DE1801741A1

DE1801741A1 - Funktionsgenerator

Info

Publication number: DE1801741A1
Application number: DE19681801741
Authority: DE
Inventors: Joseph Gill; George Rouvalis
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1967-10-17
Filing date: 1968-10-08
Publication date: 1969-06-19
Also published as: FR1587012A; GB1245612A; US3550020A

Description

Dipl.-Ing. Klaus Neubecker 1 8 Π 1 7 A PatentcmwaÜ | U U | / *f |

4 Dütseldorf-Eller

AmStnussenkreuzS3,TeltfM212158 Düsseldorf, 4. Oktober 1968

WK 39,236 6849

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Funktionsgenerator

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Schaltungsanordnung mit geregelter Ausgangsspannung und insbesondere auf einen Funktionsgenerator für die Erzeugung von Ausgangssignalen mit vorgegebenen Kennwerten.

Ein Funktionsgenerator stellt eine Schaltungsanordnung dar, die ein Ausgangssignal erzeugen kann, das den gleichen oder angenähert den gleichen Verlauf wie eine bestimmte mathematische Funktion hat. Diese Funktion kann entweder linear oder nichtlinear sein, wobei im letztgenannten Fall jedoch eine abschnitt- bzw. schrittweise lineare Annäherung verwandt wird. Dazu wird die anzunähernde Kurve in mehrere lineare Segmente unterteilt, die jeweils an Knickstellen ineinander übergehen. Die Genauigkeit der Annäherung wird naturgemäß durch eine Er-

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höhung der Anzahl der linearen Segmente oder Abschnitte gesteigert. Einer solchen Erhöhung der Genauigkeit stand bisher jedoch auch ein entsprechendes Ansteigen der Kosten entgegen.

Viele Jahre lang sind verschiedene Typen von Funktionsgeneratoren verwendet worden, um eine nichtlineare Beziehung zwischen veränderlichen Größen herzustellen. Dabei kamen nichtlineare L· Potentiometer, mechanische oder elektromechanische Kurvenfolger oder auch mechanische bzw. elektrische Schaltungen für die Annäherung der Kurven mit Hilfe einer Mehrzahl gerader Linien zur Anwendung.

Die am weitesten verbreitete elektrische Schaltung der letztgenannten Kategorie stellt der Diöden-Funktionsgenerator dar, dessen Arbeitsweise auf der Verwendung von vorgespannten Dioden beruht, die so geschaltet sind, daß sie als Schalter wirken, durch die die Rückkopplungsspannung eines Operations- oder Rechen-' Verstärkers beeinflußt wird, sobald die Ausgangsspannung des Verstärkers einen voreingestellten Wert erreicht hat.

Die Schwierigkeiten, bei einer solchen Schaltung eine ausreichende Genauigkeit und Stabilität zu erzielen, sind auf die Veränderlichkeit des Diodenwiderstandes in Abhängigkeit vom Strom, der Temperatur und im Verhältnis zu anderen Dioden derselben Klasse zurückzuführen. Einstellung und Eichung sind daher umständlich, und darüber hinaus bestehen ohnehin in der Praxis Be-

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schränkungen, hinsichtlich der bei der Erzeugung einer Kurve erreichbaren Genauigkeit. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die Dioden auf einer bekannten Umgebungstemperatur gehalten werden müssen, da die Leckströme und der Widerstand in Durchlaßrichtung temepraturabhängig sind.

Insofern wäre ein auf elektronischer Basis arbeitender Funktionsgenerator als vorteilhaft anzusehen, der auf dem Gedanken der Annäherung einer Funktion durch eine Reihe gerader Linien beruht., bei dem sich jedoch die Knickpunkte bzw. die Stellen, an denen die einzelnen geraden Abschnitte einander schneiden, sowie die Neigungen dieser Geraden mit einem hohen Genauigkeitsgrad bestimmen lassen. Die Temperaturabhängigkeit einer solchen Schaltungsanordnung kann grundsätzlich mehrere Größenordnungen kleiner als bei dem bekannten Dioden-Funktionsgenerator liegen.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher in erster Linie die Schaffung eines neuen und verbesserten Funktionsgenerators, der im wesentlichen unabhängig von der Temperatur ist und daher keiner Drift unterliegt, der sich mit geringen Kosten herstellen läßt, aber dennoch eine äußerst hohe Vorherbestimmbarkeit gewährleistet und mit dessen Hilfe Funktionen mit stärker oder schwächer abfallender Neigung angenähert werden können, ohne daß eine Eichung erforderlich wäre.

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Zur Lösung: dieser Aufgabe ist ein Funktionsgejieriatpr mit Rechenverstärkern zur abschnittweisen Annäherung an eine, ypr,gegebene mathematische Beziehung, dessen Ausgangssignal von einem veränderlichen Eingangssignal abhängig ist, erfindungsgemäß gekenn-

"- "'■■ ii®ba'ni. £®di^ gsüöi^ ί. ;_;1 !,-J..-.;;,,.^..- . . ■-;.-. < ,--^ zeichnet durch eine wenigstens von dem veränderlichen Eingangssignal beaufschlagte Summierstufe für die Abgabe eines kombinierten Eingangssignals, durch eine von dem kombinierten Eingangssignal beaufschlagte und ein Generatorausgangssignal liefernde Anordnung für die Beeinflissung des Signals, durch mindestens eine von dem Generatorausgangssignal beaufschlagte Rückkopplungsstufe, sowie dadurch, daß das Generatorausgangssignal gleich oder größer als ein vorgegebener Ausgangssignalwert ist und damit entweder ein zusätzliches positives oder negatives Eingangssignal an die Summierstufe abgegeben wird.

Dabei kann insbesondere ein Eingangssignal den Eingang eines ersten Operations- oder RechenVerstärkers speisen, in dessen Rückkopplungspfad eine oder mehrere Stufen mit weiteren Rechenverstärkern liegen, die in ihrem wirksamen Zustand bei vorgegebenen Vierten der Ausgangsspannung des ersten Rechen Verstärkers eine praktisch ideale Schaltungsanordnung bilden, um die Kennwerte des Ausgangssignals des ersten Rechenverstärkers aufeinanderfolgend zu ändern.

Weitere Einzelheiten und Vorzüge der Erfindung werden|nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Wiedergabe der grundsätzlichen Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 schematisch den Schaltungsaufbau eines nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung arbeitenden Funktionsgenera tors; und

Fig. 3 ein Kurvenbild zur Erläuterung der Arbeitsweise des Funktionsgenerators nach Fig. 2.

Im einzelnen ist mit Fig. 1 ein Funktionsgenerator wiedergegeben, der das Verhältnis von Eingangs- zu Ausgangsspannung mit Hilfe von Schaltern ändert, die jeweils betätigt werden, wenn die Ausgangsspannung eine voreingestellte Vorspannung erreicht. Bei Betätigung eines solchen Schalters werden mittels der zwischen dem Ausgang und einem der Eingänge zu dem Verstärker angeordneten Schaltkontakte eine der vorerwähnten Vorspannung genau gleiche Spannung sowie ein bestimmtes Netzwerk angeschlossen.

Der. Funktionsgenerator der Fig. 1 weist einen herkömmlichen, im Handel erhältlichen Operations- oder Rechenverstärker A₁ großer Verstärkung auf, der eine Eingangsklemme Σ_β und eine Ausgangsklemme T hat. Von der Ausgangsklemme T führt zu der Eingangsklemme Σ ein Rückkopplungspfad mit einem RÜckkopplungswi-

€5

derstand R zurück. Ein externes Eingangssignal E erreicht die ο β

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Eingangsklemme Γ über einen Eingangswiderstand R,. Parallel zu dem Widerstand R des Rückkopplungspfades sind weitere Rückkopplungspfade F₁, F₀, ... F_n geschaltet. Diese weiteren

j. a n

Rückkopplungspfade liefern über entsprechende Eingangswiderstände R^, R₂, ·.. R zusätzliche Eingangssignale E-, E₀, ... E zu der als Summierstelle wirkenden Eingangsklemme Σ .

Il ©

»Würden diese zusätzlichen Eingangssignale E₁ , E₀, ... E extern 1 δ η

zugeführt, so würde die Fig. 1 lediglich eine typische Summierschaltung mit einer Reihe von Eingangssignalen zeigen, die an der Eingangsklemme SI eines Operationsverstärkers A. summiert werden. Zwischen einer solchen typischen Summierschaltung für einen Operationsverstärker und der Schaltung nach Fig. 1 besteht jedoch der wesentliche Unterschied, daß die zusätzlichen Eingangssignale E₁, E₀, ... E nicht nur nicht extern zugeführt χ. δ η

werden, sondern sogar eine Funktion des Ausgangssignals E sind.

Für jedes dieser zusätzlichen Eingangssignale in Fig. 1 gilt " somit allgemein:

. ■ ■ Λ"^ft ⁽v

Damit diese zusätzlichen Eingangssignale eine Funktion des Ausgangssignals E bilden, müssen sie jedoch unmittelbar mit der

Et

Ausgangsklemme verbunden sein. Diese Verbindungen werden jeweils durch Schalter S₁, S₀, ... S„ hergestellt, deren Betätigung er-

1. Δ Ti.

folgt, wenn das Ausgangssignal des Generators gleich einem vor-

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gegebenen Vorspannungswert ist. Das Eingangssignal eines jeden Rückkopplungspfades hat jeweils den Wert (E - P.), wobei P₁, P₉, ... P jeweils zu dem Ausgangssignal E entge-

J- ™ ...... **■ _T et

gengesetzt geschaltete Vorspannungsquellen sind. Da das Ausgangssigrial E- eine Funktion der Größe und Polarität des gesamten, an" der Eingangsklemme 2. auftretenden Eingangssignals ist, läßt sich das Ausgangssignal des Funktionsgenerators durch Schließung von einem oder mehreren der Schalter S-, S₂> ... S systematisch ändern. So wird beispielsweise bei.Schließung des Schalters S₁ ein zusätzliches Eingangssignal E₁ an die summierende Eingangsklemme T gegeben, das anschließend das Verhältnis der Eingangsspannung zur Ausgangsspannung des Funktionsgenerators ändert. Ähnlich kann die Eingangsklemme Σ. durch Schließung eines anderen Schalters mit weiteren Eingangssignalen beaufschlagt werden, die ebenfalls zu Änderungen des Verhältnisses von Eingangs- zu Ausgangsspannung führen.

Befinden sich sämtliche Schalter im offenen Zustand, so entspricht die Verstärkung der Schaltung dem Verhältnis des Rückkopplungswiderstandes R zu dem Eingangswiderstand R.. Diese Verstärkungskurve bleibt bis zu einem gewünschten Knickpunkt bestehen, worauf der Schalter S₁ oder ein anderer Schalter betätigt wird und damit einen weiteren Rückkopplungspfad schließt, der anschließend infolge der Änderung der Verstärkung den Wert des Ausgangssignals ändert, da der Rückkopplungswiderstand dann der Parallelschaltung des Rückkopplungswiderstandes R mit dem

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fm 8 —

Widerstand R^ entspricht. Die Gesamtverstärkung der Schaltung ist somit eine Funktion des effektiven Rückkoppiungswiderstands· wertes des Funktionsgenerators, und bei Öffnung oder Schließung eines oder mehrerer der Schalter S₁ ,S^, ... S tritt eine Xn-* derung der Verstärkung ein.

Die Schaltung läßt sich somit als Rechenverstärker mit einem Eingangssignal, einem Ausgangssignal sowie einem Rttckkopplungspfad ansehen, wobei der Rückkopplungspfad aus einem Rückkopplungswiderstand R und einem oder mehreren Elementen besteht, die in Parallelschaltung mit dem Widerstand R zusammenwirken und dabei ein vorgegebenes Rückkopplungssignai liefern. An der Klemme S der Fig. 1 tritt somit insgesamt ein Rückkopplungssignai E_ auf, das aus dem fiber den Rückkopplungspfad mit dem Rückkopplungswiderstand R zugeführten Rückkopplungssignai E und einem oder mehreren zusätzlichen Eingangssignalen E^ + E₂ +

+E besteht, die durch Schließung der entsprechenden Schalter S₁, S₀, ... S und die dadurch herbeigeführte Zuschaltung der

ί Δ TL

Parallelzweige eingeschaltet werden können.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines allgemein mit 10 bezeichneten Funktionsgenerators, der entsprechend den in Verbindung mit Fig. 1 erläuterten Prinzipien der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. per summierenden Eingangskiemme ^t■■"* wird wiederum über den Eingangswiderstand Rj ein Eingangssignal E ^ΰχα zugeführt. Die Eingangskiemme -~X_ stellt den Einigang des Re?^Jit ehenverstärkers A^ dar, der an der Ausgangsklemme T das Ausgangs-

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.,„ ,„,,,^ j I j; 111111· | ■■ 11| |,; ■ j j 1111 j j || 11| 11; ■-| ■ ι ■ | ^; | < ■

signal £ abgibt. Über den Rückkopplungswiderstand R ist die a ο .

Ausgangsklemme T auf die Eingangsklemme Σ rückgekoppelt. Parallel zu dem Rückkopplungswiderstand R liegt ein schaltbares Rückkopplungsnetzwerk F, das zusammen mit dem den Rückkopplungswiderstand R_Q enthaltenden Rückkopplungspfad das gesamte, die

Eingangsklemme Σ. des Rechenverstärkers L· beaufschlagende Rück-

e χ

kopplungssignal bestimmt.

Das Rückkopplungsnetzwerk F weist eine oder mehrere Verstärkerstufen auf. in Fig. 2 sind beispielsweise drei Verstärkerstufen G₁, G_n und G₀ wiedergegeben. Die Signalausgänge der Stufen G₁

X Δ O X

und G₂ sind mit einem Inverter I verbunden, der an die als Summierstelle wirkende Eingangsklemme Σ. ein negatives Rückkopp-

lungssignal liefert. Der Signalausgang der Verstärkerstufe G₃ ist dagegen unmittelbar mit der Eingangsklemme Σ verbunden, so daß er einen positiven Rückkopplungsanteil liefert. Die Auswirkungen der von den verschiedenen Stufen abgegebenen positiven und/oder negativen Rückkoppluhgssignale werden nachstehend im einzelnen erläutert. . "

In Fig. 2 ist der das Signal E führende Ausgang an die Stufe G₁ über einen Eingangswiderstand R₁₁ an die Eingangsklemme Σ₁ angeschlossen. Eine Potentialquelle E₁₀₀ (nicht dargestellt) liefert über einen Eingangswiderstand R₁₂ ein Eingangssignal an die Eingangsquelle Σ. , Das an der Klemme ^₁ auftretende kombinierte Eingangssignal speist den Rechenverstärker OA₁, der Über

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einen Rückkopplungszweig mit einer Diode D₁₂ und einem Widerstand R₁₄ zu der Eingangsklemme ^- rückgekoppelt ist. Die Anode der Diode D₁₂ ist mit dem Ausgang des Rechenverstärkers OA₁ verbunden, während die Kathode der Diode D₁₂ mit dem einen Ende des Widerstandes R₁₄ in Verbindung steht. An den Ausgang des Rechenverstärkers OA₁ ist ferner die Kathode einer Sperrdiode D₁₁ angeschlossen, deren Anode mit der Eingangsklemme Σ verbunden ist, so daß ein Rückkopplungspfad für negative Ausgangssignale des Rechenverstärkers OA₁ zur Verfügung steht. Das gewünschte Ausgangssignal der Verstärkerstufe G₁ wird von dem Potential E₁₁ geliefert, das an dem Verbindungspunkt der Diode D₁₂ und des Widerstandes R₁₄ ansteht. Das Potential E₁₁ beaufschlagt über einen Widerstand Rg die Eingangsklemme Σ _ des Inverters I.

Die Verstärkerstufe G₂ hat eine Eingangsklemme ^₂' ^an ^*^e **^er das Signal E führende Signalausgang E über einen Eingangswi-

et Et

derstand B₂I* außerdem über einen Eingangswiderstand R₃₃ eine Spannungsquelle mit dem Potential E₂₀₀ (nicht dargestellt) angeschlossen sind. Die Eingangsklemme Σ ist mit einem Rechenverstärker OA₂ verbunden, dessen Ausgang über einen Rückkopplungszweig mit einer Diode D₂₂ und einem Widerstand R₂₄ zu der Ein„gangsklemme Σ~ rückgekoppelt ist. Parallel zu diesem Rückkopplungszweig ist eine Sperrdiode D₂₁ geschaltet, deren Kathode an den Ausgang des Rechenverstärkers OA₂ und deren Anode an die Eingangsklemme Σ _o angeschlossen ist« Die Funktion der Dioden D₂-I und D₂₂ entspricht denjenigen der Dioden D₁₂ und D₁₁ der

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- li -

ersten Verstärkerstufe G-. Das Ausgangssignal des Rechenverstärkers OA₂ wird von dem Potential E₃₃ gebildet, das Über einen Widerstand R_g mit der Eingangsklemme -£_ verbunden ist.

Die dritte Verstärkerstufe G₀ ähnelt den vorstehend beschriebenen Verstärkerstufen und weist entsprechend eine Eingangsklemme ^ „ auf, die wiederum mit dem das Ausgangssignal E führen-ο ει

den Signalausgang über einen Eingangswiderstand R₃- in Verbindung steht.Über einen Widerstand R₃₂ ist an die Eingangsklemme S, des Rechen verstärker s OA₃ wiederum eine Potentialquelle E₃₀Q (nicht dargestellt) angeschlossen. Der Ausgang des Rechenverstärkers 0A₀ ist mit der Anode einer Diode D₀₀ verbunden. Zwisehen die Kathode der Diode D₃₂ und die Eingangsklemme Σ" ₃ des Rechenverstärkers OA₃ ist ein Widerstand R₃₄ geschaltet. Zwischen der Eingangs- und Ausgangsklemme des Rechenverstärkers 0A„ liegt ebenfalls eine Sperrdiode D₃₁, deren Anode mit der Eingangsklemme 2Γ und deren Kathode mit dem Ausgang des Rechenverstärkers OA₃ verbunden sind. Wie zuvor entsprechen die Funkti^ onen der Dioden D₃₁ und D₃₂ denjenigen der Dioden Dv und D-₂ der Stufe G-. Das Ausgangssignal der Verstärkerstufe G₃ wird wiederum von dem an dem Verbindungspunkt der Diode D₁^₂ und des Widerstandes R anstehenden Potential E „ gebildet. Dieses Potential E_ speist über einen Exngangswiderstand R-_Q die Eingangsklemme Σ .

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Der Inverter I weist einen Rechenverstärker OA_ft auf, der lediglieh die Aufgabe hat, die Polarität des an der Eingangsklemme ÜT_ auftretenden Eingangssignals umzukehren. Dieser Polaritätswechsel erfolgt durch Verwendung eines summierenden und invertierenden Verstärkers mit der Verstärkung Eins. Das am Ausgang des Rechenverstärkers OA₅ auftretende Ausgangssignal stellt daher lediglich die Umkehrung der Summe der Eingangssignale E₁₁ und E„₂ dar. Das Ausgangssignal des Inverters I speist die Eingangsklemme Σ über einen Widerstand Rg₀*

Wie in Fig. 1 bereits gezeigt, wird die Zuschaltungleines weiteren Eingangssignals oder eines weiteren Rückkopplungsanteils durch Schließung eines Schalters S₁ herbeigeführt, wie er in Verbindung mit dem Rückkopplungszweig F- gezeigt ist. Der Schaltungsäufbau für diesen Schaltvorgang kann, wie mit Fig. 2 gezeigt, mit Hilfe eines Vorspannungsnetzwerkes verwirklicht werden. So weist beispielsweise in der Verstärkerstufe G- die extern, angeschlossene Spannungsquelle E₁₀₀ (nicht dargestellt) absichtlich eine der Polarität des Ausgangssignals E entgegengesetzte

et

Polarität auf. Für den Bereich der Ausgangsspannung E , in dem

£1

deren Betrag kleiner als die Spannung der Spannungsquelle E₁₀₀ ist, ist das resultierende Eingangssignal an der summierenden Eingangsklemme -^₁ somit positiv. Der Rechen verstärker OA- wirkt dann so auf dieses resultierende positive Eingangssignal ein, daß ein negatives Ausgangssignal erhalten wird, das die Diode D₁ infolge der Vorspannung in Sperrichtung nicht passieren kann.

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- 13' -

Dieses negative Ausgangssignal läuft daher über die Diode D₁₁ zurück zu der Eingangsklemme Σ die im wesentlichen auf Massepotential liegt. Da durch den Widerstand R₁₄ kein Strom fließt, hat das Ausgangssignal E₁₁ den Wert Null und bleibt insofern naturgemäß ohne Einfluß auf die Eingangsklemme *-_, die demgemäß kein Eingangssignal erhält.

Wenn das resultierende Eingangssignal an der Eingangsklemme Σ. η negativ und damit das Ausgangssignal des Rechenverstärkers OA₁ positiv wird, wird die Diode D₁₂ leitend. In diesem Fall fließt der Strom von dem Ausgang des Rechenverstärkers OA₁ über die Diode D₁₂ und den Widerstand R₁₄ zu der Eingangsklemme ^₁-Der Wert des Ausgangssignals E₁₁ entspricht damit folgender Beziehung:

\ ^ ^Eioo - <^Ba - W %

wenn R₁₁ = R_c„ und JE J> Ie₁ ^
11 60 I al —— I 100

wenn|E_a

Wie ersichtlich, ist die Ausgangsspannung E₁₁ unabhängig von einem Spannungsabfall an der Diode D₁₂ und damit auch vollständig unabhängig von Diodenkennwerten. Ähnliche Verhältnisse ergeben sich für die Verstärkerstufen G₂ und G₃, wenn der Wert der Ausgangsspannung E gleich oder größer als die entsprechenden

--■ — — ■ - _. _ 3*

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Vorspannungen E₃₀₀ und E₃₀₀ wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Sperrdiode D₁₁ nicht unbedingt notwendig ist, sondern die Aufgabe hat, beim Auftreten eines resultierenden positiven Eingangssignals an der Eingangsklemme Σ ein schnelleres Ansprechen zu ermöglichen, indem eine Sättigung des Rechenverstärkers OA₁ beim Auftreten negativer Äusgangssignale verhindert wird.

Mit Fig. 3 sind Ausgangskennlinien für den Funktionsgenerator nach Fig. 2 wiedergegeben. Die dort gezeigte Kurve enthält drei Knickpunkte, die den drei Verstärkerstufen G-, , G„ und G₃ der Fig. 2 entsprechen. Der erste lineare Abschnitt L der Kurve der Fig. 3 entspricht der Einwirkung lediglich des Rechenverstärkers A- auf das Eingangssignal E . Solange der negative

X β

Anteil des Ausgangssignals E kleiner als die Vorspannungen

.. a

der Verstärkerstufen G₁, G₃ und G₃ ist, bleiben diese von einer Einwirkung auf den Funktionsgenerator 10 ausgeschlossen. Die Verstärkung des Abschnittes L ist somit gleich dem Verhältnis des Widerstandes R zu dem Widerstand R₁.

Sobald der negative Anteil des Ausgangssignals E gleich dem Vorspannungspotential E_1nn der Stufe G₁ ist, wird der summie-

XC/vJ X

renden Eingangsqueile Z ein weiteres Eingangssignal zugeführt. Die Polarität des Ausgangssignals E₁₁ der Verstärkerstufe G₁ wird durch den Inverter I invertiert, so daß ein zusätzliches Eingangssignal entsteht, dessen Polarität der Polarität des ur-

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sprünglichen Eingangssignals E entgegengesetzt ist. Das Signal an der Ausgangsklemme T ist daher nun durch folgende Beziehung bestimmt:

^G1^G2

wobei G₁ - ^ ; G₂ - *11 und

Dieser Ausdruck läßt sich vereinfachen zu:

G G₁G

wobei C- = ■- und C₀ =

1 l+u- Ki_n Δ

Darin ist C₁ eine Konstante, die der Neigung des Kurvenabschnittes L₁ der Fig. 3 entspricht, während C₂ eine Konstante ist, die den Schnittpunkt des verlängerten Abschnittes L₁ mit der Y-Ordinate entsprechend dem Fall, daß die Eingangsspannung E_e Null wäre, angibt. Die Ausgangsspannung der Schaltungsanordnung folgt dem Kurvenabschnitt L₁, bis der negative Anteil der Ausgangsspannung E gleich oder größer als das Vorspannungspotential E_2OQ der zweiten Verstärkerstufe G₂ wird. Bei Aufstellung der entsprechenden Beziehungen für die Ausgangsspannung E₃₂ der Verstärkerstufe G₀ in der vorstehend beschriebenen Weise und durch Summierung der Potentiale an der Eingangsklemme Σ" ±_n der oben in Verbindung mit der Beziehung (2) erläuterten Weise ergibt sich:

^Ea = ^Cl' ^Ee ⁺ <V '
wobei C₁' und C_n' Konstanten und jeweils gleich der Neigung des

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Schnittpunktes des xtrapc

Kurvenabschnittes L₂ mit der Y-Ordinate gleich sind.

Kurvenabschnittes L₂ bzw. der Y-Ordinate des/extrapolierten

Sobald der negative Anteil der Ausgangsspannung E gleich dem Vorspannungspotential E₃₀₀ der Verstärkerstufe G₃ ist, wird diese Stufe ebenfalls wirksam und liefert dementsprechend ein zusätzliches Eingangssignal Eqo an die Eingangsklemme ^_«

■ '■■-.■ ■ ■: ■■ ... . . -

Wenn der negative Anteil der Ausgangsspannung E gleich oder

größer als das Vorspannungspotential Eq₀Q der Verstärkerstufe G₃ ist, so liefert die Stufe G₃ ein Ausgangssignal E₃₃ als zusätzliches Eingangssignal für die summierende Eingangsklemme Σ. . Das zusätzliche Eingangssignal E_Q<a hat die gleiche Polaritat wie das Eingangssignal E und ergibt somit ein positives ^d Signal, das sich dem ursprünglichen Eingangssignal E addierend überlagert. Das Auftreten eines positiven Eingangssignals E₃₃ kann auch als Verringerung der gesamten negativen zusätzlichen Eingangssignale E-- und E„₂ angesehen werden, die die Eingangsklemme Σ. beaufschlagen. Die resultierende Verstärkung des Funktionsgenerators 10 erfährt somit eine Steigerung, wie das aus dem verstärkten Anstieg des Kurvenabschriittes L₃ ersichtlich ist. Der Verlauf des Kurvenabschnittes L₃ läßt sich wieder durch folgende Beziehung definieren:

90 982 EV Q9-S1; ^

wobei C₁" eine Konstante ist, die dem Anstieg des Kurvenabschnittes Lo entspricht, während C₂" gleich der Y-Ordinate des Schnittpunktes der Verlängerung des Abschnittes L„ mit der Y-Achse entspricht.

Wenngleich die vorliegende Erfindung verhältnismäßig weit ins Einzelne gehend beschrieben wurde, so ist doch darauf hinzuweisen, daß jede beliebige Anzahl Stufen mit sowohl negativer als auch positiver Rückkopplung verwendet werden können, um die Annäherung an die gewünschte mathematische Funktion zu erzielen. Ebenso können auch die Polungen der Dioden und der Ausgangssignale vertauscht werden, um Eingangssignale und Vorspannungspotentiale entgegengesetzter Polarität zu erhalten.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

1. Funktionsgenerator mit Rechenverstärkern zur abschnittweisen Annäherung an eine vorgegebene mathematische Beziehung, dessen Ausgangssignal von einem veränderlichen Eingangssignal abhängig ist, gekennzeichnet durch eine wenigstens von dem veränderlichen Eingangssignal (E ) beaufschlagte Summierstufe (Σ_) für die Abgabe eines kombi-

nierten Eingangssignals; durch eine von dem kombinierten Eingangssignal beaufschlagte und ein Generatorausgangssignal (E ) liefernde Anordnung für die Beeinflussung des Signals; durch mindestens eine von dem Generatorausgangssignal (E ) beaufschlagte Rückkopplungsstufe (F); und dadurch, daß das Ausgangssignal (E ) gleich oder größer als ein vorgegebener Ausgangssignalwert ist und damit entweder ein zusätzliches positives oder negatives Eingangssignal an die Summierstufe (1) abgibt.

2. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsstufe (F) eine Mehrzahl von Rückkopplungszweigen (F₁, F₀, ... F) hat, die jeweils mit einem vorgegebenen, ein Vorspannungseingangssignal liefernden Potential (E ,

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E_or._, E_o__) gekoppelt sind, daß entweder in einer ersten oder

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in einer zweiten stabilen Stellung wirksame Signalschalter vorgesehen sind, die die Rückkopplungszweige (F₁, F₂, ... F) in ihrer ersten Stellung in einem inaktiven Zustand

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■■" - Inhalten, in ihrer zweiten Stellung dagegen die zugehörigen Rückkopplungszweige in ihren aktiven Zustand überführen, wenn das Ausgangssignal (E_n) gleich oder größer als das

et

korrespondierende Vorspannungseingangssignal ist, und daß der Funktionsgenerator (10) eine Anordnung zur Beeinflussung der Rückkopplung aufweist, die auf die Signaldifferenz zwischen dem Generatorausgangssignal (E ) und dem Vorspannungseingangssignal anspricht, durch die jeweilige Stellung der Schalter jedoch nicht beeinträchtigt wird.

3. Funktionsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Rückkopplungszweige (F₁, F₀, ... F) Verstärker als

χ α η

aktive Elemente enthalten.

4. Funktionsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsstufe (F) eine Mehrzahl von Rückkopplungszweigen (F₁, F₂, .., F_n) mit elektrischen Netzwerken hat, die jeweils eine Verstärkeranordnung vorbestimmter Verstärkung mit einer Eingangsklemme und einer Ausgangsklemme aufweisen, daß die Eingangsklemmen von der Resultierenden aus einem ersten Eingangssignal, das eine erste Polarität hat und dem Generatorausgangssignal (E ) gleich ist, und aus einem zweiten

EL

Eingangssignal, das entweder die erste oder eine zweite Polarität besitzt und einem vorgegebenen Vorspannungswert gleich ist, beaufschlagt ist,, daß eine an die Verstärkeranordnungen angeschlossene und damit zusammenwirkende Ausgangsstufe für

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die Lieferung eines positiven oder eines negativen Eingangssignals an die Summierstufe (Σ ) vorgesehen ist, und daß der Verstärkeranordnung Schalter zugeordnet sind, über die der Ausgang der Verstärkeranordnung die Summierstufe (Σ ) beaufschlagt, wenn das auf den Eingang der Verstärkeranordnung einwirkende resultierende Eingangssignal die erste Polarität aufweist.

5. Funktionsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter eine in die Ausgangsleitung der Verstärkeranordnung geschaltete Diode (D₁₂» ^22' ^D32^ aufweisen und daß die Ausgangsstufe so vorgespannt ist, daß sie kein die eine Polarität aufweisendes Ausgangssignal der Verstärkeranordnung durchläßt, und damit ein Schalten verhindert, daß sie jedoch alle Ausgangssignale 4er entgegengesetzten Polarität durchläßt und damit ein Schalten ermöglicht.

6. Funktionsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter ferner eine zweite Diode (D-j-i» D₂₁ , D„-) aufweisen, die zwischen die Eingangs- und Ausgangsklemmen der Verstärkeranordnung geschaltet und so vorgespannt ist, daß sie jedes Ausgangssignal der einen Polarität durchläßt, Ausgangssignale entgegengesetzter Polarität dagegen sperrt, und daß sie den Spannungsabfall von der Eingangs- zur Ausgangsklemme der Verstärkeranordnung

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auf dem Wert des Spannungsabfalles längs der zweiten Diode (D₁₁, D₂₁, D₃₁) hält.

7. Funktionsgenerator nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal dem Eingangssignal (E ) des Generators (10) proportional ist.

8. Funktionsgenerator, gekennzeichnet durch eine auf ein Eingangssignal ansprechende Sxgnalübertragungseinrichtung für die Abgabe eines dem Eingangssignal proportionalen Ausgangssignal und dadurch, daß wenigstens eine Einrichtung zur Beeinflussung bzw. Änderung des Signals vorgesehen ist, die auf das Generatorausgangssignal anspricht und dabei die Proportionalitätskonstante entweder vergrößert oder verkleinert, wenn das Generatorausgangssignal gleich oder größer als ein vorbestimmter Signalwert ist.

9. Funktionsgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Beeinflussung bzw. Änderung des Signals wenigstens eine Verstärkeranordnung aufweist, die bis zu einem vorbestimmten Wert des Generatorausgangssignals in einem inaktiven Zustand gehalten wird und anschließend in einem aktiven Zustand mit der genannten Signalübertragungseinrichtung und weiteren Verstärkeranordnungen zusammenwirkt, um eine Proportionalität entsprechend einer vorbestimmten Arbeitscharakteristik herzustellen.

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10. Funktionsgenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung extern durch Signalvorspannungspotentiale (E.,-.-, E_orir,, E_ori_) beaufschlagt ist, deren

XUU &U\J OUU

Polarität der Polarität des Generatorausgangssignals (E ) entgegengesetzt ist, um die Verstärkeranordnung in einem inaktiven Zustand zu halten, bis der negative Anteil des Generatorausgangssignals (E ) gleich oder größer als das Vorspannungssignal ist.

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