Messanordnung mit Brückenschaltung und Transistorverstärkern im Querzweig
Die Erfindung bezieht sich auf eine Messanordnung mit Brückenschaltung und Transistorverstärkern im Querzweig.
Eine Messbrücke besteht bekanntlich aus vier Elementen, z. B. Widerständen in Brückenschaltung, und einem Messinstrument im Querzweig dieser Brücke.
Die Grösse der auftretenden Spannung in diesem Querzweig bestimmt u. a. die Empfindlichkeit der Mess anordnung. Durch Verstärken dieser Spannung lässt sich demnach die Empfindlichkeit der Messauswertung steigern. Da die Richtung der Spannung im Querzweig wechseln kann, sind im allgemeinen zwei Verstärkerschaltungen nötig, und zwar für jede Spannungsrichtung eine.
Als Verstärkerelement wird in zunehmendem Masse der Transistor verwendet. Der Transistor benötigt zu seinem Betrieb eine leitende Verbindung zwischen seinem Basisanschluss und seinem Emitteranschluss. Als solch leitende Verbindung wird im allgemeinen ein niederohmiger Widerstand verwendet. Wie Fig. 1 zeigt, kann an den beiden Enden des Diagonalzweiges je ein Transistorverstärker angeschlossen werden. Wenn nun die benötigte Verbindung zwischen Basisanschluss und Emitteranschluss durch Widerstände R21 und R22 hergestellt wird, dann fliesst über diese Widerstände R21 und R22 ein Belastungsstrom, so dass die Empfindlichkeit der Messbrücke verringert wird.
Es ist bekannt (Fig. 2) zwei Transistorverstärker über eine Spannungsrichtungs-Auswerteschaltung A zu betreiben, die je nach Stromrichtung bzw. Spannungsrichtung einen der beiden Transistorverstärker einschaltet. Diese Schaltung A ist aus dem vorliegenden Anwendungszweck insoweit nachteilig, als sie einen gewissen Aufwand bedeutet vor allem deshalb, weil die Anschaltung der nachfolgenden Leistungsverstärker mit technischen Schwierigkeiten verbunden ist.
Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die geschilderten Nachteile zu vermeiden. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten des Diagonalzweiges der Brückenschaltung mindestens je ein Transistor im Diagonalzweig liegt und dass die Vorspannungszuführung für die Transistoren mit am Diagonalzweig angeschlossenen und in Durchlassrichtung des Basisstromes gepolten Halbleiterdioden realisiert ist.
Weitere Einzelheiten ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 bereits besprochene Schaltungen und
Fig. 3 die Schaltung gemäss der Erfindung.
Die Messbrücke besteht aus einer Widerstandsbrükkenschaltung, enthaltend die Widerstände R1 bis R4, aus zwei Transistorverstärkern mit den Transistoren T1 und T2 und einem Messinstrument M an den Verstärkerausgängen. Der Widerstandsbrücke R1 bis R4 wird die Brückenspannung -Ubr + Ubr zugeführt, die Abweichungen von der Null-Lage - zu sehen am Ausschlag des Messinstrumentes - werden am Widerstand R1 durch einen Messwertgeber bzw. Messwertwandler erzeugt. Der Widerstand R1 kann beispielsweise ein Heissleiter sein, dessen Widerstands-Temperaturverhalten gemessen wird.
Die Transistoren T1 und T2 liegen mit ihren Basisleitungen B1 und B2 im Diagonalzweig der Widerstandsbrücke. Der Diagonalzweig schliesst sich über einen Teil der Kollektorleitungen K1 und K2, über eine Querleitung Q und über das Messinstrument M. Die Versorgungsspannung -U der Transistoren wird den Transistoren T1 und T2 über Widerstände R5 bis R8 zugeführt. Von den Basisleitungen B1 und B2 führen Richtleiter oder Dioden D1 und D2 zu einem Punkt P, der über einen Widerstand R10 mit Pluspotential verbunden ist. Es ist somit eine leitende Verbindung zwischen Basisanschluss und Emitteranschluss jedes der Transistoren T1 und T2 geschaffen.
Die Transistoren T1 und T2 werden auf einen bestimmten Arbeitspunkt eingestellt, und zwar geschieht dies dadurch, dass zwischen Emitter und Basis eine bestimmte Vorspannung eingestellt wird. Zu diesem Zweck ist ein Spannungsteiler an die Versorgungsspannung -U +U der Transistoren angeschlossen, der am Punkte P eine Vorspannung -Uv erzeugt. Der Spannungsteiler besteht aus den Widerständen R9 bis R11 und der Siliziumdiode D3. Die Diode D3 dient zur Spannungsstabilisierung und kann demnach auch als Zener-Diode ausgebildet sein.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende:
Durch eine Veränderung des Widerstandwertes R1 ist der Abgleich der Messbrücke gestört. Im Diagonalzweig entsteht dadurch eine Spannung Uo, die entweder einen Strom über die Diode D1 oder die Diode D2 zum Punkt P und von dort über den Widerstand R10 zu einem der Transistoren T1 oder T2 und deren Basis B1 oder B2 treibt. Dadurch werden die Transistoren T1 oder T2 gesteuert. Es verschiebt sich das Potential des Kollektors K1 oder K2, und es entsteht eine Spannung zwischen den beiden Kollektoren K1 und K2. Diese Spannung wird dem Messinstrument M über die Querleitung Q zugeführt.
Häufig wird das Messinstrument als Null-Punkt Instrument verwendet, d. h. der Widerstand R2 ist als Regelwiderstand ausgebildet und wird so lange verstellt, bis die Brücke abgeglichen und das Messinstrument Null zeigt. In diesem Falle kann es vorteilhaft sein, die Transistorverstärker als Schaltverstärker zu betreiben und das Messinstrument als Anzeigegerät für den Abgleich bzw. den Nicht-Abgleich zu verwenden.
Die Schaltung besitzt ein besonderes Merkmal darin, dass sich die Brückenspannung Uo und die Vorspannung -Uv in der Wirkung auf den Transistor T1 oder T2 addieren, so dass eine von der'Brückenspannung unabhängige Einstellung der Arbeitspunkte der Transistoren T1 und T2 mit der Vorspannung -Uv ermöglicht wird. Dies ist von grossem Vorteil, wenn die Verstärker als Schaltverstärker ausgebildet sind.
Es ist in Abweichung vom dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, das Messinstrument in einen Querzweig der Emitter zu legen, wenn besondere Gründe hierfür vorliegen. Es ist weiterhin möglich, anstelle von Widerständen R1 bis R4 andere Elemente, z. B. Induktivitäten, vorzusehen. Es ist weiterhin möglich, npn-Transistoren anstelle von pnp-Transistoren zu verwenden, wenn die Versorgungsspannung -U und die Dioden D1, D2 und D3 umgepolt werden. Es ist weiterhin möglich, anstelle der Verstärker mit einem Transistor solche mit zwei oder mehreren zu verwenden, wenn eine noch grössere Empfindlichkeit erzielt werden soll. Ausserdem kann der Verstärkerausgang anstatt mit einem Messinstrument auch mit Anzeigelampen oder mit Relais abgeschlossen werden.
Measurement arrangement with bridge circuit and transistor amplifiers in the shunt branch
The invention relates to a measuring arrangement with a bridge circuit and transistor amplifiers in the shunt branch.
As is well known, a measuring bridge consists of four elements, e.g. B. resistors in the bridge circuit, and a measuring instrument in the cross arm of this bridge.
The size of the voltage occurring in this shunt branch determines u. a. the sensitivity of the measuring arrangement. By increasing this voltage, the sensitivity of the measurement evaluation can be increased. Since the direction of the voltage in the shunt arm can change, two amplifier circuits are generally required, one for each voltage direction.
The transistor is used increasingly as an amplifier element. In order to operate, the transistor requires a conductive connection between its base connection and its emitter connection. A low-resistance resistor is generally used as such a conductive connection. As FIG. 1 shows, a transistor amplifier can be connected to each of the two ends of the diagonal branch. If the required connection between the base connection and the emitter connection is now established through resistors R21 and R22, then a load current flows through these resistors R21 and R22, so that the sensitivity of the measuring bridge is reduced.
It is known (FIG. 2) to operate two transistor amplifiers via a voltage direction evaluation circuit A, which switches on one of the two transistor amplifiers depending on the current direction or voltage direction. This circuit A is disadvantageous from the present application purpose in that it means a certain amount of effort, especially because the connection of the subsequent power amplifiers is associated with technical difficulties.
The object of the invention is to avoid the disadvantages outlined. It is characterized in that there is at least one transistor in each diagonal branch on both sides of the diagonal branch of the bridge circuit and that the bias voltage supply for the transistors is implemented with semiconductor diodes connected to the diagonal branch and polarized in the forward direction of the base current.
Further details emerge from the exemplary embodiment described below and shown in the drawing. Show it:
Figs. 1 and 2 already discussed circuits and
3 shows the circuit according to the invention.
The measuring bridge consists of a resistance bridge circuit containing the resistors R1 to R4, two transistor amplifiers with the transistors T1 and T2 and a measuring instrument M at the amplifier outputs. The bridge voltage -Ubr + Ubr is fed to the resistor bridge R1 to R4, the deviations from the zero position - visible on the deflection of the measuring instrument - are generated at the resistor R1 by a transducer or transducer. The resistor R1 can, for example, be a hot conductor, the resistance-temperature behavior of which is measured.
The transistors T1 and T2 are with their base lines B1 and B2 in the diagonal branch of the resistor bridge. The diagonal branch closes via part of the collector lines K1 and K2, via a cross line Q and via the measuring instrument M. The supply voltage -U of the transistors is fed to the transistors T1 and T2 via resistors R5 to R8. Directional conductors or diodes D1 and D2 lead from the base lines B1 and B2 to a point P which is connected to positive potential via a resistor R10. A conductive connection is thus created between the base connection and the emitter connection of each of the transistors T1 and T2.
The transistors T1 and T2 are set to a specific operating point, this being done by setting a specific bias voltage between the emitter and the base. For this purpose, a voltage divider is connected to the supply voltage -U + U of the transistors and generates a bias voltage -Uv at point P. The voltage divider consists of the resistors R9 to R11 and the silicon diode D3. The diode D3 is used for voltage stabilization and can therefore also be designed as a Zener diode.
The circuit works as follows:
A change in the resistance value R1 disrupts the calibration of the measuring bridge. This creates a voltage Uo in the diagonal branch, which drives either a current through the diode D1 or the diode D2 to point P and from there through the resistor R10 to one of the transistors T1 or T2 and their base B1 or B2. This controls the transistors T1 or T2. The potential of the collector K1 or K2 shifts, and a voltage arises between the two collectors K1 and K2. This voltage is fed to the measuring instrument M via the cross line Q.
The measuring instrument is often used as a zero-point instrument, i.e. H. the resistor R2 is designed as a variable resistor and is adjusted until the bridge is balanced and the measuring instrument shows zero. In this case it can be advantageous to operate the transistor amplifier as a switching amplifier and to use the measuring instrument as a display device for the adjustment or non-adjustment.
The circuit has a special feature in that the bridge voltage Uo and the bias voltage -Uv add up to act on the transistor T1 or T2, so that the operating points of the transistors T1 and T2 can be set independently of the bridge voltage with the bias voltage -Uv is made possible. This is of great advantage if the amplifiers are designed as switching amplifiers.
In deviation from the exemplary embodiment shown, it is possible to place the measuring instrument in a shunt branch of the emitter if there are particular reasons for this. It is also possible, instead of resistors R1 to R4, other elements, e.g. B. Inductors to be provided. It is also possible to use npn transistors instead of pnp transistors if the polarity of the supply voltage -U and the diodes D1, D2 and D3 are reversed. It is also possible to use amplifiers with two or more instead of the amplifiers with one transistor if an even greater sensitivity is to be achieved. The amplifier output can also be terminated with indicator lamps or relays instead of a measuring instrument.