DE2837937A1 - Spannungsquelle - Google Patents

Spannungsquelle

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DE2837937A1
DE2837937A1 DE19782837937 DE2837937A DE2837937A1 DE 2837937 A1 DE2837937 A1 DE 2837937A1 DE 19782837937 DE19782837937 DE 19782837937 DE 2837937 A DE2837937 A DE 2837937A DE 2837937 A1 DE2837937 A1 DE 2837937A1
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DE
Germany
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signal
output
voltage
input
digital
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Withdrawn
Application number
DE19782837937
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English (en)
Inventor
Robert John Dalley
Robert Dennis Owen
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Gemalto Terminals Ltd
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Solartron Electronic Group Ltd
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Publication date
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Description

zum Patentgesuch
der Firma The Solartron Electronic Group Limited, Farnborough,
Hamp_shire_/_England
betreffend:
"Spannungsquelle"
Die Erfindung betrifft eine Spannungsquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, und bezieht sich auf eine Stromquelle mit einer erfindungsgemäßen Spannungsquelle.
Bei einer Daten- oder Meßwert-Fernerfassung muß manchmal der Wert einer Spannungs- oder Stromquelle von fern von einer zentralen Daten- oder Meßwerterfassungsstation aus voreingestellt werden. Beispielsweise wird im allgemeinen ein Platin-Widerstandsthermometer dadurch überwacht, daß die an ihm erhaltene Spannung durch einen vorbestimmten, hindurchfließenden, konstanten Strom gemessen wird. In Abhängigkeit von der jeweiligen Anordnung ist durch ein Voreinstellen der Größe des Konstantstromes eine Nulleinstellung und/oder eine Empfindlichkeitssteuerung des Thermometers geschaffen. Infolgedessen ist es in den Fällen, in welchen das Platin-Widerstandsthermometer und seine Konstantstromquelle in größerer Entfernung von der zentralen Daten- oder Meßwerterfassungsstation angeordnet
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sind, vorteilhaft, die Größe des Stroms der Konstantstromquelle durch ein von der Datenerfassungsstation geliefertes Signal gesteuert zu haben.
Gemäß der Erfindung weist eine Spannungsquelle zum Vorsehen einer Ausgangsgleichspannung, deren Größe durch ein Eingangssignal zu steuern ist, folgende Einrichtungen auf: eine Erzeugungseinrichtung, die auf das Eingangssignal und auf ein Rückkopplungssignal anspricht, um ein Schwingungssignal zu erzeugen, dessen Amplitude von dem Unterschied zwischen den Eingangs- und Rückkopplungssignalen abhängt; eine Kopplungseinrichtung mit einem Eingang und einer Anzahl Ausgänge, die angeordnet ist, um das Schwingungssignal von dem Eingang an die Ausgänge anzukoppeln, so daß die Amplitude des Signals an einem Eingang in einem vorbestimmten Verhältnis zu der Amplitude des Signals am anderen Ausgang steht und daß der eine Ausgang bezüglich eines direkten elektrischen Kontakts sowohl von dem anderen Ausgang als auch von dem Eingang isoliert ist, und erste und zweite Gleichrichter-Anordnungen mit im wesentlichen gleichen Betriebsdaten, wobei die erste Gleichrichter-Anordnung vorgesehen ist, um das Signal an dem anderen Ausgang der Kopplungseinrichtung aufzunehmen, um das Rückkopplungssignal daraus abzuleiten, und die zweite Gleichrichter-Anordnung vorgesehen ist, um das Signal an dem einen. Eingang aufzunehmen, um die Ausgangs-Gleichspannung abzuleiten.
Die Erzeugungseinrichtung kann eine Integriereinrichtung, die auf das Eingangs- und auf das Rückkopplungssignal anspricht, um ein Steuersignal entsprechend dem unterschied zwischen den Eingangs- und Rückkopplungssignalen zu schaffen, einen Oszillator und eine Verstärkeranordnung mit veränderlicher Verstärkung aufweisen, die ein Ausgangssignal von dem Oszillator entsprechend dem Steuersignal mit einem entsprechenden Verstärkungsgrad verstärkt. In diesen Fällen kann die Verstärkeranordnung mit einer veränderlichen Verstärkung einen Verstärker aufweisen, der über eine veränderliche Impedanzanordnung, deren Impedanz von dem
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Steuersignal abhängt, an den Oszillator angekoppelt ist. Diese veränderliche Impedanzanordnung kann die Form einer lichtemittierenden Diode haben, die zur Aufnahme des Steuersignals vorgesehen und angeordnet ist, um eine lichtabhängige Widerstandsanordnung zu beleuchten, die den Oszillator an den Verstärker ankoppelt.
Vorzugsweise weist die Kopplungseinrichtung einen Transformator auf, bei welchem eine Primärwicklung den Eingang darstellt und erste bzw. zweite Sekundärwicklungen den anderen Eingang und die Ausgänge darstellen. Das vorbestimmte Verhältnis (welches im Falle des Transformators das Windungsverhältnis der Sekundärwicklungen ist) kann 1 : 1 sein.
Die Kopplungseinrichtung kann drei oder mehr Ausgänge haben, wobei der dritte und jeder zusätzliche Ausgang dem einen Ausgang entspricht und ihm jeweils eine entsprechende Gleichrichter-Anordnung zugeordnet ist, die den ersten und zweiten Gleichrichter-Anordnungen entspricht. Das vorbestimmte Verhältnis zwischen dem Signal an dem anderen Ausgang und dem Signal an dem dritten oder einem zusätzlichen Ausgang kann 1 : 1 sein oder kann es nicht sein, d.h. es kann entsprechend gewählt werden, um einen Maßstabsfaktor zwischen dem Signal an dem einen Ausgang und dem Signal an dem dritten oder zusätzlichen Ausgang einzubringen.
Die Erfindung schafft auch eine Stromquelle für einen Ausgangs-Gleichstrom, dessen Größe durch ein Eingangssignal zu steuern ist, wobei die Stromquelle eine vorstehend festgelegte Spannungsquelle und eine spannungsgesteuerte Stromversorgungseinrichtung aufweist, die auf die Ausgangs-Gleichspannung anspricht, die von der zweiten Gleichrichter-Anordnung erhalten worden ist.
Sowohl im Fall von Spannungs- als auch von Stromquellen kann das Eingangssignal von einem Digitalsignal, mittels eines Digital-Analog-Umsetzers abgeleitet werden, der vorgesehen ist, um das Digitalsignal und eine Bezugsspannung aufzunehmen, und um das
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Eingangssignal als einen Anteil der Bezugsspannung entsprechend dem Wert des Digitalsignals zuzuführen. Diese Anordnung hat im Fall einer Daten- oder Meßwert-Fernerfassung einen besonderen Vorteil, da eine von fern voreingestellte Konstantstromquelle einer Bezugsspannung folgen kann, die beispielsweise in einem Dual-Slope oder Tastverhältnis-Analog-Digital-Umsetzer verwendet ist, welcher Spannungen mißt, die an Widerständen aufgrund des von der Konstantstromquelle gelieferten Stroms erhalten werden. Infolgedessen werden Drifteinflüsse dieser Bezugsspannung automatisch ausgeglichen. Durch die mittels der Kopplungseinrichtung geschaffene Trennung sind Schwierigkeiten vermieden, die sich sonst in der Praxis ergeben wurden, da der Analog-Digital-Umsetzer eine andere Masseverbindung bezüglich der Eingangsschaltung an dem Voltmesser aufweist (da diese Schaltung unvermeidlich elektrisch an zumindest einen Anschluß der Konstantstromquelle angekoppelt ist).
Der Digital-Analog-Umsetzer kann eine Taktimpulsquelle, einen Zähler, um wiederholt die Taktimpulse bis zu einem vorbestimmten vollen Zählerstand zu zählen, einen Vergleicher, um den Wert des Digialsignals mit dem Zählerstand in dem Zähler zu vergleichen, und um die Bezugsspannung an einen Ausgang anzukoppeln, wenn der Zählerstand nicht größer als der Wert des Digitalsignals ist, und eine Anordnung zum Glätten des Signals an dem Ausgang aufweisen, um das Eingangssignal zu schaffen.
Der volle Zählerstand kann gleich dem maximalen Wert des Digitalsignals sein. Andererseits kann der volle Zählerstand gleich dem maximalen Wert des Digitalsignals sein, das durch eine ganzzahlige, von 1 verschiedene Potenz der Zahlenbasis des Digitalsignals geteilt ist (beispielsweise für ein binäres Digitalsignal durch eine ganzzahlige Potenz von 2). In den zuletzt erwähnten Fällen würde der Vergleicher einen ersten Abschnitt aufweisen, der alle Ziffernstellen der von dem Zähler gezählten Zahl und die entsprechende Zahl von höchstwertigen Ziffern des Digitalsignals aufnimmt, und einen zweiten Abschnitt aufweisen,
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der die restlichen, niedrigerwertigen Ziffern des Digitalsignals und die entsprechende Zahl der niedrigstwertigen Ziffern von dem Zähler aufnimmt, wobei der erste Abschnitt des Vergleichers vorgesehen ist, um die Bezugsspannung, wie vorstehend ausgeführt, unmittelbar an den Ausgang anzukoppeln, und der zweite Abschnitt vorgesehen ist, um die Bezugsspannung über einen Widerstandsteiler mit einem Teilungsverhältnis, das gleich dem vollen Zählerstand des Zählers ist, an den Ausgang anzukoppeln.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform . einer Stromquelle, welche auch eine Spannungsquelle gemäß der Erfindung aufweist und welche in einem Daten- oder Meßwerterfassungssystem verwendet wird, unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild des Systems; Fig. 2 eine Schaltung der Stromquelle; und
Fig. 3 eine Schaltung eines Digital-Analog-Umsetzers, der ; einen Teil der Stromquelle bildet.
In Fig. 1 ist ein Daten- oder Meßwerterfassungssystem mit einem sogenannten Datenlogger bzw. einem Meßwerterfasser 10 herkömmlicher Ausführungsform dargestellt, um die Temperatur zu überwachen, die mittels eines Platin-Widerstandsthermometers 12 weit entfernt von dem Meßtwerterfasser 10 gefühlt wird. Für eine größere Meßempfindlichkeit weist das Platin-Widerstandsthermometer 12 zwei in Reihe geschaltete Platin-Widerstandselemente 12a und 12b auf, von welchen das eine Element (12a) auf einer Bezugsspannung gehalten ist, und das andere (12b) der zu messenden Temperatur ausgesetzt ist. Zwei Stromquellen 14 und 16 sind in Gegenreihenschaltung geschaltet, wobei ihre positiven Anschlüsse 14a und 16a an die freien Enden der Widerstandselemente 12a bzw. 12b und ihre verbundenen, negativen Anschlüsse
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14b und 16b an die Verbindung zwischen den Widerstandselementen 12a und 12b angeschlossen sind. Diese Stromquellen 14 und 16 sind steuerbar (was auch als programmierbar bezeichnet wird), um voreingestellte Stromwerte entsprechend über Eingangsleitungen 18 bzw. 20 zugeführten Digitalbefehlen zu schaffen.
Die Restspannung an den zwei Widerstandselementen 12a und 12b wird mittels eines herkömmlichen Digital-Voltmeters 22 gemessen, das im wesentlichen einen Eingangsverstärker 22a und einen Analog-Digital-Umsetzer 22b aufweist.
Die Digitalbefehle für die Stromquellen 14 und 16 und die mit dem Voltmeter 22 vorgenommenen Digitalmessungen werden über eine Doppelleitung 24, welche in einem Zeitmultiplexbetrieb betrieben wird, von und zu dem Meßwerterfasser 10 übertragen. Ein Demultiplexen der Befehle und ein Multiplexen der Messungen wird in bekannter Weise durch eine Kopplungsanordnung 26 bewirkt, durch welche die Leitungen 18 und 20 und das Voltmeter 22 an die Doppelleitung 24 angekoppelt werden.
In der Praxis würden mehrere Platin-Widerstandsthermometer 12 den Stromquellen 14 und 16, dem Digital-Voltmeter 22 und der Kopplungsanordnung 26 zugeordnet werden, welche eine Abtastanordnung aufweisen würde, um sequentiell jedes Widerstandsthermometer an die Stromquellen 14 und 16 und das Digital-Voltmeter 22 anzukoppeln. Aus Gründen der Klarheit und Deutlichkeit ist jedoch in Fig. 1 nur ein Widerstandsthermometer 12 dargestellt worden.
Während des Betriebs werden die zwei Widerstandselemente 12a und 12b anfangs beide auf der Bezugstemperatur gehalten, und der Datenmeßwerterfasser 10 überwacht die Messungen des Digital-Voltmeters 22, während die Stromwerte der Stromquellen 14 und 16 durch Ändern der entsprechenden Digitalbefehle von fern eingestellt werden. Hierbei steuert die Stromquelle 14 die Empfindlichkeit des Widerstandsthermometers 12 (durch Steuern der
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Größe der Spannring an dem Widerstandselement 12a und indirekt der Größe der Spannung an dem Widerstandselement 12b bei der Bezugstemperatur), und die Stromquelle 16 steuert die Nulleinstellung des Widerstandsthermometers 12 (durch Ausgleichen der Spannung an dem Element 12a bezüglich der Spannung an dem Element 12b), um eine Nullanzeige an dem Digital-Voltmeter 22 zu erhalten. Wenn das Element 12b danach dann der zu messenden Temperatur folgt, ändert sich dessen Widerstandswert und infolgedessen auch die an ihm erhaltene Spannung. Diese Änderungen werden mittels des Digital-Voltmeters 22 gemessen, um die geforderte Temperaturanzeige zu schaffen.
Die Betriebsweise des Analog-Digital-Umsetzers 22b kann auf verschiedene Weise erfolgen (siehe hierzu beispielsweise die GB-PS'en 869 262, 950 647, 1 220 091 und 1 434 414), wobei jedoch grundsätzlich ein Vergleich der zu messenden Spannung mit einer Bezugsspannung durchgeführt wird. Infolgedessen hangt die Genauigkeit der Messungen zum Teil von der Konstanz dieser Bezugsspannung ab. Wenn jedoch die Stromwerte der Stromquellen 14 und 16 sich in demselben Verhältnis wie irgendwelche Änderungen der Bezugsspannung ändern können, ändert sich auch die zu messende Spannung entsprechend diesem Verhältnis, so daß auf diese Weise üngenauigkeiten annulliert sind, die sich sonst aufgrund von derartigen Änderungen der Bezugsspannung ergeben würden.
Bei einem in der Praxis verwendeten Digital-Voltmeter 22 weist der Eingangsverstärker 22a eine gemeinsame Versorgungsleitung (LO) auf, welche bezüglich des Masseanschlusses 28 des Analog-Digital-Umsetzers 22b erdfrei, d.h. nicht geerdet ist. Wie aus Fig. 1 zu ersehen, müssen die Stromquellen 14 und 16 direkt mit dem Eingangsverstärker 22a verbunden sein. Infolgedessen müssen die Stromquellen 14 und 16 Änderungen in der Bezugsspannung des Analog-Digital-Umsetzers 22b folgen, während eine Gleichstromtrennung des Eingangsverstärkers 22a (und damit der Stromquellen 14 und 16) bezüglich des Umsetzers 22b beibehalten wird.
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In Fig. 2 ist eine Schaltung für die Stromquelle 14 dargestellt, welche denselben Aufbau wie die Stromquelle 16 aufweist, obwohl, wie nachstehend beschrieben wird, ein Teil der Schaltungsanordnung gemeinsam benutzt wird. In Fig. 2 wird über eine Eingangsleitung 18 ein 14-Bit-Digitalsignal an einen Digital-Analog-Umsetzer 30 angelegt, welcher auch die Bezugsspannung VR des Analog-Digital-Umsetzers 22b in dem Digital-Voltmeters 22 erhält. Das analoge Ausgangssignal des Umsetzers 30 ist proportional der Bezugsspannung V0, wobei die Größe des Anteils von dem Wert des 14-Bit-Digitalsignals abhängt, und wird dem nichtinvertierenden Eingang eines Verstärkers 32 mit hohem Verstärkungsgrad zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 32 ist über einen Rückkopplungskondensator 34 mit seinem invertierenden Eingang verbunden, so daß der Verstärker 32 einen Fehlerintegrator bildet, und steuert über einen Widerstand 38 auch eine lichtemittierende Diode 36 an. Die von dem Widerstand 38 entfernt liegende Kathode der Diode 36 ist mit einer OV-Leitung 40 verbunden, welche über den Masseanschluß des Analog-Digital-Umsetzers 22b geerdet ist.
Ein Oszillator 42 gibt über einen Kondensator 44 und einen Photowiderstand 46 ein Sinuswellensignal mit einer Frequenz von etwa 30 kHz an den invertierenden Eingang eines Verstärkers 48 mit hohem Verstärkungsgrad ab. Der Photowiderstand 46 ist längs der lichtemittierenden Diode 36 in einem lichtdichten Gehäuse 50 angebracht, so daß der Widerstandswert des Photowiderstands 40 nur von der Beleuchtungsstärke der lichtemittierenden Diode 36 und infolgedessen von dem durch sie hindurchfließenden Strom abhängt.
Der nicht-invertierende Eingang des Verstärkers 48 ist über die Leitung 40 geerdet. Der Ausgang des Verstärkers 48 ist über einen Rückkopplungswiderstand 52 mit dem invertierenden Eingang und über einen Kondensator 58 mit einer Zuleitung einer Primärwicklung 54 eines Transformators 56 verbunden. Die andere Zuleitung der Primärwicklung 54 ist über die Leitung 40 geerdet.
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'/73
Eine erste Sekundärwicklung 60 des Transformators 56 ist zwischen die Leitung 40 und einen Präzisionsgleichrichter 62 geschaltet, welcher wiederum über einen Widerstand 64 mit dem Fehlerintegrator-Verstärker 32 verbunden ist. Der Transformator 56 weist eine zweite Sekundärwicklung 66 auf, welche im vorliegenden Fall dieselbe Windungszahl wie die erste Sekundärwicklung 60 hat, und welche zwischen eine erdfreie OV-Leitung 68 und einen weiteren Präzisionsgleichrichter 70 geschaltet ist, welcher dieselbe Ausführung und dieselben Betriebsdaten wie der Präzisionsgleichrichter 62 hat. Der Ausgang des Präzisionsgleichrichters 70 ist über eine Glättungsschaltung 72 mit dem Steuereingang einer spannungsgesteuerten Stromquelle 74 verbunden. Die Präzisionsgleichrichter 62 und 70 sowie die Stromquelle 74 sind herkömmliche, bekannte Schaltungen und brauchen daher nicht im einzelnen beschrieben zu werden.
Ein Ausgangsanschluß der Stromquelle 74 ist mit der erdfreien OV-Leitung 68 verbunden, während der andere Ausgangsanschluß über einen isolierten elektronischen Schalter 76 (beispielsweise einen über eine optische Kopplungseinrichtung gesteuerten Thyristor) mit einer der Stromversorgungsanschlüsse T4a der Stromquelle 14 verbunden ist. Eine zusätzliche Konstantstromquelle 78 gibt Strom, der in der entgegengesetzten Richtung wie der von der Stromquelle 74 fließt, über den Schalter 76 an den Anschluß 14a ab. Der Anschluß 14b ist mit einer Stromversorgungseinheit 80 verbunden, welche Wechselstrom über einen Trenntransformator 82 erhält und bei verschiedenen Span*- nungen einen geglätteten Gleichstrom den Stromquellen 74 und 78 und zugeordeten Schutz- und Steuerschaltungen liefert, welche in Fig. 2 weggelassen worden sind.
Während des Betriebs gibt der Meßwerterfasser 10 entsprechend der Größe des von der Stromquelle 14 abgegebenen Stroms einen Digitalbefehl über die Leitung 24 und die Kopplungsanordnung 26 an die Leitung 18 ab. Der Umsetzer 30 leitet entsprechend dem Wert des Digitalbefehls eine Spannung V. von der Bezugs-
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spannung V_ ab. Wie später ausgeführt wird/ schließt der Umsetzer 30 auch eine kleine Offset-Spannung V in der Spannung V. ein. Infolgedessen gilt:
Vi = C-VR + VS
wobei C den Wert des Digitalbefehls darstellt.
Der Verstärker 32 gibt ein Steuersignal ab, das den Unterschied zwischen der Spannung V. und der von dem Präzisionsgleichrichter 62 erhaltenen Rückkopplungsspannung V_ darstellt. Dieses Steuersignal legt die Helligkeit der lichtemittierenden Diode 36 und infolgedessen den Widerstandswert des Photowiderstands 46 fest, welcher seinerseits die Amplitude der Schwingungen festlegt, welche durch den Photowiderstand 46 von dem Oszillator 42 an den Verstärker 48 angekoppelt werden. Die Amplitude der Schwingungen am Ausgang des Verstärkers 48 hängt infolgedessen von dem veränderlichen Widerstandswert des Photowiderstands 46 und der konstanten Verstärkung des Verstärkers 48 ab, welcher zusammen mit dem Photowiderstand 46 eine Verstärkerschaltung mit veränderlichem Verstärkungsgrad bildet.
Die Schwingungen am Ausgang des Verstärkers 48 werden durch den Transformator 56 an die erste Sekundärwicklung 60 und an den Präzisionsgleichrichter 62 angekoppelt, welcher sie gleichrichtet, um die Rückkopplungsspannung Vf zu schaffen.
Infolgedessen kann der Fehlerintegrator-Verstärker 32 die Rückkopplungsspannung Vc durch Ändern des Steuersignals an seinem Ausgang ändern, um die Rückkopplungsspannung Vf im wesentlichen gleich der Spannung V. zu halten, so daß gilt:
vf = V1 .
Darüberhinaus haben, wie vorstehend bereits erwähnt, die Sekun-
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därwicklungen 60 und 66 dieselbe Windungszahl, und die Präzisionsgleichrichter 62 und 70 haben im wesentlichen identische Betriebsdaten. Infolgedessen ist die Spannung V am Ausgang des Präzisionsgleichrichters 70 gleich der Rückkopplungsspannung Vf, so daß gilt:
Vo = Vf - Vi
Die spannungsgesteuerte Stromquelle 74 liefert einen Strom, der durch einen konstanten Faktor K mit deren Steuer-Eingangsspannung in Beziehung gesetzt ist:
1O - K · Vo '
und der Gesamtstrom I am Ausgang der Stromquelle 14 ist dieser Strom minus dem Strom I„ der Stromquelle 78, so daß gilt:
1T " 1O - 1S
Folglich gilt:
V = K'vo - 1S = K'vi - 1S
- K {C'VR + V - 1S
Die Offset-Spannung V0 ist voreingestellt, damit sie gleich Is/K ist, so daß gilt:
1T = KCVR
und der Ausgangsstrom hängt damit von dem Digitalbefehl C ab und folgt erforderlichenfalls der Bezugsspannung V'.
SS.
Die Off set-Spannung V"s und der Ausgleichsstrom Ις sind vorgesehen, um sicherzustellen, daß immer ein Signal in der Gegenkopplungsschleife vorhanden ist, um auf diese Weise Schwierigkeiten aufgrund einer Nichtlinearität der Präzisionsgleichrichter 62 und 70 zu vermeiden.
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In dem speziellen Anwendungsfall, daß, wie oben beschrieben, Platin-Widerstandsthermometer verwendet werden, braucht jede Stromquelle 14 und 16 nur einen Ausgang aufzuweisen, wie in Fig. 2 dargestellt ist. In einigen Fällen ist es jedoch vorteilhaft, mehrere gesonderte Ausgänge zu haben. Wie in Fig. durch eine gestrichelte Umrißlinie gezeigt ist, kann dies ohne weiteres dadurch erreicht werden, daß auf dem Transformator 56 zusätzliche Sekundärwicklungen 84 mit zugeordneten Präzisionsgleichrichtern, Glättungsschaltungen und Stromquellen vorgesehen werden. Wenn alle Ausgänge die gleichen Stromwerte haben, haben die ihnen zugeordneten Sekundärwicklungen die gleichen Windungszahlen. Andererseits können verschiedene Sekundärwicklungen auch verschiedene Windungszahlen aufweisen, um Ausgänge zu schaffen, welche einander in konstanten, den Stromwerten entsprechenden Verhältnissen folgen.
Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß keine unmittelbare elektrische Verbindung zwischen der durch die gestrichelte Linie eingeschlossenen Schaltung 86 und dem Restteil der Stromquelle 14 besteht. Die Transformatoren 56 und 82 schaffen eine vollständige Trennung dieser Schaltung 86, so daß die Leitungen 40 und 68 mit verschiedenen Erdungspunkten verbunden werden können, wobei der Stromwert (bezüglich der Leitung 68) der Bezugsspannung V-, (bezüglich der Leitung 40) noch folgen kann. κ.
Wenn die Stromquelle 14 mit mehreren Ausgängen versehen wird, wie oben ausgeführt ist, können auch diese vollständig voneinander getrennt werden, indem jeder Ausgang mit einer entsprechenden Sekundärwicklung auf dem Stromversorgungstransformator 82 versehen wird. Eine abgetrennte, steuerbare Spannungsquelle kann in einfacher Weise dadurch vorgesehen werden, daß die spannungsgesteuerte Stromquelle 74 weggelassen wird und die Spannung von dem Präzisionsgleichrichter 70 über eine Glättungsschaltung 72 als Ausgang der Spannungsquelle genommen wird.
Eine Schaltung des Digital-Analog-Umsetzers 30 ist in Fig. 3
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dargestellt. Die zehn höchstwertigen"Bits des 14-Bit-Digitalbefehls auf der Leitung 18 werden an" einen "ersten MOdulätiönsmodifizierer (mark-space multiplier) 88 angelegt, und die ~ restlichen vier niedrigerwertigen" Bits' werden einem zweiten Modulationsmultiplizierer 90 zugeführt. Ein "zehnstüfiger Binärzähler 92 erhält Taktimpulse mit einer Frequenz von*" 2,048 MHz von einem Generator 94 und gibt ein 10-Bit-Signal·, das seinen laufenden Zählerstand darstellt, über Leitungen 96 an den Multiplizierer 88 ab. Außerdem werden die vier niedrigstwertigen Bits des Zählsighals an den Multiplizierer 90 abgegeben.
Die Multiplizierer 88 und 90 betätigen entsprechende elektronische Schalter 98 und 100, um einen gemeinsamen Kontakt 98a und 100a über Kontakte 98b und 100b entweder mit der Bezugsspannung Vn oder über Kontakte 98c und TQOc mit dem Masseanscnluß 28 zu verbinden. Der gemeinsame Kontakt 98a ist über einen Widerstand 102 mit dem Ausgang des Umsetzers 30 verbunden, welcher mit dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 32 (Fig. 2) verbunden ist. Der gemeinsame kontakt TOOa ist auch an den Inverterausgang über einen Widerstand TO4,' jedoch über einen Spannungsteiler aus Widerständen 106 und TO8 angekoppelt, welche Widerstandswerte im Verhältnis 1023 : T haben, das heißt, die über den Widerstand 104 abgegebene Spannung ist V_/1024.
Der Widerstand 104 liefert an seinem Ausgang auch die Offset-. Spannung V *, die von einem veränderlichen Widerstand 110 abgeleitet wird/ welcher zwischen die Bezugsspannung Vn und den Masse- oder Erdanschluß 28 geschaltet ist, und dessen Schleifer über einen Widerstand 112 mit dem Widerstand 104 verbunden ist. Ein Glättungskondensator 114 ist zwischen den Umsetzerausgäng und den Erdanschluß 28 geschaltet.
Während des Betriebs zählt der Zähler 92 wiederholt von O auf 1023, wobei ein Zählzyklus in 0,5 ms beendet ist. Solange das Zählergebnis in jedem Zyklus kleiner als die Binärzahl oder
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gleich der Binärzahl ist, die durch die zehn höchstwertigen Ziffern des Digitalbefehls dargestellt ist, die von dem Multiplizierer 88 erhalten werden, hält dieser Multiplizierer 88. den Schalter 98 in dem. in Fig. 3 dargestellten Schaltzustand/ um die Bezugsspannung V an den Umsetzerausgang anzukoppeln,.
JA.
Wenn die Zählung größer als diese Binärzahl wird, ändert der Schalter 98 seine Stellung, um OV für den Rest des Zählzyklus an den Umsetzerausgang anzuschalten. Diese sich ergebenden Impulse am Ausgang mit einer Amplitude V und einer Dauer, die den Wert dieser 10-Bit-Binärzahl darstellt, werden durch den Glättungskondensator gemittelt, wodurch sich ein gemittelter Wert ergibt, der den Wert der Binärzahl und der Bezugsspannung
Vn darstellt,
κ.
In ähnlicher Weise wird von dem Multiplizierer 90 an den Schalter 100 die Bezugsspannung abgegeben, wenn die vier niedrigstwertigen Ziffern des Zählerausgangs eine Binärzahl darstellen, die kleiner als oder gleich der Binärzahl ist, die durch die vier niedrigerwertxgen Ziffern des Digitalbefehls auf der Leitung 18 dargestellt sind. Die Impulse an dem Schalter 100 werden gemittelt und (jedoch mit einer Bewertung von 1/1024) zu den Impulsen von dem Schalter 98 und zu der Spannung Vc summiert, um das dem Digitalbefehl äquivalente, analoge Ausgangssignal zu schaffen. "
Der 14-Bit-Digitalbefehl könnte an einen einzigen Modulationsmultiplizierer abgegeben werden, wenn der Zähler 92 14 Stufen hat. Jedoch würde dann das analoge Ausgangssignal einen Welligkeitsanteil mit einer Frequenz von 125 Hz haben. Der Analog-Digital-Umsetzer 22b arbeitet zum Teil so, daß er Taktimpulse zählt, die für eine Periode oder für Perioden durchgelassen werden, deren Gesamtdauer bezüglich eines fest vorgegebenen, längeren "UmsetzIntervalls" von der Größe des analogen Eingangssignals abhängt. Die Taktimpulse sind vorteilhafterweise die, welche von dem Generator 94 erzeugt werden. Der Einfluß der 125 Hz-Welligkeit könnte dadurch beseitigt werden, daß die Dauer
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des Umsetzintervalls gleich einer ganzzahligen Periodenanzahl der Welligkeit gemacht wird. Jedoch würde dies eine sehr langsame Umsetzgeschwindigkeit an dem Voltmeter 22 zur Folge haben. Dem könnte durch Erhöhen der Frequenz der Taktimpulse entgegengewirkt werden, was jedoch bei der gegenwärtigen Zähltechnik sehr schwierig ist.
Diese Schwierigkeiten sind bei dem Umsetzer in Fig. 3 dadurch überwunden, daß die zwei Multiplizierer 88 und 90 verwendet sind, so daß der Zähler 92 nur bis 1024 statt bis 16 384 zählen muß, was eine Welligkeitsfrequenz von 2 kHz zur Folge hat. Diese Welligkeitsfrequenz kann ausgeglichen werden, indem alle Umsetzintervalle des Voltmeters 22 ganzzahlige Vielfache von 0,5 ms gemacht werden, ohne daß dies eine zu niedrige Umsetzgeschwindigkeit zur Folge hat. Wenn die vier niedrigstwertigen Ziffernstellen des Zählers 92 in dieser Weise für beide Multiplizierer verwendet werden, wird eine sehr hohe Ausgangsspannung an dem Anschluß 100a des Schalters 100 geschaffen, was aber durch die mittels der Spannungsteilerwiderstände 106 und 108 eingebrachte Bewertung ausgeglichen wird.
Der in Fig. 3 dargestellte Digital-Analog-Umsetzer hat den Vorteil, daß er monoton ist (d.h. einen und nur einen Wert des analogen Ausgangssignals für jeden Wert des digitalen Eingangssignals schafft) und es ergibt sich ein 14-Bit-Auflösungsvermögen, was wirtschaftlicher ist als es beispielsweise eine Widerstands-Kettenleiterschaltung des Umsetzers sein würde.
Da die zwei Stromquellen 14 und 16 gesondert steuerbar sein müssen, müssen sie im wesentlichen eine gesonderte Schaltungsanordnung haben, jedoch können sie sich einen einzigen Oszillator 42 und einen einzigen Zähler 92 teilen.
Ende der Beschreibung
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Claims (11)

Patentansprüche
1.J Spannungsquelle zur Schaffung einer Ausgangs-Gleichspannung, deren Größe durch ein Eingangssignal zu steuern ist, gekennzeichnet durch eine Erzeugungseinrichtung (32, 42, 48, 50), die auf ein Eingangssignal und auf
ein Rückkopplungssignal anspricht, um ein Schwingungssignal zu erzeugen, dessen Amplitude von dem Unterschied zwischen den Eingangs- und Rückkopplungssignalen abhängt; durch
eine Kopplungseinrichtung (56) mit einem Eingang (54) und
einer Anzahl Ausgänge (60, 66), durch die das Schwingungssignal von dem Eingang (54) an die Ausgänge (60, 66) gekoppelt wird, so daß die Amplitude des Signals an einem
Ausgang (66) in einem vorbestimmten Verhältnis zu der Amplitude des Signals an dem anderen Ausgang (60) steht, und
daß ein Ausgang (66) gegenüber einem direkten elektrischen Kontakt sowohl bezüglich des anderen Ausgangs (60) als auch des Eingangs (54) getrennt ist, und durch erste und zweite Gleichrichteranordnungen (62, 70) mit im wesentlichen gleichen Betriebsdaten, wobei die erste Gleichrichteranordnung (62) vorgesehen ist, um das Signal an dem anderen Ausgang
(60) der Kopplungseinrichtung (56) aufzunehmen, um daraus
das Rückkopplungssignal abzuleiten, und die zweite Gleichrichteranordnung (70) vorgesehen ist, um das Signal an dem einen Ausgang (66) aufzunehmen, um daraus die Ausgangsgleichspannung abzuleiten.
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2. Spannungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Erzeugungseinrichtung eine Integriereinrichtung (32) , die auf das Eingangssignal und auf das Rückkopplungssignal anspricht, um ein Steuersignal entsprechend dem Unterschied zwischen den Eingangs- und RückkopplungsSignalen zu schaffen, einen Oszillator (42) und eine Verstärkeranordnung (48, 50) mit veränderlichem Verstärkungsgrad aufweist, welche ein Ausgangssignal· von dem Oszillator (42) mit einem bestimmten Verstärkungsgrad entsprechend dem Steuersignal verstärkt.
. Spannungsquelle nach Anspruch 2, dadurch "gekennzeichnet , daß die Verstärkeranordnung mit einem veränderlichen Verstärkungsgrad einen Verstärker (48) aufweist, der über eine veränderliche Impedanzeinrichtung (50), deren Impedanz von dem Steuersignal abhängt, mit dem Oszillator (42) verbunden ist.
4. Spannung s que^e nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die veränderliche Impedanzeinrichtung eine iichtemittierende Diode (36) aufweist, die das Steuersignal erhält und vorgesehen ist, um einen Photowiderstand (46) zu beleuchten, über den der Oszillator (42) mit dem Verstärker (48) verbunden ist.
5. Spannungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kopplungseinrichtung einen Transformator (56) mit einer Primärwicklung (54), welche den Eingang darstellt, und ersten und zweiten Sekundärwicklungen (60, 66) aufweist, welche den anderen bzw. den einen Ausgang darstellen.
6. Spannungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Kopplungseinrichtung (50) drei oder mehr Ausgänge hat, wobei der dritte (84) und jeder zusätzliche Ausgang dem einen Aus-
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gang (66) entspricht und ihm eine entsprechende Gleichrichteranordnung zugeordnet ist, welche den ersten und zweiten Gleichrichteranordnungen (62, 70) entspricht.
7. Spannungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennze ich net durch eine spannungsgesteuerte Stromversorgungseinrichtung (74) , die auf die Ausgangs-Gleichspannung von der zweiten Gleichrichteranordnung (70) anspricht.
8. Spannungsquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das Eingangssignal von einem Digitalsignal mittels eines Digital-Analog-Umsetzers (30) abgeleitet wird, der das Digitalsignal und eine Bezugsspannung erhält und das Eingangssignal als Anteil der Bezugsspannung entsprechend dem Wert des Digitalsignals abgibt.
9. Spannungsquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Digital-Analog-Umsetzer eine Taktimpulsquelle (94), einen Zähler (92), um wiederholt die Taktimpulse bis zu einem vorbestimmten vollen Zählerstand zu zählen, Vergleichseinrichtungen (88, 90), um den Wert des Digitalsignals mit dem Zählerstand in dem Zähler (92) zu vergleichen, und um die Bezugsspannung an einen Ausgang anzukoppeln, wenn der Zählerstand nicht größer als der Wert des Digitalsignals ist, und eine Glättungseinrichtung (114) für das Signal am Ausgang aufweist, um das Eingangssignal zu schaffen,
10. Spannungsquelle nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η ζ eich.net, daß der volle Zählerstand gleich dem Maximalwert des Digitalsignals ist.
11. Spannungsquelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der volle Zählerstand gleich dem Maxi-
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malwert des Digitalsignals ist, geteilt durch eine ganzzahlige von 1 verschiedene Potenz der Zahlenbasis des Digitalsignals, und daß die Vergleichseinrichtung einen ersten Abschnitt (88), der alle Ziffernstellen der von dem Zähler (92) gezählten Zahl und die entsprechende Anzahl höchstwertiger Ziffernstellen des Digitalsignals erhält, und einen zweiten Abschnitt (90) aufweist, der die restlichen, niedrigerwertigen Ziffernstellen des Digitalsignals und die entsprechende Anzahl niedrigstwertiger Ziffernstellen von dem Zähler (92) erhält, wobei der erste Abschnitt (88) der Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, um die Bezugsspannung direkt an den Ausgang anzukoppeln, und der zweite Abschnitt (90) vorgesehen ist, um die Bezugsspannung an den Ausgang über einen Widerstandsteiler (106, 108) mit einem Teilungsverhältnis anzukoppeln, das gleich dem vollen Zählerstand des Zählers (92) ist.
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