DD289390A5 - Verstaerkerschaltung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstaerkerschaltung. Das Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Niederfrequenztechnik. Die Verstaerkerschaltung ermoeglicht es, frequenzabhaengige Netzwerke anzuschlieszen. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, eine oekonomisch vorteilhafte Verstaerkerschaltung anzugeben, bei der ein frequenzabhaengiges Netzwerk so in den Signalweg eines Niederfrequenzverstaerkers gebracht wird, dasz das Signal trotz einer Daempfung des Netzwerkes in der Schaltungsanordnung nicht gedaempft wird, keine Beeinflussung der vorhergehenden beziehungsweise der nachfolgenden Verstaerkerstufe erfolgt und das Signal-Rausch-Verhaeltnis nur unwesentlich verschlechtert wird. Erreicht wird dies dadurch, indem das Netzwerk in der Rueckfuehrung eines Operationsverstaerkers angeordnet ist, der wiederum die Rueckfuehrung fuer einen anderen Operationsverstaerker darstellt. Fig. 3{Verstaerkerschaltung; Niederfrequenztechnik; frequenzabhaengige Netzwerke; Signalweg; Signaldaempfung; Operationsverstaerker; Verstaerkerstufe; Rueckfuehrung; Signal-Rausch-Verhaeltnis}

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung, die es ermöglicht, frequenzabhängige Netzwerke anzuschließen. Die Anwendung erfolgt bevorzugt in der Niederfrequenztechnik.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Um bei einem frequenzabhängigen Netzwerk die gewollten Übertragungseigenschaften in einem Niederfrequenzverstärker nutzen zu können, muß das Netzwerk möglichst niederohmig gespeist und möglichst hochohmig abgeschlossen werden.

Beides ist technisch möglich, jedoch besitzt das Netzwerk eine Einfügedämfung, die vor oder nach dem Netzwerk wieder ausgeglichen werden muß. Damit wird der Signal-Rausch-Abstand aber kleiner. Ordnet man das frequenzabhängige Netzwerk in den Gegenkopplungszweig eines Operationsverstärkers, so wird der Signal-Rausch-Abstand kaum verschlechtert, jedoch der Amplitudenfrequenzgang des Netzwerkes bekommt einen invertierten Amplitudenverlauf.

Es gibt verschiedene Strukturen von Schaltungsanordnungen mit zwei Operationsverstärkern. Weite Verbreitung haben die Allgemeinen-Immitanz-Konverter gefunden. Die Struktur nach RIORDAN zum Beispiel hat induktives Klemmverhalten. BRUTON hat andererseits FDNR-Strukturen (frequency-dependent-negativ-resistor) eingeführt.

In der DE-AS 2317644 werden, ausgehend von einer Grundstruktur, verschiedene Schaltungsanordnungen beschrieben, die lediglich durch den Austausch von Leitwerten jeweils als Tiefpaß, Hochpaß oder Bandpaß wirken.

Allen diesen Strukturen mit zwei Operationsverstärkern ist gemeinsam, daß sie selbst wie RLC-Netzwerke wirken (vgl.

FRITZSCHE, G.: Entwurf aktiver Analogsysteme, Akademie-Verlag Berlin, 1980).

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, eine ökonomisch vorteilhafte Verstärkerschaltung anzugeben, mit der ein Signal verstärkt und mittels eines frequenzabhängigen Netzwerkes rückwirkungsfrei bewertet werden kann.

-2- 289 390 Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung Ist es, ein frequenzabhängiges Netzwerk so In den Signalweg eines Niederfrequenzverstärkers zu bringen, daß das Signal trotz einer Dämpfung des Netzwerkes in der Schaltungsanordnung nicht gedämpft wird, keine Beeinflussung der vorhergehenden beziehungsweise der nachfolgenden Verstärkerstufe erfolgt und das Signal-Rausch-Verhältnis nur unwesentlich verschlechtert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst, indem das Eingangssignal dem nichtinvertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers zugeführt wird, der Ausgang des ersten Operationsverstärkers an den nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers geführt ist und sich zwischen dessen Ausgang und dessen invertierenden Eingang das frequenzabhängige Netzwerk befindet und daß ferner der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers an den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist.

Der Ausgang der Schaltungsanordnung wird durch den Ausgang des ersten Operationsverstärkers gebildet. Das Wesen der Erfindung liegt darin, den Amplitudenfrequenzgang eines freuquenzabhängigen Netzwerkes durch zweimalige Invertierung in zwei Operationsverstärkern wieder in die Normallage zu bringen. Das wird erreicht, indem das Netzwerk in der Rückführung eines Operationsverstärkers angeordnet ist, der wiederum die Rückführung für einen anderen Operationsverstärker darstellt.

Diese Schaltungsanordnung bietet einige Vorteile gegenüber anderen Lösungen. Die Einfügedämpfurvj der Schaltungsanordnung beträgt auch mit Netzwerk OdB. Das den Frequenzgang bestimmende Netzwerk liegt nicht direkt im Signalweg, das heißt, es besteht Entkopplung zu den umgebenden Verstärkerstufen.

Der Eingangswiderstand der Schaltungsanordnung ist hochohmig und wird hauptsächlich vom Wert des ohmschen Widerstandes, der parallel zum Eingang des ersten Operationsverstärkers liegt, bestimmt; der Ausgang ist niederohmig. Der Ein- und Ausgangswiderstand der Schaltungsanordnung ist unabhängig vom frequenzabhängigen Netzwerk. Das frequenzabhängige Netzwerk findet optimale Anschlußbedingungen vor. Es wird vom Ausgang des zweiten Operationsverstärkers niederohmig gespeist und von dessen invertierenden Eingang kaum belastet. Das frequenzabhängige Netzwerk kann sowohl als Zweipol als auch als Vierpol ausgebildet sein.

Der Amplitudenfrequenzgang der Schaltungsanordnung ist bis auf den anderen Verstärkungsfaktor der gleiche, wie für das frequenzabhängige Netzwerk allein.

Ausführungsbelsplel

Die Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit zwei Operationsverstärkern.

Darin bedeuten OV1 der erste Operationsverstärker, OV2 der zweite Operationsverstärker, Z1 ein frequenzabhängiges Netzwerk (Zweipol).

Fig. 2 zeigt ebenfalls ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit zwei Operationsverstärkern.

Darin bedeuten OV1 der erste Operationsverstärker, OV2 der zweite Operationsverstärker, Z2a, Z2b und Z2c ein frequenzabhängiges Netzwerk (als Vierpol). Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Verstärkerschaltung mit zwei Operationsverstärkern und einem Vierpolnetzwerk.

Darin bedeuten OV1 der erste Operationsverstärker, 0V2 der zweite Operationsverstärker, C1 bis C4 Kapazitäten und R1 bis R8 ohmsche Widerstände. In Fig. 3 ist der Operationsverstärker OV2 mit einem frequenzabhängigen Netzwerk, einem sogenannten „Fächer-Regler" für die Klangbeeinflusaung, in der Gegenkopplung versehen.

Dieser Operationsverstärker OV2, in Verbindung mit den ohmochen Widerständen R7 und R8, stellen die Gegenkopplung für den Operationsverstärker OV1 dar. Der Widerstand R1 stellt den gleichspannungsmäßigen Arbeitspunkt her und bestimmt im wesentlichen den Eingangswiderstand der Schaltungsanordnung. Das Netzwerkfür die Klangbeeinflussung, bestehend aus den ohmschen Widerständen R1 bis R6 und den Kapazitäten C1 bis C4, wird niederohmig vom Ausgang des Operationsverstärkers OV2 gespeist und durch den invertierenden Eingang von OV2 kaum belastet.

In der Regel haben solche Netzwerke für die Klangbeeinflussung eine Einfügedämpfung von etwa 27 dB, die der Operationsverstärker OV2 als Verstärkung aufbringt. Der Spannungsteiler aus R7 und R8 hat die gleiche Einfügedämpfung wie das Netzwerk, das heißt, der Operationsverstärker OV1 hat damit eine Spannungsverstärkung von OdB.

Die Tatsache, daß das Signal zwischen Eingang und Ausgang nicht gedämpft wird, ist eine sehr vorteilhafte Eigenschaft dieser Schaltungsanordnung. Beim Betrachten des Rauschens ergibt sich ein ähnlich günstiges Verhalten der Schaltungsanordnung.

Wird für den Operationsverstärker OV1 eine Verstärkung von OdB festgelegt, so erscheint an dessen Ausgang die gleiche Rauschspannung wie am Eingang, welche ein Bauelemente-Kennwert ist. Die im Operationsverstärker OV2 verstärkte Rauschspannung wird durch den Spannungsteiler aus R7 und R8 wieder um den Betrag der Verstärkung gedämpft.

Der Signal-Rausch-Abstand am Ausgang der Schaltungsanordnung definiert sich damit aus dem Verhältnis der Ausgangsspannung zum Wert der verstärkten Eingangsrauschspannung. Da diese Eingangsrauschspannung bei bestimmten Operationsverstärkern recht niedrig sein kann, können sich am Ausgang der Schaltungsanordnung Signal-Rausch-Abstände von 11OdB und mehr ergeben.

Hat der Operationsverstärker OV1, bedingt durch das frequenzabhängige Netzwerk, eine höhere Verstärkung als OdB, so verschlechtert sich der Signal-Rausch-Abstand am Ausgang um den gleichen Betrag.

Claims (8)

1. Verstärkerschaltung, gekennzeichnet dadurch, daß der Eingang der Schaltungsanordnung am nichtinvertierenden Eingang eines ersten Operationsverstärkers (OV1) liegt, dessen Ausgang auch den Ausgang der Schaltungsanordnung darstellt sowie zum nichtinvertierenden Eingang eines zweiten Operationsverstärkers (OV2) führt, wobei dessen Ausgang mit dem invertierenden Eingang des erster· Operationsverstärkers (OV1} verbunden ist und zwischen dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (0V2) und dessen invertierenden Eingang ein Zweipol (Z 1) geschaltet ist.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Zweipol (Z 1) in der Gegenkopplung des zweiton Operationsverstärkers (OV2) auch ein Vierpol (Z2a, Z2b, Z2c) sein kann, dessen gemeinsamer Ein- und Ausgangsanschluß mit dem Massepol einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Zweipol (Z 1) oder der Vierpol (Z2a, Z2 b, Z2c) insbesondere aus einem frequenzabhängigen Netzwerk gebildet ist.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1,2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß sich zwischen dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (OV2) und dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (OV1) ein Spannungsteiler befindet.

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß der Spannungsteiler gebildet ist und aus einem ersten Widerstand zwischen dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (0V2) und dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (OV1) und einem zweiten Widerstand zwischen dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (OV1) und dem Massepol einer Versorgungsspannungsquelle.

6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Dämpfung des Spannungsteilers zwischen dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers (0V2) und dem invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (OV1) den gleichen Betrag hat wie die Verstärkung des zweiten Operationsverstärkers (0V2).

7. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Betrag der Dämpfung des Spannungsteilers in Anspruch 6 ungleich der Verstärkung des zweiten Operationsverstärkers (OV 2) ist.

8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß vom nirhtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers (OV1) ein Widerstand zum Massepol einer Versorgungsspannungsquelle führt.