DE2942830A1

DE2942830A1 - Brueckenverstaerkerschaltung

Info

Publication number: DE2942830A1
Application number: DE19792942830
Authority: DE
Inventors: Jerald G Graeme
Original assignee: Burr Brown Research Corp
Current assignee: Burr Brown Research Corp
Priority date: 1978-10-25
Filing date: 1979-10-23
Publication date: 1980-05-08
Also published as: GB2034903A; JPS5560317A; US4229692A; GB2034903B; FR2440113A1

Description

WandlerbrUcken werden weithin verwendet, um Abweichungen oder Änderungen eines Widerstandswertes in einer Vielzahl verschiedener Wandler zu erfassen. Eine der wichtigsten Anwendungen von WandlerbrUcken liegt im Gebiet der Erfassung von Wandlerabweichungen bei Dehnungsmeßstreifen. Bei weiteren typischen Anwendungen werden Änderungen in Wandlern mit Photowiderständen, die auf Änderungen von Lichtintensitäten ansprechen, erfai3t. Es sind zahlreiche WandlerbrUcken und Brückenverstärkerschaltungen (im folgenden auch als "Brückenüberwachungsschaltungen" bezeichnet) beschrieben worden. Die meisten bekannten Bruckenverstärkerschaltungen zeigen ein lineares Ansprechverhalten des Ausgangssignals nur bei sehr kleinen Wandlerabweichungen. Demzufolge erfordern die bekannten Brücken und Bruckenverstärkerschaltungen teure und spezialisierte Kompensationsschaltungen, um den linearen Betrieb zu verbessern. Dies führt zu einer erheblichen Komplexität der Schaltung und zu erhöhten Kosten bei verringerter Zuverlässigkeit.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Brückenverstärkerschaltung zu schaffen, deren Ausgangssignal linear auf Wandlerabweichungen anspricht, und zwar in einem wesentlich breiteren Bereich von Wandlerabweichungen als bei herkömmlichen BrUckenverstärkern.

Ferner ist ein Brückenverstärker bekannt, dessen Ausgangsspannung der Wandlerabweichung über einen großen Bereich von Änderungen des Wandlerwiderstands direkt proportional ist. Diese Brückenverstärkerschaltung ist in den Fig. 6 bis 10 der auf die Erfinder G. Tobey und L. Huelsman zurückgehenden Monographie "Operational Amplifiers; Designs and Applications", McGraw-Hill, 1971, beschrieben. Unglücklicherweise hat diese lineare Brückenverstärkerschaltung einen äußerst geringen Verstärkungsfaktor, so daß ein zweistufiger Verstärker erforderlich 1st. Ferner sind erhebliche Modifikationen der

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Brückenkonfiguration erforderlich, so daß derzeit im Handel befindliche Brücken nicht verwendet werden können.

Es ist somit ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brückenverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor zu schaffen, dessen Ausgangssignal über einen großen Bereich von Abweichungen des Wandlers linear auf die Abweichungen des Wandlerwiderstandes anspricht.

Der oben beschriebene, über weite Abweichungsbereiche lineare Brückenverstärker hat ferner den Nachteil, daß er bei Verwendung mit einer nachfolgenden Verstärkerstufe zur Erzielung einer erhöhten Verstärkung (die bei den meisten Anwendungen erforderlich ist) eine äußerst hohe Empfindlichkeit gegenüber den Eingangsverlagerungsspannungen der beiden Operationsverstärker zeigt und demzufolge auch eine hohe Empfindlichkeit gegenüber einer thermischen Drift der Eingangsverlagerungsspannung der Operationsverstärker. Eine Kompensation der Verlagerungsspannung ist teuer und führt nicht zu einer effektiven Vermeidung der Effekte der thermischen Drift der Eingangsverlagerungsspannung. Die Verwendung von chopperstabilisierten Operationsverstärkern ist bei herkömmlichen BrUckenverstärkerschaltungen erforderlich, um die erwünschte, geringe, thermische Drift des Ansprechverhaltens zu erzielen. Es besteht daher ein erhebliches Bedürfnis nach einem kostengünstigen, linearen, driftunempfindlichen Brückenverstärker.

US-PS 3 651 696 beschreibt eine nichtlineare Brückenschaltung zur Erzeugung eines linearen Ausgangssignals, ansprechend auf Temperaturänderungen in einem Platinwiderstandsthermometer. Platinwiderstandsthermometer zeigen eine in hohem Maße nichtlineare Beziehung zwischen der Temperatur und der Wandlerabweichung. Die Schaltung gemäß US-PS 3 651 696 ist derart ausgelegt, daß ein nichtlineares Ansprechen des Brückenverstärkerausgangssignals auf die Wandlerwiderstandsabweichungen des Platinwiderstands verwirklicht wird, um so

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zu einem linearen Ansprechen des Ausgangssignals auf Temperaturänderungen zu kommen. Dieser bekannte Verstärker hat somit eine der vorliegenden Aufgabe entgegengesetzte Aufgabe, und er hat weiterhin den Nachteil einer hohen Driftempfindlichkeit .

Die erfindungsgemäße Wandlerbrückenverstärkerschaltung erzeugt ein Ausgangssignal, welches sowohl bei großen als auch bei kleinen Abweichungen des Wandlerwiderstands linear anspricht. Die Wandlerbrückenverotärkerschaltung hat ferner eine äußerst geringe Empfindlichkeit gegenüber den Eingangsverlagerungsspannungen der Operationsverstärker der Wandlerbrückenverstärkerschaltung. Die erfindungsgemäße Wandlerbrückenverstärkerschaltung umfaßt einen ersten Operationsverstärker, dessen positiver Eingang und dessen negativer Eingang mit einem ersten und einem zweiten Punkt der Wandlerbrücke verbunden sind. Bei dem ersten und zweiten Punkt der Wandlerbrücke handelt es sich um Ausgangspunkte derselben. Der Ausgang des ersten Operationsverstärkers ist mit einem dritten Knotenpunkt der Wandlerbrücke verbunden, und dieser dritte Knotenpunkt ist mit dem zweiten Knotenpunkt über einen Wandler verbunden. Daher bildet der Wandler eine negative Rückkopplung für den ersten Operationsverstärker. Der erste Knotenpunkt der Wandlerbrücke ist mit einer Schaltung verbunden, welche eine geringe Impedanz darstellt oder eine virtuelle Erdung. Bei dieser beschriebenen AusfUhrungsform umfaßt die Einrichtung mit geringer Impedanz zur Herbeiführung der virtuellen Erdung einen zweiten Operationsverstärker, dessen positiver Eingang mit einem Erdspannungsleiter verbunden ist und dessen negativer Eingang mit dem ersten Knotenpunkt der Brücke verbunden ist. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers ist mit dessen negativem Eingang über einen RUckkopplungswiderstand verbunden. Die durch den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers erzeugte Spannung ist den Abweichungen des Widerstands des Wandlers direkt

mnnm / λ η η

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proportional, und zwar in einem großen Bereich solcher Abweichungen. Das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers gehorcht einer Beziehung mit einem Term, welcher von der Eingangsverlagerungsspannung des ersten Operationsverstärkers abhängt. Der letztere Term wird jedoch mit einem relativ geringen Verstärkungsfaktor multipliziert, so daß die Wandlerbrückenverstärkerschaltung vergleichsweise unempfindlich gegen Eingangsverlagerungsspannungen des ersten Operationsverstärkers ist und konsequenterweise auch vergleichsweise unempfindlich gegenüber einer thermischen Drift der Eingangsverlagerungsspannung des ersten Operationsverstärkers.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers;

Fig. 2 eine Schaltung zur Erläuterung der Problematik herkömmlicher Verstärker, welche durch die Schaltung gemäß Fig. 1 gelöst wird;

Fig. 3 eine Schaltung einer weiteren AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers; und

Fig. k eine Schaltung einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verstärkers.

Die Unterschiede zwischen dem erfindungsgemäßen Brückenverstärker und einem typischen, herkömmlichen Brückenverstärker sollen im folgenden anhand der Fig. 2 erläutert werden. Diese zeigt eine typische Wandlerbrücke mit einem Verstärker. Die mit einem Strich versehenen Bezugszeichen dienen der Bezeichnung von Knotenpunkten der Wandlerbrücke, welche den mit ungestrichenen Bezugszeichen versehenen Knotenpunkten der erfindungsgemäßen Wandlerbrücke gemäß Fig. 1 entsprechen. Es muß zunächst bemerkt werden, daß Wandlerbrücken äußerst schwache Ausgangssignale erzeugen, welche zur Erzielung einer präzisen Anzeige der Wandlersignale des Einsatzes von

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Brückenüberwachungsverstärkern hoher Leistung bedürfen. Eine prinzipielle Beschränkung der Genauigkeit von herkömmlichen Brückenverstärkern beruht auf einer Temperaturdrift der Eingangsverlagerungsspannung der Verstärkerschaltung. Ferner ist die Genauigkei t begrenzt durch die inhärente Nichtlineari· tat der meisten bekannten Wandlerbrückenschaltungen in Bezug auf Wandlerabweichungen.

Man kann zeigen, daß die Ausgangsspannung β_Λ am Punkt 23' der Schaltung gemäß Fig. 2 der folgenden Beziehung gehorcht:

^eo - TT Ι + λκ/(2Π) ^AVOS ^K1)

wobei ^R eine Wandlerabweichung, A den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 39 (ein Differentialverstärker) und V_osdie Eingangsverlagerungsspannung des Differentialverstärkers 39 bedeuten. Es sollte bemerkt werden, daß die Wandlerabweichung fa R auch im Nenner der Gleichung (1) erscheint. Daher spricht e_Q in nichtlinearer Weise an. Bei geringen Wandlerabweichungen ist ^ R klein und somit der zweite Summand im Nenner vernachlässigbar, so daß sich die folgende Gleichung ergibt:

A ARV

o = 2? "π

A ARV _AV

^eo = 2? "π— ^AVos

Der Ausdruck -^— wird als Wandlerabweichungssignal bezeichnet.

Man erkennt aus Gleichung (2), daß das Wandlerabweichungssignal nur um ein Viertel des Verstärkungsfaktors A verstärkt wird, während die Verlagerungsspannung V_QS mit dem vollen Verstärkungsfaktor A multipliziert wird. Somit bilden die Nichtlinearitat und die Empfindlichkeit des Verstärkers gegenüber Eingangsverlagerungsspannungen schwerwiegende Nachteile der herkömmlichen Brückenverstärker. Der anfängliche Wert V_QS kann zwar durch bekannte Vorspannungsschaltungen

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kompensiert werden, welche mit den Eingängen des Verstärkers 39 verbunden werden. Die thermische Drift von V_0n führt jedoch einen weiteren Fehler in das System ein, welcher nicht auf bequeme Weise kompensiert werden kann.

Im folgenden soll eine bevorzugte AusfUhrungsforra d er Erfindung anhand der Schaltung 1 gemäß Fig. 1 erläutert werden. Diese umfaßt eine WandlerbrUcke und eine Brückenverstärkerschaltung, welche als BrückenUberwachungsschaltung dient, die mit der Wandlerbrücke verbunden ist. Die Wandlerbrücke umfaßt einen Wandler 3 zwischen den Punkten 5 und 7, einen Widerstand 9 zwischen den Punkten 5 und 11, einen Widerstand 13 zwischen den Punkten 11 und 15 (Ausgangspunkt) und einen Widerstand 17 zwischen den Punkten 15 und 7. Die Versorgungsspannung V liegt am Punkt 11 an.

Die BrUckenverstärkerschaltung umfaßt einen Operationsverstärker 19, dessen positiver Eingangsanschluß mit dem Punkt 15 verbunden ist und dessen negativer Eingangsanschluß mit dem Punkt 5 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 19 ist mit dem Punkt 7 verbunden.

Die Brückenverstärkerschaltung umfaßt ferner einen zweiten Operationsverstärker 21, dessen positiver Eingangsanschluß mit einem Erdleiter 27 verbunden ist und dessen negativer Eingangsanschluß mit dem Punkt 15 verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 21 ist mit einem Punkt 23 verbunden. Ein Rückkopplungswiderstand 25 liegt zwischen dem Punkt 15 und dem Punkt 23.

Der Wandler 3 hat einen Widerstand, welcher durch R₂ + ^ R bezeichnet ist, wobei ^R die Wandlerabweichung bezeichnet. Bei einer typischen Anwendung kann R₂ einen Wert im Bereich von 150 Ohm bis etwa 1 Kiloohm aufweisen, und ^R kann typischerweise einen Wert von etwa 10# von R₂ haben. Die Wider-

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stände 9 und 13 haben jeweils den Widerstandswert R₁, welcher bei einer typischen Anwendung etwa 5 Kiloohm betragen kann, falls die Versorgungsspannung V etwa 5 Volt beträgt. Der Widerstand 17 hat den Wert R₀. welcher bei einer typischen Anwendung den gleichen Widerstandswert aufweist wie der nicht mit einer Abweichung behaftete oder neutrale Widerstand des Wandlers 3· Der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 19 ist mit A₁ bezeichnet. Der Operationsverstärker 19 hat eine Eingangsverlagerungsspannung V₀₃₁, deren Polarität in Fig. 1 angedeutet ist. Der Operationsverstärker 21 hat einen Verstärkungsfaktor A_? und eine Eingangsverlagerungsspannung V₀₃₂, deren Polarität in Fig. 1 angedeutet ist. Der Widerstand 25 hat einen Widerstandswert R_G, welcher typischerweise etwa 20 Kiloohm betragen kann.

Die Arbeltsweise der Schaltung 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß der Operationsverstärker 19 die Wandlerbrückenschaltung dazu zwingt, einen Strom I dem Operationsverstärker 21 zuzuführen, wenn die Wandlerbrücke nicht abgeglichen ist. Ein Teil des Stroms I wird von der Vorspannung V über den Widerstand 13 bereitgestellt. Ein weiterer Teil des Stroms I wird dem Punkt 15 vom Ausgang des Verstärkers 19 her über den Widerstand 17 zugeführt. Wenn die WandlerbrUckenschaltung abgeglichen ist, so sind die beiden Stromkomponenten im Widerstand 13 und im Widerstand 17 jeweils gleich und entgegengesetzt, so daß der Strom I den Wert Null hat. Wenn die Wandlerbrücke nicht abgeglichen ist, da der Wandler eine Widerstandsabweichung von ^ R zeigt, so sind die beiden Ströme in den Widerständen 13 und 17 nicht gleich und ihre Differenz ;Lst gleich I.

Die Arbeitsweise der Wandlerbrücke und der Brückenverstärkerschaltung gemäß Fig. 1 soll anhand der folgenden Analyse erläutert werden, bei der die Gleichung für den Strom I entwickelt wird sowie der Ausdruck für die Ausgangsspannung e_Q, welche am Punkt 23 erscheint.

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Es soll zunächst betont werden, daß der Verstärker 21 und der RUckkopplungswiderstand 25 gemäß Fig. 1 als Strom-Spannungs-Wandler wirken, welcher den Strom I in eine Ausgangsspannung e umwandelt. Da der positive Eingang des Verstärkers 21 auf Erdpotential oder 0 Volt liegt, befindet sich der negative Eingang des Verstärkers 21 ebenfalls auf 0 Volt, da die Spannungsdifferenz zwischen dem positiven Eingang und dem negativen Eingang eines Operationsverstärkers normalerweise vernachlässigbar ist. Somit befindet sich der Knotenpunkt 15 scheinbar auf Erdpotential. In ähnlicher Weise sind die Spannungsdifferenzen zwischen dem positiven Eingang und dem negativen Eingang des Operationsverstärkers 19 vernachlässigbar. Man kann daher im Rahmen der nachfolgenden Gleichstromanalysen davon ausgehen, daß sich auch der Knotenpunkt 5 auf einem Potential von 0 Volt befindet. Somit ist der Strom, welcher vom Punkt 11 durch den Widerstand 9 zum Punkt 5 fließt, gleich VZR₁. Da der Strom, welcher in den negativen Eingang des Operationsverstärkers 19 fließt, vernachlässigbar ist, hat somit der Strom, welcher vom Punkt 5 durch den Wandler 3 zum Punkt 7 fließt, ebenfalls den Wert VZR₁. Somit ergibt sich für die Spannung zwischen den Punkten 5 und 7 der folgende Wert:

Somit hat die Spannung am Punkt 7 den Wert -V(R₂ t^R)

Somit fließt vom Punkt 15 durch den Widerstand 17 zum Punkt der folgende Strom

V(R₂ + A ^R)
R₁R₂

Der Strom I ergibt sich somit aus folgender Beziehung

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wobei jedoch der Einfluß von V_QS1, d.h. der Eingangsverlagerungsspannung des Operationsverstärkers 19, vernachlässigt wird.

Die Komponente des Stroms I aufgrund von V₀₅₁ ist gleich "" 0S1

. Demgemäß erhält man schließlich für den gesamten

Ί
Strom I die folgende Gleichung

I = rrrs -T!—

12 1

Man erkennt, daß der Strom I linear auf die Wandlerabweichung ^ R anspricht. Damit diese Bedingung erfüllt ist, muß der Punkt 15 nahezu Nullspannung oder Erdspannung haben, so daß der Strom I nicht dazu führt, daß die Spannung des Punktes beträchtlich von O Volt abweicht. Der gezeigte Strom-Spannungs-Wandler 24 umfaßt den Operationsverstärker 21 und den Widerstand 25 und erzeugt ein Ausgangssignal gleich dem Produkt des Stroms 1 und dem Wert des Widerstandes 25· Wenn man annimmt, daß der Eingangsstrom des Operationsverstärkers 21 Null ist, so ergibt sich für die Ausgangsspannung e_Q die folgende Beziehung:

R_r Δ ^RV
^eo =&7 <TCT ~ ^VOS1> * ^VOS2

wobei Vq„2 die EingangsVerlagerungsspannung des Operationsverstärkers 21 bezeichnet.

Man erkennt, daß e die gleiche lineare Beziehung zu £ R aufweist wie der Strom I. Man erkennt ferner, daß das Wandlerabweichungssignal gleich j£g- ist und mit dem gleichen Verstärkungsfaktor Rq/R-j multipliziert wird wie die Brückenverstärkerverlagerungsspannung Vq₀^. Dies ist ein wesentlicher Fortschritt gegenüber herkömmlichen Brückenverstärkern, bei denen das Wandlersignal nur mit einem Viertel des Verstär kungsfaktors multipliziert wird, während die Brllckenverstär-

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kerverlagerungsspannung mit dem vollen Verstärkungsfaktor multipliziert wird. Somit erzielt man bei dem Brückenverstärker gemäß Fig. 1 eine vierfache Verringerung der Empfindlichkeit gegenüber der Brückenverstärkerverlagerungsspannung und der Temperaturdrift derselben. Die Eingangsverlagerungsspannung Vq₅₂ des Verstärkers 21 wird nicht verstärkt und ist daher vernachlässigbar.

Mit der Brückenverstärkerschaltung gemäß Fig. 1 kann man auf einfache Weise ein äußerst genaues Betriebsverhalten erzielen, und zwar mit kostengünstigen Operationsverstärkern, z.B. mit dem Präzisionsoperationsverstärker Burr-Brown 3510, welcher nur etwa 15 Dollar kostet, als Operationsverstärker 19. Als Operationsverstärker 21 kann man einen äußerst kostengünstigen Operationsverstärker verwenden, z.B. Fairchild 7^1, welcher nur etwa 1 Dollar kostet.

Der Punkt 15 der Schaltung gemäß Fig. 1 muß zu einem Punkt niedriger Impedanz zurückgeführt werden, z.B. auf virtuelles Erdpotential, so daß der Strom I nicht zu SpannungsSchwankungen am Ausgangspunkt 15 führt, welche die Spannungsabfälle über die vier Brückenelemente anderen würden. Man erkennt ohne weiteres, daß die Verbindung des Punktes 15 mit einer hohen Impedanz und nicht mit virtuellem Erdpotential (aufgrund des Operationsverstärkers 21 und des Rückkopplungswiderstandes 25) zu SpannungsSchwankungen am Punkt 15 führen würde, und zwar aufgrund inkrementeller Änderungen des Stroms I, welche wiederum auf die Wandlerabweichung ^R zurückgehen. Derartige Spannungsänderungen am Ausgang 15 würden auch zu Änderungen der Spannungen über die Widerstände 9 und 13 führen. Dies wiederum würde entsprechende Änderungen der Ströme bewirken, welche über den Wandler 3 und den Widerstand 17 fließen. Eine Analyse zeigt, daß der Ausgangsstrom I eine nichtlineare Beziehung zur Wandlerabweichung &R annehmen würde, wenn zwischen dem Punkt 15 und

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dem Erdpotential eine große Impedanz liegen würde. Diese Nichtlinearität würde auf den oben erläuterten Änderungen der Ströme durch die Widerstände 9 und 13 beruhen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen zwei weitere Schaltungsmöglichkeiten zur Gewährleistung eines linearen Ansprechens des Ausgangsstroms I auf die Wandlerabweichung ^ R und zur Gewährleistung einer geringen Empfindlichkeit des Ausgangestroms I in Bezug auf die Eingangsverlagerungsspannungsdrift des Operationsverstärkers 19. Diese beiden Schaltungen gewährleisten eine präzise, lineare Beziehung zwischen dem Strom I und der Wandlerabweichung ^J R und ferner eine präzise Beibehaltung der geringen Empfindlichkeit des Stroms I auf die Eingangsverlagerungsspannung und die Drift derselben, wie oben anhand von Fig. 1 erläutert.

Im folgenden soll zunächst auf Fig. 3 Bezug genommen werden. Diese Schaltung umfaßt die gleichen Widerstände, den gleichen Wandler und den gleichen Verstärker 19 wie in Fig. 1. Nun dient jedoch der Ausgangspunkt 15 als Ausgang des Brückenverstärkers, und zwar anstelle des Punktes 23 der Schaltung gemäß Fig. 1. Der Punkt 15 ist mit dem positiven Eingang eines Verstärkers 21A verbunden. Der Ausgang und der negative Eingang des Operationsverstärkers 21A sind mit dem negativen Anschluß der Spannungsquelle 11A verbunden. Der positive Anschluß der Spannungsquelle 11A ist mit dem Punkt 11 verbunden. Man erkennt ohne weiteres, daß bei Vorhandensein eines großen Lastwiderstandes 40 zwischen dem Punkt 15 und Erdpotential Änderungen des Stroms I zu entsprechenden Änderungen der Spannung am Punkt 15 führen, so daß der Operationsverstärker 21A diese Spannungsänderungen an den negativen Anschluß der Spannungsquelle 11A weitergibt. Demzufolge werden die Spannungsänderungen am Punkt 15 zur Spannung V am Punkt 11 addiert. Man erkennt, daß inkrementelle Spannungsänderungen am Punkt 15 nicht zu entsprechenden Änderungen des Stroms durch die Widerstände 9, 13, 17 und den Wandler 3

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führen. Eine Analyse zeigt, daß der Strom I in einer linearen Beziehung zur Wandlerabweichung fa R steht und nur eine geringe Empfindlichkeit gegenüber einer Drift der Eingangsverlagerungsspannung aufweist, und zwar in genau der gleichen Weise wie der entsprechende Strom I in der Schaltung gemäß Fig. 1. Wenn ein Spannungsausgangssignal anstelle eines Stromausgangssignals bei der Wandlerbrücke gemäß Fig. 3 erwünscht ist, so kann ein kostengünstiger Differentialverstärker mit dem Punkt 15 verbunden werden, und man erhält eine Ausgangsspannung, welche linear proportional der Wandlerabweichung ist und vergleichsweise empfindlich gegenüber der Eingangsverlagerungsspannung und der Drift derselben ist.

Im folgenden wird auf Fig. k Bezug genommen. Diese zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, wobei eine konstante Stromquelle 11B verwendet wird und ein konstanter Strom in den Punkt 11 vorgegeben wird. Dies führt dazu, daß der Strom in den Brückenwiderständen 9, 13 und 17 und im Wandler 3 unabhängig von inkrementellen Spannungsänderungen über den Lastwiderstand 40 ist. Solche inkrementellen Spannungsänderungen am Punkt 15 können nicht zu einer Änderung des Ausgangsstroms der Stromquelle 11B führen, da der Ausgangswiderstand der Stromquelle 11B nahezu unendlich ist. Somit kann der den Brückenwiderständen 9 und 13 zugeführte Strom nicht durch Änderungen der Spannung am Punkt 15 geändert werden. Somit bleiben der Strom im Wandler 3 und auch der Ausgangsstrom I unbeeinflußt von Änderungen der Spannung am Punkt 15. Die linerare Beziehung zwischen dem Ausgangsstrom I und der Wandlerabweichung ^ R hat die gleiche Qualität wie bei den Schaltungen der Fig. 1 und 3. Die Empfindlichkeit des Ausgangestroms I auf eine Drift der Eingangsverlagerungsspannung ist ebenfalls strukturell identisch mit derjenigen der Schaltungen gemäß Fig. 1 und 3.

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Claims

Of 1A-2999 437-A-28 BURR-BROWN RESEARCH CORPORATION Tucson, Arizona, USA Brüc kenve rs tärkers chaltung Patentansprüche

1. BrUckenverstärkerschaltung mit einer drei Widerstände und einen Wandler in Rechteckschaltung umfassenden Wandlerbrücke, mit einem Stromversorgungsanschluß, einem Signalausgang und einem Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Verstärkers (19) dem Stromversorgungsanschluß (11) diametral gegenüber mit einem Anschluß (7) des Wandlers (3) verbunden ist und der negative bzw. positive Eingang des Verstärkers (19) mit dem anderen Anschluß (5) des Wandlers (3) bzw. mit dem diesem diametral gegenüberliegenden Signalausgang (15) verbunden ist und bei positiver bzw. negativer Änderung des Wandlerwiderstandes der Strom durch den Widerstand (17) zwischen Verstärkerauslaß (7) und Signalauslaß (15) erhöht bzw. verringert wird, und

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daß eine Konstantstromeinrichtung (25;21A;11B) vorgesehen ist, die den Strom durch die Widerstände (9,13) zwischen dem Stromversorgungsanschluß (11) und dem negativen bzw. positiven Eingang (5 bzw. 15) der Brückenschaltung (1) konstant hält, so daß der Strom durch den Signalausgang (15) in linearer Beziehung zum Widerstand des Wandlers (3) steht.

2. Brückenverstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (19) ein Operationsverstärker ist.

3. Brüekenverstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden mit dem Stromversorgungsanschluß (11) verbundenen Widerstände (9,13) gleichen Widerstandswert haben und daß der dritte Widerstand (17) und der Wandler im Normalzustand gleichen Widerstandswert haben.

4. Brückenverstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantstromeinrichtung (24) einen zweiten Verstärker (21) umfaßt, dessen negativer Eingang mit dem Signalausgang (15) verbunden ist und dessen positiver Eingang geerdet ist und dessen Ausgang über ein Rückkopplungselement (25) mit dem negativen Eingang verbunden ist.

5. Brückenverstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Verstärker (21) ein Operationsverstärker ist.

6. BrUckenverstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang (15) einerseits über einen Widerstand (40) mit Erde und andererseits mit einem positiven Eingang eines Operationsverstärkers (21A) verbunden ist, dessen negativer Eingang und

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dessen Ausgang rait dem negativen Pol der Stromquelle (11A) verbunden sind.

7. BrUckenverstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang (15) über einen Widerstand (40) mit Erde verbunden ist und daß die Stromquelle eine Konstantstromquelle (11B) ist.