NL1014551C2 - Instrumentatieversterker. - Google Patents

Description

Instrumentatieversterker

De uitvinding heeft betrekking op een instrumentatieversterker omvattende een versterkereenheid met een hoge open-lusversterking, een positieve ingang, een negatieve ingang en een uitgang, waarbij de gesloten-lusversterking van 5 de versterkereenheid is gedefinieerd door een netwerk van condensatoren waarvan althans een condensator geschakeld is tussen de uitgang en de negatieve ingang, en ten minste een condensator in de signaalleiding is geplaatst welke aansluit op de negatieve ingang.

10 Een op deze wijze uitgevoerde instrumentatieverster ker kan bekend geacht worden uit de algemene netwerktheorie.

Het is doelstelling van de uitvinding een dergelijke instrumentatieversterker zo uit te voeren, dat deze in het bijzonder geschikt is voor het zeer nauwkeurig versterken van 15 kleine verschilspanningen zoals deze bijvoorbeeld op kunnen treden bij sensoren zoals thermokoppels.

De instrumentatieversterker volgens de uitvinding wordt er daartoe door gekenmerkt dat het netwerk een vooraf-bepaald aantal N+M onderling in hoofdzaak gelijkwaardige en 20 schakelbare condensatoren omvat, welk aantal afhangt van een gewenste versterkingsfactor N/M, dat tijdens een klokcyclus telkens M-condensatoren parallel zijn geschakeld tussen de uitgang en de negatieve ingang en dat de overige N-condensa-toren tijdens die klokcyclus parallel zijn geschakeld in de 25 signaalleiding die aansluit op de negatieve ingang, en dat in opvolgende klokcycli de condensatoren zo geschakeld worden dat na N+M achtereenvolgende klokcycli iedere condensator eenmaal geschakeld is geweest tussen de uitgang en de negatieve ingang van de versterkereenheid. Hierbij vormen de ge-30 noemde N+M achtereenvolgende klokcycli te zamen één gehele meetcyclus waarbinnen de versterking van een signaal tot stand komt. De zojuist bedoelde en bepaald niet voor de hand liggende maatregel houdt in dat in een reeks van N+M klokcycli een uitgangsspanning wordt gerealiseerd welke het gemid-35 delde is van het versterkingsresultaat in de onderscheiden N+M klokcycli. Dit brengt met zich mee dat de instrumentatie- 1014551 2 versterker in het bijzonder geschikt is voor de versterking van thermokoppels of andere bronnen die een stabiele of relatief traag variërende spanning leveren welke versterkt dient te worden.

5 Doordat iedere condensator althans eenmaal de terug- koppelpositie in het netwerk inneemt, wordt in de instrumen-tatieversterker volgens de uitvinding bereikt, dat de condensatoren die onderling in hoofdzaak een gelijke waarde hebben, enigszins kunnen en mogen verschillen zonder dat de gereali-10 seerde versterkingsfactor N/M daardoor significant wordt beïnvloed .

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de instrumenta-tieversterker is deze erdoor gekenmerkt, dat iedere condensator met een poot vast is gekoppeld met de negatieve ingang 15 van de versterkereenheid, en met de andere poot gekoppeld is met een eerste en een tweede schakelaar, waarbij de eerste schakelaar dient voor de verbinding van de andere poot met de signaalleiding, en de tweede schakelaar dient voor de verbinding van de andere poot met de uitgang van de versterkereen-20 heid. Dit verschaft een elegante en in de praktijk eenvoudig realiseerbare uitvoeringsvorm van de instrumentatieverster-ker, terwijl daarbij voordelig is gebleken dat de weerstands-waarden die deze schakelaars opleveren, geen invloed hebben op de gerealiseerde versterkingsfactor.

25 Voor een goede werking van de instrumentatieverster- ker is daarbij wenselijk dat de eerste en de tweede schakelaar alternerend actief zijn.

Voorts is voordelig dat voorzien is in een schakelaar voor het kortsluiten van de verbinding tussen de uitgang 30 en de negatieve ingang van de versterker. Hiermee kan op eenvoudige wijze een resetting van de in de terugkoppelweg opgenomen condensator en een compensatie voor de gelijkspannings-drift van de versterkereenheid worden geboden.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de 35 hand van de tekening, welke in fig. 1 een vereenvoudigd schakelschema van de in-strumentatieversterker volgens de uitvinding toont; in fig. 2 schematisch de tijdvolgorde van enkele .1014 551 3 schakelaars en de uitgangsspanning van de versterkereenheid toont; en in fig. 3 een ander schema van de instrumentatiever-sterker volgens de uitvinding toont.

5 In de figuren gebruikte gelijke verwijzingscijfers verwijzen naar dezelfde onderdelen.

Verwijzend nu eerst naar fig. 1 toont deze figuur de versterkereenheid 1 die voorzien is van een hoge open-lusversterking, een positieve ingang 2, een negatieve ingang 10 3, en een uitgang 4. De gesloten-lusversterking van de ver sterkereenheid 1 wordt gedefinieerd door een netwerk van condensatoren Cj t/m C,j+M> waarbij M-condensatoren CN+1 t/m C„+M parallel geschakeld zijn tussen de uitgang 4 en de negatieve ingang 3. M kan overigens ook 1 bedragen. De overige conden-15 satoren Cx t/m C* zijn alle parallel geschakeld opgenomen in de signaalleiding 5. De N+M-condensatoren Cx t/m hebben onderling in hoofdzaak alle een in hoofdzaak gelijke waarde. Het aantal N+M-condensatoren wordt daarbij bepaald door de gewenste gesloten-lusversterking N/M van de versterkereenheid 20 1. Fig. 1 toont dat in de signaalleiding 5 schakelaars Sx en S2 zijn opgenomen die dienen om het ingangssignaal te bemonsteren. Dit ingangssignaal voedt de parallelgeschakelde condensatoren Ci t/m Cjj. Het schakelverloop van de schakelaars S2 en S2 is getoond in fig. 2. Fig. 1 toont verder nog een scha-25 kelaar S3 waarmee de uitgang 4 en de negatieve ingang 3 van de versterkereenheid 1 kunnen worden kortgesloten. De activiteit van deze schakelaar is eveneens getoond in fig. 2.

Fig. 2 toont verder het verloop van de uitgangsspan-ning aan de uitgang 4, het uitgangssignaal V0DT verkrijgt 30 daarbij een waarde die is weergegeven met de formule welke linksonder in fig. 2 is geplaatst. Binnen het kader van de uitvinding past dat de condensatoren Cx t/m Cjj+m sequentieel alle opschuiven, zodanig dat deze na een aantal cycli ieder eenmaal de plaats van de in fig. 1 afgebeelde terugkoppelcon-35 densatoren hebben ingenomen.

Dit kan voordelig worden gerealiseerd met de schakeling zoals deze in fig. 3 is getoond. De figuur toont dat iedere condensator C2 t/m Ci,+M met één poot vast is gekoppeld met iï o 14: π 4 de negatieve ingang 3 van de versterkereenheid 1, en met de andere poot gekoppeld is met een eerste en een tweede schakelaar. Voor condensator Cx zijn dit de schakelaars 5.1 en 5.2. De eerste schakelaar 5.1 dient hierbij voor de verbinding van 5 de andere poot van de condensator met de signaalleiding 5, terwij1 de tweede schakelaar 5.2 dient voor de verbinding van deze andere poot van de condensator Cx met de uitgang 4 van de versterkereenheid. In het getoonde geval van fig. 3 nemen de schakelaars die horen bij de condensatoren Cx t/m alle een 10 overeenkomstige positie in, terwijl de schakelaars die behoren bij de condensatoren Cj,+1 t/m C^,+M een ten opzichte daarvan afwijkende positie innemen. Hierbij kan overigens worden opgemerkt dat de bij een condensator horende eerste en tweede schakelaar telkens alternerend actief zijn, hetgeen inhoudt 15 dat wanneer één schakelaar geopend is, de andere schakelaar gesloten is en omgekeerd. De schakelaars 5.3 en 5.4 welke horen bij condensator Cj,+M zijn bijvoorbeeld zo geschakeld dat deze condensator CN+M in de terugkoppelweg tussen de uitgang 4 en de negatieve ingang 3 van de versterkereenheid 1 is ge-20 schakeld. Dit geldt tevens voor de overige condensatoren 0^ t/m die in de terugkoppeling zijn geschakeld. Zoals ge zegd, nemen de schakelaars van de overige condensatoren Cx t/m Cj, een andere positie in, welke met zich meebrengt dat deze condensatoren Cx t/m CN parallel geschakeld staan in de sig-25 naalleiding 5.

De in fig. 3 getoonde stand correspondeert met de situatie tijdens één bepaalde klokcyclus. In daaropvolgende klokcycli nemen de diverse condensatoren Cx t/m Cjj+m zodanige posities in het netwerk in, dat na N+M van dergelijke achtereenvolgende klokcycli iedere condensator Cx t/m CN+M althans eenmaal geschakeld is geweest tussen de uitgang 4 en de negatieve ingang 3 van de versterkereenheid 1.

1014551

Claims (4)

1. Instrumentatieversterker omvattende een verster-kereenheid met een hoge open-lusversterking, een positieve ingang, een negatieve ingang en een uitgang, waarbij de gesloten- lusversterking van de versterkereenheid is gedefini- 5 eerd door een netwerk van condensatoren waarvan althans een condensator geschakeld is tussen de uitgang en de negatieve ingang, en ten minste een condensator in de signaalleiding is geplaatst welke aansluit op de negatieve ingang, met het kenmerk, dat het netwerk een voorafbepaald aantal N+M onderling 10 in hoofdzaak gelijkwaardige en schakelbare condensatoren omvat, welk aantal afhangt van een gewenste versterkingsfactor N/M, dat tijdens een klokcyclus telkens M-condensatoren parallel zijn geschakeld tussen de uitgang en de negatieve ingang en dat de overige N-condensatoren tijdens die klokcyclus 15 parallel zijn geschakeld in de signaalleiding die aansluit op de negatieve ingang, en dat in opvolgende klokcycli de condensatoren zo geschakeld worden dat na N+M achtereenvolgende klokcycli iedere condensator eenmaal geschakeld is geweest tussen de uitgang en de negatieve ingang van de versterker-20 eenheid.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat iedere condensator met een poot vast is gekoppeld met de negatieve ingang van de versterkereenheid, en met de andere poot gekoppeld is met een eerste en een tweede schakelaar, 25 waarbij de eerste schakelaar dient voor de verbinding van de andere poot met de signaalleiding, en de tweede schakelaar dient voor de verbinding van de andere poot met de uitgang van de versterkereenheid.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, 30 dat de eerste en de tweede schakelaar alternerend actief zijn.

4. Inrichting volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat voorzien is in een schakelaar voor het kortsluiten van de verbinding tussen de uitgang en de negatieve 35 ingang van de versterker. 1014551