DE2048918B2 - Nichtlinearer Gleichspannungsverstärker, insbesondere für Meßzwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen nichtlinearen Gleichspannungsverstärker, insbesondere für Meßzwecke, dessen Kennlinie durch lineare Teilstücke angenähert wird, bestehend aus einem Operationsverstärker mit einer die Verstärkung bestimmenden negativen Rückkopplung (Gegenkopplung), deren Grad durch ein Widerstandsnetzwerk bestimmt ist, das mit nichtlinearen Gliedern verbunden ist.

Es ist bekannt, einen nichtlinearen Verstärker mit Annäherung der Kennlinie durch lineare Teilstücke dadurch zu realisieren, daß in das den Gegenkopplungsgrad bestimmende Widerstandsnetzwerk vorgespannte Dioden derart eingefügt sind, daß je nach Aussteuerung des Verstärkers mehr oder weniger Dioden leitend sind, wodurch die Verstärkung mehr oder weniger groß wird. Um die für gewöhnliche Dioden erforderlichen Vorspannungen zu vermeiden, ist es auch bekannt, an Stelle solcher Dioden Zenerdioden zu verwenden. In beiden Fällen besteht der

ίο Nachteil einer großen Temperaturabhängigkeit des Kennlinienverlaufs, die nur mit großem Aufwand kompensiert werden kann.

Aus der Zeitschrift »Electronics«, 2. Oktober 1967, S. 98, ist es auch bekannt, die Verstärkung einer einen Operationsverstärker enthaltenden Anordnung mit Hilfe eines Feldeffekttransistors in Abhängigkeit vom Tastverhältnis einer breitenmodulierten Impulsfolge zu verändern. Zu diesem Zweck wird dem Tor des Feldeffekttransistors eine äußere Regelspannung zugeführt. Eine solche Anordnung stellt aber keinen nichtlinearen Verstärker dar, dessen Verstärkung nach einem vorbestimmten nichtlinearen Verlauf vom jeweiligen Augenblickswert der Signalspannung selbst abhängt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines nichtlinaren Gleichspannungsverstärkers der eingangs angegebenen Art, dessen die Verstärkung als Funktion des Augenblickwerts der Signalspannung darstellende nichtlineare Kennlinie praktisch keine Temperaturabhängigkeit aufweist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die nichtlinearen Glieder durch weitere Operationsverstärker gebildet sind, daß der invertierende Eingang jedes weiteren Operationsverstärkers mit einem Schaltungspunkt des Widerstandsnetzwerks verbunden ist, daß der nicht invertierende Eingang jedes weiteren Operationsverstärkers auf einem festen Potential liegt und daß der Ausgang jedes weiteren Operationsverstärkers über eine Diode mit seinem invertierenden Eingang verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung ergibt gegenüber den bisher bekannten Anordnungen, bei denen andersartige nichtlineare Glieder verwendet werden, den Vorteil, daß die Temperaturabhängigkeit des Kennlinienverlaufs ohne irgendwelche Zusatzmaßnahmen praktisch vollständig beseitigt wird. Ein weiterer Vorteil besteht noch darin, daß die Knickpunkte, an denen die linearen Teilstücke der Kennlinie zusammentreffen, mit außerordentlich hoher Genauigkeit festgelegt werden können.

Obwohl als Operationsverstärker jeder beliebige Gleichspannungsverstärker mit ausreichender Verstärkung und Nullpunktstabilität verwendet werden kann, ist die Verwendung von monolithisch integrierten Schaltungen vorteilhaft, weil diese mit günstigen Eigenschaften preisgünstig industriell hergestellt werden und einem kompakten Aufbau ermöglichen.

Die Schaltungspunkte, mit denen die invertierenden Eingänge der Operationsverstärker verbunden werden, können je nach Art des den Gegenkopplungsgrad bestimmenden Widerstandsnetzwerkes verschieden sein.

Demzufolge besteht eine Ausführungsform der Erfindung darin, daß die mit den invertierenden Eingangen der weiteren Operationsverstärker verbundenen Schaltungspunkte des Widerstandsnetzwerkes die Abgriffe einer Serienschaltung von Widerständen sind.

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Eine andere Ausführungsform der Erfindung be- nach auch die übrigen Dioden. Jedesmal wenn eine steht darin, daß die mit den invertierenden Eingängen Diode zu leiten beginnt, bedeutet das, daß ein weiteder weiteren Operationsverstärker verbundenen rer Widerstand parallel zu dem Widerstand 3 gelegt Schaltungspunkte des Widerstandsnetzwerks die je- wird, wodurch die Verstärkung jedesmal ansteigt und weils freien Enden von Widerständen sind, deren 5 die Kennlinie einen Knick bekommt. Der Eingangsandere Enden mit einem gemeinsamen Punkt ver- spannungswert, bei dem ein solcher Knick auftritt, bunden sind. ist gegeben durch die Referenzspannung und das Ver-

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der hältnis der beiden Widerstände an der Anode der be-

Zeichnung beispielshalber beschrieben. In der Zeich- treffenden Diode, das sind z. B. für die Diode 13 die

nung zeigt io Widerstände 4 und 10. Der Betrag der an einem

F i g. 1 einen bekannten nichtlinearen Gleichspan- Knickpunkt auftretenden Verstärkungsänderung wird

nungsverstärker mit Dioden, bestimmt durch den Widerstand zwischen der Anode

F i g. 2 einen bekannten nichtlinearen Gleichspan- der betreffenden Diode und dem Eingang, im Zu-

nungsverstärker mit Zenerdioden, sammenwirken mit den bereits die Verstärkung be-

Fig. 3 einen nichtlinearen Gleichspannungsver- 15 einflussenden übrigen Widerständen, das ist z. B. für

stärker nach der Erfindung mit Serienwiderständen die Diode 13 der Widerstand 4.

im Rechennetzwerk des Operationsverstärkers, Die Anordnung nach F i g. 1 ist in verschiedenen

Fig.4 einen nichtlinearen Gleichspannungsver- Varianten verbreitet, beispielsweise für unterschiedstärker nach der Erfindung mit Parallelwiderständen liehe Signalpolaritäten, mit einstellbarer Verstärkung im Rechennetzwerk des Operationsverstärkers, 20 für die einzelnen Teilstücke und in Konfigurationen

F i g. 5 eine stilisierte nichtlineare Kennlinie mit für mit zunehmender Eingangsspannung steigende

aussteuerungsabhängig wachsender Verstärkung und oder fallende Verstärkung. Allen gemeinsam ist die

F i g. 6 eine entsprechende Kennlinie mit aussteue- Verwendung von vorgespannten Dioden und darin

rungsabhängig sinkender Verstärkung. liegt ihr Nachteil. Der Temperaturkoeffizient der

Es ist bekannt, einen nichtlinearen Verstärker mit 25 Dioden von etwa 2 mV/grd hat zur Folge, daß sich Annäherung der Kennlinie durch lineare Teilstücke die Lage der Kennlinien-Knickpunkte und damit die dadurch zu realisieren, daß in den Gegenkopplungs- Form der Kennlinie mit der Temperatur ändert. Man zweig eines Verstärkers Kombinationen aus Wider- kann dem zu begegnen suchen, indem man mit mögständen und vorgespannten Dioden derart eingefügt liehst hohen Signalpegeln arbeitet, aber der Auswerden, daß je nach Aussteuerung des Verstärkers 30 Steuerbereich des Operationsverstärkers setzt dem mehr oder wengier Dioden leitend sind, wodurch eine Grenze. Abgesehen von der sehr aufwendigen auch die Verstärkung mehr oder weniger groß ist. Möglichkeit, das ganze Netzwerk mittels eines Ther-F i g. 1 zeigt ein bekanntes Beispiel hierfür, wobei in mostaten auf einer konstanten Temperatur zu halten, dieser wie auch in den weiteren Figuren nur die bleibt nur noch die Möglichkeit, das Eingangssignal zur Erläuterung des Prinzips unbedingt notwendigen 35 selbst in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur Bauelemente dargestellt sind. Insbesondere sind so zu beeinflussen, daß der Temperatureinfluß der etwaige zur Frequenzgangkompensation notwendige Dioden möglichst kompensiert wird. Auch dieses Bauelemente sowie die Stromversorgung stets weg- Verfahren ist umständlich und teuer,
gelassen. Ebenso sind in allen Schaltungen nur die Es ist auch bekannt, gemäß F i g. 2, eine aus Ii-Bauelemente für Kennlinien mit 3 Knickpunkten als 40 nearen Teilstücken gebildete Kennlinie mit Hilfe von Beispiel gezeichnet. Z-Dioden zu realisieren. Die Figur zeigt einen

In der Praxis können natürlich in allen Fällen, so- Operationsverstärker 1, dessen nicht invertierendem

wohl bei den bekannten Anordnungen wie auch bei Eingang (+) über das Klemmenpaar 7 die Eingangs-

denen gemäß der Erfindung so viele Knickpunkte ge- spannung U_E zugeführt wird und von dessen Ausgang

wählt werden wie die gewünschte Kennlinie erfordert. 45 über das Klemmenpaar 8 die Ausgangsspannung U_A

Die Figur zeigt einen Operationsverstärker 1, des- abgenommen wird. Die Gegenkopplung wird gebildet sen nicht invertierender Eingang (+) mit dem all- durch einen Spannungsteiler, dessen Oberwidergemeinen Bezugspotential verbunden ist. Der inver- stand 2 zwischen Ausgang und invertierendem Eintierende Eingang (—) liegt an einem Widerstands- gang (—) liegt, und dessen Unterwiderstand, der zwinetzwerk, von dem der Widerstand 2 mit dem Aus- 50 sehen dem invertierenden Eingang und dem allgemeigang und die Widerstände 3 bis 6 mit dem Eingang nen Bezugspotential liegt, aus dem Netzwerk mit den verbunden sind. Die Eingangsspannung U_E liegt am Widerständen 3 und 16 bis 18 und den Z-Dioden 19 Klemmenpaar 7, und die Ausgangsspannung U_A wird bis 21 besteht. Bei der gezeichneten Polung der vom Klemmenpaar 8 abgenommen. An das Klem- Dioden muß die Eingangsspannung positiv in bezug menpaar 9 wird eine konstante Referenzspannung 55 auf das allgemeine Bezugspotential sein.
Ufyf gelegt, die über die Widerstände 10 bis 12 den Steigt nun die Eingangsspannung U_E von Null beDioden 13 bis 15 zugeführt wird. Bei der gezeich- ginnend in positiver Richtung an, so ist auch bei dieneten Polung der Dioden muß die Eingangsspannung sem Beispiel die Verstärkung zunächst allein durch positiv und die Referenzspannung negativ in bezug die Widerstände 2 und 3 gegeben, weil vorerst alle auf das allgemeine Bezugspotential sein. 60 Z-Dioden gesperrt sind. Bei weiter steigender Ein-

Steigt nun die Eingangsspannung U_E von Null be- gangsspannung beginnen die Z-Dioden nacheinander ginnend in positiver Richtung an, so ist die Verstär- in der Reihenfolge ihrer Durchbruchsspannungen zu kung zunächst allein durch die Widerstände 2 und 3 leiten, wodurch jedesmal ein weiterer der Widergegeben, weil vorerst alle Dioden von der negativen stände 16 bis 18 parallel zum Widerstand 3 gelegt Referenzspannung her gesperrt sind. 65 wird und die Verstärkung ansteigt. Auch das Beispiel

Steigt die Eingangsspannung weiter, so wird zu- nach F i g. 2 kann in verschiedener Weise abgewannächst die am wenigsten weit vorgespannte Diode delt werden, so z. B. für mit steigender Eingangsspanleitend und bei weiterem Ansteigen leiten nach und nung steigende oder fallende Verstärkung, in inver-

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tierender oder nieht inventierender Konfiguration, invertierenden Eingang verbunden. Letzterer bildet mit oder ohne Abgleich der einzelnen Teilverstärkun- einen virtuellen Festpunkt, dessen Potential gleich gen. Die Anordnung hat den gleichen Nachteil wie dem des nicht invertierenden Eingangs ist. Dadurch die nach F i g. 1, nämlich den die Kennlinie ver- wird das Potential des Abgriffes zwischen den Widerändernden Einfluß des Temperaturkoeffizienten der 5 ständen 24 und 25 auf dem des Punktes 31 festgehal-Durchbruchspannung der Z-Dioden. Dieser Tempe- ten, und die Verstärkung des Verstärkers 1 ist bei raturkoeffizient ist bei Z-Dioden zudem nach Betrag weiterem Steigen von V_E nur noch durch die Wider- und Polarität von der Durchbruchspannung abhängig, stände 2 und 22 bis 24 gegeben, also angestiegen,
was eine etwaige Kompensation sehr erschwert. Bei noch weiterem Ansteigen von U_E spielt sich Außerdem besteht keine Möglichkeit zum Abgleich ίο beim Verstärker 27 der gleiche Vorgang ab: Das der Spannungslage der Kennlinien-Knickpunkte. Potential des Abgriffs zwischen den Widerständen 23 Deshalb ist die Anordnung kaum verbreitet, obwohl und 24 wird auf dem des Punktes 30 festgehalten, und sie bei geringeren Ansprüchen an die Genauigkeit die Verstärkung des Verstärkers 1 ist nur noch durch wegen ihrer Einfachheit Vorteile bietet. die Widerstände 2, 22 und 23 bestimmt, also noch-

Der gemeinsame Nachteil der bekannten Anord- 15 mais gestiegen. Schließlich, bei noch höheren Werten

nungen, nämlich die starke Temperaturabhängigkeit von U_E, ist auch der Verstärker 26 durchgesteuert und

der Kennlinie, wird durch die Erfindung auf wirt- die höchste Verstärkung des Verstärkers 1 erreicht,

sehaftliche Weise beseitigt. Es ergibt sich damit eine Verstärker-Anordnung

Gemäß der Erfindung, die im folgenden beschrie- mit mehrfach geknickter Kennlinie, bei der die einben wird, wird ein nichth'nearer Verstärker mit einer 2° zelnen Teilverstärkungen durch die Widerstandsaus linearen Teilstücken bestehenden Kennlinie da- werte des Rechennetzwerkes des Verstärkers 1 zu durch realisiert, daß Abgriffe des Rechennetzwerkes wählen sind und bei der die Lage der Knickpunkte, des Operationsverstärkers mit den invertierenden bezogen auf die Eingangsspannung U_E, durch geeig-Eingängen weiterer Operationsverstärker verbunden nete Wahl der Potentiale der Punkte 29 bis 31 ebenwerden. Ein Beispiel dafür ist in Fig.3 dargestellt. 25 falls wählbar sind. Die Zahl der Knickpunkte ent-Die Figur zeigt einen Operationsverstärker 1, dessen spricht der Zahl der an entsprechenden Abgriffen nicht invertierendem Eingang (+) von dem Klem- des Rechennetzwerkes vorhandenen Verstärker. In menpaar 7 her die Eingangsspannung U_E zugeführt F i g. 3, wie auch in der noch zu erläuternden F i g. 4, wird und von dessen Ausgang über das Klemmen- sind nur als Beispiel die drei Verstärker 26 bis 28 gepaar 8 die Ausgangsspannung U_A abgenommen wird. 3° zeichnet.

Das Rechennetzwerk besteht aus einem Gegenkopp- Da diese Verstärker in der Praxis, wie alle Opelungswiderstand 2 und einem Vorwiderstand, der bei rationsverstärker einen gewissen exemplarabhängigen diesem Beispiel aus der Serienschaltung der Wider- Eingangsspannungs-Offset besitzen, ist es zweckstände 22 bis 25 besteht. Gemäß der Erfindung sind mäßig, die Potentiale der Punkte 29 bis 31 mindestens Abgriffe dieses Rechennetzwerkes mit den inver- 35 so weit einstellbar zu machen, daß der Offset komtierenden Eingängen (—) weiterer Operationsverstär- pensiert werden kann, sofern die gewünschte Kennker 26 bis 28 verbunden, bei denen jeweils der nicht linien-Genauigkeit das erforderlich macht. Damit invertierende Eingang (+) auf einen Punkt festen sind die von diesen Verstärkern herrührenden stati-Potentjals liegt (Punkte 29, 30 und 31) und bei denen sehen Fehler eliminiert.

jeweils der Ausgang über eine Diode mit dem inver- 4° Unabhängig davon, besteht zwischen den beiden tierenden Eingang verbunden ist (Dioden 32, 33 und Eingängen eines jeden dieser Verstärker noch eine 34). Die drei Festpotentiale können auf beliebige temperaturabhängige Spannungskomponente, die Weise gewonnen werden, im vorliegenden Beispiel gleich dem Temperaturkoeffizienten der Eingangsgeschieht das durch Spannungsteilung aus einer dem Offsetspannung ist. Auf der Nutzbarmachung dieses Klemmenpaar 9 zugeführten konstanten Referenz- 45 bei heutigen Operationsverstärkern (sowohl in monospannung U^f. lithischer wie auch in anderer Bauweise) sehr kleinen

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anord- Temperaturkoeffizienten beruht der Vorteil der Ernung ist folgende: Angenommen, die Referenzspan- findung gegenüber den bekannten Anordnungen. Bei nung U_Ref sei positiv in bezug auf das gemeinsame einem besonders weitverbreiteten und preisgünstigen Bezugspotential und die Spannung an Punkt 29 sei 50 Typ eines monolithischen Operationsverstärkers behöher als die an Punkt 30 und diese wiederum höher trägt dieser Temperaturkoeffizient beispielsweise als die an Punkt 31. Ist nun die Eingangsspannung U_E etwa 5 μ V/grd. Durch Vergleich mit dem für Dioden zunächst Null, so ist auch die Spannung am inver- zutreffenden Wert von etwa 2 mV/grd ergibt sich tierende Eingang (—) des Verstärkers 1 sowie des- ohne weiteres die große Verbesserung, welche die Ersen Ausgangsspannung Null (unter Vernachlässigung 35 findung gegenüber den bekannten Anordnungen erdes Spannungsoffsets, der mit den üblichen Mitteln bringt. Die anliegenden Signalpegel, mit denen diese kompensiert werden kann). Ebenso ist die Spannung Werte ins Verhältnis zu setzen sind, sind nämlich in an den invertierenden Eingängen aller Verstärker 26 allen Fällen etwa gleich, weil sie durch den Ausbis 28 Null, und deren Ausgänge liegen auf dem posi- Steuerbereich des Verstärkers 1 zwangsläufig begrenzt tiven Sättigungswert, wodurch die Dioden 32 bis 34 60 sind,

gesperrt sind. Steigt nun U_E in positiver Richtung an, Besonders vorteilhaft wirkt sich im Zusammen-

so ist die Verstärkung des Verstärkers 1 so lange hang mit dem günstigen Temperaturverhalten die

durch die Widerstände 2 und 22 bis 25 gegeben, bis hohe Abgleichgenauigkeit der Kennlinien-Knick-

die Potentialdifferenz zwischen den beiden Eingän- punkte bei einer Anordnung gemäß der Erfindung

gen des Verstärkers 28 durch Null geht, In diesem 65 aus. Bekanntlich erscheint bei einem Operationsver-

Moment geht dessen Ausgangspotential vom posi- stärker mit einer Diode als Gegenkopplungselement,

tiven Sättigungswert in negativer Richtung, die Diode wie bei den Verstärkern 26 bis 28, der Durchlaß-

34 beginnt zu leiten, und der Ausgang ist mit dem Spannungsabfall der Diode am invertierenden Ein-

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gang durch den Betrag der »offenen« Verstärkung flußt, während dies bei dem Beispiel nach F i g. 3 (d. h. der Verstärkung ohne Gegenkopplung) divi- durch ein nach und nach erfolgendes Kurzschließen diert. Der bereits erwähnte, weitverbreitete Opera- der Abgriffe einer Serienschaltung erfolgte. Zufolge tionsverstärker-Typ besitzt eine offene Verstärkung der Parallel-Konfiguration in Fig.4 kann dort die von mindestens 15 000. Damit ergibt sich für den 5 Reihenfolge der Potentiale der Punkte 29 bis 31 be-Durchlaßbereich der Diode jeweils am invertieren- liebig gewählt werden, während bei dem Beispiel den Eingang ein Spannungsbereich von weniger als nach F i g. 3 die Potentialwerte in der Reihenfolge 50 μν. Dieser Umstand ermöglicht einen sehr ge- der Abgriffe des Spannungsteilers einander folgen nauen Abgleich der Kennlinien-Knickpunkte. Man müssen. Dabei gehört zu dem am weitesten vom Verlegt zu dem Zweck eine Gleichspannung von dem io stärker 1 entfernt liegenden Abgriff des Spannungs-Wert an den Eingang 7, bei dem der Knickpunkt teilers der Festpunkt mit dem niedrigsten Potential,
liegen soll und gleicht das Potential an dem betreffen- Die Entscheidung, welche der beiden an sich den Punkt 29, 30 oder 31 so ab, daß die Ausgangs- gleichwertigen Ausführungsformen in einem prakspannung des zugehörigen Verstärkers 26, 27 oder 28 tischen Fall die vorteilhafteste ist, hängt von den Null ist. Damit ist der Abgleich auf eine Gleichspan- 15 Widerstandswerten für das Rechennetzwerk ab, die nungsmessung zurückgeführt, die mit praktisch be- sich aus dem gewünschten Kennlinienverlauf ergeben, liebiger Genauigkeit erfolgen kann, während bei den Man wird die Wahl so treffen, da daß das Verhältnis bekannten Anordnungen wegen des weichen Über- vom größten zum kleinsten im Gegenkopplungsnetzgangs an den Knickpunkten die Kurve an diesen Stel- werk vorkommenden Widerstand möglichst nahe len nicht mit der gleichen Genauigkeit erfaßt werden ao bei 1 liegt. Dann ist die geringste Streuung des Temkann. Eine möglichst genaue Erfassung der Knick- peraturkoeffizienten dieser Widerstände zu erwarten, punkte ist aber unerläßlich, wenn beispielsweise bei Es ergibt sich nämlich, was die Widerstände betrifft, Anwendung als Meßverstärker die Verstärkerkenn- die geringste Temperaturabhängigkeit des Kennlinie innerhalb eines bestimmten vorgegebenen linienverlaufes, wenn die Temperaturkoeffizienten »Streuschlauches« der Sollkurve folgen muß. Dann 25 der Widerstände innerhalb der überhaupt gewählten müssen nämlich die Knickpunkte gezielt auf einen Grenzen möglichst einander gleich sind. Das ist eher Rand des Streuschlauches gelegt werden. _zu erwarten, wenn die einzelnen Widerstandswerte

Übrigens erscheint auch der Temperaturkoeffizient nicht allzusehr voneinander verschieden sind,

der Durchlaß-Spannung der Dioden 32 bis 34 am in- Eine möglichst gleiche relative Wertänderung der

vertierenden Eingang des betreffenden Verstärkers 30 Widerstände mit der Temperatur wird ferner begün-

durch die offene Verstärkung dividiert und ist dann stigt durch eine feste thermische Kopplung zwischen

sogar noch zu vernachlässigen gegen den bereits er- diesen. Dazu ist es vorteilhaft, bei einer Anordnung

wähnten Temperaturkoeffizienten dieser Verstärker gemäß der Erfindung mindestens die Widerstände,

selbst. die das Rechennetzwerk des Verstärkers 1 bilden, in

Vorteilhaft ist auch, daß die Verstärker 26 bis 28 35 einer der bekannten integrierten Techniken, z. B.

wegen der hohen Eingangsimpedanz an ihren nicht Dickschicht- oder Dünnschicht-Technik auszuführen,

invertierenden Eingängen die Punkte 29 bis 31 prak- Hierbei ist es wiederum anzustreben, daß die Werte

tisch nicht belasten, so daß diese relativ hochohmig nicht allzusehr voneinander verschieden sind, damit

sein können. die Widerstände möglichst mit dem gleichen Schicht-

Die Anwendung des Erfindungsgedankens ist nicht 4° material realisiert werden können. Natürlich können auf die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform be- in diese Integration durch Anwendung einer der beschränkt. F i g. 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines kannten Hybrid-Techniken noch weitere Bauelemente nichtlinearen Gleichspannungsverstärkers gemäß der der Schaltung, einschließlich der Operationsverstär-Erfindung, das sich von dem vorherigen durch eine ker, einbezogen werden.

andere Schaltung des Rechennetzwerkes des Ver- 45 Hinsichtlich der Signal-Polarität und des Steistärkers 1 unterscheidet. In beiden Figuren sind Teile gungsverlaufes der Kennlinie verhält es sich bei der mit gleicher Funktion gleichlautend bezeichnet. In Anordnung gemäß der Erfindung wie folgt: Sind die F i g. 4 liegen, gemäß der Erfindung, die Widerstände Dioden so gepolt wie in den F i g. 3 und 4 dargestellt 36 bis 38 alle mit einem Ende an einem gemeinsamen und die Potentiale der Festpunkte 29 bis 31 positiv Punkt, nämlich dem invertierenden Eingang des Ver- 50 gegen das allgemeine Bezugspotential, so benötigt die stärkers 1, während ihr freies Ende jeweils zu einem Schaltung, wie bereits beschrieben, ein positives Einder zusätzlichen Verstärker 26 bis 28 führt. Ferner ist gangssignal U_E und arbeitet mit bei steigender Einnoch der Widerstand 35 vorhanden, der im Zusam- gangsspannung zunehmender Verstärkung. Eine menwirken mit dem Widerstand 2 die Verstärkung solche Kennlinie ist in F i g. 5 stilisiert dargestellt, des Verstärkers 1 für den Fall bestimmt, daß U_E Null 55 und zwar als Beispiel für drei Knickpunkte,
ist. Bei diesem Beispiel sind also die Widerstände 35 Polt man die Dioden um, so daß jeweils ihre bis 38 die parallelliegenden Teilwiderstände des Vor- Anoden mit den Ausgängen der zugehörigen Verwiderstandes, der zusammen mit dem Gegenkopp- stärker verbunden sind, und läßt die Polarität des lungswiderstand 2 das Rechennetzwerk bildet. Steigt Potentials an den Punkten 29 bis 31 unverändert U_E in positiver Richtung an, so werden auch bei die- 60 positiv, so ergibt sich eine Kennlinie für positive Einsem Beispiel die Verstärker 26 bis 28 nacheinander gangsspannungen mit bei steigenden Pegel fallender aus ihrer positiven Sättigungslage heraus durch- Verstärkung, wie sie stilisiert in F i g. 6 dargestellt ist. gesteuert, bis die Dioden 32 bis 34 leiten, wodurch In diesem Fall sind nämlich bei U_E = 0 alle Dioden nacheinander die Widerstände 36 bis 38 mit ihren leitend, wie man sich leicht an Hand der F i g. 3 oder freien Enden auf den Potentialen der Punkte 29 bis 65 4 vergegenwärtigen kann. Damit hat die Verstärkung 31 festgehalten werden. Die Verstärkung des Ver- ihren Höchstwert, und mit steigendem Pegel von U_E stärkers 1 wird somit durch eine nach und nach er- werden nacheinander die Ausgänge der Verstärker 26 folgende Parallelschaltung von Widerständen beein- bis 28 in die negative Sättigungslage gesteuert, was

das potentialmäßige Freiwerden der invertierenden Eingänge und damit ein schrittweises Absinken der Verstärkung des Verstärkers 1 zur Folge hat.

Legt man schließlich die Punkte 29 bis 31 auf ein negatives Festpotential, so ist die Schaltung mit einem negativen Eingangssignal U_E anzusteuern und arbeitet, wie nach dem bisher Gesagten ohne weiteres abzuleiten ist, bei einer Polung der Dioden wie in F i g. 3 und 4 dargestellt, mit bei wachsender Eingangsspannung fallender Verstärkung und bei umgekehrter Polung der Dioden mit bei wachsender Eingangsspannung steigender Verstärkung.

So können auf einfachste Weise alle Kombinationen des Steigungsverlaufes mit der Signalpolarität verwirklicht werden.

Die Erfindung erlaubt den Aufbau von nichtlinearen Gleichspannungsverstärkern, deren Kennlinie durch lineare Teilstücke angenähert wird, mit hoher vorgebbarer Genauigkeit. Ihr Vorteil gegenüber den bekannten Anordnungen liegt insbesondere darin, daß die Temperaturabhängigkeit des Kennlinienverlaufes auf wirtschaftliche Weise praktisch vollständig beseitigt wird, so daß die gesamte Stabilität der Einrichtung nur noch von den verwendeten

ίο Widerständen abhängt. Ein Anwendungsbeispiel ist die Linearisierung der Brücken-Ausgangsspannung bei Temperatur-Meßbrücken mit Platin-Widerstandsfühlern bzw. bei Meßbrücken für andere Meßgrößen mit nichtlinearem Zusammenhang zwischen Meßgröße und Brücken-Ausgangsspannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Nichtlinearer Gleichspannungsverstärker, insbesondere für Meßzwecke, dessen Kennlinie durch lineare Teilstücke angenähert wird, bestehend aus einem Operationsverstärker mit einer die Verstärkung bestimmenden negativen Rückkopplung (Gegenkopplung), deren Grad durch ein Widerstandsnetzwerk bestimmt ist, das mit nichtlinearen Gliedern verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtlinearen Glieder durch weitere Operationsverstärker gebildet sind, daß der invertierende Eingang jedes weiteren Operationsverstärkers mit einem Schaltungspunkt des Widerstandsnetzwerks verbunden ist, daß der nicht invertierende Eingang jedes weiteren Operationsverstärkers auf einem festen Potential liegt und daß der Ausgang jedes weiteren Operationsverstärkers über eine Diode mit seinem invertierenden Eingang verbunden ist.

2. Nichtlinearer Gleichspannungsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Operationsverstärker als integrierte Halbleiterschaltungen ausgebildet sind.

3. Nichtlinearer Gleichspannungsverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den invertierenden Eingängen der weiteren Operationsverstärker verbundenen Schaltungspunkte des Widerstandsnetzwerks die Abgriffe einer Serienschaltung von Widerständen sind.

4. Nichtlinearer Gleichspannungsverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den invertierenden Eingängen der weiteren Operationsverstärker verbundenen Schaltungspunkte des Widerstandsnetzwerks die jeweils freien Enden von Widerständen sind, deren andere Enden mit einem gemeinsamen Punkt verbunden sind.

5. Nichtlinearer Gleichspannungsverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das feste Potential an dem nicht invertierenden Eingang jedes der weiteren Operationsverstärker zum Zwecke des Abgleichs einstellbar ist.

6. Nichtlinearer Gleichspannungsverstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Widerstandsnetzwerk in einer integrierten Technik, beispielsweise Dickschicht- oder Dünnschicht-Technik ausgeführt ist.