DD257150A1 - Schaltungsanordnung zur verstaerkung von spannungen in messkreisen - Google Patents

Abstract

Schaltungsanordnung zur Verstaerkung von Spannungen in Messkreisen, insbesondere schnell veraenderlicher Kleinspannungen von Sensoren. Ein aus Operationsverstaerkern und mit diesen verknuepften Widerstaenden bestehender unsymmetrisch arbeitender Gleichspannungs-Messverstaerker ist thermisch isoliert. Seine Arbeitstemperatur ist vorzugsweise unter der Umgebungstemperatur konstantgehalten. In einer Ausgestaltung der Erfindung sind nur die Operationsverstaerker thermisch isoliert. Damit werden sowohl temperaturabhaengige Aenderungen der Offsetspannungen der Operationsverstaerker ausgeschlossen als auch die diesen immanente Rauschspannung weitestgehend minimiert. Figur

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Anwendung der Erfindung erstreckt sich auf die Verstärkung von Spannungen in Meßkreisen. Als spezielles Anwendungsgebiet kommen Sensoren in Betracht, von denen kleine Spannungen abgegeben werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Aus Bliklen: „Schaltungen zur Offsetspannungskompensation" Elektronik 17/85 S.95-96 ist es bekannt, Sensoren mit einer Trägerfrequenz zu speisen. Das Ausgangssignal ist dann ebenfalls in Form einer Trägerfrequenz verfügbar, die jedoch problemlos und präzise verstärkt werden kann. Nachteilig dabei ist, daß das nach der stabilen Verstärkung vorhandene Signal erst gleichgerichtet und gefiltert werden muß, um eine Gleichspannung zu erhalten, die dem Ausgangssignal des Sensors proportional ist.

Es ist nach „brockhaus abc aromatisierung", Leipzig, 1975, S.679 weiterhin bekannt, den Sensor mit einer stabilen Gleichspannung zu versorgen. Das Ausgangssignal des Sensors wird dann durch einen Chopper in eine pulsierende Gleichspannung moduliert, die ebenfalls problemlos und präzise verstärkt werden kann. Von Nachteil ist hierbei, daß die verstärkte Spannung wieder demoduliert werden muß, um eine für die weitere Verarbeitung erforderliche Gleichspannung zur Verfügung zu haben.

Beiden genannten Lösungen ist ein weiterer Nachteil eigen. Sie sind zur Messung quasistatischer Vorgänge gut geeignet.

Müssen jedoch schnell veränderliche Signale verarbeitet werden, wie das beispielsweise für die Beherrschung regelungstechnischer Vorgänge erforderlich ist, stoßen beide Verfahren schnell an Grenzen.

In der Praxis ist es auch üblich, daß Verstärkungsproblem zu lösen durch die Anwendung eines invertierenden Operationsverstärkers, bei dem ein Komparator mit Referenzeingang zu definierten Zeiten die Spannung des Summenpunktes abtastet und durch Einspeisung einer gegenpoligen Korrekturspannung am positiven Eingang des invertierenden Operationsverstärkers Änderungen der Offsetspannung kompensiert werden.

Eine Gleichrichtung und Filterung des verstärkten Signals entfällt dabei. Das Verfahren kann jedoch nur angewandt werden, wenn eine in der Regel zyklische jeweils kurze Unterbrechung des Meßvorgangs möglich ist.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung liegt in einer Schaltungsanordnung, die in der Lage ist, kleine von Sensoren abgegebene Spannungen für Meß- und Regelzwecke schnell, stabil und kontinuierlich zu verstärken und hohen Anforderungen an die Nullpunkt-Stabilität des Verstärkers gerecht wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Zur Beseitigung der in der Charakteristik des bekannten Standes der Technik dargelegten Mängel liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung von Spannungen in Meßkreisen, insbesondere der Ausgangsspannungen von Sensoren zu schaffen, die ohne Gleichrichtungs-. Filter- und Modulationsvorgänge schnell veränderliche Kleinspannungen kontinuierlich verstärkt und dabei gleichzeitig sowohl temperaturabhängige Änderungen der Offsetspannungen verwendeter Operationsverstärker ausschließt als auch die diesen immanente Rauschspannung weitestgehend minimiert. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß einem an einer stabilen Gleichspannung liegenden Sensor ein unsymmetrisch arbeitender Gleichspannungs-Meßverstärker nachgeschaltet ist. Dieser besteht aus einem ersten Operationsverstärker, der über einen Widerstand mit einem nichtinvertierenden zweiten Operationsverstärker mit einem Gegenkopplungswiderstand, elektrisch verbunden ist. Der Gleichspannungs-Meßverstärker ist thermisch isoliert und seine Arbeitstemperatur vorzugsweise unterhalb der Umgebungstemperatur konstantgehalten. Auch eine Isolierung nur der Operationsverstärker ist möglich.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die bekannte Abhängigkeit der Offsetspannung von Operationsverstärkern von der Umgebungstemperatur durch die thermische Isolierung des Gleichspannungs-Meßverstärkers eliminiert wird. Nachgewiesenermaßen wird die den Operationsverstärkern immanente Rauschspannung um so höher, je höher deren Arbeitstemperatur ansteigt. Durch die Konstanthaltung der Arbeitstemperatur unterhalb der Umgebungstemperatur wird die Rauschspannung auf vernachlässigbare Werte minimiert.

Ausführungsbeispiel

Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.

Ein an einer stabilen Gleichspannung 1 liegender Sensor 2 ist ausgangsseitig an einen Gleichspannungs-Meßverstärker angeschlossen. Dabei führt der eine Ausgang zum nichtinvertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers 3, der andere zum nichtinvertierenden Eingang eines nichtinvertierenden zweiten Operationsverstärkers 4. Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers 3 ist einmal mit dessen invertierendem Eingang, zum anderen über einen Widerstand 5 mit dem invertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers 4 verbunden. Die Ausgangsleitung des zweiten Operationsverstärkers 4führt über einen Gegenkopplungswiderstand 6 zu seinem invertierenden Eingang. Die Ausgänge beider Operationsverstärker 3; 4 bilden gleichzeitig den zweipoligen Ausgang des Gleichspannungs-Meßverstärkers. Letzterer, bestehend aus den Operationsverstärkern 3; 4, dem Widerstand 5 und dem Gegenkopplungswiderstand 6, istthermisch isoliert, vorzugsweise in einem Dewargefäß 7, angeordnet, dessen Innentemperatur unterhalb der Umgebungstemperatur beispielsweise durch ein (nicht dargestelltes) Peltier-Element garantiert ist.

In einer Ausgestaltung des beschriebenen Beispiels können auch nur die beiden Operationsverstärkers; 4 thermisch isoliert

Gegenüber dem bekannten Stand der Technik bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil, daß kleine von Sensoren abgegebene, schnelle veränderliche Spannungen für Meß- und Regelzwecke mit minimalem Aufwand ohne zusätzliche Gleichrichtungs-, Filter- und Modulationsvorgänge schnell, kontinuierlich und stabil verstärkt werden, wobei gleichzeitig sowohl temperaturabhängige Änderungen der Offsetspannungen verwendeter Operationsverstärker ausgeschlossen als auch die diesen immanente Rauschspannung weitestgehend minimiert werden. Der erfindungsgemäße Verstärker hat eine hohe Nullpunkt-Stabilität.

Claims (2)

1. -1- Z57 150 Patentansprüche:

   1. Schaltungsanordnung zur Verstärkung von Spannungen in Meßkreisen, insbesondere von schnell veränderlichen kleinen von Sensoren abgegebenen Spannungen mit einem aus Operationsverstärkern und mit diesen verknüpften Widerständen bestehenden unsymmetrisch arbeitenden Gleichspannungs-Meßverstärker, gekennzeichnet dadurch, daß der Gleichspannungs-Meßverstärker thermisch isoliert und seine Arbeitstemperatur vorzugsweise unterhalb der Umgebungstemperatur konstant gehalten ist.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch !,gekennzeichnet dadurch, daß nur die Operationsverstärker thermisch isoliert und deren Arbeitstemperatur vorzugsweise unterhalb der Umgebungstemperatur konstantgehalten ist.