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Anordnung zur Impedanzwandlung Die Erfindung betrifft eine Anordnung
zur Impedanzwandlung in der Hinsicht, daß eine nicht belastbare i\Ießgle,ichspannurrg
in eine amplitudengleiche Wechselspannung oder Gleichspannung niedrigen Quellwiderstandes
umgewandelt wird.
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Aufgaben dieser Art wurden bisher mit Hilfe spezieller Elektronenröhren,
insbesondere mit Elektrometerröhren, gelöst. Mit solchen Röhren bestückte Schaltungsanordnungen.
weisen jedoch eine Anzahl von Nachteilen auf, wie z. B. das Erfordernis mehrerer
äußerst gut stabilisierter Gleichspannungsquellen, die Notwendigkeit der Nacheichung
infolge Alterung der Röhren usw. Durch die- Erfindung sollen diese Nachteile überwunden
werden.
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Je nachdem die Anordnung zur Inipeda.nzwandlung eine der Meßgleichspannung
amplitudengleiche Wechselspannung oder Gleichspannung abgeben soll, wird die Anordnung
zur Impedanzwandlung nach der Erfindung verschieden ausgebildet. Zur Umwandlung
der Meßgleichspannung in eine ihr amplitudengleiche Wechselspannung ist sie dadurch
gekennzeichnet, daß die Gleichspannung mit einer Hilfswechselspannungsquelle und
einer Diode, die zur Melkgleichspannung in Sperrichtung liegt, in Reihe im gleichstromdurchlässigen
Eingangskreis eines Wechselstrcmverstärkers geschaltet sind, dessen gleichgerichtete
Ausgangsspannung die Hilfswechselspannungsquelle derart steuert, daß z. B. eine
Vergrößerung der Ausgangsspannung eine Verkleinerung der Wechselspannungsamplitude
bewirkt, so daß die sich einstellende Hilfswechselspannung stets amplitudengleich
mit der Meßgleichspannung ist. Die auf diese Weise erhaltene Wechselspannung niedrigen
Quellwiderstandes könnte, wenn erforderlich, mit bekannten Mitteln verstärkt oder
gleichgerichtet werden. Die bei einer Gleichrichtung infolge der Nichtlinearität
der Gleichrichter unvermeidlichen Fehler treten jedoch nicht auf, wenn die erfindungsgemäße
Anordnung derart abgewandelt wird, daß sie bereits eine der Meßspannung gleiche
Gleichspannung niedrigen Quellwiderstandes abgibt. Dazu wird die Ausgangsspannung
des. Wechselstromverstärkers gleichgerichtet und in den Eingangskreis so eingeführt,
daß sie der Meßspannung entgegen gerichtet ist. Damit regeln sich auch Nichtlinearitäten
der Gleichrichtung weitgehend aus. Eine besonders zweckmäßigeVerwerldung erfährt
dieAnordnungnach der Erfindung zur zeitlichen Integration einer zeitlich veränderlichen
Gleichspannung. Dazu wird die Anordnung zur Impedanzwandlung derart abgeändert,
daß die Quelle der zeitlich veränderlichen Spannung mit einem Pol mit einem Widerstand
verbunden ist, der mit dem einen Pol eines Kondensators in leitender Verbindung
steht, während der andere Pol der Quelle über einen Widerstand, an den auch die
gleichgerichtete Oszilla,torspannung geführt ist, mit einem Widerstand, an dem diegleichgerichtete
Verstärkerausgangsspannung liegt, mit dem anderen Pol des Kondensators verbunden
ist, so daß parallel zur Reihenschaltung der letztgenannten Widerstände eine zum
zeitlichen Integral der Eingangsspannung proportionale Spannung abgenommen werden
kann.
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Der in der Anordnung zur Impedanzwandlung erforderliche Wechselspannungsverstärker
soll einen möglichst hohen Verstärkungsfaktor besitzen. Um dennoch den Einfluß von
Fremdspannungen klein zu halten, wird nach einer besonderen Ausbildungsform der
Erfindung ein selektiver Transistorverstärker verwendet, der auf die Oszillatorfre:quenz
oder eine ihrer Oberwellen abgestimmt ist. Durch die Verwendung von Transistoren
wird auch der Einfluß vermieden, den die bei Röhren übliche Heiz-Wechselspannung
auf den Verstärker haben könnte. Die Qualität, insbesondere der Sperrwiderstand
der im Eingangskreis liegenden Diode ist für den in der Anordnung zur Impedanzwandlung
erreichbaren Wert des Eingangswiderstandes mitbestimmend. Es ist deshalb die Verwendung
hochsperrender Siliziumdioden vorgesehen.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Dabei stellt Fig. 1 einen Impedanzwandler dar, der zur Abgabe einer Ausgangswechselspannung
verwendet wird, während in Fig. 2 eine Ausführungsform gezeigt ist, die vorzugsweise
zur Abgabe einer Ausgangsgleichspannung vorgesehen ist und auch zur Integration
einer zeitlich schwankenden Spannung angewendet werden kann.
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In Fig. 1 ist mit 3 ein Kondensator bezeichnet, an den die zu messende
Spannung gelegt wird. Vorzugsweise wird hierfür ein Kondensator mit geringem Verlustfaktor
verwendet, z. B. ein solcher mit Styroflexfolien als Isolation. Die Halbleiterdiode
4 muß einen
hesonders hohen Sperrwiderstand aufweisen. Als geeignet
wurden z. B. hochsperrende Siliziumdioden befunden. Der mit 5 bezeichnete Wechselspannungsverstärker
besitzt einen gleichstromdurchlässigen Eingang. Der Verstärkungsfaktor des Wechselspannungsver@tärkers
soll möglichst groß gewählt werden, weil dadurch eine weitgehende Kompensation der
Eingangsspannung des Impedanzwandlers erreicht wird. Auf diese "eise ist der wirksame
Eingangs-,viderstand des Impedanzwandlers groß, und die auf dein Kondensator hefitidliche
Ladung wird durch iliii nicht mehr wesentlich beeinflußt. In einer praktisch ausgeführten
Schaltung hatte eine Verstärkung von 105 eine Belastung des Kondensators durch einen
Widerstand von etwa 1010 Olim zur Folge. Die Ausgangsspannung des \\'ecliselstromverstärkers
wird im Gleichrichter 6 gleichgerichtet und den Oszillator 7 als Steuerspannung
zugeführt. Dadurch wird in an sich bekannter Weise die Amplitude des Oszillators
verändert. Die Veränderung muß in dem Sinne erfolgen, daß eine Vergrößerung der
gleichgerichteten Verstärkerausgangsspannung eine Verkleinerung der Oszillatoramplitude
bewirkt. Wird an den Kondensator eine Gleichspannung gelegt, so stellt sich nach
der Einschwingzeit des Verstärkers und des nachgeschalteten Gleichrichters am Oszillator
7 eine Amplitude ein, die um einen verbleibenden Regelrest größer ist als die Meßgleichspannung.
Ist der im wesentlichen von der Verstärkung des Wechselstromverstärkers abhängige
Regelrest vernachlässigbar klein, so kann an den Klemmen 14 eine der Meßgleichspannung
in hezug auf ihren Spitzenwert gleiche Wechselspannung al>genomtneiiwerden.
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In Fig. 2 sind mit 3, 4, 5 und 6 der Reihe nach Kondensator, Diode,
Verstärker und Gleichrichter bezeichnet, deren Wirkung ähnlich wie in Fig. 1 zu
verstehen ist. Die geglättete Ausgangsspannung des Gleichrichters wird jedoch an
einen Widerstand 8 geführt. Sie stellt sich bei genügend hoher Verstärkung im Verstärker
5 so ein, daß sie um den Betrag der Oszillatorspitzenspannung größer ist als die
Gleichspannung am Kondensator 3, wenn man wiederum den Regelrest vernachlässigt.
Außerdem wird aus der Oszillatorspannung mit dem Gleichrichter 9 eine dem Betrag
der Oszillatorspitzenspannung gleiche Gleichspannung gewonnen und an den Widerstand
10 geführt. Bei der gezeichneten Polung der Spannungen stellen die parallel zum
Voltmeter 13 liegenden Pole die Ausgangsanschlüsse der Anordnung zur Impedanzwandlung
dar, da die an ihnen auftretende Spannung gleich der am Kondensator liegenden Spannung
ist. Bei passender Dimensionierung der Schaltung kann die durch die Widerstände
8 und 10 gegebene Spannungsquelle belastet werden.
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Da am Voltmeter 13 die gleiche Spannung wie am Kondensator 3 liegt,
diese beiden Spannungen jedoch entgegengesetzt gepolt in Serie liegen, herrscht
zwischen dem mit »-« bezeichneten Anschluß des Kondensators und dem mit »-f-« bezeichneten
Anschluß des Widerstandes 10 bei jedem im Arbeitsbereich der Anordnung gelegenen
Wert der Kondunsatorspannung die Spannung 0. Lädt man den Kondensator über die Widerstände
8, 10 und 11 aus der Quelle einer zeitlich schwankenden Spannung 12, so stellt die
Spannung am Kcndetisator das Zeitintegral der Spannung der Quelle 12 dar. Der Wert
dieses Zeitintegrals kann vermöge der impedanzwandelnden Wirkung der Anordnung an
den Klemtn en parallel zum Instrument 13 abgegriffen werden.