DE2810951C2

DE2810951C2 - Kompensationsschaltung für elektronische Meßgeräte

Info

Publication number: DE2810951C2
Application number: DE19782810951
Authority: DE
Inventors: Stefan 7030 Boeblingen Traub
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Priority date: 1978-03-14
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1980-02-07
Also published as: GB2016714B; FR2420246B1; JPS54161179U; GB2016714A; FR2420246A1; DE2810951B1; JPS5916835Y2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompensationsschaltung für elektronische Meßgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Den Eingängen von elektronischen Meßgeräten, z. B. Oszillographen, werden häufig Spannungen zugeführt, die sowohl einen Gleich- als auch einen Wechselanteil besitzen. Häufig ist in solchen Fällen nur der V/cchselanteil für die Messung von Interesse, während tlie Größe des Gleichanteils nicht interessiert. Um den Cleichanteil zu eliminieren, wird in der Eingangsschallung des elektronischen Geräts dem Eingangssignal Cine Gleichspannung der gleichen absoluten Größe, jedoch gegenüber dem genannten Gleichanteil entgegengesetzten Vorzeichen zugeführt.

Es ist bekannt, hierzu einen analogen Addierverstärker mit /wei Eingängen zu verwenden. Dem einen Eingang wird das aus Gleich- und Wechselanteil bestehende Eingangssignal zugeführt, während dem anderen Eingang die kompensierende Gleichspannung lugeführt wird. An seinem Ausgang gibt der Verstärker lediglich den Wechselanteil des Eingangssignals ab. Nun ist es aber vielfach so, daß der Absolutbetrag des Gleichanteils der Eingangsspannung wesentlich größer ils die Amplitude des Wechselanteils ist. Obwohl nur eier Wechselanteil interessiert, muB in einem solchen PaII der Addierverstärker einen Dynamikbereich aufweisen, Welcher der Gesamlgröße des Eingangssignals angepaßt ist. Außerdem ist es erforderlich, daß der Addierverstärkef iiii gesamten Dynärnikbefeich linear arbeitet und daß die art seinem Ausgang auftretenden Störsignale nicht nur kleiii gegenüber dem Gleiehanteil, sondern auch gegenüber derii Wechselanleil der Eingangsspannung sind.

Man kann den erforderlichen Dynamikbereich des Addierverstärkers zwar verkleinern, indem man diesem einen Spannungsteiler vorschaltet. Damit verkleinert man aber den Wechselanteil des Eingangssignals im gleichen Verhältnis wie den Gleiehanteil. Damit sind dem maximalen Spannungsteilerverhältnis von vornherein Grenzen gesetzt.

Bei Oszillographen sind Schaltungen zur Nullpunktverschiebung bekannt (Elektronik, Januar 1966, Seite 14, Sept. 1966, Seiten 265 bis 267; radiomentor, 8, 1965, Seiten 646 bis 648), die als verstellbare Widerstandsnetzwerke ausgebildet sind und mit konstanten Gleichspannungen gespeist werden. Diese Gleichspannungen wirken jedoch auf den Eingang derartiger Schaltungen zurück, so daß diesen Schaltungen auf jeden Fall noch eine Verstärkerstufe vorgeschaltet werden muß, wenn man einen rückwirkungsfreien Meßeingang für den Oszillographen verlangt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kompensationsschaltung für elektronische Meßgeräte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die es gestattet. Gleichspannungsanteile des Meßsignals beliebiger Größe zu kompensieren, wobei am Eingangsanschluß des Meßgerätes bei Veränderung des Meßsignals, insbesondere beim Abklemmen des Meßsignals, keine K^mpensationsspannung auftritt. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet Dabei versteht es sich, daß die Schaltung bei gleichzeitigem Ersatz der Spannungen durch Ströme durch eine äquivalente T-Schaltung ersetzbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung wird das Meßsignal unabhängig von der Einstellung der Kompensationsspannungen immer gleich belastet. Dazu sind außer zwei zweckmäßigerweise betragsmäßig gleich großen Spannungsquellen lediglich passive Bauelemente erforderlich. Der isolierte Wechselanteil des Eingangssignals kann einem Eingangsverstärker des elektronischen Gerätes zugefühn werden. Dieser Eingangsverstärker braucht in seinem Dynamikbereich lediglich auf die Amplitude des Wechselanteils abge stimmt zusein.

Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung nebst vorgeschalteter Eingangsspannungsquclle und nachgeschaltetem Wechselspannungsverstärker;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Schaltung zur Verarbeitung auch höherer Frequenzen und

Fig. i eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Schaltung in niederohmiger Ausführung.

In Fig. 1 sind mit I und 2 die Eingangs- b/w. Ausgangsklemme einer erfindungsgemaßen Eingangsschaltung bezeichnet Die Eingangsschaltung besteht in der dargestellten einfachen Ausführungsform aus Widerständen R,. R2 und Rt sowie /wei Gleichspannungsquellen Ui Und Ui,

An die dargestellte Eingangsschaltung ist an ihrer Eingangsklemme 1 mit einer Signalquelle verbunden, welche die Eingangsspannung Ue abgibt. Die Eingangsspannung t/esetzt sich zusammen aus einem Gleichanteil Ue- und einem Wechselanteil Ue-..

An der Ausgangskletfifne 2 Wird eine Atisgarigsspan' riung Ua abgegeben, die im vorliegenden Beispiel eitlem Verstärker 3 zugeführt wird.

i ■

Die Spannung LJ_A an der Ausgangsklemme 2 der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung errechnet sich wie folgt:

= K_}U_t

(1)

Will man nun erreichen, daß an der Ausgangs klemme 2 nur noch der Wechselanteil der Eingangs spannung U,_ auftritt, so muß gelten:

K₁U₁., -=K₂U₂

(2)

(3)

:- ίο

Man sieht, daß sich der Gleiclianteil Ue. der Eingangsspannung Ue durch passende Wahl der Spannung U₂ in jedem Falle kompensieren läßt.

An der Eingangsklemme 1 muß zusätzlich die Bedingung erfüllt sein, daß aufgrund der Spannung U₂ kein zusätzlicher Strom in die Quelle des Eingangssignals oder aus dieser heraus fließt. Dazu ist die zusätzliche Kompensationsspannung U\ vorgesehen. Es ist leicht einzusehen, daß die vorgenannte Bedingung z. B.dann erfüllt ist, wenn U\ = U₂ und R\ = R₂+ /?₃ sind. Somit wird mit der Schaltung gemäß Fig. 1 erreicht, daß der Gleichanteil des Eingangssignals kompensiert wird, ohne daß dadurch das Eingangssignal verfälschende Ströme auftreten.

Die Widerstände R₂ und /?j bilden für den Wechselanteil Ue einen Spannungsteiler. Dieser kann entsprechend den Erfordernissen des Eingangs des Verstärkers 3 dimensioniert werden. Im einfachsten Falle wird man R₂ und R₃ gleich groß machen, wodurch die Amplitude des Wechselanteils halbiert wird.

In Fig.2 ist eine hochohmige Eingangsschaltung dargestellt, die sich auch für höhere Frequenzen des Wechselanteils des Eingangssignals eignet Das Spa.inungsteilerverhähnis beträgt hier 1/10. Parallel zu den Spannungsleilerwiderständen R₂ und R} sind hier Kondensatoren C_x und G geschaltet, die für höhere Frequenzen einen kapazitiven Spannungsteiler bilden, welcher ebenfalls ein Teilerverhältnis von 1/10 besitzt. Spannungsteilerkapazitäten und -widerstände können so gewählt werden, daß an der Eingangsklemme 1 eine eventuell übliche Standardimpedanz erscheint.

In Fig. 2 ist weiterhin dargestellt, wie sich auf einfache Weise die beiden einander entgegengerichteten Spannungen U und - U (entsprechend den Spannungen U\ und LA in Fig. 1) erzeugen lassen. Im vorliegenden Beispiel wird lediglich eine Spannung U zugeführt, die mittels eines Umkehrverstärkers 4 zusätzlich in — L/umgewandelt wird. Zur Anpassung an den Gleichanteil des Eingangssignals braucht daher nur eine Spannung, nämlich U geändert zu werden. Die Spannung — t/folgt der Spannung L automatisch.

In Fig. 3 ist eine niederohmige Eingangsschaltung dargestellt, wobei als Alternative statt der in den Schaltungen gemäß F i g. 1 und 2 verwendeten kompensierenden Spannungsquellen Stromquellen / und 2/ verwendet werden. Der Eingangswiderstand der vorliegenden Schaltung an der Eingangsklemme 1 beträgt 50 Ω.

Der von der Stromquelle 2/ nach Masse abgeführte Strom wird je zur Hälfte aus den Widerständen R₂ und /?j gezogen. Der aus dem Widerstand R₂ gezogene Strom wird wiederum von der Stromquelle /zugeführt. Damit ist gewährleistet, daß über die Eingangsklemme 1 kein Strom zu- oder abfließt, der nicht aus dem Eingangssignal selbst stammt. Der Strom /bzw. 2/wird analog zu den Beispielen gemäß Fig. I und 2 so eingestellt, daß der Gleichspannungs- bzw. Gleichstromanteil des Eingangssignals kompensiert wird, je nachdem ob das der Ausgangsklemme 2 nachgesuhaltete elektronische Gerät zur Spannungs- oder Slromaus-Wertung ausgelegt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kompensationsschaltung für elektronische Meßgeräte zur Kompensation des Gleichspannungsanteils eines einen Gleichspannungs- und einen Wechselspannungsanteil enthaltenden Meßsignals, gebildet aus zwei Spannungsquellen mit entgegengesetzter Polling, die in Serie zu den Querwiderständen eines Widerstandsnetzwerkes in jr-Schaltung geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal [U_E= und Ue-) an einen Eckpunkt (1) des Widerstandsnetzwerkes (R, R₂Ri) gelegt ist, während der andere Eckpunkt (2) des Widerstandsnetzwerkes (R1R2R3) an den Eingang des elektronischen Meßgerätes (3) gelegt ist, und daß die Kompensation einer beliebigen Glcichspannungsgröße(i/_C=)dcs Meßsignals durch gleichzeitig? Änderung der beiden Spannungsquellen (Ui Ut) der Kompensationsschaltung erfolgt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Längswiderstand (R2) und der dem Ausgang (2) zugewandte Querwiderstand [R₃) zusammen so groß wie der dem Eingang (1) zugewandte Querwiderstand (R\) sind und daß die beiden Spannungen (U. - U) entgegengesetzt gleich groß sind.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleichspannung (— U) aus der ersten (II) mittels eines Umkehrverstärkers (4) abgeleitet ist.