DE4017828A1

DE4017828A1 - Signalwandler-schaltung

Info

Publication number: DE4017828A1
Application number: DE4017828A
Authority: DE
Inventors: Rodger Ryan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1990-06-02
Publication date: 1990-12-13
Also published as: GB9012857D0; FR2648224A1; JPH03128425A; GB2233099A; US4965547A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Signalwandler- Schaltung und insbesondere auf eine Signalwandler-Schaltung, die einen Parameter in einen anderen umwandelt, wobei für eine Verstärkung gesorgt wird.

Es besteht ein Bedarf an einer Schaltungsanordnung, die ein elek trisches Signal generieren kann, das einem gewissen physikali schen Parameter, wei beispielsweise einer Temperatur, propor tional ist, wobei das elektrische Signal über eine gewisse Strecke von einer entfernten und vielleicht strahlungsfeindlichen Stelle zu einer wünschenswerteren Stelle übertragen werden kann. Beispielsweise kann die entfernte Stelle an dem ausgefahrenen Ende von einem Manipulatorarm in einem Raumfahrzeug und/oder innerhalb des Reaktors von einer Kernkraftanlage sein. Bisher sind Thermoelemente verwendet worden in Verbindung mit eine große Verstärkung aufweisenden linearen Verstärkern, in denen die Ver setzungs- bzw. Offsetdrift des Verstärkers in unerwünschter Weise von der elektromotorischen Kraft des Thermoelements nicht unter scheidbar ist. Diese Verstärker sind für eine Verwendung in un günstigen Umgebungen nicht geeignet. Weiterhin sind die Thermo elemente nicht kompatibel mit der Verwendung von Brückenschal tungen und Wechselspannungs-Erregungseinrichtungen, die in wün schenswerter Weise einige der unerwünschten Gleichstromeffekte, wie beispielsweise Verstärker-Offsets und thermoelektrische Effekte, minimieren könnten.

Die Erfindung bezieht sich deshalb auf eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignals, das proportional zu der Differenz zwischen einer interessierenden Temperatur und einer Referenztemperatur ist. Die Schaltungsanordnung weist, in Kombination, einen drei Wicklungen aufweisenden Differenztrans formator, vier Feldeffekttransistoren (FET) und erste und zweite Mittel bzw. Einrichtungen zum Messen der Temperatur auf.

Der Differenztransformator hat erste, zweite und dritte Wicklungen, die jeweils erste und zweite Enden aufweisen. Die ersten, zweiten, ditten und vierten Feldeffekttransistoren (FET) haben jeweils einen Drain-Anschluß, einen Source-Anschluß und einen Gate-An schluß. Einer der Drain- und Source-Anschlüsse des ersten FET ist mit dem ersten Ende der ersten Wicklung verbunden. Einer der Drain- und Source-Anschlüsse des zweiten FET ist mit dem ersten Ende der zweiten Wicklung verbunden. Einer der Drain- und Source-Anschlüs se des dritten FET ist mit dem zweiten Ende der ersten Wicklung verbunden, und einer der Drain- und Source-Anschlüsse des vierten FET ist mit dem zweiten Ende der zweiten Wicklung verbunden. Der andere der Drain- und Source-Anschlüsse der ersten und zweiten FETs und die Gate-Anschlüsse der ersten und zweiten FETs sind miteinander und mit einem Anschluß verbunden, der mit einer Wech selstromquelle in Verbindung steht. Der andere der Drain- und Source-Anschlüsse der dritten und vierten FETs sind mit einem Referenzanschluß der Anordnung verbunden.

Die erste Einrichtung hat erste und zweite Anschlüsse zum Messen einer interessierenden Temperatur und hat einen Parameter an ihren Anschlüssen, der eine Funktion der Temperatur ist. Die Anschlüs se der ersten Einrichtung sind zwischen den Referenzanschluß der Schaltung und einen von dem Gate-Anschluß des dritten FET und dem Source- oder Drain-Anschluß geschaltet, der mit dem Referenz anschluß in Verbindung steht, um eine Stromgrenze des dritten FET als eine Funktion der interessierenden Temperatur zu setzen.

Die zweite Einrichtung hat erste und zweite Anschlüsse zum Messen einer Referenztemperatur und hat einen Parameter an ihren An schlüssen, der eine Funktion der Temperatur ist. Die Anschlüsse der zweiten Einrichtung sind zwischen dem Referenzanschluß der Schaltungsanordnung und einen von dem Gate-Anschluß des vierten FET und dem Source oder Drain-Anschluß geschaltet, der mit dem Schaltungsanschluß verbunden ist, zum Setzen einer Stromgrenze des vierten FET als eine Funktion der Referenztemperatur.

Die ersten und zweiten Anschlüsse der dritten Wicklung sind mit den Ausgangsanschlüssen verbunden.

Wenn von der Schaltungsanordnung ein Wechselstrom- bzw. Wechsel spannungssignal empfangen wird, ist das Ausgangssignal aus der dritten Wicklung proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der interessierenden Temperatur und der Referenztemperatur.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an hand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Signalwandler-Schaltung unter Verwendung eines Thermoelement-Sensors gemäß einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 1A zeigt mehrere alternative Kurvenformen, die an die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 angelegt werden können.

Fig. 2 zeigt die Signalwandler-Schaltung gemäß Fig. 1 mit einer weiteren Verstärkung gemäß einem bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 3 zeigt ein multiplexiertes Ausführungsbeispiel der Sig nalwandler-Schaltung gemäß Fig. 1.

Fig. 4 zeigt eine Signalwandler-Schaltung ähnlich Fig. 1, aber mit einem unterschiedlichen Temperaturabtastelement.

Die Aufgabe der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung 10 besteht darin, ein elektrisches Signal an Ausgangsanschlüssen 12 und 14 zu generieren, das proportional zu der Temperatur an einer Thermoelement-Verbindungsstelle 20 ist, eine zuverlässige Ver stärkung hat und von einer schlechten bzw. ungünstigen Umgebung, in der die Schaltungsanordnung angeordnet ist, zu einer besseren Stelle übertragen werden kann.

In der Mitte der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 befindet sich ein drei Wicklungen aufweisender Differenztransformator 30, der eine erste Wicklung 32 mit N1 Windungen und eine entgegengesetzt gewickelte zweite Wicklung 34, die typisch ebenfalls N1 Windungen hat, und eine dritte Wicklung 36 mit N2 Windungen aufweist, wobei die dritte Wicklung in einer der beiden Richtungen der Wicklun gen 32 und 34 gewickelt sein kann. Alle Wicklungsrichtungen sind durch Punkte 32-1, 34-1 und 36-1 angedeutet. Eine typische Win dungszahl für N1 sind 10 Windungen; eine typische Windungszahl für N3 sind 100 Windungen. Der Transformator muß so ausgelegt sein, daß er bei der Frequenz einer Erregerspannung E_x, die nach folgend erörtert wird, arbeitet, und er sollte einen höheren Sättigungspegel haben als der Arbeitsfluß, der durch Ströme er zeugt wird, die durch Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFETs) zugeführt werden, wie es nachfolgend näher beschrieben wird. Die Aufgabe des Transformators 30 besteht in einer Signalverstärkung. Die Enden der Wicklung 36 sind auf entsprechende Weise mit Aus gangsanschlüssen 12 und 14 verbunden, die ihrerseits mit einer Last 16 (gestrichelt gezeigt) verbunden sind, die eine Impedanz Z aufweist. Typisch steht der in der Last Z fließende Ausgangs strom I_z zu den Differenzen der Ströme (I32-I34), die in der Wicklung 32 und der Wicklung 34 fließen, wie folgt in Beziehung:

I₂=(I32-I34)×N1/N2 (1)

Somit wird der Ausgangsstrom um das Windungsverhältnis N1/N2 ver stärkt. In der Praxis wird dieses Verhältnis durch die internen Verluste im Transformator begrenzt und kann durch eine sorgfäl tige Auslegung des Transformators optimiert werden.

Vier Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFETs) sind wie folgt mit dem Transformator 30 verbunden. Die Drain-Anschlüsse (oder Source-Anschlüsse, da die Drains und Sources typischerweise aus tauschbar sind) der Transistoren 40 und 42 sind auf entsprechen de Weise mit dem einen Ende der Transformatorwicklungen 32 und 34 verbunden, während die anderen zwei Transistoren 44 und 46 mit den entgegengesetzten Enden der Wicklungen 32 bzw. 34 verbunden sind. Die Sources (oder Drains) der Transistoren 40 und 42 sind widerstandsbehaftet über Rückführungswiderstände 50 bzw. 52, die jeweils einen Widerstand R haben, mit Erde bzw. Masse 60 der Schaltungsanordnung verbunden, während die Sources (oder Drains) der Transistoren 44 und 46 widerstandsbehaftet mit einem An schluß 62 über Rückführungswiderstände 54 bzw. 56 verbunden sind, die jeweils einen Widerstandswert R haben. Die Gats der Transisto ren 44 und 46 sind weiterhin direkt mit dem Anschluß 62 verbun den. Die nachfolgend näher zu erläuternde Erregerspannung E_x ist zwischen dem Anschluß 62 und der Erde bzw. Masse der Schaltungs anordnung bei 60 angelegt.

Ein Beispiel eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors ist die Type 2N4416, die von verschiedenen Herstellern, wie beispiels weise Intersil, gefertigt werden.

Der Widerstandswert R kann in dem Bereich von 10 bis 1000 Ohm lie gen. Ein Widerstandswert R von 10 Ohm hat eine kleinere Rückfüh rung und deshalb eine größere Leistungsfähigkeit aus den Sperr schicht-Feldeffekttransistoren zur Folge, was gut in einer nicht strahlenden Umgebung ist. Bei einer stark strahlenden Umgebung ist jedoch die Leistungsfähigkeit der Sperrschicht-Feldeffekt transistoren unerwünscht, da die Strahlung die Leistungsfähig keit verschlechtert. Somit ist bei einer stark strahlenden Umge bung ein Widerstandswert R von 1000 Ohm besser.

Ein entferntes Thermoelement 20, das zum Messen einer interes sierenden Temperatur verwendet wird, ist zwischen das Gate des Transistors 40 und die Signalmasse 60 geschaltet. Ein lokales Thermoelement 64 ist zwischen das Gate des Transistors 42 und die Schaltungsmasse 60 geschaltet. Außer dem Thermoelement 20 befinden sich alle in Fig. 1 dargestellten Schaltungselemente auf der gleichen Temperatur.

Fig. 1A stellt verschiedene Wellenformen für das Signal E_x dar, das an den Anschluß 62 in Fig. 1 angelegt werden kann. Das Haupt erfordernis der Kurvenform besteht darin, daß es in Abhängigkeit von der Zeit zwischen positiven und negativen Potentialamplitu den alterniert, um als ein Trägersignal zu wirken, das durch das Thermoelementsignal in der Schaltungsanordnung 10 moduliert wer den soll. Eine Spitzenspannung kann beispielsweise ±20 Volt be tragen; die Frequenz kann beispielsweise 100 KHz betragen. Wie in Fig. 1A dargestellt ist, kann die Kurvenform rechteckig sein, wie es durch die Kurve 70 angedeutet ist, sie kann sinusförmig sein, wie es durch den Kurvenabschnitt 72 dargestellt ist, oder sie kann sägezahnförmig sein, wie es durch den Kurvenabschnitt 74 gezeigt ist.

Die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 ist wie folgt. Die von dem Thermoelement 20 erzeugte Spannung E_T ist eine Funktion der Temperatur des Thermoelements 20. Das Thermo element 20 ist auf geeignete Weise angeordnet, um die interessie rende Temperatur, wie beispielsweise die Reaktor-Kühlmittel temperatur, zu messen. Die Spannung E_T setzt die Stromgrenze des JFET 40. Mit anderen Worten variiert die Stromgrenze im Verhält nis zum Wert der Spannung E_T.

Das Thermoelement 64 ist unter den gleichen thermischen Bedin gungen angeordnet wie der Rest der Schaltungsanordnung 10, ab gesehen von dem Thermoelement 20. Die von dem Thermoelement 64 erzeugte Spannung E_R selbst ist, abgesehen von den Verbindungen mit dem JFET-Gate und Erde bzw. Masse, eine Funktion der Tempe ratur des Thermoelements 64. Es sei darauf hingewiesen, daß das Potential zwischen dem Gate des Transistors 42 und dem Anschluß 60 immer Null ist, da das Thermoelement 64 und sein Referenz-Über gang (seine Verbindungen mit der Schaltungsanordnung 10) auf der gleichen Temperatur sind. Der Grund für die Verwendung eines Thermoelements für die Einrichtung 64 besteht darin, das Thermo elementmaterial und seine Verbindungen in Symmetrie mit dem Ther moelement zu halten, das mit dem Gate des Transistors 40 verbun den ist. Dieser Symmetriegrad wird verwendet, um die Immunität der Schaltungsanordnung 10 gegenüber Kernstrahlungseffekten (Gamma und Neutronen) zu verbessern. Die Spannung E_R setzt die Stromgrenze des JFET 42. Mit anderen Worten variiert die Strom grenze im Verhältnis zum Wert der Spannung E_R. Die Spannung E ist die Erregerspannung, die eine Funktion der Frequenz ist und die alle vier Transistoren 40, 42, 44 und 46 in ihren Strombe grenzungsbetrieb treibt. Wenn die JFETs in dem Strombegrenzungs betrieb sind, hat die Amplitudenänderung der Spannung E_x keine Wirkung auf die Spannung E_o zwischen den Anschlüssen 12 und 14. Der Differenztransformator 30 subtrahiert den magnetischen Fluß aufgrund der gemeinsamen Ströme in den JFETs 40, 42, 44 und 46 und läßt nur den Fluß übrig, der durch die Differenz zwischen den Strömen aufgrund der Spannungsdifferenz zwischen E_T und E_R hervorgerufen ist. Somit wird deutlich, daß die Spannungsdiffe renz zwischen E_T und E_R nur durch die Differenz in der Tempera tur hervorgerufen ist, denen die entsprechenden Thermoelemente 20 und 64 ausgesetzt sind. Die Stromdifferenz wird mit dem Win dungsverhältnis N1/N2 multipliziert, um den Ausgangsstrom und deshalb die Ausgangsspannung über der Last Z zu vergrößern.

Somit hat für jede gegebene Temperatur, der das Thermoelement 20 ausgesetzt ist, relativ zu derjenigen, der das Thermoelement 64 (und die anderen Komponenten in Fig. 1) ausgesetzt ist, die Aus gangsspannung E_o eine gegebene Amplitude mit einer Frequenz, die gleich derjenigen des Signals E_x ist. Wenn die Temperatur des Thermoelementes 20 ansteigt, steigt auch die Spannung E_T an und es wird eine höhere Strombegrenzung im Transistor 40 eingestellt und somit steigt die Ausgangsspannung E₀ an. Die Beziehung zwi schen der Temperatur des Thermoelements 20 und der Ausgangspan nung E_o ist durch die Formel gegeben:

E₀=(N1/N2)×(Z/R)×(E_T-E_R); für R<300 Ω (2)

E₀ eine Annäherung ist aus Gründen der Einfachheit (sie berück sichtigt nicht den Gegenwirkleitwert der JFETs, die Verluste in dem Transformator oder die Resonanzen in der Schaltungsanordnung. Wenn die Resonanzen optimiert wären, würde die Ausgangsspannung E₀ eine unterschiedliche Relation zu dem Windungsverhältnis ha ben.)

N1/N2
=Windungsverhältnis des Transformators;
Z/R	=Verhältnis des Lastwiderstandes zum Rückführungswiderstand;
(E_T-E_R)	=Differenz zwischen den Thermoelement-Spannungen E_T und E_R.

Es sei darauf hingewiesen, daß, wie in jedem Thermoelement, die angegebene Temperatur nur relativ zu der Referenztemperatur der Verbindungsstelle ist (die Temperatur der Meß-Schaltung, mit der es verbunden ist), in diesem Fall der Temperatur der Schal tungsanordnung 10. Um die tatsächliche Temperatur des Thermo elements 20 zu messen, muß die Temperatur der Schaltungsanordnung 10 durch eine gewisse absolute Temperaturmeß-Schaltung gemes sen werden. Eine derartige Temperaturmeß-Schaltung wird nach folgend in Verbindung mit Fig. 4 näher erläutert. Sie verwen det ein Widerstands-Thermometer R_t. Es wird davon ausgegangen, daß alle Komponenten der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 einen hohen Grad an Strahlungs-Widerstandsfähigkeit haben (< 100 Mega grad für Gammastrahlen und < 10¹⁴ Neutronen/Quadratzentimeter).

Auch wenn die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 für eine ange messene Signalverstärkung sorgt, ist unter gewissen Umständen eine größere Verstärkung erwünscht. Die Schaltungsanordnung ge mäß Fig. 2, die alle wünschenswerten Eigenschaften der Schal tungsanordnung gemäß Fig. 1 in bezug auf einen genauen Betrieb unter ungünstigen Umgebungsumständen hat, sorgt für eine weitere Verstärkung. Die erste Stufe 10 ist identisch mit der Schaltungs anordnung 10 in Fig. 1 und wird deshalb hier nicht nochmals er läutert. Die Stufe 10A hat den gleichen Aufbau wie die Stufe 10, abgesehen von drei Dingen. Erstens ist das Gate des Transistors 40A (der in sich selbst mit dem Transistor 40 identisch ist) so verbunden, daß es das Ausgangssignal E₀ von der Stufe 10 empfängt, anstatt daß es mit einem Thermoelement 20 verbunden ist, wie dies bei der Stufe 10 der Fall ist. Zweitens ist das Gate des FET 42A (der an sich mit dem Transistor 42 identisch ist) als ein Kurz schluß mit der Signalmasse 60 verbunden, anstatt daß es über ein Thermoelement 64 verbunden ist, wie in der Stufe 10. Schließlich hat das Signal E_x1, das dem Signal E_x ähnlich ist, eine größere Frequenz als das Signal E_x, wie es in Verbindung mit Fig. 1A be schrieben wurde.

Die Stufe 10B hat den gleichen Aufbau wie die Stufe 10A und emp fängt zwischen dem Gate ihres Transistors 40B und der Systemmasse 60 das Ausgangssignal aus der Stufe 10A. Das Signal E_x2 ist iden tisch mit der Spannung, die bei E_x1 angelegt ist, abgesehen von einer höheren Frequenz als derjenigen der an E_x1 angelegten Span nung.

In Fig. 2 kann der Ausgang der Stufe 10B entweder beispielsweise mit einem Koaxialkabel 70 oder mit einer Antenne 72 verbunden wer den für eine drahtlose Übertragung zu einem umgebungsmäßig gün stigeren Bereich als dem Bereich, in dem die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 angeordnet ist. Es sei darauf hingewiesen, daß der Schalter 74 nicht tatsächlich vorhanden ist, sondern nur ver einfacht andeutet, daß entweder ein Koaxialkabel 70 oder eine An tenne 72 gewählt würde , nicht beides. Es sei ferner darauf hin gewiesen, daß die gestrichelte Linie 76 andeuten soll, daß andere Stufen, wie die Stufen 10A und 10B verwendet werden könnten, wenn eine größere Verstärkung gewünscht wird als durch die Schaltungs anordnung gemäß Fig. 2 geliefert wird. Da der Ausgang E_M durch Transformatorkopplung getrennt ist, kann seine Masseverbindung in die Masseverbindung des folgenden Systems (nicht gezeigt) einge führt sein, ohne daß die Masse bei 60 beeinflußt wird. Anderen falls kann sie mit der Masse 60 verbunden sein. Das Ausgangssig nal am Ausgang E_M relativ zu der in dem Thermoelement 20 vorhan denen Spannung ist durch die folgende Formel definiert:

E_M=[E₀/(E_T-E_R)]²×[E₀] (3)

wobei angenommen ist, daß alle Transformatoren das gleiche Win dungsverhältnis und die gleichen Last- und Rückführungswider stände haben. Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 arbeitet in praktisch gleicher Weise wie diejenige von Fig. 1, wobei jeder Schaltungsabschnitt 10A und 10B an seinen entsprechenden Tran sistoren 40 eine Spannung empfängt, die zur Begrenzung des Stroms der Transistoren 40A und 40B an unterschiedlichen Punkten in Ab hängigkeit von der Amplitude des dort empfangenen Signals wirkt. Wiederum wird die Verstärkung durch Transformatoren 30A und 30B geliefert, wie die Verstärkung, die in der ursprünglichen Schal tungsanordnung gemäß Fig. 1 durch den Transformator 30 geliefert wird.

Fig. 3 zeigt ein multiplexiertes Ausführungsbeispiel der Schal tungsanordnung gemäß Fig. 1 und ist im wesentlichen die gleiche wie die Schaltung gemäß Fig. 1, abgesehen von dem Vorhandenen sein zahlreicher Thermoelemente, wobei drei Thermoelemente 20A, 20B und 20C dargestellt sind. Die Ausgangsanschlüsse des Thermo elements 20A sind mit den Drains der schaltenden JFETs 80 _A1 und 80 _A2 verbunden. In ähnlicher Weise ist das Thermoelement 20B mit den Drains der JFETs 80 _B1 und 80 _B2 verbunden, während das Thermo element 20C mit den Drains der JFETs 80 _C1 bzw. 80 _C2 verbunden ist. Die Sources der JFETs 80 _A1, 80 _B1 und 80 _C1 sind mit dem Gate des JFET 40C entsprechend dem JFET 40 in Fig. 1 verbunden. Die Sources der JFETs 80 _A2, 80 _B2 und 80 _C2 stehen mit der Systemmasse 60 in Verbindung. Die Transistoren 80 _A1, 80 _B1 80 _C1 80 _A2, 80 _B2 und 80 _C2 sind Teil von einem Multiplexer 82.

Der Multiplexer 82 enthält eine Steuerschaltung 84, die der Reihe nach die Transistoren 80 _A1-80 _A2, 80 _B1-80 _B2 und 80 _C1r 80 _C2 ein schaltet, um der Reihe nach die Thermoelemente 20A, 20B und 20C zwischen das Gate des JFET 40C und die Schaltungsmasse 60 zu schalten. Es sei darauf hingewiesen, daß die tatsächlichen Ver bindungen zwischen der Multiplexer-Steuerung 84 und den Gats der verschiedenen JFET-Transistoren 80 der Einfachheit halber nicht gezeigt sind. Ansonsten ist die Arbeitsweise der Schaltungsanord nung gemäß Fig. 3 identisch mit derjenigen von Fig. 1. Wiederum ist aufgrund der Natur aller Komponenten, die in der Schaltungs anordnung gemäß Fig. 3 verwendet sind, und insbesondere wegen der Verwendung von JFET-Transistoren die Schaltungsanordnung bes ser gegen Strahlung gewappnet, als wenn CMOS-Bauteile oder andere Halbleiter verwendet werden. Die Frequenz, mit der die verschie denen Transistorschalter durchgeschaltet werden, ist eine viel kleinere Frequenz als die Frequenz des Signals E_x, das in Fig. 1A dargestellt ist. Die Sample bzw. Abtastfrequenz der Thermoelemente muß wenigstens doppelt so groß wie die Frequenzbandbreite des Thermo elementsignals sein, um alle verfügbare Information zu enthalten. Wenn die Abtastfrequenz zunimmt, steigt der spektrale Frequenz gehalt in dem Signal E₀ an und würde breitere Bandbreiten in den nachfolgenden Stufen erfordern. Diese größere Bandbreite verklei nert das Signal/Rausch-Verhältnis am Ausgang, was nicht erwünscht ist.

Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4, auf die nun eingegangen wird, ist identisch mit der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1, abgesehen von der Substitution eines Widerstands-Thermometers 21 anstelle des Thermoelements 20, das in Fig. 1 dargestellt ist. Aufgrund der Natur der Arbeitsweise eines Widerstands-Thermometers relativ zu derjenigen eines Thermoelements besteht eine kleine Abänderung in der Schaltungsverbindung in bezug auf die JFETs 40D und 42D relativ zu den JFETs 40 und 42 gemäß Fig. 1. Die JFETs als solche sind identisch mit den JFETs 40 und 42 in Fig. 1. So mit wird das Widerstands-Thermometer 21 zwischen die Source des JFETs 40D und Schaltungsmasse 60 geschaltet. In ähnlicher Weise wird ein Blind- bzw. Dummy-Thermometer 63 zwischen die Source (oder Drain) des JFETs 42D und Schaltungsmasse 60 geschaltet, während das Gate des JFET 42D direkt mit Schaltungsmasse 60 ver bunden ist. Die strombegrenzende Spannung V_G-S beispielsweise des JFET 40D ist die Spannung zwischen dem Gate und der Source. Des halb ist der Spannungsabfall des Widerstands-Thermometers 21 die strombegrenzende Spannung an den JFETs. Tatsächlich ist:

V_G-S=(E_Gate-E_Masse)-(E_Source-E_Masse) (4)

Deshalb ist die strombegrenzende Spannung für das Widerstands- Thermometer genau die Spannung (E_Source - E_Masse), und da dies die Spannung über dem Thermometer-Widerstand R_T ist, ändert sich die strombegrenzende Spannung mit dem Widerstandswert von R_T, der sich mit der Temperatur ändert. Hinsichtlich aller anderen Aspekte ist die Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 iden tisch mit der Arbeitsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1. Es sei darauf hingewiesen, daß der Ausgang E_OD der Schaltung 10D in Fig. 4 beispielsweise anstelle der Schaltungsanordnung 10 in Fig. 2 angeschlossen werden kann.

Die Schaltungsanordnung wurde zwar in Verbindung mit der Verwen dung von Sperrschicht-Feldeffekt-Transistoren beschrieben, es können aber auch andere Feldeffekt-Transistortypen verwendet wer den. Wenn jedoch in einer strahlenden Umgebung gearbeitet werden muß, liefert der Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor die beste Resultate, d.h. die genaueste Ausgangsgröße in Abhängigkeit von Temperaturänderungen an dem Thermoelement oder Widerstands-Thermo meter.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines elektrischen Ausgangssignals proportional zu der Differenz einer inte ressierenden Temperatur und einer Referenztemperatur, gekennzeichnet durch:
einen Differenztransformator (30) mit ersten, zweiten und dritten Wicklungen (32, 34, 36), die jeweils erste und zweite Enden aufweisen,
erste, zweite, dritte und vierte Feldeffektransistoren (FET) (40-46), die jeweils einen Drain-Anschluß, einen Source-Anschluß und einen Gate-Anschluß aufweisen, wo bei einer der Drain- und Source-Anschlüsse des ersten FET mit dem ersten Ende der ersten Wicklung verbunden ist, einer der Drain- und Source-Anschlüsse des zweiten FET mit dem ersten Ende der zweiten Wicklung verbunden ist, einer der Drain- und Source-Anschlüsse des dritten FET mit dem zweiten Ende der ersen Wicklung verbunden ist und einer der Drain- und Source-Anschlüsse des vierten FET mit dem zweiten Ende der zweiten Wicklung verbunden ist, wobei der andere der Drain- und Source-Anschlüsse der ersten und zweiten FETs und die Gate-Anschlüsse der ersten und zweiten FETs miteinander und mit einem Anschluß (62) verbunden sind, der mit einer Wechselstromquelle verbind bar ist, wobei der andere der Drain- und Source-Anschlüsse der dritten und vierten FETs mit einem Referenzanschluß (60) der Schaltungsanordnung verbunden ist,
eine erste Einrichtung (20) mit ersten und zweiten An schlüssen zum Messen einer interessierenden Temperatur und mit einem Parameter an den Anschlüssen der ersten Einrichtung, der eine Funktion der Temperatur ist, wo bei die Anschlüsse der ersten Einrichtung zwischen dem Referenzanschluß (60) der Schaltungsanordnung und einem von dem Gate des dritten FET und dem Source- oder Drain-An schluß verbunden ist, der mit dem Referenz-Anschluß in Verbindung steht, zum Setzen einer Strombegrenzung des dritten FET als eine Funktion der interessierenden Tempe ratur, und
eine zweite Einrichtung (64) mit ersten und zweiten An schlüssen zum Messen einer Referenztemperatur und mit einem Parameter an den Anschlüssen der zweiten Einrichtung, der eine Funktion der Temperatur ist, wobei die Anschlüs der der zweiten Einrichtung zwischen den Referenzanschluß (60) der Schaltungsanordnung und einen von dem Gate des vierten FET und dem Source- oder Drain-Anschluß verbunden ist, der mit dem Schaltungsanschluß in Verbindung steht, zum Setzen einer Strombegrenzung des vierten FET als eine Funktion der Referenztemperatur,
wobei die ersten und zweiten Anschlüsse der dritten Wicklung mit Ausgangsanschlüssen (12, 14) verbunden sind und, wenn ein alternierendes Signal von der Schaltungs anordnung empfangen ist, das Ausgangssignal aus der dritten Wicklung proportional zur Temperaturdifferenz zwischen der interessierenden Temperatur und der Differenztemperatur ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Wick lungen des Transformators (30) entgegengesetzt zueinander gewickelt sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Einrich tungen (20, 64) zur Temperaturmessung Thermoelemente sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoelemente (20, 64) zwischen die Gates der dritten bzw. vierten FETs und den Referenzanschluß der Schaltungsanordnung geschaltet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Ein richtungen (20, 64) zur Temperaturmessung Widerstands- Thermometer sind, die zwischen den anderen der Source- und Drain-Anschlüsse der dritten bzw. vierten FETs und den Referenzanschluß (60) der Schaltungsanordnung geschal tet sind, und die Gates der dritten und vierten FETs mit dem Referenzanschluß der Schaltungsanordnung verbunden sind.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten und vierten Feldeffekttransistoren (40-46) Sperrschicht-Feld effektransistoren sind.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch:
einen zweiten Differenztransformator mit ersten, zweiten, und dritten Wicklungen, die jeweils erste und zweite En den aufweisen,
fünfte, sechste, siebente und achte Feldeffektransistoren (FET), die jeweils einen Drain-Anschluß, einen Source- Anschluß und einen Gate-Anschluß aufweisen, wobei einer der Drain- und Source-Anschlüsse des fünften FET mit dem ersten Ende der ersten Wicklung des zweiten Transformators verbunden ist, einer der Drain- und Source-Anschlüsse des sechsten FET mit dem ersten Ende der zweiten Wicklung des zweiten Transformators verbunden ist, einer der Drain- und Source-Anschlüsse des siebten FET mit dem zweiten Ende der ersten Wicklung des zweiten Transformators ver bunden ist und einer der Drain- und Source-Anschlüsse des achten FET mit dem zweiten Ende der zweiten Wicklung des zweiten Transformators verbunden ist, wobei der andere der Drain- und Source-Anschlüsse der fünften und sechsten FETs und die Gate-Anschlüsse der fünften und sechsten FETs miteinander und mit einem zweiten Anschluß verbunden ist, der mit einer zweiten Wechselstromquelle verbindbar ist, wobei der andere der Drain- und Source-Anschlüsse der siebten und achten FETs und das Gate des achten FET mit dem Referenzanschluß der Schaltungsanordnung verbunden sind,
die ersten und zweiten Enden der dritten Wicklung des Differenztransformators zwischen den Gate-Anschluß des siebten FET und den Referenzanschluß der Schaltungsan ordnung geschaltet ist und
die ersten und zweiten Anschlüsse der dritten Wicklung des zweiten Transformators mit den Ausgangsanschlüssen verbunden sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten, zweiten, dritten und vierten Feldeffektransistoren Sperrschicht-Feldeffektran sistoren sind.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die fünften, sechsten, siebten und achten Feldeffekttransistoren Sperrschicht-Feldeffek transistoren sind.