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Schaltungsanordnung für einen Meßverstärker Die Erfindung bezieht
sich auf eine Schaltungsanordnung für einen Meßverstärker zur Übertragung analoper
Meßwerte nilt einer als Differenzverstärker aufgebauten Eingangsstufe, der zur Ansteuerung
von Auswertegeräten eine zweite Verstärkerstufe nachgeschaltet ist.
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Zur Überwachung und Auswertung von Versuchen, insbesondere Großvcrsuche,
wie sie ?uTn Beispiel im Flugzeugbau vorkommen, ist es notwendig, eine Vielzahl
von Meßwerten zu erfassen und auszuwerten. Hierzu ist eine Meßanlage erforderlich,
in der für Jeden eßwert ein Übertragungskanal mit einem Meßverstärker vorzusehen
ist.
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Die Meßverstärker müssen dabei verschiedenen Anforderungen genügen,
da die Meßwerte sich von Kanal zu Kanal erheblich unterscheiden können. Es ist zum
Beispiel möglich, daß die Eingangswerte bestimmter Kanäle im Bereich von einigen
Millivolt liegen, während die Eingangswerte anderer Kanäle die Größenordnung von
einigen 10 Volt erreichen können.
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Die Abdeckung derartig unterschiedlicher Pingangswerte erforderte
bisher eine Mehrzahl von Verstärkern, die jedoch nicht so ohne weiteres einsatzbereit
sind. In der Regel werden bestimmte vorhandene Verstärker für neue Aufgaben umgerüstet
und zwar durch Austausch bestimmter Schaltmittel, wie Eingangswiderstände, Rückfiihrwiderständea
Trimmer -Potentiometer usw. . Das hat aI)er zur Folge, daß ein Meßverstärker vor
seiner jeweiligen Inbetriebnahme ungerüstet und anschließend neu abgeglichen werden
muß, was neben dem erhöhten Aufwand zeitraubend ist und als Nachteil angesehen wird.
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Der Erfindung liest daher die Aufgabe zuarunde, eine Schaltungsanordnung
für einen Meßverstärker vorzusehen, mit dem es möglich ist, einen sehr weiten Eingangsbereich
abzudecken. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Verstärkungsfaktor
der Eingangsstufe in mehreren Stufen von Abschwächung bis mehrfache Verstärkung
einstellbar ist und daß der Ausgang der Eingangsstufe über einen aus einem Potentiometer
und Festwiderständen aufgebauten sfiifenweise umschaltbarcn Spannungseteiler mit
nachgeschaltetem Impedanzwandler an den Eingang der als S mierverstärker mit konstanter
Verstärkung aufgebauten zeiten Verstärkerstufe angekoppelt ist.
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Mit Hilfe dieser Maßnahme ist es möglich, einen Meßverstärker aufzubauen,
der praktisch universell eingesetzt werden kann. nas bedeutet, daß durch eininaligen
Abgleich von Nullpunkt und Gleichtakt zeitraubende Rüstzeiten beim Aufbau von Meßanlagen
für Versuche entfallen. lrodurch der erfindungsgemäße Verstärker sich hesondersfür
mobile Meßanlagen und Labormessungen eignet.
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Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Schaltbildes
erläutert.
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Im dargestellten Schaltbild ist ein Meßverstärker zu sehen, dessen
Verstärkerstufen mit integrierten Schaltkreisen bestückt sind. Die als Differenzverstärker
geschaltete Eingangsstufe besteht dabei aus einer Raskade zweier integrierter Schaltkreise
2, 3, wobei der Ausgang des zweiten Schaltkreises 3 durch einen Widerstand 4 auf
den nichtinvertierenden Eingang des ersten Schaltkreises 2 zurückgekoppelt ist.
Beide Schaltkreise 2, 3 sind mit positiver bzw. negativer Betriebsspannung versorgt
und in bekannter Weise mit entsprechenden Schaltmitteln zur Erzielung bestimmter
Übertragungseigenschaften beschaltet. Die beiden Signaleingänge der ersten Verstärkerstufe
1 sind jeweils mit einem Stellkontakt zweier vierstufiger Wahlschalter 5, 6 verbunden,
die zur Einstellung verschiedener Abgleichvorgänge und zur Einspeiaung der Meßspannung
vorgesehen sind. In den Verbindungswegen zwischen den Stellkontakten der llahlschalter
5, 6 und den beiden Signaleingangen der ersten Verstärkerstufe 1 sind jeweils gemeinsam
verstellbare dreistufige Schalter 7, 8 angeordnet, die in der ersten Stufe zwei
und in denbeiden anderen Stufen jeweils einen entsprechend bemessen Widerstand in
die Verbindungswege eineinschalten. H:Lerdurch ist es möglich, den. Verstrkungsfaktorr
der Eingangsstufe 1 zum Beispiel auf 4 ; 1, 1 : 1 oder 1 : 10 einzustellen.
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Für den Abgleich des Meßverstärkers sind verschiedene Einstellmöglichkeiten
vorgesehen. So erfolgt die Einstellung der Gleichtaktunterdrückung mit Hilfe eines
Potentiometers 9, das in Reihe mit einem Widerstand 10 zwischen Masse und dem invertierenden
Eingang der ersten Verstärkerstufe 1 liegt. Der Nullabgleich erfolgt ebenfalls mit
Hilfe eines Potentiometers @1, dessen Abgriff über einen Widerstand 12 mit dem invertierenden
Eingang der ersten Verstärkerstufe verbunden ist. Die beiden anderen Pole des Potentiometers
11 sind über ie einen Widerstand 13, 14.
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an positive bzw. negative Betriebsspannung gelegt. Die einzelnen
Stufen
der Wahlschaletr 5, 6 sind auf Steckkontakte geschaltet und zwar in der Weise, daß
die beiden ersten Stufen des Wahlschalters 5 gemeinsam mit der ersten Stufe des
Wahlschalters 6 an einem Steckkontakt 15 liegen, während die dritte Stufe des Wahlschalters
5 gemeinsam mit der zweiten und dritten Stufe des Wahlschalters 6 zu einem Steckkontakt
16 führen. Die vierten Stufen beider Wahl schalter 5, 6 sind auf ie einen Steckkontakt
17, 18 geschaltet, an denen das Meßsignal eingespeist wird.
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Mit den einzelnen Stufen der Wahlschalter 5, 6 lassen sieh folgende
Aufgaben durchführen In der dargestellten ersten Stufe ist es möglich, den Nullabgleich
für den gesamten Meßverstärker durchzuführen, wozu - wie bereits erwähnt - das Potentiometer
11 entsprechend zu verstellen ist. Die zweite Stufe ist zum Eichen des Meßverstärkers
vorgesehen, wohei das Eichsignal an den SteckkontaKt 15, 16 eingesneist wird. ,
Mit der dritten Stufe kann die Gleichtaktunterdrückung vorgenonmen werden, die mit
Hilfe des potentiometers 9 eingestellt wird. Bei Einstellung der dritten Stufe der
Wahl schalter 5, 6 sind in bekannter Weise die beiden Fingänge der Eingangsstufe
1 überbrückt, so daß das über den Steckkontakt 16 eingespeiste Signal auf beide
Eingänge gelangt.
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In der vierten Stufe des Wahlschalters 5, 6 wird das aufgenommene
Meßsignal durchgeschaltet, das von verschiedenen Meßgebern stammen kann.
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Sind als Meßgeber Brückenschaltungen mit entsnrechenden Sonden vorgesehen,
dann ist es zweckmäßig, einen Geberabgleich durchzuführen.
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Hierzu ist beim dargestellten Meßversteirker ein Spannunsteiler vorgesehen,
der aus der Reihenschaltung eines Widerstandes 19 eines Potentiometers 20 und eines
weiteren Widerstandes 21 besteht.
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Diese Reihenschaltung ist parallel zum Brückenzweig der dargestellten
Brückenschaltung 22 peschaltet, während der Abgriff des Potentiometers 22 einerseits
mit der im weiteren Verlauf noch zu erläuternden Geberversorgung und andererseits
mit einem Einspeisungspunkt
der Brückenschaltung verbunden ist.
Der andere E:inspeisungspunkt der Brückenschaltung liegt am Gegenpol der Geberversorgung,
und zwar an Masse.
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Die zweite Verstärkerstufe 25 des Meßverstärkers wird über einen stufenweise
umschaltbaren Spannungsteiler 27 vom Ausgang der Eingangsstufe 1 angesteuert. Hierzu
ist der Ausgang der Eingangsstufe 1 mit einem Pol eines Potentiometers 26 verbunden,
dessen Abgriff. einerseits an eine Seite des aus sieben entsprechend bemessenen
Widerstäden gebildeten Spannungsteilers 27 und andererseits an die siebente Stufe
eines Wahlschalters 28 geschaltet ist. Die sechs Abgriffe des mit der anderen Seite
an Masse liegenden Spannungsteilers 27 sind an die zugeordneten Stufen 1 bis 6 des
Wahlschalters 28 geführt, mit dem durch Einstellung des Stellkontaktes ein entsprechend
abgestuft es Signal abgegriffen werden kann. Das mit dem-Wahlschalter derart abgegriffene
Meßsignal ist danach über einen mit einem integriertem Schaltkreis aufgebauten Impedanzwandler
29 geführt und anschließend über einen Widerstand 30 zum niehtinventierenden Eingang
der zweiten Verstärkerstufe 25 geschaltet.
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Wie zu Anfang schon erwähnt, ist auch die zweite Verstärkerstufe 25
mit einem integrierten Schaltkreis bestückt, der zu seinem Betrieb entsprechend
positive bzw. negative Betriebsspannung erhält und zur Erzielung bestimmter Übertragungseigenschaften
in bekannter Weise mit entsprechenden Schaltmitteln einschließlich eines Rückkopplungswiderstandes
31 beschaltet ist. Der invertierende Eingang di.eser auf eine feste Verstärkung
eingestellten zweiten Verstärkerstufe 25 ist über einen Widerstand 32 mit Masse
verbunden, während der nichtinvertierende Eingang über einen Widerstand 33 zu einem
Stellkontakt eines 3-polip.en Schalters 34 geführt ist.
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In der linken Stellung dieses Schalters 34 besteht eine Verbindung
zum Abrriff eines Potentiometers 35, dessen Seiten über je einen
Widerstand
36, 37 an positive bzw. negative Betriebsspannung fTeschaltet sind. In der rechten
Stellung diese Schalters ist dagegen der Stellkontakt einerseits über einen Kondensator
30 mit Masse verbinden und andererseits über einen weiteren Kondensator 39 ebenfalls
zum Abgriff des Potentiometers 35 geschaltet. Mit Hilfe dieses Schalters 34 ist
es in der linken Schaltstellung z.B möglich, ein positives Meßsignal in ein positiv-negatives
Signal umzuwandeln und in der rechten Schaltstellung eine durch einen hohen Verstärkungsfaktor
der Eingangsstufe 1 entsprechende Brummspannung zu kompensieren. In der Mittelstellung
dieses Schalters sind dagegen beide Möglichkeiten abgeschaltet, Vom Ausgang der
zweiten Verstärkerstufe 25 kann das verstärkte Meßsignal direkt abgenommen und zur
Aufzeichnung, beis?ielsweise einem Bandgerät, zugeführt werden. Hierzu t ein Steckkontakt
LO vorgesehen, der direkt mit dem Ausgang der zweiten Verstärkerstufe verbunden
ist. Das verstärkte Meßsignal kann aber auch zur lat,fenden Beobachtung einem Anzeigeinstrument
zugeführt werden, das vom Abgriff eines Spannungsteilers ansteuerbar ist. Dieser
Spannungsteiler besteht aus einer vom Ausgang der zweiten Verstärkerstufe 25 über
einen Widerstand und ein Potentiometer 42 nach Masse g schalteten Reihenschaltung,
wobei der Abgriff des Potentiometers 62 den Abgriff des Spannungsteilers bildet.
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Zur Durchführung bestimmter Aufgabe ist es zweckmäßig, eine dritte
Verstärkerstufe als vorzusehen und zwar, um bestimmte Schreibgeräte und/oder UV-Schleifen
ansteuern zu können. Beim dargestellten Meßverstärker ist daher der Ausgang der
zweiten Verstärkerstufe 25 über einen dreistufigen Wahlschalter 45 auf ein nach
Masse geführtes Potentiometer 46 geschaltet. Mit den Wahlschalter 45 kann der Ausgang
der zweiten Verstärkerstufe 25 in der ersten Stufe über einen Widerstand 47, in
der zweiten Stufe über eine Parallclschaltung
zweier Widerstände
47, 48 und in der dritten Stufe direkt auf das Potentiometer 46 geschaltet werden.
Der Abgriff des Potentioneters 46 führt direkt zum invertierenden Eingang der als
Impedanzwandler geschalteten dritten Verstärkerstufe 44. Auch diese Verstärkerstufe
ist mit einem integriertem Schaltkreis bestückt, mit positiver und negativer Betricbsspannung
versorgt und zur Erzielung der gewünschten Übertragungseigenschalften mit anderen
äußeren Schaltmitteln beschaltet. Dem Ausgang dieser dritten Verstärkerstufe kann
dann zur Ansteuerung der entsprechenden Auswertceräte das meßsignal über einen Wahlschalter
49 direkt oder über einen Anpaßwiderstand 50 entnommen werden.
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Für die Versorgung der Meßgeber mit de:i erforderlichen Speisespannungen
ist dem Meßverstärker eine Schaltungsanordnung zugeschaltet, mit der die gelviinschten
Versorgungsspannungen erzeugt werden können. Diese Schaltungsanordnung besteht aus
einem mit Widerständen und Potentiometern auf gebauten, zwischen Masse und Betriebsspannung
liegenden Spannungsteiler 55, dessen fünf Abgriffe zu je einer Stufe eines sechsstufigen
Wahlschalters 56 führcn. Der Ausgang dieser Wahlschalter ist direkt auf den invertierenden
Eingang der als Impedanzwandler geschalteten ersten Verstärkerstufe 57 geführt,
die über einen Koppelwiderstand 58 den nichtinvertierenden Eingang einer zweiten
Verstärkerstuf e 59 ansteuert Der Aussgang dieser zweiten Verstärkerstufe 59 Ist
dann direkt auf den Eingang einer als Leistungsverstärker gechalteten dritten Verstärkerstufe
60 geführt, von deren Ausgang die entsprechenden Spannungen etnehmbar sind. Alle
Verstärkerstufen 57, 59, 60 sind mit integrierten Schaltkreisen bestückt, mit positiver
sowie negativer Betriebsspannung versorgt und durch diverse Schaltmittel in bekannter
Weise zur Erzielung bestimmter Übertragungseigenschaften beschaltet. Vom Ausgang
der Leistungsverstärkerstufe 60 führt zusätzlich ein Rückkopplungswiderstand 61
zum nichtinvertierenden Eingang der zweiten Stufe 59, deren
invertierender
Eingang über einen Widerstand 62 an hasse gelegt ist. Der Ausgang des Leistungsverstärker
60 ist auf die ersten fünf Stufen eines mit dem Wahlschalter 56 gemeinsam verstellbaren
sechsstufigen Wahlschalters 63 geschaltet, während die sechste Stufe in der höchsten
Stellung liegt, die mit der den Spannungsteiler 55 speisenden Spannung identisch
ist.
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Der erfindungsgemäße Meßverstärker hat dcn Vorteil, daß die notwendigeh
Abgleichvorgänge nur einmal, und zwar bei der Herstellung durchgeführt zu werden
brauchen. as bedeutet ein derartiger Meßverstärker läßt sich ohne große ninstell-
und Abgleichvorgänge nahezu universell einsetzen. Der Meßverstärker ist daher besonders
gut für mobile Meßanlagen und Labormerssungen geeignet. durch Aufnahme von Geber-Eichkurven
über die geplanten Zuleitungen ist es möglich, auf eine Neueineichung des Meßverstärkers
vor einem Neueinsatz zu verzichten. Der Meßverstärker kann in kurzer Zeit aufgebaut
und an die vorgesehenen Auswertegeräte angepaßt werden, wobei ein aufwendiger Aufbau
mit verschiedenen Netzgeräten und Anpaßstufen entfallt.
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- Patentansprüche -