DE1816202A1

DE1816202A1 - Elektrische Messschaltung

Info

Publication number: DE1816202A1
Application number: DE19681816202
Authority: DE
Inventors: Amdur Nicholas John; Edward Sarkisian
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1967-12-28
Filing date: 1968-12-20
Publication date: 1970-02-26
Also published as: FR1597269A; GB1251379A; US3541462A

Description

RCA 58 689 6675-68

US Serial number 694 169 Sch/eak

Piled Dec.28, 1967
Anmelder: Radio Corporation
of America

BItEKTRISCHE MEßSCHAlTUNG

Die Erfindung betrifft eine elektrische Meßschaltung mit einem Operationsverstärker, dessen Eingang die elektrische Meßgröße über einen Eingangswiderstand zugeführt wird und dessen Ausgangsspannung über einen Widerstand auf seinen Eingang zurückgeführt wird.

Derartige Schaltungen, die sich insbesondere für die Messung kleiner Ströme und Spannungen eignen, sind bekannt. Unter Operationsverstärker ist ein Gleichspannungsverstärker hohen Verstärkungsfaktors mit hoher Eingangsimpedanz und niedriger Ausgangsimpedanz zu verstehen, dessen Ausgangsund Eingangskiemmen über eine Rückführungsimpedanz verbunden sind. Flir Strom und Spannungsmessungen ist diese Rückführungsimpedanz üblicherweise ein Widerstand, dem zur Vermeidung unerwünschter Schwiigmgen eine Kapazität zugeschaltet ist. Durch eine Einstellung des Widerstandsverhältnisses eines Eingangswiderstandes, der normalerweise zwischen die Meßstrom- oder MeSspannungsqiielle und die Eingangsklemme des Operationsverstärkers geschaltet ist, und das Rückführungswiderstandes lässt sich erreichen, daß am Ausgang des Operationsverstärkers eine Spannung entstellt, welche mit dem Eingangsstrom oder der Eingangsspannung über ainen !faktor verknüpft ist, der vom Verhältnis des Eingangs- und des Rückführungswiderstandes abhängt.

Die Verwendung eines oder mehrerer Operationsverstärker

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erlaubt die Transformation eines Eingangsstromes oder einer Eingangsspannung von einem Bereich in einen anderen Bereich, der mit üblichen Voltmetern bequem meßbar ist. Wenn jedoch die zu messenden Eingangsspannung sehr niedrig ist, kann sie durch Rauschen überdeckt werden, so daß eine genaue Messung nicht möglich ist.

Weiterhin neigen Gleichspannungsoperationsverstärker zu Nullpunktsverschiebungen und zu Drift. Das Ausgangsaignal des Gleichspannungsoperationsverstärkers kann einen von Null verschiedenen Wert anzeigen, wenn die Eingangsspannung Null ist, dh. daß die Ausgangsspannung gegenüber ihrem richtigen Wert verschoben ist. Auch kann 3ich die Größe dieser Verschiebung zeitlich verändern, dh., es tritt eine Drift ein.

Zur Verhinderung von Nullpunktsverschiebungen und von Drifterscheinungen fügt man in den Verstärker einen Chopper ein. Die Eingangsgleichspannung oder der Eingangsgleichstrom wird sowohl dem Gleichspannungsverstärker als auch dem Chopper zugeführt. Das Wechselstromausgangssignal des Choppers wird verstärkt und anschließend synchron gleichgerichtet und dem Gleichspannungsverstärker so zugeführt, daß eine an seinem Ausgang auftretende Nullpunktsverschiebung oder Drift neutralisiert wird.

Derartige mit einem Chopper versehene Operationsverstärker enthalten Kapazitäten, die bei Anlegen einer Überspannung oder eines Überstromes an den Eingang des Operationsverstärkers so stark aufgeladen werden können, daß der Chopperoperationsverstärker für Zeiträume von einigen Perioden bis zu 45 Sek. "zugeatopft" werden kann. Wenn man mit einer solchen Meßschaltung unter Verwendung eines Operationsverstärkers anfänglich einen falschen Meßbereich wählt, dann wird die Meßschaltung in dieser Weise übersteuert. Von großer Bedeutung ist dies insbesondere, wenn der genaue Meßbereich nicht bekannt ist und man mehrere Meßbereiche durchprobieren muß, bis

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man den richtigen gefunden hat. Eine solche ein "Zustopfen" bewirkende Übersteuerung blockiert die Meßschaltung so lange, bis die Kondensatoren wieder entladen sind, so daß die Schaltung für Strom und Spannungsmessungen solange nicht benutzt werden kann, solange die Spannung oder der Strom nicht verschwunden sind.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Strom-oder Spannungsmeßeinrichtung, welche nicht in dieser Weise übersteuert wird, wenn die Eingangs spannung oder der Eingangsstrom den eingestellten Strom oder Spannungsbereich überschreitet.

Bei einer elektrischen Meßschaltung mit einem Operationsverstärker, dessen Eingang die elektrische Meßgröße über einen Eingangswiderstand zugeführt wird und dessen Ausgangsspannung über einen Widerstand auf seinen Eingang zurückgeführt wird, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers eine eine Schwellenspannung aufweisende Schutzschaltung geschaltet ist, welche bei Anliegen einer unterhalb ihres Schwellwertes liegenden Spannung einen so hohen Widerstand hat, daß die am Ausgang des Operationsverstärkers erscheinende Ausgangsspannung praktisch nicht beeinflußt wird, bei Anliegen einer ihren Schwellwert überschreitenden Spannung dagegen einen genügend niedrigen Widerstand hat, um eine Übersteuerung des Operationsverstärkers durch dessen Eingangsspannung zu verhindern.

Die Erfindung ist im Folgenden anhand der Darstellung eines Ausführungsbeispiela näher erläutert. Es zeigt

Pig.1 das Schaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßschaltung und

Fig.2 eine Tabelle der Punktionen und Schalterstellungen der Meßschaltung nach Figur 1.

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Die zu messende Spannung oder der zu messende Strom wird zwischen die Eingangsklemme 10 und Masse oder Bezugspotential 12 angelegt. Wie der Kreis 14 und die Linie 16 andeuten, kann die mit der Klemme 10 verbundene Leitung abgeschirmt sein, wobei die Abschirmung an Masse liegt. Obwohl es aus Gründen der Klarheit der Zeichnung im Einzelnen nicht dargestellt ist, sind erforderlichenfalls alle Leiter und Bauelemente sorgfältig abgeschirmt.

Die Klemme 10 ist mit dem Anschluß 1 eines Schalters I verbunden, der drei Anschlüsse 1, 2 und 3 hat. Der Anschluß 2 des Schalters I, 1-2, ist über einen üblichen Widerstand 42 mit einer Klemme 44 verbunden, welcher ein Prüfsignal zugeführt werden kann. Der Anschluß 1-3 ist mit Masse 12 verbunden. Der Schaltarm des Schalters I ist mit dem Schaltarm eines Schalters II verbunden, welcher zwei Anschlüsse 1 und 2 hat. Der Anschluß II-2 ist über drei in Reihe geschaltete Widerstände 18, 20 und 22 mit dem Eingang 24 eines Operationsverstärkers 26 verbunden. Die Kathode einer Diode 28 liegt am Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 22 und der Anode einer Diode 30. Die Anode der Diode 28 ist mit der Kathode der Diode 30 zusammen an den Masseanschluß des Operationsverstärkers 26 und die Masseklemme 12 angeschlossen.

Ein Pilterkondensator 32 liegt zwischen der Ausgangsklemme und der Eingangsklemme 24 des Operationsverstärkers 26. Die Ausgangsklemme 34 ist ferner mit dem Schaltarm eines Schalters IV verbunden, welcher Anschlüsse 1, 2 und 3 hat. Der Verbindungepunkt der Widerstände 18 und 20 liegt über entsprechende Widerstände 36, 38 und 40 an den Schalteranschlüssen IV-1, IV-2 und IV-3. Der Widerstand 40 kann einen größeren Wert als der Widerstand 38 haben, der seinerseits größer als der Widerstand 36 sein kann.

Der Arm des Schalters III ist mit dem Schalteranschluß II-2 verbunden. Der Schalter III hat vier Anschlüsse I, II, III

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und IV. Die Schalteranschlüsse III-1, III-2 und III-3 sind über entsprechende Widerstände 46, 48 und 50 mit Masse 12 verbunden. Der Schalteranschluß II1-4 liegt am Verbindungspunkt der Widerstände 18 und 20. Der Widerstand 46 ist größer als der Widerstand 48, welcher wiederum größer als der Widerstand 50 ist.

Die Ausgangsklemme 34 des Operationsverstärkers 26 ist mit einem Anschluß II eines Schalters V verbunden. Der Anschluß V-2 liegt am Anschluß 2 eines Schalters VI. Der Schaltarm des Schalters VI ist über einen Widerstand 52 an eine Eingangsklemme 54 eines weiteren Operationsverstärkers 56 angeschlossen. Die Ausgangsklemme 58 des Operationsverstärkers 56 ist über einen Filterkondensator 60 mit seiner Eingangsklemme 54 verbunden. Die Ausgangsklemme 58 liegt ferner am Schaltarm eines Schalters VII, der zwei Anschlüsse 1 und 2 hat. Die Anschlüsse VII-1 und VII-2 sind mit der Klemme 54 über entsprechende Widerstände 62 und 64 verbunden, von denen der Widerstand 62 größer als der Widerstand 64 ist.

Die Ausgangsklemme. 58 ist mit der Eingangsklemme 54 des Operationsverstärkers 56 ferner über eine Schwellenwertschaltung 65 verbunden, die einen sehr hohen Widerstand hat, wenn die an ihr liegende Spannung unterhalb eines Schwellwertes liegt, und die einen niedrigen Widerstand hat, wenn die an. ihr liegende Spannung oberhalb des Schwellwertes liegt. Diese Schwellenwertschaltung 65 umfaßt eine Verbindung von der Ausgangsklemme 58 zur Kathode eines eine Durchbruchsspannung aufweisenden Bauelementes, wie eine Zenerdiode 66, und_: zur Anode einer anderen Zenerdiode 68. Die Anode der Zenerdiode 66 ist mit der Anode einer Gleichrichterdiode 70 verbunden, deren Kathode an der Anode einer zweiten G-leichrichterdiode 72 liegt. Die kathode der Dioden 72 und 68 sind unmittelbar zusammengeschaltet. Die Anode der Diode 66 ist über einen Widerstand 74 mit der Klemme 76 einer nicht dargestellten Spannungsquelle verbunden,,; die negativ gegenüber Masse ist, Die Kathode der Diode 68 ist über einen Widerstand

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BAD ORiGtNAL

78 an eine Klemme' 80 einer gegenüber" massepo-sitlven, nicht dargestellten Spannungsquelle angeschlossen. Der Verbindungspunkt der Dioden 70 und 72,liegt über einem Widerstand 82 an · Masse. Dieser Verbindungspunkt ist ferner mit der Kathode einer Diode 84 und der Anode einer Diode 86 verbunden, wobei die Anode der Diode 84 und die Kathode der Diode 86 zusammengeschaltet sind und dieser Zusammenschaltungspunkt mit der Eingangsklemme 54 des Operationsverstärkers 56 verbunden ist. Der Zweck und die Betriebsweise der Schwellenwertschaltung ist im folgenden erläutert.

Der Schaltarm des Schalters V ist mit einem Dynamikfilter 85 verbunden, welches zwei in Reihe geschaltete veränderbare Widerstände 89 und 88 enthält. Der Widerstand 88 liegt am Eingangsanschluß 90 eines Spannungsverstärkers 92, der Verbindungspunkt der Widerstände 89 und 88 liegt über einem Kondensator 94 an Masse.

Der Ausgang des Verstärkers 92 ist mit dem Eingang eines Stromverstärkers 96 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit dem Eingang 90 des Verstärkers 92 über einen Widerstand 98 und einem in Reihe mit diesem geschalteten veränderbaren Widerstand 100 verbunden ist. Die Widerstände 98 und 100 sind durch einen Filterkondensator 102 überbrückt. Der Ausgang des Verstärkers 96 ist mit der Eingangsklemme 54 des Operationsverstärkers 56 über die Reihenschaltung eines Blockkondensators 104 mit einem Widerstand 106 verbunden. Das Dynamikfilter 85 dient der Unterdrückung von Rauschstörungen in der Schaltung, welche die Messung kleiner Gleichströme unsicher machen würde.

Der Sehalteranschluß II-1 ist über ein Filternetz 107 mit den Eingangsklemmen 115 und 121 eines Operationsverstärkers' 116 verbunden. Das Filter 107 enthält einen Widerstand 108;, dessen eines Ende an dein Schalteranschluß II™ 1 und dessen - · anderes Ende an Masse 12 liegt, Ferner enthält das Filter 107' die Primärwicklung eines Transformators ■ 1'10, dar über den ^{; ;}

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Widerstand 108 geschaltet ist. Die Sekundärwicklung des Transformators 110 und die Primärwicklung eines Transformators 112 sind in Reihe geschaltet, wobei ihr 'Verbindungspunkt ebenfalls an Masse 12 liegt. Ein Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 112 ist auch an Masse angeschlossen.

Der Ausgang des Filters 107 ist über einen Eingangswiderstand 114, der zwischen Masse und die Eingangsklemme 115 des Operationsverstärkers 116 geschaltet ist, und über zwei in Reihe geschaltete Widerstände 118 und 120, die zwischen dem nicht geerdeten Anschluß der Sekundärwicklung des Transformators 112 und die andere Klemme 121 des Operationsverstärkers 116 geschaltet sind, mit den Eingangsklemmen 115 bzw. 121 verbunden. Der Verbindungspunkt der Widerstände 118 und 120 liegt an der Kathode einer Schutzdiode 122 und an der Anode einer weiteren Schutzdiode 124. Die Anode_>der Diode 122 und die Kathode der Diode 124 sind zusammen und an Masse 12 geschaltet.

Die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 116 ist mit seiner Eingangsklemme 115 über die Parallelschaltung eines veränderbaren Widerstandes 126 mit einem Überbrückungskondensator 168 verbunden. Ferner ist die Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 116 über einen Kondensator 117 mit dem Anschluß 1 des Schalters VI verbunden.

Die Schalter I bis VII der Schaltung nach Figur 1 dienen zum Umschalten verschiedener Meßfunktionen, wie nun erläutert wird.

Es sei zunächst angenommen, daß die Schalter I-VII diejenige Stellung einnehmen, welcher die Zeile 1 der Figur 2 entspricht, welche mit 0,001 bis 0,01 pA fiLeichstrombezeichnet ist. Dann fließt ein sehr kleiner zu messender Strom über die Widerstände 20 und 22 in den Operationsverstärker 26, während

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der Widerstand B durch den Schalter III kurzgeschlossen ist. Wegen der Stellung des Schalters II erhält der Operationsverstärker 116 kein Eingangssignal. Ist die durch den Eingangsstrom hervorgerufene Spannung größer als die Schwellspannung einer der Dioden 28 oder 30 in deren Durchlaßrichtung, dann fließt in einer der Dioden 28 oder 30 ein Strom, welcher die dem Operationsverstärker 26 zugeführte Spannung auf diesen Schwellwert begrenzt, sodaß dieser Verstärker gegenüber Spannungen geschützt ist.

In bekannter Weise besteht ein Zusammenhang zwischen der Spannung am Ausgang 34 des Operationsverstärkers 26 und dem in die Klemme 10 fließenden Strom, welches bei der genannten Stellung der verschiedenen Schalter durch den Wert des Widerstandes 40 bestimmt ist. Die Ausgangsspannung ist gleich der Eingangsspannung mal dem Rückführungswiderstand. Die Widerstände 20 und 22 und die Dioden 28 und 30 stellen lediglich eine Schutzschaltung dar.

Ein Blick auf die figuren 1 und 2 lässt erkennen, daß bei der Messung einer kleinen Gleichspannung das Dynamikfilter 85 eingeschaltet ist. Es ist praktisch ausgeschlossen zu verhindern, daß eine elektrische Schaltung Störungen aufnimmt. Bei niedrigen Strommeßbereichen werden die in die Schaltung eingestreuten Störspannungen so groß, daß die Messung ungenau wird. Zur Vermeidung von Auswirkungen dieser eingestreuten, elektrischen Stör- und Rauschspannungen dient das Dynamikfilter 85 mit den Bauelementen 88 und 106.

Die Spannungen am Ausgang des Operationsverstärkers 26 werden dem Dynamikfilter 85 zugeführt, wenn sich der Schalter V in seiner Stellung2ΗΓ befindet. Die Phase der dem Dynamikfilter auf diese Weise zugeführten Wechselspannungekomponente wird über die Einstellung des Widerstandes 89 so einjustiert, daß die vom Ausgang des Filters 85 an die Eingangsklemme 54 des Operationsverstärkers 56 gelieferte Spannungswelle genau

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um 180 Grad außer Phase mit der Eingangsspannung liegt. Der Verötärkungsfaktor der hintereinander geschalteten Verstärker 92 und 96 wird mit Hilfe des Rückführungswiderstandes100 genau auf 1 eingestellt.

Die Gleichstromkomponente der dem Dynämikfilter 85 zugeführten Spannung wird durch den Blockkondensator 104 entfernt. Daher befindet sich die vom Dynamikfilter 85 der Eingangsklemme 54 des Operationsverstärkers 56 zugeführte Spannungswelle genau außer Phase mit der und hat genau die gleiche Amplitude wie die veränderliche Wechselspannungsstörkomponente, die an der Klemme 34 des Operationsverstärkers 26 auftritt. Durch Verwendung des Dvnamikfliters 85 wird die Messung niedriger Gleichspannungen somit nicht durch Rauschen und elektrische Störungen beeinträchtigt, gegen welche die Meßeelmltung nicht abgeschirmt werden kann.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 26 ist zur Eingangsklemme 54 des Operationsverstärkers 56 geführt, und in bekannter Weise hängt die Spannung am Auegang 58 des Operationsverstärkers 56 vom Vehältnis des Rückführungswiderstandes zum Eingangswiderstand 52 ab. Die Spannung an der Klemme 58 des Operationsverstärkers 56 liegt in einem zweckmäßigen Bereich, beispielsweise von 0 bis 10 V, der leicht mit üblichen Voltmetern gemessen werden oder automatisch arbeitenden Dateneingabegeräten zugeführt werden kann» Diese Spannung, etwa durch ein Voltmeter angezeigt, ist ein Maß für die der Eingangsklemme 10 zugeführte Spannung oder den Strom, und dieses Maß ist durch die Stellungen der Schalter III, IV und VII bestimmt. Zur Messung von Gleichspannungen oder Gleichströmen in anderen Meßbereichen werden die verschiedenen Schalter umgelegt, wie es in Figur 2 angeführt ist. Es sei erwähnt, daß das Dynamikfilter 85 nur für die drei niedrigsten Gleichströmberelöhe verwendet wird.

Wenn die der Singangeklemme 54 augeführte Spannung so groß

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würde, daß die Spannung an der Ausgangsklemme 58 den nutzbaren Bereich übersteigt, dann würde der Operationsverstärker 56 durch Übersteuerung blockiert, dh., die Spannung an seiner Ausgangsklemme 58 würde nicht mehr der an seiner Eingangskiemme 54 liegenden Spannung entsprechen, und bis zum Abklingen dieser Übersteuerung wäre der Operationsverstärker 56 wirkungslos. Eine solche Blockierung des Operationsverstärkers 56 rührt von der Aufladung der nicht dargestellten, Kapazitäten enthaltenden Teile des chopperstabilisierten Operationsverstärkers 56 auf eine Spannung her, die zu groß für einen richtigen Betrieb des Operationsverstärkers 56 ist.

Diese Übersteuerungsblockierung hört auf, wenn sich die Kondensatoren entladen können. Während der Blockierdauer kann jedoch der zu messende Strom oder die Spannung verschwinden. Durch Anschließen einer Schwellenwertschaltung 65 an die Klemmen 58 und 54 läßt sich eine solche Übersteuerungsblockierung vermeiden.

Andererseits liegt jede Schwellenwertschaltung 65, die über den Operationsverstärker 56 geschaltet wird, parallel zu einem der Widerstände 64 oder 62. Wenn der Widerstand der Schwellenwertschaltung zu niedrig ist, dann wird infolge ihres Vorhandenseins jegliche, durch den Operationsverstärker 56 gelieferte Messung ungenau.

Damit die Schwellenwertschaltung 65 eine Übersteuerungsblokkierung des Operationsverstärkers 56 unterbindet, muß sie bei einer Spannung durchlässig werden, welche nur geringfügig über dem Betriebsspannungsbereich des Operationsverstärkers 56 liegt.

Damit andererseits die Schwellenwertschaltung 65 die Genauigkeit der mit Hilfe des Operationsverstärkers 56 durchgeführten Messungen nicht beeinflußt, muß sie, wenn sie nicht

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durchlässig ist, einen Widerstand haben, der viele Male größer als der größte der Rückführungswiderstände 62 oder 64 ist, welche mit dem Verstärker 56 zusammengeschaltet sind. In einer praktischen Meßschaltung muß der Widerstand der Schwellenwertschaltung 65 mindestens 10 MOhm sein, wenn sie nicht durchlässig ist.

Die Bauelemente 66-80 der Schwellenwertschaltung 65 stellen eine erste Impedanz dar, während die Bauelemente 84 bis 86 eine zweite Impedanz darstellen. Die beiden Impedanzen sind in Reihe zwischen die Ausgangsklemme 58 und die Eingangsklemme 54 geschaltet, und der Widerstand 82 liegt zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Impedanzen und Masse. Damit bilden die Elemente 66-68 eine T-Schaltung, welche zwischen der Ausgangsklemme 58 und der Eingangsklemme 54 liegt.

Wenn die T-Schaltung 66-68 in dieser Weise zwischen den Klemmen 58 und 54 des Verstärkers 56 liegt, dessen Leerlaufverstärkung sehr hoch ist (etwa 50millionenfach) und. dessen Eingangs und Rückführungsstrom praktisch gleich ist, dann läßt sich mathematisch zeigen, daß der Widerstand der so angeschlossenen T-Schaltung gleich dem Widerstand der Elemente 84 und 86 im Produkt mit einem binomischen Paktor ist, der gleich 1 plus dem Verhältnis des Widerstandes der ersten Impedanz aus den Elementen 66 bis 78 zur Summe des Überbrückungswiderstandes 82 mit der ersten Impedanz 66 bis 78 ist. -

Der Widerstand der Elemente 84 und 86 kann in der Größenordnung von 10 Ohm sein, da die ihnen zugeführte Spannung unterhalb der Durchlaßspannung liegt und der Widerstand 82 kann in der Größenordnung von 1 kOhm liegen. Weil die Dioden 70 und 72 Planardioden mit niedrigen Leckstrom sind und über ihre entsprechenden Widerstände 74 und 78 in Sperrichtung vorgespannt sind, liegt ihr Widerstand ebenso in der Größen-

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Ordnung von 10 0hm. Daher kann der Widerstand der Elemente 66 bis 86 der Schwellenwertschaltung 65 sehr hoch im Vergleich

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zum Rückführungswiderstand 62 sein, wenn die Zenerdioden 66 und 68 nicht im Durchbruch betrieben werden.

Da der Widerstand der Schwellenwertschaltung 65, wenn sie sich in ihrem Zustand hohen Widerstands befindet, sehr hoch im Verhältnis zum Widerstand 62 ist, beeinflußt sie die mit Hilfe des Operationsverstärkers 56 durchgeführten Messungen nicht. Wenn jedoch die zwischen den Klemmen 58 und 54 des Operationsverstärkers 56 liegende Spannung den Betriebsbereich des Operationsverstärkers 56 übersteigt, dann hat die an den Zenerdioden 66 und 68 liegende Spannung eine Richtung und einen Wert, bei dem die Zenerdioden durchbrechen. Das heißt, wenn die der Eingangsklemme 54 des Operationsverstärkers 56 zugeführte Spannung so groß ist, daß der Verstärker 56 ohne Vorhandensein der Schwellenwertschaltung 65 in den Blockierzustand übersteuert würde, die Spannung an seiner Ausgangsklemme 58 ausreichend groß is*» daß eine der Zenerdioden 66 oder 68 durchbricht und die Spannung auf einen Wert begrenzt, der nur wenig über dem Betriebswert des Operationsverstärkers 56 liegt.

Eine der Dioden 70 oder 72 wird in Durchlaßrichtung vorgespannt, wenn die entsprechende Zenerdiode 66 oder 68 durchbricht, so daß der Widerstand der nun durchlässigen Diode klein ist. Dann liegt an den Dioden 84 und .86 eine Spannung, so daß eine von ihnen ebenfalls durchlässig wird und einen niedrigen Widerstand hat, so daß die Schwellenwertschaltung 65 insgesamt einen niedrigen Widerstand aufweist, und die Spannung am Ausgang 58 des Operationsverstärkers 56 auf einen Wert abfällt, der gerade oberhalb seines Betriebsbereiches liegt. Der Operationsverstärker 56 wird dann nicht übersteuert.

Jedoch zeigt die Tatsache, daß die Spannung an der Klemme 58 oberhalb des Betriebsbereiches des Verstärkers 56 liegt, daß ein Wechsel des Meßbereiches durch ein entsprechendes Um-

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schalten der Schalter entsprechend Figur 2 auf einen höheren Meßbereich notwendig ist. Wenn die Spannung an der Klemme oberhalb des Betriebsbereiches des Verstärkers 56 verbleibt, dann werden die Schalter solange weitergeschaltet, bis die Spannung an der Klemme 58 auf einen Wert innerhalb des Betriebsbereiches des Verstärkers 56 fällt. Da der Operationsverstärker 56 nicht blockiert wird, reagiert er unmittelbar, auf die ihm zugeführte Spannung, und eine noch vorhandene Spannung oder ein Strom kann mit der Meßschaltung bestimmt werden, sodaß die Messung schnell durchgeführt werden kann.

Bei der Bestimmung der Abs ehaltspannung bestimmter Vakuumrohren wird die Betriebsspannung zwischen ihrer Anode und ihrer Kathode gelegt und eine Abschaltvorspannung ihrem Steuergitter zugeführt. Selbst wenn die Röhre sperrt, fließen zwischen ihren verschiedenen Elektroden leckströme, die im Kathodenkreis der Röhre auftreten, so daß der Abschaltpunkt durch eine Messung des im Kathodenkreis der Rohre fließenden Ströme nicht sicher bestimmbar ist.

Es ist vorgeschlagen worden, daß man dem Steuergitter zusammen mit der Abschaltgleichspannung eine Wechselspannung einer Grundfrequenz zuführt. Der Ausgangsstrom der Röhre im Abschaltpunkt ist dann ein mit der Grundfrequenz pulsierender gleichgerichteter Strom, der dem Leckgleichstrom Überlagert ist.

Jedoch entstehen infolge der Elektrodenkapazitäten der Röhre Leckströme der Grundfrequenz, welche ebenfalls zu dem pulsierenden Ausgangsstrom beitragen. Dieser pulsierende Strom ist reich an Oberwellen. Die zwischen den Elektroden herrsehenden Kapazitäten tragen jedoch wenig oder garnients zu den Harmonischen des pulsierenden Stromes bei. Da auch der leckstrom keinen Beitrag zu dem pulsierenden Strom leistet, läflt sich durch eine Messung des Oberwellenanteils des pulsierenden Stromes die Abschaltspannung der Möhre bestimmen.

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Ein hochfrequentes Wechselspannungssignal läßt ein stabiles Ausgangssignal schneller als ein niederfrequentes Signal entstehen, wobei es für eine schnelle Bestimmung des Abschal tpunktes empfehlenswert ist, eine Harmonische der pulsierenden Welle auszusieben. Da die zwischen den Elek-. troden bestehenden Kapazitäten nur wenig oder garnicht zum Oberwellenanteil der Ausgangsschwingung beitragen, läßt sich über das Vorhandensein der Oberwelle die wahre Abschaltspannung der Röhre bestimmen. Die Überprüfung des Vorhandenseins einer Harmonischen der Grundfrequenz beschleunigt und präzisiert damit die Abschaltspunktbestimmung der Röhre.

Die bei bei einer solchen Abschaltspunktprüfung auftretende pulsierende Welle kann der Klemme 10 der beschriebenen Meßschaltung zugeführt werden, wobei die Schalter entsprechend der Zeile 1-10 mV Wechselspannung nach Figur 2 eingestellt werden. Die pulsierende Welle wird dann dem Filter 107 zugeführt, welches eine Harmonische, beispielsweise die zweite Oberwelle, des dem Steuergitter der Röhren zugeführten Wechselstromes heraussiebt. Das Vorhandensein einer meßbaren Oberwellenspannung am Ausgang des Operationsverstärkers 56 zeigt an, daß eine Abschaltspannung am Gitter der geprüften Röhre anliegt. Die Stellungen der Schalter III und IV sind bei diesem Test nicht von Bedeutung.

Wenn.die Nullpunktslage bei geerdetem Eingang überprüft werden soll, dann werden die Schalter entsprechend der Zeile "Signal Ground¹¹ in Figur 2 eingestellt.

Soll die Meßschaltung durch Anlegen einer Wechselspannung an die Eingangsklemme 44 geeicht werden, dann werden die Schalter in die Stellung gemäß Zeile "Signal Test A.C." nach Figur 2 eingestellt. In dieser Stellung wird eine Normalwechselspannung der Eingangsklemme 44 zugeführt und über den Normalwiderstand 42 auf den Eingang des Filters 107 gegeben. Durch Veränderung der Frequenz des angelegten Signales lässt sich

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die Durchlaßkurre des Filters 107 bestimmen..

Die letzte Zeile der Tabelle nach Pigur 2 zeigt die Schaltereins teilungen, wenn das Übertragungsverhalten der Meßschaltung bei einer an ihrer Eingangsklemme 44 angelegten Nbrmalgleichspannung überprüft werden soll=. Jedoch läßt sich jeder
Gleichspannungsmeßbereich durch Veränderung der Schalterstellungen und durch Veränderung des Wertee der Normaleingangsspannung, welche der Klemme 44 zugeführt wird, auf
einem dem gewählten Meßbereich entsprechenden V/ert überprüfen.

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Claims

ANSPRÜCHE

1. Elektrische Meßschaltung mit einem Operationsverstärker, dessen Eingang die elektrische Meßgröße über einen Eingangswiderstand zugeführt wird und dessen Ausgangsspannung über einen Widerstand auf seinen Eingang zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang (54) und dem Ausgang (28) des Operationsverstärkers (56) eine eine Schwellenspannung aufweisende Schutzschaltung (66-+8Ö) geschaltet ist, welche bei Anliegen einer unterhalb ihres Schwellwertes liegenden Spannung einen so hohen Widerstand hat, daß die am Ausgang des Operationsverstärkers erscheinende Ausgangsspannung praktisch nicht beeinflußt wird, bei Anliegen einer ihren Schwellwert überschreitenden Spannung dagegen einen genügend niedrigen Widerstand hat, um eine Übersteuerung des Operationsverstärkers durch dessen Eingangsspannung zu verhindern.

2. Meßschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschaltung einen ersten und einen zweiten Reihenzweig (66-80; 84,86) und einen Parallelkreis (82) mit je einem Paar Anschlüssen aufweist, wobei ein Anschluß des ersten Reihenzweiges (66-80) mit der Ausgangsklemme (58) des Operationsverstärkers (56) und sein anderer Anschluß mit einem Anschluß des zweiten Reihenzweiges (84, 86) verbunden ist und der verbleibende Anschluß des zweiten Reihenzweiges mit der Eingangsklemme (54) des Operations<verstärkers (56) verbunden ist, während der einen Widerstand umfassende Parallelzweig (82) vom Verbindungspunkt (65) der beiden Serienzweige nach Masse geschaltet ist.

3. Meßschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Serienzweig ein Paar Dioden (70,72) und Schaltungselemente (66,68) zur Vorspannung dieser Dioden in

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ι?

Sperrichtung enthält.

4. Meßschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Serienzweig der eine Pol (Kathode) der einen Diode (70) mit dem entgegengesetzten Pol (Anode) der anderen Diode (72) zusammengeschaltet ist und über beide Dioden ein Paar Durchbruchsbauelemente (66, 68) geschaltet sind, deren Verbindungspunkt die Verbindung des ersten Serienzweiges mit der Ausgangsklemme (58) des Operationsverstärkers (56) bildet, und daß der Verbindungspunkt (65) zwischen den Dioden (70)(72) die Verbindung des ersten Serienzweiges mit dem zweiten Serienzweig (84,86) darstellt.

5. Meßschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Serienzweig ein paar antiparalleD/ges ehalte te Dioden (84, 86) aufweist und zwischen dem Verbindungspunkt (65) der Dioden (70,72) des ersten Serienzweiges und der

. Eingangsklemme (54) des Operationsverstärkers (56) liegt.

6. Meßschaltung nach Anspruch 1 mit einer ersten Klemme (34) und einer zweiten Klemme (54), die über eine Impedanz (52) und ein parallel zu dieser liegendes Dynamikfilter (85) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Dynamikfilter einen Spannungsverstärker (92) zur Verstärkung der an der ersten Klemme (34) auftretenden Spannung, welche Wechselspannungs- und Gleichspannungskomponenten hat, aufweist, wobei der Verstärkungsfaktor praktisch gleich 1 ist, ferner eine Phasenschieberschaltung (88*89,94) welche die Phase dieser Spannung um 180 Grad verschiebt, und ein Gleichspannungsblockierglied (104) aufweist, welches die Gleichspannungskömponente dieser Spannung zurückhält, ihre Wechselspannungskomponente jedoch durchläßt.

7. Meßschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

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der Ausgang eines ersten Operationsverstärkers (26) mit der ersten Klemme (34) und der Eingang eines zweiten Operationsverstärkers (56) mit der zweiten Klemme (54) verbunden ist.

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L e e rs e ι ί e