DE2630913A1

DE2630913A1 - Analogrechner

Info

Publication number: DE2630913A1
Application number: DE2630913A
Authority: DE
Inventors: Edgar A Romo
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1975-07-24
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1977-02-10
Also published as: JPS5215244A; NL7608004A; US3965344A

Description

Deutsche ITT Industries GmbH E. Romo - 1

7 8 Freiburg, Hans-Bunte-Str.19 Pat.Go/Be

14. Juni 1976

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. B.

Analogrechner

Die Priorität der Anmeldung Nr. 598 783 vom 24. Juli 1975 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird beansprucht.

Die Erfindung beschäftigt sich mit Analogrechnern, insbesondere mit einer Vorrichtung zum Erzeugen einer Ausgangssignalgröße, die direkt proportional irgendeiner Wurzel einer Eingangssignalgröße ist. .

Bisher haben verschiedene gewöhnliche Funktxonsbildungskrexse eine Ausgangssignalgröße erzeugt, die eine veränderbare Eingangssignalgröße beispielsweise mit einem konstanten Exponenten oder einer Wurzel annäherten. Dazu ist ein Funkticnsbildungskreis mit einer vorgespannten Diode zu rechnen. Solche Funktxonsbildungskrexse sind teilweise zwischen unmittelbar benachbarten Paaren von bestimmten Punkten stetig. Bei einer Aufzeichnung der Kurve des Verlaufs der Ausgangssignalgröße gegen die Eingangssignalgröße ändert sich jedoch der Kurvenverlauf diesex* Funktxonsbildungskrexse plötzlich von einem konstanten Wert auf den anderen bei jedem der bestimmten Punkte. Es wäre jedoch als Vorteil einzuschätzen, wenn einfach anhand einer Nachprüfung irgendeiner

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Abhängigkeit einer Variablen mit einem Exponenten größer oder kleiner als eins der Verlauf der Funktion stetig ist und sich nicht abrupt ändert. Daher weisen die Methode der Verwendung einer vorgespannten Diode und andere punktweise Verfahren der Nachbildung einer Funktion einer Variablen mit konstantem Exponent große ihnen eigentümliche Fehler auf. Solche Fehler wurden bisher durch Erhöhung der Punktanzahl und damit verbundener Anzahl an Neigungsänderungen vermindert. Dieses Vorgehen hat aber ein außerordentlich großes Anwachsen des erforderlichen Schaltungsaufwandes zur Folge.

Die Erfindung betrifft einen Analogrechner, der auf ein Haupteingangssignal , welches direkt proportional einer ersten Funktion χ ist ι zur Gewinnung eines Hauptausgangssignals anspricht, welches direkt proportional einer zweiten Funktion χ ^v ist, wobei y eine dritte Funktion bedeutet.

Aufgabe der Erfindung ist, den Schaltungsaufwand für einen Analogrechner mit stetigem Verlauf der Abhängigkeit des Hauptausgangssignals vom Haupteingangssignal über einen größeren Bereich zu ■ gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des anliegenden Anspruchs 1 angegebene Ausbildung eines Analogrechners gelöst.

Die Haupeingangssignalgröße kann wahlweise direkt proportional χ sein, wobei χ eine Konstante oder eine Variable ist. Für den Wert χ wird die Hauptausgangssignalgröße in der im folgenden beschriebenen Weise auf den Wert x" getrieben, wobei χ und y Konstanten oder Variablen in irgendeiner Kombination bedeuten.

Die Ausgangssignalgröße des ersten Funktionsbildungskreises ist direkt proportional - log x, falls die Haupteingangssignalgröße · direkt proportional χ ist.

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Die Ausgangssignalgröße des zweiten Funktionsbildungskreises ist dann direkt proportional dem Logarithmus der Hautausgangssignalgröße, wenn die Hauteingangssignalgröße direkt proportional χ ist.

Im Falle der Haupteingangssignalgröße χ beispielsweise treibt, ein Ausgangsschaltkreis die Hauptausgangssignalgröße auf einen solchen Wert, bis die Ausgangssignalgrößen beider Funktionsbildungskreise einander gleich sind. Dies ..bewirkt, daß die Hauptausgangssignalgröße direkt proportional x^ ist.

Die Konstante oder Variable y. kann größer oder kleiner als eins sein.

Die Merkmale und Vorteile des Analogrechners nach der Erfindung werden im folgenden anhand der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel betreffenden Zeichnung erläutert,

deren Fig. 1 das Blockschaltbild des Analogrechners nach der Erfindung,

deren Fig. 2 das Prinzipschaltbild des ersten Funktionsbildungskreises der Fig. 1,

deren Fig. 3 das Prinzipschaltbild des zweiten Funktionsbildungskreises der Fig. 1 und

deren Fig. 4 das Prinzipschaltbild des in Fig. 1 erwähnten Ausgangsschaltkreises zeigen.

Ausführungsbeispiel

Gemäß der Fig. 1 ist der Ausgang eines ersten Funktionsbildungskreises A und der Ausgang eines zweiten Funktionsbildungskreises. B

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-A-

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mit entsprechenden Eingängen des Ausgangsschaltkreises C verbunden. Das Blockschaltbild der Fig. 1 betrifft einen Analogrechner mit der Ausgangsleitung 10. Der Leiter 11 bildet mit der Ausgangsleitung 10 den Schaltungspunkt 12, der am Ausgang des Ausgangsschaltkreises C liegt. Der zweite Funktionsbildungskreis B erhält sein Eingangssignal über den Leiter 11. Das Eingangssignal zum Betrieb des ersten Funktionsbildungskreises A ist das an den Rechner angelegte Eingangssignal.- Dieses Eingangssignal ist ein Haupteingangssignal, deren Größe direkt proportional einer Konstanten oder Variablen χ ist. Die Ausgangssignalgröße des..ersten Funktionsbildungskreises A ist direkt proportional Y log x , wobei y. über die Einstellung des Abgriffs auf der Wicklung eines Potentiometers eingestellt werden kann, wie noch zu beschreiben ist, ist dann aber in erster Linie "einstellbar" was unterschiedlich zu "verändert" ist. Ungeachtet dessen kann y veränderbar sein. Das Potentiometer kann über einen nicht dargestellten Servoantrieb betätigt werden.

Wie die Fig. 2 veranschaulicht, liegt das Eingangssignal χ des ersten Funktionbildungskreises A an einem logarithmischen Verstärker 50 mit einem Ausgang 49. Der logarithmische Verstärker weist die Eingangsleitung 51 auf. Der logarithmische Verstärker enthält eine Diode 52 mit der Anode 53 und der Kathode 54. Der logarithmische Verstärker 50 weist außerdem einen Potentiometer mit einer Wicklung 56 auf, die im Nebenschluß zur Diode 52 liegt. Das Potentiometer 55 hat den Kontaktarm 57. Die Wicklung 56 weist eine obere Zuleitung 58, die mit dem unteren Anschlußleiter 60 des Widerstandes 61 den Schaltungspunkt 59 bildet, mit dem der obere Ansählußleiter 62 von der Anode 53 der Diode 62 her verbunden ist.

Ähnlich weist das untere Ende der Potentiometerwicklung 56 einen Leiter 62 auf, der mit dem Leiter 64 der Diodenkathode 54 und einem oberen Anschlußleiter 65 des Widerstandes 66 den Verbindüngspunkt 6 3 bildet. Am unteren Ende des Widerstandes 66 liegt das Potential V2. Der·logarithmische Verstärker 50 ent-

. &09886/0315 _₅-

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hält einen Differenzverstärker 67 mit einer nichtinvertierenden Zuleitung 68, die mit den oberen Anschlußleitungen 70 und 71 der Widerstände 72 und 73 am Schaltungspunkt 69 liegt . Das untere Ende des Widerstandes 72 liegt an Masse, während das untere Ende des Widerstandes 73 mit dem Kontaktarm 57 des Potentiometers kontaktiert ist.

Der Differenzverstärker 67 weist außerdem die invertierende Zur leitung 74 auf, die mit einer Rückkopplungsleitung 76 und dem Leiter 77 den Verbindungspunkt 75 bilden. Zwischen der Eingangsleitung 51 des logarithmischen Verstärkers 50 und dem Leiter liegt der Widerstand 78.

Die Rückkopplungsleitung 76 bildet mit der Leitung 80 und der Leitung 81 den Schaltungspunkt 79. Ferner ist eine Kapazität und ein Widerstand 83 vorgesehen. In der genannten Reihenfolge verbinden die Kapazität 82 und der Widerstand 83 in Reihe den Schaltungspunkt 79 mit dem Verbindungspunkt 84, der von einer Leitung 85 vom rechten Ende des Widerstandes 83 her, einem mit dem rechten Ende des Widerstandes 87 verbundenen Leiter 86 und einer mit dem Verbindungspunkt 89 verbundenen Leitung 88 gebildet wird.

Ferner sind die Transistoren 90 und 91 vorgesehen. Der Transistor 90 besitzt den Kollektor 92, den Emitter 93 und die Basis 94, während der Transistor 91 den Kollektor 95, den E .-mitter 96 und die Basis 9 7 aufweist. Die Emitter 9 3 und 9 6 sind über Zuleitungen 9 8 und 99 mit der Leitung 88 · unter Bildung des Verbindungspunktes 89 verbunden. Der Schaltungspunkt 100 wird von der Ausgangsleitung 102 des Differenzverstärkers 67, vom linken Leiter 103 des Widerstandes 87 und von der oberen Zuleitung 104 des Widerstandes 105 gebildet. Vom Schaltungspunkt 100 her zum Schaltungspunkt 101 liegen nacheinander in Reihe der Widerstand 105 und der Kondensator 106. Der Schaltungspunkt der an Masse liegt, wird von einer unteren Zuleitung 107 des

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Kondensators 106, einer Masseleitung 108 und einem mit der Transistorbasis 94 verbundenen Leitung 109 gebildet.Zwischen den Schaltungspunkten 111 und 112 liegt die Leitung 110, während der Schaltungspunkt 111 mit der Transistorbasis 97 verbunden ist. Der Ausgang 49 des logarithmischen Verstärkers 50 liegt am Schaltungspunkt 111, während der Transistorkollektor 95 mit dem Schaltungspunkt 112 verbunden ist.Ein Widerstand 113 verbindet den Schaltungspunkt 112 mit einem Schaltungspunkt 114. Der Schaltungspunkt 114 erhält das Potential V3 über den Widerstand 115.und ist mit Masse über die Zehnerdiode 116 verbunden.

Der Spannungsteiler 14 gemäß der Fig. 2 weist die Eingangsleitung 22" auf _f die mit dem Ausgang 49 des logarithmischen Verstärkers 50 verbunden ist. Beim Potentiometer 13 handelt es sich um das bereits erwähnte Potentiometer, welches die Größe von y bestimmt. Während das untere Ende der Wicklung 15 des Potentiometers 13 an Masse liegt, liegt das obere Ende am Verbindungspunkt 20 der Leiter 17, 18 und 19. Der Kontaktarm 21 des Potentiometers 13 ist mit dem Leiter 17 verbunden. Der Spannungsteiler 14 weist die Eingangsleitung 22 und die Ausgangsleitung 23 auf. Die Ausgangsleitung 23 bildet mit den Leitungen 25 und 26 die Verbindung 24, während der Leiter 2 7 mit den Leitungen 29 und 30 den Verbindungspunkt 28 aufweist . Zwischen der Eingangsleitung 22 und der Leitung 25 liegt ein Widerstand 31, während zwischen den Leitungen und 29 ein Widerstand 32 eingefügt ist. Ein weiterer Widerstand liegt zwischen der Leitung 30 und dem Leiter 19. Zwischen dem Leiter 27 und 18 ist der Widerstand 34 eingefügt. Der Spannungsteiler 14 kann in herkömmlicher Weise ausgeführt werden.

Die Fig. 3 zeigt den zweiten Funktionsbildungskreis B. Falls es erwünscht ist, können sowohl der Funktionsbildungskreis A als auch der logarithmische Verstärker 50 gänzlich in herkömmlicher Weise ausgeführte logarithmische Verstärker sein. Gleiches gilt für den logarithmischen Verstärker der Fig. 3. Der Funktionsbildungskreis B gemäß der Fig. 3 zeigt die Eingangsleitung 117 und Schaltungspunkte 118, 119, 120, 121. 122, 123, 124 und 125.

βδδ/031§

ZÖJU3 fό -Ι Έ,. Romo - 1

Zwischen der Eingangsleitung 117 und dem Schaltungspunkt 118 liegt der Widerstand 126. Die Schaltungspunkte 118 und 119 sind zusammen an den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers gelegt. Der Widerstand 128 verbindet den nichtinvertierenden Eingang 129 des Verstärkers 127 mit Masse. Vom Schaltungspunkt 119 aus gesehen liegen zwischen den Schaltungspunkten 119 und 121 in Reihe der Kondensator 130 und der Widerstand 131. Der Widerstand 132 verbindet die Schaltungspunkte 120 und 121. Der Ausgang des Verstärkers 127 liegt am Schaltungspunkt 120. In der genannten Reihefolge sind zwischen den Schaltungspunkten 120 und 122 in Reihe der Widerstand 133 und der Kondensator 134 geschaltet. Der Schaltungspunkt 122 liegt gleichfalls an Masse. Die Transistoren 135 und 136 einschließlich des darunter gezeigten Netzwerkes 138 sind identisch", mit dem Transistoren 90 und 91 einschließlich des darunter dargestellten Netzwerkes in Fig. 2. Deren Verbindungen sind ebenfalls identisch. Das gleiche wird daher nicht im Einzelnen näher beschrieben. Der Transistor weist den Kollektor 139 auf_r der am Schaltungspunkt 119 liegt. Der gemeinsame Schaltungspunkt 140 der Transistöremitter wird über eine Leitung 141 mit dem Schaltungspunkt 121 verbunden, während die Basis 142 des Transistors 135 am Schaltungspunkt 122 liegt. Der Funktionsbildungskreis B weist die Ausgangsleitung 143 auf.

Der Ausgangsschaltkreis C gemäß der Fig. 4 weist den Eingangsleiter 35 auf,der mit dem Leiter 37 und dem Leiter 38 am Schaltungspunkt 36 verbunden ist. Der Ausgangsschaltkreis C weist ferner einen zweiten Eingang 39 auf,der am gemeinsamen Schal- · tungspunkt 40 der Leiter 41 und 42 liegt. Vom Leiter 37 aus gesehen sind zwischen dem Leiter 37 und dem Leiter 42 der Widerstand 43 und die Kapazität 44 geschaltet. Der Leiter 38 ist mit dem invertierenden Eingang des hochverstärkenden (Verstärkungsfaktor beispielsweise 1OO OOO bis 50.0 000) Verstärkers 45 verbunden. Der Leiter 41 liegt am nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 45. Der Ausgang 46 des Verstärkers 45 ist mit dem Ausgangsleiter 48 am Schaltungspunkt 47 verbunden.

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Der erste Eingangsleiter des Ausgangsschaltkreises C gemäß der Fig. 4 wird mit dem Ausgang des ersten Funktionsbildungskreises A gemäß der Fig. 1 verbunden. Der zweite Eingang 39 des Ausgangsschaltkreises C gemäß der Fig. 4 liegt am Ausgang des zweiten Funktionsbildungskreises B der Fig. 1.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 45 ist als Hauptausgangssignal unmittelbar proportional x^ . Das Ausgangssignal, dessen Größe direkt proportional χΥ ist, liegt am Ausgang 46 des Rechners gemäß der Fig. 1.

Bedienung

Bei der Handhabung der Ausführungsform gemäß der Fig. 1 kann die Größe y durch Einstellung der Lage des Kontaktarms 21 auf dem Potentiometer 13 eingegeben werden. Das Ausgangssignal des ersten Funktionsbildungskreises A, welches somit in den Ausgangsschaltkreis C eingegeben wird _f beträgt - log x.

Als Ausgangsschaltkreis C gemäß der Fig. 4 kann auch ein herkömmlicher Differenzverstärker verwendet werden. Auf jeden Fall sollte er eine Verstärkung von etwa 100 OOO bis 500 000 aufweisen. Somit wird er das Eingangssignal des zweiten Funktionsbildungskreises B auf einen solchen Wert treibenj bis das Eingangssignal auf den zweiten Eingang 39 der Fig. 4 vom Ausgang des zweiten Funktionsbildungskreises B gleich ist dem Potential auf dem invertierenden Eingangleiter 38 des Differenzverstärkers 45 gemäß der Fig.4. Der Unterschied wird aufgrund der .großen Verstärkung des Verstärkers 4 5 unbedeutend sein. In diesem Falle wird das Ausgangssignal des zweiten Funktionsbildungskreises B log xY betragen. Ist somit durch den vorstehenden Ausdruck das Ausgangssignal des zweiten Funktionsbildungskreises B gegeben, so muß die Ausgangssignalgröße des Ausgangsschaltkreises C direkt proportional dem Antilogarithmus der Ausgangssignalgröße des

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zweiten Funktionsbildungskreises B sein. Das Ausgangssignal des Ausgangsschaltkreises C liegt dann an seiner Ausgangsleitung 10 an, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Die Ausgangssignalgröße des Ausgangsschaltkreises C beträgt dann χ .

Im folgenden sind typische Bauelementbemessungswerte - für die Figuren 2, 3 und 4 angegeben; diese Werte sind jedoch in keiner Weise kritisch. ".■ ■

Kondensator	44	31
Kondensator	82	32
Kondensator	106	43
Kondensator	130	61
Kondensator	134	66
Diode 52		72
Diode 116		78
Potentiometer 13	83
Potentiometer 55	87
Potentiometer 113''	105
Widerstand	113
Widerstand	113'
Widerstand	115
Widerstand	115'
Widerstand	126
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand
Widerstand

0,0068 UF
0,03 UF
0,33 UF
0,03 UF
0,33 UF
1N914
1N4566
10,000 ohm

1,000 ohm 10,000 ohm 20,000 ohm 15.000 ohm 9.090 ohm

20,000 ohm 20,000 ohm

499 ohm

10,000 ohm

499 ohm

1 ,000 ohm

301 ohm

90,9OO ohm 6 6 ,500 ohm 3,0TO ohm

3,010 ohm 10,0OO ohm

- ,1:0 -

zoouij to

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Widerstand 128 499 ohm

Widerstand 131 499 ohm

Widerstand 132 1jOOO ohm

Widerstand 133 301 ohm

Transistorpaar 90 und 91 TD100

Transistorpaar 135 und 136 TD100

Es kann sowohl χ als auch y veränderlich sein, χ kann konstant bleiben und y veränderlich, χ kann veränderlich und y kann konstant vorgegeben werden, oder es können sowohl χ als auch y konstant bleiben. ;·

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel kann als Rechner bezeichnet werden, dessen Haupteingangssignal direkt proportional χ ist. Die veränderliche χ kann als "erste Funktion" bezeichnet werden. Der Rechner nach der Erfindung ist zur Erzeugung eines Hauptausgangssignal einer Größe vorgesehen, die direkt proportional χΫ ist. Der Ausdruck y kann als "dritte Funktion" bezeichnet werden.

Der erste Funktionsbildungskreis A kann als Funktionsbildungskreis der "ersten Funktion" aufgefaßt werden.

Zusammenfassung

Beim Gegenstand der Erfindung handelt es sich um einen Analogrechner zum Ableiten jeder beliebigen Wurzel irgendeiner Eingangsvariablen direkt proportional zum Eingangssignal. Ein zweites Signal, welches direkt proportional dem Logarithmus der Variablen ist.wird entsprechend der gewählten Wurzel geteilt. Der Quotient wird dann mittels eines Ausgangsschaltkreises mit einem dritten Signal verglichen, welches direkt proportional einem anderen Logarithmus ist, der als Logarithmus' einer zweiten Variablen wiederum direkt proportional dem Ausgangssignal ist. Der genannte

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

M. Analogrechner, der auf ein Haupteingangssignal, welches direkt proportional einer ersten Funktion χ ist, zur Gewinnung eines Hauptausgangssignals anspricht, welches direkt proportional einer zweiten Funktion xY ist, wobei y eine dritte Funktion bedeutet, gekennzeichnet

durch einen ersten Funktionsbildungskreis (A), an dessem Ausgang ein erstes Ausgangssignal liegt, das unmi

ist,

unmittelbar proportional - log χ des Eingangssignal χ

durch einen Ausgangsschaltkreis (C) mit zwei Eingängen und einem Ausgang, an dem ein zweites Ausgangssignal abgegriffen wird,

durch einen zweiten Funktionsbildungskreis (B) , dessen Eingang mit dem Ausgang des Ausgangsschaltkreises (C) und dessen Ausgang, an dem ein drittes Ausgangssignal liegt, welches direkt proportional dem Logarithmus der gleichen Basis wie der des Ausgangssignal des ersten Funktionsbildungskreises (A) ist, mit dem zweiten Eingang des Ausgangsschaltkreises (C) verbunden sind, während der erste Eingang am Ausgang des ersten Funktionsbildungskreises (A) liegt, und

durch einen derart ausgelegten Ausgangsschaltkreis (C), daß das zweite Ausgangssignal auf einen Wert getrieben wird, so daß die Größe des dritten Ausgangssignals gleich der des ersten Ausgangssignals wird, wobei die Größe des dritten Ausgangssignals gleich der Größe: des Haupteingangssignals ist.

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E- Romo -1 2. Analogrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Funktionsbildungskreis (A) einen logarithmischen Verstärker (67) enthält, an dessen Eingang das Haupteingangssignal liegt,

daß zwischen dem Ausgang des logarithmischen Verstärkers (67) und dem invertierenden Eingang (D) eines Differenzverstärkers (45) im Ausgangsschaltkreis (C) ein Spannungsteiler (14) geschaltet ist und

daß zwischen dem Ausgang des Ausgangsschaltkreises (C) und dem nichtinvertierenden Eingang (D) des Differenzverstärkers (45) ein zweiter Funktionsbildungskreis (B) geschaltet ist, der einen logarithmischen Verstärker (127) enthält, dessen Eingang mit dem Eingang und dessen Ausgang mit dem Ausgang des zweiten Funktionsbildungskreises (B) verbunden sind.

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