DE2214114C3 - Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Verstimmung einer Widerstandsbriicke in eine dazu proportionale Frequenzänderung eines RC-Oszillators - Google Patents

Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Verstimmung einer Widerstandsbriicke in eine dazu proportionale Frequenzänderung eines RC-Oszillators

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DE2214114C3
DE2214114C3 DE2214114A DE2214114A DE2214114C3 DE 2214114 C3 DE2214114 C3 DE 2214114C3 DE 2214114 A DE2214114 A DE 2214114A DE 2214114 A DE2214114 A DE 2214114A DE 2214114 C3 DE2214114 C3 DE 2214114C3
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Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Verstimmung einer aus einer Spcinnungsquelle gespeisten Widerstandsbrücke mil vier Widerständen in eine dazu proportionale Frequenzänderung eines flC-Oszillators, wobei die Ausean£>sklemmen der Brücke mit den Einenngsklemmen eines Kompensationsverstärkers verbunden sind, dessen Ausgangsspannung einen steuerbaren Widerstand mittelbar oder unmittelbar steuert, und eine der Ausgangsklemmen der Brücke außerdem über einen Widerstand mit dem Ausgang eines in bekannter Weise mit einem Gegenkopplungswidersland versehenen Operationsverstärkers verbunden ist. dessen Eingang über den steuerbaren Widerstand an die Spannungsquelle angeschlossen ist. und der steuerbare Widerstand Bestandteil des frequenzbestimmenden Netzwerkes des ÄC-Oszillators ist. nach Patent 1 5') I 988.
Eine derartige Schaltung ist auch in dem Aufsatz von D. Meyer: »Präzisions-. I R- I f-Umformer für frequenzanaloges Messen mit DMS«. VDl Berichte. 137, S. 41 bis 44, beschrieben.
Darin liegen also die variablen Widerstände des Meßwertaufnehmers als Brückenschaltung in einem Regelkreis, der durch Verstimmung eines Oszillators die Verstimmung t! τ Brücke kompensiert. Dadurch ist die Frequenz des Oszillators linear abhängig von der Brückenverstimmung und im übrigen unempfindlich gegenüber parasitären Blindkomponenten des Meßwertaufnchmers. Ein gewisser Nachteil ist jedoch, daß die Regelkreise dieser Schaltung potcntialfrei elektronisch steuerbare Widerstände mit linearer u/i-Kennlinic erfordern. Die zur Zeit technisch realisierbaren steuerbaren Widerstände sind entweder träge, wie z. B. Photowiderstände, so daß also nur verhältnismäßig langsame Änderungen des Meßwertes genau wiedergegeben werden, oder sie sind nichtlincar, wie ζ. Β Feldeffekttransistoren, was zu Nichtlincarität der Steuerkcnnlinie und mangelnder Frequenzkonstanz führt.
Das eingangs beschriebene Prinzip kann jedoch auch mit anderen Oszillatorschaltungen verwendet werden. Bei harmonischen Oszillatoren ist jedoch immer zur Amplitudenstabilisierung ein zusätzlicher Regelkreis notwendig, so daß die Schaltung in jedem Falle zwei Regelkreise enthält.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Oszillalorschal- timg anzugeben, bei der diese Regelkreise möglichst einfach aufgebaut sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auch der Operationsverstärker Bestandteil des frequenzbestimmenden Netzwerkes des ÄC-Oszillators ist. daß an den Ausgang des Operationsverstärkers ein weiterer Verstärker über ein drei ohmsche Widerstände und einen Kondensator enthaltendes Allpaß-Netzwcrk angeschlossen ist, in dem der eine an Masse liegende
3 4
Widerstand steuerbar ist, daß der Ausgang des wei- kers Vx und k, wie bereits erwähnt, das Verhältnis
teren Verstärkers mit dem Hingang eines Integrators der Spannungen UkiU„ Auf diese Weise kann "i„
verbunden ist, daU an den Ausgang des Integrators durch A- linear verstellt werden. Pa andererseits k
ein Aniplitudendetektor angeschlossen ist. der den linear von der Brüekenverstimiiiung l/<« abhängt,
steueibaren Widerstand des Allpuß-Neizwerkes so 5 ist somit auch die Kreisfrequenz «>,, des Oszillators
steuert, daß die Spannung am Ausgang des Integra- eine lineare Funktion der Briickenverslimmung:
tors konstant ist, und daß diese Spannung die Speise- /<.·»· I R„
spannung der Widersiandsbrüeke ist. Hin derartiger <·ί, \ '. ·
Oszillator hat den Vorteil, daß die steuerbaren KnK1I , /<„
Widerslände durch elektronische Muliiplizierschal- io Dabei kann bei entsprechender Bemessung von
Hingen gebildet werden können, z. B. durch eine inte- Kk :li„ eine sehr kleine Brückenverstimmung zu einer
grierte Halbleiterschaltung, wie sie in dem Aufsatz großen Frequenzverstimmung führen.
von B. Gilbert, »A precise four-quadrant multi- Die steuerharen Widerstände in den beiden Regel-
plier with subnanosrcond response«, IHHH J. SSC. kreisen können nun durch elektronische Multiplizier-
Dez. 196H. S. 365 bis 373, beschrieben ist. 15 schaltungen gebildet werden, wie dies in Fig. 2 dar-
Ausführungsbcispiele der Erfindung werden au gestellt ist. Bei dem veränderbaren Widerstand Γ in
Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt' eier OszillatorschaltungOS in Fig. 1, der dort als
Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines erfindungsge- Potentiometer dargestellt ist, ist dies ohne weiteres zu
miißen Oszillators, "" " übersehen. Das Ausgangssi»t;;.il (!es Komparator K
Fig. 2 das Ersetzen der steuerharen Widerstände 20 ..jhi dabei an. welcher Bruchteil der Briickenspeise-
dureh Multiplizierschaltungen. spannung f·'. dem Operationsverstärker K1 zügeliihri
Der Messwertaufnehmer bilde; 111 !ig. I .uisain weiden soll. d. h.. es gibt den · akior k an. men mil anderen Widerständen eine Widerstands- Emc elektronische Muliiplizie schaltung liefert an brücke Rjix...R,iv die mit der Spannung Γ ge- ihrem Anfang das Produkt der zwei an ihren beiden speist wird, die durch den Oszillator OS erzeugt wird. -\r; Hingangen heuenden Signale. Wenn der eine Hingang wie noch beschrieben wird. Der Ausgang dei ene Gleichspannung erhält, gibt die Grölie dieser Brückenschaltung führt auf einen Kompensations- GLichspannung an. welcher BruJiieil des am anverstärker K, der einen an der Brüekeiispejscspan- deren Hingang liegenden Signals am Ausgang der innig f·', angeschlossenen steuerbaren Widerstand /'. Muliipli/icrschaltung erscheint. Daher ist in Fig. 2 die der hier als Potentiometer dargestellt ist. so \erändert. 3" Muliiphzierschaluing M., so geschallet, daß der eine daß die Spannung ί,/fc am Ausgang des an den Steuer- Hingang mil dem Ausgang des Kompensationsverharen Widerstand angeschlossenen Operations.er· starkeis K \erhunden ist und der andere Hingang mit stärkers K1 über den Widerstand Rk das Brücken- der Bniekenspeisespannung. Die Multiplizierschalgleic'ngewicht wieder herstellt. Dieser Widerstand/«,', lung A/, kann dabei die Funktion des Operationsist an den einen Ausgang der WiderstaiuKbrückc an- .!5 \erstärfers I'., in l·' 1 g. I ohne weiteres mit übergeschlossen, an deren anderem Ausgang ein Wider- nehmen, so daß ihr Ausgang unmittelbar die Kornstand R\ gegen Masse geschaltet ist. um die Korn- pensationsspannung ('.. liefert.
pensation symmetrisch und linear zu machen. Das Die Realisierung des steuerbaren Widerstandes Rx
Verhältnis der Spannungen U1. ü\ ist somit linear ab- im Allpaß-Netzwerk erfolgt dadurch, ι'-iß er durch
hängig von der Verstimmung der Widerstandsbriieke 40 einen Festwiderstand /«?', ersetzt wird, dessen I-uß-
aus der. Widerständen Rn , . . . W,,, und wird im fol- punkt jedoch nicht mit Masse, sondern mit dem Aus-
genden mit k bezeichnet. gang einer weiteren Multiplizierschaltung Ai1 verbun-
Der Ausgang des Operationsverstärkers K.. der :n den ist. Der eine Hingang der Mulliplizierschaltung
bekannter Weise gegcngekoppelt ist. speist außerdem ist mit dem Ausgang des Verstärkers Vx verbunden,
ein Allpaß-Net/wcrk aus den Widerständen R..R,.R.t 45 und tier andere Eingang erhält von dem Amplitudcn-
und dein Kondensator C das hier ebenfalls als detektor. Mi eine .Steuergleichspannung, die mit
Brücke aufgebaut ist. Die Ausgänge des Aüpaß- bezeichnet werde und die angibt, welcher Bruchteil Netzwerkes führen auf die Eingänge eines Differenz- tier Alisgangsspannung des Verstärkers Vx am Ausverstärkers Vx, der einen Integrator speist. Dieser gang dei Multipliz.icrschaltung A/, erscheint. Der lür besteht aus dem invertierenden Verstärker C, mit 50 das Allpaß-Nelzwerk wirksame Widerstand K1 isl hoher Verstärkung, einem diesen Verstärker über- dann
brückenden Inlcprations-Kondensator C1 sowie einem /,,γ
vorgeschalteten ohmschcn Widerstand R1. Der Aus- 'Λ .
gang des Integrators ist mit einem Amplitudendetek- '
Tor "AR verbunden, der den an Masse liegenden scr- 55 wobei in eine Konstante der M.illip'vierscha'tung ist.
änderbaren Widerstand/?, im Allpaß-Netzwerk so Der ohmsehe /weig R_../<?., des Allpaß-Netzwerkes
verändert, daß am Ausgang des Integrators die Am- und dam·! die Notwendigkeit der Differenzbildung
pütude der Spannung immer konstant ist. Die Aus- in dem Verstärker C1 können entfallen, so cuiß der
gaimsspaniiuiig des Integrators ist ",lcich/ciliy. die Verstärker Γ, nur ein einfädler umkehrender \ er-
Briiekenspcisespannung Us. So stärker zu sein braucht, wenn die Ausgangsspannimg
Dies stellt eine schwingfähige Schaltung dar. wobei der Multiplizierschaltung Af1, über einen zweiten InIe-
clie Kreisfrequenz. (-»„ sich nach folgender Gleichung ,
einstellt, wenn die beiden Widerstände /«?., und R1 des graioicingan.^widerstand/<J', R1- " ebenfalls dem
Allpaß-Netzwerkes gleich groß gewühlt werden: '
,. 65 Integrator zugeführt wird.
<->,, A · ' In der Fig. 2 sind weiterhin die Verbindungen der
2RiC< Widerstandsbriieke R11x... R1^ und des Kompen-
Darin ist v, die Verstärkung des DilTerenzverstär- sationswiderstandes R1 mit dem Oszillator OS gegen-
einander vertauscht, so (IaH der Konipensationswidcistand R/. an der Hnickenspeisespamiimi' I und die Wideistandsbrücke an der kompenviiinn'-spim llung Il k angeschlossen ist. Dadurch wird die krcN frequenz m,, des Oszillators nicht mehr proportional A. sondern proportional I A. so dal'· nunmehr die IV-riodcndnuer der Briiekenversiimmune propoiiional wird, was vorteilhaft für ti ic Auswertung "-ein kann. Schließlich ist in l'iu. 2 iler I-iii.'.punkl dei WiderstaiuKliriicke sowie lies Kompensalionswiderstaiides W- nicht mil Masse, sondern iibei einen umkeliden \'erstärker mit dem oberen l.inspeisuniispimki tier Rriicke verbunden. Dadurch wird der luBpunkt der Hriieke ,iieiicnphasiii /u dem l'inspeisunuspunkt angesteuert, wodurch die !-.mpfindlichkeit der An ordnuiiii erhöht wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Verstimmung einer aus einer Spannungs-(|ue!lc gespeisten Wiüerstandsbrücke mit vier Widerständen in eine dazu proportionale Frequenzänderung eines ÄC-OsziIlators, wobei die Ausgangsklemmen der Brücke mit den Eingangsklemmen eines Kompensationsverstärkers verbunden sind, dessen Ausgangsspannung einen steuerbaren Widerstand mittelbar oder unmittelbar steuert, und eine der Ausgangsklemmen der Brücke außerdem über einen Widerstand mit dem Ausgang eines in bekannter Weise mit einem Gegenkopplungswiderstand versehenen Opera tionsverstärkers verbunden ist, dessen Eingang über den steuerbaren Widerstand an die Spannuiigsquelle angeschlossen ist, und der Steuerbare Widersland Bestandteil des frequenzbestimmenden Netzwerkes des /iC-Oszillalors ist, nach Patent 1 51JI 1JSS, d a d u : c h g e k e η η ζ e i c Ii net, daß auch der Operationsverstärker (K1) Bestandteil des frequenzbestimmenden Net/werkes (/', K1, Rr R.„ R1, C1) des KC-Oszillalors (OS) ist, daß an den Ausgang des Operationsverstärkers (K1) ein weiterer Verstärker (K1) über ein drei ohmsche Widerstände und einen Kondensator einbauendes Allpaß-Netzwcrk (Rv R.„ /?.,, C1) angeschlossen ist, in dem der eine an Masse liegende Widerstand (RJ steuerbar ist, daß der Ausgang des weiteren Ver tärkers(K,) mit dem Eingang eines Integrators (Zi1-, C1, K1) verbunden ist, daß an den Ausgang des Integrators ein Amplitudendetektor [AR) angeschlossen ist, der den steuerbaren Widerstand (R1) des Allpaß-Net/werkcs so steuert, daß die Spannung (UJ am Ausgang des Integrators konstant ist, und daß diese Spannung (UJ die Speisespannung der Widerstandsbrücke (Rn { ... R114) ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der frequen/bestimmende steuerbare Widerstand (/') und der Operationsverstärker (K1) durch eine Multiplizierschaltung (Λ/.,) gebildet ist. die an ihrem Ausgang das Produkt von zwei an ihren Eingängen liegenden Signalen liefert, wobei der eine Eingang mit dem Ausgang des Kompensationsverstärkers (K) und der andere Eingang mit der Brückenspeisespannung (UJ und der Ausgang mit einer Ausgangsklemme der Widerstandsbrückc (R11x... RnJ sowie mit dem Allpaßnetzwerk (A1, /?.,. Rv C1) verbunden ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Widerstand (RJ im Allpaßnctzwcrk aus einem Festwiderstand (R' J besteht, dessen vom weiteren Verstärker (K1) abgewandtes Ende mit dem Ausgang einer weiteren Multiplizierschallung (M1) verbunden ist. deren Eingang mit dem Ausgang des weiteren Verstärkers (VJ und deren anderer Eingang mit dem Ausgang des Amplitudendetektors (AR) verbunden ist.
4. Schallungsanordnung nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der Widerstandsbriicke (R a 1 · ■ ■ Rn i) und des Kompensationswiderstandes (Ii1.) mit dem Oszillator (OS) gegeneinander vertauscht sind.
5, Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußpunkt der Widerstandsbriicke (ft,,, ··./</,·,) i-'ine zur Brückenspeisespannung (UJ gegenpiiasige Spannung erhält.
DE2214114A 1972-03-23 1972-03-23 Schaltungsanordnung zur Umwandlung einer Verstimmung einer Widerstandsbriicke in eine dazu proportionale Frequenzänderung eines RC-Oszillators Expired DE2214114C3 (de)

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