Messanordnung mit Brückenschaltung und Transistorverstärkern im Querzweig
Die Erfindung bezieht sich auf eine Messanordnung mit Brückenschaltung und Transistorverstärkern im Querzweig.
Eine Messbrücke besteht bekanntlich aus vier Elementen, z. B. Widerständen in Brückenschaltung, und einem Messinstrument im Querzweig dieser Brücke.
Die Grösse der auftretenden Spannung in diesem Querzweig bestimmt u. a. die Empfindlichkeit der Mess anordnung. Durch Verstärken dieser Spannung lässt sich demnach die Empfindlichkeit der Messauswertung steigern. Da die Richtung der Spannung im Querzweig wechseln kann, sind im allgemeinen zwei Verstärkerschaltungen nötig, und zwar für jede Spannungsrichtung eine.
Als Verstärkerelement wird in zunehmendem Masse der Transistor verwendet. Der Transistor benötigt zu seinem Betrieb eine leitende Verbindung zwischen seinem Basisanschluss und seinem Emitteranschluss. Als solch leitende Verbindung wird im allgemeinen ein niederohmiger Widerstand verwendet. Wie Fig. 1 zeigt, kann an den beiden Enden des Diagonalzweiges je ein Transistorverstärker angeschlossen werden. Wenn nun die benötigte Verbindung zwischen Basisanschluss und Emitteranschluss durch Widerstände R21 und R22 hergestellt wird, dann fliesst über diese Widerstände R21 und R22 ein Belastungsstrom, so dass die Empfindlichkeit der Messbrücke verringert wird.
Es ist bekannt (Fig. 2) zwei Transistorverstärker über eine Spannungsrichtungs-Auswerteschaltung A zu betreiben, die je nach Stromrichtung bzw. Spannungsrichtung einen der beiden Transistorverstärker einschaltet. Diese Schaltung A ist aus dem vorliegenden Anwendungszweck insoweit nachteilig, als sie einen gewissen Aufwand bedeutet vor allem deshalb, weil die Anschaltung der nachfolgenden Leistungsverstärker mit technischen Schwierigkeiten verbunden ist.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die geschilderten Nachteile zu vermeiden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten des Diagonalzweiges der Brückenschaltung mindestens je ein Transistor im Diagonalzweig liegt und dass die Vorspannungszuführung für die Transistoren mit am Diagonalzweig angeschlossenen und in Durchlassrichtung des Basisstromes gepolten Halbleiterdioden realisiert ist.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 bereits besprochene Schaltungen und
Fig. 3 die Schaltung gemäss der Erfindung.
Die Messbrücke besteht aus einer Widerstandsbrükkenschaltung, enthaltend die Widerstände R1 bis R4, aus zwei Transistorverstärkern mit den Transistoren T1 und T2 und einem Messinstrument M an den Verstärkerausgängen. Der Widerstandsbrücke R1 bis R4 wird die Brückenspannung -Ubr + Ubr zugeführt, die Abweichungen von der Null-Lage - zu sehen am Ausschlag des Messinstrumentes - werden am Widerstand R1 durch einen Messwertgeber bzw. Messwertwandler erzeugt. Der Widerstand R1 kann beispielsweise ein Heissleiter sein, dessen Widerstands-Temperaturverhalten gemessen wird.
Die Transistoren T1 und T2 liegen mit ihren Basisleitungen B1 und B2 im Diagonalzweig der Widerstandsbrücke. Der Diagonalzweig schliesst sich über einen Teil der Kollektorleitungen K1 und K2, über eine Querleitung Q und über das Messinstrument M. Die Versorgungsspannung -U der Transistoren wird den Transistoren T1 und T2 über Widerstände R5 bis R8 zugeführt. Von den Basisleitungen B1 und B2 führen Richtleiter oder Dioden D1 und D2 zu einem Punkt P, der über einen Widerstand R10 mit Pluspotential verbunden ist. Es ist somit eine leitende Verbindung zwischen Basisanschluss und Emitteranschluss jedes der Transistoren T1 und T2 geschaffen.
Die Transistoren T1 und T2 werden auf einen bestimmten Arbeitspunkt eingestellt, und zwar geschieht dies dadurch, dass zwischen Emitter und Basis eine bestimmte Vorspannung eingestellt wird. Zu diesem Zweck ist ein Spannungsteiler an die Versorgungsspannung -U +U der Transistoren angeschlossen, der am Punkte P eine Vorspannung -Uv erzeugt. Der Spannungsteiler besteht aus den Widerständen R9 bis R11 und der Siliziumdiode D3. Die Diode D3 dient zur Spannungsstabilisierung und kann demnach auch als Zener-Diode ausgebildet sein.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:
Durch eine Veränderung des Widerstandwertes R1 ist der Abgleich der Messbrücke gestört. Im Diagonalzweig entsteht dadurch eine Spannung Uo, die entweder einen Strom über die Diode D1 oder die Diode D2 zum Punkt P und von dort über den Widerstand R10 zu einem der Transistoren T1 oder T2 und deren Basis B1 oder B2 treibt. Dadurch werden die Transistoren T1 oder T2 gesteuert. Es verschiebt sich das Potential des Kollektors K1 oder K2, und es entsteht eine Spannung zwischen den beiden Kollektoren K1 und K2. Diese Spannung wird dem Messinstrument M über die Querleitung Q zugeführt.
Häufig wird das Messinstrument als Null-Punkt Instrument verwendet, d. h. der Widerstand R2 ist als Regelwiderstand ausgebildet und wird so lange verstellt, bis die Brücke abgeglichen und das Messinstrument Null zeigt. In diesem Falle kann es vorteilhaft sein, die Transistorverstärker als Schaltverstärker zu betreiben und das Messinstrument als Anzeigegerät für den Abgleich bzw. den Nicht-Abgleich zu verwenden.
Die Schaltung besitzt ein besonderes Merkmal darin, dass sich die Brückenspannung Uo und die Vorspannung -Uv in der Wirkung auf den Transistor T1 oder T2 addieren, so dass eine von der'Brückenspannung unabhängige Einstellung der Arbeitspunkte der Transistoren T1 und T2 mit der Vorspannung -Uv ermöglicht wird. Dies ist von grossem Vorteil, wenn die Verstärker als Schaltverstärker ausgebildet sind.
Es ist in Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, das Messinstrument in einen Querzweig der Emitter zu legen, wenn besondere Gründe hierfür vorliegen. Es ist weiterhin möglich, anstelle von Widerständen R1 bis R4 andere Elemente, z. B. Induktivitäten, vorzusehen. Es ist weiterhin möglich, npn-Transistoren anstelle von pnp-Transistoren zu verwenden, wenn die Versorgungsspannung -U und die Dioden D1, D2 und D3 umgepolt werden. Es ist weiterhin möglich, anstelle der Verstärker mit einem Transistor solche mit zwei oder mehreren zu verwenden, wenn eine noch grössere Empfindlichkeit erzielt werden soll. Ausserdem kann der Verstärkerausgang anstatt mit einem Messinstrument auch mit Anzeigelampen oder mit Relais abgeschlossen werden.