DE1289580B - Modulatorverstaerker fuer Messzwecke - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Modulatorverstärker für Meßzwecke mit einer Brückenschaltung, die zwei Siliziumdioden, deren Sperrschichtkapazitäten sich unter Einwirkung der Meßspannung in entgegengesetztem Sinne ändern, in je einem Zweig enthält und in deren eine zu den Siliziumdioden parallel liegende Diagonale eine Wechselspannung eingespeist ist und an deren andere Diagonale ein Wechselspannungsverstärker angeschlossen ist, dessen Eingangsübertrager mit den Brückenkapazitäten einen abgestimmten Parallelresonanzkreis bildet. Derartige Verstärker sind bekannt. Es ist ferner bekannt, die modulierte Gleichspannung nicht über einen Übertrager, sondern über einen Serienresonanzkreis dem Wechselspannungsverstärker zuzuführen. Die Ausgangsspannung des Wechselspannungsverstärkers kann gleichgerichtet werden und die gleichgerichtete Spannung zum Eingang des Verstärkers fückgeführt werden. In derartigen Meßverstärkern spielt die Nullpunltstabilität, welche durch die temperaturabhängigen Parameter der Dioden bestimmt werden, eine entscheidende Rolle.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Modulationsschaltung zu schaffen, die eine hohe Konstanz des Nullpunktes bei der Messung kleinster Gleichspannungen bzw. Gleichströme gestattet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß die stark temperaturabhängigen Richtströme in Siliziumdioden dem Quadrat der Speisespannung proportional sind und daß daher diese klein gehalten werden muß, indem eine möglichst hohe Kreisgüte angestrebt wird.
• Der Modulatorverstärker gemäß der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die den Siliziumdioden gegenüberliegenden Brückenzweige aus symmetrischen Wicklungen eines Differentialtransformators zur Einspeisung der Wechselspannung bestehen und daß zwischen diesen Wicklungen ein Abgleichwiderstand vorgesehen ist.
• An Hand der Zeichnung, die schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnung beschrieben, welche schematisch die Schaltungsanordnung eines Modulatorverstärkers zur Messung sehr kleiner Gleichströme zeigt.
• Die Meßspannung UM wird beim dargestellten Ausführungsbeispiel an den Klemmen M1 und -den Eckpunktena, b einer Brückenschaltung zugeführt, in deren Zweigen einerseits die spannungsabhängigen Siliziumdioden Dt und Da und andererseits die symmetrischen Wicklungen W1 und W., liegen. Die symmetrischen Wicklungen W1 und W2 sind Bestandteile des Transformators T, dessen Wicklung Ws die Brückenspeisespannung Us aus dem Oszillator 0 zugeführt wird. Zum Abgleich der Kapazitätsdifferenzen in der Brückenschaltung dient ein Differentialkondensator Ct. Die Verlustwiderstände werden durch den Abgriff auf dem WiderstandR von Hand abgeglichen oder automatisch durch eine weitere Diodenbrücke Be, die eine Regelspannung von einem Gleichrichter G2 erhält.
• Dieser erhält aus dem Oszillator eine gegenüber der Spannung an dem Gleichrichter G1 um 90° phasenverschobene Spannung, seine Ausgangsspan- nung ist proportional der Verstimmung der Widerstände in der Brücke Bt.
• Die vorstehend geschilderte BrückenschaltungBt, an der die Meßspannung UM liegt, ist ihrerseits an die Primärwicklung Wp des Transformators T. angeschlossen, dessen Sekundärwicklung Ws mit dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers V verbunden ist. Der Kondensator C ist ein Kopplungskondensator, der verhindert, daß die Meßspannung UM über die Wicklung Wp kurzgeschlossen wird.
• Ein WiderstandRv verhindert den Kurzschluß der Wechselspannung über die Meßquelle. Auf den Verstärker 1 folgt ein phasenempfindlicher Gleichn.dter G1, dem in üblicher Weise eine Steuerschwingung mit der Frequenz des Oszillators 0 zugeführt wird.
• Mit A1 und A4 sind die Ausgangsklemmen bezeichnet, an denen die verstärkte Eingangsspannung UM abgenommen werden kann. Durch den Widerstand RG ist eine Gegenkopplung angedeutet Um den von der Temperaturabhängigkeit der Kapazität der Dioden, und D2 abhängigen Nullpunktfehler möglichst gering zu halten, ist die Schaltungsanordnung derart getroffen, daß die Primärwicklung Wp des Transformators T2 zusammen mit der Parallelkapazität C. und der zwischen den Punkten a und b liegenden Wink- und Blindwiderstände einen Schwingungskreis hoher Güte bildet. Auf diese Weise läßt sich die an den Dioden Di und D. liegende Speisespannung U5 sehr klein halten. Die den Oszillator 0 entnommene Spannung erhält zweckmäßig eine Frequenz oberhalb von 500 kHz. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß bei einer wirkungsvollen Modulation der angelegten Meßspannung die an sich stark temperaturabhängigen Richtströme in den Dioden Dt und D., die dem Quadrat der Speisespannung proportional sind, sehr klein bleiben.
• Um eine hohe Güte des Resonanzkreises zu erreichen, ist der einstellbare Widerstand R zum Abgleich der Wirkwiderstände möglichst klein gehalten.
• Der Wert für die Kreisgüte Q soll möglichst größer sein als 100. Um eine temperaturabhängige Verstimmung des Kreises und die dadurch bewirkte Phasenänderung zu kompensieren, wählt man für den Kondensator C., einen Kondensator mit einem geeigneten Temperaturkoeffizienten aus, welcher die temperaturabhängigen Änderungen der Kapazitäten der Dioden Dt und D. kompensiert. Die Dioden Dt und D sind zweckmäßig passend zueinander ausgesucht.
• Günstige Ergebnisse liefern Dioden mit kleinen Bahnwiderständen.
• Der Koppelkondensator Ca besitzt zweckmäßig einen Wert, der mindestens doppelt so groß wie die Kapazität der Dioden ist, der Vorwiderstand Rv muß größer sein als der Resonanzwiderstand des Kreises.
• Infolge der hohen Kreisgüte des durch die Primärwicklung des Transformators T2, den Kondensator C2 und die Brückenschaltung zwischen den Diagonale punkten a und b mit den Dioden Dt und D2 (die Wicklungen W1 und WO auf dem Transformator T1 sind für den Kreisstrom gegensinnig und wirken nicht) gebildeten Schwingungskreises läßt sich ein ausreichender Wirkungsgrad bei der Umsetzung der angelegten Meßspannung UM bereits mit einer dem Oszillator 0 entnommenen Steuerspannung U5 in Größenordnung von einigen Millivolt erreichen. Die angelegte sehr kleine Meßspannung UM bewirkt eine Verstimmung der durch die Dioden und D. und die Wicklungen W1 und W2 des Transformators Ti gebildeten Wechselstrombrücke. Infolge der geringen dabei auftretenden Richtströme 1D in den Dioden D1 und D2 läßt sich in einem Temperaturbereich bis etwa 500 C ein Stromfehler iD in Größenordnung von 10-@ A A erreichen. Dieser Stromfehler ergibt sich aus i@ # A e@T T ist die abs. Temperatur, A und B sind Konstanten, die von der Größe der Restströme der Dioden und von der tlbereinstimmung der Strom-Spannungs-Temperatur-Kennlinien abhängen.
• Der Modulatorverstärker nach der Erfindung hat den Vorteil, daß bereits bei sehr kleinen Wechselspannungen Us an den Dioden ein ausreichender Umsetrungswirkungsgrad (etwa 1) erreicht wird, wobei die in den Dioden fließenden Richtströme klein bleiben und die durch ihre Temperatuabhängigkeit verursachten Nullpunktfehler klein bleiben.
• Als weiterer Vorteil ist hervorzuheben, daß der Innenwiderstand der die Brücke speisenden Quelle (Oszillator 0) und die Ausgangswechselspannung den Briickenabgleich nicht beeinflussen.
• Bei einem Modulatorverstärker nach der Erfindung wird ferner erreicht, daß auß den sehr kleien Wechselspannungen us und der im Betrieb anliegenden sehr kleinen Meßspannung an den Dioden keine weiteren Spannungen liegen, die Nullpunktfelller verursachen können.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Modulatorverstärker für Meßzwecke mit einer Brückenschaltung, die zwei Siliziumdioden, deren Sperrschichtkapazitäten sich unter der Einwirkung der Meßspannung im entgegengesetzten Sinne ändern, in je einem Zweig enthält und in deren eine zu den Siliziumdioden parallel liegende Diagonale eine Wechselspannung eingespeist ist und an deren andere Diagonale ein Wechselspannungsverstärker angeschlossen ist, dessen Eingangsübertrager mit den Brückenkapazitäten einen abgestimmten Parallelresonanzkreis bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die den Siliziumdioden (D, D2) gegenüberliegenden Brtikkenzweige aus symmetrischen Wicklungen (W1, W2) eines Differentialtransformators (T) zur Einspeisung der Wechselspannung (U5) bestehen und daß zwischen diesen Wicklungen (Wl, W,) ein Abgleichwiderstand (R) vorgesehen ist.
2. 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß parallel zu den Dioden (D1, D2) ein Differentialkondensator (C) zum Kapazitätsausgleich liegt.
3. 3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Wechselspannungsverstärliers (V) ein phasenabhängiger Gleichrichter (G.2) angeschlossen ist, der mit einer gegen die Modulatorwechselspannung um 90 phasenverschobenen Referenzspannung angesteuert ist und dessen Ausgang eine Brückenschaltung (B.2) speist, welche die Modulatorbrücke (B) im Sinne einer Verminderung der Ausgangsspannung des Gleichrichters (G l) verstimmt.
4. 4. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Eingangsübertrager (T2) ein Kondensator (C2) parallel geschaltet ist, welcher einen den Temperaturgang der Kapazitätsdioden (D, D. a) und der Übertragerinduktivität kompensierenden Temperaturgang aufweist.
5. 5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsfrequenz größer als 500 kHz ist.