DE4001092C1 - Current-voltage converter without auxiliary power supply - has bridge circuit with two parallel branches, one with fixed voltage divider, other with variable - Google Patents
Current-voltage converter without auxiliary power supply - has bridge circuit with two parallel branches, one with fixed voltage divider, other with variableInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Strom/Spannungswandler ohne Hilfsenergiever sorgung mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a current / voltage converter without auxiliary power supply supply with the features specified in the preamble of claim 1.
Strom/Spannungswandler ohne Hilfsenergieversorgung, wie sie beispielsweise aus der Firmen-Druckschrift der Anmelderin "DC-Transformatoren ohne Hilfsenergie - Typen 41/42", August 1988, S. 5, Schaltungsbeispiel 5, bekannt sind, weisen üblicherweise eine elektronische Schaltung mit einem Ohmschen Widerstand auf, über den ein zu wandelnder Eingangsstrom fließt. Die beiden Anschluß punkte dieses Ohmschen Widerstandes bilden den Spannungsausgang, an dem eine zum Eingangsstrom proportionale Ausgangsspannung abgegriffen werden kann. Dies stellt zwar einen besonders einfachen Strom/Spannungswandler dar, der jedoch den Nachteil hat, daß die am Wider stand abfallende Spannung durch eine Strombelastung des Spannungsaus gangs durch eine Folgeschaltung verfälscht werden kann. Diese übliche Schaltung ist also bei hohen Genauigkeitsanforderungen nur für sehr hoch ohmige Folgeschaltungen geeignet.Current / voltage converter without auxiliary power supply, such as, for example from the company publication of the applicant "DC transformers without Auxiliary power types 41/42 ", August 1988, p. 5, circuit example 5, are known usually an electronic circuit with an ohmic resistor on which an input current to be converted flows. The two connection points of this ohmic resistance form the voltage output tapped an output voltage proportional to the input current can be. This makes it a particularly simple one Current / voltage converter, which, however, has the disadvantage that the on voltage dropped due to a current load of the voltage off can be falsified by a subsequent circuit. This usual Circuitry is therefore only for very high with high accuracy requirements ohmic follow-up circuits suitable.
Aus der Fachzeitschrift "Elektronik", 1970, Heft 12, S. 410 ist ein Strom/Spannungswandler mit einer elektronischen Schaltung bekannt, die nach Art einer Brückenschaltung mit zwei Parallelzweigen aufgebaut ist. Diese Parallelzweige sind jeweils Festspannungsteiler, deren Mittenabgriffe mit den Eingängen eines Operationsverstärkers verbunden sind. Am Ausgang des als Spannungsregelbaustein wirkenden OP-Verstärkers ist eine zum Eingangs strom des Strom/Spannungswandlers proportionale Spannung abgreifbar, die im wesentlichen unabhängig von einem Bürdenstrom ist. Allerdings ist für den beschriebenen Strom/Spannungswandler eine Hilfsenergieversorgung für den Operationsverstärker notwendig.From the journal "Electronics", 1970, Issue 12, p. 410 is a Current / voltage converter with an electronic circuit known after Kind of a bridge circuit is constructed with two parallel branches. These Parallel branches are fixed voltage dividers, the center taps of which Inputs of an operational amplifier are connected. At the exit of the as OP amplifier acting as a voltage regulator is one for input current of the current / voltage converter proportional voltage can be tapped is essentially independent of a burden flow. However, for the described current / voltage converter an auxiliary power supply for the Operational amplifier necessary.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Strom/Spannungswandler ohne Hilfsenergieversorgung derart weiter zu entwickeln, daß eine hochpräzise Strom/Spannungswandlung auch bei einer Strombelastung des Spannungsausganges (im folgenden kurz "Bürdenstrom" genannt) durch eine weniger hochohmige Folgeschaltung ermöglicht wird.The invention has for its object a To develop current / voltage converter without auxiliary power supply in such a way that a high-precision current / voltage conversion even when the current is loaded Voltage output (hereinafter referred to as "burden current") by a less high-impedance sequential switching is made possible.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den kennzeichnenden Merkmalen des An spruches 1 angegeben. Demnach ist die Schaltung nach Art einer Brücken schaltung mit zwei Parallelzweigen aufgebaut, deren erster ein Festspan nungsteiler und deren zweiter ein geregelter Spannungsteiler ist. Letzterer be steht aus einem Festwiderstand und einem hilfsenergiefreien Regelbaustein, der den Teilstrom durch den geregelten Spannungsteiler auf einen festen Verhältniswert zum Teilstrom durch den Festspannungsteiler und damit auf einen festen Verhältniswert zum zu wandelnden Eingangsstrom regelt. Dabei wird die Ausgangsspannung zwischen dem Einspeisungspunkt des Festspannungsteilers und dem Mittelabgriff des geregelten Spannungsteilers abgegriffen. Der erfindungsgemäße Zweck wird dadurch erzielt, daß durch die Regelung der Teilströme durch die beiden Parallelzweige der Brückenschaltung auf einen festen Verhältniswert zueinander und damit auf einen festen Verhält niswert der jeweiligen Teilströme zu dem zu wandelnden Eingangsstrom die dazu proportionale Ausgangsspannung unabhängig von einer Belastung des Spannungsausgangs durch einen Bürdenstrom wird. Durch diese Unabhän gigkeit ist eine hochgenaue, da belastungsunabhängige Wandelung des Ein gangsstromes in eine entsprechende Ausgangsspannung möglich. Da dazu keine Hilfsenergieversorgung der Schaltung notwendig ist, kann diese beson ders vorteilhaft in Anwendungsbereichen eingesetzt werden, für die die ein schlägigen Explosionsschutzbestimmungen gelten.The solution to this problem is in the characteristic features of the contractor pronounced 1. Accordingly, the circuit is like a bridge circuit with two parallel branches, the first of which is a fixed chip voltage divider and the second is a regulated voltage divider. The latter be consists of a fixed resistor and an auxiliary power-free control module, the partial current through the regulated voltage divider to a fixed Ratio value to the partial flow through the fixed voltage divider and thus on regulates a fixed ratio to the input current to be converted. Here the output voltage between the infeed point of the Fixed voltage divider and the center tap of the regulated voltage divider tapped. The purpose of the invention is achieved in that Regulation of the partial flows through the two parallel branches of the bridge circuit to a fixed ratio to each other and thus to a fixed ratio value of the respective partial flows to the input current to be converted output voltage proportional to this regardless of a load on the Voltage output through a burden current. Through this independence Ability is a highly precise, since load-independent change of the one current into a corresponding output voltage possible. Because of that no auxiliary power supply of the circuit is necessary, this can be particularly be used advantageously in application areas for which the one relevant explosion protection regulations apply.
Der Regelbaustein kann seine im Anspruch 1 angegebene Regelaufgabe im einfachsten Fall dadurch erfüllen, daß er die Mittelabgriffe der beiden Span nungsteiler der Brückenschaltung auf gleiches Potential regelt. Dazu ist er über eine stromlose Verbindungsleitung mit dem Mittelabgriff des Festspannungs teilers verbunden (Anspruch 2). Im Zusammenhang mit der Maßnahme, die Mittelabgriffe der beiden Spannungsteiler auf gleiches Potential zu regeln, und dem im Anspruch 1 angegebenen Merkmal, daß die Ausgangsspannung zwi schen dem Einspeisungspunkt des Festspannungsteilers und dem Mittelabgriff des geregelten Spannungsteilers abgegriffen wird, wird der besondere Kniff der erfindungsgemäßen Schaltung deutlich. Die mit einem Bürdenstrom bis zu einer dimensionierungsabhängigen Grenze belastbare Ausgangsspannung wird nämlich nicht am einspeisungsseitigen Festwiderstand des Festspannungstei lers abgegriffen - was die vom einfachen Widerstand des üblichen Strom/Spannungswandlers bekannte, fehlerhafte Spannungsverminderung be wirken würde - sondern als entsprechender Spannungswert zwischen dem Einspeisungspunkt des Festspannungsteilers und dem Mittelgriff des gere gelten Spannungsteilers. Diese Spannung entspricht infolge der Regelung der Mittelabgriffe der beiden Spannungsteiler auf gleiches Potential präzise der dem zu wandelnden Eingangsstrom proportionalen Spannung am Festwider stand des Festspannungsteilers, der durch den Bürdenstrom nicht belastet ist.The rule block can perform its rule task specified in claim 1 simplest case in that he the center taps of the two Span regulates the voltage divider of the bridge circuit to the same potential. He's about that an electroless connection line with the center tap of the fixed voltage divider connected (claim 2). In connection with the measure that Regulate center taps of the two voltage dividers to the same potential, and the feature specified in claim 1 that the output voltage between between the supply point of the fixed voltage divider and the center tap of the regulated voltage divider is tapped, the special trick is circuit according to the invention clearly. The one with a burden flow up to one dimensioning-dependent limit loadable output voltage namely not on the supply-side fixed resistance of the fixed voltage part tapped - what the simple resistance of the usual Current / voltage converter known, faulty voltage reduction be would act - but as a corresponding tension value between the Infeed point of the fixed voltage divider and the middle handle of the gere apply voltage divider. As a result of the regulation, this voltage corresponds to Center taps of the two voltage dividers to the same potential precisely the the voltage at the fixed resistor proportional to the input current to be converted the fixed voltage divider, which is not burdened by the burden current.
Bei einem sehr kleinen zu wandelnden Eingangsstrom kann die am Regelbau stein liegende Spannung - die wegen dessen fehlender Hilfsenergieversorgung zu seinem Betrieb notwendig ist - für dessen Funktion zu klein werden. Des halb wird gemäß Anspruch 3 dem Einspeisungspunkt des Festspannungsteilers in Reihe ein Bauelement vorgeschaltet, das stromunabhängig einen zusätz lichen Spannungsabfall erzeugt. Es kann sich hier beispielsweise um eine Diode in Flußrichtung, eine Zener-Diode oder ein Spannungsreferenzelement ohne besondere Genauigkeitsanforderungen handeln. Dadurch ändert sich an der gewünschten festen Strom/Spannungswandelung nichts.In the case of a very small input current to be converted, this can be done in the control building stone-lying voltage - that due to the lack of auxiliary energy supply is necessary for its operation - become too small for its function. Des half becomes according to claim 3, the feed point of the fixed voltage divider a component connected in series that provides an additional independent of current generated voltage drop. For example, this can be a Diode in the direction of flow, a Zener diode or a voltage reference element act without special accuracy requirements. This changes the desired fixed current / voltage conversion nothing.
Eine besondere Ausführungsform für den Regelbaustein ist im Anspruch 4 an gegeben. Es handelt sich demnach um einen Operationsverstärker, dessen beiden Eingänge in entsprechender Polarität jeweils an einem Mittelabgriff der beiden Spannungsteiler angeschlossen sind. Zusätzlich ist sein einer Versor gungsanschluß richtiger Polarität ebenfalls am Mittelabgriff des geregelten Spannungsteilers angeschlossen. Der andere Versorgungsanschluß ist mit dem Einspeisungspunkt des Eingangsstromes in die Gesamtschaltung verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist an einen seiner Versorgungsan schlüsse geschaltet. Bei diesem Schaltungsaufbau ergänzt der Operations verstärker seinen Versorgungsruhestrom durch seinen Ausgangsstrom zu dem jeweils in Abhängigkeit vom Bürdenstrom erforderlichen Regelstrom, um die eingangs genannten Teilstromverhältnisse in den Spannungsteilern zu ge währleisten. Der Operationsverstärker muß dabei eine Eingangs-Gleichtakt aussteuerungsfähigkeit bis mindestens zu einem seiner Versorgungsanschluß- Potentiale aufweisen.A special embodiment for the control module is in claim 4 given. It is therefore an operational amplifier, the two inputs in the appropriate polarity each at a center tap of the both voltage dividers are connected. In addition, its a provider Connection of correct polarity also on the center tap of the regulated Voltage divider connected. The other supply connection is with the Infeed point of the input current connected to the overall circuit. The output of the operational amplifier is connected to one of its supply lines conclusions switched. With this circuit design, the operations complement amplifies its supply quiescent current through its output current to that depending on the burden current required control current to the at the beginning of the partial current ratios in the voltage dividers ensure. The operational amplifier must have an input common mode modulation capability up to at least one of its supply connections Show potential.
Es wird darauf hingewiesen, daß aus der Druckschrift "Nacrichtentechnische Zeitung", 1974, Heft 3, Bild 5 mit zugehöriger Beschreibung bekannt ist, bei einem ΔU-Wandler Operationsverstärker zu verwenden, bei denen ein Signalstrom über die OP-Betriebsspannungsanschlüsse weitergeleitet wird.It is pointed out that from the publication "Nacrichtentechnische Zeitung ", 1974, Issue 3, Picture 5 with the associated description is known at to use a ΔU converter operational amplifier where a Signal current is forwarded via the OP operating voltage connections.
Die Ausführungsform gemäß Anspruch 4 ist auf einen Eingangsstrom unverän derter Polarität, also auf Gleichstrom oder welligen Strom ohne Nulldurchgänge beschränkt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist gemäß Anspruch 5 vorge sehen, daß der Regelbaustein aus dem Operationsverstärker und einem seinen Versorgungsanschlüssen vorgeschalteten Brückengleichrichter zusammenge setzt ist. Damit wird der Operationsverstärker unabhängig von der Richtung des zu wandelnden Eingangsstromes stets mit Spannung der richtigen Polarität versorgt.The embodiment according to claim 4 is unchanged on an input current changed polarity, i.e. on direct current or wavy current without zero crossings limited. To avoid this disadvantage, according to claim 5 is pre see that the control block from the operational amplifier and its Supply connections upstream bridge rectifier sets is. This makes the operational amplifier independent of the direction of the input current to be converted always with voltage of the correct polarity provided.
Durch die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Strom/Spannungswandlers gemäß Anspruch 6 kann für den Regelbaustein ein Operationsverstärker ver wendet werden, dessen Eingänge nicht bis zu wenigstens einem seiner Versorgungsanschluß-Potentiale ausgesteuert werden dürfen. Der zusätzliche, dem Spannungsausgang und damit der Bürde parallelgeschaltete Festspannungsteiler verschiebt das Operationsverstärker-Eingangspotential in einen mittlere Bereich zwischen den Versorgungspotentialen. Through the development of the current / voltage converter according to the invention According to claim 6, an operational amplifier can be used for the control module whose inputs are not up to at least one of its Supply connection potentials may be controlled. The additional, the voltage output and thus the burden connected in parallel Fixed voltage divider shifts the operational amplifier input potential into a middle range between the supply potentials.
Der im Anspruch 7 angegebene, dem Ausgang des Operationsverstärkers nachgeschaltete Ausgangswiderstand bringt u. a. den Vorteil, daß die Aus gangsspannung des Operationsverstärkers in den Mittelbereich zwischen sei nen beiden Versorgungspotentialen verschoben wird. Nur so funktionieren viele Arten üblicher Operationsverstärker einwandfrei. Darüber hinaus entlastet der Ausgangswiderstand den Operationsverstärker thermisch und kann stabilisierende Wirkung gegen selbsterregte Schwingungen haben, insbesondere im Zusammenwirken mit weiteren Stabilisierungsbauelementen.The specified in claim 7, the output of the operational amplifier downstream output resistance brings u. a. the advantage that the Aus output voltage of the operational amplifier in the middle range between NEN supply potential is shifted. That's the only way many work Types of common operational amplifiers flawlessly. In addition, the Output resistance thermally and can the operational amplifier have a stabilizing effect against self-excited vibrations, especially in cooperation with other stabilization components.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung entnehmbar, in der Ausführungsbeispiele des Strom/Spannungswandlers anhand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigtFurther features, details and advantages of the invention are the following description can be seen in the embodiments of the Current / voltage converter explained in more detail with reference to the figures will. It shows
Fig. 1 ein verallgemeinertes Schaltbild des erfindungsgemäßen Strom/Spannungswandlers und Fig. 1 is a generalized circuit diagram of the current / voltage converter according to the invention and
Fig. 2-5 Schaltbilder verschiedener Ausführungsformen des Strom/Spannungswandlers. Fig. 2-5 circuit diagrams of various embodiments of the current / voltage converter.
Anhand von Fig. 1 wird zuerst der allgemeine Aufbau des erfindungsgemäßen Strom/Spannungswandlers erläutert. Die Gesamtschaltung ist nach Art einer Brückenschaltung mit zwei Parallelzweigen 1, 2 aufgebaut. Ausgehend vom Einspeisungspunkt 3 des zu wandelnden Eingangsstromes I ist der erste Par allelzweig 1 ein Festspannungsteiler 4, bestehend aus den beiden Ohmschen Festwiderständen R1, R2. Der zweite Parallelzweig 2 ist als geregelter Span nungsteiler 5 aus dem einspeisungspunktseitigen Regelbaustein RE und dem Ohmschen Festwiderstand R3 aufgebaut. Am Knotenpunkt 6 laufen die beiden Parallelzweige 1, 2 zusammen.Referring to Fig. 1, the general structure of the current / voltage converter of the invention is first explained. The overall circuit is constructed in the manner of a bridge circuit with two parallel branches 1, 2 . Starting from the feed point 3 of the input current I to be converted, the first parallel branch 1 is a fixed voltage divider 4 , consisting of the two ohmic fixed resistors R 1 , R 2 . The second parallel branch 2 is constructed as a regulated voltage divider 5 from the supply point-side control module RE and the ohmic fixed resistor R 3 . At node 6 , the two parallel branches 1, 2 converge.
Zwischen dem oberen Einspeisungspunkt 7 des Festspannungsteilers 4 und dem Mittelabgriff 10 des geregelten Spannungsteilers 5 wird über den Span nungsausgang 9 die dem zu wandelnden Eingangsstrom I proportionale Aus gangsspannung Ua abgegriffen.Between the upper feed point 7 of the fixed voltage divider 4 and the center tap 10 of the regulated voltage divider 5 , the voltage output 9, which is proportional to the input current I to be converted , is tapped via the voltage output 9 .
Der hilfsenergiefreie Regelbaustein RE ist über eine im wesentlichen stromlose Verbindungsleitung L mit dem Mittelabgriff 8 des Festspannungsteilers 4 ver bunden. Der Regelbaustein RE ist so aufgebaut, daß er die beiden Mittelabgriffe 8, 10 der beiden Spannungsteiler 4, 5 auf gleiches Potential regelt. Dadurch wer den die Spannungen an den beiden Festwiderständen R1 und R3 gleich groß gehalten, wodurch sich zwangsläufig die Teilströme durch den Festwiderstand R3 und den Festspannungsteiler 4 auf einen festen Verhältniswert zueinander und damit auf einen festen Verhältniswert zu dem zu wandelnden Eingangs strom I einstellen. Damit herrscht unabhängig von einem etwaigen Belastungs widerstand RB (Bürde) am Spannungsausgang 9 immer eine Ausgangsspan nung Ua, die präzise repräsentativ für den Eingangsstrom I ist.The auxiliary power-free control module RE is connected via a substantially currentless connecting line L to the center tap 8 of the fixed voltage divider 4 . The control module RE is constructed in such a way that it regulates the two center taps 8, 10 of the two voltage dividers 4, 5 to the same potential. Characterized who the the voltages on the two fixed resistors R 1 and R 3 kept the same size, which inevitably causes the partial currents through the fixed resistor R 3 and the fixed voltage divider 4 to each other and thus to a fixed ratio to the input current I to be converted to adjust. Thus, regardless of a possible load resistance RB (burden) at voltage output 9, there is always an output voltage U a that is precisely representative of the input current I.
Aus Fig. 1 ist weiterhin erkennbar, daß zwischen dem Einspeisungspunkt 7 des Festspannungsteilers 4 und dem Einspeisungspunkt 3 der Gesamtschaltung ein Bauelement BU eingebaut sein kann, das einen stromunabhängigen Spannungsabfall erzeugt. Dieser Spannungsabfall gewährleistet eine einwand freie Funktion des hilfsenergiefreien Regelbausteins RE auch bei kleinen Ein gangsströmen I.From Fig. 1 it can also be seen that between the feed point 7 of the fixed voltage divider 4 and the feed point 3 of the overall circuit, a component BU can be installed, which generates a current-independent voltage drop. This voltage drop ensures that the RE control module, which is free of auxiliary power, functions properly even with small input currents I.
In Fig. 2 ist das Schaltbild eines Strom/Spannungswandlers für einen zu wan delnden Eingangsstrom I unveränderter Polarität (Gleichstrom oder welliger Strom ohne Nulldurchgänge) gezeigt. Darin ist der Regelbaustein RE als Ope rationsverstärker OP ausgebildet. Dessen nicht-invertierender Eingang ist mit dem Mittelabgriff 8 des Festspannungsteilers 4 über die Verbindungsleitung L verbunden. Sein invertierender Eingang, sein Ausgang und sein negativer Versorungsanschluß liegen am Mittelabgriff 10 des vom Operationsverstärker OP in Verbindung mit dem Festwiderstand R3 gebildeten, geregelten Span nungsteilers 5. Der positive Versorgungsanschluß ist mit dem Einspeisungs punkt 3 der Gesamtschaltung verbunden. In Analogie zur in Fig. 1 gezeigten allgemeinen Schaltung regelt der Operationsverstärker OP seinen eigenen Stromverbrauch so, daß sich der zu wandelnde Strom I unabhängig von seiner Größe und von der Größe des Bürdenwiderstandes RB stets in einem unverän derten Bruchteilverhältnis in die beiden Spannungsteiler 4, 5 aufteilt. Dies durch die Regelung auf eine Spannungsdifferenz von 0 zwischen den beiden Mit telabgriffen 8, 10 der Spannungsteiler 4, 5.In Fig. 2 the circuit diagram of a current / voltage converter for an input current I to be converted unchanged polarity (direct current or ripple current without zero crossings) is shown. The control module RE is designed as an operational amplifier OP. Its non-inverting input is connected to the center tap 8 of the fixed voltage divider 4 via the connecting line L. Its inverting input, its output and its negative supply connection are at the center tap 10 of the regulated voltage divider 5 formed by the operational amplifier OP in connection with the fixed resistor R 3 . The positive supply connection is connected to the feed point 3 of the overall circuit. In analogy to the general circuit shown in Fig. 1, the operational amplifier OP regulates its own current consumption so that the current I to be converted, regardless of its size and the size of the burden resistor RB, is always in an unchanged fractional ratio in the two voltage dividers 4, 5th divides. This is done by regulating to a voltage difference of 0 between the two center taps 8, 10 of the voltage divider 4, 5 .
Wie aus der Fig. 2 beigeordneten Berechnung klar wird, stehen die Aus gangsspannung Ua und der Eingangsstrom I in folgender Beziehung, in der der Bürdenwiderstand RB als variable Größe nicht auftaucht:As is clear from the calculation associated with FIG. 2, the output voltage U a and the input current I have the following relationship, in which the burden resistor RB does not appear as a variable variable:
Ua = I · R2/(1 + R1/R3)U a = I · R 2 / (1 + R 1 / R 3 )
Das Bauelement BU gemäß Fig. 1 ist in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 2-5 aus einer oder zwei entgegengesetzt gerichteten Zener-Dioden Z realisiert.The component BU according to FIG. 1 is implemented in the exemplary embodiments according to FIGS. 2-5 from one or two oppositely directed Zener diodes Z.
Weiterhin ist dem Ausgang des Operationsverstärkers OP ein Ausgangswider stand RV nachgeschaltet, der die Ausgangsspannung des Operationsverstär kers OP in den Mittelbereich zwischen seinen beiden Versorgungspotentialen bringt. Dieser Ausgangswiderstand entlastet zudem den Operationsverstärker OP thermisch und erhöht u. U. die Stabilität der Schaltung gegen selbsterregte Schwingungen.Furthermore, the output of the operational amplifier OP is an output resistor stood downstream RV, which is the output voltage of the operational amplifier kers OP in the middle range between its two supply potentials brings. This output resistance also relieves the operational amplifier OP thermal and increased u. U. the stability of the circuit against self-excited Vibrations.
Bei der Dimensionierung der Widerstände R1, R2 und R3 muß ein Kompromiß gefunden werden zwischen der Forderung nach einer möglichst hohen Aus gangs-Strombelastbarkeit - was einen hochohmigen Widerstand R1 und einen niederohmigen Widerstand R3 erfordert - und der Forderung nach einem ge ringen Fehlereinfluß der Operationsverstärker-Offsetspannung. Letzteres erfor dert einen gegenüber dem Widerstand R1 verhältnismäßig hochohmigen Wi derstand R3, was zugleich die günstige Wirkung hat, daß die Fehlereinflüsse von R1 und R3 durch Widerstandstoleranzen und Drift vernachlässigbar werden und im wesentlichen nur noch der Widerstand R2 genauigkeitsbestimmend ist. Ferner muß zwischen der Forderung nach einer möglichst hohen Ausgangs spannung Ua bei einem gegebenen maximalen Spannungshub der Strom quelle und der Forderung nach einem geringen Offsetspannungseinfluß abge wogen werden. Ersteres bedeutet einen hohen Faktor R2/R1, letzteres das Ge genteil. Bei der Wahl eines hohen Faktors R3/R1 wird allerdings der Offsetein fluß des Faktors R2/R1 gering, so daß dann eher ein hoher Faktor R2/R1 ge wählt werden darf.In the dimensioning of the resistors R 1 , R 2 and R 3 , a compromise must be found between the requirement for the highest possible output current carrying capacity - which requires a high-resistance resistor R 1 and a low-resistance resistor R 3 - and the requirement for a ge wrestle influence of the operational amplifier offset voltage. The latter requires that it a with respect to the resistance R relatively high impedance 1 Wi resistor R 3, which at the same time the favorable effect is that the error influences of R 1 and R 3 are negligible by resistance tolerances and drift and essentially only the resistance R 2 is precision determining. Furthermore, the current source must be weighed between the requirement for the highest possible output voltage U a at a given maximum voltage swing and the requirement for a low offset voltage influence. The former means a high factor R 2 / R 1 , the latter the opposite. When choosing a high factor R 3 / R 1 , however, the offset influence of the factor R 2 / R 1 is low, so that a higher factor R 2 / R 1 may then be selected.
Die in den Fig. 3-5 gezeigten Schaltungen von weitergebildeten Ausführungs formen des erfindungsgemäßen Strom/Spannungswandlers bauen auf die Schaltung gemäß Fig. 2 auf. Es werden daher nur die Ergänzungen bzw. Än derungen zu der Schaltung gemäß Fig. 2 näher erläutert.The circuits shown in FIGS. 3-5 of further developed forms of the current / voltage converter according to the invention are based on the circuit according to FIG. 2. Therefore, only the additions or changes to the circuit according to FIG. 2 are explained in more detail.
Fig. 3 zeigt eine Schaltung, bei der ein Operationsverstärker OP verwendet werden kann, dessen Eingänge nicht bis zu wenigstens einem seiner beiden Versorgungsanschluß-Potentiale ausgesteuert werden dürfen. Dazu ist ein zusätzlicher Spannungsteiler 11 bestehend aus den Festwiderständen R4, R5 parallel zum Spannungsausgang 9 eingebaut, mit dessen Mittelabgriff 12 der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP verbunden ist. Dieser parallel zum Bürdenwiderstand RB liegende Spannungsteiler 11 verschiebt das Operationsverstärker-Eingangspotential in einen mittlere Bereich zwischen den Versorgungspotentialen. Die Ausgangsspannung Ua ist dann nicht gleich der Spannung am Widerstand R2, sondern um den festen Faktor (R4 + R5)/R5 größer. Fig. 3 shows a circuit in which an operational amplifier OP can be used, the inputs of its two supply terminal potentials are not allowed to be driven to at least one. For this purpose, an additional voltage divider 11 consisting of the fixed resistors R 4 , R 5 is installed parallel to the voltage output 9 , to the center tap 12 of which the inverting input of the operational amplifier OP is connected. This voltage divider 11, which is parallel to the burden resistor RB, shifts the operational amplifier input potential into a middle range between the supply potentials. The output voltage U a is then not equal to the voltage across the resistor R 2 , but rather by the fixed factor (R 4 + R 5 ) / R 5 .
Die Schaltung gemäß Fig. 4 ist dann einzusetzen, wenn der zu wandelnde Strom I ein Wechselstrom oder ein welliger Strom mit Nulldurchgängen ist. In diesem Falle ist der Regelbaustein RE aus dem Operationsverstärker OP und einem Brückengleichrichter G zusammengesetzt. Der Operationsverstärker OP ist mit seinem nicht-invertierenden Eingang mit dem Mittelabgriff 8 des Fest spannungsteilers 4 verbunden. Mit seinem invertierenden Eingang ist der Ope rationsverstärker OP am Mittelabgriff 10 des von ihm in Verbindung mit dem Brückengleichrichter G und dem Festwiderstand R3 gebildeten, geregelten Spannungsteilers 5 verbunden. Sein Ausgang ist am negativen Versorgungs anschluß angeschlossen. Der Brückengleichrichter G ist mit seinen Brücken einspeisungspunkten 13 mit dem Einspeisungspunkt 3 des Eingangsstromes I bzw. dem Mittelabgriff 10 des geregelten Spannungsteilers 5 verbunden. Die Brückenabgriffspunkte 14 sind mit dem positiven und negativen Versorgungs anschluß des Operationsverstärkers OP verbunden, wobei zwischen dem Aus gang des Operationsverstärkers OP und seinem negativen Versorgungsan schluß zusätzlich der Ausgangswiderstand RV liegt. Durch die vorstehend be schriebene Schaltungsausbildung wird der Operationsverstärker OP unabhän gig von der Richtung des zu wandelnden Eingangsstromes I stets mit Span nung der richtigen Polarität versorgt.The circuit of FIG. 4 is to be used when the is an alternating current or a current wave with zero crossings to be converted current I. In this case, the control module RE is composed of the operational amplifier OP and a bridge rectifier G. The operational amplifier OP is connected with its non-inverting input to the center tap 8 of the fixed voltage divider 4 . With its inverting input, the operational amplifier OP is connected to the center tap 10 of the regulated voltage divider 5 formed by it in connection with the bridge rectifier G and the fixed resistor R 3 . Its output is connected to the negative supply connection. The bridge rectifier G is connected with its bridges infeed points 13 to the infeed point 3 of the input current I or the center tap 10 of the regulated voltage divider 5 . The bridge tapping points 14 are connected to the positive and negative supply connection of the operational amplifier OP, the output resistor RV additionally being connected between the output of the operational amplifier OP and its negative supply connection. Due to the circuit formation described above, the operational amplifier OP is always supplied with voltage of the correct polarity regardless of the direction of the input current I to be converted.
Bei der Schaltung gemäß Fig. 5 ist in Abweichung von den Schaltungen gemäß
Fig. 3 und 4 der invertierende Eingang des Operationsverstärkers OP mit dem
Mittelabgriff 8 des Festspannungsteilers 4 und der nicht-invertierende Eingang
mit dem Mittelabgriff 12 des Spannungsteilers 10 verbunden.
Dementsprechend ist der Ausgang des Operationsverstärkers über den
Ausgangswiderstand RV mit dem positiven Versorgungsanschluß verbunden.
BezugszeichenIn the circuit of Fig. 5 is in deviation from the circuits shown in Fig. 3 and 4, the inverting input of the operational amplifier OP to the center 8 of the fixed voltage divider 4 and the non-inverting input connected to the center tap 12 of the voltage divider 10 is connected. Accordingly, the output of the operational amplifier is connected to the positive supply connection via the output resistor RV.
Reference numerals
1 Parallelzweig
2 Parallelzweig
3 Einspeisungspunkt
4 Festspannungsteiler
5 geregelter Spannungsteiler
6 Knotenpunkt
7 Einspeisungspunkt
8 Mittelabgriff
9 Spannungsausgang
10 Mittelabgriff
11 Spannungsteiler
12 Mittelabgriff
13 Brückeneinspeisungspunkt
14 Brückenabgriffspunkt 1 parallel branch
2 parallel branches
3 entry point
4 fixed voltage dividers
5 regulated voltage dividers
6 node
7 entry point
8 center tap
9 voltage output
10 center tap
11 voltage dividers
12 center tap
13 bridge feed point
14 bridge tap point
I Eingangsstrom
Ua Ausgangsspannung
R1, R2, R3, R4, R5 Ohmscher Festwiderstand
RV Ausgangswiderstand
RE Regelbaustein
L Verbindungsleitung
RB Belastungswiderstand
BU Bauelement
OP Operationsverstärker
Z Zener-DiodeI input current
U a output voltage
R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 Ohmic fixed resistance
RV output resistance
RE rule block
L connecting line
RB load resistance
BU component
OP operational amplifier
Z zener diode
Claims (9)
- - die von einem zu wandelnden Eingangsstrom (I) durchflossen und
- - von der an zwei den Spannungsausgang (9) bildenden Schaltungspunkten eine zum Eingangsstrom (I) proportionale Ausgangsspannung (Ua) abgegriffen wird,
- - Flows through an input current (I) to be converted and
- an output voltage (U a ) proportional to the input current (I) is tapped at two circuit points forming the voltage output ( 9 ),
- - deren erster ein Festspannungsteiler (4) und
- - deren zweiter ein geregelter Spannungsteiler (5) aus einem Festwiderstand
(R3) und einem hilfsenergiefreien Regelbaustein (RE) ist, welcher den Teil
strom durch den geregelten Spannungsteiler (5) auf einen festen Verhält
niswert zum Teilstrom durch den Festspannungsteiler (4) und damit auf
einen festen Verhältniswert zum Eingangsstrom (I) regelt, wobei die Aus
gangsspannung (Ua)
- -- zwischen dem Einspeisungspunkt (7) des Festspannungsteilers (4) und dem Mittelabgriff (10) des geregelten Spannungsteilers (5) abgegriffen wird und
- -- durch die Regelung der Teilströme durch die beiden Parallelzweige (1, 2) auf einen festen Verhältniswert unabhängig von einer Belastung des Spannungsausgangs (9) durch einen Bürdenstrom ist.
- - The first of a fixed voltage divider ( 4 ) and
- - The second is a regulated voltage divider ( 5 ) from a fixed resistor (R 3 ) and an auxiliary power-free control module (RE), which is the partial current through the regulated voltage divider ( 5 ) to a fixed ratio to the partial current through the fixed voltage divider ( 4 ) and thus regulates to a fixed ratio to the input current (I), the output voltage (U a )
- - Tapped between the feed point ( 7 ) of the fixed voltage divider ( 4 ) and the center tap ( 10 ) of the regulated voltage divider ( 5 ) and
- - by regulating the partial currents through the two parallel branches ( 1, 2 ) to a fixed ratio regardless of a load on the voltage output ( 9 ) by a burden current.
- - mit seinem einen Eingang am Mittelabgriff (8) des Festspannungsteilers (4),
- - mit seinem anderen Eingang und seinem einen Versorgungsanschluß am Mittelabgriff (10) des von ihm in Verbindung mit dem Festwiderstand (R3) gebildeten, geregelten Spannungsteilers (5),
- - mit seinem anderen Versorgungsanschluß am Einspeisungspunkt (3) des Eingangsstromes (I) und
- - mit seinem Ausgang an einem seiner beiden Versorgungsanschlüsse
- - With its one input on the center tap ( 8 ) of the fixed voltage divider ( 4 ),
- - With its other input and its one supply connection on the center tap ( 10 ) of the regulated voltage divider ( 5 ) formed by it in connection with the fixed resistor (R 3 ),
- - With its other supply connection at the feed point ( 3 ) of the input current (I) and
- - With its output on one of its two supply connections
- - der Operationsverstärker (OP),
- -- mit seinem einen Eingang am Mittelabgriff (8) des Festspannungsteilers (4),
- -- mit seinem anderen Eingang am Mittelabgriff (10) des von ihm in Verbin dung mit dem Brückengleichrichter (G) und dem Festwiderstand (R3) ge bildeten, geregelten Spannungsteilers (5) sowie
- - mit seinem Ausgang am einen Versorgungsanschluß angeschlossen und
- - der Brückengleichrichter (G)
- -- mit seinen Brückeneinspeisungspunkten (13) mit dem Einspeisungspunkt (3) des Eingangsstromes (I) bzw. dem Mittelabgriff (10) des geregelten Spannungsteilers (5) sowie
- -- mit seinen Brückenabgriffspunkten (14) mit den Versorgungsanschlüssen des Operationsverstärkers (OP) verbunden ist.
- - the operational amplifier (OP),
- - With its one input on the center tap ( 8 ) of the fixed voltage divider ( 4 ),
- - With its other input on the center tap ( 10 ) of it in connection with the bridge rectifier (G) and the fixed resistor (R 3 ) ge formed, regulated voltage divider ( 5 ) and
- - With its output connected to a supply connection and
- - the bridge rectifier (G)
- - With its bridge feed points ( 13 ) with the feed point ( 3 ) of the input current (I) or the center tap ( 10 ) of the regulated voltage divider ( 5 ) and
- - With its bridge tapping points ( 14 ) is connected to the supply connections of the operational amplifier (OP).
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE9007449U DE9007449U1 (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Current/voltage converter without auxiliary power supply |
DE19904001092 DE4001092C1 (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Current-voltage converter without auxiliary power supply - has bridge circuit with two parallel branches, one with fixed voltage divider, other with variable |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19904001092 DE4001092C1 (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Current-voltage converter without auxiliary power supply - has bridge circuit with two parallel branches, one with fixed voltage divider, other with variable |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4001092C1 true DE4001092C1 (en) | 1991-04-18 |
Family
ID=6398175
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904001092 Expired - Fee Related DE4001092C1 (en) | 1990-01-17 | 1990-01-17 | Current-voltage converter without auxiliary power supply - has bridge circuit with two parallel branches, one with fixed voltage divider, other with variable |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4001092C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4211980C1 (en) * | 1992-04-09 | 1993-06-09 | Knick Elektronische Messgeraete Gmbh & Co, 1000 Berlin, De | Current-voltage converter for measuring appts. - has parallel electronic circuit paths acting as voltage divider and regulated voltage divider with centre tap-offs providing positive and negative output voltage nodes |
-
1990
- 1990-01-17 DE DE19904001092 patent/DE4001092C1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Druckschrift der Fa. Knick Elektronische Meß- geräte GmbH & Co." DC-Transformatoren ohne Hilfsenergie", Bestell-Nr. 4142 888 5000, August 1988 * |
SCHENK, Ch.: Ein neues Schaltungs-Konzept für eine bipolare, spannungsgesteuerte Präzisions- Stromquelle. In: NTZ, 1974, H.3, S.102-104 * |
SCHWINDKE, P.: Ein einfacher Strom-Spannungs- Umformer. In: Elektronik, 1970, H.12, S.410 * |
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DE4211980C1 (en) * | 1992-04-09 | 1993-06-09 | Knick Elektronische Messgeraete Gmbh & Co, 1000 Berlin, De | Current-voltage converter for measuring appts. - has parallel electronic circuit paths acting as voltage divider and regulated voltage divider with centre tap-offs providing positive and negative output voltage nodes |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |