VEROELECTFONICS

INHALTSVERZEICHNIS

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VEROELECTRONICS

ANALOG-COMPUTERAC 46093

ftir die Ausbi ldung, Demonstration und Optimierungvon MeB-, Simulations- und Regelsystemen

Durch die Veruvendung einer neuen Operationsverstdr-kergeneration mit Offsetspannungen im Bereich wenigerMikrovolt ist es BICC-VERO in Zusammenarbeit mitProf. Dipl. Ing. M. Zirpel von der Hochschule Bremengelungen, einen Analog-Computer in quasi Akten-taschenformat zu entwickeln. Die Leistungsfdhigkeit istvergleichbar mit herkommlichen Analog-Computern.Trotz geringem Schaltungsaufbau wird eine hoheRechengenauigkeit erzielt. Der Einsatz verschleiBfreierkontaktloser Analogschalter gewdhrleistet eine groBeBetriebssicherheit, hohe Repitierfrequenzen und einelange Lebensdauer. Der Bedienungskomfort ist be-stechend.O Das Gerdt verftigt riber 6 Integrierer,'3 Summierer,

3 Differetlzverstdrker, 2 M u lti plizie r er, 1 2 Koeff izien-tenpotentiometer und 4 Dioden.

O 3-fach Kippschalter frir Betriebsartenwahl:1. lC : lnitial Condition (Anfangsbedingung ein-

stellbar)2. OP : Operate (Rechnen)3. POT : Pot Set (Potentiometerabgleich)

O Ein Digitalvoltmeter zeigt die Einstellung der zehn-gdngigen Koeffizientenpotentiometer an.

O ln der Betriebsart.,,Repitierendes Rechnen" lassensich die Losungskurven als flimmerfreie Oszillo-gramme darstellen.

O Zwei oder mehrere Analog-Computereinheiten kon-nen fUr komplexe Rechenprogramme zu einer GroB-rechnereinheit verkniipft werden. Dabei tibernimmtein Analog-Computer (Master) die Steuerlunktion dertibrigen als Slaves geschalteten A-Computer. Dazuwird der Master-Slave-Schalter je Gerdt in die ent-sprechende Position geschaltet (siehe S. 9).

O 3 Rechenglieder sind als Differenzverstdrker ausge-fr.ihrt. Mit ihnen lassen sich wichtige Operationsver-stiirker-Grundschaltungen einfacher realisieren alsmit Summierern, wie z.B. nichtinvertierende Verstiir-ker, I mpedanzwandler u nd Sch m itt-Trig ger. D iff erenz-verstdrker lassen sich nach dem Verbinden des nicht-inveftierenden Eingangs mit Masse nattirlich auch alsSummierer einsetzen.

O Alle Integrierer sind ohne zusdtzliche Bauelementeauch als Summierer oder Inverter zu verwenden.

O Die Summierer kdnnen durch eine externe Beschal-tung mit einem steckbar ausgeftihrten Kondensatorin Integrierer umgewandelt werden.

O Alle Rechner-Bauelemente befinden sich auf einereinseitig besttickten GroBplatine (siehe Abb. 2) -keine langen Leitungen bzw. Kabelbdume : stdr-sicher.

O Die Versorgungsspannungen + 8 Volt frir die Opera-tionsverstdrker, + 5 Volt fiir Referenz und + 12 Voltftir die Multiplizierer befinden sich auf einer separatenNetzteilplatine.

O Ubersichtliches Steck- bzw. Programmierfeld (sieheAbb.3).

O Das Programmierfeld enthdlt vergoldete 2 mm-Miniaturbuchsen.

O Der Lieferumfang enthdlt ein Laborkabelset mit 2 mmBrlschelsteckern f rir insgesamt 55 Verbindungen.

O Ein Aluminium-Rahmen-Koffer mit Zahlenschlossernsorgt ftir eine sichere Verpackung

16.4

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VEROELECTRONICS

APPLII(ATION

OperationsverstdrkerWichtigster Baustein jedes Analogrechners ist der Ope-rationsverstdrker. Erhdlt er eine Eingangs- und Rrick-fiihrbeschaltung, so konnen mit ihm - je nach Beschal-tung - mathematische Operationen wie Addition, Sub-traktion, Differentiation und lntegration ausgefUhrt wer-den. Der Operationsverstdrker hat aufgrund seiner un-gew6hnlich vielseitigen Anwendungsmoglichkeiten einezentrale Bedeutung in der Analogtechnik. Auch hierbietet der Kleinst-Analogrechner gute Moglichkeiten ftireine praxisnahe Erprobung der gdngigen Grundschal-tungen.Der Kleinrechner enthdlt hochwertige, integrierte Ope-rationsverstiirker in CMOS-Technik. Sie sind dauerkurz-schluBfest und zeichnen sich durch besonders geringeOffsetspannung (ca. 1 pV) und geringen Eingangs-gleichstrom (ca. 10 pA) aus.

Abb.1 Schaltungssymbol

Das Schaltungssymbol des Operationsverstdrkersfindet man in allen Grundschaltungen. lm Hinblick aufweitere Einzelheiten wird hier auf das umfassendeSchrifttum zum Thema Operationsverstdrker verwiesen.

BetriebsartenDie sehr einfache Steuerschaltung gemdBAbb.2 ermdg-licht drei Betriebszustiinde, die mit dem Betriebsarten-schalter angewdhlt werden konnen. Dieser hat dreiPositionen:

Polentiometerabgleich POTlni t ia lCondit ion lCOperate OP

Abb.2

In der Betriebsart,,Operate" kann mittels Schalter zwi-schen einem einmaligen Rechenvorgang (single shot)und Repetierbetrieb (REP) gewdhlt werden. Da sichauch sehr kleine Integrierzeiten (1 ms) einstellen lassen,kann man z. B. im Reoetierbetrieb flimmerfreie Oszillo-gramme von Ubergangsfunktionen erzeugen. Dabeiwerden Rechen- und Pausenzeit von einem astabilenMultivibrator (OV1) mit einem Puls-Pausen-Verhiiltnisvon 5:1 und einer zwischen 1 und 100 Hz einstellbarenFrequenz vorgegeben.In der Betriebsart ,,lnitial Condition" werden die Inte-grierer-Anfangswerte gesetzt (s. Integrierer). AuBerdemwerden die Rechenschaltungen in dieser Betriebsartaufgebaut.Die genaue Einstellung der Koeffizientenpotentiometererfolgt in der Betriebsaft ,,Potentiometerabgleich".Dabei wird der Potentiometereingang an die positiveReferenzspannung, der AusganE an das Digitalvolt-meter angeschlossen (s. Koeffizientenpotentiometer).Zwischen den drei Betriebsarten und den Signalpegelnder zu den Analogschaltern frihrenden Signalbusse AS1und AS2 besteht der folgende Zusammenhang:

Betriebsart SignalpegelAS1 AS2

POTrcOP

HLH

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16.6

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VEROELECTRONICS

APPTII(ATION

IntegriererDer Integrierer hat ohmsche Eingangsbeschaltung(Summiereingang) und einen Kondensator in der Rtick-ftihrung. In der Betriebsart,,lnitial Condition" (Schalter-position lC) wird die Kondensatorspannung vor Beginnjeder Rechnung auf einen bestimmten Anfangswertgesetzt. Hierzu wird die inverse Spannung - Ua (o) aufdie Integrierer-Buchse,, lC" geftihrt.

Von den Schaltungsmdglichkeiten, die sich frlr den Inte-grierer ergeben, werden einige beispielhaft aufgezeigt.

MultipliziererDie integrierten Vierquadranten-Multiplizierer sind miteiner Zusatzbeschaltung auf den + 5 V-Signalpegeleingestellt.

Abb. 9

Sie lassen sich auch als Quadrierer, Radizierer undDividierer betreiben. Dafrir sind in der nachfolgendenUbersicht einige Schaltbeispiele zusammengestellt.

Symbol

F"

F^

Schaltung

F. O- tc

F^

S;----9 l oo0,01

OP: OperatelC: Initial ConditionWiderstandswerte in MOKapazitAtswerte in pF

Abb.7

Symbol

Ut

UzUe

Gleichung

UA : I U1 . U2 Spannungen in Volt

Beispiele

IntegriererT: 1 sec

F^

tc

IntegriererT: 10 ms

tc

SummiererK:1

E2

F^

Un- rJ lu, *Uz+Us'10Ur '10Us) dt Urc -UA:-(U2+ U3+ 1 0U4+ 1 0U5)

Abb. 8

Quadrierer

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Uo : 0,2 ' U?

Radizierer

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Dividierer

Un : 5 'u* Spannungen in Volt

Abb.10

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VEROELECTR()NICS

AtilPilt(FutoNFallbeispiel

Drehzahlregelung eines f remderregten Gleichstrom-NebenschluB-Motors.Vorausgesetzt wird eine Linearisierung der Kennlinienim Arbeitspunkt.

Ubersichtsbild

LV: LeistungsversterkerM: MotorT: Tachogenerator'n: Drehzahl

Signalf luBplan

AnalogrechnerschaltungAnhand des SignalfluBplans wird die Analogrechner-schaltunq erstellt.

UbergangsfunktionenDer Regelkreis wird auf sein F0hrungsverhalten undSt6rverhalten untersucht. Die Ubergangsfunktionenwurden mit einem X-Y-Schreiber aufgezeichnet.

Ubergan gsf un ktion bei Fii h run gsverhalten (Z : 0l

Die RegelgroBe folgt der FtihrungsgroBe schnell undschwingungsarm.

Ubergangsfunktion bei Storverhalten (w : 0)

Die Wirkung der StorgroBe (Z) wird schnell undschwingungsarm ausgeregelt.

Ka:262

Tr : '1 secTz :5secTr : 3.62 sec

q: O,2az= O,262at : O,276cs : 0,2

Mit diesen Werten wurden die Ubergangsfunktionengeschrieben bzw. aufgenommen.

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-

+

Zeitablenkung - l)/ X-Schreiber

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