VERO Analog-Computer AC 46093 — Application Electronics
VERO
INHALTSVERZEICHNIS
ELECTFONICS
VEI(B 09/85.115-44214G ' Printedin West Germany'BVE 315
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VERO
ELECTRONICS
ANALOG-COMPUTER
AC 46093
ftir dieAusbildung,Demonstration
undOptimierung
von MeB-,Simulationsund Regelsystemen
DurchdieVeruvendung
einerneuenOperationsverstdrkergeneration
mitOffsetspannungen
imBereich
weniger
Mikrovoltist es BICC-VERO
in Zusammenarbeit
mit
Prof.Dipl.Ing.M. Zirpelvon der Hochschule
Bremen
gelungen,einen Analog-Computer
in quasi Aktentaschenformat
zu entwickeln.
DieLeistungsfdhigkeit
ist
vergleichbar
mit herkommlichen
Analog-Computern.
Trotz geringemSchaltungsaufbau
wird eine hohe
Rechengenauigkeit
erzielt.DerEinsatz
verschleiBfreier
gewdhrleistet
kontaktloser
Analogschalter
eine groBe
Betriebssicherheit,
hoheRepitierfrequenzen
und eine
lange Lebensdauer.
Der Bedienungskomfort
ist bestechend.
O Das Gerdtverftigtriber6 Integrierer,'3
Summierer,
2 Multiplizier er,12 Koeffizien3 Differetlzverstdrker,
tenpotentiometer
und4 Dioden.
O 3-fachKippschalter
frir Betriebsartenwahl:
1. lC : lnitialCondition(Anfangsbedingung
einstellbar)
2. OP : Operate(Rechnen)
3. POT: PotSet(Potentiometerabgleich)
O Ein Digitalvoltmeter
zeigtdie Einstellung
der zehngdngigenKoeffizientenpotentiometer
an.
O ln der Betriebsart.,,Repitierendes
Rechnen"lassen
sich die Losungskurven
als flimmerfreie
Oszillogrammedarstellen.
O ZweiodermehrereAnalog-Computereinheiten
konnenfUrkomplexe
Rechenprogramme
zu einerGroBrechnereinheit
verkniipftwerden.Dabeitibernimmt
(Master)
einAnalog-Computer
dieSteuerlunktion
der
tibrigenals Slavesgeschalteten
A-Computer.
Dazu
je Gerdtin die entwird der Master-Slave-Schalter
(sieheS. 9).
Positiongeschaltet
sprechende
16.4
O 3 Rechengliedersind als Differenzverstdrker
ausgefr.ihrt.Mit ihnen lassen sich wichtigeOperationsverstiirker-Grundschaltungen
einfacher realisierenals
mit Summierern,
wie z.B. nichtinvertierende
Verstiirker, Impedanzwandlerund Schmitt-Triger.Differenzverstdrkerlassensich nachdem Verbindendes nichtinveftierendenEingangsmit Massenattirlichauch als
Summierereinsetzen.
O Alle Integrierersind ohne zusdtzlicheBauelemente
auchals Summiereroder Inverterzu verwenden.
O Die Summiererkdnnendurcheine externeBeschaltung mit einem steckbarausgeftihrtenKondensator
in Integrierer
umgewandelt
werden.
O Alle Rechner-Bauelemente
befindensich auf einer
einseitigbestticktenGroBplatine(siehe Abb. 2) keine langen Leitungenbzw. Kabelbdume: stdrsicher.
+ 8 Voltfrir die OperaO Die Versorgungsspannungen
tionsverstdrker,+ 5 Volt fiir Referenzund + 12 Volt
ftir die Multiplizierer
befindensichaufeinerseparaten
Netzteilplatine.
O Ubersichtliches
Steck- bzw. Programmierfeld
(siehe
Abb.3).
O Das Programmierfeldenthdlt vergoldete 2 mmMiniaturbuchsen.
O Der Lieferumfang
enthdltein Laborkabelset
mit 2 mm
Brlschelsteckern
f rir insgesamt55 Verbindungen.
O EinAluminium-Rahmen-Koffer
mitZahlenschlossern
sorgt ftir eine sichereVerpackung
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VERO
ELECTRONICS
APPLII(ATION
Operationsverstdrker
jedesAnalogrechners
Wichtigster
Baustein
istderOperationsverstdrker.
Erhdlter eine Eingangs-und Rrickfiihrbeschaltung,
so konnenmitihm- je nachBeschaltung- mathematische
wieAddition,
Operationen
Subtraktion,Differentiation
und lntegration
ausgefUhrt
werhataufgrund
den.DerOperationsverstdrker
seinerungew6hnlich
vielseitigen
Anwendungsmoglichkeiten
eine
zentraleBedeutung
in der Analogtechnik.
Auch hier
guteMoglichkeiten
bietetderKleinst-Analogrechner
ftir
Erprobung
der gdngigen
einepraxisnahe
Grundschaltungen.
DerKleinrechner
enthdlthochwertige,
integrierte
Operationsverstiirker
inCMOS-Technik.
Siesinddauerkurzgeringe
schluBfest
undzeichnen
sichdurchbesonders
(ca. 1 pV) und geringenEingangsOffsetspannung
gleichstrom
(ca.10pA)aus.
Betriebsarten
gemdBAbb.2ermdgDiesehreinfacheSteuerschaltung
lichtdrei Betriebszustiinde,
die mit dem Betriebsartenschalter angewdhltwerden konnen. Dieser hat drei
Positionen:
Polentiometerabgleich POT
lC
lnitialCondition
OP
Operate
Abb.2
Abb.1 Schaltungssymbol
Das Schaltungssymbol des Operationsverstdrkers
findetman in allen Grundschaltungen.
lm Hinblickauf
weitere Einzelheitenwird hier auf das umfassende
Schrifttumzum ThemaOperationsverstdrker
verwiesen.
In derBetriebsart,,Operate"
kannmittelsSchalter
zwi(singleshot)
Rechenvorgang
scheneinemeinmaligen
(REP)gewdhltwerden.Da sich
und Repetierbetrieb
(1ms)einstellen
auchsehrkleineIntegrierzeiten
lassen,
kannmanz. B. im Reoetierbetrieb
flimmerfreie
Oszillogrammevon Ubergangsfunktionen
erzeugen.Dabei
werdenRechen-und Pausenzeit
von einemastabilen
(OV1)mit einemPuls-Pausen-Verhiiltnis
Multivibrator
von5:1undeinerzwischen1 und100Hz einstellbaren
Frequenz
vorgegeben.
In der Betriebsart
werdendie Inte,,lnitialCondition"
grierer-Anfangswerte
gesetzt(s.Integrierer).
AuBerdem
werdendie Rechenschaltungen
in dieserBetriebsart
aufgebaut.
DiegenaueEinstellung
der Koeffizientenpotentiometer
erfolgt in der Betriebsaft,,Potentiometerabgleich".
Dabeiwird der Potentiometereingang
an die positive
Referenzspannung,
der AusganEan das Digitalvolt(s. Koeffizientenpotentiometer).
meterangeschlossen
ZwischendendreiBetriebsarten
unddenSignalpegeln
frihrenden
derzudenAnalogschaltern
Signalbusse
AS1
undAS2bestehtderfolgendeZusammenhang:
Betriebsart
POT
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OP
16.6
Signalpegel
AS1
AS2
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VERO
ELECTRONICS
APPTII(ATION
Integrierer
Der Integriererhat ohmsche Eingangsbeschaltung
(Summiereingang)
in der Rtickund einenKondensator
Condition"(Schalterftihrung.In der Betriebsart,,lnitial
vor Beginn
positionlC) wird die Kondensatorspannung
jeder Rechnungauf einen bestimmtenAnfangswert
gesetzt.Hierzuwird die inverseSpannung- Ua (o) auf
lC" geftihrt.
die Integrierer-Buchse,,
Multiplizierer
Vierquadranten-Multiplizierer
sindmit
Die integrierten
auf den + 5 V-Signalpegel
einerZusatzbeschaltung
eingestellt.
Symbol
Ut
Uz
Symbol
Ue
Gleichung
UA: I U1. U2
Spannungenin Volt
F"
Abb. 9
F^
Sie lassen sich auch als Quadrierer,Radiziererund
Dividiererbetreiben.Dafrirsind in der nachfolgenden
zusammengestellt.
UbersichteinigeSchaltbeispiele
Quadrierer
Schaltung
UE
F.
tc
O-
F^
U o: 0,2' U ?
Radizierer
S
;----9
0 ,0 1
l oo
OP: Operate
lC: InitialCondition
Widerstandswertein MO
KapazitAtswertein pF
Abb.7
Vonden Schaltungsmdglichkeiten,
die sichfrlrden Integriererergeben,werdeneinigebeispielhaftaufgezeigt.
U e:2,24' IW J
Dividierer
Beispiele
Integrierer
T: 1 sec
Integrierer
T: 1 0ms
tc
tc
Summierer
K :1
E2
F^
F^
Un-
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Un : 5 'u*
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Abb. 8
Abb.10
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Spannungenin Volt
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NOII\DIITdd\/
VERO
AtilPilt(FutoN
Fallbeispiel
ELECTR()NICS
Drehzahlregelungeines f remderregtenGleichstromNebenschluB-Motors.
der Kennlinien
wird eine Linearisierung
Vorausgesetzt
im Arbeitspunkt.
Ubergangsfunktionen
und
wird auf sein F0hrungsverhalten
Der Regelkreis
untersucht.Die Ubergangsfunktionen
St6rverhalten
aufgezeichnet.
wurdenmiteinemX-Y-Schreiber
Ubersichtsbild
Ubergangsfunktion bei Fiihrungsverhalten(Z : 0l
LV:
M:
T:
'n:
Leistungsversterker
Motor
Tachogenerator
Drehzahl
SignalfluBplan
schnellund
Die RegelgroBefolgtder FtihrungsgroBe
schwingungsarm.
bei Storverhalten(w : 0)
Ubergangsfunktion
Analogrechnerschaltung
wird die AnalogrechnerAnhand des SignalfluBplans
schaltunqerstellt.
q: O,2
az= O,262
at : O,276
cs : 0,2
K a:2 6 2
Tr : '1sec
T z :5se c
Tr : 3.62 sec
Mit diesenWertenwurdendie Ubergangsfunktionen
geschriebenbzw.aufgenommen.
- ll_- r
Zeitablenkung
:m\
-
+
l)/
-
X-Schreiber
Die Wirkungder StorgroBe(Z) wird schnellund
ausgeregelt.
schwingungsarm
I
Lt'9t
I!ur.{ca}orDlal3
, o2
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n -
l1l
o = rd w\
0 = (0)/r)
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