DE1238507B - Transistor-Gleichstrom-Wechselstromwandler, der mit einem wellenfoermigen Schaltstrom gesteuert wird und in Verbindung mit einem Wechselstromverstaerker zur Feststellung und Messung kleiner Gleichstroeme dient - Google Patents

Transistor-Gleichstrom-Wechselstromwandler, der mit einem wellenfoermigen Schaltstrom gesteuert wird und in Verbindung mit einem Wechselstromverstaerker zur Feststellung und Messung kleiner Gleichstroeme dient

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DE1238507B DES85335A DES0085335A DE1238507B DE 1238507 B DE1238507 B DE 1238507B DE S85335 A DES85335 A DE S85335A DE S0085335 A DES0085335 A DE S0085335A DE 1238507 B DE1238507 B DE 1238507B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. CL:
H03f
Deutsche KL: 21a2-18/02
Nummer: 1238 507
Aktenzeichen: S 85335 VIII a/21 a2
Anmeldetag: 22. Mai 1963
Auslegetag: 13. April 1967
Die Erfindung betrifft einen Transistor-Gleichstrom-Wechselstromwandler, der mit einem ■wellenförmigen Schaltstrom gesteuert wird und in Verbindung mit einem Wechselstromverstärker zur Feststellung und Messung kleiner Gleichströme dient.
Beispielsweise zum Aufzeichnen der elektrolytischen Gleichspannungen von Salzlösungen und bei biologischen Versuchen tritt häufig das Problem auf, sehr kleine Gleichströme festzustellen und zu messen, die z.B. in Salzlösungen auf Grund elektrachemischer Reduktionen oder auch bei biologischen Versuchen entstehen. Ein bereits bekannter Weg zur Feststellung und Messung solcher kleinsten Ströme besteht darin, den erzeugten Gleichstrom in einen entsprechenden Wechselstrom umzuformen, der mittels eines Wechselstromverstärkers auf das gewünschte Maß verstärkt werden kann, woraufhin der so erhaltene Wechselstrom wieder gleichgerichtet wird, so daß ein dem zu untersuchenden Strom entsprechender verstärkter Gleichstrom entsteht.
Bei einem Gleichstrom-Wechselstrom-Umfonner in Verbindung mit Wechselstromverstärkern erfolgt die Umformung durch einen Schaltvorgang mit Hilfe eines Transistors, dem zwischen der Basis und dem Kollektor ein Schaltstrom in im allgemeinen etwa rechteck-wellenförmiger Spannungsform zugeführt wird, wodurch der Widerstand des Emitter-Kollektor-Weges bei den aufeinanderfolgenden Halbwellen des Schaltstromes zwischen einem niedrigen und einem sehr hohen Wert wechselt. Der zu verstärkende Gleichstrom wird den Verstärkeranschlüssen einer Reihenimpedanz zugeführt, die gegenüber dem vom Transistor während der einen Halbwelle des Schaltstromes gelieferten niedrigen Widerstand hoch sein soll, wobei eine Wechselstrom-Wellenform erzeugt wird, die in ihrer Amplitude entsprechend der Größe des eingespeisten Gleichstromes wechselt.
Die mit einem solchen Umformer (Zerhacker) mögliche Verstärkung ist jedoch durch die auf die wellenförmigen Schaltungen hin entstehenden Rest-Spannungen (residues) begrenzt, die in den Wechselstromverstärker gemeinsam mit den eigentlichen Zeichen eingespeist werden. Diese Restspannungen sind auf zwei Hauptursachen zurückzuführen, nämlich die Änderung der Emitterspannungen in Mitschwingung mit der Wellenform des Schaltstromes, die zu einer rechteckigen Welle mit einer Amplitude von etwa 1 mV führt, und außerdem auf einen überlagerten Schaltstoß, der zu Beginn und am Ende jeder Halbwelle des Schaltstromes aus der Ladungs- go trägerspeicherung und aus der Zwischenelektrodenkapazität des Transistors entsteht. Da solche Rest-Transistor-Gleichstrom-Wechselstromwandler,
der mit einem wellenförmigen Schaltstrom
gesteuert wird und in Verbindung mit einem
Wechselstromverstärker zur Feststellung und
Messung kleiner Gleichströme dient
Anmelder:
Southern Instruments Limited, Camberley, Surrey (Großbritannien)
Vertreter:
Dipl.-Ing. H. Strohschänk, Patentanwalt,
München-Pasing, Bodenseestr. 7
Als Erfinder benannt:
Herbert MacDonald Davis, Barnehurst, Kent
(Großbritannien)
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4. Juni 1962 (21535),
vom 2. Mai 1963
Spannungen wesentlich größer als die eigentlichen zu ermittelnden und zu messenden Zeichen sein können, begrenzen sie das Maß der möglichen Verstärkung mit einem Verstärker gegebener Überlastungsfähigkeit erheblich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Transistor-Gleichstrom-Wechselstromwandler in Verbindung mit einem Wechselstromverstärker zu schaffen, der die genannten Mängel vermeidet und damit besonders vorteilhaft zum Messen kleiner Gleichströme geeignet ist.
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die voneinander unabhängigen Gleichstromeingangssignale über je eine Primärwicklung eines Übertragers den elektronischen Schaltmitteln bzw. den Transistoren zugeführt werden und daß die Primärwicklungen derart angeordnet bzw. gepolt sind, daß erne Kompensation der durch den Schaltvorgang bewirkten Restströme erzielt wird und daß ein von der Differenz der Eingangssignale abhängiges Ausgangssignal erzeugt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Ausgänge der elektronischen Schaltmittel mittels eines Gegentakttransformators vereinigt, dessen Sekundärwicklung an den Wechsel-Stromverstärker angeschlossen ist.
709 549/285
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist durch zwei Paare elektronischer Schaltmittel und einem Gegentakttransformator mit zwei gleichartigen, jeweils in der Mitte angezapften Primärwicklungen gekennzeichnet.
Andere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen schließlich weitere konstruktive Einzelheiten des erfindungsgemäßen Wandlers.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigt
Fig. 1 das Schaltschema eines bisher üblichen Transistorwandlers,
Fi g. 2, 3 und 4 die Schaltschemen von drei unterschiedlichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Transistorwandlers.
Der in F i g. 1 dargestellte bekannte Transistorwandler ist mit einer Eingangsklemme 1 versehen, an die der festzustellende und zu messende Gleichstrom angeschlossen wird und von der dieser über einen Widerstand 2 dem Emitter 3 eines Transistors T und außerdem der Eingangsklemme 4 eines Wechselstromverstärkers 5 zugeführt wird. Der Kollektor 6 des Transistors T ist über die Erdklemme 7 des Wechselstromverstärkers 5 geerdet.
Von einer nicht dargestellten Stromquelle her wird dem Transistor T zwischen der Basis 8 und dem Kollektor 6 ein in Fig. 1 mit einer Rechteck-Wellenform veranschaulichter Schaltstrom zugeführt, wodurch der Widerstand des Emitter-Kollektor-Weges des Transistors T während der aufeinanderfolgenden Halbwellen des eingespeisten Schaltstromes zwischen einem niedrigen und einem sehr hohen Wert wechselt. Da der zu verstärkende Gleichstrom der Eingangsklemme 4 des Wechselstromverstärkers 5 über den als Serienwiderstand ausgebildeten Widerstand 2 zugeführt wird, der gegenüber dem am Transistor T während jeder einen Halbwelle auftretenden kleinen Widerstand hoch ist, wird ein Wechselstrom erzeugt, dessen Amplitude entsprechend der Größe des eingespeisten Gleichstromes wechselt.
Bei der in den Fig. 2 bis 4 in drei Ausführungsformen dargestellten erfindungsgemäßen Ausbildung des Transistorwandlers werden die Restspannungen des wellenförmigen Schaltstromes durch einen Gegentakttransformator TRl gelöscht, der zwei gleiche Primärwicklungen P und eine Sekundärwicklung S aufweist.
Bei der in Fig. 2 dargestellten einfachen Ausführung ist jede Primärwicklung P, in die einerseits der festzustellende und zu messende Gleichstrom eingespeist wird, anderseits über den Emitter-Kollektor-Weg eines Transistors Tl bzw. Γ2 mit der Erdklemme 7 des Wechselstromverstärkers verbunden, wobei die Basis 8 beider Transistoren Tl, Tl mittels eines rechteckig wellenförmigen Schaltstromes abwechselnd positiv und negativ gesteuert wird. Die Transistoren Tl, Tl sind parallel geschaltet, so daß ihre Emitter-Kollektor-Wege stets gleichzeitig »auf« und »zu« gesteuert werden.
Die Primärwicklungen P des Gegentakttransformators TR1 sind gegenläufig gewickelt, so daß darin strömende gleiche Ströme im Transformatorkern keine resultierende magnetische Erregung und somit in der Sekundärwicklung 5 und im anschließenden Sekundärkreis auch kein Zeichen induzieren können. Wenn dann die anderseits der Primärwicklungen P angeschlossenen Speisestromkreise Z gleich große Scheinwiderstände (Impedanzen) aufweisen, dann sind alle Voraussetzungen für ein so vollständiges Löschen der Schaltrestspannungen erfüllt, wie die Transistoren Tl und Tl gleiche Charakteristiken aufweisen. In der Sekundärwicklung S wird lediglich ein von der Differenz der beiden Gleichstrom-Eingänge abhängiges Ausgangssignal erzeugt.
Sofern die Transistoren Tl, Tl voneinander abweichende Charakteristiken aufweisen, können die Abweichungen, sofern sie nicht zu groß sind, dadurch ausgeglichen werden, daß den Basen der beiden Transistoren Tl, Tl entsprechend unterschiedliche Schaltströme zugeführt werden. Trotzdem verbleibt bei der einfachen Anordnung nach F i g. 2 der Mangel, daß im Wechselstromtransformator 5 wegen der am Ende jeder Halbwelle, bei der die Emitter-Kollektor-Wege Strom führen, erfolgenden Stromunterbrechung ein wiederholter (ringing) Einschwingvorgang überlagert wird.
Der Einschwingeffekt kann durch eine verfeinerte, in Fig.3 dargestellte Schaltung des Wandlers im wesentlichen beseitigt werden, bei der die beiden Primärwicklungen P des Gegentakttransformators TRl in der Mitte angezapft und dort an die Eingangsklemmen für den Anschluß des festzustellenden und zu messenden Gleichstromes angeschlossen sind. Jeweils beide Enden der beiden Primärwicklungen P sind dabei unabhängig voneinander über Transistoren Γ3, Γ 4 und Γ 5, Γ 6 in der bereits beschriebenen Weise geerdet. Der wellenförmige Schaltstrom wird jedem Transistor zwischen der Basis 8 und dem Kollektor 6 mittels eines Transformators TRl zugeführt, wodurch die Schaltrestspannungen bei beiden Halbwellen gelöscht werden und somit auch der Einschwingeffekt im Gegentakttransformator TR1 stark gedämpft wird. Die einzige noch verbleibende Fehlerquelle beruht auf der Spannungsdifferenz auf dem Emitter-Kollektor-Weg, die das Einfließen eines kleinen Stromes in den Gleichstrom-Eingangsstromkreis zur Folge hat. Dieser Fehler kann jedoch durch bekannte Maßnahmen, d. h. durch Rückführen der Kollektoren 6 der Transistoren zu einer kleinen positiven Spannung gegenüber der Erde (in der Größenordnung von 1 mV) behoben werden.
Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung gleicht der in Verbindung mit F i g. 3 beschriebenen insofern, als die Transistoren Γ 3 und T 5 leiten, während die Transistoren Γ4 und T 6 nicht leiten, und umgekehrt. Gemäß F i g. 4 werden jedoch zwei wellenförmige Schaltströme gleicher Amplitude und einem von 1 abweichenden Impulstastverhältnis (Zeichen: Pause) verwendet, die in der dargestellten Weise zueinander in Phase stehen und den Transistoren in der durch Pfeile dargestellten Weise über zwei Paare Anschlußklemmen 9 und 10 zugeführt werden. Infolgedessen sind alle vier Transistoren während jeder vollständigen Schwingungsperiode des wellenförmigen Schaltstromes über eine kurze Zeitdauer gemeinsam leitend, was eine verstärkte Dämpfung der zu Beginn und am Ende jedes leitenden Intervalls entstehenden Schwingungsvorgänge und damit eine weitere Verminderung der unerwünschten Restspannungen der Schaltsteuerung der Transistoren bedeutet.
In den Schaltungen gemäß den Fig.2, 3 und 4 kann jeder Eingangsklemme ein Gleichstromzeichen oder eines von zwei verschiedenen Gleichstromzeichen zugeführt werden, wobei die in der Sekundärwicklung S des Gegentakttransformators TR1 erzeugte resultierende Wellenform im letzteren Fall der

Claims (5)

Differenz der beiden eingespeisten Gleichströme proportional ist. Damit ist die erfindungsgemäße Schaltung insbesondere bei einer Anwendung zur Ermittlung der Differential-Spannungskurven von Lösungen vorteilhaft, weil sie das Messen der Differenzströme zweier Stromkreise aus Meßzellen bei einem Niveau von 10"10A in Gegenwart überlagerter (standing) Ströme einer vielfach größeren Stärke erlaubt. Die Erfindung ist nicht an alle Einzelheiten der beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele gebunden. Es sind vielmehr zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen dieser Beispiele möglich, ohne daß dadurch der in den nachstehenden Ansprüchen niedergelegte Schutzbereich der Erfindung verlassen wird. Patentansprüche:
1. Transistor-Gleichstrom -Wechselstromwandler, der mit einem wellenförmigen Schaltstrom gesteuert wird und in Verbindung mit einem Wechselstromverstärker zur Feststellung und Messung kleiner Gleichströme dient, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander unabhängigen Gleichstromeingangssignale über je eine Primärwicklung eines Übertragers den elektronischen Schaltmitteln bzw. den Transistoren (ΓΙ, Γ2) zugeführt werden und daß die Primärwicklungen derart angeordnet bzw. gepolt sind, daß eine Kompensation der durch den Schaltvorgang bewirkten Restströme erzielt wird und daß ein von der Differenz der Eingangssignale abhängiges Ausgangssignal erzeugt wird.
2. Wandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge (3) der elektronischen Schaltmittel (Transistoren Tl, Tl bzw. Γ3, Γ 4 und T 5, Γ 6) mittels eines Transformators (Gegentakttransformator TRl) vereinigt sind, dessen Sekundärwicklung (S) an den Wechselstromverstärker (5) angeschlossen ist.
3. Wandler nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Paare elektronischer Schaltmittel (Transistoren T 3, Γ 4 und Γ 5, Γ 6) und einen Transformator (Gegentakttransformator TRl) mit zwei gleichartigen, jeweils in der Mitte angezapften Primärwicklungen (P).
4. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den beiden Paaren elektronischer Schaltmittel (Transistoren Γ1, Γ2 bzw. T3, Γ4 und TS, T6) zugeführten schaltenden Spannungsformen identisch sind und jeder Einschaltung des einen Paares eine gleichzeitige Ausschaltung des anderen Paares zugeordnet ist, und umgekehrt.
5. Wandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden Paaren elektronischer Schaltmittel (Transistoren Ti, Tl bzw. Γ3, Γ4 und T5, T6) durch die zugeführten wellenförmigen Schaltströme jeweils das eine Paar eingeschaltet wird, bevor das andere abgeschaltet wird.
In Betracht gezogene Druckschriften:
»Zmsr«, H. 5, 1961, S. 209 bis 212.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
709 549/285 4.67 © Bundesdruckerei Berlin
DES85335A 1962-06-04 1963-05-22 Transistor-Gleichstrom-Wechselstromwandler, der mit einem wellenfoermigen Schaltstrom gesteuert wird und in Verbindung mit einem Wechselstromverstaerker zur Feststellung und Messung kleiner Gleichstroeme dient Pending DE1238507B (de)

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