DE4025670A1 - Elektrische, gegenueber spannungsspitzen unempfindliche schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische, gegenüber Spannungsspitzen unempfindliche Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Analog arbeitende elektrische Schaltungsanordnungen müs­ sen oftmals die Eigenschaft aufweisen, die Wirkung von kurzen rasch ansteigenden Spannungsspitzen zu reduzieren, sol­ len jedoch andererseits in der Lage sein, rasch auf nor­ male Änderungen der Eingangsspannung anzusprechen. Dies ist ein besonderes Problem bei Vorverstärkern, welche in einer elektrischen Rauschumgebung verwendet werden. Dies ist ein besonderes Problem bei Temperaturmeßgeräten, wel­ che die Temperatur eines heißen Körpers messen sollen, wenn vom Detektor des Pyrometers vorbeifliegende heiße Teilchen mit erfaßt werden. Dies ist beispielsweise ein Problem bei der Messung der Temperatur der Verbrennungs­ kammer einer Gasturbine. Hier werden vom Gasstrom heiße Teilchen mitgerissen, die vom Detektor mit erfaßt werden und damit die angezeigte Temperatur der Brennkammer ver­ fälschen.

Es besteht die Aufgabe, die Schaltungsanordnung so aus­ zubilden, daß kurze steile Spannungsspitzen das Ausgangs­ signal nicht beeinflussen.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein Ausführungsbeispiel einer Verstärkerschaltungsanord­ nung für ein Strahlungstemperaturmeßgerät wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Schaltbild dieses Verstärkers und

Fig. 2 bis 4 das Ansprechverhalten der Schaltungs­ anordnung bei verschiedenen Punkten.

Die Schaltungsanordnung weist die Form eines Vorverstär­ kers mit zwei Indikationsverstärkern 1 und 2 auf, welche in Serie geschaltet sind. Die Schaltungsanordnung weist einen Eingangsanschluß 3 auf, der mit dem ersten Verstär­ ker 1 verbunden ist sowie einen Ausgangsanschluß 4, der mit dem Ausgang des zweiten Verstärkers 2 verbunden ist. Am Eingangsanschluß 3 liegt eine Spannung an, die bei­ spielsweise von einem Pyrometerdetektor 30 in Form einer Fotodiode abgeleitet ist.

Zwischen Masse und der Speisespannung von 15 Volt ist eine Serienanordnung eines Kondensators 10 (0,47 uF) und eines Widerstands 11 (3,3 Mohm) geschaltet. Der Ausgang des ersten Verstärkers 1 und der Eingang des zweiten Ver­ stärkers 2 sind verbunden mit der Verbindungsstelle 12 zwischen diesem Kondensator und diesem Widerstand.

Parallel zur ersten Serienschaltung ist eine zweite Serien­ schaltung eines Kondensators 13 (100 nF) und eines Wider­ stands 14 (1,2 Mohm) zwischen Masse und der Speisespannung von 15 Volt geschaltet. Eine Diode 15 liegt mir ihrer Anode an der Verbindungsstelle 16 zwischen dem zweiten Kondensa­ tor 13 und dem zweiten Widerstand 14 an, die mit ihrer Kathode an die Verbindungsstelle 12 zwischen dem ersten Kondensator 10 und dem ersten Widerstand 11 angeschlos­ sen ist. Die Verbindungsstelle 16 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 1 über eine Serienschaltung verbunden, bestehend aus dem Widerstand 17 (100 ohm) und den beiden Dioden 18 und 19. Die Dioden 18 und 19 sind in gleicher Richtung geschaltet, wobei die Kathode der Diode 18 mit dem Widerstand 17 und deren Anode mit der Kathode der Diode 19 verbunden ist. Die Anode der Diode 19 liegt an der Verbindungsstelle 16 an. Zwei weitere in Serie geschaltete Dioden 21 und 22 sind zwischen dem Wider­ stand 17 und dem positiven Eingang des zweiten Verstär­ kers 2 geschaltet. Die Polung der beiden Dioden 21 und 22 ist die gleiche wie die Polung der Dioden 18 und 19. Auf diese Weise ist sowohl die Anode als auch die Kathode der Diode 15 mit dem Widerstand 17 über zwei Diodenpaare 18 und 19 sowie 21 und 22 verbunden.

Wenn kein Eingangssignal an der Schaltung anliegt, dann treten an verschiedenen Punkten der Schaltung die in Fig. 1 angegebenen Ruhespannungen auf. Die Spannung an der Verbindung zwischen den Dioden 18 und 21 mit dem Widerstand 17 beträgt -1 Volt, die Spannung an der Ver­ bindung zwischen den Dioden 18 und 19 und den Dioden 21 und 22 beträgt jeweils -0,5 Volt während die Spannung an der Anode der Diode 15 0 Volt beträgt.

Die Arbeitsweise der Schaltung wird nachfolgend bezüglich ihres Ansprechverhaltens bei kurzzeitigen Spannungsspitzen beschrieben. Die in Fig. 2 gezeigte Spannungsspitze weist eine Dauer von 1 msec auf und liegt am positiven Eingang des Verstärkers 1 an. Diese Spannungsspitze wird erzeugt, wenn ein heißes Teilchen am Pyrometerdetektor 30 vorbei­ fliegt. Diese Spannungsspitze erzeugt beim Verstärker 1 ein Ausgangssignal an der Verbindung zwischen dem Wider­ stand 17 und den Dioden 18 und 21 entsprechend Fig. 3, d. h. einen rasch ansteigenden Impuls, dessen Spitze ge­ kappt ist. Die Zeitkonstante der ersten Serienschaltung aus Kondensator 10 und Widerstand 11 ist so gewählt, daß das dem Eingang des zweiten Verstärkers 2 zugeführte Sig­ nal und somit das Signal am Ausgang 4 einen allmählichen Anstieg aufweist von beispielsweise 10 mV/msec, wie in Fig. 4 gezeigt.

Während der kurzen 1 msec andauernden Spannungsspitze er­ faßt die Diode 15 lediglich eine in Durchlaßrichtung ge­ richtete Spannung, welche von 0 auf 140 mV am Ende der Zeit­ dauer von 1 msec ansteigt. Diese Spannung ist nicht groß genug, um die Diode 15 in den leitfähigen Zustand zu über­ führen, so daß die zweite Serienschaltung aus Kondensator 13 und Widerstand 14 von der ersten Serienschaltung iso­ liert ist und somit die Zeitkonstante nicht beeinflußt.

Falls sich das Eingangssignal langsam verändert, d. h. in einer Weise, wie dies bei dem Eingangssignal üblich und zu erwarten ist um beispielsweise eine Ausgangsspannung von +10 Volt zu erzeugen, arbeitet die Schaltungsanord­ nung mit einer anderen Zeitkonstanten. Während der ersten 4 msec eines derartigen Eingangssignals ist die Diode 15 noch nicht leitend, wird jedoch sodann leitend, so daß nunmehr der Widerstand 14 parallel geschaltet ist zum Widerstand 11 und der Kondensator 13 parallel geschaltet ist zum Kondensator 10. Hierdurch wird die Zeitkonstante der Schaltungsanordnung verändert, was zu einem steileren Anstieg des Ausgangssignals führt. Dieser Anstieg beträgt beispielsweise 150 mV/msec, so daß die Zeitdauer für das Erreichen des Ausgangssignals von 10 Volt auf nunmehr 550 msec vermindert wird. Ohne die zweite Serienschaltung aus Kondensator 13 und Widerstand 14 würde die Zeitdauer bis zum Erreichen der Ausgangsspannung von 10 Volt etwa 1800 msec betragen.

Sobald sich die Schaltungsanordnung auf die neue Ausgangs­ spannung eingestellt hat, wird der Spannungsabfall über die Diode 15 hinweg gleich Null, so daß die Kondensatoren 13 und 14 wieder voneinander getrennt sind. Dies bedeutet, daß die danach auftretenden Spannungsspitzen mit der Zeit­ konstanten von Kondensator 10 und Widerstand 11 verarbei­ tet werden und der Anstieg lediglich 10 mV/msec beträgt.

Dies bedeutet also, daß die Wirkung kurzer Spannungsim­ pulse beträchtlich vermindert wird, andererseits jedoch ein rasches Ansprechverhalten bei lang andauernden Sig­ nalen besteht.

Claims (9)

1. Elektrische, gegenüber Spannungsspitzen unempfind­ liche Schaltungsanordnung mit einem Eingang und einem Ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Serienschaltung eines Kondensators (10) und eines Widerstands (11) vorgesehen ist, die an einer Stelle mit Ein- und Ausgang verbunden ist, eine weitere Stelle einer zweiten Serienschaltung aus einem zweiten Kondensator (13) und eines zweiten Widerstands (14) mit dem Eingang verbunden ist und zwischen den beiden Stellen ein Schaltelement (15) geschaltet ist, das leitend wird, wenn die an ihm anliegende Spannung einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.

2. Elektrische Schaltungssnordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellen die Verbindungsstellen zwischen den Konden­ satoren (10, 13) und den Widerständen (11, 14) sind.

3. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement eine Diode (15) ist.

4. Elektrische Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode und die Kathode der Diode (15) über weitere Dioden (18, 19; 21, 22) mit dem Eingang verbunden sind.

5. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ausgang durch den Eingang eines ersten Verstärkers (2) gebildet wird, der mit dem ersten Kondensator (10) und dem ersten Widerstand (11) und über das Schaltelement (15) mit dem zweiten Kondensator (13) und dem zweiten Widerstand (14) ver­ bunden ist.

6. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Eingang vom Ausgang eines zweiten Verstärkers (1) gebildet wird, der mit dem ersten Kondensator (10) und dem ersten Widerstand (11) und über das Schaltelement (15) mit dem zweiten Kon­ densator (13) und dem zweiten Widerstand (14) verbun­ den ist.

7. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Kondensator (10) und der erste Widerstand (11) eine Zeitkonstante auf­ weisen, mit welcher das Ausgangssignal mit einer Ge­ schwindigkeit von 10 mV/msec ansteigt.

8. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste und zweite Konden­ sator (10, 13) und der erste und zweite Widerstand (11, 14) zusammen eine Zeitkonstante aufweisen, bei welcher das Ausgangssignal mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 mV/msec ansteigt.

9. Elektrische Schaltungsanordnung nach einem der An­ sprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mit dem Eingang der Detektor (30) eines Pyrometers verbunden ist und das Schalt­ element (15) nichtleitend ist, wenn der Detektor (30) vorbeifliegende heiße Partikelchen erfaßt.