DE3305627C2 - Circuit arrangement for monitoring the working range of an operational amplifier - Google Patents
Circuit arrangement for monitoring the working range of an operational amplifierInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Arbeitsbereiches eines Operationsverstärkers (OP). Dem Operationsverstärker (OP) ist hierzu eine Gleichrichter-Brückenschaltung (D1...D4) nachgeschaltet, in deren Gleichstromzweig die Leuchtdiodenstrecke eines Optokopplers (OK) angeordnet ist. Mit einer Überwachungsschaltung (ÜS) wird festgestellt, wenn der Phototransistor des Optokopplers durchlässig wird. Es kann dann eine Störungsanzeige ausgelöst werden. Der Einstellung des zu überwachenden Arbeitsbereiches des Operationsverstärkers dient eine Z-Diode (Z), welche mit der Leuchtdiodenstrecke des Optokopplers in Reihe geschaltet ist. Zum Schutz der Leuchtdiode des Optokopplers vor Überlastung kann zusätzlich ein Vorwiderstand (RV) mit der Leuchtdiodenstrecke des Optokopplers und der Z-Diode in Reihe geschaltet sein.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the working range of an operational amplifier (OP). For this purpose, the operational amplifier (OP) is followed by a rectifier bridge circuit (D1 ... D4), in whose direct current branch the light-emitting diode path of an optocoupler (OK) is arranged. A monitoring circuit (ÜS) is used to determine when the phototransistor of the optocoupler becomes permeable. A fault display can then be triggered. A Z-diode (Z), which is connected in series with the light-emitting diode section of the optocoupler, is used to set the operating range of the operational amplifier to be monitored. To protect the light-emitting diode of the optocoupler against overload, a series resistor (RV) can also be connected in series with the light-emitting diode section of the optocoupler and the Zener diode.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Arbeitsbereiches eines Operationsverstärkers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring the operating range of an operational amplifier according to the preamble of claim 1.
Operationsverstärker werden heute in den verschiedensten Schaltungen eingesetzt Sie besitzen zwei zueinander antivalente Eingänge und einen Ausgang, der bei miteinander kurzgeschlossenen Eingängen auf Null-Potential liegt. Die Versorgung des Operationsverstärkers erfolgt symmetrisch zum Null-Potential durch eine positive und eine negative Spannung, die an zwei besondere Anschlüsse des Operationsverstärkers angelegt wird.Operational amplifiers are used today in a wide variety of circuits. They have two of each other complementary inputs and one output, which is at zero potential when the inputs are short-circuited with one another lies. The operational amplifier is supplied symmetrically to the zero potential by a positive and negative voltage applied to two special terminals of the operational amplifier will.
In den meisten Fällen werden Operationsverstärker so betrieben, daß der Bereich, in dem sich die Ausgangsspannung bewegt (Arbeitsbereich), symmetrisch zum Nullpunkt liegt und bestimmte positive und negative Schwellwerte nicht über- bzw. unterschreitet. Nur in wenigen bestimmten Fällen, z. B. zum Erzeugen von Rechieckspannungen oder im Schaltbetrieb wird ein Operationsverstärker voll ausgesteuert oder übersteuert, so daß seine Ausgangsspannung annähernd die Werte der Versorgungsspannung erreicht.In most cases, operational amplifiers are operated in such a way that the range in which the output voltage is moved (working area), symmetrical to the zero point and certain positive and negative Not exceeding or falling below threshold values. Only in a few specific cases, e.g. B. to generate Rectangular voltages or in switching mode, an operational amplifier is fully controlled or overdriven, so that its output voltage approximates the values of the supply voltage.
Nicht selten führen Ausfälle von Operationsverstärkern zu einem fehlerhaften Arbeiten einer Schaltung, das nicht sofort erkannt wird oder, wenn es erkannt so wird, eine lange Suche nach der Ursache des Fehlers erfordert. Um beidem entgegenzuwirken, kann man die Ausgangsspannungen der verwendeten Operationsverstärker mittels besonderer Überwachungsschaltungen auf Über- oder Unterschreiten der Grenzen des vorge- μ schriebenen Arbeitsbereiches hin überwachen und ein solches Über- oder Unterschreiten mittels einer Anzeigeeinrichtung anzeigen.It is not uncommon for operational amplifier failures to lead to incorrect operation of a circuit, that is not recognized immediately or, if so, a long search for the cause of the failure requires. To counteract both, one can adjust the output voltages of the operational amplifier used by means of special monitoring circuits for exceeding or falling below the limits of the pre-μ the written work area and monitor any such overshoot or undershoot by means of a display device Show.
Die Erfindung stellt für den oben genannten Zweck eine besonders einfache Schaltungsanordnung dar, die noch dazu den Vorteil hat, daß sie eine vollständige Potentialtrennung zwischen Operationsverstärker und Anzeigeeinrichtung ermöglicht, so daß eventuelle Rückwirkungen ßiehrerer Operationsverstärker aufeinander auch bei Benutzung einer gemeinsamen Anzeigeeinrichtung nicht auftreten können. Sie wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 beschrieben.For the above-mentioned purpose, the invention represents a particularly simple circuit arrangement which also has the advantage that it has a complete potential separation between the operational amplifier and Display device allows, so that any repercussions ßiehrerer operational amplifiers on each other can not occur even when using a common display device. She is through the Features of claim 1 described.
Eine Ausgestaltung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist im Anspruch 2 beschrieben und ermöglicht die Überwachung eines symmetrisch zum Nullpunkt liegenden Arbeitsbereichs mit einem einzigen Optokoppler.An embodiment of the circuit arrangement according to the invention is described in claim 2 and made possible the monitoring of a working area that is symmetrical to the zero point with a single one Optocoupler.
Weitere Ausgestaltungen der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sind Gegenstand der Ansprüche 3 und 4 und dienen der Einstellung des Überwachungsbereichs, bzw. der Strombegrenzung für die Leuchtdiodenstrecke des Optokopplers.Further refinements of the circuit arrangement according to the invention are the subject matter of claims 3 and 4 and are used to set the monitoring area or the current limitation for the light-emitting diode path of the optocoupler.
Anhand einer Figur soll nun ein Ausführungsbeispiel der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ausführlich beschrieben und seine Funktion erklärt werden.An exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention will now be described in detail with the aid of a figure described and its function explained.
Die Figur zeigt einen Operationsverstärker OP, der mit positiver und negativer Spannung U+ und U— gegenüber Nullpoten'jal i/o versorgt wird. Sein nicht invertierender Eingang ist über einen ersten Eingangswiderstand Re \ mit Nullpotential i/o verbunden, an seinem invertierenden Eingang liegt über einen zweiten Eingangswiderstand Rei die Eingangsspannung Ue an. Zusätzlich ist der invertierende Eingang über einen Gegenkopplungswiderstand Rg mit dem Ausgang A des Operationsverstärkers verbunden. Der Ausgang A des Operationsverstärkers ist außer mit einer Leitung L, über die das Ausgangssignal zur Weiterverwertung abgegeben wird, über eine Dioden-Brückenschaltung bestehend aus Dioden ZJl bis D4 mit Nullpotential verbunden. Im Gleichstrom-Querzweig dieser Brückenschaltung, zwischen den Punkten Fl und P 2, liegt in Reihenschaltung ein Vorwiderstand kV, eine Z-Diode Z und die Leuchtdiodenstrecke eines Optokopplers OK. Der Phototransistor des Optokopplers ist kollektorseitig mit einem positiven Potential V+, emitterseitig mit einer Überwachungsschaltung US verbunden.The figure shows an operational amplifier OP, which is supplied with positive and negative voltages U + and U- with respect to Nullpoten'jal i / o. Its non-inverting input is connected to zero potential i / o via a first input resistor Re \ ; the input voltage Ue is applied to its inverting input via a second input resistor Rei. In addition, the inverting input is connected to the output A of the operational amplifier via a negative feedback resistor Rg. The output A of the operational amplifier is connected to a line L, via which the output signal is emitted for further processing, via a diode bridge circuit consisting of diodes ZJ1 to D 4 with zero potential. In the direct current shunt branch of this bridge circuit, between points F1 and P 2, there is a series connection of a series resistor kV, a Zener diode Z and the light-emitting diode section of an optocoupler OK. The phototransistor of the optocoupler is connected to a positive potential V + on the collector side and to a monitoring circuit US on the emitter side.
Die dargestellte Schaltung arbeitet wie folgt: Im normalen Betrieb treten am Ausgang des Operationsverstärkers Spannungen in einem symmetrisch zum Nullpotential liegenden Spannungsbereich, beispielsweise zwischen + U\ und — U\ auf. Die Versorgungsspannung des Operationsverstärkers sei dabei z. B. ±3i/|. Die Z-Diode im Gleichstrom pfad der Dioden-Brückenschaltung weist eine Durchlaßspannung von U\ oder etwas darüber auf. Damit fließt über den Gleichstrompfad der Brückenschaltung kein Strom, solange die Durchlaßspannung der Z-Diode nicht erreicht wird. Ob sich die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers dabei im positiven oder negativen Spannungsbereich bewegt ist gleichgültig, da im Gleichstrompfad der Brücke auf jeden Fall ein Spannungsgefälle von P\ nach P2 auftritt. Fällt der Operationsverstärker oder eine der Versorgungsspannungen infolge eines Fehlers aus, so springt die Ausgangsspannung in den allermeisten Fällen auf einen Wert erheblich außerhalb des normalen Arbeitsbereiches und erreicht annähernd den Wert einer der Versorgungsspannungen. Damit wird die Durchlaßspannung der Z-Diode überschritten und es fließt Strom über den Vorwiderstand Rv, die Z-Diode und die Leuchtdiode des Optokopplers. Der Phototransistor des Optokopplers wird damit leitend und läßt Strom vomThe circuit shown works as follows: During normal operation, voltages occur at the output of the operational amplifier in a voltage range symmetrical to the zero potential, for example between + U \ and - U \ . The supply voltage of the operational amplifier is z. B. ± 3i / |. The Zener diode in the direct current path of the diode bridge circuit has a forward voltage of U \ or slightly above. This means that no current flows via the direct current path of the bridge circuit as long as the forward voltage of the Zener diode is not reached. It does not matter whether the output voltage of the operational amplifier is in the positive or negative voltage range, since a voltage gradient from P \ to P 2 always occurs in the direct current path of the bridge. If the operational amplifier or one of the supply voltages fails as a result of a fault, the output voltage jumps in the vast majority of cases to a value well outside the normal working range and almost reaches the value of one of the supply voltages. The forward voltage of the Zener diode is exceeded and current flows through the series resistor Rv, the Zener diode and the light emitting diode of the optocoupler. The phototransistor of the optocoupler becomes conductive and lets current flow
Potential V+ zur Überwachungsschaltung fließen. Die Überwachungsschaltung veranlaßt dann z. B. die Anzeige des Fehlers auf einer Anzeigeeinrichtung.Potential V + flow to the monitoring circuit. The monitoring circuit then causes z. B. the display of the error on a display device.
In manchen Fällen kann ein Operationsverstärker auch so ausfallen, daß er ins Schwingen gerät und an seinem Ausgang anstelle einer statischen Spannung eine Wechselspannung abgibt Da sich solche Eigenschwingungen des Operationsverstärkers, wenn sie auftreten, in aller Regel bis zur Höhe der Versorgungsspannung aufschaukeln, fiberschreiten die Spannungsamplituden die Durchlaßspannung der Z-Diode. Damit kann auch hier eine Fehleranzeige ir. der oben beschriebenen Weise erfolgen.In some cases, an operational amplifier can also fail in such a way that it starts to oscillate and comes on its output emits an alternating voltage instead of a static voltage Since there are such natural oscillations of the operational amplifier, if they occur, usually up to the level of the supply voltage swing up, exceed the stress amplitudes the forward voltage of the Zener diode. This means that an error display can also be displayed here in the manner described above take place.
Soll zusätzlich erkannt werden, nach welcher Seite hin der Arbeitsbereich des Operationsverstärkers überschritten wurde, so können anstelle des Optokopplers im Brücken-Querzweig Optokoppler mit den Dioden D1 und D 2 oder D 3 und D 4 in Reihe geschaltet werden. Je nachdem, welcher dieser Optokoppler leitend wird, ist dann erkennbar, ob die Ausgangsspsanung des Operationsverstärkers auf der negativen oder positiven Seite außerhalb des Arbeitsbereiches liegtIf it is also to be recognized on which side the operational range of the operational amplifier has been exceeded, optocouplers with diodes D 1 and D 2 or D 3 and D 4 can be connected in series instead of the optocoupler in the bridge shunt branch. Depending on which of these optocouplers is conducting, it can then be seen whether the output voltage of the operational amplifier is on the negative or positive side outside the working range
Auch eine Prüfung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist leicht durchzuführen. Es braucht hierzu nur der Arbeitsbereich des Operationsverstärkers absichtlich verschoben oder erweitert werden und dabei geprüft werden, ob die zu erwartende Fehlermeldung erfolgtThe circuit arrangement according to the invention can also be checked easily. It takes for this purpose only the working range of the operational amplifier can be intentionally shifted or expanded and it is checked whether the expected error message occurs
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
3535
4040
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5555
Claims (4)
Priority Applications (3)
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| DE19833305627 DE3305627C2 (en) | 1983-02-18 | 1983-02-18 | Circuit arrangement for monitoring the working range of an operational amplifier |
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| BE2/60338A BE898953A (en) | 1983-02-18 | 1984-02-20 | CONTROL CIRCUITS USING AN OPERATIONAL AMPLIFIER |
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Also Published As
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