DE2821938B2 - Schaltungsanordnung zur Änderung der Ausdehnung (Skalierung) sowie zur Versetzung des Größenbereichs von aus einer Signalquelle stammenden Signalen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Da Wandler, wie z. 3. Beschleunigungsmesser, in Fernwirk- bzw. Fernmeßanlagen im allgemeinen kleine Ausgangssignale mit gleichzeitig positiver und negativer Polarität erzeugen, müssen diese oft in Signale einer einzigen Polarität umgewandelt werden, da zahlreiche Fernwirk- bzw. Fernmeßanlagen voraussetzen, daß die Eingangssignale von einer einzigen Polarität und einem begrenzten Spannungsbereich von z. B. 0—5 V Gleichspannung sind.

Es geht also darum, den Größenbereich des Signals von einer Signalquelle in seiner Ausdehnung zu ändern (zu skalieren [maßstäblich zu ändern], d. h. zu dehnen oder zu pressen) und (unabhängig davon) zu versetzen, also alle Werte des Größenbereichs um eine vorgegebene Konstante zu verschieben, so daß dann die Untergrenze des Größenbereichs z.B. mit dem Nullwert zusammenfällt

Mit einem Verstärker könnte man zwar einen Größenbereich (Meßbereich) vergrößern, jedoch wäre es mit einem Verstärker allein unmöglich, einen Größenbereich sowohl zu vergrößern als auch zu versetzen, insbesondere dann nicht, wenn die Signalquelle Signale von einem begrenzten Spannungsbereich

ίο von Z.B.0-5V Gleichspannung abgibt

Derartige Schaltungsanordnungen müssen bei ihrem Einsatz in insbesondere Fernwirkanlagen sehr genau arbeiten, d.h, sie dürfen keinen Fehler bei ihrer Verarbeitung des Signals von der Signalquelle einführen.

Außerdem benötigen dem Erfinder zur Kenntnis gelangte derartige Schaltungsanordnungen eine negative Gleichspannungsquelle, die meistens in den Fernwirkanlagen selbst nicht vorhanden ist

2ü Als Fehlerursäche bei derartiger. Schaiiungsanordnungen mit positiver Spannungsquelle und Transistoren) haben sich die Temperaturanfälligkeit der (Bipolar-^Transistoren und/oder deren Basisströme erwiesen, zumal die Strom-Spannungs-Kennlinien von (Bipolartransistoren stark temperaturabhängig sind.

Demgegenübe» ist es Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die im wesentlichen ein fehlerfreies Ausgangssignal aus dem Signal von der Signalquelle erzeugt.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch die Lehre nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Besonders erfindungswesentlich ist also die Verwendung eines Feldeffekttransistors, dem noch ein Operationsverstärker zugeschaltet ist.

Anhand der Zeichnung wird d'e Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 das Schaltbild einer lediglich dem Erfinder zur Kenntnis gelangten Schaltungsanordnung zur Änderung der Ausdehnung (Skalierung) sowie zur Versetzung des Größenbereichs von aus einer Signalquelle, insbesondere einem KleinsignaI-Wa:.J!t;r, stammenden Signalen, und

Fig. 2 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäb'en Schaltungsanordnung.
Zunächst sei F i g. 1 erläutert.

Eine GleichspannungsquelL· 10 von 28 V liegt über eine Z-Diode an der Basis eines PNP-Transistors 14, also eines Bipolar-Transistors. Ein Vorwiderstand Rb liegt zwischen der Gleichspannungsquelle 10 und dem Emitter des Transistors 14 sowie ein Skalierwiderstand

-,5 R, zwischen dem Emitter des Transistors 14 und einem Wandler 16 als Signalquelle. Der Kollektor des Transistors 14 ist an einen Lastwiderstand Ri. angeschlossen, an dem ein versetztes und skaliertes (maßstabsgeändertes) Ausgangssignal Eo erzeugt wird.

Im Normalbetrieb dient der PNP-Transistor 14 als RUckkopplungsbauelement zum Einstellen eines zum Versetzen dienenden Vorstroms /₈ durch den Widerstand Rb abhängig vom Eingangssignal E, des Wandlers 16, so daß zum Lastwiderstand Ri. genaue Vor- und Skalierströme gelangen.

Bei der Schaltungsanordnung von F i g. 1 treten jedoch oft bestimmte Fehler im Ausgangssignal Eo auf. Da z. B. ein merklicher Basisstrom //, vorliegt, fließt nicht

der gesamte Strom zum Emitter des Transistors 14 durch den Lastwiderstand Rl. Zusätzlich kann sich die Spannung am Emitter des Transistors 14 mit der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 14 ändern, die ihrerseits temperaturabhängig ist, wodurch beträchtliehe Fehler in das Ausgangssignal E₀ eingeführt werden.

Um diese Nachteile zu überwinden, wurde die erfindungsgeiiiäße Schaltungsanordnung entwickelt, von der ein Ausführungsbeispiel in F i g. 2 dargestellt ist.

Wie beim Beispiel der F i g. 1 bildet eine Gleichspannungsquelle 10 von 2Ü V eine positive Vor-Strom- bzw. -Spannungsquelle. Wie jedoch in F i g. 2 dargestellt ist, wird die Anode einer Z-Diode 12 mit dem invertierenden Anschluß eines Operationsverstärkers 18 verbunden. Der nichtinvertierende Anschluß des Operations-Verstärkers 18 ist über einen Strom-Summierpunkt 20 und einen Vorwiderstand Rb mit der Gleichspannungsquelle 10 verbunden. Auf ähnliche Weise ist als Signalquelle ein Wandler 16 über einen Skalierwiderstand R₅ an den Strom-Summierpunkt 20 angeschlossen. Mit dem Ausgang des Operationsverstärkeis 18 ist über eine Leitung 22 die Gate-Elektrode eines N-Kanal-Feldeffekttransistors 24 verbunden, dessen Source- und dessen Drain-Elektrode zwischen dem Strom-Summierpunkt 20 und dem Lastwiderstand Rl vorgesehen sind.

Im Normalbetrieb bildet der Operationsverstärker 18 zusammen mit dem Feldeffekttransistor 24 eine Gegenkopplungsschleife abhängig von den Eingangssignalen E_s vom Wandler 16, so daß mit geeigneten Stärken der Vorstrom /« und der Skalierstrom I₅ durch den Lastwiderstand Rl fließen, um ein genaues Signal Eo einer einzigen Polarität zu erzeugen, das E₁ entspricht. Wenn z. B. die Signalspannung E, zunehmen sollte, erzeugt der Operationsverstärker 18 ein positives Ausgangssignal auf der Leitung 22, wodurch ein verstärkter Strom durch den Feldeffekttransistor 24 fließen kann. Der Vorstrom h nimmt zu, um den Spannungsabfall am Vorwiderstand Rb gleich dem Spannungsabfall V_z an der Z-Diode 12 zu halten. Auf diese Weise arbeitet der Operationsverstärker 18 zusammen mit dem Feldeffekttransistor 24 als Gegenkopplungsschleife, die den genauen Wert des Vorstroms /eaufrechterhälL

Der Betrieb der Schaltungsanordnung von Fig.2 kann durch die folgende Gleichung beschrieben werden:

:_o=^(E_s-£_R) + ^K_r

mit Er -■■ Spannung am invertierenden Anschluß des Operationsverstärkers 18(vgl. Fig :.).

in F i g. 2 kann der Skaiierfaktor aur Λ RJRs und die Versetzungs-Konstante durch RJRb ■ V_z wiedergegeben werden.

Es kann auch ein P-Kanal-Feldeffekttransistor anstelle de- N-Kanal-Feldeffekttransistors 24 verwendet werden, wenn die Polarität der Eingangssignale des Operationsverstärkers 18 umgekehrt ist.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltungsanordnung hat gegenüber der von Fig. 1 den Vorteil, daß kein merklicher Strom in der Leitung 22 fließt, da Feldeffekttransistoren sehr hochohmig sind, was zu einer vernachlässigbaren Stromableitung vom Lastwiderstand Rl führt, wodurch die Genauigkeit der Schaltungsanordnung erhöht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   t. Schaltungsanordnung zur Änderung aer Ausdehnung (Skalierung) sowie zur Versetzung des Größenbereichs von aus einer Signalquelle, insbesondere einem Kleinsignal-Wandler, stammenden Signalen,

   — mit einem Verstärker, einer Spannungsquelle und einem Lastwiderstand,

   gekennzeichnet durch

   — einen Strom-Summierpunkt (20), an den parallel angeschlossen sind:

   — über einen Skalierwiderstand (R_s) die Signalquelle (16),

   — über einen Vorwiderstand (Rb) die Spannungsquelle (10),

   — üher seinen zweiten Eingangsanschluß ( + ) eis Operationsverstärker (18),

   — dessen erster Eingangsanschluß (—) über eine Diode (12) an die Spannungsquelle (10) angeschlossen ist,

   — über einen den Verstärker bildenden Feldeffekttransistor (24) der Lastwiderstand (Rl), von dem verbunden sind:

   — eine Eingangselektrode mit dem Strom-Summierpunkt (20),

   — das Gate mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers (18) und

   — une Ausgangselektrode mit dem Lastwiderstard (Rl)(^ i g. 2).
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   — daß die Spannungsquelle (10) eine positive Gleichspannung abgibt.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

   — daß die Diode (12) eine Z-Diode ist.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   — daß der erste und der zweite Eingangsanschkiß des Operationsverstärkers (18) durch den invertierenden bzw. nichtinvertierenden Eingangsanschluß gebildet sind.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

   — daß der Feldeffekttransistor (24) ein N-Kanal-Feldcffekttransistor ist.