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Schaltungsanordnung zur Beseitigung von Störungen auf
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Gleichspannungen.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Beseitigung von
Wechselspannungsüberlagerungen und anderen, nicht periodischen Störungen bei Gleichspannungen
in der Meß-, Nachrichten- und Steuerungstechnik.
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In der herkömmlichen Technik der Siebung von Gleichspannungen liegt
am Eingang der Siebschaltung ein Spannungsgemisch an, das aus einer relativ großen
Gleichspannungskomponente besteht, der eine im allgemeinen nicht sinusförmige Wechselspannung
überlagert ist, die man "Brummspannung nennt. Der Eingangsleitwert der Siebschaltung
ist normalerweise von Null verschieden. Darum wird auch im Normalfall ein Stromgemisch
in die Siebschaltung hineinfließen, das sich entsprechend der Spannung am Eingang
der Siebschaltung aus einem Gleichstromanteil und aus einem überlagerten Brummstrom
zusammensetzt. Am Ausgang der Siebschaltung soll die Brummspannung und der Brummstrom
sehr viel kleiner sein, das heißt stark gedämpft auftreten, während Gleichstrom
und Gleichspannung möglichst in gleicher Größe wie am Eingang erscheinen, das heißt
die Siebschaltung möglichst ungedämpft passieren sollen. Die ideale, praktisch nicht
zu verwirklichende Siebschaltung hat für Gleichstrom die Dämpfung Null und für Wechselstrom
eine unendlich hohe Dämpfung.
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Die bekannten Sieb- bzw. Filterschaltungen sind Jedoch unvollkommen,
da sie nur für eine Frequenz bzw. einen Frequenzbereich ausgelegt werden können.
Außerdem ist der Idealfall der völligen Sperrung der Brummspannung und des völlig
verlustfreien Durchgangs der Gleichgrößen nicht möglich. Nur durch großen Aufwand
kann man diesem Idealfall sehr nahe kommen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst einfachen
Mitteln die eingangs genannte Schaltungsanordnung zu realisieren und damit eine
Gleichspannung ohne Welligkeit zu erzielen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
wird dadurch gelöst, daß Schaltmittel vorgesehen sind, die das Eingangssignal (Gleichspannung
und Störspannung) invertieren und daß weitere Schaltmittel angeordnet sind, die
das Eingangssignal und das invertierte Störsignal summieren. Die Schaltungsanordnung
nach der Erfindung ist in erster Linie für den Einsatz bei Meßaufgaben bzw. bei
der Entstörung sehr kleiner Gleichspannungen bestimmt. Dabei wirkt sich besonders
vorteilhaft aus, daß der Eigenverbrauch der Schaltung sehr gering ist.
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Als Schaltmittel sind nach der Erfindung Verstärker vorgesehen, die
es ermöglichen, daß die Gleichspannung wesentlich kleiner sein kann als die Störspannung.
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Die Lösung nach der Erfindung wäre z. B. mit einem Trennverstärker,
einem invertierenden Verstärker und einem summierenden Verstärker zu lösen. Dabei
erhält man am Ausgang die invertierte Eingangsgleichspannung ohne Störungen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist in den Fällen, in denen
aber die invertierte Gleichspannung zurweiteren Verarbeitung unerwünscht ist, ein
Operationsverstärker vorgesehen, der das Eingangssignal entkoppelt und invertiert,
das anschließend einem Summier- und einem Trennverstärker zugeführt wird, wobei
der Trennverstärker die Gleichspannung von der Störspannung trennt, die anschließend
in einem
weiteren Verstärker invertiert und auf die gleiche Amplitude
gebracht wird, wie am Ausgang des Vorverstärkers und daß diese Spannung ebenfalls
an den Summierverstärker weitergegeben wird. Als Ergebnis liefert eine entsprechende
Schaltungsanordnung eine störungsfreie Gleichspannung.
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Um im Sinne der herkömmlichen Technik eine möglichst kompakte Ausführung
zu erhalten, können die Verstärker als Dickschichtschaltung ausgeführt sein. Ferner
kann die Verstärkeranordnung in integrierter oder nicht integrierter Bauweise ausgeführt
werden.
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Eine Entstörschaltung nach der Erfindung ist unter anderem auch mit
einem Differenzverstärker anstelle des Summierverstärkers möglich.
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Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert: Fig. 1 zeigt eine
Schaltungsanordnung mit Operationsverstärkern und Fig. 2 den Signalverlauf in den
einzelnen Stufen.
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Mit V1 - V4 sind vier Operationsverstärker bezeichnet, von denen V1
als Vorverstärker, V2 als Trennverstärker, V3 als Verstärker mit invertierender
Funktion und V4 als Summierverstärker arbeiten. Das von einem Geber kommende Signal
ist mit Ue bezeichnet und das Ausgangssignal mit Ua. Den Verstärkungsgrad der einzelnen
Operationsverstärker bestimmen die Eingangswiderstände RE in Verbindung mit den
Rückkopplungswiderständen RK bzw. RX und RN. Der Widerstand R1 dient zum Einstellen
der Verstärkung und die Widerstände R2 der Kompensation des Eingangsoffsetstromes.
Bei den Kondensatoren C1 und C2 handelt es sich um Entkopplungskondensatoren, wobei
anstelle des Kondensators C1 ein Übertrager Verwendung finden kann. Mit MP1 und
MP2 sind Meßpunkte bezeichnet.
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Das Eingangssignal Ue besteht aus einer Gleichspannung mit einer überlagerten
Störspannung. Dieses Signal, das in der Figur 2 durch den Kurvenzug a symbolisiert
ist, wird in dem Vorverstärker V1 entkoppelt und invertierat. Diese Entkopplung
ist erforderlich, wenn es sich um hochohmige Schaltungen handelt, das heißt um Schaltungen,
die nicht oder möglichst wenig belastet werden sollen. Dieses invertierte Signal,
das dem Linienzug b in der Figur 2 entspricht, wird dem Summierverstärker V4 und
dem Trennverstärker V2 zugeführt. Während der Summierverstärker demnach invertierte
Gleichspannung und invertierte Störspannung erhält, erreicht den Trennverstärker
V2 aufgrund des Entkopplungskondensators C1 nur das Störsignal. Der Trennverstärker
verstärkt diese Störspannung mit dem Faktor 1 + RN Unter der Annahme daß RN = R1
ist, beträgt dieser Faktor 2, so daß demnach die Störspannung verdoppelt wird, wie
der Linienzug c in der Figur 2 erkennen läßt. Im nachfolgenden Verstärker V3 wird
dann die Störspannung invertiert und durch Variationen von RX auf die gleiche Amplitude
wie am Meßpunkt MP1 eingestellt. Die Ausgangsspannung an dem Verstärker V3 ist in
der Figur 2 mit d bezeichnet.
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Im Summierverstärker V4 werden die Spannungen addiert, so daß bei
Null-Grad Phasenverschiebung im Trennverstärker V2 und im Verstärker V3 die Störspannung
gleich Null und das Eingangsgleichspannungssignal erhalten wird. Dieses Signal ist
in der Figur 2 mit e bezeichnet.
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Die Gesamtverstärkung der Schaltung kann mit dem Widerstand RK am
Vorverstärker V1 bzw. am Summierverstärker V4 eingestellt werden. Ebenso ist eine
Offset-Strom-Kompensation über die Widerstände R2 bzw. eine Offsetspannungskompensation
an diesen beiden Verstärkern möglich.
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5 Patentansprüche 2 Figuren
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