DE3050495C1

DE3050495C1 - Stufenumformer elektrischer Signale

Info

Publication number: DE3050495C1
Application number: DE3050495A
Authority: DE
Inventors: Mart Val'terovi&ccaron; Min; Toomas Ennovi&ccaron; Parve; Toom Ajnovi&ccaron; Tallin Pungas
Original assignee: MIN MART VAL TEROVIC; PARVE TOOM E
Current assignee: MIN MART VAL TEROVIC; PARVE TOOM E
Priority date: 1980-08-26
Filing date: 1980-07-31
Publication date: 1984-04-12
Also published as: AT382254B; FR2489626B1; FR2489626A1; US4473802A; DE3050495T1; WO1982000536A1; ATA915480A

Description

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stu-

Anwendungsgebiet 60 fenumformer elektrischer Signale zu schaffen, der aus

geführt ist, daß der Einfluß des Werts und des Charak-

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Umformung ters des Belastungswiderstands des Umformers auf seielektrischer Signale, insbesondere Stufenumformer nen Übertragungsfaktor vermindert und dadurch die elektrischer Signale. Umformungsgenauigkeit des Eingangssignals verbes-

65 sertwird.

Bisheriger Stand der Technik Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Stufenumformer elektrischer Signale mit einer Schaltung mit än-Eine stufenweise Umformung elektrischer Signale derbarem Übertragungsfaktor, deren Ausgang als Aus-

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gang des Umformers dient, sowie mit einem Steuersi- Kurzbeschreibung der Zeichnung
gnalgenerator, dessen Ausgänge mit den Steuereingängen der Schaltung mit dem änderbaren Übertragungs- Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsfaktor zur Änderung des Übertragungsfaktors der weise näher erläutert. Es zeigt

Schaltung mit dem änderbaren Übertragungsfaktor in 5 F i g. 1 das Schaltbild des erfindungsgemäßen Stufen-Übereinstimmung mit der Stufen-Zeitfunktion verbun- Umformers,

den sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß er eine F i g. 2 (a, b) die zeitabhängige Änderung der Über-

zweite Schaltung mit änderbarem Übertragungsfaktor tragungsfaktoren der Umformerschaltungen,

und eine Vergleichsschaltung enthält, die so geschaltet F i g. 3 ein Schaltbild des Stufenumformers gemäß ei-

sind, daß sie einen negativen Rückkopplungskreis (Ge- io ner Ausführungsvariante der Erfindung,
genkopplungskreis) zwischen dem Ausgang und dem

Eingang der Schaltung mit änderbarem Übertragungs- Beschreibung eines Ausführungsbeispiels

faktor, deren Ausgang als Ausgang des Umformers der Erfindung
funktioniert, bilden, wobei der Eingang der zweiten

Schaltung mit änderbarem Übertragungsfaktor mit dem 15 Entsprechend der F i g. 1 enthält der Stufenumformer

Ausgang der Schaltung mit dem änderbaren Übertra- elektrischer Signale Schaltungen 1 und 2 mit änderba-

gungsfaktor, deren Ausgang als Ausgang des Umfor- rem Übertragungsfaktor, einen Steuersignalgenerator 3

mers funktioniert, verbunden ist, die Steuereingänge der und eine Vergleichsschaltung 4.

zweiten Schaltung mit dem änderbaren Übertragungs- Die Schaltung 1 mit dem änderbaren Übertragungsfaktor mit den Ausgängen des Steuersignalgenerators 20 faktor enthält Differentialverstärker 5 und 6. Der Auszur Änderung des Übertragungsfaktors der zweiten gang des Differentialverstärkers 5 ist mit seinem inver-Schaltung mit änderbarem Übertragungsfaktor umge- tierenden Eingang über einen Widerstand 7 verbunden, kehrt proportional der Stufenfunktion, in Übereinstim- der einen negativen Rückkopplungskreis (Gegenkoppmung mit der sich der Übertragungsfaktor der Schal- lungskreis) bildet. Der invertierende Eingang des Vertung mit änderbarem Übertragungsfaktor, deren Aus- 25 stärkers 5 ist mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung gang als Ausgang des Umformers dient, ändert, in Ver- 4 über drei parallel geschaltete Kreise verbunden, von bindung stehen, der eine Eingang der Vergleichsschal- denen der eine durch einen Widerstand 8, der andere tung als Eingang des Umformers wirkt, der andere Ein- durch — in Reihe geschaltet — einen Widerstand 9 und gang der Vergleichsschaltung mit dem Ausgang der einen steuerbaren elektronischen Schalter 10 und der zweiten Schaltung mit änderbarem Übertragungsfaktor 30 dritte durch einen Widerstand 11 und einen in Reihe mit verbunden ist, und der Ausgang der Vergleichsschal- ihm geschalteten steuerbaren elektronischen Schalter tung mit dem Eingang der Schaltung mit änderbarem 12 gebildet sind. Der invertierende Eingang und der Übertragungsfaktor, deren Ausgang als Ausgang des nichtinvertierende Eingang des Differentialverstärkers Umformers funktioniert, in Verbindung steht. 6 sind mit dem Ausgang des Verstärkers 5 über Widerin einem solchen Umformer verhindert der Gegen- 35 stände 13 bzw. 14 verbunden. Der Ausgang des Verstärkopplungskreis die Abweichung der Werte, die das Si- kers 6 ist mit seinem invertierenden Eingang über einen gnal am Ausgang des Umformers annimmt, von den Widerstand 15 verbunden, der einen Gegenkopplungs-Werten, die dem vorgegebenen Änderungsgesetz des kreis bildet. Der nichtinvertierende Eingang des Ver-Übertragungsfaktors entsprechen, wodurch die Umfor- stärkers 6 ist über einen steuerbaren elektronischen mungsgenauigkeit des Eingangssignals erhöht wird. Es 40 Schalter 16 mit dem Mittelpunkt der Umformerschalist zweckmäßig, daß die Vergleichsschaltung einen sum- tung zusammengeschaltet. Der Verbindungspunkt der mierenden Verstärker, dessen Eingänge entsprechend Eingangskreise des Verstärkers 5 bildet den Eingang die Eingänge der Vergleichsschaltung bilden, und einen der Schaltung 1 mit änderbarem Übertragungsfaktor. Summator aufweist, dessen einer Eingang mit dem Ein- Der Ausgang des Verstärkers 6 bildet den Ausgang der gang des summierenden Verstärkers verbunden ist, der 45 Schaltung 1, der auch als Ausgang des Umformers funkden Eingang der Vergleichsschaltung bildet, welcher als tioniert. Die Steuereingänge der elektronischen Schal-Eingang des Umformers funktioniert, während dessen ter 10, 12 und 16 bilden die Steuereingänge der Schalanderer Eingang mit dem Ausgang des summierenden tung 1.

Verstärkers in Verbindung steht, und dessen Ausgang Die Schaltung 2 mit dem änderbaren Übertragungsais Ausgang der Vergleichsschaltung dient. 50 faktor enthält Differentialverstärker 17 und 18. Der Eine solche Ausführung der Vergleichsschaltung er- Ausgang des Differentialverstärkers 17 ist mit seinem möglicht es, den statischen Fehler bei der Änderung des invertierenden Eingang über einen Widerstand 19 ver-Übertragungsfaktors des Umformers wesentlich zu ver- bunden, der einen Gegenkopplungskreis bildet. Der inringern bzw. auf den Nullwert zu bringen. Das gestattet vertierende Eingang und der nichtinvertierende Eines, eine genaue Abstimmung des Umformers zu ge- 55 gang des Verstärkers 17 sind mit dem Ausgang der währleisten, sogar wenn die Übertragungsfaktor der di- Schaltung 1 mit dem änderbaren Übertragungsfaktor rekten Kette für das Eingangssignal nur näherungswei- über Widerstände 20 bzw. 21 verbunden, deren Verbinse bekannt ist und tatsächlich auf das Mehrfache den dungspunkt als Eingang der Schaltung 2 wirkt. Der angenommenen Wert mehrmals überschreiten kann. Ei- nichtinvertierende Eingang des Verstärkers 17 steht ne solche Ausführung der Vergleichsschaltung gestattet 60 über einen steuerbaren elektronischen Schalter 22 mit es außerdem, durch die Verwendung eines summieren- dem Mittelpunkt der Umformerschaltung in Verbinden Verstärkers mit einem großen Verstärkungsfaktor dung. Der Ausgang des Verstärkers 17 ist über einen einen großen Verstärkungsfaktor der Vergleichsschal- Widerstand 23 mit dem invertierenden Eingang des Vertung und damit eine hohe Umformungsgenauigkeit zu stärkers 18 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers 18 erhalten und gleichzeitig eine schnelle Übertragung der 65 ist mit seinem invertierenden Eingang über drei paralle-Änderungen des Eingangssignals an den Ausgang des Ie Gegenkopplungskreise verbunden, von denen der ei-Umformers zu gewährleisten. ne durch einen Widerstand 24, der andere durch einen

Widerstand 25 und einen in Reihe mit ihm geschalteten

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steuerbaren elektronischen Schalter 26 und der dritte der Übertragung des Signals vom Ausgang des Verstär-

durch einen Widerstand 27 und einen in Reihe mit ihm kers 5 an den Ausgang des Verstärkers 6 gleich Eins und

geschalteten steuerbaren elektronischen Schalter 28 ge- hat ein positives Vorzeichen bei der geöffneten Stellung

bildet sind. Der Ausgang des Verstärkers 18 funktioniert des Schalters 16 und ein negatives Vorzeichen bei der

als Ausgang der Schaltung 2 mit änderbarem Übertra- 5 geschlossenen Stellung des Schalters 16, während der

gungsfaktor. Die Steuereingänge der elektronischen Übertragungsfaktor des Signals vom Ausgang des Ver-

Schalter 22, 26 und 28 bilden die Steuereingänge der stärkers 6 an den Ausgang des Verstärkers 17 aus gleich

Schaltung 2. Eins ist und ein positives Vorzeichen bei der geöffneten

Die steuerbaren elektronischen Schalter 10, 12, 16, Stellung des Schalters 22 und ein negatives Vorzeichen 22, 26 und 28 können z. B. Feldtransistoren darstellen, 10 bei der geschlossenen Stellung des Schalters 22 hat. Soderen Gaten als Steuereingänge der Schalter dienen. mit haben die Übertragungsfaktoren der Schaltungen 1

Der Steuersignalgenerator 3 hat drei Ausgänge 29,30 und 2 positive Vorzeichen bei der geöffneten Stellung und 31. Der Ausgang 29 ist mit dem Steuereingang des der Schalter 16 bzw. 22 und negative Vorzeichen entSchalters 10 der Schaltung 1 und mit dem Steuereingang sprechend bei der geschlossenen Stellung der Schalter des Schalters 26 der Schaltung 2 verbunden, der Aus- 15 16 bzw. 22.

gang 30 steht in Verbindung mit den Steuereingängen Durch eine Wahl der Zeitintervalle, nach deren Ab-

des Schalters 12 der Schaltung 1 und des Schalters 28 lauf eine Änderung der Signale an den Ausgängen 29

der Schaltung 2 und der Ausgang 31 ist mit den Steuer- bzw. 31 des Generators 3 und der Widerstandswerte der

eingängen des Schalters 16 der Schaltung 1 und des Widerstände 8, 9 und 11 geschieht, wird die erforderli-

Schalters 22 der Schaltung 2 verbunden. Als Generator 20 ehe Stufenfunktion eingestellt, in Übereinstimmung mit

3 kann eine beliebige bekannte Schaltung verwendet der sich der Übertragungsfaktor der Schaltung 1 zeitab-

werden, die die vorgegebene Änderungsfolge der Si- hängig ändert. So z. B. können zur Gewährleistung einer

gnale an ihren Ausgängen gewährleistet. Solche Schal- Änderung des Übertragungsfaktors der Schaltung 1 in

tungen werden üblicherweise mit Triggern und logi- Übereinstimmung mit der Zeitfunktion, die eine stufen-

schen Ventilen aufgebaut. 25 artige Sinuslinie darstellt, die Signale an den Ausgängen

Die Vergleichsschaltung 4 enthält einen Differential- 29 bis 31 des Generators 3 so geändert werden, daß

verstärker 32, dessen Ausgang mit seinem invertieren- folgende Reihenfolge der Umschaltungen gewährleistet

den Eingang über einen Widerstand 33 verbunden ist, wird: Schluß des Schalters 10, Schluß des Schalters 12,

der einen Gegenkopplungskreis bildet. Der invertieren- Öffnung des Schalters 12, Öffnung des Schalters 10, Um-

de Eingang des Verstärkers 32 ist mit einer der Ablei- 30 schaltung des Schalters 16, Schluß des Schalters 10,

tungen eines Widerstands 34 verbunden, dessen andere Schluß des Schalters 12, Öffnung des Schalters 12, Öff-

Ableitung als Eingang 35 der Vergleichsschaltung 4 nung des Schalters 10, Umschaltung des Schalters 16,

dient und an den Ausgang des Verstärkers 18 der Schal- Schluß des Schalters 10 usw. Die Änderung des Über-

tung 2 mit änderbarem Übertragungsfaktor angeschlos- tragungsfaktors der Schaltung 1 in diesem Fall ist in der

sen ist. Der. invertierende Eingang des Verstärkers 32 ist 35 Fig. 2a dargestellt.

auch mit einer der Ableitungen eines Widerstands 36 Eine Änderung der Steuersignale an den Ausgängen verbunden, dessen andere Ableitung als der andere Ein- 29, 30 und 31 des Generators 3 (F i g. 1), die eine Umgang 37 der Vergleichsschaltung 4 und als Eingang des schaltung der Schalter 10, 12 und 16 der Schaltung 1 Umformers funktioniert. Der Ausgang des Verstärkers hervorruft, führt auch zur Umschaltung der Schalter 26 32 dient als Ausgang der Vergleichsschaltung 4. 40 bzw. 28 und 22 der Schaltung 2. Die Widerstandswerte

Der in der F i g. 1 dargestellte Umformer wirkt fol- der Widerstände 24, 25 und 27 der Schaltung 2 sind so

gendermaßen: gewählt, daß sie proportional den Widerstandswerten

Die Übertragungsfaktoren der Schaltungen 1 und 2 der Widerstände 8 bzw. 9 und 11 der Schaltung 1 sind. In werden durch die Stellungen bestimmt, in denen sich die diesem Fall sind die Werte des Übertragungsfaktors der elektronischen Schalter 10,12,16 und 22, 26, 28 befin- 45 Schaltung 2, die verschiedenen Stellungen der Schalter den und die sich in Übereinstimmung mit den Änderun- 26 und 28 entsprechen, umgekehrt proportional den gen der Steuersignale an den Ausgängen 29 bis 31 des Werten des Übertragungsfaktors der Schaltung 1, die Generators 3 ändern. Das Schließen und Öffnen des den gleichen Stellungen der Schalter 10 bzw. 12 entspre-Schalters 10 oder 12 führt zu einer Vergrößerung bzw. chen. Dabei wird die Änderung des Vorzeichens des Verringerung des absoluten Wertes des Übertragungs- 50 Übertragungsfaktors der Schaltung 1 durch eine Ändefaktors der Schaltung 1, und das Schließen oder öffnen rung des Vorzeichens des Übertragungsfaktors der des Schalters 26 oder 28 führt zu einer Verringerung Schaltung 2 wegen der gleichzeitigen Umschaltung der bzw. Vergrößerung des absoluten Werts des Übertra- Schalter 16 und 22 begleitet. Somit sind die Werte, welgungsfaktors der Schaltung 2. Die Widerstandswerte ehe der Übertragungsfaktor der Schaltung 2 in verder Widerstände 13,14 und 15 der Schaltung 1 und der 55 schiedenen Zeitpunkten annimmt, umgekehrt propor-Widerstände 19, 20 und 21 der Schaltung 2 sind so ge- tional den Werten, die der Übertragungsfaktor der wählt, daß der Widerstandswert des Widerstands 13 Schaltung 1 in den gleichen Zeitpunkten annimmt, d. h. dem Widerstandswert des Widerstands 15 gleich ist, der der Übertragungsfaktor der Schaltung 2 ändert sich bei Widerstandswert des Widerstands 19 dem Widerstands- einer Änderung der Steuersignale an den Ausgängen 29, wert des Widerstands 20 gleicht, der Widerstandswert 60 30 und 31 des Generators 3 in Übereinstimmung mit des Widerstands 14 um ein Vielfaches den Widerstands- einer Stufen-Zeitfunktion, die umgekehrt proportional wert des geschlossenen Schalters 16 überschreitet und zur Funktion ist, in Übereinstimmung mit der sich der um ein Vielfaches den Widerstandswert des geöffneten Übertragungsfaktor der Schaltung 1 ändert.
Schalters 16 unterschreitet, während der Widerstands- Die Änderung des Übertragungsfaktors der Schalwert des Widerstands 21 um ein Vielfaches über dem 65 tung 2, wenn sich der Übertragungsfaktor der Schaltung Widerstandswert des geschlossenen Schalters 22 und 1 in Übereinstimmng mit der stufenartigen Sinuslinie um ein Vielfaches unter dem Widerstandswert des ge- ändert, ist in der F i g. 2b dargestellt,
öffneten Schalters 22 liegt. In diesem Fall ist der Faktor Bei einer Verbindung der Differentialverstärker 5,6,

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17,18 und 32 so wie das in der F i g. 1 gezeigt ist, bilden Die Genauigkeit, mit der sich der Übertragungsfaktor

die Schaltung 2 mit änderbarem Übertragungsfaktor des Umformers in Übereinstimmung mit der vorgege- und die Vergleichsschaltung 4 einen Gegenkopplungs- benen Stufenfunktion ändert, wird hauptsächlich durch kreis zwischen dem Ausgang und dem Eingang der die Genauigkeit bestimmt, mit der die Wahl der WiderSchaltung 1 mit dem änderbaren Übertragungsfaktor. 5 standswerte der Widerstände 33, 34 und 36 sowie die In diesem Fall wird der Übertragungsfaktor K des Um- Änderung des Übertragungsfaktors der Schaltung 2 geformers durch den Ausdruck währleistet wird. Die Abweichung des Übertragungsfaktors der Schaltung 1 hat, wie das schon erwähnt,

g _ ^aKi q^ einen verhältnismäßig geringen Einfluß auf den Über-

1 +ßAT₁AT₂ ίο tragungsfaktor des Umformers bei einem hinreichend

großen Wert des Produkts β Κ\ K₂.

bestimmt, worin Das Signal am Ausgang des in der F i g. 1 dargestell

ten Umformers wird mit einem statischen Fehler for-

x Übertragungsfaktor der Vergleichsschaltung 4 für miert, der dem durch das Produkt ßK\K₂ dividierten

das dem Eingang 37 zugeführte Signal; 15 Wert des Eingangssignals gleich ist. Dieser Fehler bringt

K\ Übertragungsfaktor der Schaltung 1; eine Verzerrung in das am Ausgang des Umformers

β Übertragungsfaktor der Vergleichsschaltung 4 für erzeugte Signal ein, falls er bei der Wahl der Kenndaten

das dem Eingang 35 zugeführte Signal und der Umformerelemente nicht berücksichtigt wird. Zum

K₂ Übertragungsfaktor der Schaltung 2 Erhalten eines großen Übertragungsfaktors ist es

20 zweckmäßig, in der Vergleichsschaltung 4 einen sum-

bedeuten. mierenden Verstärker zu verwenden, der keinen Ge-

Da der Übertragungsfaktor K₂ der Schaltung 2 umge- genkopplungskreis zwischen dem Ausgang und dem kehrt proportional zum Übertragungsfaktor K\ der Eingang hat und der über eine höhere Schnelligkeit im Schaltung 1 ist, bleibt das Produkt K\K₂ dieser Übertra- Vergleich mit dem durch eine Rückkopplung umfaßten gungsfaktoren während des Betriebs des Umformers 25 Verstärker verfügt. Der Übertragungsfaktor eines solkonstant und der Übertragungsfaktor K des Umformers chen Verstärkers ist jedoch üblicherweise nur sehr unändert sich proportional dem Übertragungsfaktor £1 gefähr bekannt, so daß tatsächlich sein Wert um ein der Schaltung 1. Das Signal am Eingang 35 der Ver- Vielfaches von dem Wert abweichen kann, der bei der gleichsschaltung 4 fällt in diesem Fall seiner Form nach Berechnung des statischen Fehlers angenommen wurde, mit dem Signal am Eingang 37, d. h. mit dem umzufor- 30 und der in einem solchen Fall nur schwer eingeschätzt menden Signal zusammen. Dabei wird die Änderung des und berücksichtigt werden kann.
Übertragungsfaktors der Schaltung 1 durch die Ände- In dem in der F i g. 3 gezeigten Umformer enthält die

rung des Übertragungsfaktors der Schaltung 2 kompen- Vergleichsschaltung 4 einen summierenden Verstärker siert, so daß der Übertragungsfaktor des Signals vom 38 und einen Summa tor 39.

Eingang der Schaltung 1 an den Ausgang der Schaltung 35 Der summierende Verstärker 38 stellt einen Differen-2 konstant bleibt. Wird z. B. am Eingang des Umformers tialverstärker dar, dessen invertierender Eingang 37 die eine dem Wert nach konstante Spannung beibehalten, Vergleichsschaltung 4 bildet, der als Eingang des Umso wird auch die Spannung am Eingang 35 der Ver- formers funktioniert, während der nichtinvertierende gleichsschaltung 4 desgleichen konstant bleiben. Eingang den Eingang 35 der Vergleichsschaltung 4 bil-

Eine Abweichung des Übertragungsfaktors der 40 det, der mit dem Ausgang der Schaltung 2 mit dem Schaltung 1 vom vorgegebenen Wert, z. B. infolge einer änderbaren Übertragungsfaktor verbunden ist.
Änderung des Widerstands der (nicht dargestellten) Be- Der Summator 39 ist mit einem Differentialverstärker

lastung des Umformers, ruft eine Änderung des Über- 40 aufgebaut. Der Ausgang des Verstärkers 40 ist mit tragungsfaktors K des Umformers um einen Wert her- seinem invertierenden Eingang über einen Widerstand vor, der um das β K\ Anfache geringer ist als der Abwei- 45 41 verbunden, der einen Gegenkopplungskreis bildet, chungswert des Übertragungsfaktors K\ der Schaltung Der invertierende Eingang des Verstärkers 40 bildet 1, da die Abweichung des Übertragungsfaktors der den einen Eingang des Summators 39 und ist mit dem Schaltung 1 eine Änderung des Signals um Eingang 35 Ausgang des Verstärkers 38 über einen Widerstand 42 der Vergleichsschaltung 4 und damit des Signals an ih- verbunden. Der nichtinvertierende Eingang des Verrem Ausgang bedingt, dessen Änderung die Änderung 50 stärkers 40 bildet den anderen Eingang des Summators des Übertragungsfaktors der Schaltung 1 kompensiert. 39 und ist über einen Widerstand 43 mit dem invertie-So z. B. wird bei einem Wert der Übertragungsfaktoren renden Eingang des Verstärkers 38 und über einen Wi- K\ und K₂ der Schaltungen 1 und 2, die Eins gleich sind, derstand 44 mit dem Mittelpunkt der Umformerschal- und bei einem Wert des Übertragungsfaktors β der Ver- tung verbunden.

gleichsschaltung 4 für das dem Eingang 35 zugeführte 55 Der Ausgang des Verstärkers 40 dient als Ausgang Signal gleich 100 die Abweichung des Übertragungsfak- des Summators 39 und als Ausgang der Vergleichsschaltors K\ der Schaltung 1 vom vorgegebenen Wert um tung 4 und ist mit dem Eingang der Schaltung 1 mit dem 1 % eine Änderung des Übertragungsfaktors K des Um- änderbaren Übertragungsfaktor verbunden,
formers nur um 0,01 % hervorrufen. Der Übertragungsfaktor des in der F i g. 3 gezeigten

In ähnlicher Weise ist, wenn die Belastung des Umfor- 60 Umformers wird durch den Ausdruck
mers eine bedeutende Kapazität oder Induktivität besitzt, ihr Einfluß auf die Dauer der Übergangsvorgänge g = (y Q+ ^) Ai „\
bei einer Umschaltung der Schalter 10,12 und 16 um das 1 + y (J AT₁AT₂
β K\ K₂iache geringer als bei der Verwendung einer bekannten Umformerschaltung, in der eine Rückkopplung 65 bestimmt, worin
zwischen dem Ausgang und dem Eingang der Schaltung

1 fehlt. Das gestattet es, eine geringe Dauer der angege- γ Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38,
benen Übergangsvorgänge zu gewährleisten. ö Übertragungsfaktor des Summators 39 für das vom

Ausgang des Verstärkers 38 zukommende Signal und

ε Übertragungsfaktor des Summators 39 für das vom Eingang 37 der Vergleichsschaltung 4 zugeführte Signal bedeuten.

Bei einer Änderung des Übertragungsfaktors der Schaltung 1 des in der F i g. 3 gezeigten Umformers ruft die Änderung des Übertragungsfaktors der Schaltung 1 eine um das γδ K\ K£ache geringere Änderung des Übertragungsfaktors des Umformers hervor. Gleichzeitig ist, wie man das aus dem Ausdruck (2) ersehen kann, der statische Fehler des in der F i g. 3 gezeigten Umformers gleich Null unabhängig vom Verstärkungsfaktor des Verstärkers 38, wenn die Kenndaten der Elemente des Summators 39 und der Schaltungen 1 und 2 mit änderbarem Übertragungsfaktor so gewählt sind, daß das Produkt εΚ\Κ₂ gleich Eins ist. Bei einer solchen Wahl der Kenndaten der Elemente des Summators 39 und der Schaltungen 1 und 2 ist also eine Berücksichtigung des statischen Fehlers und folglich eine genaue Kenntnis des Werts des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 38 nicht erforderlich unter der Bedingung, daß die Kenndaten der Umformerelemente so gewählt werden, daß eine Änderung des Übertragungsfaktors des Umformers in genauer Übereinstimmung mit der vorgegebenen Stufenfunktion gewährleistet wird. Beispielsweise wird eine Änderung des Übertragungsfaktors des Umformers um einen Wert, der 0,01% nicht überschreitet, bei einer Änderung des Übertragungsfaktors der Schaltung 1 um 1% bei Κ\ = Κ2=ό=ε=\ und y> 100 gewährleistet.

Die Durchgabe des Signals vom Eingang des Umformers direkt an einen der Eingänge des Summators 39 führt ebenfalls zu einer schnelleren Übertragung der Änderungen des Eingangssignals an den Ausgang des Umformers infolge einer Verringerung des Einflusses der Zeitkonstante des Verstärkers 38 auf die Übertragung des Eingangssignals.

Der Summator 39 kann mit dem Verstärker 5 (Fig. 1) der Schaltung 1 mit änderbarem Übertragungsfaktor vereinigt werden, dabei wird der invertierende Eingang des Verstärkers 5 über entsprechende Widerstände mit dem Ausgang und dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 38 (Fig.3) und der Ausgang der Schaltung 2 mit dem änderbaren Übertragungsfaktor mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 38 verbunden, während das Eingangssignal dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 38 zugeleitet wird. Die Schalter 10 und 12 (F i g. 1) werden in diesem Fall in den Gegenkopplungskreisen des Verstärkers 5 und die Schalter 26 und 28 in den Eingangskreisen des Verstärkers 18 eingesetzt.

Wenn eine Änderung des Vorzeichens der Stufenfunktion, in Übereinstimmung mit der die Änderung des Übertragungsfaktors des Umformers geschieht, nicht erforderlich ist, werden die Verstärker 6 und 17 nicht benutzt. In diesem Fall funktioniert der Ausgang des Verstärkers 5 als Ausgang des Umformers und er wird über den Widerstand 23 mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers 18 verbunden.

Bei einer Stufenfunktion mit wechselbarem Vorzeichen kann anstatt der Differentialverstärker 6 und 17 ein Differentialverstärker mit Rückkopplung verwendet werden, dessen Ausgang mit dem Eingang 37 der Vergleichsschaltung 4 verbunden ist und dessen nichtinvertierender Eingang mit dem Mittelpunkt der Urnformerschaltung über einen elektronischen Schalter in Verbindung steht, der durch das Signal vom Ausgang 31 des Generators 3 analog den Schaltern 16 und 22 des oben beschriebenen Umformers gesteuert wird. Das umzuformende Signal wird in diesem Fall den Eingängen des Verstärkers über Widerstände zugeleitet, deren Widerstandswerte ebenso wie die Widerstandswerte der Widerstände 13,14 und 20,21 im beschriebenen Umformer gewählt werden.

Es ist einleuchtend, daß als Schaltungen 1 und 2 mit änderbarem Übertragungsfaktor verschiedene Schaltungen verwendet werden können, die eine Änderung ihrer Übertragungsfaktoren um im voraus ausbedingte Werte bei einer Änderung der ihren Steuereingängen zugeleiteten Signale gewährleisten, z. B. Schaltungen, die umschaltbare Spannungsteiler enthalten.

Industrielle Anwendbarkeit

Der erfindungsgemäße Umformer kann in Präzisionsgeneratoren zur Erzeugung von stufenartigen Signalen, z. B. von harmonischen Stufensignalen sowie in anderen Einrichtungen verwendet werden, die eine Umformung elektrischer Signale in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Stufenfunktion mit einem hohen Genauigkeitsgrad gewährleisten, z. B. in Präzisions-Synchrondetektoren.
Bei der Verwendung des Umformers zur Erzeugung von Stufensignalen wird an seinen Eüngang eine Gleichspannung zugeführt. Dabei entsteht am Ausgang des Umformers ein sich stufenweise änderndes Signal, das mit einer hohen Genauigkeit der vorgegebenen Stufen-Zeitfunktion entspricht. Bei der Verwendung des Umformers als Synchrondetektor stellt die funktion, in Übereinstimmung mit der sich der Übertragiingsiaktor des Umformers ändert, eine stufenartige Sinuslinic dar. dabei wird am Ausgang des Umformers ein Signal gebildet, dessen Gleichkomponente proportional der Amplitude der Komponente des Eingangssignals ist. die eine gleiche Frequenz und Phase wie die harmonische l'unktion hat, in Übereinstimmung mit der sich der Übcrtragungsfaktor des Umformers ändert.

Es ist zweckmäßig, die Erfindung auch in Quadraturumformern zu verwenden. In solchen Umformern ändert sich der Übertragungsfaktor des Signals vom Hingang des Umformers an einen seiner Ausgänge in Übereinstimmung mit einer harmonischen Stufenfunktion, die um 90° in bezug auf die harmonische Stufenfunktion

phasenverschoben ist, in Übereinstimmung mit der sich der Übertragungsfaktor des Signals vom Eingang des Umformers an seinen anderen Ausgang ändert. Die Verwendung der Erfindung in solchen Umformern gestattet es, mit hoher Genauigkeit die Phasenverschie-

bung um 90° zwischen den Änderungen der Übertragungsfaktoren zu gewährleisten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 wird durch eine Änderung des Übertragungsfaktors der Patentansprüche: Schaltung, an deren Eingang das umzuformende Signal zugeführt wird, in Übereinstimmung mit der vorgegebe-

1. Stufenumformer elektrischer Signale mit einer nen Stufen-Zeitfunktion erreicht.

Schaltung mit änderbarem Übertragungsfaktor, de- 5 Die Erfindung geht von einem Stufenumformer elekren Ausgang als Ausgang des Umformers dient, und frischer Signale mit einer Schaltung mit änderbarem mit einem Steuersignalgenerator, dessen Ausgänge Übertragungsfaktor, deren Ausgang gleichzeitig als mit den Steuereingängen der Schaltung mit dem an- Ausgang des Umformers dient, sowie mit einem Steuerderbaren Übertragungsfaktor zur Änderung des signalgenerator, dessen Ausgänge mit den Steuerein-Übertragungsfaktors der Schaltung mit dem ander- io gangen der Schaltung mit dem änderbaren Übertrabaren Übertragungsfaktor in Übereinstimmung mit gungsfaktor zur Änderung des Übertragungsfaktors der Stufen-Zeitfunktion verbunden sind, dadurch dieser Schaltung in Übereinstimmung mit der Stufengekennzeichnet, daß er eine zweite Schaltung Zeitfunktion verbunden sind, aus (s. z. B. das Buch »Ana-(2) mit änderbarem Übertragungsfaktor und eine log Integrated Circuit-Devices, Circuits, Systems and Vergleichsschaltung (4) enthält, die so geschaltet 15 Applications«. Contributed Editor J. A. Connelly. A Wisind, daß sie einen negativen Rückkopplungskreis ley Interscience Publication, John Wiley and Sons, New (Gegenkopplungskreis) zwischen dem Ausgang und York, Sydney, Toronto, 1975).

dem Eingang der Schaltung (1) mit dem änderbaren Die Änderung des Übertragungsfaktors eines solchen Übertragungsfaktor bilden, deren Ausgang als Aus- Umformers hängt vollständig von der Änderung des gang des Umformers funktioniert, wobei der Ein- 20 Übertragungsfaktors der Schaltung mit änderbarem gang der zweiten Schaltung (2) mit änderbarem Übertragungsfaktor ab, so daß Abweichungen der Wer-Übertragungsfaktor mit dem Ausgang der Schal- te des letzteren von den erforderlichen Werten zu gleitung (1) mit änderbarem Übertragungsfaktor, deren chen Abweichungen des Übertragungsfaktors des UmAusgang als Ausgang des Umformers funktioniert, formers führen. Gleichzeitig wird der Übertragungsfakverbunden ist, die Steuereingänge der zweiten 25 tor der Schaltung mit änderbarem Übertragungsfaktor Schaltung (2) mit änderbarem Übertragungsfaktor auch durch den Wert des Belastungswiderstandes des mit den Ausgängen des Steuersignalgenerators (3) Umformers in einem um so höheren Maße beeinflußt, je zur Änderung des Übertragungsfaktors der zweiten geringer der' Belastungswiderstand ist. Eine Änderung Schaltung (2) mit dem änderbaren Übertragungsfak- des Belastungswiderstands führt also zu einer Abweitor umgekehrt proportional der Stufenfunktion ver- 30 chung der Werte des Übertragungsfaktors des Umforbunden sind, in Übereinstimmung mit der sich der mers von den seinem vorgegebenen Änderungsgesetz Übertragungsfaktor der Schaltung (1) mit änderba- entsprechenden Werten, wodurch die Umformungsgerem Übertragungsfaktor ändert, deren Ausgang als nauigkeit des Eingangssignals herabgesetzt wird.
Ausgang des Umformers dient, der eine Eingang (37) Wird der Belastungswiderstand in einem bedeutender Vergleichsschaltung (4) als Eingang des Umfor- 35 den Maße durch die Blindwiderstandselemente bemers wirkt, der andere Eingang (35) der Vergleichs- stimmt, wie das z. B. bei dem Anschluß an den Ausgang schaltung (4) mit dem Ausgang der zweiten Schal- des Umformers eines eine bedeutende Kapazität auftung (2) mit dem änderbaren Übertragungsfaktor weisenden koaxialen Kabels der Fall ist, so führt der verbunden ist und der Ausgang der Vergleichsschal- Einfluß des Belastungswiderstands auf den Übertratung (4) mit dem Eingang der Schaltung (1) mit dem 40 gungsfaktor des Umformers zu einer Verlängerung der änderbaren Übertragungsfaktor in Verbindung Dauer der Übergangsvorgänge bei sprungartigen Ansteht, deren Ausgang als Ausgang des Umformers derungen des Übertragungsfaktors in Übereinstimfunktioniert. mung mit der vorgegebenen Stufenfunktion, was sich

2. Stufenumformer nach Punkt 1, dadurch gekenn- auch negativ auf die Umformungsgenauigkeit des Einzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (4) einen sum- 45 gangssignals auswirkt.

mierenden Verstärker (38), dessen Eingänge die Ein- Eine Herabsetzung des Einflusses des Belastungswigänge (35 bzw. 37) der Vergleichsschaltung (4) bil- derstands kann durch eine Verringerung des Ausgangsden, und einen Summator (39) aufweist, dessen ein Widerstands der Schaltung mit änderbarem Übertra-Eingang mit dem Eingang des summierenden Ver- gungsfaktor, d. h. durch die Verwendung in der angegestärkers (38) verbunden ist, der den Eingang (37) der 50 benen Schaltung eines leistungsfähigeren Verstärkers Vergleichsschaltung (4) bildet, welcher als Eingang erreicht werden. Ein solcher Verstärker weist jedoch des Umformers funktioniert, während der andere eine minderwertigere Schnelligkeit auf, was eine Ver-Eingang mit dem Ausgang des summierenden Ver- längerung der Dauer der Übergangsvorgänge und dastärkers (38) in Verbindung steht, und der Ausgang mit eine Verstärkung der Formverzerrung des Ausais Ausgang der Vergleichsschaltung (4) dient. 55 gangssignals bedeutet.