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Patent Searching and Data


Title:
CAPACITIES MEASURING TRANSDUCER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1981/000620
Kind Code:
A1
Abstract:
These capacities measuring transducer, particularly for capacities of low value, comprises two parallel bridge branches connected to an oscillator and comprising each at least a capacitor; additionally, it comprises a differential amplifier of which the input is connected to the bridge branches and of which the output is connected retroactively with one of the bridge branches. For the balancing of such a measurement transducer of which the reaction circuit comprises only passive elements in one bridge branch, a circuit element (D1, D2) is series connected with each of the bridge branches, and to the second bridge branch is applied a fixed potential (e1) for a potential determined by the differential amplifier (OA1) and therein inversely with respect to the output of the differential amplifier. Thereby the stability and the linearity between the capacity and the output voltage are considerably improved.

Inventors:
PRESCHERN H (AT)
FREDERICKS G (US)
Application Number:
PCT/AT1980/000027
Publication Date:
March 05, 1981
Filing Date:
August 18, 1980
Export Citation:
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Assignee:
LIST H (AT)
PRESCHERN H (AT)
FREDERICKS G (AT)
International Classes:
G01D5/24; G01R27/26; (IPC1-7): G01R27/26; G01D5/24
Foreign References:
DE2443886A11976-03-25
FR2373038A11978-06-30
US3519923A1970-07-07
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Claims:
Patentansprüche
1. Kapazitiver Meßwandler, insbesondere für kleine Kapa¬ zitätswerte, mit zwei parallelen mit einem Oszillator verbundenen Brückenzweigεn,von denen jeder mindestens einen Kondensator aufweist, wobei ein Differenzverstä ker vorgesehen ist, welcher eingangsseitig mit den ge gebenenfalls je einen Verstärker aufweisenden Brücken¬ zweigen verbunden und dessen Ausgang auf einen der Brückenzweige rückgekoppelt ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß jedem der Brücken zweige ein Schaltelement (D . , D?) vorgeschaltet ist, wobei die einen Anschlüsse der Schal elemente D, , Dp) miteinander verbunden und an dem eine Rechteck¬ spannung liefernden Oszillator angeschlossen sind und deren andere Anschlüsse neben den jeweils zugeord neten Brückenzweigen {C ή , C,; C2, C,; C^ , ,^ , C, ; C^p, *x ? ι 0 * ) mit mindestens je einem passiven Bau¬ teil (Rg, 7 mit einem Potential (e^, βp) verbunden sind, und ein lediglich passive Bauteile aufweisender Rückkopplungskreis (P. , R7) mit einem Kondensator(C2; Czpj C.) eines Brückenzweiges verbunden ist, wogegen der entsprechende Kondensator (C . ; z ,' C ) des zwei¬ ten Brückenzweiges über einen passiven Bauteil (Rg) mit einem festen Potential oder einem vom Differenz¬ verstärker (.0A.) bestimmten weiteren Potential verbun den ist, welches sich invers zum Potential des Aus¬ ganges des Differenzverstärkers ändertund z.B. von einem Differenzausgang desselben abgenommen ist.
2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente durch Dioden D , Dp) gebildet sind und der vom Oszillator gelieferte Impulszug zwi¬ schen festen Werten schwankt, die über und unter dem um die DurchlaßSpannung der Dioden (D.., D?) verscho¬ benen Potentialen der Verbindungspunkte der Dioden mi den Brückenzweigen liegen.
3. Meßwandler nach_Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß an den Verbindungspunkten der die Brückenzweige bildenden Bauteile, vorzugsweise je zwei Kondensatoren {C . , C,, C?, C , die Steuereingänge zwei er vorzugsweise durch Transistoren (Q, Q*. ) gebildeten Verstärker angeschlossen sind, welche mit ihren Ausgän¬ gen mit dem Diffe enzverstärker (0A. verbunden sind.
4. Meßwandler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Steue eingängen der vorzugsweise durch Transistoren [Q. , Qp) gebildeten Verstärker verbundenen Verbindungspunkte der einzelnen Brückenzweige über Dioden (D,, D * ) und gegebenenfalls zu diesen parallel geschalteten Widerständen ( p, R mit einem festen Potential (,+V) verbunden sind.
5. Meßwandler nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der mit ihren Basen mit dem Verbindungspunkt des jeweils zugeordneten Brückenzweiges verbundenen Transistoren CQ1. Q?) über je einen Widerstand [R . , R, n ) mit einem an einem fe sten Potential (,+V) angeschlossenen weiteren Widerstand (.R,) verbunden sind.
6. Meßwandler nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in jedem Brückenzweig ein Verstärker angeordnet ist und der Differentialverstärker eingangseitig mit den Haupt Stromkreisen dieser Verstärker verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitter der als Verstärker vor¬ gesehenen Transistoren (Q , Q2) mit Widerständen R.,. , R12) verbunden sind, die vorzugsweise mit Kondensato¬ ren C , C * ) und mit diesen verbundenen Entladewider ständen (.Re g1 ) i Reihe geschaltet sind und die Emitter und die Basen dieser Transistoren [Q*. , Qp) über Widerstände (Rci > R *, ; ?? m^ e^nem festen Potential (V) verbunden sind, wobei die Basen der Tran¬ sistoren (Q^ , Q2) mit den mit den Schaltele enten {T, . , D <z) verbundenen Kondensatoren , C, rr>c) der Brück^enττ zweige verbunden sind.
7. Meßwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Elektroden der im HauptStromkreis der Transistoren (Q. , Qp) liegenden Kondensatoren { z G . ) und die Entladewiderstände (Rj., , Rg, ) je¬ weils an einem gemeinsamen festen Potential liegen, wobei" das mit den Widerständen ( en» ^61^ verbundene Potential negativer ist als die Eingänge des Diffe¬ renzverstärkers (OA.),.
8. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Lifferenzverstär kers (0A. ) mit je einem Kondensator {C* , Cg) verbun¬ den sind, wobei die beiden anderen Elektroden dieser Kondensatoren {C* , Cg) gemeinsam an einem festen Po tential liegen.
9. Meßwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Differenzverstär kers (0A1 ) mit je einem Kondensator (Ci, Cg) verbun¬ den sind, wobei die beiden anderen Elektroden dieser Kondensatoren (Cj? Cg) gemeinsam mit einem an einem festen Potential liegenden Potentialteiler ( ißi •^10' angeschlossen sind, dessen Mittelanschluß über eine Diode (.Dj) mit dem Oszillator verbunden ist.
10. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Differenzverstärkers (OA^ ) direkt und über einen Inverter (I1 ) auf die beiden Brücken¬ zweige rückgekoppelt ist.
Description:
Kapazitiver Meßwandler

Die Erfindung " bezieht sich auf einen kapazitiven Meßwand¬ ler, insbesondere für kleine Kapazitätswerte, mit zwei parallelen mit einem Oszillator verbundenen Brückenzwei¬ gen, von denen jeder mindestens einen Kondensator aufweist, wobei ein Differenzverstärker vorgesehen ist, welcher ein- gangsseitig mit den gegebenenfalls je einen Verstärker auf¬ weisenden 3rückenzweigen verbunden und dessen Ausgang auf einen der Brüc enzweige rückgekoppelt ist.

Ein derartiger Wandler ist z . B. durch die DE-OS 2 641 753 bekannt geworden. Bei diesem bekannten Meßwandler sind die beiden Brückenzweige, die je einen Verstärker aufweisen, in deren Steuerkreis je ein Kondensator bzw. eine Parallel¬ schaltung von Kondensatoren und in deren Hauptstromkreisen je eine Widerstandskombination vorhanden ist, mit ihren Endpunkten miteinander verbunden und an einen Oszillator angeschlossen. Die Auswertung von Kapazitätsänderungen eines oder zweier der in verschiedenen Brückenzweigen ange¬ ordneten Kondensatoren erfolgt im bekannten Falle über die als Ladungsverstärker wirkenden Verstärker, - die z. B. als Gleichstrom-Operationsverstärker mit einer kapazitiven

Rückkopplung, welche eine AusgangsSpannung erzeugen können, die unmittelbar der La ungsände ung an den Eingangsan¬ schlüssen proportional ist, ausgebildet sein können -, und den deren Ausgangssignale auswertenden Differenzverstär- ker, welchem Filter und ein Phasendemodulator nachgeschal¬ tet sind, dessen zweiter Eingang mit dem Oszillator ver¬ bunden ist, sowie einem dem Phasendemodulator nachge¬ schalteten Differenzverstärker und einem Bandfilter. Die

O PI

AusgangsSpannung des Bandfilters ist dabei über einen Ana log-Multiplizierer auf einen Brückenzweig rückgekoppelt, der diesem vorgeschaltet ist.

Der Nachteil dieses bekannten Wandlers liegt darin, daß die einzelnen Teile der Schaltung sehr aufwendig sind und sich daher ein sehr hoher Aufwand ergibt, wozu auch we¬ sentlich der Analog-Multiplizierer beiträgt. Ein weiterer Nachteil bei diesem Wandler,der nach der Trägerfrequenz- Methode arbeitet, ergibt sich auch dadurch, daß ein Sinus generator erforderlich ist, falls etwas höhere Ansprüche gestellt werden und daraus ebenfalls ein erheblicher Auf¬ wand resultiert.

Ziel der Erfindung ist es, einen Wandler der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der sich durch einen ein- fachen Aufbau auszeichnet und trotzdem ein hohes Maß an Stabilität aufweist.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß jedem der Brückenzweige ein Schaltelement vorgeschaltet ist, wobei die einen Anschlüsse der Schaltelemente miteinander ver- bunden und an dem eine Rechteckspannung liefernden Oszil¬ lator angeschlossen sind und deren andere Anschlüsse ne¬ ben den jeweils zugeordneten Brückenzweigen mit mindesten je einem passiven Bauteil mit einem Potential verbunden sind, und ein lediglich passive Bauteile aufweisender Rückkopplu gskreis mit einem Kondensator eines Brücken¬ zweiges verbunden ist, wogegen der entsprechende Konden¬ sator des zweiten Brückenzweiges über einen passiven Bau¬ teil mit einem festen Potential oder einem vom Differenz¬ verstärker bestimmten weiteren Potential verbunden ist, welches sich invers zum Potential des Ausganges des

Differenzverstärkers ändert und z.B. von einem Differenz¬ ausgang desselben abgenommen ist.

Durch den vom Oszillator gelieferten Impulszug wird über die Schaltelemente das an den Brückenzweigen anstehende

Potential entsprechend dem Impulszug geändert, wobei es in weiterer Folge zu Potentialänderungen auf den Elek¬ troden der Kondensatoren kommt und sich entsprechend den Kapazitätswerten der Kondensatoren Umladungsströme in den Brückenzweigen ausbilden. Unterschiede in den Strömen der Brückenzweige oder Spannungsunterschiede an bestimmten Punkten der beiden Brückenzweige werden durch den Diffe¬ renzverstärker verstärkt und über den Rückkoppelkreis auf einen Brückenzweig rückgekoppelt und damit das Aus- maß der Potentialsprünge aufgrund des vom Oszillator kommenden Impulszuges in einem Brückenzweig beeinflußt werden $ , wogegen der zweite Brückenzweig während der Sperrzeit der Schaltelemente von einem festen Potential oder dem Differenzausgang des Differenzverstärkers beein- flußt ist.

Dadurch ist es möglich, mit einem sehr einfachen Aufbau das Auslangen zu finden, wobei durch eine entsprechend starke Rückkopplung eine sehr hohe Stabilität und Linea¬ rität erreicht wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schaltelemente durch Dioden gebildet sind und der vom Oszillator gelieferte Impulszug zwischen festen Werten schwankt, die über und unter dem um die DurchlaßSpannung der Dioden verschobenen Potentialen der Verbindungspunkte der Dioden mit den Brückenzweigen liegen, wodurch sich ein besonders einfacher Aufbau ergibt.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, statt der Dioden auch Transis oren oder gesteuerte Gleichrichter an den einen Endpunkten der Brückenzweige vorzusehen und an eine als Hilfsspannung dienende Gleichspannungsquelle anzu¬ schließen, wobei dann diese Bauelemente von einer weiteren einen aus Rechteckimpulsen bestehenden Impulszug liefern¬ den Hilfsspannungsquelle angesteuert werden. Damit wird ebenfalls ein alternierendes Ändern der Ladungen der Kon- densatoren der Brücke erzielt, wobei sich Änderungen in der Kapazität eines Kondensators ebenfalls, wie

beschrieben, in einer Änderung des Verhältnisses der durch die beiden Brückenzweige fließenden Ströme auswirkt was über die -Verstärker und den Differenzverstärker zu einer Änderung von dessen Ausgangsspannung führt.

Da die Brücke bzw. die Verstärker praktisch im Rhythmus de Durchschaltung der die beiden Brückenzweige mit der Hilfs spannungs uelle verbindenden Schaltelemente aus- und ein¬ geschaltet werden, ergeben sich an den Ausgängen der Ver¬ stärker bzw. an den Eingängen des Dif erenzverstärkers hohe Gleichtaktsprünge. Um dies zu vermeiden, ist vor¬ teilhafterweise vorgesehen, daß die Eingänge des Differen verstärkers mit je einem Kondensator verbunden sind, wobe die beiden anderen Elektroden dieser Kondensatoren gemein sam an einem festen Potential liegen, wodurch die Gleich- taktsprünge sehr stark gedämpft bzw. geglättet werden und daher mit einem einfacher aufgebauten Differenzverstärker das Auslangen gefunden wird.

Eine besonders weitgehende Unterdrückung der Gleichtakt¬ sprünge ergibt sich, wenn die Eingänge des Differenzver- stärkers mit je einem Kondensator verbunden sind, wobei die beiden anderen Elektroden dieser Kondensatoren gemein sam mit einem an einem festen Potential liegenden Poten¬ tialteiler angeschlossen sind, dessen Mittelanschluß über eine Diode mit dem Oszillator verbunden ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich,bereits mit sehr kleinen Konden- • satoren eine sehr hohe Dämpfung der Gleichtaktsprünge zu erreichen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist v gesehen, daß an den Verbindungspunkten der die Brückenzwe ge bildenden Bauteile, vorzugsweise je zwei Kondensatoren die Steuereingänge zweier vorzugsweise durch Transistoren gebildeten Verstärker angeschlossen sind, welche mit ihre Ausgängen mit dem Differenzverstärker verbunden sind. Da¬ durch ist es möglich, kleine Kondensatoren zu verwenden. Damit ergibt sich die Möglichkeit,eine vo Oszillator ge-

lieferte Hil sspannung mit hoher Frequenz zu verwenden, wodurch auch sehr rasch erfolgende Kapazitätsänderungen erfaßbar werden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, _ daß die mit den Steuereingängen der vorzugsweise durch Transistoren gebildeten Verstärker verbundenen Verbin¬ dungspunkte der einzelnen Brückenzweige über Dioden und gegebenenfalls zu diesen parallel geschalteten Wider¬ ständen mit einem festen Potential verbunden sind. Auf diese Weise wird eine Begrenzung der Invers-Emitter-

BasisSpannungen der Transistoren erreicht, wobei durch eine Parallelschaltung von Widerständen zu diesen Be¬ grenzungsdioden, deren allfällige Unterschiede in deren Charakteristik praktisch ohne Einfluß auf die Messung bleiben.

Zur Erhöhung der Linearität zwischen dem Ausgangssignal des Wandlers bzw. des Differenzverstärkers und der Ka¬ pazität ist es vorteilhaft, wenn die Emitter der mit ihren Basen mit dem Verbindungspunkt des jeweils zuge- ordneten Brückenzweiges verbundenen Transistoren über je einen Widerstand mit einem an einem festen Potential angeschlossenen weiteren Widerstand verbunden sind.

Bei einem Meßwandler,bei dem in jedem Brückenzweig ein Verstärker angeordnet ist und der Differentialverstär- ker eingangseitig mit den HauptStromkreisen dieser Ver¬ stärker verbunden ist, ist nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die Emitter der als Ver¬ stärker vorgesehenen Transistoren mit Widerständen ver¬ bunden sind, die vorzugsweise mit Kondensatoren und mit diesen verbundenen Entladewiderständen in Reihe geschal¬ tet sind und die Emitter und die Basen dieser Transisto¬ ren über Widerstände mit einem festen Potential verbun¬ den sind, wobei die Basen .der Transistoren mit den mit den Schaltelementen verbundenen Kondensatoren der Brückenzweige verbunden sind. Bei solchen Wandlern ist es möglich, sehr kleine Kapazitäten im Basiskreis der U REAy

_OMPI_

Transistoren in Verbindung mit niederohmigen Entlade¬ widerständen vorzusehen, sodaß sich kleine Zeitkonstan¬ ten ergeben und an die Schaltelemente eine Rechteck¬ impulsfolge mit hoher Frequenz angelegt werden kann. Dadurch ist es möglich, auch sehr kurzzeitige Kapazi¬ tätsänderungen festzustellen, insbesondere wenn einer oder zwei variable Kondensatoren im HauptStromkreis der Transistoren liegen.

Bei einem derartigen Wandler ist es weiters vorteilhaft, wenn die zweiten Elektroden der im HauptStromkreis der Transistoren liegenden Kondensatoren und die Entlade¬ widerstände jeweils an einem gemeinsamen festen Poten¬ tial liegen, wobei das mit den Widerständen verbundene Potential negativer ist als die Eingänge des Differenz- Verstärkers. Durch die letztere Maßnahme wird erreicht, daß das Niveau der GleichtaktSpannung an den Eingängen des Differenzverstärkers genügend weit von den Poten¬ tialen seiner VersorgungsSpannung entfernt bleibt. Ein besonders hohes Maß an Linearität zwischen der Ausgangs- Spannung und der zu messenden Kapazität ergibt sich, wenn der Ausgang des Differenzverstärkers direkt und über einen Inverter auf die beiden Brückenzweige rück¬ gekoppelt ist. Gleiches läßt sich auch durch Rückkopp¬ lung eines Differenzausganges des Differenzverstärkers den zweiten Brückenzweig über passive Bauteile erreiche

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläu¬ tert. Dabei zeigen

Figur 1 eine Aus ührungsform mit Spannungsabgriff an den Brückenzweigen und

Figur 2 eine Ausführungsfor mit in den Brückenzweigen eingeschalteten Verstärkern.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 werden die Brücken¬ zweige durch die Kondensatoren C * . , C*~ bzw. C ? , C, gebil¬ det, wobei die einen Elektroden der Kondensatoren

C-r , C * gemeinsam auf einem festen Potential, z.B. Erde, liegen. Die beiden anderen Enden der beiden Brückenzwei¬ ge sind über den Widerstand Rg an ein Potential e.. bzw. den Widerstand R„ an ein Potential e 2 gelegt, wobei das Potential e 2 zwecks Rückkopplung über das Potentiometer P.. von der AusgangsSpannung des Meßwandlers abgenommen ist. Weiters sind diese Ende ' der Brückenzweige über die Dioden D . und D mit einer nicht dargestellten Hilfs- spannungsquelle verbunden, welche einen aus Rechteck- i pulsen bestehenden Impulszug liefert.

Die Verbindungspunkte der beiden je einen Brückenzweig bildenden Kondensatoren C,, C bzw. 0 C, sind mit den Basen der beiden vorzugsweise in einem integrierten Pärchen zusammengefaßten Transistoren Q«. , Q ? verbunden, welche als Verstärker dienen. Weiters sind diese Ver¬ bindungspunkte über Dioden D,, D, und zu diesen parallel geschalteten Widerständen „, Ε.*~ an ein festes Potential V-f gelegt. An diesem Potential liegt auch der Widerstand .J ( an dem die Emitter der beiden Transistoren Q. , Q ? über je einen weiteren Emitterwiderstand R ', R. " ange¬ schlossen sind. Weiters liegt der gemeinsame Verbindungs¬ punkt zweier zur Gleichtaktsprung-Begrenzung des Diffe¬ renzverstärkers 0A 1 dienenden Kondensatoren Cr, Cg, an diesem Potential, welche Kondensatoren mit den Kollek- toren der Transistoren Q-, , 0 ? bzw. den Eingängen des

Differenzverstärkers 0A 1 verbunden sind. Weiters sind die Kollektoren der Transistoren Q. , Q 2 bzw. die Eingänge des Differenzverstärkers OA.. mit Widerständen R,, B.*- verbun¬ den, die gemeinsam an einem festen Potential V- liegen.

Diese Schaltung hat zwei Betriebszustände: Der erste Zu¬ stand, der im folgenden immer als Grundstellung bezeichnet wird, kommt vor, wenn der Impulseingang hoch ist ("hoch" bedeutet eine Spannung positiver als entweder das Poten¬ tial e. oder das Potential e„J. Nach ' einiger Zeit in die- se Zustand fließt praktisch kein Strom in die Kapazi¬ tätsbrücke. Die Dioden D 1 und D ? befinden sich im Sperr-

-^UR£Λ

zustand. Die eine Elektrode von C. liegt auf dem Potenti¬ al e., die eine Elektrode von C 2 liegt auf Potential e 2 . Das Potential e 2 wird bestimmt durch die Ausgangs¬ spannung und die Einstellung des Potentiometers P 1 . Die Brückenmittelpunkte und daher auch die Basen der zwei Transistoren Q. , Q 2 liegen auf dem Potential eines der Pole V+ ' einer Gleichspannungsquelle und zwar durch die

Aufladung der Kondensatoren C, und C, , die an Masse lie- zr> 4 gen, über die Widerstände 2 und R,. Da auch die Emitter der Transistoren Q, , Q 2 über die Widerstände R, ' , ΕL, " und R. mit dem gleichen Pol V+ verbunden sind, sperren die Transistoren Q 1 , Q 2 , un -die Kondensatoren 0-- , Cg werden aufgeladen. Diese Kondensatoren Cr, Cg sind mit¬ einander verbunden und an einem durch die Widerstände -^I Q . R o' ge ' bilde^si 1 Spannungsteiler angeschlossen, der sn einem festen Potential liegt und dessen Mittelab¬ griff über eine Diode B-. mit dem Impulseingang E bzw. dem Oszillator verbunden ist. Der zweite Zustand der Schaltung, der im folgenden aktive Stellung genannt wird, kommt vor, wenn der Impulseingang auf L0W steht. "L0W" heißt, eine Spannung wesentlich negativer als das Potential e.. oder e«. Die Dioden D. und ? werden daher leitend. Die einen Elektroden ΎOJI C * . und C 2 fallen auf eine Spannung e^ ab, wobei e^ ein Potential ist, das um eine DiodendurchlaßSpannung höher liegt als das am Im¬ pulseingang anstehende Potential. Wegen der steilen negativen Flanke der Eingangsimpulse fließt kurzzeitig ein relativ großer Strom durch die Kapazitätsbrücke C 1 , C,, C p , C, und die Basen der zwei Transistoren Q , Q ? . Diese Basisströme bewirken verstärkte Kollektorströme, die über die Widerstände R, , ^ entsprechende Spannungs¬ abfälle hervorrufen, wobei die dadurch an den Kollekto¬ ren der Transistoren Q * . , Q anstehenden Potentiale den Eingängen des Differenzverstärkers 0A 1 zugeführt werden. Der sich im Augenblick des Durchschaltens ergebende

GleichtaktSprung an den Eingängen des Differenzverstär¬ kers 0 1 wird durch die Kondensatoren C,-, Cg bzw. die Widerstände R 10> R-, und die Diode D,- gedämpft. Dab wird der sich im Augenblick des Durchschaltens der

sistoren Q. , Q 2 an den miteinander verbundenen Elektroden der Kondensatoren 0*- , Cg sich ergebende positive Spannungs¬ sprung zu einem Durchschalten der Diode Dj- zu dem Impuls¬ eingang E führt,an dem zu diesem Zeitpunkt ein LOW-Signal ansteht. Es wird vorerst angenommen, daß C. gleich C ? , C, gleich 0 . und e 2 gleich e. ist. In diesem Falle sind die Ladungsübertragungen auf beiden Seiten der Brücke gleich und die beiden Transistoren Q 1 , Q 2 bedingen gleich große Potentialänderungen an den Eingängen des Differenzver- stärkers, sobald sie aufgrund eines am Impulseingang an¬ stehenden "L0W"-Signales leitend geworden sind.

Wenn C, nicht gleich C . ist und e ? gleich e.. ist,oder wenn C*- gleich C^ ist und e 2 nicht gleich e 1 ist, dann sind die . Ladungsänderungen ungleich und die an den Kollektoren der Transistoren Q.., Q ? bzw. den Widerständen R, , R c - abge¬ nommenen Potentiale werden ungleich, wodurch sich die Aus¬ gangsspannung des Verstärkers OA. ändert. Die Schaltung verbleibt nur eine relativ kurze Zeit in diesem aktiven Zustand und die positive Flanke des Eingangsimpulses bringt die Schaltung wieder in den Grundzustand. Die Dio¬ den Dr~ und D^ begrenzen die Invers-Emitter-Basisspannungen und durch die dazu parallel geschalteten Widerstände R 2 , R, wird eine Auswirkung allfälliger Ungleichheiten der Kennlinien der Dioden D~ , D. auf das Meßergebnis vermie- den.

Die Impuls-Frequenz ist zweckmäßig so hoch wie möglich ein¬ gestellt, und zwar mit Rücksicht auf die Zeit, welche die Schaltung benötigt, um sich auf ihren Grundzustand zu sta¬ bilisieren. Die Widerstände R, und R j - sind so proportio- niert, daß die Eingänge des Verstärkers 0A. innerhalb sei¬ nes Gleichtaktspannungsbereiches bleiben, und daß die Kollektoren der zwei Transistoren immer eine gegenüber den Emittern negative Spannung aufweisen. Die Werte C*- und C sind so groß, daß der Gleichtaktsprung nach jedem negativen Eingangsi puls klein bleibt ^

Die Zeichnung zeigt, daß eine Seite der beiden Konden¬ satoren C, und C, mit einem Konstantpotential, z.B. Erde, verbunden ist, d.h. C^ und C, kann einen Dif erential¬ kondensator darstellen. Dies ist bei vielen kapazitiven Gebertypen der Fall. W τ enn C, gleich C 2 ist und C, und C, einen Geber bilden, dann kann man sehr kleine Kapazitäts¬ änderungen messen, wenn der Verstärker OA. eine hohe LeerlaufVerstärkung aufweist, wobei die Schaltung durch Gegenkopplung vom Ausgang stabil gehalten wird. In die- se Zusammenhang zeigt die Erfindung bei derartigen Me߬ wandlern erstmals die Möglichkeit der Anordnung einer le¬ diglich durch Widerstände gebildeten Gegenkopplung auf.

Das Potential e * . kann ein konstantes Potential (auch Null sein oder von einer Rückkopplung vom Verstärker 0A. ge- speist werden, wenn dieser einen Differenzausgang besitzt Weiters kann das Potential e ,wie strichliert angedeutet ist, über einen mit den Widerständen H^ Q , R^ 1 beschalte¬ ten 1:1 Inverter I, vom Abgriff des Potentiometers P-, ge¬ speist sein. In letzterem Falle ergibt sich eine besonder gute Linearität zwischen der Kapazität der Kondensatoren C^, C^ und der AusgangsSpannung des Differenzverstärkers 0A.., wobei das Ausmaß der Rückkopplung leicht einstellbar ist.

An Stelle der Dioden 1 und D ? können auch Transistoren verwendet werden, die gemeinsam mit einem - vorzugsweise aus Rechteckimpulsen bestehenden - Impulszug an ihren Basen angesteuert werden, um alternierend eine Verbindung zwischen den Kondensatoren C 2 bzw. 0, und einem festen Po tential herzustellen, dessen Höhe selbstverständlich von jener der Potentiale e.. und e ? verschieden sein muß.

Eine weitere Abänderung der dargestellten Schaltung ist auch in der Weise möglich, daß ein Differenzverstärker 0A mit Differenzausgang verwendet wird und das Potential e 1 von dem zweiten der Dif erenzausgänge abgegriffen wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die beiden^l3

Brückenzweige durch den Kondensator C? » den Emitter¬ widerstand R... und den Kondensator C, bzw. den Kondensa¬ tor C, 2 , den Emitterwiderstand R * * > und den Kondensator C, gebildet. Die Transistoren Q 1 , Q ? sind dabei in die Brückenzweige als Verstärker eingeschaltet und mit ihren Kollektoren mit den Eingängen des Differenzverstärkers OA., verbunden. Die in den Hauptstromkreisen der Transisto¬ ren Q * , Q ? liegenden Kondensatoren C,, C. sind mit Entla¬ dewiderständen R c - 1 ,Rg 1 verbunden, die jedoch auf einem anderen festen Potential -V als diese selbst angeschlos¬ sen sind, wobei das mit den Widerständen R- e - Rg- j verbun¬ dene Potential negativer ist. als das an den Eingängen des Differenzverstärkers OA 1 anstehende Potential und so die Gleichtaktspannung an dessen Eingängen genügend weit von den Potentialen seiner VersorgungsSpannung entfernt bleibt. Weiters sind die Emitter und die Basen über die Widerstände -., R ?1 bzw. K -.» E. ?2 mit dem gleichen Po¬ tential V verbunden. Dabei wäre auch eine Abänderung der Schaltung möglich, nach der die Widerstände R * , , R pp mit ihrem einen Anschluß statt mit dem Potential V mit den Widerständen R-. * . und R,-. bzw. „ und Rg. verbunden und somit parallel zu den Dioden D, bzw. D-, welche die In- verε-Emitter-BasisSpannung begrenzen, geschaltet wären.

Der übrige Teil der Schaltung, insbesondere die Rück- kopplung des Ausganges des Dif erenzverstärkerε O . über das Potentiometer P, und den Widerstand R„ auf den einen Brückenzweig ist ident mit der Schaltung gemäß Fig. 1. Lediglich die zur Dämpfung des Gleichtaktsprungs an den Eingängen des Differenzverstärkers OA-. vorgesehenen Kon- densatoren C-- , Cg sind direkt an ein festes Potential an¬ geschlossen, statt über eine Diode D,- an den Impulsein¬ gang E. Im übrigen ist in Fig. 2 die Möglichkeit der Rück¬ kopplung eines Differenzausganges des Differenzverstär¬ kers 0A. auf den zweiten Brückenzweig über das Potentio- αeter P 2 strichliert angedeutet.

Das Potential des am Eingang E einlangenden

ändert sich zwischen Werten, die über- und unterhalb der um die Durchlaßspannung der Dioden D., , D 2 verschobenen an den Kondensatoren 0-, . , C, 2 Hegenden Potentialen e * . bzw. e 2 liegen.

Liegt ein negatives Potential am Eingang E an, so sperre die Dioden D.. und D 2 und die einen Elektroden der Konde satoren C,,, C, p nehmen die Potentiale e. bzw. e ? an, un es fließt dann kein Strom mehr in der Schaltung, bis eine positive Flan e des Impulszuges f den Grundzustand been- det. In diesem Falle werden die Dioden D., D 2 leitend, u der Potentialsprung überträgt sich über die Kondensatore V-3 z n 1, C- *z > -- auf deren mit den Basen der Transistoren Q1, , Q„2 und den Widerständen R ?1 bzw. ?2 verbundenen Elektroden sodaß über diese Widerstände Ströme fließen, von denen d einen über die Basen der zugeordneten Transistoren Q.. , 0 abfließen und diese durchschalten. Trotz des am Eingang anstehenden positiveren Potentials nimmt jenes der mit d Basen und den Widerständen 2 - \ " bz . R 2 verbundenen Elek troden der Kondensatoren 0- ,1 bzw. C rz>2. ab und andererseit steigt das Potential der mit dem zugeordneten Transistor Q. bzw. Q ~ über die Emitterwiderstände R, * . bzw. R 1? ver¬ bundenen Elektrode des Kondensators C, 3 bzw. C4, an, wo- durch sich die Basisvorspannung der Transistoren Q.. , Q 2 vermindert und diese sperren. Die Emitterwi erstände R. , R. J2 verhindern überdies, aß die Transistoren Q. , Q 2 in die Sättigung geraten. In jedem Falle tritt das Sperren der Transistoren Q, , Q 2 ein, wenn eine negative Flanke des Impulszuges f am Eingang E eintrifft, da dann das Po tential der einen Elektroden der Kondensatoren C,.,, C^ 2 auf das Niveau der Potentiale e 1 bzw. e ? abfällt und sic dieser Potentialsprung auf die zweiten Elektroden und da mit auf die Basen der Transistoren Q.,, Q ? überträgt. Die Dioden D^, D^ begrenzen in diesem Falle die Basis-Emitte InversSpannun en.

Bei gesperrten Transistoren Q. , Q ? entladen sich die Kon densatoren C^, C. über die Widerstände R*- * . bzw. Rg 1 und zu einem Teil auch über die Dioden " ^ bzw. D4 u α^^^RB

Y/iderstände 21 bzw. R p2» wobei auch das Potential der mit diesen Widerständen verbundenen Elektroden der Kon¬ densatoren C * .,, C, 2 ,.nach deren durch die negative Flanke des Impulszuges bedingten negativen Potentialänderung wieder angehoben wird, sodaß die Schaltung rasch in ihren Grundzustand übergeht, in dem praktisch kein Strom fließt.

Unterschiede in den über die Emitter-Kollektorstrecken der Transistoren Q.,, Q_ fließenden Ströme werden von dem mit diesen Strecken verbundenen Differenzverstärker OA. ' ver- stärkt. Ändert sich nun die Kapazität eines der Kondensa¬ toren C- , C . oder - falls dies die Teilkondensatoren

-* > 4 eines Differentialkondensators sind - beider Kondensato¬ ren, so hat dies eine Änderung der über die Emitter- Kollektorstrecken der Transistoren Q, , Q 2 fließenden Strö- me zur Folge, wodurch sich auch das Ausgangssignal des Dif erenzverstärlers OA. ändert. Damit ändert sich aber auch das während des Grundzus andes der Schaltung an der einen mit der Diode D p verbundenen Elektrode des Konden- sators C^ 2 angelegte Potential, da diese über die aus de Widerstand R„ und dem Potentiometer P, bestehende Rück-

( 1 kopplung mit dem Ausgang A verbunden ist. Dies beeinflußt wieder die Größe des durch die nächste positive Flanke des Impulszuges bedingten Potentialsprunges, welcher wie¬ der die Größe des in die Basis des Transistors Q p ab- fließenden Basisstromes bestimmt, der seinerseits die Größe des über die Emitter-Kollektorstrecke fließenden Stromes bestimmt.Das an dem Kondensator C-, , während des Grundzustandes der Schaltung anliegende Potential e,, mit welchem dieser Kondensator über den Widerstand R g verbun- den ist, bleibt dagegen unverändert oder wird von einem zweiten Differenzausgang des Differenzverstärkers OA. abgenommen. Eine weitere Möglichkeit -besteht auch darin, den Ausgang des Differenzverstärkers 0A-] über einen In- verter, wie in Fig. 1 strichliert dargestellt, auf den zweiten Brückenzweig rückzukoppeln.

Auf diese Weise wird die Schaltung im Gleichgewicht gehal¬ ten, wobei mit einer sehr geringen Rückkopplιmgsenerg^jR£

das Auslangen gefunden wird, da sie ja auf den Basiskrei einwirkt.

Durch die beiden mit einem festen Potential verbundenen und parallel zu den Eingängen des Differenzverstärkers 0 liegenden Kondensatoren Cg, C wird der Gleichtaktsprung an den Eingängen des Differenzverstärkers unterdrückt bz vermindert.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 2 sind verschiedene Abänder gen denkbar. So könnten die Widerstände Rg bzw. R statt mit den Dioden D 1 bzw. D auch mit den mit den Emitterwi derständen R- j - j» * - n - er Transistoren Q 1 bzw. Q 2 verbun¬ denen Elektroden der Kondensatoren G*- . ~ . verbunden wer¬ den. In diesem Falle würde sich während des Grundzustan¬ des der Schaltung eine' von der AusgangsSpannung des Differenzverstärkers OA. abhängige Ladung des Kondensa¬ tors C. ergeben, die wieder den während der aktiven Phas der Schaltung über den Transistor Q ? fließenden Strom be einflußt. An die Kondensatoren C^., , C^ p bzw. die Dioden D., , D p wären bei dieser Variante über Widerstände feste Potentiale anzulegen.

Bei der Schaltung gemäß Fig. 2 können die Kondensatoren

0-3z * 1. - S-3z2 sehr kleine Werte aufweisen, wodurch sehr klein

Zeitkonstanten möglich werden und mit Frequenzen des von einem nicht dargestellten Oszillator gelieferten Impuls- zuges im MHz-Bereich gearbeitet werden kann, wodurch auc sehr rasch erfolgende Kapazitätsänderungen der Meßkonden satoren C^, C, erfaßt werden können.

Eine weitere Abänderung der Schaltung gemäß Fig. 2 wäre auch in dem Sinne möglich, daß zwischen der Basis eines jeden Transistors Q 1 , Q_ und dem zugeordneten Kondensato ^" 1 ' ^ 2 e ^ n ide s nd zwischengeschaltet und unter Um¬ ständen auf die Emitterwiderstände 1. * 1. , R1.2 verzichtet wird. In letzterem Falle gelangen die Transistoren Q. , Öl*- aber leicht in die Sättigung, und es muß dann die Fre-

bemessen werden, daß die Transistoren Q. , Q p so lange leitend bleiben ,bis auch der größere der Kondensatoren Q-z - C, voll geladen ist, wobei dann der Differenzverstär¬ ker im wesentlichen auf die unterschiedliche Dauer der Ströme über die beiden Brückenzweige anspricht.

In den dargestellten Ausführungsbeispielen weisen die Brückenzweige jeweils zwei Kondensatoren auf, doch ist dies nicht unbedingt erforderlich,und es ist auch mög¬ lich, je einen davon durch Widerstände zu ersetzen.