DE2223333A1

DE2223333A1 - PROCEDURE AND EQUIPMENT FOR CONTROLLING ELECTRONIC SWITCHES IN AC CURRENT MEASURING CIRCUITS

Info

Publication number: DE2223333A1
Application number: DE19722223333
Authority: DE
Inventors: Jurij Rubenowitsch Agamalow; Elena Abramowna Budnizkaja; Wladimir Jurewitsch Kneller; Grigorij Grigorewits Lukaschuk
Original assignee: I UPRAWLENIJA
Current assignee: I UPRAWLENIJA
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1973-11-22
Also published as: DE2223333B2

Description

Verfahren und Einrichtung zur Steuerung von elektronischen Schaltern in Wechselstrommeßschaltungen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Elektromeßtechnik, insbesondere auf ein Verfahren zur Steuerung von elektronischen Schaltern in Wechselstrommeßschaltungen und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, insbesondere in Wechselstrom-Meßbrticken. Method and device for controlling electronic switches in AC Current Measurement Circuits The present invention relates to the field the electrical measurement technology, in particular a method for controlling electronic Switches in alternating current measuring circuits and a device for carrying out this Method, especially in AC measuring units.

Bekannt ist ein Verfahren zur Steuerung von elektronischen Schaltern in Wechselstrom-Meßschaltungen (vgl. A method for controlling electronic switches is known in alternating current measuring circuits (cf.

WKontaktlose elektronische Einrichtungen", Sammelband I, 1968). Nach diesem Verfahren werden die elektronischen Schalter durch Gleichstromsignale entsprechender Polarität bzw. Amplitude-gesteuert, d. h. geöffnet bzw. geschlossen.Contactless electronic devices ", anthology I, 1968). According to The electronic switches are made more appropriate to this process by means of direct current signals Polarity or amplitude-controlled, d. H. open or closed.

So werden z. B. Transistorschalter vom p-n-p-Typ durch negative Ströme geöffnet, die in die Basis geleitet werden, und durch an die Basis angelegte positive Spannungen gesperrt.So z. B. transistor switches of the p-n-p type by negative currents opened that are channeled into the base, and by positives applied to the base Tensions locked.

Die Nachteile dieses Steuerungsverfahrens sind große sowohl aktive als auch kapazitive Ableit-Wechselströme, die über gesperrte elektronische Schalter in die Steuerkreise fließen, die eine Vergrößerung der Meßfehler verursachen und die obere Grenze des Bereichs der Betriebsfrequenzen der Speisung von Meßkreisen begrenzen; der nichtlineare Charakter der Ableitströme, besonders beil Unschalten hoher Spannungen, und ein nicht großer (i- Falle der Halbleiter, zum Beispiel der Transistorschalter) Pegel des zulässigen Wechselspannungsabfalls am Schalter. The disadvantages of this control method are great both active as well as capacitive leakage alternating currents via locked electronic switches flow into the control circuits, which cause an increase in the measurement errors and the upper limit of the range of operating frequencies for supplying measuring circuits limit; the non-linear character of the leakage currents, especially when switching high voltages, and a not great (i- case of semiconductors, for example the Transistor switch) Level of the permissible AC voltage drop at the switch.

Der vorliegenden Erfindung ist die Aufgab. zugrundege legt, unter Beseitigung der genannten Nachteile ein Verfahren zur Steuerung von elektronischen Schaltern in Wechselstrom-Meßschaltungen und eine Einrichtung zur DurchfUhrung dieses Verfahrens zu entwickeln, die eine wesentlich. (um einige Größenordnungen) Verringerung der silber elektronische Schalter fließenden Ableitströme und somit die frweiterung des Betriebsfrequenzbereichs sowie eine Vergrößerung des zulässigen Wechseispannungsabfalls an den gesperrten elektronischen Schaltern bei gleichzeitiger Verringerung der Nichtlinearität der Ableitströme herbeiffihren. The present invention is the object. underlies, under Eliminating the disadvantages mentioned a method for controlling electronic Switches in alternating current measuring circuits and a device for performing this Process to develop that one essential. Reduction (by several orders of magnitude) the silver electronic switch flowing leakage currents and thus the expansion the operating frequency range and an increase in the permissible AC voltage drop on the blocked electronic switches while reducing the non-linearity cause the leakage currents.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Steuerung von elektronischen Schaltern in Wechselstrom-Neßschaltungen, deren Steuersignale Sperrspannungen sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei der Erzeugung von Steuersignalen zum Sperren jedes elektronischen Schalters zu den Sperrspannungen addiert wird eine Wechselspannung, die ungefahr amplituden- und phasengleich der Wechselspannung am Eingang des durch den betreffenden elektronischen Schal.ter umzuschaltenden Zweiges der Neßschaltung iSt, Zweckmäßigerweise wird die Einrichtung, insbesondere eine Wechselstrommebrucke, derart ausgeführt, daß die elektronischen Schalter in dieser nach dem erfindungsge mäßen Verfahren gesteuert werden; dabei wird bei dieser Brücke parallel zu jedem ein Abgleichorgan enthaltenden Zweig ein mit seinem Ausgang über Zweigballastwiderstände mit den Steuereingangen der elektronischen Schalter verbundener Spannungsfolger angeschlossen. This task is performed in a method for controlling electronic Switches in alternating current measuring circuits, the control signals of which are blocking voltages, according to the invention achieved in that in the generation of control signals to the Blocking each electronic switch is added to the blocking voltages AC voltage that has approximately the same amplitude and phase as the AC voltage on Input of the branch to be switched over by the relevant electronic switch the Neßschalt iSt, expediently the device, in particular a AC bridge, designed so that the electronic switch in this be controlled according to the method according to the invention; doing this at this bridge parallel to each branch containing a balancing element with its output via Branch ballast resistors connected to the control inputs of the electronic switches Voltage follower connected.

Wenn in der Wechselstrommeßbrücke die Normal el emente Normalkondensatoren sind, werden die elektronischen Schalter durch Widerstände überbrückt und an den Ausgang des betreffenden Spannungsfolgers wird der Eingang des Spannungsverstärkers angeschlossen, dessen Ausgang über einen Widerstand mit dem gemeinsamen Punkt der Normalkondensatoren verbunden ist. If in the AC current measuring bridge the normal el emente normal capacitors are, the electronic switches are bridged by resistors and connected to the The output of the voltage follower concerned becomes the input of the voltage amplifier connected, its output through a resistor with the common point of the Normal capacitors is connected.

Zweckmäßigerweise wird in der Wechselstrommeßbrücke in Jedem aus einem Normalkondensator und einem diesen Kondensator umschaltenden Schalter bestehenden Stromkreis an der Schalterseite ein Widerstand in Reihe geschaltet und an den gemeinsamen Punkt des Widerstands und des Schalters in jedem Stromkreis mit einer seiner Herausführungen ein zusätzlicher Kondensator angeschlossen, während die zweiten Heraus führungen der zusätzlichen Kondensatoren zu einem gemeinsamen Punkt verbunden werden, dabei wird an den Ausgang des Spannungsfolgers, der parallel zu dem Brückenzweig geschaltet ist, der an dem Brückenzweig zur Wahl des Meßbereichs an der Seite der Speisediagonale anliegt, ein Spannungs transformator angeschlossen, dessen eines Ende der Sekundärwicklung mit dem Eingang des genannten Spannungsfolgers, während das andere mit dem gemeinsamen Punkt der zusätzlichen Kondensatoren verbunden werden. Appropriately, in each of the alternating current measuring bridge a normal capacitor and a switch that switches this capacitor Circuit on the switch side a resistor connected in series and to the common Point of resistance and switch in each circuit with one of its leads out an additional capacitor connected while the second lead out the additional capacitors are connected to a common point, thereby will be sent to the Output of the voltage follower, which is parallel to the bridge branch is connected, which is connected to the bridge branch to select the measuring range on the side of the Supply diagonal is present, a voltage transformer is connected, one of which End of the secondary winding with the input of said voltage follower, while the other to be connected to the common point of the additional capacitors.

Zweckmäßig ist auch, daß in der Wechselstrommeßbrücke der Spannungs transformator eine zusätzliche Hochspannungswicklung enthält, die über einen Kondensator parallel zu dem Brückenzweig für die Wahl des Neßbereichs geschaltet ist. It is also useful that the voltage in the alternating current measuring bridge transformer contains an additional high-voltage winding, which is connected via a capacitor is connected in parallel to the bridge branch for the selection of the wet area.

Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestattet es, die Effektivität (die Güte) der bestehenden elektronischen Schalter, die in Wechselstrommeßschaltungen eingesetzt werden, durch die Verringerung der wirkenden Ableit-Wechselströme um einige Größenordnungen wesentlich zu erhöhen. Die maximal erreichbare Zahl der Größenordnungen wird hauptsächlich bestimmt durch: die Güte der modernen elektronischen Verstärker, maximal erreichbare Eingangs- und maximal erreichbare Ausgangswiderstandswerte sowie die Stabilität des Übertragungsfaktors, und kann heute drei, vier und mehr groß sein. The application of the method according to the invention allows the Effectiveness (the quality) of the existing electronic switches used in AC current measuring circuits are used by reducing the effective leakage alternating currents some orders of magnitude to increase significantly. The maximum achievable number of orders of magnitude is mainly determined by: the quality of modern electronic amplifiers, maximum achievable input and maximum achievable output resistance values as well as the stability of the transmission factor, and today can be three, four and more large be.

Die erfindungsgemäße Einrichtung, das heißt die Wochselstrom-Brücke, gestattet es, die durch das Vorhandensein von Restwiderständen der geschlossenen Schalter (sowohl elektronischer als auch elektromechanischer Schalter) sowie durch Verluste der mit diesen Schaltern umzuschaltenden Normal elemente bedingte Meßfehler um ein bis zwei Größenordnungen zu verringern und Meßfehler auf die Größen herabzusetzen, die durch die Nichtstabilität(hauptsächlich durch Zeit- bzw. Temperaturinstabilität)dieser Parameter bedingt sind. The device according to the invention, i.e. the Wochselstrom Bridge, allows it, due to the presence of residual resistances of the closed Switches (both electronic and electromechanical switches) as well as through Loss of the normal elements to be switched with these switches caused measurement errors by one or two orders of magnitude to reduce and measurement errors reduce the quantities caused by the non-stability (mainly due to time or temperature instability) of these parameters are conditional.

Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beige.-fügte Zeichnung erläutert, Es zeigen Fig. 1 ein Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Steuerung von elektronischen Schaltern in Wechselstromschaltungen,genauer von Transistorschaltern vom p-np-Typ,darstellt (in Fig. 1 bedeuten U1 - Sperrspannung, U2 -Kommutierungs- oder Umschaltsignal, U3 - Speisespannung, U ~ - Wechsel spannung); Fig. 2 das Schaltbild einer universellen automatischen Wechselstrom-Digitalmeßbnicke, mit der dieses Verfahren durchgeführt wird; Fig. 3 das Ersatzschaltbild des oberen Zweiges mit einem der Abgleichkreise (SnFig. 3 bedeuten: Uab Spannung zwischen den Punkten a und b der in Fig. 2 gezeigten Brücke, Ubd- Spannung zwischen den Punkten b und d, k2 - Verhältnis zwischen den Windungszahlen der Wicklungen 45 und 42 des Transformators 39, Cx - Prüfling, R2 - Ersatzableitwiderstand des Normalkondensators 13 nach der Reihenersatzschaltung, r -Widerstand des geschlossenen Schalters 16). The invention is illustrated with reference to the accompanying drawing 1 shows a circuit diagram which shows an exemplary embodiment of the method for controlling electronic switches in AC circuits, more precisely from Transistor switches of the p-np type, represents (in Fig. 1 U1 - reverse voltage, U2 commutation or switching signal, U3 - supply voltage, U ~ - alternating voltage); Fig. 2 is the circuit diagram of a universal automatic AC digital measuring bench, with which this procedure is carried out; 3 shows the equivalent circuit diagram of the upper one Branch with one of the adjustment circuits (SnFig. 3 mean: Uab voltage between the Points a and b of the bridge shown in Fig. 2, Ubd voltage between the points b and d, k2 - ratio between the number of turns of the windings 45 and 42 of the Transformer 39, Cx - test item, R2 - equivalent leakage resistance of the normal capacitor 13 after the series equivalent circuit, r resistance of the closed switch 16).

Wle Fig 1 zeigt, schaltet ein Transistorschalter 1 einen Zweig 2 mit dem Normalwiderstand eines Meßkreises 3 um. Zur Bildung des Steuersignals für das Sperren des Transistorschalters 1 ist an den Eingang des durch den Transistorschalter 1 umzuschaltenden Zweiges 2 ein Spannungsver stärker 4 angeschlossen, der im Verglelch zu dem Zweig 2 und dem Meßkreis 3 einen ausreichend großen Eingangswiderstand und einen Verstärktngsfaktor gleich oder nahe Eins hat. An den Ausgang des Spannungsverstärkers 4 ist ein Addierer 5 angeschlossen, der die Ausgangswechselspannung des Verstärkers 4 und die Sperrspannung des Transistorschalters 1 (insbesondere die Gleichspannung U1) addiert, die dem Ausgang einer Gleichstromquelle 6 entnommen wird. As shown in FIG. 1, a transistor switch 1 switches a branch 2 with the normal resistance of a measuring circuit 3 um. To generate the control signal for the blocking of the transistor switch 1 is at the input of the transistor switch 1 branch 2 to be switched over, a voltage amplifier 4 connected, which is in the Verglelch to the branch 2 and the measuring circuit 3 a sufficiently large input resistance and has a gain equal to or close to unity. To the output of the voltage amplifier 4 an adder 5 is connected, which the output AC voltage of the amplifier 4 and the reverse voltage of the transistor switch 1 (in particular the DC voltage U1), which is taken from the output of a direct current source 6, is added.

Das auf diese Weise gebildete Sperrslgnal wird vom Ausgang des Addierers 5 in einen Stromkreis 7 für die Umschaltung der Steuersignale (der hier als elektromechanischer Schalter dargestellt ist) eingespeist, Über den es unter Einwirkung des entsprechenden Umschaltsignals U2 auf den Steuereingang (die Basis) des Transistorschalters 1 gegeben wird.The blocking signal formed in this way is taken from the output of the adder 5 into a circuit 7 for switching over the control signals (here as an electromechanical Switch is shown), via which it is under the action of the corresponding Switching signal U2 is given to the control input (the base) of the transistor switch 1 will.

Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung arbeitet folgenderweise Die Spannung am Eingang des durch den Transistorschalter 1 umzuschaltenden Zweiges 2 gelangt über den Verstärker 4 (im gegebenen Fall über einen Spannungsfolger) in den Addierer 5, wo sie zu der Sperrspannung + U1 addiert wird. Die Summenspannung wird über den Stromkreis 7 für Umschaltung von Steuersignalen auf den Steuereingang (die Basis) des Transistorschalters 1 gegeben, wodurch dieser gesperrt wird. The circuit shown in Fig. 1 operates as follows: The voltage arrives at the input of the branch 2 to be switched over by the transistor switch 1 via the amplifier 4 (in the given case via a voltage follower) into the adder 5, where it is added to the reverse voltage + U1. The total voltage is calculated via the Circuit 7 for switching control signals to the control input (the base) of the transistor switch 1, whereby this is blocked.

Ist der Verstärkungsfaktor des Spannungsverstärkers 4 gleich 1 + #, so sowird dabei der Wechselableitstrom über den Zweig 2 gleich mit # = die durch die Nichtstabilität der elektronischen Apparatur bestimmte Größe (6« 1); I = Effektivwert des Ableitstromes; Z = komplexer Schalterableitwiderstand.If the amplification factor of the voltage amplifier 4 is equal to 1 + #, then the alternating leakage current via branch 2 becomes the same with # = the quantity determined by the instability of the electronic equipment (6 «1); I = effective value of the leakage current; Z = complex switch leakage resistance.

Der Effektivwert des Ableitstroms verringert sich somit um das # fache. The effective value of the leakage current is thus reduced by the # times.

Die modernen elektronischen Verstärker gestatten die Erhaltung von t #~10-3 - 10 4 und sogar kleiner, d. h0 nach dem erfindungsgemäßen;.Verfahren läßt sich die Effektivität (die GUte) der elektronischen Schalter tatsächlich um drei, vier und mehr Größenordnungen erhöhen. The modern electronic amplifiers allow the preservation of t # ~ 10-3 - 10 4 and even smaller, i.e. h0 by the method according to the invention the effectiveness (goodness) of the electronic switches actually increases by three, increase four and more orders of magnitude.

Das in Fig, 2 gezeigte Schaltbild der universellen automatischen Digital-Wechselstrombrücke, die das erfindungsgemäße Verfahren durchführt, umfaßt eine Meßschaltung 8 im Betriebszustand der Messung der Parameter von einem kapazitiven Prüfling in einer Reihenersatzschaltung, die aufweist einen Prüfling 9, der mit Hilfe eines Verbindungs kabels 10 mit parasitären Kapazitäten angeschlossen ist, die die Meßdiagonale und den an den Prüfling 9 an der Seite der Speisediagonale anliegenden Brückenzweig nebenschließen, ein Organ für die Wahl des Meßbereichs, das als zwei parallele Sätze von Normalwiderständen 11 und 12 (gezeigt sind nur der erste und der letzte Widerstand) und Kondensatoren 13 und 14 (gezeigt sind ebenfalls nur der erste und der letzte) ausgeführt ist, die mittels elektronischer oder elektromechanischer Schalter 15 und 16 umgeschaltet werden, und zwei diskrete Abgleichorgane, die als durch direkt geschaltet gezeigte Transistorschalter 21 und 22 umschaltbare und eine regelbare Kapazität und ein regelbares Leitvermögen realisierende Sätze von Parallelketten aus Normalkondensatoren 17 und 18 (gezeigt ist der erste und der letzte Kondensator) und von Parallelketten aus Widerständen 19 und 20 (gezeigt ist ebenfalls der erste und der letzte Widerstand) ausgeführt sind, sowie zwei NormalwiderstAnde 23 und 24. The circuit diagram shown in Fig. 2 of the universal automatic A digital AC bridge that implements the method of the invention a measuring circuit 8 in the operating state of measuring the parameters of a capacitive DUT in a series equivalent circuit, which has a DUT 9, which with Using a connection cable 10 with parasitic capacitances is connected, the measuring diagonal and the one on the test item 9 on the side of the dining diagonal close adjacent bridge branch, an organ for the selection of the measuring range, that as two parallel sets of standard resistors 11 and 12 (only shown the first and the last resistance) and Capacitors 13 and 14 (only the first and the last are also shown), which is carried out by means of electronic or electromechanical switches 15 and 16 are switched over, and two discrete balancing devices, shown as transistor switches connected by direct 21 and 22 switchable and one controllable capacity and one controllable conductivity realizing sets of parallel chains of normal capacitors 17 and 18 (shown is the first and the last capacitor) and parallel chains of resistors 19 and 20 (the first and the last resistor are also shown) as well as two normal resistances 23 and 24.

Zur Bruckenschaltung gehoren darüber hinaus ein Speisegen.erator 25 der Meßschaltung 8 mit einem Transformator 26 am Ausgang, ein Verstärker 27 des Brückenverstimmungssignals, eine Steuerschaltung 28, Einrichtungen 29, 30 und 31 zur Umschaltung und Anzeige von Meßergebnissen der Schalter 15, 16, 21 und 22 und zwei Spannungsfolger 32 (mitterfolger). Die Eingänge dieser Folgeschaltungen sind angeschlossen an die Ecken der Speisediagonale parallel zv den Brückenzweigen, die die obengenannten diskreten Abgleichorgane enthaltene und an die Ausgänge der Folgeschaltungen die verbunden sind über Ballastwiderstände 33 mit den asen der Transistorschalter 21 und 22 und über eisen Trennkondensatoi 34 mit dem Verbindungspunkt des Ausgangs einer Quelle 35 negativer Spannung mit hohem Wechselstrom-Ausgangswiderstandswert und einer gemeinsamen Schiene von Vorspannwiderständen 36 der Kollektordbergänge der Schalter 22, die die Normalkondensatoren 19 und 20 umschalten, über Trennkondensatoren 37 sind Transformatoren 38 und 39 angeschlossen. Der Transformator 38 hat zwei Wicklungen: eine Primärwicklung 40 und eine sekundäre oder Hochspannungswicklung 41, die jeweils ein geerdetes Ende haben, Dieser Transformator kann als ein Spartransformator ausgeführt werden0 Der Transformator 39 enthält eine Primärwicklung 42. und drei Sekundärwicklungen 43, 44 und 45. Die Wicklungen 42 und 43 weisen ebenfalls ein jeweils geerdetes Ende auf. Die Universalität oder der mehrfunktionelle Charakter der Brücke wird durch Umschaltung von Kontakten eines Relais 46 realisiert, die für die Neuabstimmung der Meßschaltung 8 in Anpassung an verschiedene Typen von Prüflingen dieneno bei Kapazität in einer Reihen-oder Parallelersatzschaltung, bei Induktivität in einer Reihenersatzschaltung und bei Wirkwiderstand mit induktiver oder kapazitiver Komponente. Die Brücke enthält außer den genannten Baugruppen und Elementen: Stromkreise für die Kompensation von Widerständen der gesättigten Schalter 22 und der Verlustparameter der Normalkondensatoren 19 und 20 in Form von Widerständen 47 und 48, die die Schalter 22 überbrücken, und eines Widerstands 49, der zwischen der gemeinsamen Schiene der Normalkondensatoren 19 und 20 und dem nichtgeerdeten Ende der Wicklung 43 des Transformators 39 geschaltet ist; Stromkreise für die Kompensation von Widerständen der geschlossenen Schalter 16 und der Verlustparameter der Normalkondensatoren 13 und 14 in Form von Widerständen 50 und 51, die in die aus Normalkondensatoren 13, 14 und den Schaltern 16 bestehenden Kreise an der Seite der Schalter 16 in Reihe geschaltet, und mit einer Herausführung an die gemeinsamen Punkte der Widerstände 50, 51 und der Schalter 16 von zusätzlichen Kondensatoren 52 und 53 angeschlossen sind, deren zweite Herausführung zu einem gemeinsamen Punkt vereinigt und an das Ende der nicht geerdeten Wicklung 45 des Transformators 39 angeschlossen sind; Stromkreise für die Kompensation der parasitären Kapazitäten der Normalwiderstände 11 und 12 in Form von zusätzlichen Abgleichkondensatoren 54 und 55 und eines Kompensationskondensators 56, der zwischen der gemeinsamen Schiene der Normalwiderstände 11 und 12 und einem der Enden der nicht geerdeten Wicklung 44 des Transformators 39 geschaltet ist. Die Umschalteinrichtungen 30 und 31 sind mit den Steuereingängen (Basen) der Transistorschalter 21 und 22 durch Trenndioden 57 verbunden. Zwischen der phasengleichen Ausgangswicklung 41 des Transformators 38 und dem Eingang des Spannungsfolgers 32 ist ein veränderlicher Kondensator 58 geschaltet, Die universelle automatische Digital-Wechselstrombrücke, die in Fig. 2 gezeigt ist, arbeitet folgenderweise: Der Abgleich der Brücke nach den Steuersignalen der Steuerschaltung 28, die aus dem durch den Spannungsverstärker 27 verstärkten Verstimmungssignal gebildet sind, erfolgt mit Hilfe der Umschalteinrichtungen 29, 30 und 31, von deren Ausgängen die Umschaltsignale zunächst auf die Schalter 15 und 16 des Meßbereich-Wahlorgans und dann über die Trenndioden 57 auf die Transistorschalter 21 und 22 der diskreten Abgleichorgane gegeben werden. Um den Einfluß der Ableitströme der Transistorschalter 21 und 22 auf die Meßgenauigkeit zu beseitigen, werden die Spannungen an den Eingängen der durch die genannten Schalter umzuschaltenden Zweige, d. h. der Normalwiderstände 17 und 18 und der Normalkondensatoren 19 und 20, mit Hilfe der Emitterfolger 32 zu den Gleichspannungen addiert, die ihren Arbeitspunkten entsprechen, und über die Ballastwiderstände 33 auf die Steuereingänge (auf die Basen) der Transistorschalter 21 und 22 gegeben. Die Größen der Widerstand de 33 werden derart gewählt, daß sie viel geringer im Vergleich zu den Eingangswiderständen der gesperrten Transistorschalter 21 und 22 relativ zu ihren Steuereingängen (Basen) und gleichzeitig ausreichend groß sind, um die Emitterfolger 32 nicht zu belasten, Anstelle der Wider stände 33 können Transistor- oder Diodenschalter angewandt werden, wenn die Belastbarkeit der Spannungsfolger 32 aus irgendwelchem Grund nicht erhöht werden kann oder wenn die Eingangswiderstände selbst der elektronischen Schalter 21 und 22 zu gering sind. The bridge circuit also includes a feed generator 25 of the measuring circuit 8 with a transformer 26 at the output, an amplifier 27 of the Bridge detuning signal, a control circuit 28, devices 29, 30 and 31 for switching and displaying measurement results of switches 15, 16, 21 and 22 and two voltage followers 32 (center follower). The inputs of these sequential circuits are connected to the corners of the food diagonal parallel to the bridge branches that the above-mentioned discrete balancing organs contained and to the outputs of the sequential circuits which are connected to the bases of the transistor switches via ballast resistors 33 21 and 22 and via iron separating condenser 34 with the connection point of the output a negative voltage source 35 of high AC output resistance and a common rail of biasing resistors 36 of the collector transitions the switch 22, which switch the normal capacitors 19 and 20, via isolating capacitors 37 are transformers 38 and 39 connected. The transformer 38 has two windings: a primary winding 40 and a secondary or high voltage winding 41, each having a grounded end, this transformer can be used as an autotransformer The transformer 39 includes a primary winding 42nd and three Secondary windings 43, 44 and 45. The windings 42 and 43 also have a grounded end. The universality or the multifunctional character the bridge is realized by switching contacts of a relay 46, the for retuning the measuring circuit 8 to adapt to different types of DUTs are used for capacitance in a series or parallel equivalent circuit Inductance in a series equivalent circuit and in the case of effective resistance with inductive or capacitive component. The bridge contains the named assemblies and Elements: circuits for the compensation of resistances of the saturated switches 22 and the loss parameter of the normal capacitors 19 and 20 in the form of resistors 47 and 48, which bridge the switches 22, and a resistor 49 which is between the common rail of the normal capacitors 19 and 20 and the ungrounded End of winding 43 of transformer 39 is connected; Circuits for compensation of resistances of the closed switches 16 and the loss parameters of the normal capacitors 13 and 14 in the form of resistors 50 and 51, which are made up of normal capacitors 13, 14 and the switches 16 existing circles on the side of the switches 16 in series switched, and with a lead out to the common points of the resistors 50, 51 and the switch 16 of additional capacitors 52 and 53 are connected are, the second lead-out united to a common point and to the End of not grounded winding 45 of the transformer 39 is connected are; Circuits for the compensation of the parasitic capacitances of the standard resistances 11 and 12 in the form of additional balancing capacitors 54 and 55 and a compensation capacitor 56, which is between the common rail of the standard resistors 11 and 12 and a the ends of the ungrounded winding 44 of the transformer 39 is connected. The switching devices 30 and 31 are connected to the control inputs (bases) of the transistor switches 21 and 22 connected by isolating diodes 57. Between the in-phase output winding 41 of the transformer 38 and the input of the voltage follower 32 is a variable Capacitor 58 switched, the universal automatic digital AC bridge, which is shown in Fig. 2 works as follows: The alignment of the bridge after the control signals of the control circuit 28 resulting from the by the voltage amplifier 27 amplified detuning signal are formed, takes place with the help of the switching devices 29, 30 and 31, from the outputs of which the switching signals are initially sent to the switch 15 and 16 of the measuring range selector and then via the isolating diodes 57 to the transistor switch 21 and 22 of the discrete adjustment organs are given. About the influence of leakage currents the transistor switches 21 and 22 to eliminate the measurement accuracy, the Voltages at the inputs of the branches to be switched by the switches mentioned, d. H. the standard resistors 17 and 18 and the standard capacitors 19 and 20, with Help the emitter follower 32 added to the DC voltages, their operating points and via the ballast resistors 33 to the control inputs (to the Bases) the transistor switch 21 and 22 given. The sizes of the Resistance de 33 are chosen so that they are much lower compared to the Input resistances of the blocked transistor switches 21 and 22 relative to theirs Control inputs (bases) and at the same time are sufficiently large to accommodate the emitter followers 32 not to load, instead of the resistors 33 can transistor or diode switches be applied when the load capacity of the voltage follower 32 from any Reason can not be increased or if the input resistances themselves the electronic Switches 21 and 22 are too small.

Um die Ableitströme über die Vorspannungswiderstände 36 der Kollektorkreise der Transistorschalter 22, die die Normalkondensatoren 19 und 20 umschalten, zu beseitigen, ist die gemeinsame Schiene der genannten Widerstände mit der gesonderten Quelle 35 der Gleichvorspannung (für das hier angeführte Beispiel einer negativen Spannung) über den Trennkondensator 34 sowie mi+ dem Ausgang des der Lage der Kontakte des Relais 46 entsprechenden Emitterfolgers 32 verbunden, wobei infolgedessen sich die Ableitströme über die Trors pahnungswiders tände 36 ebenso wie die Ableitströme über die Transistorschalter 22 um das 6 1fache verringern, wenn der Verstärkungsfaktor oder der tbertragungskoeffizient des Emitterfolgers gleich 1 + 6 ist. To the leakage currents through the bias resistors 36 of the collector circuits the transistor switch 22, which switch the normal capacitors 19 and 20, to eliminate, is the common rail of the mentioned resistors with the separate Source 35 of the DC bias voltage (for the example given here, a negative Voltage) across the separating capacitor 34 and mi + the output of the position of the contacts of the relay 46 corresponding emitter follower 32 connected, as a result of which the leakage currents via the door coupling resistors 36 as well as the leakage currents via the transistor switch 22 by 6 1-fold if the gain factor or the transfer coefficient of the emitter follower is 1 + 6.

Um die Beeinflussung der Genauigkeit der Widerstandsmessung der geschlossenen Transistorschalter 22 und der Ersatzableitwiderstände der Normalkondensatoren 19 und 20 zu beseitigen, sind die Abgleichwiderstände 47 und 48 und der Widerstand 49 vorgesehen. To influence the accuracy of the resistance measurement of the closed Transistor switch 22 and the equivalent leakage resistors of the normal capacitors 19 and 20, the trimming resistors 47 and 48 and the resistor are to be eliminated 49 provided.

Die Werte der Widerstände 47 und 48, die den parasitären Widerständen Ri, welche den Brückenzweig bc des Meßkreises 8 beim Schließen der Transistorschalter 22 überbrücken, gleich oder ungefähr gleich gewählt werden, gestatten es, die parasitären Widerstände, die den genann ten Brückenzweig bei geschlossenen und geöffneten Transistorschaltern 22 überbrücken, abzugleichen. The values of resistors 47 and 48, which are the parasitic resistances Ri, which the bridge branch bc of the measuring circuit 8 when closing the transistor switch 22 bridges, chosen to be equal or approximately equal, allow the parasitic Resistors that control the bridge arm when the transistor switches are closed and open 22 bridge, adjust.

Der Widerstandswert Ri ist gleich mit r1 = Widerstand des gesättigten Transistorschalters, der einen der beiden Kondensatoren 19 und 20 mit der Kapazität C umschaltet; r2 = Ersatzverlustwiderstand dieses Kondensators nach der Reihenersatzschaltung mit dem Verlustfaktor tg # (r2 = tg #) .The resistance value Ri is the same with r1 = resistance of the saturated transistor switch, which switches one of the two capacitors 19 and 20 with the capacitance C; r2 = equivalent loss resistance of this capacitor after the series equivalent circuit with the loss factor tg # (r2 = tg #).

Dabei ist Ri >> 1 Dabei ist Rj» C wegen r1+ r2« wC Parallel zu dem Brückenzweig bc bleibt also unabhängig vom Zustand der Transistorschalter 22 ein gewisser Widerstand R £ geschaltet, der den parallelgeschalteten Widerständen Ri ungefähr gleich ist. Where Ri >> 1 where Rj »C because of r1 + r2« wC is parallel to the bridge branch bc thus remains independent of the state of the transistor switch 22 a certain resistor R £ is connected, which is the resistors connected in parallel Ri is roughly the same.

Zum Abgleich des Widerstandes R# braucht man einen Stromkreis, der es gestattet, einen ihm gleichgroßen negativen Widerstand parallel zu schalten. Das wird mit Hilfe des Widerstandes 49, eines der Spannungsfolger 32 und des an den Ausgang des genannten Spannungsfolgers angeschlossenen Transformators 39 bzw. 38 mit phasengleichen sekundarren Hochspannungswicklungen jeweils 43 und 41 realisiert, deren Windungszahlen sich zu den Windungszahlen der Primärwicklungen jeweils 42 und 4Q gleichgroß verhalten und gleich K (k > 1)sind. To adjust the resistance R # you need a circuit that it allows a negative resistance of the same size to be connected in parallel. That will be with help of resistor 49, one of the voltage followers 32 and the transformer connected to the output of said voltage follower 39 and 38 with in-phase secondary high-voltage windings 43 and respectively 41 realized, the number of turns of which corresponds to the number of turns of the primary windings 42 and 4Q behave equally and are equal to K (k> 1).

Die Einschaltung des Widerstandes 49 zwischen dem Eingang eines der Spannungsfolger 32 und einer der genannten Wicklungen des an den genannten Spannungsfolger angeschlossenen Transformators ist dem Einschalten des negativen Widerstandes R1 äquivalent, dessen Wert gleich ist, wobei R49 der Wert des Widerstandes 49 ist.The connection of the resistor 49 between the input of one of the voltage followers 32 and one of the mentioned windings of the transformer connected to the mentioned voltage follower is equivalent to the connection of the negative resistor R1, the value of which is the same where R49 is the value of resistor 49.

Somit ist, um die Gleichung R1 -RE E zu erhalten, folgende Bedingung zu erfüllen: R49 = R z (k - 1). Thus, in order to obtain the equation R1 -RE E, the following condition exists to be fulfilled: R49 = R z (k - 1).

Nun sei zum Abgleichkreis der Ableitwiderständeder Normalkondensatoren 13 und 14 fUr die Xeßberoichwahl und der Viderstände der sie umschaltenden Schalter 16 im geschlossenen Zustand übergegangen. In diesem Fall ist es unzweckmäßig, den Abgleich nach dem oben beschriebenen Verfahren durchzutUhren, da sich die Kapazitäten der Kondensatoren 13 und 14 voneinander um fünf oder sogar mehr Größenordnungen unterscheiden; eben darum werden alle Abgleichfehler zur Überbrückung sämtlicher Normalkondensatoren 13 und 14 und folglich auch des Kondensators mit der geringsten Kapazität (z, Bo des Kondensators 13) durch ei nen verhältnismäßigkleinen Widerstand führen, was bei der Arbeit im unteren Meßbereich unzulässig große Fehler hervorrufen wird. Hier wird deswegen ein anderer Weg verfolgt, der die Durchführung des Abgleichs nur dann gestattext, wenn der Schalter des entsprechenden Kreises geschlossen ist. Dazu wird in Reihe mit jedem der Kreise der Widerstand 50, 51 geschaltet, dessen Wert der Summe der Widerstände r des geschlossenen Schalters 16 und des Erratzverlustwiderstandes des entsprechenden Normalkondensators 13, 14 (mit dem Verlustfaktor tg 8i) nach der Reihenersatzschaltung, der gleich R2 = tg # i ist, nahekommt, WCi Die Ersatzschaltung des oberen Brückenzweiges (Fig0 2) mit einem der Abgleichkreise (die Brücke arbeitet im i-ten Maßbereich) ist in Fig. 3 gezeigt, Aus dieser Schaltung folgt, daß beim Vorhandensein einer Quelle der Abgleich spannung mit einer EMK gleich -k2 o Ubd, wobei k2 das Windungsverhältnis der Wicklungen 45 und 42 des Transformators 39 ist, und beim Einschalten eines der zusätzlichen Kondensatoren, z. Bo des Kondensators 52 mit der Kapazität Cis die Spannung im Punkt "e" der Spannung im Punkt "b" gleich sein mußO Wenn man die geringe Größe der Ersatzverlustwiderstände des Normalkondensators 13, des Widerstandes r des geschlossenen Schalters 16 und des Wertes ri des Widerstandes 50 im Vergleich zu 1 , (gemäß Fig. 3) berücksichtigt, so erhält man (mit einer Genauigkeit bis auf unendlich kleine Abweichungen der zweiten Größenordnung); mit daraus folgt Die Gewinnung der Spannung, welche der Spannung an dem Meßbereichwahlorgan identisch und gleich ist, ist jedoch mit der Notwendigkeit der Herausffihrung des Potentials der Ecke "d" der Meßdiagonale aus dem Verstärker 27 des Verstimmungssignals verknüpft, was in den meisten Fällen erschwert ist. In der erfindungsgemäßen Einrichtung wird zum Abgleich Spannung von dem Zweig, der dem Zweig des Meßbereichwahlorgans an der Seite der Speisediagonale benachbart ist, unter Berücksichtigung der Gleichheit der Spannungen an diesen Zweigen bei abgeglichener Brücke angelegt.Now let us move on to the balancing circuit of the leakage resistances of the normal capacitors 13 and 14 for the selection of the measuring range and the resistances of the switches 16 which switch them over in the closed state. In this case it is inexpedient to carry out the adjustment according to the method described above, since the capacitances of the capacitors 13 and 14 differ from one another by five or even more orders of magnitude; precisely because of this, all adjustment errors to bypass all normal capacitors 13 and 14 and consequently also the capacitor with the lowest capacitance (e.g. Bo of capacitor 13) lead through a relatively small resistance, which will cause inadmissibly large errors when working in the lower measuring range. A different approach is therefore pursued here, which only allows the adjustment to be carried out if the switch of the corresponding circuit is closed. For this purpose, the resistor 50, 51 is connected in series with each of the circuits, the value of which is the sum of the resistances r of the closed switch 16 and the replacement loss resistance of the corresponding normal capacitor 13, 14 (with the loss factor tg 8i) after the series equivalent circuit, which is equal to R2 = tg # i is, comes close, WCi The equivalent circuit of the upper bridge arm (Fig0 2) with one of the balancing circuits (the bridge works in the i-th dimension range) is shown in Fig. 3. From this circuit it follows that the balancing is carried out when a source is present voltage with an emf equal to -k2 o Ubd, where k2 is the turns ratio of the windings 45 and 42 of the transformer 39, and when one of the additional capacitors, z. Bo of the capacitor 52 with the capacitance Cis, the voltage at point "e" must be equal to the voltage at point "b" taken into account in comparison to FIG. 1 (according to FIG. 3), one obtains (with an accuracy of up to infinitely small deviations of the second order of magnitude); with it follows Obtaining the voltage, which is identical to the voltage at the measuring range selection element, is, however, linked to the necessity of extracting the potential of the corner "d" of the measuring diagonal from the amplifier 27 of the detuning signal, which is difficult in most cases. In the device according to the invention, voltage from the branch which is adjacent to the branch of the measuring range selection element on the side of the feed diagonal is applied for the purpose of balancing, taking into account the equality of the voltages on these branches when the bridge is balanced.

Die Kompensation der parasitären Kapazitäten, die das Meßbereichwahlorgan überbrücken, ist besonders in den Meßbereichen wichtig, wenn als Neßbereichwahlorgan ein Widerstand eingesetzt wird, da dabei die parasitäre Kapazität durch Änderung der Größe des Normalmaßes nicht kompensiert werden kann, wie dies bei einem Normalkondensator der Fall ist. Die Kompensation wird hier ähnlich wie die oben bereits erwähnte Kompensation von R£ durchgeführt.The compensation of the parasitic capacitances that the measuring range selection organ bridge, is especially important in the measuring areas when as a Neßbereichwahlorgan a resistor is used, as this changes the parasitic capacitance the size of the normal dimension cannot be compensated, as is the case with a normal capacitor the case is. The compensation here is similar to the compensation already mentioned above carried out by R £.

Die Besonderheit der Kompensation besteht in diesem Fall darin, daß, bevor man die Kompensation durchführt, die parasitären Kapazitäten, die die Widerstände 11 und 12 überbrücken, abgeglichen werden müssen, wobei man sie durch Anschließen der zusätzlichen Kapazitäten 54 und 55 (s. Fig. 2) bis auf die Größe der maximalen parasitären Kapazität oder bis auf eine gewisse fixierte, diese über schreitende Größe vergrößert, sowie darin, daß die Abgleichspannung von dem Zweig genommen wird, der an dem Meßbereichwahlzweig gegenüber der Speisediagonale anliegt. The peculiarity of the compensation consists in this case in that, before performing the compensation, the parasitic capacitances, which bridge the resistors 11 and 12 must be balanced, whereby one by connecting the additional capacitors 54 and 55 (see Fig. 2) up to the size of the maximum parasitic capacitance or, to a certain extent, fixed, this increased size, as well as the fact that the adjustment voltage of the branch is taken that is on the measuring range selection branch opposite the feeder diagonal is present.

Durch Anwendung der Ersatzschaltung, die der in Fig. 3 gezeigten ähnlich ist, ist es nicht schwer, die Beziehung zu erhalten, die die Kapazitätsgröße Ck des Abgleichskondensators 56 und das Windungszahlverhältnis K3 der Wicklungen 44 und 42 des Transformators 39 in Zusammenhang bringt: Die Kompensation der parasitären Kapazität des Verbindungskabels bei den Fernmessungen oder der parasitären Kapazität bei dem Dreiklemmen-Anschluß des Prüflings erfolgt auf die gleiche Weise, da aber diese Kapazität nicht konstant ist, muß auch die Kapazität des Abgleichkondensators veränderlich sein. In den meisten Fällen läßt sich diese parasitäre Kapazität messen. Deswegen wird die Skala der Kapazität des Abgleichkondensators 58 in Meßeinheiten der parasitären Kapazität, z. B. in Pikofarad, geeicht und in die Neßbrücke vor der Messung eingeführt. Kann aus irgendwelchen Gründen die Kapazität des Verbindungskabels nicht gemessen werden, so kann man durch Anschließen des Prüflinge 9 mit den bekannten Parametern und durch Reduktion der Meßbrckenangaben auf die bekannten mit Hilfe der Regelung der Kapazität des veränderlichen Kondensators 58 gleichzeitig sowohl ihren Einfluß kompensieren als auch sie messen sie ist gleich der Anzeige auf der Skala des veränderlichen Kondensators 58.By using the equivalent circuit similar to that shown in Fig. 3, it is not difficult to obtain the relationship that relates the capacitance size Ck of the trimming capacitor 56 and the turns ratio K3 of the windings 44 and 42 of the transformer 39: The compensation of the parasitic capacitance of the connecting cable for remote measurements or the parasitic capacitance for the three-terminal connection of the device under test is carried out in the same way, but since this capacitance is not constant, the capacitance of the adjustment capacitor must also be variable. In most cases this parasitic capacitance can be measured. Therefore, the scale of the capacitance of the adjustment capacitor 58 in units of measurement of the parasitic capacitance, e.g. B. in picofarad, calibrated and introduced into the Neßbrücke before the measurement. If for some reason the capacitance of the connecting cable cannot be measured, then by connecting the test object 9 with the known parameters and reducing the measurement bridge information to the known ones by regulating the capacitance of the variable capacitor 58, both their influence and them can be compensated at the same time measure it is equal to the reading on the scale of the variable capacitor 58.

Alle hier gezogenen Schlußfolgerungen gelten nicht nur für die vierzweigigen Brücken, sondern auch für alle Wechsel strom-Brücken So kann man zum Beispiel in Transformatorbrücken anstelle der Spannungsfolger zusätzliche Transformatorwicklungen mit in Reihe geschalteten Quellen der Sperrspannung einsetzen. All the conclusions drawn here do not only apply to the four-branched branches Bridges, but also for all AC bridges Transformer bridges instead of voltage followers have additional transformer windings Use with sources of reverse voltage connected in series.

Aus dem oben Gesagten folgt auch, daß die erfindungsgemäßen Varianten der Kompensation von parasitären Parametern eine kontaktlose, diskret regelbare Kapazität mit einem weiten Regelbereich und hoher Güte zu realisieren gestatten, die an und für sich breite Anwendung in Wechselstrom-Meßkreisen finden kann. Auf die gleiche Weise kann auch eine Induktivität mit hoher Güteeigenschaft realisiert werden. From what has been said above it also follows that the variants according to the invention the compensation of parasitic parameters a contactless, discretely controllable Allow to realize capacity with a wide control range and high quality, which in and of itself can be widely used in AC measuring circuits. on an inductance with a high quality property can also be realized in the same way will.

Claims

9 Methods for controlling electronic switches in AC measuring circuits, whose control signals are blocking voltages, thus g e k e n n n z e i c h -n e t, that in the generation of control signals to lock each electronic switch An alternating voltage is added to the blocking voltages, which is approximately amplitude and in phase with the alternating voltage at the input of the electronic unit in question Switch (1) to be switched over branch (2) of the measuring circuit (3).

2. AC bridge, in which an AC measuring circuit a Measuring range selection branch and a bridge branch with at least one calibration element of the Bridge in the form of circuits connected in parallel, consisting of circuits connected in series Normal elements and they switching electronic switches, thereby g e k e n n z e i c h -n e t that the electronic switches (21, 22) according to the method be controlled according to claim 1, being parallel to each bridge branch with the balancing element a voltage follower (32) is connected, the output of which is via a ballast resistor (33) is connected to the control inputs of the electronic switches (21, 22).

3. AC bridge according to claim 2, in which the normal elements of the adjustment device are normal capacitors, which means that it is not indicated that the electronic switches (21, 22) bridged by resistors (47, 48) and to the output of the voltage follower (32) the entrance of one Voltage transformer (39) is connected, the output of which via a resistor (49) is connected to the common point of the normal capacitors (19, 20).

4. AC bridge according to claim 2 or 3, in which the measuring range selection branch as circuits connected in parallel, consisting of normal elements connected in series and it is designed to switch switches, thereby g e k e n n n z e i c h n e t that in each circuit that consists of the normal capacitor (13, 14) and the him toggle switch (16) is on the side of the Schar age (16) a resistor (50, 51) is connected in series9 and at the common point of the resistor (50, 51) and the switch (16) in each circuit an additional capacitor (52, 53) is ruled out with one of its lead-outs, while the second lead-outs the additional capacitors (52, 53) are combined to a common point, being connected to the output of the voltage follower (32), which is connected in parallel to the bridge branch that adjoins the measuring range selection branch on the side of the feeder diagonal, the Voltage transformer (39) is connected, one end of which is the secondary winding (45) with the input of said voltage follower (32) and its other end connected to the common point of the additional capacitors (52, 53).

5. AC bridge according to claim 4, characterized in that the voltage transformer (39) has an additional secondary winding (high voltage winding) (44) which branches via a capacitor (56) parallel to the measuring range selection is switched.