DD246242A3

DD246242A3 - Circuit arrangement for the controlled change in amplitude of a reference voltage

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Publication number: DD246242A3
Authority: DD
Publication date: 1987-06-03

Abstract

Die Schaltungsanordnung zur kontrollierten Amplitudenaenderung ist fuer hohe Messfrequenzen zum automatischen Bruecken-Null-Abgleich in Messgeraeten zur Bewertung komplexer Widerstaende geeignet. Es war eine Schaltungsanordnung fuer einen analog steuerbaren Spannungsteiler fuer hohe Messfrequenzen zum automatischen Nullabgleich zu entwickeln, die eine in ihrer Groesse steuerbare Ausgangsspannung erzeugt, die der Bezugsspannung phasentreu folgt und deren Groessenverhaeltnis zur Bezugsspannung durch die Steuerspannung vorzeichenrichtig, normiert angezeigt wird. Zwischen der Ausgangsspannung und der Bezugsspannung muessen folglich Phasenverschiebungen und lineare Verzerrungen ausgeschlossen sein. Das Wesen der Erfindung liegt in der gezielten Weiterentwicklung in bekannter Weise arbeitender Spannungsteiler, um eine dem Spannungsabgriff sichere, proportionale zusaetzliche Information zu gewinnen, die das Uebersetzungsverhaeltnis als Quozient zwischen Ausgangs- und Bezugsspannung charakterisiert. Das wird dadurch ermoeglicht, dass ein Leistungsoperationsverstaerker (1) ausgangsseitig mit einem Wandler (2) verbunden ist, der Teil einer Hilfsbrueckenschaltung (3) ist, die in beiden Zweigen aus der Reihenschaltung von je einer Konstantspannungsquelle (4) und (5), der transformierten Bezugsspannungsquelle (6) und (7) sowie den steuerbaren Widerstaenden (8) und (9) besteht, die ueber Frequenzweichen (10) und (11) mit einem Wechselspannungsverstaerker (12) und einem Gleichspannungsverstaerker (13) verbunden ist. Fig. 1The circuit arrangement for controlled amplitude change is suitable for high measurement frequencies for automatic bridge-zero adjustment in measuring devices for evaluating complex resistors. It was to develop a circuit arrangement for an analog controllable voltage divider for high measurement frequencies for automatic zero balance, which generates a controllable in their size output voltage that follows the reference voltage in phase and whose Groessenverhaeltnis to the reference voltage by the control voltage in the correct sign, normalized is displayed. Consequently, phase shifts and linear distortions must be excluded between the output voltage and the reference voltage. The essence of the invention lies in the targeted further development in a known manner working voltage divider to gain a voltage tap secure, proportional additional information that characterizes the translation ratio as a Quozient between output and reference voltage. This is made possible by a power operation amplifier (1) being connected on the output side to a converter (2) which is part of an auxiliary bridge circuit (3) which in both branches consists of the series connection of a respective constant voltage source (4) and (5) transformed reference voltage source (6) and (7) and the controllable resistors (8) and (9), which is connected via crossovers (10) and (11) with a Wechselspannungsverstaerker (12) and a DC amplifier (13). Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur kontrollierten Amplitudenänderung einer Bezugsspannung für hohe Meßfrequenzen zum automatischen Brücken-Null-Abgleich in Meßgeräten zur Bewertung komplexer Widerstände.The invention relates to a circuit arrangement for the controlled change in amplitude of a reference voltage for high measuring frequencies for automatic bridge zero balance in measuring devices for the evaluation of complex resistances.

Characteristic of the known technical solutions

Bekannt sind digital arbeitende, selbstabgleichende Brückenschaltungen, bei denen schrittweise durch selbsttätiges Umschalten der Anzapfungen transformatorischerTeiler ein automatischer Brücken-Null-Abgleich erfolgt. Aus dem Übersetzungsverhältnis der transformatorischen Teiler können die digitalen Anzeigen für Real- und Blindteil des Meßobjektes abgeleitet werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß eine große Anzahl qualitativ hochwertiger Bauelemente benötigt wird, bei denen der Abgleich wechselseitig nach Kapazität und Verlustfaktor des Prüflings wiederholt durchgeführt werden muß. Der zu betreibende Aufw.and ist erheblich und behindert zudem schnelle Messungen. Bekannt sind auch analog arbeitende, selbstabgleichende Brückenschaltungen, bei denen die Ausgangsspannung eines Amplitudenmodulators zum automatischen Nullabgleich der Brücke ihrer Bezugsspannung entnommen wird. Bei dieser Gruppe von Amplitudenmodulatoren, wird die Änderung des differenziellen Widerstandes entlang nicht linear, steuerbarer Kennlinien ausgenutzt.Are known digitally working, self-balancing bridge circuits in which an automatic bridge-zero adjustment takes place gradually by automatically switching the taps of transformer dividers. From the ratio of the transformer divider, the digital displays for real and reactive part of the DUT can be derived. A disadvantage of this method is that a large number of high-quality components is needed in which the balance must be carried out alternately to capacity and loss factor of the specimen repeatedly. The effort to be made is significant and hinders quick measurements. Also known are analogously working, self-balancing bridge circuits, in which the output voltage of an amplitude modulator for automatically zeroing the bridge is taken from its reference voltage. In this group of amplitude modulators, the change in the differential resistance along non-linear, controllable characteristics is exploited.

Nachteilig bei diesen Verfahren ist die im Interesse geringer, nicht linearer Verzerrungen niedrige Ausgangsspannung, deren Verstärkung vorwiegend durch den steuerungsabhängigen Modulatorinnenwiderstand bei hohen Frequenzen zwangsläufig nur mit Phasenabweichungen zur Bezugsspannung möglich ist.A disadvantage of these methods is the low output voltage in the interest of low, nonlinear distortions whose amplification is inevitably only possible with phase deviations from the reference voltage, predominantly by the control-dependent modulator internal resistance at high frequencies.

In gleicherweise nachteilig bei diesen Meßanordnungen ist die ungenaue Kenntnis der Größe der zum Brücken-Null-Abgleich erforderlichen Ausgangsspannung des Amplitudenmodulators, die auch mit Präzisionsgleichrichtern bei hohen Meßfrequenzen zur quantitativen Bewertung der Brückenverstimmung unzureichend gewährleistet ist.Equally disadvantageous in these measuring arrangements is the inaccurate knowledge of the size of the bridge-zero balance required output voltage of the amplitude modulator, which is insufficiently ensured even with precision rectifiers at high measuring frequencies for the quantitative evaluation of the bridge detuning.

Weiterhin nachteilig wirkt sich aus, daß zur Ermittlung des Blindteilers deren, auf den Realteil bezogenen Normierung mit einfachen, schaltungstechnischen Mitteln nicht möglich ist.A further disadvantage is that, for the determination of the blind divider, its standardization related to the real part is not possible with simple, circuit-technical means.

Ziel der Erfindung ·*Object of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, eine Schaltungsanordnung für einen analog steuerbaren Spannungsteiler für hohe Meßfrequenzen zum automatischen Nullabgleich von Brückenschaltungen zur Messung komplexer Widerstände zu entwickeln, die eine in ihrer Größe steuerbare Ausgangsspannung erzeugt, die der Bezugsspannung phasentreu folgt (keine Phasenabweichung zur Bezugsspannung aufweist) und deren Größenverhältnis zur Bezugsspannung durch die Steuerspannung Vorzeichenrichtung normiert angezeigt wird.It is the object of the invention to develop a circuit arrangement for an analog controllable voltage divider for high measuring frequencies for automatic zeroing of bridge circuits for measuring complex resistors, which generates a controllable in their size output voltage that follows the reference voltage in phase (no phase deviation from the reference voltage) and whose size ratio to the reference voltage is normalized by the control voltage sign direction.

Der aus dem Stand der Technik bei digitalen Meßanordnungen vorhandene hohe technologische und schaltungstechnische Aufwand (z.B. Hochfrequenztransformatoren, deren Anzapfung mittels Relais oder Halbleiterschalter angewählt werden; der Aufwand zur Ansteuerung dieser Bauelemente; Reduzierung bisher benötigter Leiterplatten, usw.) muß verringert werden. Die Schaltungsanordnung muß zur Bewertung der Eigenschaften aktiver und passiver elektronischer Bauelemente geeignet, störunanfällig, einfach und sicher bedienbar und unter Produktionsbedingungen im durchgängigen Schichtsystem einsetzbar sein.The high technological and circuit complexity (for example high-frequency transformers whose taps are selected by means of relays or semiconductor switches) of the state of the art in digital measuring arrangements, the effort required to control these components, reduction of previously required printed circuit boards, etc., must be reduced. The circuit arrangement must be suitable for evaluating the properties of active and passive electronic components, susceptible to interference, easy and safe to operate and be used under production conditions in the continuous layer system.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur kontrollierten Amplitudenänderung einer Bezugsspannung für einen analog steuerbaren Spannungsteiler für hohe Meßfrequenzen zu schaffen, der eine strenge Proportionalität zwischen Ausgangs- und Steuerspannungen gewährleistet. Zwischen der Ausgangs- und Bezugsspannung müssen Phasenverschiebungen in gleicher Weise wie nicht lineare Verzerrungen weitgehendst vermieden werden. Die zu lösende technische Problematik liegt in der gezielten Weiterentwicklung der in bekannter Weise analog arbeitenden Spannungsteiler, um eine, dem Spannungsabgriff sichere, proportionale, zusätzliche Information zugewinnen,die das Übersetzungsverhältnis als Quotient zwischen Ausgangs- und Bezugsspannung charakterisiert.The invention has for its object to provide a circuit arrangement for the controlled change in amplitude of a reference voltage for an analog controllable voltage divider for high measuring frequencies, which ensures a strict proportionality between output and control voltages. Between the output and reference voltage phase shifts must be largely avoided in the same way as non-linear distortions. The technical problem to be solved lies in the targeted further development of the voltage divider operating analogously in a known manner, in order to obtain a further, the voltage tap secure, proportional, additional information that characterizes the transmission ratio as a quotient between the output and reference voltage.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein in bekannter Weise arbeitender Leistungsoperationsverstärker ausgahgsseitig mit einem definierten Wandler verbunden ist, derTeil einer Hilfsbrückenschaltung ist, die in beiden Zweigen aus der Reihenschaltung von je einer Konstantspannungsquelle und der transformierten Bezugsspannungsquelle und den steuerbaren Widerständen, die über Frequenzweichen mit einem Wechseispannungsverstärker und einem Gleichspannungsverstärker verbunden sind.According to the invention, this object is achieved in that a working in a known manner power operational amplifier ausschaltgsseitig is connected to a defined converter, which is part of an auxiliary bridge circuit, in both branches of the series connection of a constant voltage source and the transformed reference voltage source and the controllable resistors via crossovers are connected to an AC voltage amplifier and a DC amplifier.

embodiment

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung soll anhand von Schaltungskizzen in Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.The circuit arrangement according to the invention will be explained in more detail with reference to circuit diagrams in embodiments.

Figur 1 zeigt die Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Figur 2 zeigt ein mögliches, praktisches AusführungsbeispielFigure 1 shows the schematic diagram of the circuit arrangement according to the invention Figure 2 shows a possible, practical embodiment

Die prinzipielle Lösung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist in Figur 1 dargestellt.The basic solution of the circuit arrangement according to the invention is shown in FIG.

Der Leistungsoperationsverstärker 1 beeinfluß mit seinem Ausgangsstrom den definierten Wandler 2; der Bestandteil der Hilfsbrückenschaltung 3 ist.The power operational amplifier 1 influences with its output current the defined converter 2; is the part of the auxiliary bridge circuit 3.

Die Hilfsbrückenschaltung 3 besteht aus der Reihenschaltung von je einer Konstantspannungsquelle 4, 5, der transformierten · Bezugsspannungsquellen 6,7 sowie den steuerbaren ohmschen Widerständen 8,9 des definierten Wandler 2. Durch den Eingangsstrom des Leistungsoperationsverstärkers 1 wird die Ausgangsspannung der Hilfsbrückenschaltung 3 über die gegenläufig steuerbaren Widerständen 8,9, beeinflußt, durch deren doppelte Ausnutzung sowohl eine Ausgangswechselspannung als auch eine durch völlig gleiche Ursachen hervorgerufene Ausgangsgleichspannung entstehen.The auxiliary bridge circuit 3 consists of the series connection of one constant voltage source 4, 5, the transformed reference voltage sources 6, 7 and the controllable ohmic resistors 8.9 of the defined converter 2. By the input current of the power operational amplifier 1, the output voltage of the auxiliary bridge circuit 3 via the opposite direction controllable resistors 8.9, influenced by the double utilization of both an AC output voltage as well as caused by completely identical causes output DC voltage.

Diese beiden Spannungen sind ihrer Größe nach direkt proportional, die Polarität der Ausgangsgleichspannung entspricht der beim Nulldurchgang zwischen 0 und wechselnden Phasenlage der Ausgangswechselspannung.These two voltages are directly proportional in magnitude, the polarity of the DC output voltage corresponds to the zero crossing between 0 and changing phase position of the AC output voltage.

Über die Frequenzweichen 10,11 werden der Wechselspannungsanteil über den Wechseispannungsverstärker 12 und der Gleichspannungsanteil über den Gleichspannungsverstärker 13 getrennt verstärkt.About the crossovers 10.11 the AC voltage component via the AC voltage amplifier 12 and the DC voltage component via the DC amplifier 13 are amplified separately.

Wird der negierende Eingang des Leistungsoperationsverstärkers 1 direkt mit dem Brücken-Nullindikator des Meßgerätes folgenden phasenempfindlichen Gleichrichter angesteuert und der Ausgang des Wechselspannungsverstärkers 12 zum Brücken-Null-Abgleich des Meßgerätes benutzt, sowie der Eingang der Bezugsspannung 14 mit einer vom Oszillator des M.eßgerätes abgeleiteten Spannung verbunden, ist am Ausgleich des Gleichspannungsverstärkers 13 eine der Größe des Meßobjektes proportionale, vorzeichenrichtige Gleichspannung zur Weiterverarbeitung entnehmbar.If the negating input of the power operational amplifier 1 directly with the bridge zero indicator of the meter following phase-sensitive rectifier driven and the output of the AC amplifier 12 used for bridge-zero balance of the meter, and the input of the reference voltage 14 with a derived from the oscillator of M.Eßgerätes Voltage connected, the compensation of the DC amplifier 13 is a the size of the measured object proportional, sign correct DC voltage for further processing removed.

Werden der Steuerspannungseingang 15 und der Ausgang des Gleichspannungsverstärkers 13 über die Widerstandskombination 1 verbunden, ist die Ausgangsspannung des Wechselspannungsverstärkers 12 der Spannung am Steuerspannungseingang 15 direkt proportional.If the control voltage input 15 and the output of the DC voltage amplifier 13 are connected via the resistor combination 1, the output voltage of the AC voltage amplifier 12 is directly proportional to the voltage at the control voltage input 15.

Die Figur 2 zeigt ein praxisnahes.Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.FIG. 2 shows a practical exemplary embodiment of the circuit arrangement according to the invention.

Der Leistungsoperationsverstärker 1 wird aus dem Operationsverstärker und dem Strombooster gebildet.The power operational amplifier 1 is formed of the operational amplifier and the current booster.

Durch den Kondensator 17 erhält er stabilitätsförderndes, integrierendes Verhalten. Der definierte Wandler 2 der Hilfsbrückenschaltung 3 wird hier aus optisch gekoppelten Glühlampen und Cds-Fotowiderständen 8 und 9 gebildet, als Konstantspannungsquellen 4 und 5 wirken über präzise Widerstände stark gegengekoppelte Operationsverstärker, als Bezugsspannungsquellen arbeiten potentialfreie Teilwicklungen des Hochfrequenztransformators 18.By the capacitor 17 he receives stability-promoting, integrating behavior. The defined converter 2 of the auxiliary bridge circuit 3 is formed here from optically coupled incandescent lamps and Cds photoresistors 8 and 9, act as constant voltage sources 4 and 5 on precise resistors strongly counter-coupled operational amplifier, working as reference voltage sources potential-free partial windings of the high-frequency transformer 18th

Die bei Verstimmung der Hilfsbrückenschaltung 3 entstehenden Ausgangsspannungen werden durch den niedrigen, im Arbeitsbereich näherungsweise konstanten Innenwiderstand der Hilfsbrückenschaltung 3 exakt auf den Wechseispannungsverstärker 12 und den Gleichspannungsverstärker 13 übertragen, deren Ausgangsgrößen damit zwangsläufig nach Größe und Phasenlage exakt bestimmbar sind.The resulting in detuning the auxiliary bridge circuit 3 output voltages are transmitted by the low, in the working range approximately constant internal resistance of the auxiliary bridge circuit 3 exactly to the AC voltage amplifier 12 and the DC amplifier 13, whose output variables are thus inevitably determined by size and phase exactly.

Claims

-1 - Z4b 242

Claim:

1. Circuit arrangement for the controlled change in amplitude of a reference voltage for the automatic bridge zero balance in measuring devices for the evaluation of complex resistors, characterized in that a working in a known manner power operational amplifier (1) the output side with a defined transducer (2) is connected, the part of a Auxiliary bridge circuit (3), which consists in both branches of the series connection of a respective constant voltage source (4) and (5), the transformed reference voltage source (6) and (7) and the controllable resistors (8) and (9 '), the the crossover networks (10) and (11) are connected to an AC amplifier (12) and a DC amplifier (13).

2. Circuit arrangement according to item!, Characterized in that the defined converter (2) is an arrangement of optically coupled components, which are preferably brightness-controlled Cds photoresistors.

3. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the defined transducer (2) is an arrangement of magnetically coupled components, which are preferably magnetic field-dependent resistors, field plates.

4. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the negating input of

Power Operational Amplifier (1) is connected directly to the bridge-zero indicator following phase-sensitive rectifier, wherein the output voltage of the DC amplifier (13) is the measure of the sign correct magnitude of the bridge detuning.

5. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the output of the DC voltage amplifier (13) and the control voltage input (15) via the resistor combination (16) to the negating input of the power operational amplifier (1) is connected, wherein the voltage at the control input (15) the measure for sign correct size of the bridge detuning is.

6. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the opposite polarity constant voltage sources (4) and (5) are the outputs wired operational amplifier.