DE1166929B

DE1166929B - Circuit arrangement for summing currents for measuring purposes

Info

Publication number: DE1166929B
Application number: DEL39783A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans-Juergen Wilmowsky; Dr-Ing Klaus Marenbach
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-08-15
Filing date: 1961-08-15
Publication date: 1964-04-02

Description

Schaltungsanordnung zum Summieren von Strömen für Meßzwecke In Meß- oder Reihenschaltungen ist häufig die Aufgabe gestellt, aus mehreren Einzelströmen einen Summenstrom zu bilden, der proportional der Meßgröße der Summe ist. So sind die Einzelströme z. B. das analoge Abbild einer physikalischen Größe. Andererseits kann man einen Zahlenwert z. B. durch Ströme nachbilden, die in Potenzen von 2, also 20 -i- 21 -f- 22 -f- 21= die Größe des Wertes bestimmen. Aus dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein dieser Ströme ergibt sich dann durch Summenbildung der tatsächliche Wert. Hierfür werden Impedanzwandler benötigt, deren Eingang auf möglichst konstantem Potential bleiben und damit einen niedrigen Eingangswiderstand aufweisen soll. An ihrem Ausgang soll die Summe der Teilströme möglichst unverfälscht mit großem Innenwiderstand wieder austreten, so daß auch eine der Meßgröße proportionale Spannung in einfacher Weise gebildet werden kann.Circuit arrangement for summing currents for measuring purposes In measuring or series connections, the task is often set from several individual streams to form a total current that is proportional to the measured variable of the total. So are the individual streams z. B. the analog image of a physical quantity. on the other hand you can use a numerical value z. B. to simulate currents in powers of 2, so 20 -i- 21 -f- 22 -f- 21 = determine the size of the value. From the presence or the absence of these currents is then obtained by adding up the actual currents Value. For this, impedance converters are required whose input is as constant as possible Remain potential and thus have a low input resistance. At At its output, the sum of the partial currents should be as unadulterated as possible with a high internal resistance exit again, so that a voltage that is proportional to the measured variable is also simple Way can be formed.

Es ist bekannt, die Teilströme dem Eingang eines Gleichspannungsverstärkers zuzuführen, dessen Ausgangsspannung gegenphasig zur Eingangsspannung ist, und dessen Ausgang über einen Gegenkopplungswiderstand mit dem Eingang verbunden ist. Das bedingt jedoch einen relativ großen Aufwand durch den Verstärker.It is known that the partial currents are fed to the input of a DC voltage amplifier feed whose output voltage is in phase opposition to the input voltage, and whose Output is connected to the input via a negative feedback resistor. That requires however, a relatively large effort by the amplifier.

Eine billigere und einfachere Schaltung für den genannten Zweck ist ein Transistor in Basisschaltung. Diese hat jedoch den Nachteil, daß der Kollektorstrom gegenüber dem Emitterstrom um den Anteil des Basisstromes verkleinert ist. Der dadurch entstehende Fehler ändert sich mit der in Emitterschaltung- gemessenen Stromverstärkung a' des Transistors, die einerseits von Exemplarstreuungen, andererseits auch von der jeweiligen Aussteuerung abhängig ist. Weiterhin ist der Eingangswiderstand für viele Anwendungen noch zu groß und zudem nichtlinear. Wählt man den Basisanschluß des Transistors als Bezugspunkt, so schwankt die Spannungs Basis-Emitter in Abhängigkeit vom Summenstrom und kann somit. die Teilströme verfälschen, wenn die Bezugsspannung, aus der diese abgeleitet sind, nicht groß genug gegen die erläuterten Spannungsschwankungen ist.A cheaper and simpler circuit for the mentioned purpose is there a common base transistor. However, this has the disadvantage that the collector current compared to the emitter current is reduced by the proportion of the base current. The thereby The resulting errors change with the current gain measured in the emitter circuit a 'of the transistor, on the one hand by specimen scatter, on the other hand also by depends on the respective modulation. Furthermore, the input resistance is for many applications are still too large and also non-linear. If you choose the basic connection of the transistor as a reference point, the base-emitter voltage fluctuates as a function from the total current and can therefore. falsify the partial currents if the reference voltage, from which these are derived, not large enough against the voltage fluctuations explained is.

Weiterhin ist eine Anordnung bekannt, in der zwei Transistoren zu einer sogenannten Darlingtonschältung vereinigt sind. Hierbei liegt die Basis des ersten Transistors am Emitter des zweiten, und die Kollektoren beider Transistoren sind parallel geschaltet. Diese Anordnung verhält sich etwa wie ein Transistor, dessen Stromverstärkung ä gleich dem Produkt der Stromverstärkungen beider Transistoren ist. Es entsteht somit ein Ersatztransistor, dessen Emitter dem Emitter des ersten Transistors entspricht, dessen Basis der Basis des zweiten entspricht und dessen Kollektor den zusammengeschalteten Kollektoren beider Transistoren entspricht. Mit dieser Kombination in Basisschaltung wird der obengenannte erste Nachteil vermieden; der Kollektorstrom unterscheidet sich bei den handelsüblichen Transistoren nur noch um etwa ein Promille weniger vom Emitterstrom, was im allgemeinen zu vernachlässigen ist. Dagegen ist der Eingangswiderstand gegenüber der einfachen Basisschaltung noch vergrößert worden. Die Spannungen zwischen Emitter und Basis der beiden Transistoren addieren sich, wodurch jetzt das Potential des Emitters des ersten Transistors gegen die Basis des zweiten Transistors als Bezugspunkt noch stärker von der Summe der Teilströme abhängt, die damit entsprechend verfälscht werden.Furthermore, an arrangement is known in which two transistors are closed a so-called Darlington circuit are combined. This is the basis of the first transistor at the emitter of the second, and the collectors of both transistors are connected in parallel. This arrangement behaves somewhat like a transistor, its current gain - equal to the product of the current gains of both transistors is. The result is a replacement transistor whose emitter is the same as the emitter of the first Transistor whose base corresponds to the base of the second and whose Collector corresponds to the interconnected collectors of both transistors. With this combination in a basic circuit avoids the above-mentioned first disadvantage; the collector current only differs with the commercially available transistors by about one per thousand less of the emitter current, which is generally negligible is. In contrast, the input resistance is still compared to the simple basic circuit been enlarged. The voltages between the emitter and base of the two transistors add up, which now contrasts the potential of the emitter of the first transistor the base of the second transistor as a reference point even more different from the sum of the Partial flows depends, which are thus falsified accordingly.

Durch die Erfindung wird eine Schaltungsanordnung offenbart, durch die der Eingangswiderstand eines einzelnen Transistors oder einer Darlingtonkombination in Basisschaltung für den beschriebenen Zweck wesentlich verkleinert wird.The invention discloses a circuit arrangement by that of the input resistance of a single transistor or a Darlington combination is significantly reduced in size in the basic circuit for the purpose described.

Bei einer Schaltungsanordnung für Meßzwecke zum Bilden des Summenwertes von über Widerstände und eine Spannungsquelle abgeleiteten Strömen als Spannungsabfall an einem Arbeitswiderstand unter Verwendung von Transistoren in Darlingtonschaltung wird erfindungsgemäß das Potential der freien Basis der Transistoren in Abhängigkeit von der Summe der Ströme durch einen Verstärker so geregelt, daß das Potential des mit dem Verstärkereingang verbundenen freien Emitters der Transistoren als Summierungspunkt konstant ist.In a circuit arrangement for measuring purposes for forming the sum value of currents derived via resistors and a voltage source as a voltage drop on a working resistor using transistors in a Darlington circuit according to the invention, the potential of the free base of the transistors is dependent regulated by the sum of the currents through an amplifier so that the potential of the free emitter of the transistors connected to the amplifier input as a summing point is constant.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, liegt der Eingang 3 einer Darlingtonkombination in Basisschaltung, bestehend aus den Transistoren 1 und 2, zugleich am Eingang eines Gleichspannungsverstärkers 7, der von der Spännung des Einganges 3 gegen ein Bezugspotential 6 ausgesteuert wird. Seine Ausgangsspannung ist gegenüber der Eingangsspannung verstärkt und gegenphasig, und sein Ausgang ist mit dem Basisanschluß 4 verbunden. Dem Eingang 3 werden die zu summierenden Teilströme Ji, J2 ... J" zugeführt, während am Ausgang 5 der Transistorschaltung der Summenstrom s J austritt.As shown in FIG. 1 shows, the input 3 of a Darlington combination in common base, consisting of the transistors 1 and 2, is at the same time at the input of a DC voltage amplifier 7, which is controlled by the voltage of the input 3 against a reference potential 6. Its output voltage is amplified and out of phase with respect to the input voltage, and its output is connected to the base terminal 4. The input 3, the supplied to summing substreams Ji, J2 ... J ", while at output 5 exits the transistor circuit of the sum current J s.

Hat nun bei einem Anwachsen des Summenstromes die Spannung zwischen den Punkten 3 und 4 die Tendenz, sich zu vergrößern, so ändert sich die Eingangs-Spannung des Verstärkers 7. Dessen Ausgangsspannung wirkt nun so auf den Basisanschluß 4, daß dessen Potential so verschoben wird, daß das Potential des Einganges 3 gegenüber der Bezugsspannung nahezu konstant bleibt.If the voltage between points 3 and 4 tends to increase when the total current increases, the input voltage of amplifier 7 changes. Its output voltage now acts on base terminal 4 in such a way that its potential is shifted, that the potential of the input 3 remains almost constant with respect to the reference voltage.

Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 7 ist nach den Genauigkeitsforderungen zu bemessen. Ferner muß der Eingang des Verstärkers 7 so hochohmig sein, daß dessen Eingangsstrom vernachlässigbar klein gegen den kleinsten vorkommenden Teilstrom ist.The gain of the amplifier 7 is according to the accuracy requirements to measure. Furthermore, the input of the amplifier 7 must be so high that its Input current negligibly small compared to the smallest occurring partial current is.

Im Ausführungsbeispiel der F i g. 2 ist gezeigt, wie diese Forderungen mit nur einem zusätzlichen Transistor 7' erfüllt werden können. Sein Basisanschluß liegt am Eingang 3 der Darlingtonkombination, sein Emitter am Bezugspotential 6 und sein Kollektor über einen Widerstand 9 an der Betriebsspannung -12 V und über eine in Sperrichtung betriebene Zenerdiode 10 am Basisanschluß 4 des Transistors 2 der Darlingtonschaltung. Die Zenerdiode 10 erhält über den Widerstand 11 einen zusätzlichen Strom, so daß sie stets mit ihrer Zenerspannung betrieben wird. Werden nun die Teilströme Ji, J2 ... J" durch Betätigen ihrer zugehörigen Schalter wirksam, so wirkt der Transistor 7' in der beschriebenen Weise auf das Potential des Punktes 4 ein, so daß die verbleibenden Potentialschwankungen des Einganges 3 vernachlässigbar klein sind. Durch die Zenerdiode 10 wird der Transistor 7' ohne Verstärkungsverlust an die Basis 4 des Transistors 2 angekoppelt, und gleichzeitig wird für die nötige Kollektor-Emitter-Spannung am Transistor 7' gesorgt.In the embodiment of FIG. 2 shows how these requirements can be met with only one additional transistor 7 '. Its base connection is at the input 3 of the Darlington combination, its emitter at the reference potential 6 and its collector via a resistor 9 to the operating voltage -12 V and via a reverse-biased Zener diode 10 to the base connection 4 of the transistor 2 of the Darlington circuit. The Zener diode 10 receives an additional current via the resistor 11, so that it is always operated with its Zener voltage. The partial streams Ji, J2 ... J "are now effective by operating their associated switches so counteracts the transistor 7 'in the manner described to the potential of the point 4 a, so that the remaining potential fluctuations of the input 3 are negligibly small. By the zener diode 10, the transistor 7 'is coupled to the base 4 of the transistor 2 without loss of gain, and at the same time the necessary collector-emitter voltage is provided at the transistor 7'.

Der Summenstrom tritt am gemeinsamen Kollektoranschluß 5 aus und erzeugt beispielsweise am Widerstand 12 einen entsprechenden Spannungsabfall, der zwischen den Punkten 5 und 13 abgenommen werden kann. An Stelle des Widerstandes 12 kann ein Strommeßinstrument eingeschaltet werden. Sind sämtliche Teilströme abgeschaltet, so soll am Widerstand 12 keine Spannung auftreten. Die Regelung über den Transistor 7' versagt jedoch, da der Transistor 2 in diesem Fall völlig gesperrt ist. Es fließt nun ein hoher Basisstrom vom Transistor 7' über den Transistor 1 durch den Widerstand 12. Durch Einfügen der Diode 14 wird erreicht, daß der Transistor 2 nur bis zur Spannung Null zwischen Basis und Emitter geregelt wird. Der Transistor 1 wird dagegen bis zur völligen Sperrung geregelt, da seine Basis durch die Diode 14 als Folge der Regelschaltung positiv gegenüber seinem Emitter wird. Die Kathode der Diode 14 ist dem Verbindungspunkt (Basis-Emitter) der Transistoren zuzuordnen. In diesem Fall fließen über den Widerstand 12 nur noch der normale Basisstrom vom Transistor 7', der über den nur im Kollektorausgang gesperrten Transistor 1 zum Transistor 2 gelangt gelangt und der Reststrom des Transistors 2 bei kurzgeschlossener Basis-Emitter-Strecke. Zweckmäßig wird die Schaltung beispielsweise durch Wahl der Elemente so dimensioniert, daß diese restlichen Ströme vernachlässigbar klein gegenüber dem kleinsten Teilstrom sind.The total current emerges at the common collector connection 5 and generates, for example, a corresponding voltage drop across the resistor 12, which can be picked up between points 5 and 13. Instead of the resistor 12, a current measuring instrument can be switched on. If all partial currents are switched off, no voltage should appear at resistor 12. The regulation via the transistor 7 'fails, however, since the transistor 2 is completely blocked in this case. A high base current now flows from the transistor 7 'via the transistor 1 through the resistor 12. By inserting the diode 14 , it is achieved that the transistor 2 is only regulated up to a voltage of zero between the base and emitter. The transistor 1, on the other hand, is regulated until it is completely blocked, since its base becomes positive with respect to its emitter through the diode 14 as a result of the regulating circuit. The cathode of the diode 14 is to be assigned to the connection point (base-emitter) of the transistors. In this case, only the normal base current from transistor 7 'flows via resistor 12, which reaches transistor 2 via transistor 1, which is only blocked in the collector output, and the residual current of transistor 2 when the base-emitter path is short-circuited. The circuit is expediently dimensioned, for example by selecting the elements, so that these remaining currents are negligibly small compared to the smallest partial current.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for measuring purposes to form the Sum of currents derived from resistors and a voltage source as a voltage drop across a load resistor using transistors in Darlington circuit, characterized in that the potential of the free base (4) the transistors (1 and 2) depending on the sum of the currents through one Amplifier (7) is controlled so that the potential of the amplifier input connected free emitter (3) of the transistors (1 and 2) as a summation point is constant.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that between the free base and the inner base-emitter connection of the transistors (1 and 2) a diode is connected, the cathode of which is connected to the base-emitter connection point lies. In. Publications considered: German Auslegeschrift No. 1092124.