DE1163967A

DE1163967A - circuit arrangement for pulse-controlled: periodic sampling and amplification of the measuring voltage supplied by a transducer

Info

Publication number: DE1163967A
Application number: DE1961N0020631
Authority: DE
Inventors: Eindhoven Johannes Jacobus Zaalberg van Zelst (Niederlande)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Filing date: 1961-10-04
Publication date: 1964-02-27

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Internat. Kl.: G Ol rBoarding school Kl .: G Ol r

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:Number:
File number:
Registration date:
Display day:

Deutsche Kl.: 2Ie-36/01 German class: 2Ie-36/01

N 20631 IXd/21 e
4. Oktober 1961
27. Februar 1964N 20631 IXd / 21 e
4th October 1961
February 27, 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur impulsgesteuerten periodischen Abtastung und Verstärkung der durch einen aktiven oder passiven Meßwertgeber, ζ. Β. einem Thermoelement, einem Widerstandsthermometer oder einer Dehnungsstreifenbrücke, gelieferten Meßspannung. In dem älteren Patent 1 129 233 ist eine derartige Schaltungsanordnung vorgeschlagen, bei der der Verstärker eine Eingangsstufe mit zwei in Gegentakt geschalteten und mittels eines gemeinsamen Emitter-Widerstandes miteinander gekoppelten Transistoren enthält, deren Hauptstromkreise periodisch durch Impulssteuerung leitend gemacht werden.The invention relates to a circuit arrangement for pulse-controlled periodic sampling and amplification of the by an active or passive transducer, ζ. Β. a thermocouple, a resistance thermometer or a stretch mark bridge. In the earlier patent 1 129 233 such a circuit arrangement is proposed in which the Amplifier has an input stage with two push-pull switches and a common emitter resistor Contains interconnected transistors whose main circuits periodically through Impulse control can be made conductive.

Diese Schaltungsanordnung hat gegenüber anderen bekannten Abtastschaltern mehrere Vorteile:This circuit arrangement has several advantages over other known sampling switches:

a) Sie verstärkt das zu übertragende Signal, statt es abzuschwächen.a) It amplifies the signal to be transmitted instead of weakening it.

b) Im »Aus «-Zustand sind die zwischen dem Meßwertgeber und den Kollektorelektroden der Transistoren fließenden, vom Meßwertgeber gelieferten Leckströme nicht größer als bei als Schalter wirkenden Transistoren vom gleichen Typ, deren Emitter-Kollektor-Strecken auf bekannte Weise zwischen den Meßwertgeber und die Ausgangsklemmen geschaltet sind, ihre Auswirkung ist jedoch kleiner, weil das Nutzsignal durch die Schaltung verstärkt wird.b) In the "off" state, those between the transmitter and the collector electrodes are Transistors flowing leakage currents supplied by the transducer are not greater than with than Switch-acting transistors of the same type whose emitter-collector paths are known Way between the transmitter and the output terminals are connected, their effect is smaller, however, because the useful signal is amplified by the circuit.

c) Der Abtastimpuls läßt sich leicht galvanisch an die Schaltung anlegen.c) The sampling pulse can easily be applied galvanically to the circuit.

d) Die Ausgangsspannung kann bei einer beliebigen Eingangsspannung leicht gleich Null gemacht werden. Demgegenüber hat diese Schaltungsanordnung auch Schwächen:d) The output voltage can easily be made equal to zero at any input voltage will. In contrast, this circuit arrangement also has weaknesses:

1. Ihre Eingangsimpedanz ist verhältnismäßig niedrig, weil stromgesteuerte Transistoren Verwendung finden.1. Their input impedance is relatively low because they are current-controlled transistors Find use.

2. Bei einseitiger oder asymmetrischer Erdung des Meßwertgebers werden durch die den Eigenwiderstand des Meßwertgebers durchfließenden Basisströme Spannungsabfälle erzeugt, die sich nicht mehr vom zu übertragenden Signal trennen lassen, wenn die Schaltungsanordnung selber auch unmittelbar oder mittelbar an Erde liegt.2. In the case of one-sided or asymmetrical earthing of the transducer, the The inherent resistance of the measuring transducer flowing through the base currents generates voltage drops that are no longer different from the transmitted Let the signal be separated when the circuit arrangement itself is also directly or is indirectly connected to the earth.

3. Bei ungenügender Genauigkeit der Auswahl der verwendeten Transistoren ist die Abweichung von der vorstehend erwähnten Nulleinstellung bei veränderlicher Temperatur verhältnismäßig groß.3. If the accuracy of the selection of the transistors used is insufficient, the deviation is from the above-mentioned zero setting at variable temperature is relatively large.

Schaltungsanordnung zur impulsgesteuerten
periodischen Abtastung und Verstärkung
der durch einen Meßwertgeber gelieferten
MeßspannungCircuit arrangement for pulse-controlled
periodic sampling and amplification
that supplied by a transducer
Measuring voltage

Anmelder:Applicant:

N. V. Philips' Gloeüainpenfabrieken,N. V. Philips' Gloeüainpenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)Eindhoven (Netherlands)

Vertreter:Representative:

Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,Dr. rer. nat. P. Roßbach, patent attorney,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Johannes Jacobus Zaalberg van Zelst,Johannes Jacobus Zaalberg van Zelst,

Eindhoven (Niederlande)Eindhoven (Netherlands)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Niederlande vom 8. Oktober 1960 (Nr. 256 673)Netherlands of October 8, 1960 (No. 256 673)

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile wenigstens größtenteils zu beseitigen. Sie benutzt die Tatsache, daß ζ. B. bei Verwendung der Schaltungsanordnung in einer Zeit-Multiplexschaltung zur periodischen Abtastung der durch jeden mehrerer Meßwertgeber gelieferten Spannung jeder Impuls zum Abtasten eines bestimmten Meßwertgebers verhältnismäßig kurz ist in bezug auf eine ganze Abtastperiode. Bei einer größeren Zahl von Meßwertgebern kann insbesondere jeder Abtastimpuls leicht um zwei Größenordnungen kürzer sein als das Intervall zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen zum Abtasten desselben Meßwertgebers.The invention aims to at least largely eliminate these disadvantages. She uses the fact that ζ. B. when using the circuit arrangement in a time-division multiplex circuit for periodic Sampling of the voltage supplied by each of several transducers each pulse for sampling of a given transducer is relatively short with respect to a whole sampling period. at a larger number of transducers, in particular, each sampling pulse can easily by two orders of magnitude be shorter than the interval between two consecutive pulses for sampling of the same transducer.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Meßwertgebers durch einen Kondensator überbrückt ist, der während des Intervalls zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen zum Abtasten dieses Abnehmers auf die durch den Aufnehmer gelieferte Meßspannung aufgeladen wird und während jedes Impulses zum Abtasten des Abnehmers als Eingangsspannungsquelle mit verhältnismäßig niedriger Eigenimpedanz für den Verstärker wirksam ist.The circuit arrangement according to the invention is characterized in that the output of the transducer is bypassed by a capacitor that during the interval between two consecutive Pulses for scanning this pickup is charged to the measuring voltage supplied by the pickup and during each Impulse for scanning the consumer as an input voltage source with a relatively low inherent impedance is effective for the amplifier.

Ist die Schaltung von der bereits beschriebenen und in dem Patent 1 129 233 vorgeschlagenen Art, so ist der durch den Kondensator überbrückte Meß-If the circuit is of the type already described and proposed in patent 1,129,233, so the measurement bridged by the capacitor is

409 510/236409 510/236

3 43 4

wertgeber vorzugsweise zwischen den Basiselektroden der entsprechenden Schaltung ist, je nach der der zwei in Gegentakt geschalteten Transistoren der erwünschten Verstärkung, nicht sehr hoch in bezug Eingangsstufe geschaltet. Dadurch wird zunächst auf diesen Eigenwiderstand, so daß der Spannungserreicht, daß der über den Meßwertgeber durch eine abfall über dem Eigenwiderstand ein merkbarer Teil Asymmetrie der während jedes Abtastimpulses flie- 5 der von der Dehnungsstreifenbrücke gelieferten Spanßenden Basisströme verursachte Spannungsabfall in nung ist. Bei Transistoren vom Typ OC45 ist z. B. bezug auf die durch den Meßwertgeber gelieferte der Kollektor - Basis - Stromverstärkungsfaktor <x' Meßspannung vernachlässigbar klein bleibt. durchschnittlich gleich 50. Bei einer erwünschten Außerdem kann der im Emitterkreis jedes Tran- Verstärkung von etwa 25 ist der Emitterwiderstand sistors der Gegentaktstufe eingeschaltete Widerstand io (der halbe Widerstand 5) jedes Transistors ein Fünfjetzt verhältnismäßig niedrig gewählt werden, so daß undzwanzigstel jedes Kollektorwiderstandes 8 bzw. 9. die Eingangsimpedanz der Gegentaktstufe nicht sehr Angenommen, jeder Kollektorwiderstand betrage hoch ist in bezug auf den Eigenwiderstand des Meß- 5 kQ, der Kopplungswiderstand 3400Ω und das wertgebers, jedoch wohl in bezug auf die Impedanz Potentiometer 5 gleichfalls 40 Ω. Der Eingangswiderder Parallelschaltung des Meßwertgebers und des 15 stand der Schaltungsanordnung ist mit 2«'-200 Ω Kondensators. Eine Herabsetzung des Emitterwider- = 20 kΩ nicht viel größer als der Eigenwiderstand Standes jedes Transistors bringt selbstverständlich des Abnehmers, und der erwähnte Spannungsabfall eine Erhöhung der Verstärkung der Meßspannung über diesem Widerstand ist etwa 3% der Spannung durch die Gegentaktstufe mit sich. Die Tatsache, daß im unbelasteten Zustand. Da dieser Spannungsabfall die Eingangsimpedanz einer Transistorgegentaktstufe 20 sich mit der Temperatur, der Länge der Verbindungsyerhältnismäßig niedrig ist, wird somit durch die leitung und den verwendeten Transistoren ändert, Überbrückung des Meßwertgebers völlig unschädlich ist die damit verbundene Ungenauigkeit sehr bedenkgemacht, und die durch einseitige oder asymmetrische lieh. Um sie zu beschränken, müßte man den EinErdung des Meßwertgebers erzeugten Fehlerspan- gangswiderstand der Schaltungsanordnung durch Vernungen werden sehr klein gehalten. Letzteres gilt 25 größerung der Emitterwiderstände stark erhöhen, auch in bezug auf die Abweichungen von der Null- z. B. auf 100 kΩ, was einem Emitterwiderstand von einstellung, die durch ungleiche Änderungen mit der 1 kΩ und einem entsprechend herabgesetzten VerTemperatur der Kollektor- und/oder Basisleckströme Stärkungsfaktor von etwa 5 entspricht. Diese Ungeder verwendeten Transistoren herbeigeführt werden. nauigkeit wird jedoch dadurch gesteigert, daß wäh-Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer 30 rend des Abtastimpulses ein Basisleckstrom I_c01 des Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur das Transistors 1 den Eigenwiderstand des Aufnehmers 4 Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Schaltungs- durchfließt und über diesem einen Spannungsanordnung nach der Erfindung darstellt. abfall V₁ = /?₄ · /_C01 erzeugt. Bei 25⁰C ist dieser Das dargestellte Ausführungsbeispiel enthält eine Leckstrom etwa gleich ΙμΑ. Er ist jedoch stark Gegentaktstufe mit zwei Transistoren 1 und 2, die 35 temperaturabhängig und erreicht etwa 8 μΑ bei durch einen gemeinsamen Emitterwiderstand 3 mit- 5O⁰C, was einem Spannungsabfall V₁ = 4,8 mV enteinander gekoppelt sind. Zwischen den Basiselek- spricht. Bei einer gewünschten Empfindlichkeit von troden dieser Transistoren liegt ein Meßwertgeber 4, der Größenordnung von 10 mV für den Vollausschlag ζ. B. eine Dehnungsstreifenbrücke, und der symme- ist dies viel zuviel. Außerdem wird dadurch auch die trische Ausgangskreis dieser Transistoren besteht 40 Gegentakteinstellung der Schaltungsanordnung stark aus zwei Widerständen 8 bzw. 9, die zwischen je eine temperaturabhängig.value transmitter is preferably between the base electrodes of the corresponding circuit, depending on which of the two push-pull transistors of the desired gain, not very high with respect to the input stage. As a result, this intrinsic resistance is first applied, so that the voltage reaches the voltage drop caused by a drop in the intrinsic resistance, a noticeable part of the asymmetry in the voltage drop caused by the voltage drop that flows during each scanning pulse. For transistors of the type OC45 is z. B. with respect to the collector base current amplification factor <x ' measurement voltage supplied by the transducer remains negligibly small. on average equal to 50. In addition, the in the emitter circuit of each Tran gain of about 25 is the emitter resistance sistor of the push-pull stage switched on resistance io (half the resistance 5) of each transistor a fifth can be chosen relatively low, so that twentieth of each collector resistance 8 or 9. The input impedance of the push-pull stage is not very good Assuming that every collector resistance is high in relation to the self-resistance of the measuring 5 kΩ, the coupling resistance 3400Ω and the value transmitter, but probably also 40 Ω with regard to the impedance potentiometer 5. The input counter of the parallel connection of the transmitter and the 15 stand of the circuit arrangement has a 2 "'- 200 Ω capacitor. A reduction in the emitter resistance = 20 kΩ is not much greater than the inherent resistance of each transistor, of course, for the consumer, and the aforementioned voltage drop, an increase in the amplification of the measurement voltage across this resistor, is about 3% of the voltage through the push-pull stage. The fact that in the unloaded state. Since this voltage drop, the input impedance of a transistor push-pull stage 20 is relatively low with the temperature, the length of the connection, is thus changed by the line and the transistors used, bridging the transducer is completely harmless, the associated inaccuracy is very questionable, and the one-sided or asymmetrical borrowed. In order to limit it, the fault voltage resistance of the circuit arrangement generated by grounding of the transducer would have to be kept very small. The latter applies to greatly increase the emitter resistances, also with regard to the deviations from zero z. B. to 100 kΩ, which corresponds to an emitter resistance of setting, which corresponds to a gain factor of about 5 due to unequal changes with the 1 kΩ and a correspondingly reduced temperature of the collector and / or base leakage currents. These unused transistors are brought about. Accuracy is increased by the fact that the invention is explained in more detail below on the basis of a 30 rend of the sampling pulse, a base leakage current I _{c01 of} the drawing, the only figure of which is the transistor 1, the inherent resistance of the transducer 4 circuit diagram of an embodiment of the circuit flows through and above this represents a voltage arrangement according to the invention. drop V ₁ = /? ₄ · / _C01 generated. At 25 ⁰ C this is The illustrated embodiment contains a leakage current approximately equal to ΙμΑ. However, it is a strong push-pull stage with two transistors 1 and 2, which are temperature-dependent and reach about 8 μΑ at -5O ⁰ C through a common emitter resistor 3, which is a voltage drop V ₁ = 4.8 mV are coupled to each other. Between the base telephones. At a desired sensitivity of troden these transistors is a transducer 4, the order of magnitude of 10 mV for the full scale ζ. B. a stretch mark bridge, and the symme- this is way too much. In addition, the tric output circuit of these transistors is also made up of two resistors 8 and 9, each of which is temperature-dependent.

Kollektorelektrode und eine Erdklemme 7 geschaltet Gemäß der Erfindung ist der Meßwertgeber 4 sind. Die Emitterelektroden dieser Transistoren sind durch einen Kondensator 10 überbrückt, so daß mit den Enden eines Potentiometers 5 verbunden, seine effektive Eigenimpedanz in bezug auf die dessen Abgriff mit einem Ende des gemeinsamen 45 Abtastimpulse erheblich verringert wird. Beispiels-Widerstandes 3 verbunden ist. Das andere Ende weise wird diese Impedanz durch einen Kondendieses Widerstandes liegt an einer Speiseklemme 6, sator 10 von 1,5 y.F auf weniger als 60 Ω herabgesetzt, der positive Abtastimpulse zugeführt werden. Infolge dieser Maßnahme wird der durch eine Die Schaltungsanordnung bildet einen Teil einer Asymmetrie des Basisstromes in bezug auf den Vorrichtung, die eine Vielzahl identischer Schal- 50 Meßwertgeber herbeigeführte Spannungsabfall vertungsanordnungen enthält, deren Emitter-Kollektor- nachlässigbar klein in bezug auf die durch diesen oder Hauptstromkreise periodisch nacheinander durch Aufnehmer gelieferte Spannung. Der im Emitterkreis die Abtastimpulse leitend gemacht werden. Die Vor- jedes Transistors eingeschaltete Widerstand kann richtung enthält z. B. hundert Schaltungsanordnungen, nunmehr unbedenklich verhältnismäßig klein gewählt wodurch periodisch dreihundertmal pro Sekunde die 55 werden, z. B. gleich 200 Ω, so daß die Verstärkung von hundert entsprechenden Dehnungsstreifenbrücken der Schaltungsanordnung viel größer wird (etwa 25) erzeugten Spannungen abgetastet werden. Unter und die Eingangsimpedanz Ri (etwa 20 kΩ) dennoch diesen Verhältnissen dauert jeder Abtastimpuls hoch- in bezug auf die effektive Eigenimpedanz des Meß-Collector electrode and a ground terminal 7 connected. According to the invention, the transducer 4 is. The emitter electrodes of these transistors are bridged by a capacitor 10, so that, connected to the ends of a potentiometer 5, its effective self-impedance with respect to that of its tapping with one end of the common 45 sampling pulses is considerably reduced. Example resistor 3 is connected. At the other end, this impedance is reduced from 1.5 yF to less than 60 Ω by a condenser of this resistor connected to a supply terminal 6, sator 10, to which positive sampling pulses are fed. As a result of this measure, the voltage drop caused by a circuit arrangement forms part of an asymmetry of the base current with respect to the device, which contains a large number of identical switching arrangements, the emitter-collector of which is negligibly small in relation to the through this or main circuits voltage supplied periodically one after the other by the transducer. The sampling pulses are made conductive in the emitter circuit. The resistor switched on in front of each transistor can contain z. B. a hundred circuit arrangements, now relatively small, which is now safely chosen three hundred times per second, the 55, z. B. equal to 200 Ω, so that the gain of a hundred corresponding stretch mark bridges of the circuit arrangement is much larger (about 25) generated voltages are sampled. Under and the input impedance Ri (approx. 20 kΩ) nevertheless these conditions, each sampling pulse lasts high - in relation to the effective intrinsic impedance of the measuring

stens i-100 = _Tni^ Sekunde. In der Praxis _fi ^we*?^e,^bers/^ehr hoch bleibt.at least i-100 = _Tn i ^ second. In practice _fi ^we *? ^e , ^bers / ^Ehr remains high.

300 30000 60 Wahrend eines Abtastimpulses entladt sich der300 30000 60 During a sampling pulse the discharges

werden die Abtastimpulse etwas kürzer gewählt, Kondensator 10 in sehr geringem Maße über denthe sampling pulses are chosen to be somewhat shorter, the capacitor 10 to a very small extent over the

z. B. JgL· Sekunden, um ein Überlappen der Im- Eingangswiderstand der Gegentaktstufe^ weil diez. B. JgL · seconds to overlap the Im- input resistance of the push-pull stage ^ because the

30000 ^ Zeitkonstante Rt · C₁₀ in bezug auf die Dauer dieses30000 ^ time constant Rt · C ₁₀ with respect to the duration of this

pulse mit Gewißheit zu vermeiden. Die Impulsdauer Impulses sehr groß ist. Während des 124mal längerenpulse to avoid with certainty. The pulse duration is very large. During the 124 times longer

ist somit nur ein Hundertvierundzwanzigstel der 65 Impulsintervalls wird dieser Kondensator jedoch aufis thus only one hundred and twenty-fourth of the 65 pulse interval, this capacitor is however on

Dauer eines Impulsintervalls. eine Spannung geladen, die praktisch gleich derDuration of a pulse interval. charged a voltage practically equal to that

Der Eigenwiderstand jeder Dehnungsstreifenbrücke durch den unbelasteten Meßwertgeber 4 geliefertenThe inherent resistance of each stretch mark bridge is supplied by the unloaded transducer 4

beträgt z.B. 600Ω, und der Basiseingangswiderstand Spannung ist.is 600Ω, for example, and the base input resistance is voltage.

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for pulse-controlled periodic sampling and amplification of through a transducer supplied measurement voltage, in which each sampling pulse by at least two Is orders of magnitude shorter than the interval between two consecutive pulses for scanning the same transducer, characterized in that the output of the transducer is bridged by a capacitor that is used during the interval between two successive pulses for scanning this pickup on the by the Measurement voltage supplied to the customer is charged and used for sampling during each pulse of the consumer as an input voltage source with relatively low intrinsic impedance for the Amplifier is effective.

2. Circuit arrangement according to claim 1, wherein the amplifier has an input stage with two switched in push-pull and coupled to one another by means of a common emitter resistor Contains transistors, the main circuits of which are periodically conductive by scanning pulses are made, characterized in that the transducer bridged by the capacitor is connected between the base electrodes of these transistors.

3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the different, each in the emitter circuit of one of the transistors of the push-pull stage switched on resistors proportionally be chosen low, so that the input impedance of the push-pull stage is not very high in relation to the self-impedance of the transducer, but high in relation to the Impedance of the parallel connection of the transmitter and the capacitor, and the gain the measuring voltage is relatively large due to the push-pull stage.

4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the transducer unilaterally with a point on the common part of the main circuits of the two transistors the push-pull stage is connected.

1 sheet of drawings