DE2810951B1

DE2810951B1 - Kompensationsschaltung fuer elektronische Messgeraete

Info

Publication number: DE2810951B1
Application number: DE19782810951
Authority: DE
Inventors: Stefan Traub
Original assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Current assignee: Hewlett Packard GmbH Germany
Priority date: 1978-03-14
Filing date: 1978-03-14
Publication date: 1979-06-13
Also published as: FR2420246A1; JPS5916835Y2; FR2420246B1; DE2810951C2; GB2016714A; GB2016714B; JPS54161179U

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kompensationsschaltung für elektronische Meßgeräte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Den Eingängen von elektronischen Meßgeräten, z. B. ■ Oszillographen, werden häufig Spannungen zugeführt, die sowohl einen Gleich- als auch einen Wechselanteil besitzen. Häufig ist in solchen Fällen nur der Wechselanteil für die Messung von Interesse, während die Größe des Gleichanteils nicht interessiert. Um den Gleichanteil zu eliminieren, wird in der Eingangsschaltung des elektronischen Geräts dem Eingangssignal eine Gleichspannung der gleichen absoluten Größe, jedoch gegenüber dem genannten Gleichanteil entgegengesetzten Vorzeichen zugeführt.

Es ist bekannt, hierzu einen analogen Addierverstärker mit zwei Eingängen zu verwenden. Dem einen Eingang wird das aus Gleich- und Wechselanteil bestehende Eingangssignal zugeführt, während dem anderen Eingang die kompensierende Gleichspannung zugeführt wird. An seinem Ausgang gibt der Verstärker lediglich den Wechselanteil des Eingangssignals ab. Nun ist es aber vielfach so, daß der Absolutbetrag des Gleichanteils der Eingangsspannung wesentlich größer als die Amplitude des Wechselanteils ist. Obwohl nur der Wechselanteil interessiert, muß in einem solchen Fall der Addierverstärker einen Dynamikbereich aufweisen, welcher der Gesamtgröße des Eingangssignals angepaßt ist. Außerdem ist es erforderlich, daß der Addierverstärker im gesamten Dynamikbereich linear arbeitet und daß die an seinem Ausgang auftretenden Störsignale nicht nur klein gegenüber dem Gleichanteil, sondern auch gegenüber dem Wechselanteil der Eingangsspannung sind.

Man kann den erforderlichen Dynamikbereich des Addierverstärkers zwar verkleinern, indem man diesem einen Spannungsteiler vorschaltet. Damit verkleinert man aber den Wechselanteil des Eingangssignals im gleichen Verhältnis wie den Gleichanteil. Damit sind dem maximalen Spannungsteilerverhältnis von vornherein Grenzen gesetzt.

Bei Oszillographen sind Schaltungen zur Nullpunktverschiebung bekannt (Elektronik, Januar 1966, Seite 14, Sept. 1966, Seiten 265 bis 267; radiomentor, 8, 1965, Seiten 646 bis 648), die als verstellbare Widerstandsnetzwerke ausgebildet sind und mit konstanten Gleichspannungen gespeist werden. Diese Gleichspannungen wirken jedoch auf den Eingang derartiger Schaltungen zurück, so daß diesen Schaltungen auf jeden Fall noch eine Verstärkerstufe vorgeschaltet werden muß, wenn man einen rückwirkungsfreien Meßeingang für den Oszillographen verlangt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kompensationsschaltung für elektronische Meßgeräte nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die es gestattet, Gleichspannungsanteile des Meßsignals beliebiger Größe zu kompensieren, wobei am Eingangsanschluß des Meßgerätes bei Veränderung des Meßsignals, insbesondere beim Abklemmen des Meßsignals, keine Kompensationsspannung auftritt. Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet. Dabei versteht es sich, daß die Schaltung bei gleichzeitigem Ersatz der Spannungen durch Ströme durch eine äquivalente T-Schaltung ersetzbar ist.

Bei der erfindungsgemäßen Kompensationsschaltung wird das Meßsignal unabhängig von der Einstellung der Kompensationsspannungen immer gleich belastet. Dazu sind außer zwei zweckmäßigerweise betragsmäßig gleich großen Spannungsquellen lediglich passive Bauelemente erforderlich. Der isolierte Wechselanteil des Eingangssignals kann einem Eingangsverstärker des elektronischen Gerätes zugeführt werden. Dieser Eingangsverstärker braucht in seinem Dynamikbereich lediglich auf die Amplitude des Wechselanteils abgestimmt zu sein.

Vorteilhafte Ausführungsformen bzw. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Schaltung nebst vorgeschalteter Eingangsspannungsquelle und nachgeschaltetem Wechselspannungsverstärker;

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Schaltung zur Verarbeitung auch höherer Frequenzen und

F i g. 3 eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Schaltung in niederohmiger Ausführung.

In F i g. 1 sind mit 1 und 2 die Eingangs- bzw. Ausgangsklemme einer erfindungsgemäßen Eingangsschaltung bezeichnet. Die Eingangsschaltung besteht in der dargestellten einfachen Ausführungsform aus Widerständen R\, R₂ und Rz sowie zwei Gleichspannungsquellen U\ und U₂.

An die dargestellte Eingangsschaltung ist an ihrer Eingangsklemme 1 mit einer Signalquelle verbunden, welche die Eingangsspannung Ue abgibt. Die Eingangsspannung Ue setzt sich zusammen aus einem Gleichanteil Ue= und einem Wechselanteil Ue-

An der Ausgangsklemme 2 wird eine Ausgangsspannung Ua abgegeben, die im vorliegenden Beispiel einem Verstärker 3 zugeführt wird.

Die Spannung Ua an der Ausgangsklemme 2 der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung errechnet sich wie folgt:

U_A = (U₁;. + U₁;. j

- U₂

R₂ + R₃ ~R₂+R₃ = K_lU_h. +K₁Ue.-K₂U₂ (1)

Will man nun erreichen, daß an der Ausgangsklemme 2 nur noch der Wechselanteil der Eingangsspannung U_L auftritt, so muß gelten:

K₁U₁^=K₂U₂

^3 K₂

Man sieht, daß sich der Gleichanteil Ue= der Eingangsspannung Ue durch passende Wahl der Spannung U₂ in jedem Falle kompensieren läßt.

An der Eingangsklemme 1 muß zusätzlich die Bedingung erfüllt sein, daß aufgrund der Spannung U₂ kein zusätzlicher Strom in die Quelle des Eingangssignals oder aus dieser heraus fließt. Dazu ist die zusätzliche Kompensationsspannung U\ vorgesehen. Es ist leicht einzusehen, daß die vorgenannte Bedingung z. B. dann erfüllt ist, wenn U\ = U₂ und R\ = R₂+R₃ sind. Somit wird mit der Schaltung gemäß F i g. 1 erreicht, daß der Gleichanteil des Eingangssignals kompensiert wird, ohne daß dadurch das Eingangssignal verfälschende Ströme auftreten.

Die Widerstände R₂ und A₃ bilden für den Wechselanteil Ue einen Spannungsteiler. Dieser kann entsprechend den Erfordernissen des Eingangs des Verstärkers 3 dimensioniert werden. Im einfachsten Falle wird man R₂ und Rz gleich groß machen, wodurch die Amplitude des Wechselanteils halbiert wird.

In Fig.2 ist eine hochohmige Eingangsschaltung dargestellt, die sich auch für höhere Frequenzen des Wechselanteils des Eingangssignals eignet. Das Spannungsteilerverhältnis beträgt hier 1/10. Parallel zu den Spannungsteilerwiderständen R₂ und R₃ sind hier Kondensatoren Q und C₂ geschaltet, die für höhere Frequenzen einen kapazitiven Spannungsteiler bilden, welcher ebenfalls ein Teilerverhältnis von 1/10 besitzt. Spannungsteilerkapazitäten und -widerstände können so gewählt werden, daß an der Eingangsklemme 1 eine

ι ο eventuell übliche Standardimpedanz erscheint.

In Fig.2 ist weiterhin dargestellt, wie sich auf einfache Weise die beiden einander entgegengerichteten Spannungen U und — U (entsprechend den Spannungen U\ und U₂ in Fig. 1) erzeugen lassen. Im vorliegenden Beispiel wird lediglich eine Spannung U zugeführt, die mittels eines Umkehrverstärkers 4 zusätzlich in — U umgewandelt wird. Zur Anpassung an den Gleichanteil des Eingangssignals braucht daher nur eine Spannung, nämlich U geändert zu werden. Die Spannung — t/folgt der Spannung t/automatisch.

In Fig.3 ist eine niederohmige Eingangsschaltung dargestellt, wobei als Alternative statt der in den Schaltungen gemäß F i g. 1 und 2 verwendeten kompensierenden Spannungsquellen Stromquellen / und 2/ verwendet werden. Der Eingangswiderstand der vorliegenden Schaltung an der Eingangsklemme 1 beträgt 50 Ω.

Der von der Stromquelle 2/ nach Masse abgeführte Strom wird je zur Hälfte aus den Widerständen R₂ und R₃ gezogen. Der aus dem Widerstand R₂ gezogene Strom wird wiederum von der Stromquelle /zugeführt. Damit ist gewährleistet, daß über die Eingangsklemme 1 kein Strom zu- oder abfließt, der nicht aus dem Eingangssignal selbst stammt. Der Strom /bzw. 2/wird analog zu den Beispielen gemäß F i g. 1 und 2 so eingestellt, daß der Gleichspannungs- bzw. Gleichstromanteil des Eingangssignals kompensiert wird, je nachdem ob das der Ausgangsklemme 2 nachgeschaltete elektronische Gerät zur Spannungs- oder Stromauswertung ausgelegt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kompensationsschaltung für elektronische Meßgeräte zur Kompensation des Gleichspannungsanteils eines einen Gleichspannungs- und einen Wechselspannungsanteil enthaltenden Meßsignals, gebildet aus zwei Spannungsquellen mit entgegengesetzter Polung, die in Serie zu den Querwiderständen eines Widerstandsnetzwerkes in ^-Schaltung geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal (Ue= und Ue-) an einen Eckpunkt (1) des Widerstandsnetzwerkes (i?ii?2#3) gelegt ist, während der andere Eckpunkt (2) des Widerstandsnetzwerkes (RiR₂Rs) an den Eingang des elektronischen Meßgerätes (3) gelegt ist, und daß die Kompensation einer beliebigen Gleichspannungsgröße (Ue=) des Meßsignals durch gleichzeitige Änderung der beiden Spannungsquellen (U\ Ui) der Kompensationsschaltung erfolgt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Längswiderstand (R₂) und der dem Ausgang (2) zugewandte Querwiderstand (A3) zusammen so groß wie der dem Eingang (1) zugewandte Querwiderstand (R\) sind und daß die beiden Spannungen (U, — U) entgegengesetzt gleich groß sind.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gleichspannung (— U) aus der ersten (U) mittels eines Umkehrverstärkers (4) abgeleitet ist.