DE3216707C2 - Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße - Google Patents
Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und AusgangsgrößeInfo
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Abstract
Für ein Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße wird ein mit Widerständen (R, R/a, R b) beschalteter Operationsverstärker (V) verwendet. Über elektronische Schalter (S1, S2, . . ., Sn) sind in den Rückführungskreis des Operationsverstärkers (V) verschiedene Teilwiderstände (R b) eines Spannungsteilers (R/a, R b) einschaltbar. Die Einschaltung des jeweiligen Teilwiderstandes (R b) erfolgt in Abhängigkeit des Augenblickwertes der Eingangsgröße (Ue).
Description
Die Erfindung betrifft ein Netzwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Netzwerk
ist bekannt aus DE-OS 18 01 741. Ein Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen
Eingangs- und Ausgangsgröße unter Verwendung eines mit Widerständen beschalteten Operationsverstärkers
ist bekannt aus Halbleiter-Schaltungstechnik, U. Tietze/Ch. Schenk, 1969 Seiten 222 bis 224.
Bei der Realisierung gemäß Tietze/Schenk werden zur Approximation quadratischer Kennlinien Netzwerke
aus Widerständen und vorgespannten Dioden einem Operationsverstärker vorgeschaltet. Alle Dioden
sind auf einen gemeinsamen Summierpunkt geführt, der mit dem Eingang des Operationsverstärkers verbunden
ist. Der von diesem Summierpunkt zum Eingang des Operationsverstärkers fließende Strom steigt
schneller als proportional zur Eingangsspannung an. Die quadratische Kennlinie wird durch Geradenstücke
verschiedener Steigung abschnittweise angenähert. Durch Exemplarstreuungen der Dioden arbeitet diese
Schaltung nicht zuverlässig genug. Außerdem weist diese Schaltung einen starken Temperaturgang auf.
Beim Gegenstand gemäß DE-OS 18 01 741 ist ein Rückkopplungspfad mit einem Rückkopplungswiderstand
zwischen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers vorgesehen. Parallel zu diesem Rückkopplungswiderstand
sind weitere Rückkopplungspfade geschaltet, bestehend jeweils aus einer Vorspannungsquelle, einem gesteuerten Schalter und einem Widerstand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde das Netzwerk gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1 so auszubilden, daß es unabhängig von Exemplarstreuungen und Umgebungseinflüssen zuverlässig
und präzise arbeitet und mit wenig Bauteilen auskommt.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Das erfindungsgemäße Netzwerk zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus. Im Gegensatz zu temperaturabhängigen
Diodennetzwerken arbeitet es mit sehr hoher Präzision und Reproduzierbarkeit. Außerdem ist
es mit dem erfindungsgemäßen Netzwerk möglich den nichtlinearen Zusammenhang zwischen Eingangs- und
Ausgangsgröße schnell und einfach zu ändern. Da die elektronischen Schalter im Rückführungskreis des Operationsverstärkers
liegen, haben deren Sättigungswiderstände keinen Einfluß auf das Verhalten der Schaltung.
Kennlinien mit anderen Neigungen können durch Vor- und Nachschalten von Umkehrverstärkern erzielt werden.
Das erfindungsgemäße Netzwerk eignet sich besonders für Steuerungs- und Regelungszwecke, beispielsweise
zur Linearisierung einer AGC (Automatic Gain Control)-Spannung in Abhängigkeit vom Pegel eines
Hochfrequenzsignales.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 Prinzipschaltbild des erfindungsgemüßen Netzwerkes und
Fig. 2 eine mit dem erfindungsgemäßen Netzwerk approximierte nichtlineare Kennlinie.
In Fig. 1 ist der Signaleingang E mit η Vorwiderständen
R verbunden. Die gewünschte Kennlinie des Netzwerkes wird durch η Geradenstücke approximiert.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für« =4. Jeder der
η Vorwiderstände R ist über jeweils einen von « Schaltern
Si,.. .,S4 mit dem ersten Eingang Ei des Operationsverstärkers
V verbindbar. Der zweite Eingang El des Operationsverstärkers V ist mit einer Referenzspan-
3 4
nungsquelle Ure/ verbunden. Der Ausgang A des Ope- Gegenkopplungszweig eingeschaltet wird mit einem
rationsverstärkers V ist über η Widerstände R ■ b und anderen Parameterpaar, beispielsweise A1, Bl, bzw. al,
R/a von η Spannungsteilern an die gemeinsame Masse- bl nimmt das Netzwerk eine andere Kennlinie an; im
leitung von Eingang £und Ausgang A des Netzwerkes Falle von Fig. 2 die Gerade Gl, die wiederum asympto-
angcschlossen. Die Verbindungspunkte der Wider- 5 tisch zur Kennlinie K verläuft. Diese lineare Kennlinie
stünde R/a und R - b sind jeweils mit zugehörigen Ver- wird beibehalten bis beim Wert ml der Eingangsspanbindungspunkten
der Vorwiderstände R und Schalter nung i/eaufdie Kennlinie G'3 umgeschaltet wird.
51, ..., S4 verbunden. Als SchalterSl, S2,.. .,Sn können bilaterale C-MOS
Der Steuereinheit St, im Ausführungsbeispiel nach Schalter verwendet werden. Da sie im Gegenkopp-F
i g. I als A/D-Wandler ausgebildet, wird ebenfalls das io lungskreis des Operationsverstärkers V liegen, haben
Eingangssignal Ue des Netzwerkes zugeführt. Jeder ihre Sättigungswiderstände keinen Einfluß auf das VerAusgang
des A/D-Wandlers ist mit einem Steuerein- halten des Netzwerkes.
gang SEI, SEI, SE3, SE4eines Schalters Sl, Sl, S3, S4 Zur Approximation einer gewünschten nichtlinearen
verbunden. Je nach Höhe des Augenblickwertes von Ue Kennlinie stellt man zuerst die Faktoren α und b jedes
wird ein bestimmter Schalter eingeschaltet. Der Opera- 15 Spannungsteilers ein. Müssen fallende oder steigende
tionsverstärker V arbeitet mit einer definierten Gegen- Kennlinien in anderen Quadranten approximiert wer-
ko.nplung, die im wesentlichen durch die Widerstände den, sind vor bzw. hinter den Operationsverstärker V
Λ/aund R · nbestimmtist. DerbeschalteteOperations- Umkehrverstärker zu schalten.
verstärker V weist als Kennlinie eine Gerade auf, bei- Anstelle eines A/D-Wandlers können zur Steuerung
spielsweise Gl in Fig. 2. Die Steigung der Geraden ist 20 der Schalter Sl, Sl, ..., Sn Komparatoren verwendet
durch die Faktoren α und b der Widerstände des Span- werden, die gestaffelte Schwellwerte aufweisen. Ihre
nungsteilers bestimmt. Wird über einen der Steuerein- Ausgänge sind jeweils mit einem Steuereingang S£l,
gängeS£l, SEXSEZ oder S£4ein anderer Schalter ein- SEI,.. .,SEn eines Schalters Sl, Sl,.. .,Sn verbunden.
geschaltet, stellt sich eine andere Kennlinie ein, bei-
spielsweie Gl in Fig. 2. Zu dieser Kennlinie gehören 25 Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
andere Werte der Faktoren α und b.
Anhand der Knotenanalyse wird nun die Funktion der
Geraden abgeleitet. Es ergibt sich:
Geraden abgeleitet. Es ergibt sich:
Ue - Ure/ Ua - Ure/ _ Ure/ ■ a = . 30
R R-b R
R R-b R
Ua = Ure/ · a · b -(Ue - Ure/) · b + Ure/.
Mit B = 1 + b + b ■ α folgt:
Mit B = 1 + b + b ■ α folgt:
_ 1 + b + ba
ergibt sich:
ergibt sich:
Diese Funkion
Ua =f(Ue)
ist für drei verschiedene Parameterpaare A und β (Al,
51; Al, Bl; A3, A3) in Fig. 2 dargestellt.
51; Al, Bl; A3, A3) in Fig. 2 dargestellt.
Die Parameterpaare Al, Bl: Al, Bl; A3, 53 bzw. 55
deren Umrechnungen auf Parameterpaare α und b
werden je nach der zu approximierenden nichtlinearen
Kennlinie K Pur jeden Gegenkopplungszweig voreingestellt.
deren Umrechnungen auf Parameterpaare α und b
werden je nach der zu approximierenden nichtlinearen
Kennlinie K Pur jeden Gegenkopplungszweig voreingestellt.
Für eine niedrige Eingangsspannung Ue ist die Kenn- 60
linie (71 durch das Geradenstück mit den normierten
Achsenabschnitten Ure/ Al und Uref Bl gegeben.
linie (71 durch das Geradenstück mit den normierten
Achsenabschnitten Ure/ Al und Uref Bl gegeben.
Die lineare Kennlinie G1 schmiegt sich asymptotisch an
die gewünschte nichtlineare Kennlinie K an. Erreicht
die Eingangsspannung Ue den Wert ml, wird der sich 65
gerade im Einschaltzustand befindliche Schalter ausgeschaltet und der nächstfolgende Schalter eingeschaltet. Da durch diesen ein anderer Teilwiderstand R ■ bim
die gewünschte nichtlineare Kennlinie K an. Erreicht
die Eingangsspannung Ue den Wert ml, wird der sich 65
gerade im Einschaltzustand befindliche Schalter ausgeschaltet und der nächstfolgende Schalter eingeschaltet. Da durch diesen ein anderer Teilwiderstand R ■ bim
Claims (5)
1. Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße
unter Verwendung eines mit Widerständen beschalteten Operationsverstärkers, wobei diese
Widerstände über elektronische Schalter in den Rückführungskreis des Operationsverstärkers in
Abhängigkeit einer Steuerspannung einschaltbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstände im Rückfuhrungskreis jeweils Teilwiderstände (R ■ b) eines Spannungsteilers (R/a, R ■ b) sind, deren gemeinsamer Verbindungspunkt jeweils an jene Klemme eines der elektronischen Schalter (S 1, 57,.. .,Sn) führt, der mit der Eingangsgröße (Ue) beaufschlagt ist,
daß die anderen Klemmen der elektronischen Schalter (Sl, 57,..., 5W) gemeinsam mit dem inver-"tierenden Eingang (£1) des Operationsverstärkers (K) verbunden sind,
daß die Widerstände im Rückfuhrungskreis jeweils Teilwiderstände (R ■ b) eines Spannungsteilers (R/a, R ■ b) sind, deren gemeinsamer Verbindungspunkt jeweils an jene Klemme eines der elektronischen Schalter (S 1, 57,.. .,Sn) führt, der mit der Eingangsgröße (Ue) beaufschlagt ist,
daß die anderen Klemmen der elektronischen Schalter (Sl, 57,..., 5W) gemeinsam mit dem inver-"tierenden Eingang (£1) des Operationsverstärkers (K) verbunden sind,
daß der nichtinvertierende Eingang (El) des Operationsverstärkers
(V) mit einer Referenzspannungsquelle (Uref) verbunden ist, und daß die Steuerspannung zum Einschalten des jeweiligen
Teilwiderstandes aus dem Augenblickswert der Eingangsgröße (Ue) abgeleitet ist.
2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der invertierende Eingang (E 1) des Operationsverstärkers
(V) jeweils über einen von η (η = 1, 2, 3,...) Vorwiderständen (R) und einen von η elektronischen
Schaltern (Si, 52,.. .,Sn) in Serie dazu mit dem Signaleingang (E) des Netzwerkes verbindbar
ist,
daß zwischen dem Operationsverstärkerausgang (A) und den Verbindungspunkten zwischen den η Vorwiderständen
(R) und den η elektronischen Schaltern (Sl, 57, ..., Sn) jeweils ein Teilwiderstand
(R ■ b) des Spannungsteilers (R/a, R · b) liegt,
daß der Signaleingang (E) des Netzwerkes mit dem Eingang einer Schaltersteuereinheit (St) verbunden ist und
daß der Signaleingang (E) des Netzwerkes mit dem Eingang einer Schaltersteuereinheit (St) verbunden ist und
daß die Ausgänge der Schaltersteuereinheit (St) jeweils mit den ihnen zugeordneten Steuereingängen
(SE I, SE1,..., SEn) der η elektronischen Schalter
(51, 57, ..., Sn) verbunden sind.
3. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (St) aus einem
A/D-Wandler besteht.
4. Netzwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsteuereinheit (St) aus η
Komparatoren für verschiedene Schwellwerte aufgebaut ist.
5. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang oder Eingang
des Operationsverstärkers (V) ein Umkehrverstärker angeschaltet ist.
60
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823216707 DE3216707C2 (de) | 1982-05-05 | 1982-05-05 | Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823216707 DE3216707C2 (de) | 1982-05-05 | 1982-05-05 | Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3216707A1 DE3216707A1 (de) | 1984-02-02 |
| DE3216707C2 true DE3216707C2 (de) | 1986-08-14 |
Family
ID=6162702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19823216707 Expired DE3216707C2 (de) | 1982-05-05 | 1982-05-05 | Netzwerk mit vorwählbar nichtlinearem Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße |
Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE3216707C2 (de) |
Families Citing this family (4)
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| DE4009140C2 (de) * | 1990-03-21 | 1997-04-03 | Plath Naut Elektron Tech | Regeleinrichtung für Funkempfänger |
| JP3316351B2 (ja) * | 1995-09-27 | 2002-08-19 | シャープ株式会社 | Ａｇｃ装置 |
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| DE2847363C2 (de) * | 1978-10-31 | 1982-06-09 | Matth. Hohner Ag, 7218 Trossingen | Transistorverstärker |
| DE3002041C2 (de) * | 1980-01-21 | 1983-11-10 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Elektrische Filterschaltung unter Verwendung von wenigstens einer simulierten Induktivität, die gesteuerte Schalter, Kondensatoren und Verstärker enthält |
-
1982
- 1982-05-05 DE DE19823216707 patent/DE3216707C2/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3216707A1 (de) | 1984-02-02 |
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