DE3920884C2

DE3920884C2 - Spannungsgesteuerte bipolare Stromquelle

Info

Publication number: DE3920884C2
Application number: DE19893920884
Authority: DE
Inventors: Willi Dipl Ing Maier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2009-06-27
Also published as: DE3920884A1

Description

Die Erfindung betrifft eine spannungsgesteuerte bipolare Stromquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Stromquelle ist aus dem Buch "Halbleiter-Schal tungstechnik" von Tietze/Schenk, 5. Auflage, 1980, Seiten 250 bis 253, Abb. 12.16 bekannt. Bei der bekannten Stromquelle werden zwei bezüglich ihrer Ausgangsströme in Reihe geschal tete Spannungs-Stromwandler in der Weise über ein Wider standsnetzwerk mit einer bipolaren Eingangsspannung ange steuert, daß im Ruhezustand beide Ausgangsströme gleich groß sind und bei positiver bzw. negativer Eingangsspannung der eine Ausgangsstrom zunimmt und der andere abnimmt bzw. um gekehrt der eine Ausgangsstrom abnimmt und der andere zu nimmt. Aufgrund des Aufbaus der bekannten Stromquelle ergibt sich eine schlechte Nullpunktstabilität.

In dieser Beziehung ist eine in Abb. 12.17 gezeigte bi polare Stromquelle mit zwei im AB-Betrieb arbeitenden Aus gangsstufen günstiger; die Ausgangsstufen werden von Strömen gesteuert, die in den Versorgungsspannungsanschlüssen eines als Spannungsfolger geschalteten Differenzverstärkers flie ßen, dem die bipolare Eingangsspannung zugeführt ist. Die Ausnutzung der Ströme in den Versorgungsspannungsanschlüssen des Differenzverstärkers kann angesichts von Offset- und Biasströmen zu Undefiniertheiten des bipolaren Stroms der Stromquelle führen.

Vor allem in der Automatisierungstechnik können wegen der langen Leitungen zwischen Automatisierungsgerät und Verbrau cher sowie wegen der starken elektromagnetischen Störfelder Störungen in die Leitungen eingekoppelt werden. So erscheint z. B. bei Analogausgaben eine sogenannte Common-Mode-Störung zwischen dem Analog-Masse-Bezugspunkt und dem Spannungsaus gang.

In der EP-PS 0 131 229 ist angegeben, für Analogausgaben ein Digital-Analog-Umsetzer zu verwenden, der einen dem jeweils zugeführten Digitalwert entsprechenden eingeprägten Strom an den Eingang eines nachfolgenden Operationsverstärkers lie fert, der als Strom-Spannungswandler geschaltet ist. Dieser kann, da er mit eingeprägtem Strom gespeist ist, auf eine andere Bezugsmasse als der Digital-Analog-Umsetzer gelegt werden, womit etwaige Störpotentiale kompensiert werden.

Der vorliegenden. Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine spannungsgesteuerte bipolare Stromquelle zu schaffen, die eine bipolare Eingangsspannung möglichst genau in einen bi polaren Strom umsetzt, so daß mit diesem mit Hilfe eines Stromspannungswandlers eine bipolare Ausgangsspannung erzeugt werden kann, bei der eine etwaige Common-Mode-Störung niedriger und auch hoher Frequenz unterdrückt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Aus dem eingeprägten bipolaren Ausgangsstrom kann mittels eines Stromspannungswandlers eine Spannung gewonnen werden, die auf ein anderes Massepotential bezogen sein kann als die Eingangs spannung.

Anhand der Zeichnung, in der das Schaltbild eines Ausführungs beispiels dargestellt ist, werden im folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Weiterbildungen näher beschrieben und erläutert.

Eine Eingangsspannung U₀, die positiv oder negativ bezüglich eines Massepotentials M₀ sein kann, wird dem ersten Eingang eines Spannungsaddierers AD zugeführt. Hierzu kann dessen Ein gang ein Impedanzwandler mit niederohmigem Ausgang vorgeschal tet sein. Einem zweiten Eingang des Addierers AD wird eine in einer Referenzspannungsquelle RQ erzeugte konstante Spannung U₂ oder eine davon abgeleitete Spannung zugeführt. Die Größe die ser konstanten Spannung wird mit einem Verstärker V so einge stellt, daß sie mindestens gleich dem Betrag der Eingangsspan nung U₀ ist. Die vom Addierer AD abgegebene Summenspannung U₁ ist daher unipolar; sie wird in einem Spannungs-Stromwandler SSW1 in einen eingeprägten Strom I₁ umgewandelt. Ein zweiter Spannungs-Stromwandler SSW2 erzeugt einen der konstanten Span nung U₂ proportionalen eingeprägten Strom I₂. Die beiden Span nungs-Stromwandler SSW1, SSW2 sind bezüglich der Ausgangsströ me I₁, I₂ in Reihe geschaltet, so daß der eine Wandler für den anderen als Stromsenke dient und von der Verbindungsleitung zwischen den beiden Wandlern ein Strom ± I₀ abgenommen werden kann, der gleich der Differenz der beiden Ströme und damit pro portional zur Eingangsspannung U₀ ist. Der Verstärker V, der auch ein Dämpfungsglied sein kann, ist hierzu so eingestellt, daß der durch seine Ausgangsspannung bewirkte Anteil am Strom I₁ gleich dem durch die Spannung U₂ bewirkten Strom I₂ ist und mit diesem kompensiert wird. Selbstverständlich kann an Stelle des Verstärkers V ein Verstärker- oder Dämpfungsglied dem Span nungs-Strom-Wandler SSW2 vorgeschaltet sein.

Der Wert der konstanten Spannung U₂ ist für die Genauigkeit der Spannungs-Stromwandlung der Schaltung unkritisch, da eine etwaige Abweichung von einem vorgesehenen Wert durch die Diffe renzbildung der Ströme kompensiert wird. Die beiden Strom-Span nungswandler SSW1, SSW2 können mit im Vergleich zur Größe der umzuwandelnden Spannung großen Versorgungsspannung U_V, - U_V betrieben werden, so daß der Eingangsspannung überlagerte Stör spannungen keinen Einfluß auf die Größe des Ausgangsstromes haben. Der Ausgangsstrom I₀ ist einem Strom-Spannungswandler zugeführt, der eine Ausgangsspannung U_A abgibt, die auf ein Massepotential M_A bezogen ist, das vom Massepotential M₀, auf das die Eingangsspannung U₀ bezogen ist, verschieden und damit auch von einem Störsignal überlagert sein kann.

Für den Addierer AD, die Spannungs-Stromwandler SSW1, SSW2 sowie den Strom-Spannungswandler STS können bekannte Schal tungen, z. B. die in dem Buch von Tietze/Schenk, 5. Auflage, 1980, Seite 182 bis 254 beschriebenen verwendet werden.

Claims

Spannungsgesteuerte bipolare Stromquelle, die eine bipolare Eingangsspannung (U₀) in einen bipolaren eingeprägten Strom (I₀) umsetzt, mit zwei bezüglich ihrer Ausgangsströme (I₁, I₂) in Reihe geschalteten Spannungs-Stromwandlern (SSW1, SSW2), zwischen denen der bipolare eingeprägte Strom (I₀) abnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolare Ein gangsspannung (U₀) und eine konstante Spannung (U₂) oder eine davon abgeleitete Spannung, die mindestens gleich dem maxima len Betrag der Eingangsspannung (U₀) ist, einer Addierstufe (AD) zugeführt sind und daß die Ausgangsspannung (U₁) der Addierstufe (AD) einem der beiden Spannungs-Stromwandler (SSW1) und die konstante Spannung (U₂) oder die daraus ab geleitete Spannung dem anderen Spannungs-Stromwandler (SSW2) zugeführt sind.