DE2741436B2

DE2741436B2 - Circuit arrangement with an inverting amplifier

Info

Publication number: DE2741436B2
Application number: DE19772741436
Authority: DE
Inventors: Georg 8540 Schwabach Koegler; Karl 8500 Nuernberg Schalk
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-09-14
Filing date: 1977-09-14
Publication date: 1979-07-12
Also published as: DE2741436A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung mit einem invertierenden Verstärker zum Invertieren einer analogen elektrischen Größe in vorgegebenen Zeilintervallen.The invention relates to a circuit arrangement with an inverting amplifier for inverting a analog electrical quantity in predefined line intervals.

In der analogen Schaltungstechnik wird häufig gefordert, bestimmte elektrische Größen zeitabhängig invertiert und nichtinvertiert zu bilden. Beispielsweise soll aus einer in F i g. 1 abgebildeten Kurve einer Sinusfunktion eine in Fig.2 dargestellte Regelkurve gebildet werden, die man beispielsweise für Positionierungsantriebe benötigt. Hierbei soll die Regelung auf die Nulldurchgänge dieser Funktionskurve erfolgen. Da bei der in F i g. 1 dargestellten sinusförmigen Kurve diese bei« = 0°,360° usw. ansteigend und bei« = 180°, 540° usw. fallend ist, muß für eine stabile Regelung die Regelkurve zwischen « = 90° und λ = 270° invertiert werden. Dies wird bei einer Antriebsanordnung nach der DE-PS 22 17 383 in der Weise gemacht, daß das in F i g. 1 dargestellte Eingangssignal U · sin« einmal unmittelbar und einmal über einen Inverter mittelbar einem Umschalter zugeführt wird, so daß durch Betätigen dieses Umschalters einmal das invertierte Signal oder das nichtinvertierte Signal durchschaltb ar ist.In analog circuit technology, it is often required that certain electrical quantities are time-dependent inverted and non-inverted to form. For example, from one in FIG. 1 curve of a Sinus function a control curve shown in Fig. 2 can be formed, which is required for positioning drives, for example. The regulation is intended to apply to the Zero crossings of this function curve take place. Since the in F i g. 1 sinusoidal curve shown this at «= 0 °, 360 ° etc. increasing and at« = 180 °, 540 ° etc. is falling, the control curve between λ = 90 ° and λ = 270 ° must be inverted for stable regulation will. This is done in a drive arrangement according to DE-PS 22 17 383 in such a way that the in F i g. 1 input signal U · sin «once is fed directly and once indirectly to a changeover switch via an inverter, so that through Actuate this switch once to switch the inverted signal or the non-inverted signal through is.

F i g. 3 zeigt eine entsprechende Schaltung, wobei an einem Eingang E das in F i g. 1 dargestellte Signal angelegt wird. Mit Vl ist der invertierende Verstärker bezeichnet, an dessen Ausgang das invertierte Signal einem Umschalter S1 zugeführt wird. In der in F i g. 3 dargestellten Schaltstellung des Umschalters Si ist einem nachgeschalteten Summierverstärker V2 die nichtinvertierte Eingangsgröße zugeführt. Die Widerstände R gleicher Größe dienen zur Umwandlung der Eingangsspäiinungen in Strome. Arn Ausgang A kann also bei entsprechender Steuerung des Umschalters .!> 1F i g. FIG. 3 shows a corresponding circuit, the input E shown in FIG. 1 signal is applied. Vl denotes the inverting amplifier, at the output of which the inverted signal is fed to a changeover switch S1. In the in F i g. 3, the switching position of the switch Si shown is fed to a downstream summing amplifier V2, the non-inverted input variable. The resistors R of the same size are used to convert the input voltages into currents. With the appropriate control of the changeover switch, output A can be.!> 1 die in F i g. 2 dargestellte Positionsregelkurve abgenommen werden. Wie mit gestrichelten Linien angedeutet muß gemäß Fig. 1 und 2 der Umschalter Sl in die untere Stellung gebracht werden, damit das invertierte Signal am Ausgang A des Summierverstärkers V2 entsteht Nach 270° wird der Umschalter Sl wieder in die in F i g. 3 dargestellte Stellung umgelegt, in der das nichtinvertierte Signal am Ausgang A des Summierverstärkers V2 entsteht Zur Steuerung des Umschalters S1 können beispielsweise die Nulldurchgänge einer der F i g. 1 entsprechenden Kosinus-Funktion verwendet werden, die zur Ansteuerung des Schalters S1 dann in Rechtecksignale umgeformt wird. Dies ist in der Zeichnung nicht dargestelltthe in F i g. 2 position control curve shown can be removed. As indicated by dashed lines, according to FIGS. 1 and 2, the switch S1 must be moved to the lower position so that the inverted signal is produced at the output A of the summing amplifier V2 . 3, in which the non-inverted signal arises at the output A of the summing amplifier V2. To control the switch S1, for example, the zero crossings of one of the FIGS. 1 corresponding cosine function can be used, which is then converted into square-wave signals to control switch S1. This is not shown in the drawing

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung, wie sie beispielsweise in Fig.3 dargestellt ist zu vereinfachen. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst daß ein Analogverstärker verwendet ist der so beschaltet ist daß er sowohl invertierend als auch nichtinvertierend arbeiten kann. Das kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß auch dem nichtinvertierenden Eingang des als invertierend geschalteten Analogverstärkers die Eingangsgröße über einen gleich bemessenen Widerstand zugeführt wird und der nichtinvertierte Eingang über einen vorzugsweise kontaktlosen Schalter an Masse gelegt wird, wann das Eingangssignal invertiert werden soll. Der in Fig.3 dargestellte Umschalter Sl kann also durch einen einfachen Schalter ersetzt werden, was den Schaltungsaufwand vermindert da im allgemeinen die Schalter durch Halbleiterbauelemente realisiert werden. Außerdem kann auf den zusätzlichen Summierverstärker V2 verzichtet werden.The invention is based on the object of simplifying a circuit arrangement as shown, for example, in FIG. This is achieved according to the invention in that an analog amplifier is used which is wired in such a way that it can work both inverting and non-inverting. This can be done in a simple manner that the input variable is also fed to the non-inverting input of the analog amplifier, which is connected as inverting, via an equally dimensioned resistor and the non-inverted input is connected to ground via a preferably contactless switch when the input signal is to be inverted. The changeover switch S1 shown in FIG. 3 can thus be replaced by a simple switch, which reduces the circuit complexity since the switches are generally implemented by semiconductor components. In addition, the additional summing amplifier V2 can be dispensed with.

In Fig.4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei wirkungsmäßig gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Wie zu ersehen ist, wird bei dieser Schaltung nur ein Analogverstärker Vl benötigt wobei gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 das Eingangssignal auch dem nichtinvertierenden Eingang ( + ) dem Analogverstärker Vl zugeführt wird, und zwar über einen Widerstand R, der die gleiche Größe aufweist wie der Widerstand R an dem nichtinvertierenden Eingang (—). Ferner ist der nichtinvertierende Eingang (—) an das Bezugspotential über einen Schalter S 2 legbar, wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist. Der Schalter S 2 entspricht funktionsmäßig dem Umschalter Sl der F i g. 3. Mit R/s ist der Innenwiderstand des Schalters S 2 angedeutet, da als Schaltelement im allgemeinen ein Halbleiterbauteil verwendet wird. Als Schaltelemente können z. B. bipolare Transistoren, FETs oder dergleichen verwendet werden. Besonders geeignet ist ein CMOS-Analogschalter, wie er in F i g. 5 dargestellt ist. In F i g. 4 ist bei Verwendung eines Halbleiterschalters anstelle eines mechanischen Schalters 52 zur Kompensation des Innenwiderstandes R/s dem Eingangswiderstand R für den invertierenden Eingang ein Parallelwiderstand Rp parallel geschaltet.An exemplary embodiment is shown in FIG. 4, with parts that are the same in terms of effect being provided with the same reference numerals. As can be seen, only one analog amplifier V1 is required in this circuit, whereby compared to the embodiment according to FIG. 3 the input signal is also fed to the non-inverting input (+) of the analog amplifier Vl via a resistor R which has the same size as the resistor R at the non-inverting input (-). Furthermore, the non-inverting input (-) can be connected to the reference potential via a switch S 2, as indicated by a dashed line. The function of the switch S 2 corresponds to the changeover switch Sl of FIG. 3. The internal resistance of switch S 2 is indicated by R / s, since a semiconductor component is generally used as the switching element. As switching elements, for. B. bipolar transistors, FETs or the like can be used. A CMOS analog switch as shown in FIG. 5 is shown. In Fig. 4, when a semiconductor switch is used instead of a mechanical switch 52 to compensate for the internal resistance R / s, a parallel resistance Rp is connected in parallel with the input resistance R for the inverting input.

Die Wirkungsweise der in Fig.4 dargestellten Schaltungsanordnung ist wie folgt:The mode of operation of the shown in Fig.4 Circuit arrangement is as follows:

Definitionsgemäß müssen bei einem rückgekoppelten Differenzverstärker beide Eingänge ( + ) und (—) gleiches Potential führen, wenn sich ein stabiler Zustand einstellen soll. Dies gilt in gleicher Weise für den nichtinvertierenden wie für den invertierenden Betrieb. Ist der Schalter S 2 geöffnet so liegt am nichtinvertierenden Eingang (-{-) über den Widerstand R das Eingangspotential des Eingangs E In diesem Fall stelltAccording to the definition, both inputs (+) and (-) must have the same potential in a feedback differential amplifier if a stable state is to be established. This applies equally to non-inverting and inverting operation. If the switch S 2 is open, the input potential of the input E is applied to the non-inverting input (- {-) via the resistor R. In this case, it is the input potential

sich der stabile Betrieb dann ein, wenn der Ausgang A ebenfalls das Potential des Eingangs E annimmt Die Schaltungsanordnung arbeitet also bei geöffnetem Schalter 52 nichtinvertierend. Wird nun im Zeitpunkt α = 90° der Schalter 52 geschlossen, so ist der nichtin vertierende Eingang (+) auf Bezugspotential gelegt In diesem Fall ist der stabile Betrieb dann gegeben, wenn der invertierende Eingang (—) ebenfalls auf Bezugspuiential liegt Bei einem positiven Signal am Eingang E muß — sofern infolge der Dimensionierung ein Verstärkungsfaktor 1 vorgegeben ist — am Ausgang A ein entsprechend großes negatives Signal vorhanden sein, damit auch der invertierende Eingang (—) auf Bezugspotential liegt D.h. der Analogverstärker Vi arbeitet bei geschlossenem Schalter 52 in an sich bekannter Weise invertierend. Wird im Zeitpunkt ca = 180° dann das Signal am Eingang £ negativ, so mußstable operation occurs when the output A also assumes the potential of the input E. The circuit arrangement thus operates in a non-inverting manner when the switch 52 is open. If switch 52 is now closed at time α = 90 °, the non-inverting input (+) is connected to reference potential.In this case, stable operation is given when the inverting input (-) is also connected to reference potential. With a positive signal must at the input e - if a result of the dimensioning a gain factor of 1 is specified - a correspondingly large negative signal at the output a may be present, so that the inverting input (-) to reference potential means that the analog amplifier Vi operates with a closed switch 52 in a manner known per Way inverting. If the signal at input £ is negative at time ca = 180 °, then must

sich — wieder unter Voraussetzung eines Verstärkungsfaktors 1 — zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts am Ausgang A ein entsprechend großes positives Ausgangssignal einstellen.a correspondingly large positive output signal is established at output A - again assuming a gain factor of 1 - to maintain equilibrium.

In Fig.5 ist ein Ausführungsbeispiel mit einem solchen kontaktlosen Schaltelement dargestellt Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie in Fig.4 versehen. Wie in F i g. 5 dargestellt wird als Schalter 52 ein CMOS-Analogschalter verwendet Diese sind handelsübliche Schaltelemente, die einen wesentlich geringeren Innenwiderstand aufweisen, so daß im allgemeinen auf den Parallelwiderstand R_p gemäß F i g. 4 verzichtet werden kann. Der Steuereingang AE des Schaltelementes muß entsprechend mit bipolaren Steuersignalen angesteuert werden, wenn bipolare Eingangssignale verarbeitet werden sollen.FIG. 5 shows an exemplary embodiment with such a contactless switching element. The same parts are given the same reference numerals as in FIG. As in Fig. 5, a CMOS analog switch is used as switch 52. These are commercially available switching elements which have a significantly lower internal resistance, so that in general the parallel resistance R _p according to FIG. 4 can be dispensed with. The control input AE of the switching element must be controlled accordingly with bipolar control signals if bipolar input signals are to be processed.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Schaltungsanordnung mit einem invertierenden Verstärker zum Invertieren einer analogen elektrischen Größe in vorgegebenen Zeitintervalüen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Analogverstärker (Vl) verwendet ist, der so beschaltet ist, daß er sowohl invertierend als auch nichtinvertierend arbeiten kann.1. A circuit arrangement with an inverting amplifier for inverting an analog electrical variable in predetermined time intervals, characterized in that an analog amplifier (Vl) is used which is connected so that it can work both inverting and non-inverting.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der nichtinvertierende Eingang des invertierend geschalteten Analogverstärkers (Vl) zum Herbeiführen des nichtinvertierenden Betriebes über einen Widerstand (R) gleicher Größe mit der Eingangsgröße in Verbindung steht wie tier invertierende Eingang des Analogverstärker« (Vl) und zum Herbeiführen des invertierenden Betriebes über einen vorzugsweise kontaktlosen Schalter (S 2) mit dem Bezugspotential verbindbar ist2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the non-inverting input of the inverting switched analog amplifier (Vl) for bringing about the non- inverting operation via a resistor (R) of the same size is connected to the input variable as the inverting input of the analog amplifier « (Vl) and to bring about the inverting operation via a preferably contactless switch (S 2) can be connected to the reference potential

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation des Einflusses des Innenwiderstandes (Ris) des kontaktieren Schaltelementes im invertierenden Betrieb dem Eingangswiderstand (R) des invertierenden Eingangs ein Widerstand (R_p) gleicher Größe parallel geschaltet ist3. A circuit arrangement according to claim 2, characterized in that to compensate for the influence of the internal resistance (Ris) of the contact switching element in inverting operation, the input resistance (R) of the inverting input, a resistor (R _p ) of the same size is connected in parallel

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines CMOS-Analogschalters.4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized by the use of a CMOS analog switch.