DE2809400A1

DE2809400A1 - Circuit operating as nonlinear twin terminal network - has differential amplifier with nonlinear component in feedback circuit

Info

Publication number: DE2809400A1
Application number: DE19782809400
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl Ing Backes; Peter Breining
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Bosch Telecom GmbH
Priority date: 1978-03-04
Filing date: 1978-03-04
Publication date: 1979-09-13

Abstract

The circuit characteristic has a threshold, and the circuit comprises an operational amplifier and a nonlinear component with threshold characteristic. It is connected to a reference voltage. The circuit (Z1) has a differential amplifier (OD) with the nonlinear component (D) in the feed-back circuit (1) to an input (2), which is one of the network two terminals (2a, 2b). The other input (3) is for the reference voltage (Ur1) source (4). The twin terminal circuit (22) has similar components; the system may be extended to more than two branches.

Description

Als nichtlinearer Zweipol mit Schwellencharalcteristik verwendbare Schaltungsanordnung und ihre Verwendung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben, und auf deren Verwendung in einem Vierpol mit gekrümmter Kennlinie. Can be used as a non-linear two-terminal network with threshold characteristics Circuit arrangement and its use The invention relates to a circuit arrangement, as indicated in the preamble of claim 1, and their use in a quadrupole with a curved characteristic.

Als nichtlineare Zweipole mit Schwellencharakteristik sind beispielsweise vorgespannte Dioden bekannt. Sie werden beispielsweise zur Annäherung gekrümmter Kennlinien durch eine insbesondere mehrfach geknickte Gerade verwendet.As a non-linear two-pole with threshold characteristic are for example biased diodes known. For example, they become more curved to approach Characteristic curves are used by a straight line that is bent several times.

Fig. 1 zeigt als Ergebnis einer solchen bekannten Verwendung eine Kennlinie K, welche die Abhängigkeit der Ausgangsspannung U2 eines Vierpols in Abhängigkeit von der Eingangsspannung Ul darstellt. Die aus geraden Stücken bestehende Kennlinie K ist bei den Referenzspannungen Urt und Ur2 geknickt.Fig. 1 shows one as a result of such known use Characteristic curve K, which shows the dependence of the output voltage U2 of a quadrupole from the input voltage Ul. The characteristic curve consisting of straight pieces K is kinked at the reference voltages Urt and Ur2.

Die damit erzielte Annäherung einer gekrümmten Kennlinie läßt sich durch den in Fig. 2 gezeigten bekannten Vierpol erreichen, bei dem die Eingangsspannung Ul durch einen Spannungsteiler auf die Ausgangsspannung U2 heruntergeteilt wird. Eingangsseitig enthält der Spannungsteiler den Widerstand R und ausgangsseitig eine Parallelschaltung mehrerer Zweige, von denen der erste aus der Reihenschaltung eines Widerstandes nil einer Diode Di und einer Referenzspannungsquelle 4 mit der Referenzspannung Uri besteht. Entsprechend enthält der zweite Zweig der ausgangsseitigen Parallelschaltung des Spannungsteilers einen Widerstand R2, eine Diode D2 und eine Referenzspannungsquelle 5 für die Referenzspannung Ur2. Eine derartige Anordnung ist in dem Buch "Kleines Handbuch technischer Regelvorgänge" von Winfried Oppelt auf den Seiten 607 und 609;, aber auch in der Einleitung der DE-OS i 947 466 beschrieben.The approximation of a curved characteristic curve achieved in this way can be by the known quadrupole shown in Fig. 2, in which the input voltage Ul is divided down to the output voltage U2 by a voltage divider. The voltage divider contains the resistor R on the input side and one on the output side Parallel connection of several branches, of which the first from the series connection is one Resistance nil a diode Di and a reference voltage source 4 with the reference voltage Uri exists. The second branch contains the parallel connection on the output side accordingly of the voltage divider has a resistor R2, a diode D2 and a reference voltage source 5 for the reference voltage Ur2. Such an arrangement is in the book "Kleines Handbook of technical control processes "by Winfried Oppelt on pages 607 and 609 ;, but also in the introduction to DE-OS i 947 466 described.

In der genannten OS sind aber auch einige Nachteile einer solchen Anordnung angegeben.In the mentioned OS, however, there are also some disadvantages of such Arrangement specified.

Die Nachteile bestehen darin, daß die Kennlinie K an den Umschaltpunkten (U2 = Uri) nicht wirklich geknickt ist, sondern eine undefinierte Krümmung aufweist, daß die Umschaltpunkte ungenau sind wegen Streuung der Diodendaten , daß sich nur Ausgangsspannungswerte U2 wesentlich ob oberhalb der Dioden-Schleusenspannung definiert erzeugen lassen, daß die Referenzspannungsquelle belastet wird und daß der Temperaturgang der Dioden die Schaltungseigenschaften beeinflußt.The disadvantages are that the characteristic curve K at the switching points (U2 = Uri) is not really kinked, but has an undefined curvature, that the switching points are imprecise due to scattering of the diode data that only Output voltage values U2 essentially whether defined above the diode lock voltage let generate that the reference voltage source is loaded and that the temperature response of the diodes affects the circuit properties.

Es sind schon Schaltungsanordnungen zur Verminderung von einigen dieser Nachteile bekannt. So ist beispielsweise in der DE-OS 1 809 922 die Verwendung von Feldeffokttransistoren ia der Ausgangsseite eines Spannungsteilers beschrieben, um die Temperaturabhängigkeit zu vermindern. Nach der DE-OS 1 947 466 sollen die temperaturabhängigen Spannungsabfälle an Dioden durch eine Gegenspannung an einer zusätzlichen Diode kompensiert werden In der DE-OS 1 801 741 ist ein Vierpol mit einem Operationsverstärker beschrieben, der mehrere zueinander parallel geschaltete Rückkopplungszweige jeweils mit einem Schalter aufweist, der seinerseits durch einen Operationsverstärker mit einer Diode in einer Rückführung realisiert ist. Der Aufwand an Bauteilen ist dabei relativ groß Schließlich ist es noch bekannt, Operations-Differenzverstär ker, die mit einer Diode beschaltet sind, als Vierpol verwendet zur Erzeugung bzw. Annäherung gekrümmter Kennlinien einzusetzen (DE-OS 2 337 492 bzw. 2 516 559).There are already circuit arrangements for reducing some this Known disadvantages. For example, DE-OS 1 809 922 uses Field effect transistors generally described on the output side of a voltage divider, to reduce the temperature dependence. According to DE-OS 1 947 466, the temperature-dependent voltage drops across diodes due to a counter voltage across a additional diode are compensated In DE-OS 1 801 741 is a quadrupole with an operational amplifier described, the several connected in parallel to each other Has feedback branches each with a switch, which in turn is through a Operational amplifier is realized with a diode in a feedback. The effort of components is relatively large. Finally, it is also known, operational differential amplifiers ker, which are wired with a diode, used as a four-pole to generate resp. Use approximation of curved characteristics (DE-OS 2 337 492 or 2 516 559).

Die Erfindung beschäftigt sich nicht mit der Anwendung eines Differenzverstärkers als Vierpol sondern mit der Schaffung eines nichtlinearen Zwelpols mit Schwellencharakteristik, bei welchem die oben angegebenen Nachteile vermindert sind und mit dessen Verwendung in einem Vierpol.The invention is not concerned with the use of a differential amplifier as a quadrupole but with the creation of a non-linear double pole with threshold characteristics, with which the above-mentioned disadvantages are reduced and with its use in a quadrupole.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach insbesondere in der Schaffung eines einfachen Schaltungsaufbaues für den Zweipol und möglichst guter Reproduzierbarkeit der Schwelle sowie in der Verwendung der geschaffenen Schaltungsanordnung in einem Vierpol, der zur Annäherung einer gekrümmten Kennlinie dient.The object of the invention is therefore in particular to create a simple circuit structure for the two-terminal and if possible good reproducibility of the threshold as well as in the use of the circuit arrangement created in a quadrupole, which is used to approximate a curved characteristic.

Diese Aufgabe wiRd durch die Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. die Verwendung nach Patentanspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.This task wiRd by the circuit arrangement with the features of claim 1 or the use according to claim 6 solved. Beneficial Further developments are given in the subclaims.

Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wobei Schaltungsteile mit der gleichen Funktion wie in Fig. 2 ebenso wie dort bezeichnet sind. Wie Fig. 2 stellt Fig. 3 einen Vierpol dar, der aus einem Spannungsteiler besteht, deseen Ausgangswiderstand aus der Parallelschaltung der Zweige Z1, Z2 usw.Fig. 3 shows a preferred embodiment, with circuit parts with the same function as in Fig. 2 as well as designated there. As Fig. 2, Fig. 3 shows a quadrupole consisting of a voltage divider, deseen Output resistance from the parallel connection of branches Z1, Z2 etc.

gebildet ist. Die Zweige können abgesehen von den Werten der Widerstände Rl, R2 und der Referenzspannungen Url und Ur2 usw.is formed. The branches can be apart from the values of the resistors Rl, R2 and the reference voltages Url and Ur2 etc.

untereinander gleich aufgebaut sein. Es genügt daher, hier den Zweig Zl zu beschreiben.be constructed identically to each other. Suffice it to say, therefore, here the branch To describe Zl.

Er enthält in Reihe mit dem Widerstand R1 eine in Übereinstimmung mit den Patentansprüchen 1 bis 5 aufgebaute Schaltungsanordnung S1, der im Zweig Z2 die identisch aufgebaute Schaltungsanordnung S2 entspricht. In beiden Fällen enthält die Schaltungsanordnung einen Operations-Differenzverstärker OD mit einem als Ventil wirkenden, nichtlinearen Bauelement mit Schwellencharakteristik (Diode D) in der Rückführung 1. Dieae Rückführung ist zu demjenigen Eingang 2 des Operations- Differenzverstärkers geführt, dessen Klemmen die gewünschten Zweipolanschlüsse 2a, 2b bilden. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen invertierenden Eingang, während der nicht invertierende Eingang 3 mit der Referenzspannungsquelle 4 verbunden ist. Diese ist einstellbar. Zur Betriebsspannungsversorgung des Operations-Differenzverstärkers OD sind die Betriebsspannungsanschlüsse +Uo und -Uo vorgesehen.It contains one in series with resistor R1 in correspondence with the claims 1 to 5 constructed circuit arrangement S1, the branch Z2 corresponds to the identically constructed circuit arrangement S2. In both cases the circuit arrangement contains an operational differential amplifier OD with a Acting as a valve, non-linear component with threshold characteristics (diode D) in the return 1. The return is to that input 2 of the operation Differential amplifier out, the terminals of which form the desired two-pole connections 2a, 2b. In the present Case it is an inverting input, while the non-inverting one Input 3 is connected to the reference voltage source 4. This is adjustable. For the operating voltage supply of the operational differential amplifier OD are the Operating voltage connections + Uo and -Uo provided.

Arboitsweige t Solange bei steigender Eingangsspannung Ul die Ausgangsspannung U2 noch kleiner ist als die Referenzspannung Uri, liegt der Ausgang des Operations-Diffenrenzverstärkers OD auf positiver Betriebsspannung und die Diode D in der Rückführung 1 ist gesperrt. Der als Zweipol benutzte Eingang 2 ist hochohmig.Arboitsweige t As long as the output voltage increases with increasing input voltage Ul U2 is even smaller than the reference voltage Uri, the output of the operational differential amplifier is located OD on positive operating voltage and diode D in feedback 1 is blocked. Input 2, used as a two-pole, has a high resistance.

Erreicht die Ausgangsspannung U2 (vgl. die Kennlinie K in Fig. 1) die Referenzspannung Url, so sinlct die Spannung am Ausgang des Operations-Differenzverstärkers OD ab, die Diode D' wird leitend und es stellt sich ein Zustand ein, bei dem die Spannung am Eingang 2 gleich der Referenzspannung Urt wird.If the output voltage reaches U2 (see the characteristic curve K in Fig. 1) the reference voltage Url, then the voltage at the output of the operational differential amplifier sinks OD off, the diode D 'becomes conductive and a state arises in which the Voltage at input 2 is equal to the reference voltage Urt.

Der invertierende Eingang 2 wirkt damit als niederohmig gewordener Zweipol.The inverting input 2 thus acts as a low-resistance one Bipolar

bemerkenswert ist dabei, daß die Referenzsspannungsquelle 4 unbelastet bleibt, weil der vom Widerstand Rt in den Eingang 2 fließende Strom über die Diode D zum Ausgang des Operations-Differenzverstärkers OD fließt und von diesem aufgenommen wird.It is noteworthy that the reference voltage source 4 is unloaded remains because the current flowing from the resistor Rt into the input 2 via the diode D flows to the output of the operational differential amplifier OD and is received by this will.

Die Schaltungsanordnung S2 verhält sich bis zum Erreichten der Referenzspannung Ur2 und danach ganz entsprechend wie die Schaltungsanordnung St, 8o daß der Kurvenverlauf K gemäß Fig. t erreicht wird.The circuit arrangement S2 behaves until the reference voltage is reached Ur2 and then in accordance with the circuit arrangement St, 8o that the curve progression K according to FIG. T is reached.

Durch die neue Schaltungsanrdnung und bei ihrer Verwendung in einem Vierpol mit gekrümmter Kennlinie wird erreicht, daß bei Erreichen des Schwellwertes eine sprungsförmige Widerstandsänderung auftritt bzw. an den Umschaltpunkten der geknickten Kennlinie undefitierte, fließende Übergänge vermieden werden. Die Genauigkeit der Umschaltpunlcte (des Schwellwertes) wird nur durch die kleine Offsetspannung des Operations-Differenzverstärkers beeinflußt, die durch Einstellung der Referenzspannung kompensiert werden kann. Es lassen sich bei der Verwendung in einem Vierpol gemäß Fig. 3 oder in einer ähnlichen Anordnung auch sehr kleine Ausgangs spannungen U2 erzeugen, die kleiner als die Schleusenspannung der Diode D sind. Außerdem wirkt sich der Temperaturgang der Diode kaum noch aus, sondern allenfalls nur noch die sehr viel geringere Drift der Offsetspannung des Operations-Diffenrenzverstärkers.The new circuit arrangement and its use in one Quadrupole with a curved characteristic is achieved that when the threshold value is reached a sudden change in resistance occurs or at the switching points of the kinked characteristic undefeated, flowing transitions are avoided. The precision the switching point (of the threshold value) is only due to the small offset voltage of the operational differential amplifier influenced by setting the reference voltage can be compensated. It can be used in a quadrupole according to Fig. 3 or in a similar arrangement very small output voltages U2 generate which are smaller than the lock voltage of the diode D. Also works the temperature response of the diode is hardly known any more, but at most only that much lower drift of the offset voltage of the operational differential amplifier.

Die Ursache für die meisten dieser Vorteile gegenüber dem in Fig.2 dargestellten Stand der Technik, wo als nichtlineare Zweipole Nt bzw. N2 noch Dioden verwendet sind, ist die Anordnung der Diode D in der Rückführung, so daß sich deren Unzulänglichkeiten nur noch mit dem Verstärkungsfaktor des Differenz-Operationsverstärkers verkleinert am Eingang 2 bemerkbar machen. Außerdem ergibt sich durch die Benutzung des Differenz-Operationsverstärkers als Zweipol ein äußerst einfacher Schaltungsaufbau.The reason for most of these advantages over the one in Fig.2 prior art shown, where as non-linear two-pole Nt or N2 still diodes are used, the arrangement of the diode D in the return, so that their Inadequacies only with the gain factor of the differential operational amplifier noticeably reduced at input 2 do. It also results through the use of the differential operational amplifier as a two-terminal an extremely simple circuit construction.

Lee rs ei t eLee rs ei t e

Claims

Can be used as a non-linear two-pole with threshold characteristic Circuit arrangement and its use As a non-linear two-pole Circuit arrangement which can be used with threshold characteristics and which has an operational amplifier and a non-linear component with threshold characteristics and to a Reference voltage is to be connected, characterized in that it (zt) an operational differential amplifier (OD) with the component (D) in a return (1) to an input (2), which forms the two-pole connections (2a, 2b), and that the other input (3) for connection to a source (reference voltage source 4) for the reference voltage (Url) is (Fig. 3) 2.) Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the component (D) is polarized in such a way that it is zero at the reference voltage (Uri) is conductive.

3.) Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the component (D) is a valve.

4.) Circuit arrangement according to claim 1 or 3, characterized in that that the valve is a diode (D).

5.) Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the source (reference voltage source 4) for the reference voltage (Uri) is adjustable with respect to the reference voltage.

6.) Use of the circuit arrangement according to one of the preceding Claims in a quadrupole with a curved characteristic curve approximated by straight lines (K), which shows the dependence of an output variable (U2) of the quadrupole on its input voltage (U1) represents.

7.) Use according to claim 6, characterized in that the quadrupole contains a voltage divider (R, Z1, Z2, ..) whose output-side part (Zl, Z2 ...) consists of the parallel connection of several branches (Z1, Z2 ...), of which at least one of the circuit arrangement used as a non-linear two-pole (set, S2) contains. (Fig. 3)