DE1092124B

DE1092124B - Anordnung zur Impedanzwandlung

Info

Publication number: DE1092124B
Application number: DEV12555A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Wolfgang Peuser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-06-07
Filing date: 1957-06-07
Publication date: 1960-11-03

Description

Anordnung zur Impedanzwandlung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Impedanzwandlung in der Hinsicht, daß eine nicht belastbare i\Ießgle,ichspannurrg in eine amplitudengleiche Wechselspannung oder Gleichspannung niedrigen Quellwiderstandes umgewandelt wird.
Aufgaben dieser Art wurden bisher mit Hilfe spezieller Elektronenröhren, insbesondere mit Elektrometerröhren, gelöst. Mit solchen Röhren bestückte Schaltungsanordnungen. weisen jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf, wie z. B. das Erfordernis mehrerer äußerst gut stabilisierter Gleichspannungsquellen, die Notwendigkeit der Nacheichung infolge Alterung der Röhren usw. Durch die- Erfindung sollen diese Nachteile überwunden werden.
Je nachdem die Anordnung zur Inipeda.nzwandlung eine der Meßgleichspannung amplitudengleiche Wechselspannung oder Gleichspannung abgeben soll, wird die Anordnung zur Impedanzwandlung nach der Erfindung verschieden ausgebildet. Zur Umwandlung der Meßgleichspannung in eine ihr amplitudengleiche Wechselspannung ist sie dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung mit einer Hilfswechselspannungsquelle und einer Diode, die zur Melkgleichspannung in Sperrichtung liegt, in Reihe im gleichstromdurchlässigen Eingangskreis eines Wechselstrcmverstärkers geschaltet sind, dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung die Hilfswechselspannungsquelle derart steuert, daß z. B. eine Vergrößerung der Ausgangsspannung eine Verkleinerung der Wechselspannungsamplitude bewirkt, so daß die sich einstellende Hilfswechselspannung stets amplitudengleich mit der Meßgleichspannung ist. Die auf diese Weise erhaltene Wechselspannung niedrigen Quellwiderstandes könnte, wenn erforderlich, mit bekannten Mitteln verstärkt oder gleichgerichtet werden. Die bei einer Gleichrichtung infolge der Nichtlinearität der Gleichrichter unvermeidlichen Fehler treten jedoch nicht auf, wenn die erfindungsgemäße Anordnung derart abgewandelt wird, daß sie bereits eine der Meßspannung gleiche Gleichspannung niedrigen Quellwiderstandes abgibt. Dazu wird die Ausgangsspannung des. Wechselstromverstärkers gleichgerichtet und in den Eingangskreis so eingeführt, daß sie der Meßspannung entgegen gerichtet ist. Damit regeln sich auch Nichtlinearitäten der Gleichrichtung weitgehend aus. Eine besonders zweckmäßigeVerwerldung erfährt dieAnordnungnach der Erfindung zur zeitlichen Integration einer zeitlich veränderlichen Gleichspannung. Dazu wird die Anordnung zur Impedanzwandlung derart abgeändert, daß die Quelle der zeitlich veränderlichen Spannung mit einem Pol mit einem Widerstand verbunden ist, der mit dem einen Pol eines Kondensators in leitender Verbindung steht, während der andere Pol der Quelle über einen Widerstand, an den auch die gleichgerichtete Oszilla,torspannung geführt ist, mit einem Widerstand, an dem diegleichgerichtete Verstärkerausgangsspannung liegt, mit dem anderen Pol des Kondensators verbunden ist, so daß parallel zur Reihenschaltung der letztgenannten Widerstände eine zum zeitlichen Integral der Eingangsspannung proportionale Spannung abgenommen werden kann.
Der in der Anordnung zur Impedanzwandlung erforderliche Wechselspannungsverstärker soll einen möglichst hohen Verstärkungsfaktor besitzen. Um dennoch den Einfluß von Fremdspannungen klein zu halten, wird nach einer besonderen Ausbildungsform der Erfindung ein selektiver Transistorverstärker verwendet, der auf die Oszillatorfre:quenz oder eine ihrer Oberwellen abgestimmt ist. Durch die Verwendung von Transistoren wird auch der Einfluß vermieden, den die bei Röhren übliche Heiz-Wechselspannung auf den Verstärker haben könnte. Die Qualität, insbesondere der Sperrwiderstand der im Eingangskreis liegenden Diode ist für den in der Anordnung zur Impedanzwandlung erreichbaren Wert des Eingangswiderstandes mitbestimmend. Es ist deshalb die Verwendung hochsperrender Siliziumdioden vorgesehen.
Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Dabei stellt Fig. 1 einen Impedanzwandler dar, der zur Abgabe einer Ausgangswechselspannung verwendet wird, während in Fig. 2 eine Ausführungsform gezeigt ist, die vorzugsweise zur Abgabe einer Ausgangsgleichspannung vorgesehen ist und auch zur Integration einer zeitlich schwankenden Spannung angewendet werden kann.
In Fig. 1 ist mit 3 ein Kondensator bezeichnet, an den die zu messende Spannung gelegt wird. Vorzugsweise wird hierfür ein Kondensator mit geringem Verlustfaktor verwendet, z. B. ein solcher mit Styroflexfolien als Isolation. Die Halbleiterdiode 4 muß einen hesonders hohen Sperrwiderstand aufweisen. Als geeignet wurden z. B. hochsperrende Siliziumdioden befunden. Der mit 5 bezeichnete Wechselspannungsverstärker besitzt einen gleichstromdurchlässigen Eingang. Der Verstärkungsfaktor des Wechselspannungsver@tärkers soll möglichst groß gewählt werden, weil dadurch eine weitgehende Kompensation der Eingangsspannung des Impedanzwandlers erreicht wird. Auf diese "eise ist der wirksame Eingangs-,viderstand des Impedanzwandlers groß, und die auf dein Kondensator hefitidliche Ladung wird durch iliii nicht mehr wesentlich beeinflußt. In einer praktisch ausgeführten Schaltung hatte eine Verstärkung von 105 eine Belastung des Kondensators durch einen Widerstand von etwa 1010 Olim zur Folge. Die Ausgangsspannung des \\'ecliselstromverstärkers wird im Gleichrichter 6 gleichgerichtet und den Oszillator 7 als Steuerspannung zugeführt. Dadurch wird in an sich bekannter Weise die Amplitude des Oszillators verändert. Die Veränderung muß in dem Sinne erfolgen, daß eine Vergrößerung der gleichgerichteten Verstärkerausgangsspannung eine Verkleinerung der Oszillatoramplitude bewirkt. Wird an den Kondensator eine Gleichspannung gelegt, so stellt sich nach der Einschwingzeit des Verstärkers und des nachgeschalteten Gleichrichters am Oszillator 7 eine Amplitude ein, die um einen verbleibenden Regelrest größer ist als die Meßgleichspannung. Ist der im wesentlichen von der Verstärkung des Wechselstromverstärkers abhängige Regelrest vernachlässigbar klein, so kann an den Klemmen 14 eine der Meßgleichspannung in hezug auf ihren Spitzenwert gleiche Wechselspannung al>genomtneiiwerden.
In Fig. 2 sind mit 3, 4, 5 und 6 der Reihe nach Kondensator, Diode, Verstärker und Gleichrichter bezeichnet, deren Wirkung ähnlich wie in Fig. 1 zu verstehen ist. Die geglättete Ausgangsspannung des Gleichrichters wird jedoch an einen Widerstand 8 geführt. Sie stellt sich bei genügend hoher Verstärkung im Verstärker 5 so ein, daß sie um den Betrag der Oszillatorspitzenspannung größer ist als die Gleichspannung am Kondensator 3, wenn man wiederum den Regelrest vernachlässigt. Außerdem wird aus der Oszillatorspannung mit dem Gleichrichter 9 eine dem Betrag der Oszillatorspitzenspannung gleiche Gleichspannung gewonnen und an den Widerstand 10 geführt. Bei der gezeichneten Polung der Spannungen stellen die parallel zum Voltmeter 13 liegenden Pole die Ausgangsanschlüsse der Anordnung zur Impedanzwandlung dar, da die an ihnen auftretende Spannung gleich der am Kondensator liegenden Spannung ist. Bei passender Dimensionierung der Schaltung kann die durch die Widerstände 8 und 10 gegebene Spannungsquelle belastet werden.
Da am Voltmeter 13 die gleiche Spannung wie am Kondensator 3 liegt, diese beiden Spannungen jedoch entgegengesetzt gepolt in Serie liegen, herrscht zwischen dem mit »-« bezeichneten Anschluß des Kondensators und dem mit »-f-« bezeichneten Anschluß des Widerstandes 10 bei jedem im Arbeitsbereich der Anordnung gelegenen Wert der Kondunsatorspannung die Spannung 0. Lädt man den Kondensator über die Widerstände 8, 10 und 11 aus der Quelle einer zeitlich schwankenden Spannung 12, so stellt die Spannung am Kcndetisator das Zeitintegral der Spannung der Quelle 12 dar. Der Wert dieses Zeitintegrals kann vermöge der impedanzwandelnden Wirkung der Anordnung an den Klemtn en parallel zum Instrument 13 abgegriffen werden.

Claims

PATEVT:1\S1'liCC1il;: 1. Anordnung zur Umwandlung einer nicht belastbaren Meßgleichspatinung in eine ihr gleiche Wechselspannung niedrigen Quellwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung mit einer Hilfswecliselspannungsquelle (7) und einer Diode (4), die zur Meßgleichspannung in Sperrrichtung liegt, in Reihe im gleichstromdurchlässigen Eingangskreis eines Wechselstromverstärkers (5) geschaltet sind, dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung die Hilfswechselspannungsquelle (7) derart steuert, daß z. B. eine Vergrößerung der Ausgangsspannung eine Verkleinerung der Wechselspannungsamplitude bewirkt, so daß die sich einstellende Hilfswechselspannung stets amplitudengleich mit der Meßgleichspannung ist.
2. Abwandlung der Anordnung nach Anspruch 1 zwecks Umwandlung einer nicht belastbaren Gleichspannung in eine ihr gleiche Gleichspannung niedrigen Quellwiderstandes, dadurch gekennzeichnet, da.ß die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Wechselstromverstärkers (5) über einen Widerstand (8) in dein Eingangskreis der Meßgleichspannung entgegengeschaltet ist.
3. Anwendung der Anordnung nach Anspruch 2 zur zeitlichen Integration einer veränderlichen Gleichspannung, dadurch gekennzeichnet, daß deren Quelle (12) mit einem Pol mit einem Widerstand (11) verbunden ist, der mit dem einen Pol (-) des Kondensators (3) in leitender Verbindung steht, während der andere Pol der Quelle über einen Widerstand (10), an den auch die gleichgerichtete Oszillatorspannung geführt ist, und einen Widerstand (8), an dem die gleichgerichtete Verstärkerausgangsspannung liegt, mit dem anderen Pol (-I-) des Kondensators verbunden ist, so daß parallel zur Reihenschaltung der letztgenannten Widerstände (10, 8) eine zum zeitlichen Integral der Eingangsspannung proportionale Spannuni; abnehmbar ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf die Oszillatorfrequenz oder eine ihrer Oberwellen abgestimmter selektiver Transistorverstärker (5) verwendet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekeimzeichnet durch die Verwendung von Siliziumdioden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift \ r. 860 964; deutsches Gebrauchsmuster \r. 1 737 85-1; »Archiv für technisches Messen«, ATM-Blatt ZG 34-10 vom Januar 1953; »Elektroteclinisclie Zeitschrift« (ETZ), 1941, H. 22, S. 493 bis -197.