DE1163967A - schaltungsanordnung zur impulsgesteuer-:en periodischen Abtastung und Verstärkung der durch einen Meßwertgeber gelieferten Meßspannung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: G Ol r

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 2Ie-36/01

N 20631 IXd/21 e
4. Oktober 1961
27. Februar 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur impulsgesteuerten periodischen Abtastung und Verstärkung der durch einen aktiven oder passiven Meßwertgeber, ζ. Β. einem Thermoelement, einem Widerstandsthermometer oder einer Dehnungsstreifenbrücke, gelieferten Meßspannung. In dem älteren Patent 1 129 233 ist eine derartige Schaltungsanordnung vorgeschlagen, bei der der Verstärker eine Eingangsstufe mit zwei in Gegentakt geschalteten und mittels eines gemeinsamen Emitter-Widerstandes miteinander gekoppelten Transistoren enthält, deren Hauptstromkreise periodisch durch Impulssteuerung leitend gemacht werden.

Diese Schaltungsanordnung hat gegenüber anderen bekannten Abtastschaltern mehrere Vorteile:

a) Sie verstärkt das zu übertragende Signal, statt es abzuschwächen.

b) Im »Aus «-Zustand sind die zwischen dem Meßwertgeber und den Kollektorelektroden der Transistoren fließenden, vom Meßwertgeber gelieferten Leckströme nicht größer als bei als Schalter wirkenden Transistoren vom gleichen Typ, deren Emitter-Kollektor-Strecken auf bekannte Weise zwischen den Meßwertgeber und die Ausgangsklemmen geschaltet sind, ihre Auswirkung ist jedoch kleiner, weil das Nutzsignal durch die Schaltung verstärkt wird.

c) Der Abtastimpuls läßt sich leicht galvanisch an die Schaltung anlegen.

d) Die Ausgangsspannung kann bei einer beliebigen Eingangsspannung leicht gleich Null gemacht werden. Demgegenüber hat diese Schaltungsanordnung auch Schwächen:

1. Ihre Eingangsimpedanz ist verhältnismäßig niedrig, weil stromgesteuerte Transistoren Verwendung finden.

2. Bei einseitiger oder asymmetrischer Erdung des Meßwertgebers werden durch die den Eigenwiderstand des Meßwertgebers durchfließenden Basisströme Spannungsabfälle erzeugt, die sich nicht mehr vom zu übertragenden Signal trennen lassen, wenn die Schaltungsanordnung selber auch unmittelbar oder mittelbar an Erde liegt.

3. Bei ungenügender Genauigkeit der Auswahl der verwendeten Transistoren ist die Abweichung von der vorstehend erwähnten Nulleinstellung bei veränderlicher Temperatur verhältnismäßig groß.

Schaltungsanordnung zur impulsgesteuerten
periodischen Abtastung und Verstärkung
der durch einen Meßwertgeber gelieferten
Meßspannung

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeüainpenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Johannes Jacobus Zaalberg van Zelst,

Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 8. Oktober 1960 (Nr. 256 673)

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile wenigstens größtenteils zu beseitigen. Sie benutzt die Tatsache, daß ζ. B. bei Verwendung der Schaltungsanordnung in einer Zeit-Multiplexschaltung zur periodischen Abtastung der durch jeden mehrerer Meßwertgeber gelieferten Spannung jeder Impuls zum Abtasten eines bestimmten Meßwertgebers verhältnismäßig kurz ist in bezug auf eine ganze Abtastperiode. Bei einer größeren Zahl von Meßwertgebern kann insbesondere jeder Abtastimpuls leicht um zwei Größenordnungen kürzer sein als das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen zum Abtasten desselben Meßwertgebers.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Meßwertgebers durch einen Kondensator überbrückt ist, der während des Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen zum Abtasten dieses Abnehmers auf die durch den Aufnehmer gelieferte Meßspannung aufgeladen wird und während jedes Impulses zum Abtasten des Abnehmers als Eingangsspannungsquelle mit verhältnismäßig niedriger Eigenimpedanz für den Verstärker wirksam ist.

Ist die Schaltung von der bereits beschriebenen und in dem Patent 1 129 233 vorgeschlagenen Art, so ist der durch den Kondensator überbrückte Meß-

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wertgeber vorzugsweise zwischen den Basiselektroden der entsprechenden Schaltung ist, je nach der der zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren der erwünschten Verstärkung, nicht sehr hoch in bezug Eingangsstufe geschaltet. Dadurch wird zunächst auf diesen Eigenwiderstand, so daß der Spannungserreicht, daß der über den Meßwertgeber durch eine abfall über dem Eigenwiderstand ein merkbarer Teil Asymmetrie der während jedes Abtastimpulses flie- 5 der von der Dehnungsstreifenbrücke gelieferten Spanßenden Basisströme verursachte Spannungsabfall in nung ist. Bei Transistoren vom Typ OC45 ist z. B. bezug auf die durch den Meßwertgeber gelieferte der Kollektor - Basis - Stromverstärkungsfaktor <x' Meßspannung vernachlässigbar klein bleibt. durchschnittlich gleich 50. Bei einer erwünschten Außerdem kann der im Emitterkreis jedes Tran- Verstärkung von etwa 25 ist der Emitterwiderstand sistors der Gegentaktstufe eingeschaltete Widerstand io (der halbe Widerstand 5) jedes Transistors ein Fünfjetzt verhältnismäßig niedrig gewählt werden, so daß undzwanzigstel jedes Kollektorwiderstandes 8 bzw. 9. die Eingangsimpedanz der Gegentaktstufe nicht sehr Angenommen, jeder Kollektorwiderstand betrage hoch ist in bezug auf den Eigenwiderstand des Meß- 5 kQ, der Kopplungswiderstand 3400Ω und das wertgebers, jedoch wohl in bezug auf die Impedanz Potentiometer 5 gleichfalls 40 Ω. Der Eingangswiderder Parallelschaltung des Meßwertgebers und des 15 stand der Schaltungsanordnung ist mit 2«'-200 Ω Kondensators. Eine Herabsetzung des Emitterwider- = 20 kΩ nicht viel größer als der Eigenwiderstand Standes jedes Transistors bringt selbstverständlich des Abnehmers, und der erwähnte Spannungsabfall eine Erhöhung der Verstärkung der Meßspannung über diesem Widerstand ist etwa 3% der Spannung durch die Gegentaktstufe mit sich. Die Tatsache, daß im unbelasteten Zustand. Da dieser Spannungsabfall die Eingangsimpedanz einer Transistorgegentaktstufe 20 sich mit der Temperatur, der Länge der Verbindungsyerhältnismäßig niedrig ist, wird somit durch die leitung und den verwendeten Transistoren ändert, Überbrückung des Meßwertgebers völlig unschädlich ist die damit verbundene Ungenauigkeit sehr bedenkgemacht, und die durch einseitige oder asymmetrische lieh. Um sie zu beschränken, müßte man den EinErdung des Meßwertgebers erzeugten Fehlerspan- gangswiderstand der Schaltungsanordnung durch Vernungen werden sehr klein gehalten. Letzteres gilt 25 größerung der Emitterwiderstände stark erhöhen, auch in bezug auf die Abweichungen von der Null- z. B. auf 100 kΩ, was einem Emitterwiderstand von einstellung, die durch ungleiche Änderungen mit der 1 kΩ und einem entsprechend herabgesetzten VerTemperatur der Kollektor- und/oder Basisleckströme Stärkungsfaktor von etwa 5 entspricht. Diese Ungeder verwendeten Transistoren herbeigeführt werden. nauigkeit wird jedoch dadurch gesteigert, daß wäh-Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer 30 rend des Abtastimpulses ein Basisleckstrom I_c01 des Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur das Transistors 1 den Eigenwiderstand des Aufnehmers 4 Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Schaltungs- durchfließt und über diesem einen Spannungsanordnung nach der Erfindung darstellt. abfall V₁ = /?₄ · /_C01 erzeugt. Bei 25⁰C ist dieser Das dargestellte Ausführungsbeispiel enthält eine Leckstrom etwa gleich ΙμΑ. Er ist jedoch stark Gegentaktstufe mit zwei Transistoren 1 und 2, die 35 temperaturabhängig und erreicht etwa 8 μΑ bei durch einen gemeinsamen Emitterwiderstand 3 mit- 5O⁰C, was einem Spannungsabfall V₁ = 4,8 mV enteinander gekoppelt sind. Zwischen den Basiselek- spricht. Bei einer gewünschten Empfindlichkeit von troden dieser Transistoren liegt ein Meßwertgeber 4, der Größenordnung von 10 mV für den Vollausschlag ζ. B. eine Dehnungsstreifenbrücke, und der symme- ist dies viel zuviel. Außerdem wird dadurch auch die trische Ausgangskreis dieser Transistoren besteht 40 Gegentakteinstellung der Schaltungsanordnung stark aus zwei Widerständen 8 bzw. 9, die zwischen je eine temperaturabhängig.

Kollektorelektrode und eine Erdklemme 7 geschaltet Gemäß der Erfindung ist der Meßwertgeber 4 sind. Die Emitterelektroden dieser Transistoren sind durch einen Kondensator 10 überbrückt, so daß mit den Enden eines Potentiometers 5 verbunden, seine effektive Eigenimpedanz in bezug auf die dessen Abgriff mit einem Ende des gemeinsamen 45 Abtastimpulse erheblich verringert wird. Beispiels-Widerstandes 3 verbunden ist. Das andere Ende weise wird diese Impedanz durch einen Kondendieses Widerstandes liegt an einer Speiseklemme 6, sator 10 von 1,5 y.F auf weniger als 60 Ω herabgesetzt, der positive Abtastimpulse zugeführt werden. Infolge dieser Maßnahme wird der durch eine Die Schaltungsanordnung bildet einen Teil einer Asymmetrie des Basisstromes in bezug auf den Vorrichtung, die eine Vielzahl identischer Schal- 50 Meßwertgeber herbeigeführte Spannungsabfall vertungsanordnungen enthält, deren Emitter-Kollektor- nachlässigbar klein in bezug auf die durch diesen oder Hauptstromkreise periodisch nacheinander durch Aufnehmer gelieferte Spannung. Der im Emitterkreis die Abtastimpulse leitend gemacht werden. Die Vor- jedes Transistors eingeschaltete Widerstand kann richtung enthält z. B. hundert Schaltungsanordnungen, nunmehr unbedenklich verhältnismäßig klein gewählt wodurch periodisch dreihundertmal pro Sekunde die 55 werden, z. B. gleich 200 Ω, so daß die Verstärkung von hundert entsprechenden Dehnungsstreifenbrücken der Schaltungsanordnung viel größer wird (etwa 25) erzeugten Spannungen abgetastet werden. Unter und die Eingangsimpedanz Ri (etwa 20 kΩ) dennoch diesen Verhältnissen dauert jeder Abtastimpuls hoch- in bezug auf die effektive Eigenimpedanz des Meß-

stens i-100 = _Tni^ Sekunde. In der Praxis _fi ^we*?^e,^bers/^ehr hoch bleibt.

300 30000 60 Wahrend eines Abtastimpulses entladt sich der

werden die Abtastimpulse etwas kürzer gewählt, Kondensator 10 in sehr geringem Maße über den

z. B. JgL· Sekunden, um ein Überlappen der Im- Eingangswiderstand der Gegentaktstufe^ weil die

30000 ^ Zeitkonstante Rt · C₁₀ in bezug auf die Dauer dieses

pulse mit Gewißheit zu vermeiden. Die Impulsdauer Impulses sehr groß ist. Während des 124mal längeren

ist somit nur ein Hundertvierundzwanzigstel der 65 Impulsintervalls wird dieser Kondensator jedoch auf

Dauer eines Impulsintervalls. eine Spannung geladen, die praktisch gleich der

Der Eigenwiderstand jeder Dehnungsstreifenbrücke durch den unbelasteten Meßwertgeber 4 gelieferten

beträgt z.B. 600Ω, und der Basiseingangswiderstand Spannung ist.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur impulsgesteuerten periodischen Abtastung und Verstärkung der durch einen Meßwertgeber gelieferten Meßspannung, bei der jeder Abtastimpuls wenigstens um zwei Größenordnungen kurzer ist als das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen zum Abtasten des gleichen Meßwertgebers, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Meßwertgebers durch einen Kondensator überbrückt ist, der während des Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen zum Abtasten dieses Abnehmers auf die durch den Abnehmer gelieferte Meßspannung aufgeladen wird und während jedes Impulses zum Abtasten des Abnehmers als Eingangsspannungsquelle mit verhältnismäßig niedriger Eigenimpedanz für den Verstärker wirksam ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der der Verstärker eine Eingangsstufe mit zwei in Gegentakt geschalteten und mittels eines gemeinsamen Emitterwiderstandes miteinander gekoppelten Transistoren enthält, deren Hauptstromkreise periodisch durch Abtastimpulse leitend gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Kondensator überbrückte Meßwertgeber zwischen den Basiselektroden dieser Transistoren angeschlossen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen, je im Emitterkreis einer der Transistoren der Gegentaktstufe eingeschalteten Widerstände verhältnismäßig niedrig gewählt werden, so daß die Eingangsimpedanz der Gegentaktstufe nicht sehr hoch in bezug auf die Eigenimpedanz des Meßwertgebers, jedoch hoch ist in bezug auf die Impedanz der Parallelschaltung des Meßwertgebers und des Kondensators, und die Verstärkung der Meßspannung durch die Gegentaktstufe verhältnismäßig groß ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber einseitig mit einem Punkt des gemeinsamen Teiles der Hauptstromkreise der beiden Transistoren der Gegentaktstufe verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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