DE2925310C2

DE2925310C2 - Schaltung zum Erzielen eines linearen Zusammenhanges zwischen einem Eingangssignal und einem Parameter einer Ausgangsfunktion

Info

Publication number: DE2925310C2
Application number: DE19792925310
Authority: DE
Inventors: Abutorab Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Bayati; Manfred Ing.(grad.) 7515 Linkenheim-Hochstetten Henle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1979-06-22
Filing date: 1979-06-22
Publication date: 1981-10-15
Also published as: DE2925310A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung, bei der ein Parameter einer Ausgangsfunktion i>mgekehrt proportional einem Strom ist und der Strom einem Eingangssignal proportional ist.

Aus »Electronics« vom 26. Juli 1965, Seiten 62 und 63 ist eine Schaltung bekannt, die dazu dient, eine Impulsfolge konstanten Tastverhältnisses aus einer veränderbaren Triggerfrequenz zu erzeugen. Die Schaltung besteht im wesentlichen aus einem monostabilen Multivibrator. Die Breite der Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators wird bestimmt durch den Strom aus einem Spannungs-Strom-Wandler. Die Periode der Ausgangsimpulsfolge des Multivibrators ist dabei umgekehrt proportional dem Strom. Es stört dabei offenbar nicht, daß damit der Zusammenhang zwischen dem Strom und der Frequenz bzw. der Periode der Ausgangsimpulsfolge nicht linear ist.

Bei anderen Anwendungen von einstellbaren Impulsgeneratoren ist jedoch ein linearer Zusammenhang zwischen der Einstellgröße und eines Parameters der Ausgangsimpulsfolge, wie beispielsweise der Periode oder der Anstiegs- und Abfallzeit der Impulse, erwünscht.

Bei unmittelbar von Hand eingestellten Impulsgeneratoren kann ein linearer Zusammenhang zwischen der Einstellgröße und beispielsweise der Periode durch ein speziell gewickeltes Potentiometer erzielt werden. Für fernsteuerbare Impulsgeneratoren ist diese Methode jedoch nicht tragbar.

Aus der DE-OS 2133 330 ist ein monostabiler Multivibrator bekannt, der bei wiederholter Triggerung mit Impulsen veränderlicher Frequenz Impulse liefert, deren Tastverhältnis im Mittel über einen langen Zeitraum konstant gehalten wird. Hierzu ist ein integrierender Operationsverstärker vorgesehen, an dessen nichtinvertierenden Eingang ein konstantes Bezugseingangssignal gelangt Der integrierende Operationsverstärker erzeugt an seinem Ausgang ein Signal, das dem Tastverhältnis des monostabilen Multivibrators entspricht Das Signal steuert den Ladestrom eines Zeitgeberkondensators, der an den den instabilen Zustand bestimmenden Klemmen des monostabilen Multivibrators angeschlossen ist Sein Auslöseeingang wird -von einer Taktimpulsfolge getriggert, sein Ausgang ist über ein Netzwerk mit dem invertierenden Eingang des integrierenden Operationsverstärkers verbunden. Der monostabile Multivibrator liegt somit in einer GegenkoppIungEschleife des integrierenden Operationsverstärkers.

Die DE-OS 21 45 965 zeigt einen astabilen Multivibrator mit zwei emittergekoppelten Transistoren, wobei in jedem Emitterkreis eine Stromquelle eingeschaltet ist, die von der Steuerspannung für die Frequenz steuerbar ist, einer der Kollektorwiderstände über einen Regelverstärker steuerbar ist, die Regelstufe die Steuerspannung für die Periodendauer und die Spannung am steuerbaren Widerstand vergleicht und aus der Differenz eine Stellgröße für die Änderung des Widerstandes bildet. Dabei ist die Periodendauer dem Strom durch die Stromquelle umgekehrt proportional. Bei konstantem Strom ändert sich die Periodendauer linear mit der Steuerspannung für die Periodendauer.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zur Linearisierung eines Parameters einer Ausgangsfunktion, der umgekehrt proportional von einem einem Eingangssignal proportionalen Strom abhängt, anzugeben. Diese Aufgabe wird bei einer dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Schaltung gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die nichtlineare Gegenkopplung wird der aus dem Eingangssignal hergeleitete Strom derart nichtlinear vom Eingangssignal abhängig, daß eine in einem vom Strom gesteuerten Impulsgenerator vorhandene Nichtlinearität eines Parameters der Ausgangsimpulsfolge des Impulsgenerators linearisiert wird.

Gegenbenenfalls ist zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem zeitbestimmenden Kondensator des monostabilen Multivibrators mindestens eine weitere Verstärkerstufe einfügbar.

Mit Vorteil wird die Schaltung zur Linearisierung der Periode einer Impulsfolge in Abhängigkeit von einer Spannung verwendet. Sie kann jedoch auch zur Linearisierung der Anstiegs- und/oder Abfallszeit der Impulse einer Impulsfolge in Abhängigkeit von einer Eingangsspannung dienen.

Die Erfindung wird anhand einer Figur erläutert, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

Der nichtvertierende Eingang eines Operationsverstärkers Op ist mit einem Spannungssignal u\ belegt. Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers Op ist an die Basiselektrode eines Transistors Π angeschlossen. Der Kollektor des Transistors Ti ist mit der Basis eines zweiten Transistors T2 verbunden, dessen Kollektor einen Strom /führt, der vom Eingangssignal u\ abhängt. Der Kollektor des Transistors 72 liegt direkt an einer Eingangsklemme und über einen Kondensator C an

einer zweiten Eingangsklemme eines monostabilen Multivibrators MF. Die Spannung an beiden Klemmen bestimmt die Dauer des instabilen Zustandes des Multivibrators MF. Der Multivibrator MF ist als integrierter Schaltkreis ausgeführt Am Ausiöseeingang des Multivibrators MF liegt eine Taktimpulsfolge konstanter Frequenz. Der Ausgang des Multivibrators MF ist über ein aus einem Widerstand R und einem Kondensator Cl bestehendes Integrierglied an die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstä-kers Qp gelegt.

Die Basiselektrode eines dritten Transistors TZ liegt ebenfalls am Kollektor des Transistors Tl. Der Kollektor des Transistors Γ3 führt ebenfalls einen Strom /. Dieser Strom steuert die Periode eines folgenden nicht dargestellten Impulsgenerators, und zwar in umgekehrt proportionaler Abhängigkeit

In der folgenden Ableitung wird gezeigt, daß die Periode P des Impulsgenerators linear vom Eingangssignal ui abhängt. Es gelten folgende Beziehungen:

"^Α'Ύ

t =Q-4

P =

mV

(D

(2)

(3)

(4) und durch Einsetzen der Gleichung (3) in Gleichung (5) Q

= A

abgeleitet werden. Durch Einsetzen der Gleichung (3) in Gleichung (4) entsteht

P =

m ν (W) -

und daraus

Pm =

Pm ν =

U₁ - Uf

Pm ν

(10)

Die rechten Seiten der Gleichungen (6) und (10) einander gleichgesetzt ergeben

25 «1

Pm ν

■f-Λ-,

(H)

wobei der in der rechten Seite der Gleichung (6) auftretende Nenner teilweise durch die linke Seite der Gleichung (8) ersetzt ist Daraus entsteht

Dabei ist u/-die Ausgangsspannung des Integriergliedes aus Widerstand R und Kondensator Ci, A die Amplitude der dem Integrierglied zugeführten Taktimpulsfolge. T ist die Periode der Taktimpulsfolge mit konstanter Frequenz, f ist die Impulsbreite der Ausgangsimpulse des monostabilen Multivibrators MF. ίο / ist der Ladestrom des Kondensators C, ist der Ladestrom des Kondensators C, und ν ist das Verstärkungsverhältnis des Operationsverstärkers Op. Aus den beiden Gleichungen (1) und (2) kann m ν Ρ

(12)

Die Grenzwertbildung liefert
T

lim P = ii\

mQA

(13)

= A

TI

aus der hervorgeht, daß bei v->- oo die Periode der Impulsfolge eines Impulsgenerators, dem die Linearisie-(5) rungsschaltung nach der Erfindung vorgeschaltet ist,

linear von dem Eingangssignal u\ abhängt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schallung bei der ein Parameter einer Ausgangsfunktion umgekehrt proportional einem Sirom ist und der Strom einem Eingangssignal proportional ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen eines linearen Zusammenhanges zwischen dem Eingangssignal und dem Parameter ein Operationsverstärker (Op) zur Herleitung des Stromes (I) aus dem Eingangssignal (u\) in einer Gegenkopplungsschleife einen monostabilen Multivibrator (MF) enthält, an dessen seinen instabilen Zustand bestimmenden Klemmen ein vom Ausgangsstrom des Operationsverstärkers (Op) geladener Kondensator (C) angeschlossen ist, wobei der Auslöseeingang des monostabilen Multivibrators (MF) mit einer Taktimpulsfolge konsunter Frequenz beaufschlagt ist und die Ausgangsklemme des monostabilen Multivibrators (MF) über ein Integrierglied (R, Ci) mit der nicht mit dem Eingangssignal (Oi) belegten Eingangsklemme des Operationsverstärkers (Op) verbunden ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers (Op) und dem Kondensator (C) mindestens eine weitere Verstärkerstufe (Ti) liegt.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Linearisierung der Periode einer Impulsfolge in Abhängigkeit von einer Spannung.

4. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Linearisierung der Anstiegs- und/oder Abfallszeit der Impulse einer Impulsfolge in Abhängigkeit von einer Spannung.