DE2450349C3 - Nutlabgleich-Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Nullabgleich-Schaliung mit einer Signa'eingangskleinme und einer Bezugsklemme, mit einer Umschalt vorrichtung zur aufeinanderfolgenden intermittierenden Umschaltung ihrer Ausgangsklemme zwischen der Signaleingangsklemme und der Bezugsklemme und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, mit einem Verstärker zur Verstärkung des Ausgangssignals und mit einer mn der Bezugsklemme verbundenen Bezugssignalquelle, die in Abhängigkeit von dem verstärkten Ausgangssignal derart einstellbar ist, daß Nullabgleich erzielt wird. Eine solche Schaltung kann beispielsweise verwendet werden zum Antrieb der Feder von Registrierschreibern, wobei etwa die Ausgangsspannung eines Spekirophotometers oder eines anderen Meßinstruments als aufzuzeichnende Eingangsspannung angelegt wird.

Die Erfindung belrifft auch die Anwendung einer derartigen Nullabgleich-Schaltung in Verbindung mit einem Registrierschreiber.

Nullabgleich-Schaltungen mit einem Chopper oder Zerhacker zur Umschaltung zwischen der Signaleingangsklemme und der Bezugsklemme sind z. B. aus der US-PS 34 54 850 bekannt. Die Differenz der beiden Spannungen wird einem Verstärker als Rechteckimpulswellenform zugeführt, die nach weiterer Verstärkung in einem Leistungsverstärker zur Beaufschlagung eines Motors dient, der ein Nachführpotentiometer antreibt, das eine Bezugsspannung an den Chopper /urückiiefei 1. Sobald die Bezugsgrößc gleich dem Signal wird, besitzt der Chopper oder Zerhacker keine Ausgangsgröße und das System befindet sich im Nullabgleich.

Bisher war es üblich, zwischen dem AuseaniT des

Choppers und dem Verstärker eine Wechselstromkopp-Jung vorzusehen. Dies bedingte notwendigerweise eine lange Zeitkonstante von typischerweisc dem Zehnfachen oder mehr, um die Integrität der Rechtcckimpulswellenform zu erhalten. In einem System hoher Ansprechgeschwindigkeit hat cmc Zeitkonstante der Kopplungsschaltung jedoch zur Folge, daß im Eingang des Verstärkers eine Gleichstrom·, ersel/ung bzw. -abweichung auftritt. Diese Gleichstromversetzung blockiert den Verstärker, bis die Zcitkonstanie abgeklungen ist, wodurch das Ansprechverhalten erheblich verlangsamt wird.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe zugrunde, bei einer Nullabgleich-Schaltung der eingangs genannten Art die sich aus langen Zeitkonstanten und der dadurch bedingten Gleichstromversctzung und Blockierung des Verstärkers ergebenden Probleme /.u vermeiden.

Zu diesem Zweck kennzeichnet sich eine NullabgJeich-Schaliung der eingangs genannien Art gemäß der Erfindung dadurch. daß der Verstärker als Differenzverstärker ausgebildet ist und daß die Ausgangsklemme der Unischaltvorrichtung direkt mit einer ersten Eingangsklemme des Differenzverstärker verbunden ist, während die /weile Eingangsklemme des Differenzverstärkers mit einer Mittclwertspannungsklemme verbunden ist, an der durch einen Spannungsteiler ein zwischen dem Potential der Signaleingangsklemme und der Bc/ugsklcmmc liegendes und eine Funktion dieser Potentiale darstellendes Potential erzeugt wird.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird daher die Erholungszeit einer als S'gnalkomparalor mit einem Zerhacker arbeitenden Nullabgleich-Schaltung dadurch verkür/t, daß man eine direkte Gleichstromkopplung zwischen dem Chopper und dem Verstärker vorsieht und einen Differenzverstärker verwendet, dessen erste Eingangsklemme direkt mit dem Chopper verbunden ist und dessen zweiter Eingangsklemme die algebraische Summe aus der Signal- und der Be/ugsspannung zugeführt ist. Dies bewirkt, daß die effektive Eingangsgröße für den Differenzverstärker stets symmetrisch bezuglich einem simulierten Masse- oder Erdepotential ist. Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielcn erhält man eine der algebraischen Summe der Signaleingangsund der Bezugsspannung entsprechende Spannung. indem mar zwei Reihenwiderstände zwischen der Signaleingangsklemme und der Be/iigsspannungsklemme vorsieht wobei der Knotenpunkt dieser beiden Reihenwiderständc mit der /weiten Eingangsklemme des Differenzverstärkers verbunden ist.

Im folgenden werden Ausführun^sbcispiele der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben: in dieser zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

F i g. 2 ein Schallschema der Schaiimittel zur Ausführung der Funktion des Blockschaltbildsaus Fig. 1.

F i g. 3 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Erfindung.

In den Zeichnungsfiguren sind gleiche bzw. entsprcchende Teile jeweils mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Wie in F i g. 1 veranschaulicht, ist ein Chopper oder Zerhacker 11 vorgesehen, der aus einer an einer Signaleingangsklemnie 12 zugeführten Signalcingangsspannung und einer an einer Bczugsklemmc 13 zugeführten Bezugsspannung eine Rechteckimpulswellcnform erzeugt. Des weiteren ist ein Differenzverstärker 14 mit einem positiven Eingang 15. einem negativen Eingang 16 und einem Ausgang 17 vorgesehen. Ein Leiter 18 bildet eine direkte Verbindung zwischen dem Chopper 11 und der Eingnngsklemmc 15 des Verstärkers 14. um die mit einer Wechselstromkopplung zwischen dem Chopper 11 und dem Verstärker 14 verbundene Zeitverzögerung zu vermeiden.

Zur einfacheren Erklärung der Wirkungsweise ist der Chopper 11 in Fig. 1 als ein einpoliger Umschalter mit zwei Fcslkontaklen 21 bzw. 22, die mil der Signaleingangsklemnie 12 bzw. der Bczugsklemme 13 verbunden sind, und einem mit der Leitung 18 verbundenen beweglichen Kontakt 23 dargestellt, sowie mit (in F i g. 1 nicht dargestellten) Mitteln zur hin- und hergehenden Umschaltung des beweglichen Kontakt* 23, und damit des Anschlusses der Leitung 18, zwischen den Klemmen 12 und 13. Der Differenzverstärker 14 kann ein Operations- bzw. Funktionsverstärker mit einer Widcrsliindsrückfübrverbindung 19 von der Ausgangsklemme 17 zur negativen Eingangsklcmmc 16 sein. In der Praxis ist der Chopper 11 vorzugsweise als eine elektronische Schaltung ausgeführt.

Als einstellbare Bezugsspannungsquclle ist ein Nachführpoteniiometer dargestellt, das einen Widersland 24 aulweist, welcher mit Gleichstrom gespeist ist und dessen Schleifkontakt 25 über eine Leitung 26 mit der Bezugsanschlußklemme 13 verbunden ist. Ein Servomotor 27 wird in Abhängigkeit von der an der Ausgangsklemnie 17 des Verstärkers 14 auftretenden Spannung gespeist und verstellt den Schleifkontakt 25 in der einen oder der anderen Richtung im Sinne einer Korrektur der an der Bezugsklemme 13 auftretenden Be/ugsspannung. Zur Verstellung des Schleifkontakts 25 durch den Servomotor 27 ist ein geeignetes Gestänge vorgesehen, das in der Zeichnung schcmalisch durch eine Motorwelle 28 und einen Schleifkontakthebel 29 wiedergegeben ist. Vorzugsweise ist zwischen der Ausgangsklemme 17 des Differenzverstärkers und dem Servomotor 27 ein Leistungsverstärker 31 vorgesehen.

Es sei angenommen, daß die Nullabgleich-Schaltung in Verbindung mit einem Registrierschreiber verwendet wird, der die Schwankungen des an der Eingangsklemme 12 zugeführten Signals aufzeichnen soll; der Servomotor 27 kann dann gleichzeitig auch den Registrierschreibslift antreiben. Wie in Fig. 1 schematisch angedeutet, kann ein vorschiebbarer Registrierstreifen 32 vorgesehen sein, mit dem ein verstellbarer Schreibstift 33 zur Aufzeichnung einer Kurve 34 in Berührung steht; der Schreibstift 33 is* über ein geeignetes Gestänge, das in der Zcichnnry ν nematisch durch einen Sehrcibhebel 35 und di■· '^l*< :-«i welle 28 angedeutet ist, mit dem Servomotor ti . >·. den. Der Servomotor 27 ist in seiner DrehrictiVii·; '- nach der Polarität der ihm zugeführten Spannung in Abhängigkeit von der an der Ausgangsklemme 17 des Diffcren/verstärkers 14 auftretenden Spannung umkehrbar.

Zwischen der Signaleingangsklemme 12 und der Bezugsklemmc 13 sind zwei vorzugsweise gleichgroße Reihenwidcrsliinde 36 und 37 vorgesehen, deren Knotenpunkt 38 mit der negativen Eingangsklemme 16 des Differenzverstärkers 14 verbunden ist, derart daß dieser Klemme 16 eine der algebraischen Summe der Signaleingangsspannung und der Bezugsspannung entsprechende Spannung zugeführt ist.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung erläutert. Bei einem A.usgangszustand, in welchem sowohl die Beziigsspannung wie auch das

Signal gleich Null sind, tritt am Chopper 11 kein Ausgangssignal auf und es kommt zu keiner Schaltungswirkung. Wird sodann auf die Signaleingangsklcmme 12 ein positives Signal gegeben, so nimmt die negative Klemme 16 des Diffcrcnzvcrstiirkers 14 ein Potential entsprechend dem Mittelwert der Potentiale an den Klemmen 12 und 13 an, da das Potential des Anschlusses 16 durch die gleichgroßen Widerstände 36 und 37 gemittelt wird. Wie in F i g. 3 veranschaulicht, erzeugt der Chopper 11 eine Ausgangs-Rcchteckimpulswcllenform 39, mit einer Hälfte auf dem Potential Pn der Klemme 13 und der anderen Hälfte auf dem Potential Ps an der Klemme 12. Die Rcchteckimpulswellenform 39 ist symmetrisch bezüglich dem am Knotenpunkt 38 der beiden Spannungsmittlungswiderstände 36. 37 auflrctenden Potential Pa. Die Rechteekwellc 39 wird verstärkt, wodurch der Servomotoi 27 den Schleifkontakt 25 des Nachführpotentiomeicrs nach oben verstellt; dies hat einen Anstieg des Potentials Pk an der Anschlußklemme 13 zur Folge, wodurch sich die Amplitude der Rechteckimpulswellcnform 39 verringert, bis sie schließlich auf Null abfallt, worauf der Servomotor 27 zur Ruhe kommt.

Dies kommt deshalb zustande, weil bei Zunahme der Bezugsspannung P« gegen die Signalspannung Ps der Mittelwert beider Spannungen der negativen Klemme 16 des Differenzverstärkers 14 zugeführt wird und an dieser ein in der Mitte zwischen den Potentialen an den Klemmen 12 und 13 liegendes Potential aufrechterhalten wird. Da die Schaltung keine Kopplungskondcnsatoren enthält, treten keine Zcitkonslantcn in der Einslcllzeit der elektronischen Schaltung auf.

Im folgenden wird die elektronische Schaltung im einzelnen beschrieben.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, kann der Chopper 11 zwei Feldeffekttransistoren 41 und 42 aufweisen, die von einer geeigneten Impulsschaltung, beispielsweise einem aslabilen Multivibrator 43 gesteuert werden, der mit gleichförmiger Geschwindigkeit von einer Wechselspannung, beispielsweise der an einer Klemme 44 vorzugsweise über eine Impulsformcrschaltung 45 zugeführlen Netzspannung, gctriggcrt wird. Die beiden Feldeffekttransistoren 41 und 42 weisen jeweils eine Senke D, eine Quelle .9 und ein Tor C auf. Die Torclcktrodcn G sind mit Ausgangsklemmen 46 und 47 entgegengesetzter Polarität der astabilen Mullivibratorschaltung 43 verbunden.

Die Scnkcclektrodcn Dder Feldeffekttransistoren 41 und 42 sind mit der Signaleingangsklcmme 12 b/w. der ße/ugsklcmme 13 verbunden, die Qucllcclcktrodcn 5 beide mit der positiven Eingangsklcmmc 15 des Differenz Verstärkers 14.

Bei der jeweiligen abwechselnden Aufsteuerung der TGTcicktroden G der Feldeffektlransistoren 41 und 42 werden die Transistoren 4i bzw. 42 abwechselnd leitend ma verbinden dabei abwechselnd die Anschlüsse 12 bzw. Ϊ3 ink der Engangsklemme 15 des Differenzverstärkers 14. Auf diese Weise wird die Rechteckimpulv wefleBfonn 39 gemäß Fi g. 3*rzengt

Die Registrierstreifensdweiber können mit Endanschlagen each Art (der in Fi g. 2 schematisch angedeutcsen Anschläge 48 end 49 versehen sein, um zu verhindern, daß sieb der Sehraberhebcl 35 beim Auftreten sehr große Schwankongen im Betrag des an 4er SigiiaiehigangskleaBac J2 ssugefenrten Signals über die Skalenteilung «der aber die Ränder des Rcgistrieri,t«3fens 32 hinaas vcrsicHi and den Streifen bei der Rückkehr cjnrcißt. Bei derartigen RegiMrierschrrihern

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60 kann in dem Gestänge /wischen der Molorwcllc 28 und dem Schrciberhcbcl 35 eine Rutschkupplung 50 vorgesehen sein. In vielen Fällen erzeugen derartige Ruischkupplungcn ein Rauschen oder Klappern, und die Vermeidung dieser Effekte wäre erwünscht.

Zu diesem Zweck ist bei der in F i g. 2 veranschaulichten Anordnung ein Eingangsbegrenzer 40 vorgesehen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Eingangsbegrenzer 40 in Form Von zwei Diffcrcn/.verstärkern 51.

52 in Verbindung mit einer negativen Spannungsquclle 53. einer positiven Spannungsquclle 54 und einem Eingangswiderstand 55 mit einer Mittelanzapfung 56 ausgebildet. Die Begrcnzungscinslellspannungsqucllcn

53 bzw. 54 weisen ein mit der negativen .Spannungsquelle über einen Schleifkontakt 58 verbundenes Potentiometer 57 und ein mit der positiven Klemme über einen Schleifkontakt 60 verbundenes Potentiometer 59 auf. Der Eingangswiderstand 55 liegt in Reihe zwischen der Signaleingangsklemmc 12 und dem Choppertransistor 41.

Der Differenzverstärker 51 weist eine mit der Mittelanzapfung 56 des Eingangswiderslands verbundene negative Eingangsklemme 62. eine mit dem negativen Potenliomelcrschleifkontakt 58 verbundene positive Eingangsklemme 63 sowie eine Ausgangsklemme 64 mit einer Rückführverbindung zur Eingangsklcinm: 62 über eine in der gezeigten Weise mit ihrer positiven Elektrode mit der Ausgangsklemme 64 verbundenen Diode 65 auf. Entsprechend weist der Differenzverstärker 52 eine mit der Klemme 56 verbundene negative Eingangsklcmme 66, eine mit dem positiven Potentiometerschleifkontakt 60 verbundene positive Eingangsklemme 67 sowie eine Ausgangsklemme 68 mit einer Rückführverbindung zur negativen Eingangsklemme 66 auf. Die Rückführverbindung verläuft über eine Diode 69, die bezüglich der Rückführung der Diode 65 entgegengesetzt gepolt ist.

Falls ein an der Klemme 12 anliegendes Eingangssignal einen Wert erreichen sollte, welcher eine Annäherung des Schreiberhebels 35 an den einen oder anderen seiner Grenzanschläge 48 oder 49 bewirken würde, so würde entweder die Eingangsgröße an der Anschlußklemme 62 des Differenzverstärkers 51 oder an der Eingangsklemmc 66 des Diffcrcnzvc-rslärkers 52 das Potential an dem Potentiometerkontakt 58 oder 60 übersteigen, je nach der Polarität der Signalcingangsgröße, wodurch entweder der eine oder der andere Differenzverstärker 51 oder 52 über die Diode 65 oder 69 leitend würde, was einen Nebenschluß der Mittelanzapfuiig 56 des Eingangsrcihenwidcrsiands 55 zur Folge hätte, wodurch vermieden wird, daß das Signal an dem Choppertransistor 41 den Wert, für welchen der Potentiometerschleifkontakt 58 oder 60 eingestellt ist. übersteigt.

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand einer speziellen Schaltungsanordnung beschrieben, die jedoch selbstverständlich in mannigfachen Einzelheiten abgewandelt werden kann and der daher keinerlei einschränkende Bedeaömg zukommen soll.

Zusammenfassung

Die Erfindung betrifft eine Nollabgleich-Schatarng, wie sie beispielsweise in Verbindung mil einem Oeräi wie beispielsweise einem Spektralphotönreasr vefbundenen Registrierschreiber verwendet wenden kann: durch die Erfindung wird die Erhoningssseii fee« Verwendung der Noflabgieich-ischaJlong Hör <emem von null Volt verschiedenen Ntfnabgldchverterztiindäiwaf

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Claims (8)

1. Palentansprüche:

   -.-. I. Nullabgleich-Schaltung mit einer Signalcin- *gangskJerame und einer Bezugsklcmme. mit einer Umschaltvorrichtung zur aufeinanderfolgenden intermittierenden Umschaltung ihrer Ausgangsklemme zwischen der SignaleingangskJemmc und dtr Bezugsklemme und zur Erzeugung eines Ausgangssignals, mit einem Verstärker zur Verstärkung des Ausgangssignals und mit einer mit der Bezugsklemme verbundenen Bezugssignalquclle, die in Abhängigkeit von dem verstärkten Ausgangssignal derart einstellbar ist, daß Nullabgleich erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (14} als Differenzverstärker ausgebildet ist und daß die Ausgangsklemme (23) der Umschaltvorrichtung (11} direkt mit einer ersten Eingangsklemme (i5) des Differenzverstärkers verbunden ist. während die zweite Eingangsklcmme (16) des Differenz-Verstärkers mit einer Mittelwcrispannungsklemme (38) verbunden ist. an der durch einen Spannungsteiler (36, 37) ein zwischen dem Potential der Signaleingangsklemme (12) und der Bezugsklemme (13) liegendes und eine Funktion dieser Potentiale darstellendes Potential erzeugt wird.
2. 2. Schallung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (14) eine polarisierte Ausgangsgröße aufweist und daß die Antriebsvorrichtung (27) in Abhängigkeit von der Polarila 1 der Ausgangsgröße des Differenzverstärkers reversibel ist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung (11, Fig. 2) zwei Feldeffekttransistoren (41.42) mit Senkelektroden (D), Torelektroden (G) und Qiiclleelektroden (S). sowie eine intermittierend geiriggertc monostabile Schaltung (43) mit zwei Ausgangsklemmen (46 bzw. 47) entgegengesetzter Polarität aufweist, wobei diese Ausgangsklemmen (46 bzw. 47) jeweils mit einer der beiden Torelektroden (C) der beiden Feldeffekttransistoren (41, 42) verbunden sind, die Quelleelektroden (S) mit der ersten Eingangsklemme (15) des Differenzverstärkers (14) verbunden sind, und die Senkeelekirode (D) des einen Feldeffekttransistors (41) in Wirkverbindung mit der Signaleingangsklemme (12) und die Senkeelektrode (D) des anderen Feldeffekttransistors (42) in Wirkverbindung mit der Bezugsklemme( 13) stehen.
4. 4. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungssteiler zwei gleichgroße Reihenwiderstände (36, 37) aufweist, deren Knotenpunkt (38) die Mittelwertspannungsquelle bildet, derart daß der an dieser Spannungsklemme (38) auftretende und der zweiten Eingangsklemme (16) des Differenzverstärkers (14) zugeführte Spannungsspegel der Mittelwert der Spannungen an der Signaleingangsklemme (12) und an der Bezugsklemme (13) ist.
5. 5. Anwendung der Schallung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit einem Registrierschreiber, dadurch gekennzeichnet, daß der Schreiberstifl (33) in Wirkverbindung mit der Antriebsvorrichtung (27) steht.
6. 6. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Registrierschreiber einen Anschlag (48.49) für dep Schreiberstift aufweist, und daß in de Antriebsvcrbiodjing zwischen der Antriebsvorrich tung (27, 28} mid dem Schreiberslift (35. 33) ein Rutschkupplung(50) vorgesehen ist, und daß mit de Signaleingangsklemme (12) eine Eingangsbe grenzerschaltung (40) verbunden ist.
7. 7. Anwendung nach Anspruch 6. dadurch gekenn zeichnet, daß in Reihe zwischen der Signaleingangs klemme (12) und der Umschaltvorrichtung (11) eim Impedanz (55) mit einer Zwischenanzapfung (56 vorgesehen ist. und daß die Eingangsbegrenzer schaltung (40) im Nebenschluß zu der Zwischenan zapfung (56) der Eingangsreiheninipedanz (55) liegt
8. 8. Anwendung nach Anspruch 7. dadurch gekenn zeichnet, daß die Eingangsbegrenzungsschaltunj (40) Schaltmittel (60. 58) zur Erzeugung von der Registrierschreibstiftstellungen für die Endanschlä ge entsprechenden positiven bzw. negativen Spannungen aufweist, des weiteren zwei Differenzverstärker (51.52) mit je einer Ausgangsklemme (64,68) einer ersten mit der Zwischenanzapfung (56) der Eingangsreihenimpedanz (55) verbundenen Eingangsklemme (62 bzw. 66) sowie einer zweiten Eingangsklemme (63 bzw. 67), von welchen die eine mit der positiven Spannungsquelle (60) und die andere mit der negativen Spannungsquelle (58) verbunden ist, sowie je einem in Reihe zwischen der jeweiligen Ausgangsklemme (64 bzw. 68) der Differenzverstärker (51 bzw. 52) und einem mit der Zwischenanzapfung (56) verbundenen gemeinsamen Anschluß liegenden Gleichrichter (65 bzw. 69).