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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Gleichspannungsverstärker
mit Kapazitätsdioden nach dem Modulationsprinzip zur Verwendung als Meß-, Regel
oder Rechenverstärker mit hochohmigem Eingang.
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Es sind Gleichspannungsverstärker mit hochohmigem Eingang bekannt,
die unter Verwendung von Kapazitätsdioden nach dem Modulationsprinzip arbeiten.
Die Eingangsschaltung derartiger bekannter Gleichspannungsverstärker enthält eine
Wechselstrombrücke mit Kapazitätsdioden in mindestens zwei Brückenzweigen. Die Brückenschaltung
wird von einem Oszillator mit Wechselspannung gespeist. Durch eine an die andere
Brückendiagonale angelegte Gleichspannung werden die Kapazitäten .der in den Brückenzweigen
angeordneten Kapazitätsdioden gegensinnig verändert und somit die Wechselstrombrücke
verstimmt. Die dabei auftretende Brückendiagonalspannung wird von einemWechselspannungsverstärker
verstärkt und anschließend phasenempfindlich gleichgerichtet.
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Solche Gleichspannungsverstärker mit Kapazitätsdioden enthalten in
der Regel einen LC-Oszillator zur Speisung .der Brückenschaltung und zur Steuerung
des phasenempfindlichen Gleichrichters. Der LC-Oszillator enthält dabei einen oder
mehrere Transformatoren, die zusätzlich mit Auskoppelwicklungen zur Versorgung der
Brückenschaltung und des gesteuerten Gleichrichters mit sinusförmigen Wechselspannungen
versehen sind.
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Nachteilig ist dabei, daß Streukapazitäten der Auskoppelwicklungen
sowie das magnetische Streufeld des Transformators einen sorgfältigen, geschirmten
Schaltungsaufbau, gegebenenfalls unter Verwendung von Ringkernübertragern, erfordern.
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Die Streukapazitäten der Auskoppelwicklung für die Brückenspeisung
bilden parasitäre Brückenkapazitäten, die den Brückenabgleich verfälschen. Dabei
erfordern insbesondere die Wickelteile der Transformatoren einen hohen wirtschaftlichen
Aufwand, der einer rationellen Fertigung entgegensteht.
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Während die Brückenspeisespannung möglichst sinusförmig bzw. von geringem
Oberwellengehalt sein soll, ist die synchrone Steuerung des phasenempfindlichen
Gleichrichters mit Sinusspannung nachteilig gegenüber einer Steuerung mittels Rechteck-Schaltspannung.
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Zweck der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und einen
wesentlich günstigeren Aufbau des Verstärkers, insbesondere des Oszillators, zu
erreichen.
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Es ist deshalb die Aufgabe gestellt, einen Gleichspannungsverstärker
mit Kapazitätsdioden nach dem Modulationsprinzip zu schaffen, bei dem die Brükkenschaltung
mit möglichst sinusförmiger und der phasenempfindliche Gleichrichter mit möglichst
rechteckförmiger Wechelspannung versorgt werden und der keine Wickelteile enthält.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Generator
ein an sich bekannter, astabiler Multivibrator verwendet wird und in jeder Emitterleitung
des Multivibrators ein Widerstand angeordnet und beide Emitterwiderstände mit dem
Bezugspotential der Brückenschaltung verbunden sind und daß an beiden Emitterwiderständen
eine symmetrische Wechselspannung abgegriffen und über RC-Glieder der Brückenschaltung
zur Speisung zugeführt und an einem Emitterwiderstand eine asymmetrische Wechselspannung
abgegriffen und über ein weiteres RC-Glied dem phasenempfindlichen Gleichrichter
zur Steuerung zugeführt wird. Im Bedarfsfalle lassen sich die Kapazitätsdioden lichtelektrisch
steuern, wenn entsprechende Dioden eingesetzt werden.
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An einem Ausführungsbeispiel sei der Erfindungsgegenstand näher erläutert.
Die Skizze zeigt die Schaltungsanordnung.
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Als Oszillator dient eine an sich bekannte, für den vorliegenden Fall
jedoch modifizierte Schaltung eines astabilen Multivibrators 7. In die Emitterzuleitungen
des Multivibrators 7 sind Widerstände 8 und 9 eingefügt, an denen Wechselspannungen
zur Versorgung der Brückenschaltung und eines gesteuerten Gleichrichters 17 abgegriffen
werden. Die Bezugspotentiale von Multivibrator 7 und Brückenausgangsspannung sind
miteinander verbunden. über beide Emitterwiderstände'8 und 9 des Multivibrators
7 wird eine symmetrische Wechselspannung abgegriffen und der Brückenschaltung nach
Abtrennen des Gleichspannungsanteiles mittels Trennkondensatoren 11 und 13 über
Brückenvorwiderstände 10 und 12 zugeführt. An einem der Emitterwiderstände wird
eine asymmetrische Wechselspannung abgegriffen und nach Abtrennen des Gleichspannungsanteiles
mittels Trennkondensator 19 über einen Vorwiderstand 18 dem gesteuerten Gleichrichter
17 zugeführt. Die Versorgungsquelle einer Brückenschaltung wird üblicherweise von
den übrigen Brückenzweigen galvanisch getrennt aufgebaut, damit die Quelle den Brückenabgleichpunkt
nicht beeinfiußt.
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Bei Wechselstrombrückenschaltungen mit Versorgung über eine transformatorische
Auskoppelwicklung des Generators ist die Trennung der Quelle von der Brückenschaltung
infolge unvermeidlicher Streukapazitäten der Quelle, insbesondere bei höheren Arbeitsfrequenzen,
nur unvollkommen.
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Bei der vorliegenden Lösung ist die elektrische Mitte der Brückenquelle
mit dem Bezugspotential der Brückenausgangsspannung verbunden, .die Versorgung der
Brücke erfolgt über symmetrische Vorwiderstände 10 und 12, die des phasenempfindlichen
Gleichrichters 17 über den Vorwiderstand 18.
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Durch eine wesentlich größere Dimensionierung der Brückenvorwiderstände
10 und 12 gegenüber den Brückenwiderständen 4 und 5 sowie durch Verwendung eines
Generators mit gegenüber den Brükkenvorwiderständen 10 und 12 geringem Quellwiderstand
kann die Beeinflussung des Brückenabgleichpunktes infolge Unsymmetrie der Brückenquelle
gering gehalten werden.
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Niederohmige Quellwiderstände in Transistorschaltungen erhält man
bekannterweise durch Auskoppeln an Emitterwiderständen.
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Der vorliegende Multivibrator ist durch das Auskoppeln der Ausgangsspannung
an den Emitterwiderständen 8 und 9 sowie durch Verwendung der Basiswiderstände 23
und 24 als Gegenkopplungswiderstände gekennzeichnet, wogegen bei astabilen Multivibratoren
üblicherweise am Kollektor ausgekoppelt und die Basiswiderstände mit dem Pluspol
der Betriebsspannung verbunden sind.
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Die Gegenkopplung mittels Emitterwiderständen 8 und 9 und Basiswiderständen
23 und 24 stabilisiert den Multivibrator 7 und ergibt niedrige Quellwiderstände,
so daß ,die einseitige Belastung der Brückenquelle durch die asymmetrische Steuerung
des phasenempfindlichen
Gleichrichters 17 die Symmetrie der Brückenquelle
nur unwesentlich verschiebt.
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Während der reckteckförmigeVerlauf der Multivibrator-Ausgangsspannung
eine günstige Steuerung des phasenempfindlichen Gleichrichters 17 ergibt, bedarf
die Brückenschaltung einer möglichst sinusförmigen Versorgungsspannung.
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Ein solcher nahezu sinusförmiger Verlauf wird durch Tiefpaßglieder
erreicht, die aus den Brückenvorwiderständen 10 und 12 und den Kapazitätsdioden
2 und 3 gebildet werden und die die Oberwellen des Multivibrators 7 an der Brückenspeisediagonalen
kurzschließen.
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In der Gesamtwirkungsweise arbeitet die Schaltung folgendermaßen:
Die zu verstärkende Eingangsgleichspannung Ue gelangt über einen Widerstand 1 an
eine Brückenschaltung, bestehend aus den Kapazitätsdioden 2 und 3, den Brückenwiderständen
4 und 5 sowie dem Nulleinstellwiderstand 6. Ein astabiler Multivibrator 7 enthält
Emitterwiderstände 8, 9, an denen eine symmetrische Wechselspannung abgegriffen
und über Brückenvorwiderstände 10, 12 sowie über Trennkondensatoren 11, 13 der Brückenschaltung
zugeführt wird. Dabei ist der astabile Multivibrator 7 unter Verwendung einer an
sich bekannten, für den vorliegenden Fall jedoch modifizierten Schaltung aufgebaut.
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Die Eingangsgleichspannung verändert die Nullpunktkapazitäten der
Dioden 2 und 3 gegensinnig, wodurch die Brückenschaltung verstimmt wird. Am Brückendiagonalzweig
tritt eine Wechselspannung mit einer von der Richtung der Eingangsgleichspannung
abhängigen Phase o oder 180° gegenüber der Phase der Steuerspannung auf. Die Diagonal-Wechselspannung
wird über einen Trennkondensator 14
einem Wechselspannungsverstärker 15 zugeführt
und nach erfolgter Verstärkung von einem gesteuerten Gleichrichter 17 phasenempfindlich
gleichgerichtet. Die Steuerung des phasenempfindlichen Gleichrichters 17 erfolgt
über einen Vorwiderstand 18 und einen Trennkondensator 19 mit einer am Emitterwiderstand
9 des Multivibrators 7 abfallenden asymmetrischen Wechselspannung. Die phasenempfindlich
gleichgerichtete Ausgangsspannung wird von einem RC-Glied 20, 21 geglättet.
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Eingangs- und Ausgangsgleichspannung sind je nach Stufenzahl des Wechselspannungsverstärkers
in Phase oder gegenphasig, die gewünschte Phasen-Beziehung erhält man durch Abgriff
der Steuerspannung für den phasenempfindlichen Gleichrichter entweder vom Emitterwiderstand
9 oder vom Emitterwiderstand 8 des Multivibrators. Je nach gewählter Phasenbeziehung
ergibt der Rückkopplungswiderstand 22 entweder eine Gegenkopplung, die den Gleichspannungsverstärker
stabilisiert, oder eine Mitkopplung, die dem Gleichspannungsverstärker Kippverhalten
verleiht.
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Für einen speziellen Anwendungsfall, bei dem die Eingangsgleichspannung
Ue auf fotoelektrischem Wege erzeugt wird, ist es vorteilhaft, auf eine Eingangsgleichspannung
gänzlich zu verzichten bzw. eine konstante Grundspannung anzulegen und als Kapazitätsdioden
solche mit Lichtempfindlichkeit zu verwenden und diese direkt mit der Lichteinwirkung
zu steuern.