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Integrierkreis mit einem Gleichstromverstärker und einem zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Kondensator Das Hauptpatent beschreibt einen Integrierkreis mit einem Gleichstromverstärker, einem zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers angeschlossenen Kondensator und, wenn nötig, einem Schalter im Eingangsanschluss.
Der Integrierkreis nach dem Hauptpatent ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Hilfskondensator vorhanden ist, welcher so angeordnet ist, dass er abwechselnd zwischen den Eingang und Ausgang des Verstärkers und als ein Glied eines Kreises anschliessbar ist, der dazu bestimmt ist, die Ladung des Hilfskondensators zu ändern.
Mittels des Integrierkreises gemäss dem erwähnten Hauptpatent ist es leicht, eine Veränderung des Mess- bereiches um einen gewissen Faktor grösser oder kleiner als 1 zu erhalten. Wenn es erwünscht ist, dass der Mess- bereichsänderungsfaktor die Werte 10 oder 0,1 haben soll, welche für praktische Zwecke geeignet sind, ist es jedoch notwendig, einen verhältnismässig grossen Unterschied zwischen der Kapazität des Hauptkondensators und derjenigen des Hilfskondensators zu benützen, z.
B. 1:99. In diesem Fall muss der Hauptkondensator eine verhältnismässig kleine Kapazität haben, welche eine verhältnismässig grosse Abweichung des Verstärkers bewirkt. Alternativ kann dem Hilfskondensator eine ver- hältnismässig grosse Kapazität gegeben werden. Dies bewirkt jedoch, dass die Messbereicherweiterungszeit verlängert wird.
Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine Ausführung des im Hauptpatent beschriebenen Integrierkreises, welche es ermöglicht, das Verhältnis zwischen der Kapazität des Hauptkondensators und der Kapazität des Hilfs- kondensators verhältnismässig klein zu machen, z. B. 1:9, bei einer Messbereichänderung mit einem Faktor von 10 oder 0,1.
Dieser Zweck wird erreicht, wenn ein Integrierkreis der beschriebenen Art benutzt wird, bei welchem erfin- dungsgemäss der genannte Kreis dazu dient, die eine Seite des Hilfskondensators entweder mit dem Eingang des Verstärkers oder mit Erde und die andere Seite des Hilfskondensators entweder mit dem Ausgang des Verstärkers oder mit Erde zu verbinden.
Gemäss einer passenden Ausführungsform der Erfindung kann der Hilfskondensatorkreis einen oder mehrere Widerstände aufweisen. Diese Widerstände vermindern den Strom im Hilfskreis, so dass eine Überlastung des Verstärkers vermieden ist und es auch vermieden ist, dass der Verstärker infolge einer zu grossen kapazitiven Aufladung unstabil wird.
Nachfolgend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Die Fig. 1-4 zeigen den Integrierkreis mit der Anschlussvorrichtung in vier verschiedenen Positionen.
Auf der Zeichnung ist Cl ein Hauptkondensator, welcher in einen Verstärker 1 eingebaut ist, der einen Eingang 2 und Ausgang 3 hat. C2 ist ein Hilfskondensator in einem Hilfskreis, welcher mittels der Anschlussvorrichtungen 4 und 5 in vier verschiedene Positionen geschaltet werden kann, das heisst a) zwischen den Eingang 2 und den Ausgang 3 des Verstärkers 1 (Fig. 1), b) zwischen den Eingang 2 des Verstärkers 1 und Erde (Fig. 2), c) zwischen Erde und Erde (Fig. 3), d) zwischen Erde und den Ausgang des Verstärkers (Fig. 4).
Die in Fig. 1 gezeigte Position ist die, in welcher der Integrierkreis normal arbeitet, wobei die Ladung auf die zwei Kondensatoren verteilt wird.
Bei einer Messbereicherhöhung treten die folgenden Vorgänge auf: 1. Primär wird der Anschluss 5 von der in Fig. 1 gezeigten Position in die in Fig. 2 gezeigte Position geändert. Da die Spannung am Eingang des Verstärkers 1 dank der sehr grossen Verstärkung des Verstärkers in bezug auf die Ausgangsspannung U des Verstärkers sehr nahe Null ist, wird der Kondensator C2 bei der in Fig. 1 gezeigten Position die Ladung Q2 = UCZ und der Kondensator Cl die Ladung Q1 = UCi haben.
Beim Wechsel
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in die in Fig. 2 gezeigte Position wird die Messbereich- erweiterung erhalten, da der Kondensator C2 entladen wird, so dass der Kondensator C1 die ganze Ladung aufnimmt, welche Q3 = Q1 + Q2 sein wird. Der Verstärker wird folglich Strom entziehen und die Ausgangsspannung U wird um einen Faktor a in aU erhöht.
Der Faktor a kann durch die Gleichung für die Ladung des Kon- densators C1 in der in Fig. 2 gezeigten Position bestimmt werden: Q3 Q1 + Q2 aUCi = Ui + UC2
EMI2.19
Bei einem Verhältnis C2:C1 = 9+1 wird die Erhöhung der Ausgangsspannung a = 10.
2. Dann wird der Anschluss 4 aus der in Fig. 2 gezeigten Position in die in Fig. 3 gezeigte Position gewechselt. Hierbei wird C.; vom Eingang 2 abgetrennt und an Erde angeschlossen.
3. Der Anschluss 5 wird aus der in Fig. 3 gezeigten Position in die in Fig.4 gezeigte Position gewechselt. Hierbei wird der Kondensator nach der neuen Ausgangsspannung aufgeladen. Wenn a = 10 ist, wird die Ladung l0:UC2 sein.
4. Der Anschluss 4 wird wieder in die in Fig. 1 gezeigte Ruheposition gewechselt. Hierbei bleibt die Ausgangsspannung unverändert, da die Ladung Q, nun nur zwischen den zwei Kondensatoren C1 und C2 verteilt wird. Der Integrierkreis ist nun für einen neuen Mess- bereicherweiterungsvorgang bereit, durch den die neu erhaltene Ausgangsspannung wieder um den Faktor a erhöht werden kann.
Bei einer Messbereicherniedrigung treten die folgenden Vorgänge auf: 1. Primär wird der Anschluss 4 aus der in Fig. 1 gezeigten Position in die in Fig. 4 gezeigte Position gewechselt. Der Kondensator C2 hält während dieses Vorganges seine Ladung aufrecht.
2. Der Anschluss 5 wird dann aus der in Fig. 4 gezeigten Position in die in Fig. 3 gezeigte Position gewechselt. Hierbei wird der Kondensator C., entladen.
3. Die Anschlüsse 4 und 5 werden aus der in Fig. 3 gezeigten Position über die in Fig. 2 gezeigte Position in die in Fig. 1 gezeigte Position gewechselt. Hierbei wird die Ladung von C1, welche Q1 = UCi ist, zwischen die Kondensatoren C1 und C2 verteilt, wodurch die ursprüngliche Ausgangsspannung in aU geändert wird.
Die folgende Gleichung gilt: aU (C1 + C2) = UCi
EMI2.53
Ein Verhältnis C2:C1 = 9:1 ergibt a = 0,1, was heisst, dass die Ausgangsspannung auf ein Zehntel ihres ursprünglichen Wertes vermindert ist.
Die Messbereicherweiterung kann auf Wunsch wiederholt werden, wobei die Ausgangsspannung jedes Mal auf ein Zehntel des Wertes vor dem Messbereicherwei- terungsvorgang herabgesetzt wird.
Um zu gewährleisten, dass kein Strom vom äusseren Kreis zum Eingang 2 fliesst und die Ladungsbedingungen der Kondensatoren während der Messbereicherwei- terung beeinflusst, kann ein auf der Zeichnung nicht gezeigter Schalter benutzt werden, um den Eingang vom äusseren Kreis abzutrennen.
Der in Fig. 1-4 gezeigte Kreis weist Widerstände von passenden Abmessungen auf, welche so angeordnet werden können, wie es auf der Zeichnung gezeigt ist, oder an irgendeiner anderen Stelle im Hilfskreis oder zwischen dem Hilfskondensator und Erde. In dem dargestellten Fall dient R2 zur Begrenzung des Ausgangsstroms während Messbereicherhöhung und R1 dient als Zusatz zu R2, um den Verstärker unter kapazitiver Belastung stabil zu machen und zu vermeiden, dass der Verstärker überlastet wird.
Bei einer Messbereicherniedrigung dient R2 zur Verzögerung des Erniedrigungsvorganges, so dass der Verstärker dem Vorgang leichter folgen kann, und ein Spannungsimpuls am Ausgang des Verstärkers und irgendeine Überlastung vermieden ist.
Als praktische Werte für die gezeigten Kondensatoren und Widerstände können z. B. R1 = 0,1 Megohm, R2 = 1 Kiloohm, C1 = 0,1 Mikrofarad und C2 = 0,9 Mikrofarad erwähnt werden.
Bei einer Messbereicherniedrigung ist es auch möglich, die Anschlüsse 4 und 5 zu benutzen, die so miteinander gekuppelt werden, dass sie mittels einer gemeinsamen Betätigungsvorrichtung zwischen der in Fig. 1 gezeigten Position und der in Fig. 3 gezeigten Position gewechselt werden können. In diesem Fall ist es möglich, den in den Figuren gezeigten Widerstand R1 wegzulassen und eine sehr schnelle Messbereicherniedrigung zu er. halten.
In übereinstimmung damit ist es möglich, bei der Messbereicherhöhung die Anschlüsse 4 und 5 zu betätigen, die so miteinander gekuppelt sind, dass sie mittels einer einzelnen gemeinsamen Betätigungsvorrichtung zwischen der in Fig.4 gezeigten Position und der in Fig. 2 gezeigten Position gewechselt werden können, in welcher die Messbereicherhöhung stattfindet.
Es sei bemerkt, dass das, was bei der Erreichung eines bestimmten Messbereicherweiterungsfaktors wesentlich ist, nicht die Kapazitäten der Kondensatoren, sondern deren Ladungen sind. Es ist daher möglich, z. B. wenn ein Messbereicherweiterungsfaktor von 10 oder 0,1 gewünscht wird, einen Hilfskondensator C2 einer anderen Grösse als die zu benutzen, welche C2:C1 = 9:1 entspricht. In diesem Fall wird es jedoch notwendig, zwischen dem Ausgang 3 und dem Hilfskondensator C. eine Spannungsherabsetzungs- oder Spannungserhö- hungsvorrichtung anzuschliessen, z. B. einen Spannungs- teiler bzw. einen Verstärker.
Es sei angenommen, dass C2:C1 = 10:1. In diesem Fall ist C2 an einer Stelle, die eine Spannung von 0,9 mal der Ausgangsspannung hat, an einen Spannungsteiler angeschlossen, der nach dem Ausgang 3 in dem Hilfskreis angeordnet ist. Hierbei wird ein Messbereicherweiterungsfaktor von 10 oder 0,1 erhalten und es wird gleichzeitig erreicht, dass gebräuchlicher benutzte Normalkondensatoren, wie z. B. C1=0.1 Mikrofarad und C2 = 1 Mikrofarad, benutzt werden können.
Die in dem Stromkreis benutzten Anschlüsse können handbetätigte Relais oder Relais sein, die in an sich bekannter Weise selbsttätig arbeiten.