DE3439342C2

DE3439342C2 -

Info

Publication number: DE3439342C2
Application number: DE19843439342
Authority: DE
Inventors: Bogdan Dipl.-Ing. Zirovnica Yu Kos
Original assignee: Iskra-Sozd Elektrokovinske Industrije Nsolo Laibach/ljubljana Yu
Current assignee: Iskra-Sozd Elektrokovinske Industrije Nsolo Laibach/ljubljana Yu
Priority date: 1983-10-26
Filing date: 1984-10-26
Publication date: 1988-06-30
Also published as: YU44982B; YU214683A; DE3439342A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Synthetisierung von abschnittsweise linearen monotonen Funktionen, insbesondere zur Linearisierung der nicht-linearen Kennlinien von Thermoelementen, mit einem Operationsverstärker, dessen invertierender Eingang über einen ersten Widerstand an den Eingang angeschlossen ist, und mit einem zweiten Widerstand, der im Rückkopplungskreis des Operationsverstärkers vorgesehen ist.

Aus der Literaturstelle "Fundamentals of Analog Computers" von R.C. Weyrick, 1969, Seiten 133 bis 140, sind elektronische Funktionsgeneratoren und Verstärkerschaltungen bekannt, die Operationsverstärker verwenden, in deren Rückkopplungskreis eine Diodenwiderstandskombination angeordnet ist. Hierdurch soll in einem bestimmten Bereich eine lineare Verstärkungskennlinie erzeugt werden.

Eine solche Schaltungsanordnung ist jedoch nicht dazu geeignet, um eine Linearisierung von nicht-linearen Kennlinien von Thermoelementen zu realisieren.

Auf dem Gebiet der Synthetisierung von abschnittsweisen linearen monotonen Funktionen werden für die Funktionssynthese verschiedene Schaltungen verwendet, von denen jedoch keine derart universell einsetzbar und darüber hinaus einfach ausgebildet ist, daß sie für die Synthese einer beliebigen nicht-linearen monotonen Funktion verwendet werden kann. Ein universeller Zugang wird mit Hilfe eines Dioden-Funktionsgenerators erreicht. Jedoch treten auch hierbei die Schwierigkeiten auf, daß nämlich die nicht idealen Eigenschaften der verwendeten Bauteile erfaßt werden können, so daß keine Synthetisierung im Sinne einer Linearisierung von nicht-linearen Funktionen insbesondere der nicht-linearen Kennlinien von Thermoelementen möglich ist.

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß eine beliebige abschnittsweise lineare monotone Funktion synthetisiert werden kann, um auf diese Weise die nicht-linearen monotonen Kennlinien von Thermoelementen zu linearisieren.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,

- daß mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers der eine Anschluß einer ersten Diode und eines Stromgenerators verbunden sind, dessen anderer Anschluß mit Masse verbunden ist,
- daß zwischen den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers und Masse ein dritter Widerstand geschaltet ist,
- daß an den Ausgang des Operationsverstärkers der zweite Anschluß der ersten Diode und ein Anschluß einer zweiten Diode angeschlossen ist, deren anderer Anschluß mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt des zweiten Widerstands des Rückkopplungskreises und eines vierten Widerstands verbunden ist,

Anode der Diode D 1 sind mit dem Ausgang des Operations verstärkers OJ und das andere Ende des Widerstands R 1 mit der Eingangsklemme VH verbunden. Das andere Ende des Stromgenerators I 1 ist mit Masse verbunden. Die Richtung des Stromes I ist vom invertierenden Eingang des Operationsverstärkers gegen den gemeinsamen Punkt gerichtet.

Die Arbeitsweise der Schaltung ist wie folgt: Die Über tragungsfunktion der Schaltung am Ausgang des Opera tionsverstärkers ist:

-Un 1 = R 2/R 1 (Uin - R 1 · I 1),

woraus sich zwei Möglichkeiten ergeben:

a) Uin < I · R 1, die Diode D 2 ist in der Sperrichtung gepolt, die Diode D 1 ist leitend, und daraus folgt Un 2 = 0, Un = 0;
b) Uin < I · R 1, die Diode D 2 ist leitend gepolt, die Diode D 1 ist im Sperrzustand, und daraus folgt Un 1 = Un 2 = h · un, wobei h durch den Spannungsteiler R 3, R 4 bestimmt ist.

Es bestehen zwei Arbeitsperioden. In der ersten Periode ist Un = 0, in der zweiten wird der Verstärker OJ aktiv, wenn die Eingangsspannung Uin größer als I · R 1 ist.

Die zweite Baueinheit bildet die Schaltung nach Fig. 2, die sich von der vorstehend beschriebenen nur darin unterscheidet, daß die Polung der Dioden D 1 und D 2 umgekehrt ist. An den invertierenden Eingang des Opera tionsverstärkers PJ sind je ein Ende der Widerstände R 1, R 2, die Anode der Diode D 3 und der Stromgenerator I 1 an geschlossen, wobei an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers OJ ein Ende des Widerstands R 3 und das andere Ende an Masse angeschlossen sind, während das andere Ende des Widerstands R 2 an die Katho de der Diode D 4 zusammen mit einem Ende des Widerstands R 4 angeschlossen ist; das andere Ende des Widerstands R 4 ist mit einem Ende des Widerstands R 5 und der Ausgangs klemme IZ verbunden, wobei das andere Ende des Wider stands R 5 mit Masse verbunden ist. Die Anode der Diode D 4 und die Kathode der Diode D 3 sind mit dem Ausgang des Operationsverstärkers OJ und das andere Ende des Widerstands R 1 mit der Eingangsklemme VH verbunden. Das andere Ende des Stromgenerators I 1 ist mit Masse verbun den. Die Richtung des Stromes I ist von dem invertieren den Eingang des Operationsverstärkers gegen Masse ge richtet.

Un 1 = - R 2/R 1 · (Uin - R 1 · I 1),

woraus sich zwei Möglichkeiten ergeben:

a) Uin < I 1 · R 1, die Diode D 4 ist leitend gepolt, die Diode D 3 ist im Sperrzustand, und daraus folgt Un 1 = Un 2 = h · Un, wobei h durch den Spannungstei ler R 3, R 4 bestimmt ist;
b) Uin < I 1 · R 1, die Diode D 4 ist in der Sperrichtung gepolt, die Diode D 3 ist leitend, und daraus folgt Un 2 = Un = 0.

Durch die Analyse der Schaltung, wobei die nichtidealen Eigenschaften der Bauteile berücksichtigt werden, wird ersichtlich, daß die Einflüsse (Uk - Kniespannung, r _d - Differentialwiderstand) entfallen. Es bleiben übrig nur die Einflüsse des Operationsverstärkers (U _off, I _off, I _b).

Das Prinzip der Synthese der abschnittsweise linearen monotonen Funktion ist bekannt. Im Summierer werden so viele Baueinheiten (Schaltungen, die beschrieben wurden), als es Segmente mit der Neigung g gibt, verbunden. Es bestehen zwei Kurvenformen im Hinblick auf die Achse U (U = Ausgangsspannung aus dem Summierer = Ordinatenachse, Uin = Eingangsspannung in die Grundeinheit = Abszissen achse), eine konvexe und eine konkave, sowie Kombina tionen dieser Formen, also eine konvex-konkave und eine konkav-konvexe.

Für die Synthese der konvexen abschnittsweise linearen monotonen Funktion werden im Summierer die Grundbauein heiten nach Fig. 2, für die Realisierung der konkaven ab schnittsweise linearen monotonen Funktion jedoch die Baueinheiten nach Fig. 1 verbunden. Dabei ist die Nei gung h _n = g _n - g _n _{- 1}, (g _-1 = 0) mit dem Teiler R 4, R 5 bestimmt. Die Spannung am Kniepunkt U 1 _n ist U 1 _n = I 1 _n · R 1, wobei n die Zahl des Segments in der Reihe bedeutet. Das erste Segment ist mit dem Operationsverstärker mit der Verstärkung der Rückkopplungsschleife A, A = -1 und der entsprechenden Neigung h _o = g _o bestimmt.

Claims

1. Schaltungsanordnung zur Synthetisierung von ab schnittsweise linearen monotonen Funktionen, insbe sondere zur Linearisierung der nicht-linearen Kenn linien von Thermoelementen, mit einem Operationsver stärker, dessen invertierender Eingang über einen ersten Widerstand an den Eingang angeschlossen ist, und mit einem zweiten Widerstand, der im Rück kopplungskreis des Operationsverstärkers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OJ) der eine Anschluß einer ersten Diode (D 1; D 3) und der eines Stromgenerators (I 1) verbunden sind, dessen anderer Anschluß mit Masse verbunden ist,
- daß zwischen den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OJ) und Masse ein dritter Widerstand (R 3) geschaltet ist,
- daß an den Ausgang des Operationsverstärkers (OJ) der zweite Anschluß der ersten Diode (D 1; D 3) und ein Anschluß einer zweiten Diode (D 2; D 4) angeschlossen ist, deren anderer Anschluß mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt des zweiten Widerstands (R 2) des Rückkopplungskreises und eines vierten Widerstands (R 4) verbunden ist,
- daß der andere Anschluß des vierten Widerstands (R 4) mit einem fünften Widerstand (R 5) verbunden ist und dieser Verbindungspunkt den Ausgang (IZ) darstellt, und
- daß der andere Anschluß des fünften Widerstands (R 5) mit Masse verbunden ist.

2. Schaltung zur Synthetisierung von konkaven abschnitts weise linearen monotonen Funktionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OJ) die Kathode der ersten Diode (D 1) und an den Ausgang des Operationsverstärkers (OJ) die Kathode der zweiten Diode (D 2) angeschlossen sind.

3. Schaltung zur Synthetisierung von konvexen abschnitts weise linearen monotonen Funktionen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (OJ) die Anode der ersten Diode (D 3) und an den Aus gang des Operationsverstärkers (OJ) die Anode der zweiten Diode (D 4) angeschlossen sind.