DE3901314A1 - Schaltungsanordnung zur nachbildung einer variablen impedanz, insbesondere eines ohmschen widerstandes - Google Patents
Schaltungsanordnung zur nachbildung einer variablen impedanz, insbesondere eines ohmschen widerstandesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur
Nachbildung einer variablen Impedanz, insbesondere eines
ohmschen Widerstandes.
In der Meßtechnik werden häufig genau bekannte, aber
veränderliche ohmsche Widerstände benötigt, um Meßgeräte
zu kalibrieren (z.B. Nachbildung von resistiven Sensoren
wie Pt 100/Pt 1000-Temperaturfühlern) sowie als elektro
nische Lasten zur Prüfung von Strom- und Spannungsquel
len. Der Widerstandswert sollte für den Einsatz in auto
matischen Prüfeinrichtungen fernsteuerbar sein, so daß
die Verwendung von Präzisions-Potentiometern ausscheidet.
Potentiometer haben darüber hinaus den Nachteil, daß
sich bei gewickelten Potentiometern der Widerstand von
Windung zu Windung sprunghaft ändert und bei schicht
förmigen Potentiometerwiderständen der Temperaturkoeffi
zient des Widerstandsmaterials nicht den gestellten
Forderungen genügt. Darüber hinaus sind Potentiometer
im allgemeinen nicht mit einer ausreichenden Linearität
zu fertigen. Infolgedessen läßt sich eine elektromecha
nische Widerstandsänderung durch Winkel- oder Weg
streckeneinstellung nicht mit ausreichender Präzision
verwirklichen. Andere mechanisch verstellbare Widerstände
sind beispielsweise Präzisionsdekaden, bei denen eine
Vielzahl von unterschiedlichen Einzelwiderständen durch
Schaltglieder miteinander verbunden werden können, wo
durch sich ein unterschiedlicher Gesamtwiderstand erzie
len läßt. Die mechanischen Schaltglieder verändern sich
jedoch durch Korrosion mit der Zeit, so daß eine ausrei
chend präzise Widerstandsnachbildung nicht möglich ist.
Es sind Schaltungen für elektronische Lasten bekannt,
die mit einem Stellglied arbeiten, dessen Widerstands
wert periodisch gemessen und korrigiert wird, wozu das
Stellglied kurzzeitig vom Ausgang getrennt und mit der
internen Steuerschaltung verbunden werden muß. Beispiele
dafür finden sich in DE-OS 31 51 082, wo ein steuerbarer
Widerstand (FET) als Stellglied verwendet wird. Die
in dieser Druckschrift offenbarte Schaltung hat die
Aufgabe, den Linearitätsbereich des FET zu vergrößern.
Die beiden Anschlüsse des damit nachgebildeten Wider
standes werden in ihrem Potential gegen eine gemeinsame
Masse ausgeregelt, so daß eine Gleichtaktspannung gegen
Masse besteht. Die Genauigkeit der Schaltung wird von
einer großen Anzahl von Widerständen und den Fehlergrößen
von relativ vielen Verstärkern beeinflußt.
Ein weiteres Beispiel dieser Art findet sich in DE-OS
32 39 309, wo ein externer Strom mit Hilfe eines
Strom/-Spannungswandlers und eine Spannung gemessen werden,
woraufhin mit Hilfe eines Multiplizierers oder eines
Dividierers ein Quotient aus Spannung und Strom gebildet
wird, dieser Quotient mit einer über einen D/A-Wandler
gelieferten Stellspannung durch einen Differenzverstärker
verglichen und das Stellglied, d.h. der einstellbare
Widerstand durch diesen Differenzverstärker betätigt
wird.
In einer weiteren Schaltung (DE-OS 32 30 467) wird ein
Eingangsanschluß eines Spannungs/Stromwandlers mit einer
Eingangssignalspannung versorgt. Der Ausgangsstrom des
Spannungs/Stromwandlers wird einem Stromverstärker mit
variabler Verstärkung zugeführt, dessen Ausgangssignal
strom zum Eingangsanschluß des Spannungs/Stromwandlers
zurückgekoppelt wird. Am Eingang des Spannungs/Stromwand
lers liegt daher die Summe aus Eingangssignalspannung
und Ausgangsspannung des Stromverstärkers mit variabler
Verstärkung an. Zur Verhinderung unerwünschter Schwin
gungsphänomene dieser Schaltung unmittelbar nach dem
Einschalten der Stromversorgung ist eine spezielle
Steuerschaltung vorgesehen, die unmittelbar nach dem
Einschalten der Stromversorgung den Betrieb des Span
nungs/Stromwandlers für eine vorgegebene Zeitdauer nach
dem Einschalten der Stromversorgung im wesentlichen
unterdrückt. Die Schaltung ist als integrierte Schaltung
ausgeführt und weist eine große Anzahl von Transistoren,
Dioden und Stromquellen auf.
Weiterhin ist eine Schaltung bekannt (DE-OS 31 24 231),
bei der eine über einen Referenzwiderstand abfallende
Eingangsspannung als Basis für eine in Abhängigkeit
von dieser Eingangsspannung und einem von einem Digi
tal-Analog-Wandler vorgegebenen Teilerverhältnis erzeug
ten Hilfsspannung dient. Diese Hilfsspannung ist vom
Eingangsstrom linear abhängig. Als Kernstück dient ein
zwischen einer "Widerstandsklemme" und Schaltungsnull
liegender realer Widerstand, an dem der durch ihn fließende
externe Strom gemessen wird. Der nachgebildete
"Widerstand" ist aber nicht massebezogen, sondern floated
proportional zum externen Laststrom gegen Schaltungsnull.
Darüber hinaus erfolgt die Strom/Spannungs-Wandlung nicht
ohne Spannungsabfall, sondern über den Spannungsabfall
an einem Widerstand. Zudem ist eine Vielzahl von Ab
gleichpotentiometern vorgesehen, wodurch eine exakte
Einstellung des gewünschten Widerstandes erschwert wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem
schaltungstechnischen Aufwand eine Schaltungsanordnung
zu realisieren, mit der eine variable, einstellbare
Impedanz nachgebildet werden kann.
Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung zur Nach
bildung einer variablen Impedanz, insbesondere eines
ohmschen Widerstandes, angegeben mit einem invertierenden
Strom/Spannungswandler, der einen ersten Eingang und
einen zweiten Eingang aufweist und eine Spannung am
Ausgang in Abhängigkeit vom am ersten Eingang fließenden
Stromes und einer am zweiten Eingang anliegenden Spannung
erzeugt, wobei der erste Eingang und ein auf einem bezüg
lich der Schaltungsanordnung festen Potential liegender
dritter Eingang die Anschlüsse der nachzubildenden Impe
danz bilden, und mit einem invertierenden Spannungspro
portionalglied mit variablem, einstellbarem Proportiona
litätsfaktor kleiner Eins, dessen Eingang mit dem Ausgang
des Strom/Spannungswandlers verbunden ist, der eine
zu seiner Eingangsspannung proportionale Ausgangsspannung
erzeugt und dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des
Strom/Spannungswandlers verbunden ist, wobei durch diese
Rückkoppelung die Spannung am Ausgang des Spannungspro
portionalgliedes gegenüber dem festen Potential auf
einen Wert eingeregelt wird, die dem Wert der Spannung
am ersten Eingang gegenüber dem festen Potential des
Strom/Spannungswandlers entspricht.
In der Erfindung wird also die Ausgangsspannung des
Spannungsproportionalgliedes dem Strom/Spannungswandler
als eine Basis für dessen Ausgangsspannung rückgeführt.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Schaltungen, in
denen ein Strom/Spannungswandler mit einer festen Ein
gangs- oder Referenzspannung arbeitet, ist erfindungsge
mäß diese Referenzspannung variabel. Sie wird so eingere
gelt, daß sie der Spannung zwischen den "Klemmen" der
nachzubildenden Impedanz entspricht. Wenn der Proportio
nalitätsfaktor des Spannungsproportionalgliedes niedrig
ist, muß der Strom/Spannungswandler eine entsprechend
höhere Ausgangsspannung erzeugen, damit die oben angege
bene Bedingung wieder erfüllt wird. Da das Strom/Span
nungs-Übersetzungsverhältnis des Strom/Spannungswandlers
konstant ist, bedeutet dies einen höheren Eingangsstrom.
Da sich die nachzubildende Impedanz durch das Verhältnis
von Spannung zu Strom bestimmt, bedeutet ein kleinerer
Proportionalitätsfaktor einen höheren Strom und damit
automatisch einen kleineren Impedanzwert. Darüber hinaus
kommt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit weni
gen Bauteilen aus, so daß sich eine hohe Genauigkeit
des Wertes des nachzubildenden Widerstandes realisieren
läßt. Weiterhin benötigt die Erfindung kein zusätzliches
Stellglied, das nach Messung von Strom und Spannung
den Widerstand nachregelt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der
Strom/-Spannungswandler einen Verstärker mit einem invertieren
den Eingang, der mit dem ersten Eingang des Strom/Span
nungswandlers verbunden ist, und einen nicht-invertieren
den Eingang, der mit dem zweiten Eingang des Strom/Span
nungswandler verbunden ist, auf. Der Ausgang des Verstär
kers ist mit dem Ausgang des Strom/Spannungswandlers
verbunden und über eine Impedanz mit seinem invertierten
Eingang verbunden. Der Verstärker regelt die Ausgangs
spannung so, daß die Differenz zwischen dem invertieren
den und dem nicht-invertierenden Eingang zu Null gemacht
wird. Da am nicht-invertierenden Eingang die Ausgangs
spannung des Spannungsproportionalgliedes und am inver
tierenden Eingang die Eingangs- bzw. Lastspannung des
nachzubildenden Widerstandes anliegt, regelt der Strom/-
Spannungswandler seinen Ausgang so, daß das Spannungs
proportionalglied mit einer ausreichenden Eingangsspan
nung versorgt wird.
In einer bevorzugten Anwendung ist die Impedanz als
ohmscher Widerstand ausgebildet. Die nachzubildende
Impedanz entspricht damit ebenfalls einem ohmschen Wider
stand.
Vorteilhafterweise ist der Widerstand im Strom/Spannungs
wandler mindestens doppelt so groß wie der größte nachzu
bildende Widerstand. Je nach gewünschter Größe des nach
zubildenden Widerstands kann also der Widerstand im
Strom/Spannungswandler ausgewählt werden.
Bevorzugterweise ist der Proportionalitätsfaktor kleiner
als Eins. Das Spannungsproportionalitätsglied kann dann
mit der gleichen Betriebsspannung wie der Strom/Span
nungswandler arbeiten. Weiterhin bewirkt jede Änderung
des Proportionalitätsfaktors nur eine kleine relative
Änderung des Werts der nachzubildenden Impedanz.
Mit Vorteil weist das Spannungsproportionalglied einen
Digital-Analog-Wandler auf, der in Abhängigkeit von
einem einen digitalen Wert darstellenden Steuersignal
eine Ausgangsspannung erzeugt, die sich im Verhältnis
zur Eingangsspannung verhält wie der digitale Wert zum
größten verarbeitbaren digitalen Wert. Ein Digital-Ana
log-Wandler setzt ein digitales Eingangssignal in einen
analogen Strom- bzw. Spannungswert um. Wenn das digitale
Eingangssignal den durch den Digital-Analog-Wandler
maximal verarbeitbaren Wert repräsentiert, entspricht
die Ausgangsspannung des Digital-Analog-Wandlers seiner
Eingangsspannung. Wenn das Digitalsignal einen entspre
chend niedrigeren Wert repräsentiert, entspricht die
Ausgangsspannung auch nur einem Bruchteil der Eingangs
spannung. Vorteilhafterweise werden dabei Digital-Ana
log-Wandler mit mindestens 8 Bit verwendet, die den
Vorteil einer relativ großen Auflösung haben. Mit 8 Bit
lassen sich 256 verschiedene Ausgangsspannungswerte
einstellen, so daß der nachzubildende Widerstand eben
falls mit 256 Werten nachgebildet werden kann. Das Span
nungsproportionalglied kann in diesem Fall als Multipli
zierer betrachtet werden, der die analoge Ein
gangsspannung mit dem digital eingestellten Faktor multi
pliziert.
Der Digital-Analog-Wandler kann bereits so ausgelegt
sein, daß er die Eingangsspannung invertiert. Sollte
er jedoch so ausgebildet sein, daß er einen Ausgangs
strom als Ausgangssignal liefert oder eine nicht-inver
tierte Spannung, so ist es von Vorteil, daß der Digi
tal-Analog-Wandler Bestandteil der Eingangsschaltung
eines zweiten Verstärkers ist, der als Umkehrverstärker
verwendet werden kann. Aber auch in dem Fall, wo der
Digital-Analog-Wandler bereits eine invertierte Spannung
liefert, kann es von Vorteil sein, den Digital-Analog-Wandler
in der Eingangsschaltung eines zweiten Verstär
kers anzuordnen, um einen weiteren Proportionalitätsfak
tor einzubauen und/oder eine bessere Stabilisierung
der Ausgangsspannung zu erzielen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das
Spannungsproportionalglied durch einen analogen Multi
plizierer gebildet, der seine Eingangsspannung mit einem
variablen, einstellbaren, negativen Multiplikator multi
pliziert. Auf diese Weise läßt sich auf einfache Art
und Weise eine lineare Abhängigkeit zwischen Eingangs- und
Ausgangsspannung des Spannungsproportionalgliedes
erzielen. Natürlich ist auch ein Multiplizierer denkbar,
der eine nicht-invertierte Spannung liefert. In diesem
Fall muß hinter den Multiplizierer ein Inverter geschal
tet werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist
das Spannungsproportionalglied einen Tiefpaßfilter auf,
an dessen Eingang die mit variablem, einstellbarem Tast
verhältnis getaktete Eingangsspannung des Spannungspro
portionalglieds anliegt. Mit anderen Worten weist das
Spannungsproportionalglied einen Schalter auf, der den
Eingang des Tiefpaßfilters zwischen dem Ausgang des
Strom/Spannungswandlers und Masse hin- und herschaltet.
Dabei wird der Schalter vorzugsweise von einem Rechteck-Signal
angesteuert, das in einer Periode T einen Zeit
abschnitt t on aufweist, in dem der Schalter den Tiefpaß
filter mit dem Ausgang des Strom/Spannungswandlers ver
bindet. Der Quotient aus t on und T ist das Tastverhältnis
P. Der Tiefpaßfilter bildet an seinem Ausgang eine
Spannung, die dem Produkt aus Tastverhältnis P und Aus
gangsspannung des Strom/Spannungswandlers entspricht.
Dabei ist bevorzugt, daß die Ausgangsspannung des Tief
paßfilters durch einen zweiten Verstärker invertiert
wird. Der zweite Verstärker kann darüber hinaus auch
noch einen Spannungsteiler bilden. Damit ist die Aus
gangsspannung des Spannungsproportionalgliedes gegenüber
der des Strom/Spannungswandlers invertiert und läßt
sich problemlos auf den zweiten Eingang des Strom/Span
nungswandlers zurückführen.
Vorteilhafterweise ist mindestens ein Verstärker als
Operationsverstärker ausgebildet. Operationsverstärker
sind als fertige Bauteile erhältlich, die lediglich
extern beschaltet werden müssen, sie haben einen ausrei
chend hohen Verstärkungsfaktor, um die Schaltung mit
der nötigen Genauigkeit zu realisieren, und sie haben,
zumindest im betrachteten Bereich, ein überwiegend linea
res Verhalten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von bevorzugten
Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung
beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild der Schaltungsanordnung zur Erläu
terung,
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform mit einem Digi
tal-Analog-Wandler,
Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform mit einem analogen
Multiplizierer und
Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform mit einem getak
teten Widerstand.
Zwischen den Klemmen 6 und 4 wird ein ohmscher Widerstand
nachgebildet, dessen Wert im folgenden bestimmt werden
soll. Durch die Eingangsklemme 6 fließt ein externer
Laststrom I L in einen ersten Eingang 2 eines Strom/Span
nungswandlers 1. Der Strom/Spannungswandler 1 weist
einen ersten Verstärker V 1 auf, dessen invertierender
Eingang mit dem ersten Eingang 2 des Strom/Spannungs
wandlers 1 verbunden ist. Der Ausgang des ersten Verstär
kers V 1 ist über einen Widerstand R 3 auf seinen Eingang
zurückgeführt. Der Ausgang des ersten Verstärkers V 1
ist mit dem Ausgang 5 des Strom/Spannungswandlers 1
verbunden. Weiterhin weist der Strom/Spannungswandler
1 einen zweiten Eingang 3 auf, der mit dem nicht-inver
tierenden Eingang des ersten Verstärkers V 1 verbunden
ist.
Ein Spannungsproportionalglied 7 ist an seinem Eingang
8 mit dem Ausgang 5 des Strom/Spannungswandlers 1 verbun
den. Das Spannungsproportionalglied 7 weist einen Ausgang
9 auf, der über eine Rückführung 14 mit dem zweiten
Eingang des Strom/Spannungswandlers 1 verbunden ist.
Das Spannungsproportionalglied 7 ist im dargestellten
Ausführungsbeispiels durch einen zweiten Verstärker
V 2 gebildet, dessen nicht-invertierender Eingang über
eine Leitung 12 mit Masse verbunden ist. Der invertieren
de Eingang des zweiten Verstärkers V 2 ist über einen
Widerstand R 1 mit dem Eingang 8 des Spannungsproportio
nalgliedes 7 und über einen Widerstand R 2 mit dem Ausgang
des zweiten Verstärkers V 2, der gleichzeitig mit dem
Ausgang 9 des Spannungsproportionalgliedes 7 verbunden
ist, verbunden. Parallel zum Widerstand R 2 kann eine
Kapazität C zur Phasenkompensation der Schaltung verwen
det werden.
Wegen der Rückkoppelung 14, die den Ausgang 9 des Span
nungsproportionalgliedes 7 mit dem zweiten Eingang 3
des Strom/Spannungswandlers 1, d.h. mit dem nicht-inver
tierenden Eingang des ersten Verstärkers V 1, verbindet,
ergeben sich folgende Beziehungen. Der externe Laststrom
I L wird durch den als Summenpunktverstärker arbeitenden
ersten Verstärker V 1 durch einen entgegengesetzten
gleichgroßen Strom durch R 3 kompensiert, so daß sich
die Ausgangsspannung U A von V 1 ergibt zu:
U A = - I L × R 3 + U L .
Die Spannung U A wird durch den zweiten Operationsver
stärker V 2 invertiert und mit dem Verhältnis R 2/R 1 multi
pliziert:
U E = - U A × R 2/R 1.
Da U E auf den nicht-invertierenden Eingang des ersten
Verstärkers V 1 zurückgeführt ist, stellt sich wegen
U E = U L ,
zwischen den Klemmen 6 und 4 eine auf das gemeinsame
Massepotential der Schaltung bezogene, zum Laststrom
I L proportionale Spannung U L ein. Eliminiert man aus
den oben angegebenen Gleichungen alle Ströme und Spannun
gen außer I L und U L , so erhält man
Da sich der nachgebildete Widerstand aus dem Verhältnis
zwischen U L und I L ergibt, ist sein Wert
Man erkennt, daß der Widerstandswert von R durch den
Spannungsteiler R 1, R 2 beeinflußt wird. Ersetzt man
das Verhältnis der Widerstände durch das Verhältnis
von Eingangsspannung U A und Ausgangsspannung U E , so
ergibt sich der Widerstandswert zu
Man erkennt, daß der Wert des nachzubildenden Widerstan
des unmittelbar durch das Verhältnis zwischen der Ein
gangsspannung U A am Spannungsproportionalglied 7 und
der Ausgangsspannung U E beeinflußt wird. Es ist zwar
grundsätzlich denkbar, das Verhältnis zwischen diesen
beiden Spannungen dadurch zu variieren, daß ein Wider
stand verändert wird. Im folgenden werden jedoch im
Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 4 andere Verfahren be
schrieben, um das Verhältnis zwischen den Spannungen
U A und U E zu beeinflußen.
Fig. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, die im wesent
lichen der der Fig. 1 entspricht. Teile, die mit denen
der Fig. 1 identisch sind, sind mit gleichen Bezugszei
chen versehen, Teile die denen der Fig. 1 entsprechen
sind mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. So
ist der Strom/Spannungswandler 1 unverändert geblieben.
Das Spannungsproportionalglied 107 weist hingegen einen
Digital-Analog-Wandler 110 auf, der mit dem Eingang
108 des Spannungsproportionalgliedes 107 verbunden ist.
Der Digital-Analog-Wandler 110 erhält über einen Ein
gangssignalanschluß 111 ein Digitalsignal, das einem
Wert N entspricht. Dieser Wert N ist niedriger als oder
gleich groß wie der größte Wert N max , den der Digital-An
alog-Wandler 110 verarbeiten kann. Der Digital-Analog-Wandler
erzeugt an seinem Ausgang einen Strom, der pro
portional zur Eingangsspannung, d.h. zur Spannung U A
am Eingang des Spannungsproportionalgliedes 107, und
dem Verhältnis zwischen N und N max ist. Dieser Strom
wird mit Hilfe von V 2 und R 2 in die Ausgangsspannung
U E gewandelt, die über die Leitung 14 wieder auf den
nicht-invertierenden Eingang des ersten Verstärkers
V 1 zurückgeführt wird.
Der Widerstandswert des nachgebildeten Widerstands R
ändert sich proportional zum Verhältnis zwischen dem
digital eingestellten Wert N und der Summe aus N und
N max . Wenn der Wert von N allerdings sehr niedrig gewählt
wird, d.h. wenn praktisch ein Kurzschluß simuliert werden
soll, sind der Schaltung natürlich durch die Daten der
verwendeten Operationsverstärker Grenzen gesetzt.
In Fig. 3 sind entsprechende Elemente mit gegenüber
der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 um 200 erhöhte Be
zugszeichen versehen. Der linke Teil der Schaltungsan
ordnung, d.h. der Strom/Spannungswandler 1, ist gegen
über den Fig. 1 und 2 unverändert. Das Spannungspropor
tionalglied 207 weist einen analogen Multiplizierer
213 auf, der die Spannung am Eingang 208 des Spannungs
proportionalgliedes 207 mit dem Faktor P, der über einen
Anschluß 211 zugeführt wird, multipliziert. Wenn der
Faktor P eine negative Zahl ist, erzeugt der Multipli
zierer 213 eine invertierte Ausgangsspannung U E , die
gleich dem Produkt aus P und U A ist. Diese Ausgangsspan
nung U E wird über die Leitung 14 wieder dem zweiten
Eingang 3 des Strom/Spannungswandlers 1 zugeführt.
Der Widerstand R ergibt sich zu
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Schaltungs
anordnung, in der der Strom/Spannungswandler 1 dem der
Fig. 1 entspricht. Die übrigen Teile, die denen der
Fig. 1 entsprechen, sind mit um 300 erhöhten Bezugszei
chen versehen.
Das Spannungsproportionalglied 307 weist einen Schalter
315 auf, der mit dem Eingang 308 und einem Eingang eines
Tiefpaßfilters 316 verbunden ist. Der Ausgang des Tief
paßfilters 316 ist mit einem Anschluß eines Widerstan
des R 1 verbunden, dessen anderer Anschluß mit dem inver
tierenden Eingang des zweiten Verstärkers V 2 verbunden
ist. Der Ausgang des zweiten Verstärkers V 2 ist über
einen Widerstand R 2 auf den invertierenden Eingang zu
rückgekoppelt. Parallel zum Widerstand R 2 kann eine
Kapazität C angeordnet sein, um eine Phasenkompensation
zu bewirken. Der nicht-invertierende Eingang des Ver
stärkers V 2 ist über eine Leitung 312 an Masse gelegt.
Der Tiefpaßfilter 316 ist ebenfalls mit Masse verbun
den, um die ausgefilterten Bestandteile des gefilterten
Signals abzuleiten. Der Schalter 315 schaltet den Ein
gang des Tiefpaßfilters 316 abwechselnd zwischen der
Ausgangsspannung U A , die am Eingang 308 des Spannungs
proportionalgliedes 307 anliegt, und Masse, die über
eine Leitung 317 zugeführt wird, hin- und her. Dabei
wird der Schalter 315 durch ein Signal gesteuert, das
über eine Leitung 311 zugeführt wird. Dieses Signal
ist ein Rechtecksignal der Periode T, das den Schalter
während einer Zeit t on in die Lage bringt, wo er den
Eingang 308 mit dem Tiefpaßfilter verbindet. In den
übrigen Zeiten verbindet er den Eingang des Tiefpaßfil
ters 316 über die Leitung 317 mit Masse. Das Verhältnis
zwischen t on und T wird als Tastverhältnis P bezeichnet.
Am Ausgang des Tiefpaßfilters 316 liegt dann eine Span
nung U 4 × P an, die über den Spannungsteiler R 1 und
R 2 zusammen mit dem zweiten Verstärker V 2 eine Ausgangs
spannung U E bildet, die über die Leitung 14 auf den
nicht-invertierenden Eingang des ersten Verstärkers
V 1 zurückgekoppelt ist. Durch Variation des Tastverhält
nisses P läßt sich also der Widerstandswert des nachzu
bildenden Widerstandes R praktisch zwischen Null und
R 3/2 variieren.
Wenn R 3 im Strom/Spannungswandler 1 ganz allgemein durch
eine Impedanz, beispielsweise eine Kapazität oder Induk
tivität ersetzt wird, kann man durch einen entsprechenden
Proportionalitätsfaktor im Spannungsproportionalglied
natürlich auch die Impedanz über einen gewissen Bereich
variieren.
Claims (11)
1. Schaltungsanordnung zur Nachbildung einer variablen
Impedanz (R), insbesondere eines ohmschen Widerstan
des, mit einem invertierenden Strom/Spannungswandler
(1), der einen ersten Eingang (2) und einen zweiten
Eingang (3) aufweist und eine Spannung (U A ) am Aus
gang in Abhängigkeit vom am ersten Eingang fließenden
Strom (I L ) und einer am zweiten Eingang anliegenden
Spannung (U E ) erzeugt, wobei der erste Eingang (2)
und ein auf einem bezüglich der Schaltungsanordnung
festen Potential liegender dritter Eingang (4) die
Anschlüsse (6, 4) der nachzubildenden Impedanz (R)
bilden, und mit einem invertierenden Spannungspropor
tionalglied (7, 107, 207, 307) mit variablem einstell
baren Proportionalitätsfaktor, dessen Eingang (8,
108, 208, 308) mit dem Ausgang (5) des Strom/Span
nungswandler (1) verbunden ist, der eine zu seiner
Eingangsspannung (U A ) proportionale Ausgangsspannung
(U E ) erzeugt und dessen Ausgang (9, 109, 209, 309)
mit dem zweiten Eingang (3) des Strom/Spannungswand
lers (1) verbunden ist, wobei durch diese Rückkopplung
(14) die Spannung (U E ) am Ausgang des Spannungspropor
tionalgliedes (7, 107, 207, 307) gegenüber dem festen
Potential auf einen Wert eingeregelt wird, der dem
Wert der Spannung (U L ) am ersten Eingang (2) des
Strom/Spannungswandler (1) gegenüber dem festen Poten
tial entspricht.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Strom/Spannungswandler (1) einen
Verstärker (V 1) mit einem invertierenden Eingang
(-), der mit dem ersten Eingang (2) des Strom/Span
nungswandlers (1) verbunden ist, und einen nicht-in
vertierenden Eingang (+), der mit dem zweiten Eingang
(3) des Strom/Spannungswandlers (1) verbunden ist,
aufweist, dessen Ausgang, der mit dem Ausgang (5)
des Strom/Spannungswandlers (1) verbunden ist, über
eine Impedanz (R 3) mit seinem invertierenden Eingang
(-) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Impedanz als ohmscher Widerstand
(R 3) ausgebildet ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Widerstand (R 3) mindestens doppelt
so groß ist wie der größte nachzubildende Widerstand
(R).
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
4, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalitäts
faktor kleiner als Eins ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsproportional
glied (107) einen Digital-Analog-Wandler (110) auf
weist, der in Abhängigkeit von einem einen digitalen
Wert (N) darstellenden Steuersignal eine Ausgangs
spannung (U E ) erzeugt, die sich im Verhältnis zur
Eingangsspannung (U A ) verhält wie der digitale Wert
(N) zum größten durch den Digital-Analog-Wandler
(110) verarbeitbaren digitalen Wert (N max ) .
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Digital-Analog-Wandler (110) Be
standteil des Eingangszweiges eines zweiten Verstär
kers (V 2) ist.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis
5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungspropor
tionalglied (207) durch einen analogen Multiplizie
rer (213) gebildet ist, der seine Eingangsspannung
(U A ) mit einem variablen, einstellbaren, negativen
Multiplikator (P) multipliziert.
9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsproportio
nalglied (307) einen Tiefpaßfilter (316) aufweist,
an dessen Eingang die mit variablem, einstellbarem
Tastverhältnis (P) getaktete Eingangsspannung des
Spannungsproportionalgliedes anliegt.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ausgangsspannung (U A ×P) des
Tiefpaßfilters (316) durch einen zweiten Verstärker
(V 2) invertiert ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer
der Verstärker (V 1, V 2) als Operationsverstärker
ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3901314A DE3901314A1 (de) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | Schaltungsanordnung zur nachbildung einer variablen impedanz, insbesondere eines ohmschen widerstandes |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE3901314A DE3901314A1 (de) | 1989-01-18 | 1989-01-18 | Schaltungsanordnung zur nachbildung einer variablen impedanz, insbesondere eines ohmschen widerstandes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3901314A1 true DE3901314A1 (de) | 1990-07-26 |
DE3901314C2 DE3901314C2 (de) | 1991-09-12 |
Family
ID=6372300
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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