DD289390A5

DD289390A5 - VERSTAERKERSCHALTUNG

Info

Publication number: DD289390A5
Application number: DD33496789A
Authority: DD
Inventors: Ulrich Harder
Original assignee: Fukwerk Koepenick,Stammbetrieb Komb. Nachrichtenelektronik,De
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1991-04-25

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}The invention relates to a Verstaerkerschaltung. The field of application of the invention is the low frequency technique. The amplifier circuit makes it possible to connect frequency-dependent networks. The object and the object of the invention is to provide an economically advantageous amplifier circuit in which a frequency-dependent network is brought into the signal path of a low-frequency amplifier so that the signal is not attenuated despite a damping of the network in the circuit arrangement, no influence on the preceding or following one Amplifier stage takes place and the signal-to-noise ratio is only marginally deteriorated. This is achieved by arranging the network for the return of an operational amplifier, which in turn represents the return for another operational amplifier. Fig. 3 {Amplifier circuit; Low frequency; frequency-dependent networks; signal path; Signaldaempfung; operational amplifier; Verstaerkerstufe; Return; Signal-to-noise ratio}

Description

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Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung, die es ermöglicht, frequenzabhängige Netzwerke anzuschließen. Die Anwendung erfolgt bevorzugt in der Niederfrequenztechnik.The invention relates to an amplifier circuit which makes it possible to connect frequency-dependent networks. The application is preferably in the low frequency technique.

Characteristic of the known state of the art

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.In order to use the desired transmission characteristics in a low-frequency amplifier in a frequency-dependent network, the network must be fed as low as possible and completed as high impedance as possible.

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.Both are technically possible, however, the network has a Einfüudämfung that must be compensated before or after the network again. But this reduces the signal-to-noise ratio. If one assigns the frequency-dependent network in the negative feedback branch of an operational amplifier, the signal-to-noise ratio is hardly deteriorated, but the amplitude frequency response of the network gets an inverted amplitude curve.

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.There are various structures of circuit arrangements with two operational amplifiers. The general immission converters have found widespread use. The structure according to RIORDAN, for example, has inductive clamping behavior. BRUTON, on the other hand, has introduced FDNR structures (frequency-dependent-negative-resistor).

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.In DE-AS 2317644, starting from a basic structure, various circuit arrangements are described which only act as low-pass, high-pass or band-pass filters by the exchange of conductance values.

Allen diesen Strukturen mit zwei Operationsverstärkern ist gemeinsam, daß sie selbst wie RLC-Netzwerke wirken (vgl.All these structures with two operational amplifiers have in common that they themselves act like RLC networks (cf.

FRITZSCHE, G.: Entwurf aktiver Analogsysteme, Akademie-Verlag Berlin, 1980).FRITZSCHE, G .: Design of Active Analog Systems, Akademie-Verlag Berlin, 1980).

Object of the invention

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.It is the object of the invention to provide an economically advantageous amplifier circuit with which a signal can be amplified and evaluated by means of a frequency-dependent network without feedback.

-2- 289 390 Darlegung des Wesens der Erfindung-2- 289 390 Explanation of the nature of the invention

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.It is the object of bringing a frequency-dependent network into the signal path of a low-frequency amplifier such that the signal is not attenuated despite attenuation of the network in the circuit arrangement, no influence on the preceding or succeeding amplifier stage and the signal-to-noise ratio only is negligibly worsened.

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.According to the invention this object is achieved by the input signal is supplied to the non-inverting input of a first operational amplifier, the output of the first operational amplifier is fed to the non-inverting input of a second operational amplifier and between its output and its inverting input is the frequency-dependent network and further that the output of the second operational amplifier is connected to the inverting input of the first operational amplifier.

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.The output of the circuit arrangement is formed by the output of the first operational amplifier. The essence of the invention is to bring the amplitude frequency response of a freuquenzabhängigen network by two times inversion back into the normal position in two operational amplifiers. This is achieved by arranging the network in the return of an operational amplifier, which in turn represents the feedback for another operational amplifier.

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.This circuit provides some advantages over other solutions. The insertion attenuation of the circuit arrangement is also with network OdB. The frequency response determining network is not directly in the signal path, that is, there is decoupling from the surrounding amplifier stages.

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.The input resistance of the circuit arrangement is high-impedance and is mainly determined by the value of the ohmic resistance, which is parallel to the input of the first operational amplifier; the output is low impedance. The input and output resistance of the circuit is independent of the frequency-dependent network. The frequency-dependent network finds optimal connection conditions. It is fed by the output of the second operational amplifier low impedance and hardly loaded by its inverting input. The frequency-dependent network can be designed both as a two-terminal and as a quadrupole.

Der Amplitudenfrequenzgang der Schaltungsanordnung ist bis auf den anderen Verstärkungsfaktor der gleiche, wie für das frequenzabhängige Netzwerk allein.The amplitude frequency response of the circuit arrangement is the same except for the other amplification factor as for the frequency-dependent network alone.

AusführungsbelsplelAusführungsbelsplel

Die Erfindung soll an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit zwei Operationsverstärkern.The invention will be explained in more detail in exemplary embodiments. Fig. 1 shows the block diagram of an amplifier circuit according to the invention with two operational amplifiers.

Darin bedeuten OV1 der erste Operationsverstärker, OV2 der zweite Operationsverstärker, Z1 ein frequenzabhängiges Netzwerk (Zweipol).In this, OV1 is the first operational amplifier, OV2 is the second operational amplifier, Z1 is a frequency-dependent network (two-terminal).

Fig. 2 zeigt ebenfalls ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Verstärkerschaltung mit zwei Operationsverstärkern.Fig. 2 also shows a schematic diagram of an amplifier circuit according to the invention with two operational amplifiers.

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.In this, OV1 is the first operational amplifier, OV2 is the second operational amplifier, Z2a, Z2b and Z2c are a frequency-dependent network (as a quadrupole). 3 shows an exemplary embodiment of an amplifier circuit with two operational amplifiers and a quadrupole network.

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.Therein OV1 means the first operational amplifier, 0V2 the second operational amplifier, C1 to C4 capacitances and R1 to R8 ohmic resistors. In Fig. 3, the operational amplifier OV2 is provided with a frequency-dependent network, a so-called "fan controller" for the sound influence, in the negative feedback.

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.This operational amplifier OV2, in combination with the ohmic resistors R7 and R8, constitute the negative feedback for the operational amplifier OV1. The resistor R1 establishes the DC operating point and essentially determines the input resistance of the circuit arrangement. The network for the sound control, consisting of the ohmic resistors R1 to R6 and the capacitors C1 to C4, is supplied with low impedance from the output of the operational amplifier OV2 and hardly loaded by the inverting input of OV2.

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.As a rule, such networks have an insertion loss of about 27 dB for the sound influencing, which the operational amplifier OV2 applies as a gain. The voltage divider of R7 and R8 has the same insertion loss as the network, that is, the operational amplifier OV1 thus has a voltage gain of 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.The fact that the signal between input and output is not attenuated is a very advantageous feature of this circuit. When looking at the noise results in a similarly favorable behavior of the circuit arrangement.

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.If a gain of OdB is specified for the operational amplifier OV1, the same noise voltage appears at the output as at the input, which is a component characteristic value. The noise amplified in the operational amplifier OV2 is again attenuated by the amount of gain by the voltage divider of R7 and R8.

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.The signal-to-noise ratio at the output of the circuit arrangement is thus defined by the ratio of the output voltage to the value of the amplified input noise voltage. Since this input noise voltage can be quite low in certain operational amplifiers, signal-to-noise ratios of 11OdB and more may result at the output of the circuit.

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.If the operational amplifier OV1 has a higher gain than OdB due to the frequency-dependent network, then the signal-to-noise ratio at the output deteriorates by the same amount.

Claims

1. amplifier circuit, characterized in that the input of the circuit arrangement at the non-inverting input of a first operational amplifier (OV1), the output of which also represents the output of the circuit and the non-inverting input of a second operational amplifier (OV2), the output of which is connected to the inverting input the first operational amplifier (OV1} is connected and between the output of the second operational amplifier (0V2) and the inverting input of a two-pole (Z 1) is connected.

2. Amplifier circuit according to claim 1, characterized in that the two-terminal (Z 1) in the negative feedback of the zweiton operational amplifier (OV2) and a quadrupole (Z2a, Z2b, Z2c) may be, the common input and output terminals to the ground terminal of a supply voltage source connected is.

3. Amplifier circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the two-terminal (Z 1) or the quadrupole (Z2a, Z2 b, Z2c) is formed in particular from a frequency-dependent network.

4. Amplifier circuit according to claim 1,2 or 3, characterized in that there is a voltage divider between the output of the second operational amplifier (OV2) and the inverting input of the first operational amplifier (OV1).

5. Amplifier circuit according to claim 4, characterized in that the voltage divider is formed and from a first resistor between the output of the second operational amplifier (0V2) and the inverting input of the first operational amplifier (OV1) and a second resistor between the inverting input of the first operational amplifier (OV1) and the ground terminal of a supply voltage source.

6. An amplifier circuit according to claim 4 or 5, characterized in that the attenuation of the voltage divider between the output of the second operational amplifier (0V2) and the inverting input of the first operational amplifier (OV1) has the same amount as the gain of the second operational amplifier (0V2).

7. An amplifier circuit according to claim 6, characterized in that the amount of attenuation of the voltage divider in claim 6 is not equal to the gain of the second operational amplifier (OV 2).

8. An amplifier circuit according to claim 1 to 7, characterized in that from the nirhtinvertierenden input of the first operational amplifier (OV1), a resistor leads to the ground terminal of a supply voltage source.