DE1924783C3

DE1924783C3 - Schaltungsanordnung zur Umwand lung einer Verstimmung einer Wider standsbrucke in eine dazu proportionale Frequenzänderung eines RC Oszillators

Info

Publication number: DE1924783C3
Application number: DE1924783A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dipl.-Ing. 2000 Hamburg Meyer
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1969-05-14
Filing date: 1969-05-14
Publication date: 1973-10-04
Also published as: DE1924783A1; BE750370A; AT300110B; AU1489170A; US3614598A; FR2047761A5; SE346615B; DE1924783B2; GB1311911A; CH529350A; NL7006411A

Description

5°

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Verstimmung einer aus einer Spannungsquelle gespeisten Widerstandsbrücke mit vier Widerständen in eine dazu proportionale Frequenzänderung eines RC-Oszillators, wobei die Ausgangsklemmen der Brücke mit den Eingangsklemmen eines Kompensationsverstärkers verbunden sind, dessen Ausgangsspannung einen steuerbaren Widerstand mittelbar oder unmittelbar steuert, wobei eine der Ausgangsklemmen der Brücke außerdem über einen Widerstand mit dem Ausgang eines in bekannter Weise mit einem Gegenkopplungswiderstand versehenen Operationsverstärkers verbunden ist, dessen Eingang über den steuerbaren Widerstand an die Spannungsquelle angeschlossen ist und wobei der steuerbare Widerstand Bestandteil des frequenzbestimmenden Netzwerkes des RC-Oszillators ist, nach Hauptpatent 1 591 988.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist auch bereits in der Zeitschrift »Philips Technische Rundschau« 11968). Nr. 3 4. S. 131 bis 138. beschrieben. Dabei ist die Ausgangsfrequenz des RC-Oszillators ein Maß für die Verstimmung der Widerstandsbrücke. Dies-hat den Zweck, die sehr kleinen Widerstandsänderungen bzw. Rrückenverstimmungen verschiedener Meßwertaufnehmer in leicht meßbare urd übertragungssichere Signale umzuformen.

Dieser Schaltung haftet jedoch noch der Nachteil an. daß entweder der genannte Netzwerkeingangswiderstand oder -leitwerk keine streng lineare Funktion der Brückenverstimmung ist oder daß die Kompensationsschaltung aktive Elemente, insbesondere einen Operationsverstärker, enthält, deren veränderliche Parameter Ursache für Ungcnauigkeiten sein können.

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Brükkenverstimmung in eine Frequenz mit geringerem Aufwand zu realisieren und die Linearität der Umwandlung zu erhöhen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Operationsverstärker durch einen gegen Masse geschalteten Widerstand ersetzt ist. Dadurch entsteht eine T-Schaltung. bei der im abgeglichenen Zustand der Brücke der Eingangsleitwert der T-Schaltung der Brückenversiimmung proportional ist. Außerdem wird durch den Fortfall des Operationsverstärkers der Aufwand verringert und die Genauigkeit und Konstanz der Schaltungsanordnung erhöht.

Der steuerbare Widerstand ist zweckmäßig ein von einer mit dem Ausgang 'es Kompensationsverstärkers verbundenen Lichtquelle beleuchtbarer Fotowiderstand. Bei bestimmten Bauarten von KC-Generatoren wird der steuerbare Widerstand mit einer weiteren Spannungsquelle verbanden. Diese Spannungsquelle ist aus der ersten Spannungsquelle abgeleitet, z. B. bei einem Wien-Brücken-Generator durch einen Teil des frequenzbestimmenden Netzwerkes. Zur weiteren Verbesserung der Linearität der Umwandlung kann es zweckmäßig sein, zu einem anderen Biückenzweig einen weiteren Widerstand parallel zu schalten. Da bei der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung der steuerbare Widerstand nicht mit einem Anschluß praktisch an Masse liegt, wird der Oszillator zweckmäßig so angeschlossen, daß der am Verbindungspunkt des steuerbaren Widerstandes mit der weiteren Spannungsquelle wirksame Eingangswiderstand die Frequenz dieses Oszillators bestimmt.

An Hand der Zeichnung wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung näher beschrieben.

Eine an sich bekannte Widerstandsmeßbrücke enthält die Widerstände 1, 2, 3, 4. Die einer Speisespannungsquelle 5 entnommene Spannung wird der der Brücke an den Diagonalpunkten 6, 7 zugeführt. Weiterhin enthält die Schaltungsanordnung eine T-Schaltung, die aus einem steuerbaren Längswiderstand 8, einem festen Querwiderstand 9 und einem weiteren, jedoch festen Längswiderstand IC sowie einem Kompensationsverstärker 11 zur Steuerung des ersten Längswiderstandes 8 besteht.

Eine Ausgangsklemme 12 der aus den Widerständen 8, 9, 10 bestehenden T-Schaltung ist mit einer Kiemme 13 der beiden Brückenausgangsklemmen 13, 14 verbunden, während eine Eingangsklemme 15 der T-Schaltung an einer mit der Spannungsquelle 5 entnommenen Brückenspeisespannung U₅ fest korre-

Berten Spannung k ■ l\ !beispielsweise auch an der Speisespannung U₅ selbst, wobei k = 1 ist) liegt Diese Anschaltung der 7-Schakune an die Brücke bewirkt, daß diese einer durch den steuerbaren Widerstands veränderlichen zusätzlichen Verstimmung unterworfen ist. Diese zusätzliche Verstimmune kann jedoch so eingestellt werden, daß sie einer durch Ungleichgewicht der vier Brücken widerstände 1. 2. 3. 4 hervorgerufenen Verstimmung der Brücke selbst entgegenwirkt und diese gerade kompensiert. Dieser Fall soll hier betrachtet werden. Dabei wird der Abgleichzustand automatisch erreicht, indem der Kompensationsverstärker 11. an dessen Einganasklemmen die Brückenausg;n<isspannune von den Klemmen 13. 14 geführt iv'· infolge sehr^hohcr Ver-Stärkung den Widerstand S so einstellt, daß seine Eingangsgröße (die Brückenausgangsspannunc also) praktisch zu Null wird. Der steuerbare Widerstand 8 kann z. B. ein Fotowiderstand sein, dessen Widerstandswert durch den Lichtstrom einer von der Ausgangsgröße des Kempenvuionsv-rstärkers 11 gespeisten Glühlampe 16 bestimmt wird. Diese Schaltung führt nun zu dem gewünschten Resultat, daß nämlich im abgeglichenen Fall der Eingangsleitwert der T-Schaltung (d. h. der zwischen deren Eingangsklemme 15 und dem Be/ugspotential am Punkten zu messende LeitwertI uer ursprünglichen Brückenverstimmung genau proportional ist.

An Hand der nachstehenden Berechnung sei die Richtigkeit dieser Behaupiung bewiesen. Dabei wird unter R_B der Grundwiderstand der Brücke verstanden. Jeweils zwei einander diagonal gegenüberliegende Widerstände werden, wie es von der Technik der DehnungstiK-ßstreifenbrücken her bekannt ist. infolge einer größeren Einwirkung um eine Größe \R_B größer bzw. kleinen

R₂ = R_} = R_B -j- IRg, R₁ = R^ = R₁₁ - \R_B.

Eine Netzwerkberechnung zeigt im abgeglichenen Fall als exaktes Endergebnis:

IRb (Ro + Ri

L I

worin G_E den Eingangsleitwert der T-Schaltung bedeutet und z. B. .Rg den ohmschen Widerstand des Widerstandes 9 darstellt.

AiJ Abweichung von der angestrebten linearen Funktion des Leitwertes G₁ von der Brückenverstim-

1R
mung ~-^B tritt bei der beschriebenen Anordnung

nur der Term

Dieses stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber bekannten Schaltungen ohne zusätzliche aktive Elemente und ohne Differenzbildung potentialverschiedener Spannungen dar. da bei diesen ein störender Term der Art

1 -

RbJ

auftritt. In einem praktischen Fall ist Dei einer Deh-

1 R

nunüsmeßstreifenbrücke -^-^ die Verstimmuni:

^KB

maximal 1 1000. Im letztgenannten Fall wird somit die Linearitätsabweiehung 10~³. bei der vorgeschlage- ° nen Anordnung dagegen nur 10~" betragen.

Eine durch die Unsymmetrie der Schaltung verursachte additive Konstante I y^ ■ -s in der angerührten Gleichung ) kan·· eliminiert werden durdi

einen Widerstand 18 von dei Größe <ß„ - /ν,,ι. der von der Brückenausgangsklemme 14 zum Bezugspotential am Punkt 17 zu schalten ir«. Ebenso kann durch einen solchen Widerstand oder durch ei ρ entsprechendes Widerstandsnetzwerk bei geeigneter Bemessung eine gewünschte additive Konstante willkürlich hinzugefügt werden. Eine andere Möglichkeit. eine gewünschte additive Konstante zu erzeugen oder eir ί ungewünschte additive Konstante zu eliminieren.

besteht darin, die T-Schaltung aus den Widerständen 1. 2. 3 um einen weiteren Widerstand zu erweitern der zwischen den Knotenpunkt der T-Schaltung und eine mit der Spannung U_s korrelierte oder identische Spannung ^₁ · L^r _s zu schalten ist.

Auch kann die Widerstandsbrücke aus einer symmetrischen Spannungsquelle gespeist werden.

Bei geeigneter Dimensionie.ung der Netzwerkwiderstände (insbesondere der Widerstände 9 und 1Oi

* 1 ρ

kann beispielsweise eine Verstimmung —5-^- der

Widerstandsbrücke von nur 1 1000 eine Verstimmung des T-Schaltungseingangsleitwertes G_E von 1:10 bewirken. Diese kräftige Verstimmung wird dadurch in eine entsprechende Verstimmung der Frequenz

eines Oszillators 19 umgesetzt, indem bekannte RC-Oszillatorschaltungen benutzt werden, deren Frequenz durch den Leitwert nur eines Widerstandes linear steuerbar sind. Diese werden so mit der vorgeschlagenen Anordnung zusammengeschaltet, daß

so der Eingangswiderstand der T-Schaltung an die Stelle des frequenzsteuernden Oszillatorwiderstandes tritt. Dabei besteht oft gleichzeitig die Möglichkeit, die Speisespannung der Widtrstandsbrücke direkt dem Oszillator zu entnehmen. Anordnungen wie die zuletzt beschriebene lassen sich sehr vorteilhaft zu Fernmeßzwecken einsetzen, da sich die informationstragende Größe die Frequenz — sehr störsicher übertragen läßt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Verstimmung einer aus einer Spannungsquelle gespeisten Widerstandsbrücke mit vier Widerständen in eine dazu proportionale Frequenzänderung eines RC-Oszillators, wobei die Ausgangsklemmen der Brücke mit den Eingangsklemmen eines Kompensationsverstärkers ver- to bunden sind, dessen Ausgangsspannung einen steuerbaren Widerstand mittelbar oder unmittelbar steuert, wobei eine der Ausgangsklemmen det Brücke außerdem über einen Widerstand mil dem Ausgang eines in bekannter Weise mit einem ■? Gegenkopplungswiderstand versehenen Operationsverstärkers verbunden ist. dessen Eingang 'iher den steuerbar α Widerstand an die Spannungsquelle angeschlossen ist und wobei der steuerbare Widerstand Bestandteil des frequenzbestimmenden Netzwerkes des FC-Oszillators ist. nach Hauptpatent 1 591 988. dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker durch einen gegen Masse geschalteten Widerstand (9) ersetzt ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand (8) ein von einer mit dem Ausgang des Kompensation.. Verstärkers(11) verbundenen Lichtquelle (16) beleuchtbarer Fotowiderstand ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß de- steuerbare Widerstand (8) mit einer weiteren Spannungsquelle (k ■ U_s) verbunden ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem anderen Brückenzvveig (4) ein weiterer Widerstand (18) geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dei am Verbindungspunkt (15) des steuerbaren Widerstandes (8) mit der Spannungsquelle {U_s.k-U_s) wirksame Eingangswiderstand die Frequenz des Oszillators bestimmt.

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