DD235124A1 - Bipolare programmierbare strom-spannungs-praezisionsquelle - Google Patents

Abstract

Die bipolare programmierbare Strom-/Spannungspraezisionsquelle dient in der elektronischen Messtechnik der Bereitstellung von geregelten Signalen oder Speisespannungen beliebiger Polaritaet gemaess digitalen Fuehrungsgroessen. Dabei werden die aus zwei DAU gewonnenen Spannungen als Fuehrungsgroessen fuer Strom und Spannung je einem Regelkreis zugefuehrt. Der fuer die Stromregelung wird durch einen invertierenden Verstaerker, eine Diodenbruecke, einen Ausgangsverstaerker, einen Strommesswiderstand und einen Rueckkoppelverstaerker, dessen Ausgang mit dem Eingang des invertierenden Verstaerkers gekoppelt ist, gebildet. Der andere Regelkreis fuer die Spannung erstreckt sich ueber den Spannungsverstaerker, die Diodenbruecke, denn Ausgangsverstaerker, den Strommesswiderstand, die Anschlussleitung bis zum Lastwiderstand, zurueck ueber eine Sensingleitung zum Eingang eines Elektrometerverstaerkers und von dessen Ausgang an ein Ende des am Eingang des Spannungsverstaerkers liegenden Spannungsteilers. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung digitaler Bitmuster in analoge Steuerspannungen und diese in Strom- bzw. Spannungswerte mit hoher Präzision bei beliebiger Polarität.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Werden die üblichen Schaltungen zur Realisierung von Präzisionsquellen verwendet, so läßt sich nur eine Polarität der Ausgangsspannung erzeugen oder es lassen sich zwei Polaritäten erzeugen, wobei dann aber der Ausgangsstrom stark fehlerbehaftet ist.

Im HP Journal, February 1973, Volume 24, Number 6(1) ist eine Lösung angegeben, bei der ein in Serie geschalteter Regeltransistor über eine Treiberstufe von zwei Operationsverstärkern, die über zwei Gleichrichterdioden, die nach dem Prinzip der Stromübernahme arbeiten, angesteuert wird. Entsprechend den Lastbedingungen ist entweder der Operationsverstärker zur Spannungsregelung oder der Operationsverstärker zur Stromregelung wirksam. Der Operationsverstärker zur Spannungsregelung wird von einem Spannungsteiler angesteuert, der sein Signal über Sensingleitungen zugeführt bekommt. Der Operationsverstärker zur Stromregelung wird von dem Spannungsabfall über einem Strommeßwiderstand gesteuert. Damit liefert diese Quelle Strom und Spannung mit hoher Präzision in nur einer Polarität. In der Elektronik 1979, Heft 2, S. 56 ff. wird eine programmierbare Strom-/Spannungs-Quelle offenbart, die über zwei Digital-Analog-Umsetzer (DAU) für den gewünschten Strom- bzw. Spannungswert programmiert wird. Die Steuerspannung für den Strom wird über einen Stromverstärker und einen Ausgangsverstärker der Reihenschaltung von Strommeßwiderstand und Lastwiderstand zugeführt. Der Rückkoppelverstärker führt die Ausgangsspannung an zwei Widerstände, einer subtrahiert am Stromverstärker die Ausgangsspannung, der andere schließt den Regelkreis gelieferte Steuerspannung stellt die Führungsgröße für die Ausgangsspannung dar. Der Spannungsverstärkertreibt über eine Diodenbrücke den Ausgangsverstärker, dessen Potential aus der Summe von Ausgangsspannung und der dem Ausgangsstrom proportionalen Spannung, die über dem Strommeßwiderstand abfällt, besteht.

Da der Rückkoppelverstärker nur an einem Punkt angeschlossen werden kann, läßt sich entweder der Ausgangsstrom oder die Ausgangsspannung genau darstellen, weil in jedem Fall Leitungswiderstände zum Lastwiderstand hinzukommen, die einen den jeweiligen Sollwert verfälschenden Spannungsabfall verursachen.

Ziel der Erfindung

Ausgehend von bekannten Quellen besteht das Ziel, eine bipolare programmierbare Strom-/Spannungs-Präzisionsquelle vorzuschlagen, die sowohl positive als auch negative Spannungen und Ströme mit hoher Präzision auf die eingestellten Sollwerte ohne wesentlichen Mehraufwand stabilisiert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Ausgehend von vorstehender Zielstellung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Bereitstellung der Strom- und Spannungspegel mit hoher Präzision zu realisieren.

Die Ursache des mangelhaften Standes der Technik liegt darin begründet, daß der Rückkoppelverstärker nur an einem Punkt angeschlossen werden kann. Da zwischen dem Strommeßwiderstand und dem Lastwiderstand immer ein Spannungsabfall, bedingt durch nicht vorbestimmbare Leitungswiderstände, Übergangswiderstände an Relais, Steckverbindern usw. entsteht, verfälscht dieser Spannungsabfall entweder den Wert des gemessenen Ist-Stromes und bedingt damit einen Stromfehler bei Anschluß des Rückkoppelverstärkers direkt am Lastwiderstand oder einen Fehler der Ausgangsspannung bei Anschluß des Rückkoppelverstärkeio direkt am Strommeßwiderstand, so daß entweder nur Strom oder nur Spannung mit der geforderten Genauigkeit geregelt werden kann.

Bei einer bipolaren programmierbaren Stronv/Spannungs-Präzisionsquelle, bestehend aus zwei Digital-Analog-Umsetzern (DAU) zur Bereitstellung von Steuerspannungen als Stellgrößen für den Strom- und Spannungssollwert aus digitalen Bitmustern, einem Spannungsverstärker, einem an seinem Eingang liegenden Spannungsteiler, dessen erste Seite über einen Rückkoppelverstärker an der Ausgangsspannung liegt, einem am DAU für die Stromstellgröße angeschlossenen invertierenden Stromverstärker, dessen Ausgangspegel gemeinsam mit dem des Spannungsverstärkers über eine Diodenbrücke bipolar zusammengeführt am Eingang eines Ausgangsverstärkers liegt, der einen Strom durch den Strommeßwiderstand und den Lastwiderstand treibt, wird die Aufgabe erfindungsgemäß derart gelöst, daß die vom Ausgang des Rückkoppelverstärkers abgeklemmte zweite Seite des Spannungsteilers statt dessen am Ausgang eines Elektrometerverstärkers angeschlossen ist, dessen Eingang über eine ansich bekannte Sensingleitung unmittelbar mit dem Lastwiderstand verbunden ist. Durch die Erfindung wird erreicht, daß die zwischen Meßwiderstand und Lastwiderstand durch Leitungswiderstände, Übergangswiderstände an Relais und Steckverbindern auftretenden Spannungsabfälle durch Anschluß des Rückkoppelverstärkers unmittelbar am Strommeßwiderstand und Anschluß des Eingangs des Elektrometerverstärkers über eine Sensingleitung unmittelbar am Lastwiderstand wirkungslos bezüglich Ausgangsspannung und Ausgangsstrom bleiben, auch wenn die Sensingleitung selbst über lange Leitungen, Relaiskontakte und Steckverbindungen geführt ist.

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Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt einen vereinfachten Stromlaufplan der bipolaren programmierbaren Stronv/Spannungs-Präzisionsquelle. Die Programmierbarkeit wird durch je einen DA-Umsetzer für Strom bzw. Spannung erreicht. Die von DA-Umsetzer 1 für den Stromsollwert gelieferte Steuerspannung stellt die Stellgröße für den Strom dar, wird vom Stromverstärker 2 invertierend verstärkt und bestimmt die Größe des maximalen Ausgangsstromes.

Die vom DA-Umsetzer 4für Sollspannung gelieferte Steuerspannung stellt die Stellgröße für die Spannung dar, treibt einen Strom durch den Spannungsteiler 3 und liegt durch den Spannungsverstärker 5 die Ausgangsspannung fest, wobei zu dessen Eingangsspannungsteiler 3 eine Regelschleife über die Diodenbrücke 6, den Ausgangsverstärker 8, den Strommeßwiderstand Rm, die Ausgangsklemme A, den Wert Rü der Leitungs- und eventuellen Übergangswiderstände an Relais und Adapter, die Sensingleitung und Sensingeingangsklemme S und den Elektrometerverstärker 9 gebildet ist.

Die vom Stromverstärker 2 gelieferte Spannung wird über die Diodenbrücke 6 dem Pegel des Spannungsverstärkers 5 aufsummiert und vom Ausgangsverstärer 8 verstärkt.

Über dem Strommeßwiderstand R_M liegt immer eine dem durch den Lastwiderstand R_L fließenden Strom entsprechende Spannung; die Ausgangsspannung wird durch die Wirkung des Rückkoppelverstärkers 7 am Stromverstärker 2 subtrahiert. Erfindungsgemäß können jetzt Leitungswiderstände und Kontaktwiderstände R₀ zwischen Ausgangsklemme A und Lastwiderstand R_L als auch innerhalb der Sensingleitung S eingefügt werden, ohne die Genauigkeit der Anordnung zu mindern, da die Ausregelung der Ausgangsspannung auf das durch die Stellgröße für die Sollspannung, den Spannungsteiler 3 und den Elektrometerverstärker 9 festgelegte Potential erfolgt. Die Ausregelung des maximalen Ausgangsstromes auf die durch die Stellgröße für den Sollstrom festgelegten Wert erfolgt mit Hilfe des Spannungsabfalls über dem hochpräzisen Strommeßwiderstand R_M, unabhängig von Leitungswiderständen R_ü.

Claims (1)

1. -1- 738 43

   Erfindungsanspruch:

   •Bipolare programmierbare Stronv/Spannungs-Präzisionsquelle, bestehend aus zwei Digital-Analog-Umsetzern (DAU) zur Bereitstellung von Steuerspannungen als Stellgrößen für den Strom- und Spannungssollwert aus digitalen Bitmustern, einem Spannungsverstärker, einem an seinem Eingang liegenden Spannungsteiler, dessen erste Seite am DAU für die Spannungsstellgröße und dessen zweite Seite über einen Rückkoppelverstärker an der Ausgangsspannung liegt, einem am DAU für die Stromstellgröße angeschlossenen invertierenden Stromverstärker, dessen Ausgangspegel gemeinsam mit dem des Spannungsverstärkers über eine Diodenbrücke bipolar zusammengeführt am Eingang eines Ausgangsverstärkers liegt, der einen Strom durch den Strommeßwiderstand und den Lastwiderstand treibt, gekennzeichnet dadurch, daß die vom Ausgang des Rückkoppelverstärkers (7) abgeklemmte zweite Seite des Spannungsteilers (3) statt dessen am Ausgang eines Elektrometerverstärkers (9) angeschlossen ist, dessen Eingang über eine ansich bekannte Sensingleitung (S) unmittelbar mit dem Lastwiderstand (RJ verbunden ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung