereinstimmung mit dem Zählstand des Zählers angeschlossen ist.

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