DE2909814C2 - Pegelsender mit einstellbarer Sendeamplitude - Google Patents

Description

a) daß die Gleichrichterschaltung in der Rückführschleife durch eine Kompensationsschaltung zum Ausgleich der Kennlinie-Krümmung als hochlineare Gleichrichterschaltung (GR) ausgelegt ist,

die einen der Gieichrichterdiode (Dt, D2) nachgeschalteten Gleichspannungsverstärker (OPl) enthält, dessen Gegenkopplungszweig mindestens eine Diode (D 3, DA) aufweist, wobei die Verstärkungskennlinie des Gleichspannungsverstärkers (OP1) derart gegenläufig zur Kennlinie der vorangegangenen, die Gleichrichterdiode (Di, D2) enthaltenden Diodenschaltung gewählt ist, daß die aus beiden Kennlinien resultierende Kennlinie linear verläuft,

b) und daß der zur Einstellung der Sollspannung (Ui) dienende Spannungsteiler (ST) als logarithmischer oder linear nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit gestufter Teiler aufgebaut ist.

2. Pegelsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichterschaitung (GR) und der Spannungsteiler (ST) zu einem einzigen Einheitsbaustein baulich vereinigt sind.

3. Pegelsender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (ST) in Schichtschaltungstechnik, insbesondere Dünnfilmtechnik, ausgeführt ist.

4. Pegelsender nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (ST) aus im Querzweig nach Masse geführten Widerständen (R 1, R 2, R5, R6, RS, R9, R 10 bis R 19) und im Längszweig zwischen der Bezugsspannung (UB) und der Sollspannung (U 1) liegenden Widerständen (R3, Rl) gebildet ist und in dem Bereich, welcher die niedrigeren Dämpfungswerte liefert, aus im Längs- und Querzweig liegenden Widerständen (R 1 bis R 9) aufgebaut ist und in dem Bereich, welcher die größeren Dämpfungswerte ergibt, eine Widerstandskette (R 10 bis R 19) im Querzweig vorgesehen ist.

5. Pegelsender nach Anspruch 4; dadurch gekennzeichnet, daß im Gegenkopplungszweig zwei gleichsinnig gepolte Dioden (D 3, D A) vorgesehen sind.

6. Pegelsender nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Gegenkopplungszweig ein, insbesondere einstellbarer, ohmscher Widerstand (R 22) vorgesehen ist.

7. Pegelsender nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der/den Diode(n) (D3, DA) im Gegenkopplungszweig ein Schalter (SA) vorgesehen ist, der es gestattet, diese Diode(n) (D3, DA) bei sehr kleinen tingangswech-

selspannungen (UA) zu überbrücken.

8. Pegelsender nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersignal für die Steuerung des Schalters (SA) durch einen Komparator (KO) gewonnen ist

9. Pegelsender nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gleichrichterdiode (Di, D2) und die Diode (D3, D4) im Gegenkopplungszweig solche mit möglichst gleicher Charakteristik verwendet werden.

10. Pegelsender nach einem der Ansprüche 1 oder 2 oder 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsteilerschaltung (ST) durch einen D/AWandler mit ausreichend hoher Auflösung gebildet ist, der entsprechend der gewünschten Gesetzmäßigkeiten linear oder logarithmisch angesteuert wird.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Pegelsender mit einstellbarer Sendeamplitude, bei dem ein Teil des Ausgangssignals über eine eine Gleichrichterschaltung enthaltende Rückführschleife ausgekoppelt und als Istwert einer Vergleichsschaltung zugeführt wird, deren Sollwert aus einer Bezugsspannung durch einen einstellbaren Spannungsteiler abgeleitet ist, wobei die Differenzspannung zwischen Ist- und Sollwert zur Amplitudenregelung des Pegelsenders dient

Pegelsender mit einstellbarer Sendeamplitude (wie sie z. B. für Meßzwecke vielfach benötigt werden) arbeiten so, daß mit einer Rückführschleife ein Teil der Ausgangsspannung abgegriffen und als Istspannung einer Vergleichsschaltung zugeführt wird. Diese Vergleichsschaltung erhält ihre Sollspannung von einem einstellbaren Spannungsteiler, wobei durch Vergleich zwischen der Sollspannung und der Istspannung eine Steuerspannung erzeugt wird, welche der Einstellung eines Verstärkers dient, um den Amplitudenwert des Pegelsenders auf dem gewünschten Wert zu halten.

Dabei tritt dadurch ein Problem auf, daß der in der Rückführschleife liegende Gleichrichter infolge der Nichtlinearität seiner Kennlinie falsche bzw. mit Fehlern behaftete Istspannungen liefert, welche voll in die Ausgangsamplitude des Pegelsenders eingehen.

Aus der DE-OS 20 57 633 ist ein Frequenzgenerator zur Erzeugung einer amplitudengeregelten Trägerfrequenz bekannt, bei dem unter Verwendung einer PIN-Diode oder eines äquivalenten Modulationselementes eine Amplitudenregelung durchgeführt wird. Dabei ist in einer Rückkopplungsschleife ein erstes Gleichrichternetzwerk vorhanden, und die Bezugsspannung der Regelschleife wird am Ausgang eines zweiten, mit einem ersten Gleichrichternetzwerk identisch aufgebauten Gleichrichternetzwerkes abgegriffen. Auf diese Weise soll sichergestellt werden, daß die Nichtlinearitäten sowohl bei der Erzeugung der Istspannung als auch bei der Erzeugung der Sollspannung in gleicher Weise auftreten und sich gegenseitig kompensieren. Eine derartige Lösung hat den Nachteil, daß zwei spezielle Gleichrichternetzwerke benötigt werden, und bietet weiterhin insofern eine Schwierigkeit, als stets sichergestellt sein muß, daß beide Gleichrichternetzwerke völlig identisch aufgebaut sind und identisch arbeiten, z. B. auch hinsichtlich des Ternperaturganges und der Alterung.

Aus der DE-OS 20 05 250 ist eine Anordnung für die frequenzunabhängige Teilung der Ausgangsspannung

eines Senders bekannt, bei der ein Amplitudenvergleich durchgeführt wird. Am Ausgang des Senders ist ein Dämpfungsnetzwerk vorgesehen, welches aus einer Kette von zusammensetzbaren Dämpfungsvierpolen mit in der Größe gegeneinander abgestuften Dämpfungswerten besteht Bei gleichen Spannungsteilern dieser Art tritt eine nicht mehr vernachlässigbare Grunddämpfung auf, welche im wesentlichen auf die ohmschen Widerstände der inneren Verbindungsleitungen und der Li;-nschaltkontakte zurückgeht Zur Vermeidung dieser Nachteile wird in der der Erzeugung der Stellspannung dienenden Rückführschleife ein Vierpol eingeschaltet, welcher die gleiche Dämpfungscharakteristik hat, wie der eigentliche, am Ausgang des Pegelsenders angeordnete Spannungsteiler. Auf diese Weise wird der Vorteil erreicht, daß der Einfluß der frequenzabhängigen Grunddämpfung des Spannungsteilers auf die Amplitude der geteilten Spannung auch bei kleinen abgegebenen Spannungspegeln weitgehend eliminiert ist. Eine Schwierigkeit dieser Lösung besteht jedoch darin, daß zwei völlig gleich aufgebaute Dämpfungsnetzwerke benötigt werden. Bei den vielfach hohen Anforderungen vor allem im Bereich der Nachrichtenmeßtechnik an die Genauigkeit derartiger Dämpfungsvierpole ist der Aufwand für den zweiten, in der Rückführschleife liegenden Spannungsteiler nicht unerheblich.

In der DE-OS 26 33 200 ist ein in seiner Amplitude geregelter Pegelsender beschrieben, bei dem ein Entzerrungsnetzwerk vorgesehen ist, dem eine Gleichspannung mit einer von der Abstimmfrequenz abhängigen Amplitude zugeführt wird. Eine die Signalamplitude des Meßsenders beeinflussende Stelleinrichtung wird mit der über das Entzerrungsnetzwerk abgeleiteten Gleichspannung beaufschlagt, wobei die Kennlinie des Entzerrungsnetzwerkes so gewählt ist, daß eine Kompensation des Amplitudenfehlers des Meßsenders erfolgt. Auch bei dieser Lösung sind somit zusätzliche Bauelemente in Form des besonderen Entzerrungsnetzwerkes notwendig, und es wird eine in der Amplitude frequenzabhängige Gleichspannung benötigt.

Aus der Zeitschrift »Toute l'Electronique«, Nov. 1978, S. 81 bis 83, ist ein amplitudengeregelter Oszillator bekannt, dessen Regelkreis einerseits eine einstellbare Bezugsspannung und andererseits eine vom Ausgang über einen Gleichrichter abgenommene Istspannung an einen gemeinsamen Schaltungspunkt zusammenführt. Da bei derartigen Schaltungen durch die fortlauiende Amplitudenregelung bei falscher Dimensionierung der Regelzeitkonstante Schwierigkeiten auftreten können, sind sowohl die Bezugsspannung als auch die Istspannung jeweils über Serienwiderstände an den gemeinsamen Schaltungspunkt angeschlossen, an dem zusätzlich ein nach Masse geführter Kondensator angeschalte; ist. Durch entsprechende Wahl der Widerstandswerte der beiden Serienwiderstände und durch eine entsprechende Dimensionierung des Kapazitätswertes des Kondensators lassen sich die durch die Amplitudenregelung entstehenden Störungen gering halten.

Die besonderen Schwierigkeiten bei den bekannten Lösungen für das Problem einer genauen Amplituden- bO regelung von Pegelsendern bestehen somit darin, daß für jedes einzelne Gerät die jeweiligen Netzwerke in der Rückführschleife einerseits und im eigentlichen Nutzsignalkreis andererseits genau aufeinander abgeglichen werden müssen. Dies hat bei Meßgeräten, die in b^r> einer größeren Serie hergestellt werden sollen, den Nachteil, daß spezifisch für jedes Gerät entsprechend den jeweiligen Charakteristiken z. B. die Diode usw. ein besonderer Abgleichvorgang bei den entsprechenden Korrekturnetzwerken notwendig ist, der nachfolgend als »paariger Abgleich« bezeichnet wird. Dadurch verteuern sich größere Serien, weil praktisch immer nur ein Einzelabgleich möglich ist.

Der Erfindung, welche sich auf einen Pegelsender der eingangs genannten Art bezieht liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Schwierigkeiten in einfacher Weise zu begegnen.

Gemäß der Erfindung wird dies mit folgenden Merkmalen erreicht:

a) daß die Gleichrichterschaltung in der Rückführschleife durch eine Kompensationsschaltung zum Ausgleich der Kennlinien-Krümmung als hochlineare Glei^hrichterschaltung ausgelegt ist,

die einen der Gleichrichterdiode nachgeschalteten Gleichspannungsverstärker enthält, dessen Gegenkopplungszweig mindestens eine Diode aufweist, wobei die Verstärkungskennlinie des Gleichspannungsverstärkers derart gegenläufig zur Kennlinie der vorangegangenen, die Gleichrichterdiode enthaltenden Diodenschaltung gewählt ist, daß die aus beiden Kennlinien resultierende Kennlinie linear verläuft,

b) und daß der zur Einstellung der Sollspannung dienende Spannungsteiler als logarithmischer oder linear nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit gestufter Teiler aufgebaut ist.

Mit diesen Merkmalen ist die Möglichkeit geschaffen, daß sowohl die kompensierte hochlineare Gleichrichterschaltung als auch die Spannungsteilerschaltung als serienmäßige Einheitsbausteine untereinander gleich aufgebaut und ohne zusätzlichen, die Eigenschaften der Gleichrichterschaltung an die Bezugsspannung anpassenden und kompensierenden gegenseitigen Abgleich in den Pegelsender eingebaut sind.

Die Kompensationsschaltung bei dem hochlinearen Gleichrichter gemäß der Erfindung kann für alle Dioden einer Geräteserie unabhängig von den Eigenschaften des jeweiligen Spannungsteilers und in einfacher Weise sichergestellt werden, ohne daß ein paariger Abgleich notwendig ist. Diese Linearität ist losgeslöst von den Eigenschaften des Spannungsteilers erreichbar, und der hochlineare Gleichrichter läßt sich somit als eine eigene Baueinheit ausgestalten, die in Keiner einen paarigen Abgleich erfordernden Beziehung zu anderen Bauelementen des Pegelsenders steht. Das gleiche gilt für den exakt logarithmisch oder exakt linear gestuften Spannungsteiler, welcher ebenfalls nach einem fest vorgegebenen, für jeden einzelnen Spannungsteiler einer Geräteserie gültigen Gesetz aufgebaut wird. Damit ist sichergestellt, daß sowohl der Gleichrichterbaustein als auch der Spannungsteilerbaustein als jeweils für sich selbst abgleichbare Baueinheiten (Einheitsmoduln) ausgestaltet werden können und in den jeweiligen Geräten einsetzbar sind. Ebenso ist es bei dem vorliegenden Pegelsender möglich, ohne weiteres durch Austausch eines Bausteins und Ersatz, durch einen anderen Einheitsbaustein ohne sonstige besonders Nachstimm- oder Abgleichvorgänge den Pegelsender nach einem Ausfall wieder betriebsbereit zu machen. Dagegen ist es bei den bekannten Entzerrerschaltungen oder bei den Schaltungen, "'eiche einander gleichwertig gekrümmte Gleichrichtprdioden in den beiden Kreisen verwenden, notwendig, daß das eine Entzerrernetzwerk bzw. die eine Diode in der Rückführschlcife auf die Eigenschaften des anderen Netzwerkes bzw. der anderen Diode im eigentlichen Nutzsignalkreis abgestimmt wird. Hier bestehen somit Zusammenhänge, die sowohl hei der Fertipiinp

einen individuellen Abgleich für jedes Gerät notwendig machen als auch bei etwaigen Reparaturen oder einem Bauteileaustausch einen Neuabgleich mit sich bringen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung und deren Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig.l ein Blockschaltbild eines Pegelsenders,

Fig. 2 ein Schaltungsbeispiel für den Spannungsteiler,

Fig. 3 ein Schaltungsbeispiel für eine kompensierte hochlineare Gleichrichterschaltung.

Bei dem Blockschaltbild nach Fig. 1 ist ein quarzstabilisierter Grundoszillator mit Oi bezeichnet. Die von ι? ihm abgegebene Frequenz FX hat z.B. den Wert Fi — 24 MHz. Die Ausgangsspannung UG des Oszillators O 1 wird einem in seiner Verstärkung regelbaren Verstärker VI zugeführt, dem ein Tiefpaßfilter TPi (oder Bandpaßfilter) nachgeschaltet ist. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters TP1 gelangt zu einem Modulator MD, dessen Überlagerungsfrequenz F2 von einem durchstimmbaren Oszillator O 2 geliefert wird, dessen Ausgangsspannung mit t/Tbezeichnet ist. Die Frequenz des Oszillators O 2 kann z.B. zwischen f2 — 24,002 MHz und 42,6 MHz variiert werden. Die Differenzfrequenz aus den Frequenzen /1 und /2 wird durch ein dem Modulator MD nachgeschaltetes Tiefpaßfilter TP2 ausgefiltert. Die so erhaltene zwischenfrequente Spannung ist mit UZ bezeichnet und wird einem weiteren Verstärker V2 zugeleitet. Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers wird einem zur Anpassung verwendeten Serienwiderstand RS von z. B. 75 Ω zugeführt, dem ein einsteilbares Dämpfungsglied TG nachgeschaltet ist. Die Dämpfung a dieses Dämpfungsgliedes kann beispielsweise zwischen 0 und 60 dB in Stufen eingestellt werden. Dadurch ergibt sich eine Ausgangsspannung UA 'des dargestellten Pegelsenders, welche in der Frequenz Fa zwischen 200 Hz und 18,6 MHz variierbar ist. Der Ausgangsspannungspegel kann bei gebräuchlichen Ausgangsirnpedar.zer. von 75. 124, 150 bzw. =0Ω zwischen 0 und —69.9 dB, das entspricht einem Leistungspegel von —49,9 bis + 10 dBm. liegen.

Da die Ausgangsspannung UA * in ihrer Größe durch das einstellbare Dämpfungsglied TG festgelegt werden soll, ist es notwendig, daß die Spannung UA am Ausgang des Verstärkers V2 unabhängig von der jeweils eingestellten Frequenz und auch über lange Zeit hin gesehen für die jeweilige Pegeleinstellung stets den gleichen und genau festgelegten Wert aufweist. Um dies sicherzustellen ist eine Rückführschleife (Regelschleife) vorgesehen, welche vom Ausgang des Verstärkers V2 abgezweigt ist und in der die Ausgangsspannung UA zunächst einer Gleichrichterschaltung GR zugeführt wird. Deren Ausgangsspannung UR gelangt als Istwert zu einer Verstärkerschaltung VS, der als Sollwert eine Spannung U1 zugeführt wird. Diese Sollspannung U1 wird von einem Spannungsteiler ST erzeugt, an dem eine konstante Bezugsspannung UO anliegt Über eine Reihe von schahbaren Widerständen wird, wie an Hand ω von F i g. 2 näher erläutert, eine bestimmte Bezugsspannung U1 bereitgestellt und dadurch eine definierte Ausgangsspannungsamplitude UA bzw. UA ' am Ausgang des Pegelsenders geliefert.

Das Problem der Erzeugung einer genau auf einen festgelegten Wert gehaltenen Ausgangsspannungsamplitude UA liegt im wesentlichen darin, daß die Diode in der Gleichrichterschaltung GR normalerweise eine relativ starke Krümmung der Kennlinie aufweist und dadurch Fehler bei der Erzeugung der als Istwert dienenden Spannung UR aus der Spannung UA entstehen. Um zu vermeiden, daß das Spannungsteiler-Netzwerk ST einerseits und die Gleichrichterschaltung GR andererseits jeweils paarig abzustimmen sind, werden beide Bausteine so ausgelegt, daß sie nicht jeweils abgeglichen werden müssen. Hierzu wird die Gleichrichterschaltung GR entsprechend hochlinear ausgebildet. Dem Gleichrichter ist somit eine Kompensationsschaltung zugeordnet, welche die Krümmung der Kennlinie und die dadurch bedingten Verzerrungen beseitigt. Eine besonders vorteilhafte Lösung für die Ausgestaltung einer derartigen Gleichrichterschaltung ist in der älteren Anmeldung P 28 23 819.9 beschrieben und in Fig. 3 dargestellt. Mil dieser Schaltung ist gewährleistet, daß zwischen der Spannung UR und der Spannung UA stets ein ausreichend linearer Zusammenhang besteht.

Da die Gleichrichterschaltung GR diesen linearen Zusammenhang zwischen der Spannung an ihrem Eingang UA und der von ihr abgegebenen Ausgangsspannung UR sicherstellt, kann auch das Spannungsteiler-Netzwerk ST unabhängig von der Gleichrichterschaltung GR in sich völlig nach der vorgegebenen Gesetzmäßigkeit, also z. B. logarithmisch gestuft oder linear aufgebaut werden, ohne daß dadurch Fehler verursacht würden. Dieser doppelte Schritt, nämlich die völlig lineare Ausgestaltung der Kennlinie der Gleichrichterschaltung GR und der exakt nach einer vorgegebenen Gesetzmäßigkeit verlaufende Zusammenhang bei den Teilerverhältnissen des Spannungsteilers STmach beide Schaltungsteile voneinander unabhängig, und jedes dieser Schaltungsteile kann somit selbständig für sich konzipiert, abgeglichen und eingesetzt werden, ohne daß das gegenseitige Zusammenspiel durch einen weiteren (paarigen) Abgleichvorgang korrigiert werden muß. Damit ist es möglich, Pegelsender einer Serie mit Einheitsbausteinen zu bestücken, die aus jeweils untereinander gleichen hochlinearen (kompensierten) Gleichrichterschaltungen 57~bestehen.

Es ist in manchen Fällen vorteilhaft, die beiden Einheitsbausteine ST und GR zu einem einzigen Baustein zusammenzufassen. Es besteht aber auch die Möglichkeit, zu jeweils einem dieser Einheitsbausteine einen anderen Schaltungsteil räumlich hinzuzufügen, also z. B, wie gestrichelt angedeutet, den Verstärker V2 und die Gleichrichterschaltung GR zu einem Einheitsbaustein zusammenzufassen.

Bei der Spannungsteilerschaltung ST nach F i g. 2 wird eine Spannung UB über einen Vorwiderstand RO dem Eingang eines ersten Operationsverstärkers OVi zugeführt. Dessen Eingangsspannung ist durch die zwischen dem Eingang dieses Operationsverstärkers und Masse eingeschaltete Zenerdiode ZD auf die Bezugsspannung UO stabilisiert Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OVl gelangt zu zwei in Serie geschalteten, im Querzweig liegenden Widerständen R1 und R 2, während zusätzlich ein Längswiderstand R 3 vorgesehen und zwischen den beiden Widerständen R 2 und R i ein weiterer ohmscher Widerstand R 4 abgeschlossen ist Je nach der Stellung des Schalters S1 kann ein größerer oder kleinerer Dämpfungswert für das aus den Widerständen Al bis A4 bestehende Dämpfungsnetzwerk erzielt werden. Nach dem Schalter 51 liegen im Querzweig zwei weitere ohmsche Widerstände /?5 und y?6, die über Schalter 52 und 53 zu- bzw. abschaltbar sind. Auch durch diese Schalter 52 und 53 kann je nach deren Schaltstellung eine Vergrö-

ßerung oder Verkleinerung der Dämpfung durchgeführt werden. Der nachgeschaltete zweite Operationsverstärker OV2 ist ausgangsseitig mit einem im Längszweig liegenden ohmschen Widerstand Rl verbunden, dem zwei im Querzweig liegende ohmsche Widerstände RS und R 9 nachgeschaltet sind, die ihrerseits über Schalter 54 und 55 zu- oder abschaltbar sind und dadurch unterschiedliche Dämpfungswerte einzustellen gestatten.

Insgesamt lassen sich mit den Schaltern 51 bis 55 neun verschiedene Dämpfungsstufen realisieren, die z. B. zwischen 0 dB und 0,9 dB liegen und in Schritten von jeweils 0,1 dB gestuft sind. Die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers OV3 gelangt zu einer durchgehenden Spannungsteiierketie R 10 bis R 19, wobei jedem dieser ohmschen Widerstände ein eigener Schalter 56 bis 5 15 zugeordnet ist. Die Dämpfung ist in Stufen von 1 dB (beginnend mit dem Widerstand R 10) bis 9 dB (endend mit dem Widerstand R 18) schaltbar. Auf diese Weise läßt sich eine Gesamtvariation des Pegels 0 bis 9,9 dB realisieren.

Die einzelnen Widerstände der Spannungsteilerschaltung nach F i g. 2 werden exakt nach der gewünschten Stufung berechnet und dimensioniert, ohne daß eine Rücksicht auf etwaige krumme Kennlinien beim Gleichrichter in der Rückführschleife nach F i g. 1 genommen werden muß. Alle Widerstandsteiler einer Serie von Pegelmessern werden gleich aufgebaut und einheitlich auf die fest vorgegebenen Werte abgeglichen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, diese Spannungsteilerschaltungen in Schichnchaltungstechnik, insbesondere Dünnfilmtechnik zu realisieren, wobei z. B. durch Laserabgleich der Widerstände eine genaue Festlegung auf die berechneten Dämpfungsstufen durchgeführt werden kann und größere Stückzahlen preiswert herstellbar sind. Die Spannungsteiler einer Serie sind demnach untereinander alle gleich aufgebaut. Sie können auch jederzeit wieder reproduzierbar hergestellt werden, z. B. bei einer Nachlieferung, weil ihnen allen, auch bei einer größeren Serie das gleiche Grundprinzip und die gleiche Stufung zugrunde liegt, die nicht durch Kompensationsmaßnahmen od. dgl. spezifisch für ein bestimmtes Gerät abgeändert ist. Ein derartiger Baustein ist somit universell in allen Pegelsendern einer Serie einsetzbar. Die Ausgestaltung in integrierter Technik für den Spannungsteiler z. B. nach F i g. 2 hat den Vorteil, daß solche Stückzahlen preiswert und mit nur ganz geringen Toleranzwerten hergestellt werden können. Die Schalter 51 bis 515 können als Relais oder auch als Halbleiter-Schalter (z. B. Feldeffekt-Transistoren) ausgelegt sein. Ein minimaler Aufwand bei höchster Genauigkeit läßt sich dadurch erreichen, daß die 0,1 dB-Stufen des linken Teils der Schaltung nach F i g. 2 über gewichtete Widerstände Ri bis Λ 9 erzeugt werden, während die 1 dB-Stufen an Abgriffen einer Widerstandskette aus den Widerständen R10 bis R19 gebildet sind. Die Verstärker OVl bis OV3 dienen in erster Linie der Entkopplung. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß im linken Teil der Schaltung weniger Schalter benötigt werden als im rechten Teil.

Bei der Gleichrichterschaltung nach F i g. 3 wird die Wechselspannung UA einer Eingangsklemme EK zugeführt, welcher ein Koppelkondensator C1 und ein ohmscher Widerstand R 20 nachgeschaltet sind. Die Gleichrichtung erfolgt über eine im Querzweig liegende Gleichrichterdiode D1 und eine weitere im Längszweig liegende Gleichrichterdiode D2. Nachgeschaltet ist ein Querkondensator C 2 und ein ohmscher Widerstand R 21. Diese bekannte, auch als Villard-Schaltung bezeichnete Gleichrichteranordnung liefert ein in seiner Proportionalität und Linearität nicht völlig ausreichendes Meßsignal, weil für kleine Eingangswechselspannungen UA wegen der Ansprechschwelle der Dioden ein Fehler auftritt.

Zur Kompensation dieses Fehlers dient der nachfolgende Schaltungsteil, welcher einen gegengekoppelten Gleichspannungsverstärker (Operationsverstärker),

to OPl enthält. Dessen Gegenkopplungsschleife weist mindestens eine, im vorliegenden Beispiel zwei Dioden D3, D 4 auf, wobei zusätzlich ein ohmscher Widerstand R 22 vorgesehen ist. Der so beschaltete zweite Eingang des gegengekoppellen Gleichspannungsverstärkers OPi ist außerdem über einen ohmschen Widerstand R 23 nach Masse geführt.

Durch den Einfluß der in der Gegenkopplung angeordneten Diode(n) wird für die Verstärkerkennlinie insgesamt ein linearer Verlauf erreicht. Der Kennlinienverlauf für die Verstärkerkennlinie ist so gewählt, daß der zugehörige Knickpunkt etwa so weit nach oben verschoben ist wie der Knickpunkt der Gleichrichterkennlinie nach rechts. Erreicht wird dies dadurch, daß die Gegenkopplung erst bei einer bestimmten Gleichspannung einsetzt, was durch entsprechende Dimensionierung der Dioden D 3 und D 4 und des ohmschen Widerstandes R 22 in einfacher Weise gewährleistet werden kann. Aus den beiden Kennlinien des Gleichspannungsverstärkers OP1 einerseits und der Gleichrichterschal- tung D1, D 2 andererseits ergibt sich eine resultierende Kennlinie, die völlig linear verläuft und deren Verlängerung genau im Nullpunkt ansetzt.

Mit dieser Schaltung ist somit an der Klemme AB (Ausgangsspannung UR) eine breitbandige hochlineare Gleichrichtung der Eingangswechselspannung UA möglich. Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, liegt der spannungsabhängige Gleichspannungsverstärker OPl auf der Gleichspannungsseite der Gleichrichterschaltung. Folglich bestimmt nur die vorangegangene Gleichrichterschaltung aus den Dioden D 1 und D 2 den Frequenzgang des Meßsystems. Auf diese Weise ist eine weitgehend fehlerfreie Anzeige bis zu sehr hohen Frequenzen, z. B. weit über 10 MHz ohne nennenswerte Schwierigkeiten möglich.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, am Eingang zwei Gleichrichterdioden vorzusehen. Es kann statt dessen auch nur eine Gleichrichterdiode verwendet werden, deren Kennlinienverlauf allerdings weniger linear ist. Die Kompensation durch die Verstärkerlinie ist auch hierbei weitgehend möglich.

Es ist zweckmäßig. Dioden gleicher Charakteristik für die eingangsseitigen Dioden Di, D 2 und die weiteren Dioden D 3, D 4 zu verwenden, z. B. ein Diodenquartett mit sogenannten »hot-carrier Dioden«. Dies bietet den Vorteil eines niedrigen Schwellwertes sowie besonders geringer Streuungen untereinander. Auf diese Weise kann die Linearisierung der resultierenden Kennlinie weiter optimiert werden. So kann z. B. bei einer Versorgungsspannung von 10 V die Schaltung eine Wechselspannung über den Bereich von 16 dB mit πργ 5 %o Linearitätsabweichung in eine Gleichspannung umwandeln. Bei höherer Versorgungsspannung als 10 V erweitert sich der Linearitätsbereich entsprechend.
Sehr geringe Streuungen bei den verwendeten Dioden D1 bis D 4 wirken sich auch auf das Temperaturverhalten des gesamten Gleichrichtersystems positiv aus. Fehler, die im eigentlichen Gleichrichterkreis D1, D 2 durch Temperatureinflüsse entstehen, werden im

Verstärkerkreis weitgehend aiisgeregelt.

Die Schaltung arbeitet einwandfrei, solange am Eingang, d. h. an den Gleichrichterdioden DX, D 2 eine genügend große Eingangswechselspannung UA anliegt. Zu kleine Eingangssignale UA werden jedoch nicht mehr völlig linear und proportional gleichgerichtet. Dieser Zustand ist an sich insofern kaum störend als das Eingangssignal durch entsprechende Bereichswahl wieder in den linearen oder proportionalen Bereich gebracht werden kann.

Wird die eigentliche Meßgleichrichterschaltung DX, Dl jedoch nicht oder zu schwach (d. h. mit zu kleinem Pegel) angesteuert, so kann eine Art »Latch-Up-Effekt« auftreten. Bei Nichtansteuerung sind nämlich die beiden Dioden D3 und D 4 gesperrt, und der Gleichspannungsverstärker OP1 arbeitet ohne Gegenkopplung mit seiner hohen Leerlaufverstärkung. Eine dabei entstehenden Offsetspannung kann nun ungünstigenfalls dazu führen, daß die Ausgangsspannung der Schaltung das Potential der negativen Versorgungsspannung annimmt. Auf diese Weise kann es zu einem Meßwert kommen, welcher nicht der Eingangsspannung UA entspricht. Da ein Auftreten dieses immerhin möglichen Effektes nicht mit Sicherheit und vor allem nicht langzeitig durch einen Abgleich völlig vermieden werden kann, läßt sich durch eine Schaltungserweiterung eine Abhilfe vornehmen. Wie durch die gestrichelte Umrahmung angedeutet ist zusätzlich ein Komparator KO vorgesehen, welcher einen Schalter SA steuert. Dieser als Feldeffekttransistor F£Tausgebildete Schalter überbrückt die beiden Dioden D 3 und D 4 und ggf. den ohmschen Widerstand R 3, sobald er geschlossen wird. Solange die Dioden £>3 und D 4 gesperrt sind, weil keine oder eine zu geringe Eingangswechselspannung UA vorhanden ist, bleiben diese durch Schließen des Schalters SA überbrückt. Dadurch wird erreicht, daß es trotzdem (infolge der Überbrückung der Dioden DX, D 2) zu keinem »Latch-Up-Effekt« und somit zu keiner Fehlanzeige kommen kann.

Die Versorgungsspannung für den Operationsverstärker OPX von —10 V zur Offsetspannungskorrektur wird über ein Potentiometer R 25 zugeführt, wobei zwei weitere Eingänge mit +10 V und —10 V Versorgungsspannung beaufschlagt sind. Durch den Abgleich mit dem Potentiometer R 25 läßt sich die Linearität der resultierenden Kennlinie im unteren Bereich weiter ausdehnen. Als Komparator KO ist ein Operationsverstärker OP 2 vorgesehen, dessen invertierender Eingang mit dem Ausgang des Gleichspannungsverstärkers OFl verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers OPl liegt an Masse; die zugeführtcn Vsrsorgungsspannungen liegen bei OVoIt und — 10 V. Über den ausgangsseitig vorgesehenen ohmschen Widerstand R 24 wird der Schalter SA angesteuert

Durch Abgleich des Potentiometers R 22 im Gegenkopplungszweig des Operationsverstärkers OPi läßt sich die Linearität der resultierenden Kennlinie im oberen Teil einstellen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann anstelle einer Schaltung STnach Fig.2 auch eine sehr feine Quantisierung der Gleichspannung bei hoher Linearität beispielsweise mit einer ausreichenden Auflösung von 4096 Schritten (12 bit) dadurch erfolgen, daß käufliche D/A-Wandlerbausteine eingesetzt werden. Über eine Ansteuerung der Schaltung nach einem entsprechenden Programm (linear oder logarithmisch), z. B. über einen Mikroprozessor, ist nun die Vergleichsspannung U1 und damit die Ausgangswechselspannung UA im gewünschten Maßstab veränderbar.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Pegelsender mit einstellbarer Sendeamplitude, bei dem ein Teil des Ausgangssignals über eine eine Gleichrichterschaltung enthaltende Rückführschleife ausgekoppelt und als Istwert einer Vergleichsschaltung zugeführt wird, deren Soiiwert aus einer Bezugsspannung durch einen einstellbaren Spannungsteiler abgeleitet ist, wobei die Differenzspannung zwischen Ist- und Soiiwert zur Amplitudenregelung des Pegelsenders dient, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: