-
Logarithmischer Wechselstromverstärker Die Erfindung betrifft einen
nach dem Prinzip der fortschreitenden Signalgleichrichtung und Signaladdition arbeitenden
logarithmischen Wechselstromverstärker. Dieses Prinzip ist in seiner Anwendung bei
einem logarithmischen Wechselstromverstärker im englischen Sprachgebiet weitverbreitet
unter der Bezeichnung »successive detection method« bekannt.
-
F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Verstärkers
im Blockschaltbild. Er besteht aus mindestens zwei in Kaskade geschalteten einzelnen
Verstärkerstufen, die bei Übersterung ein annähernd #eiches Sättigungsverhalten
aufweisen und die in F i g. 1 mit Al, A,... A,t bezeichnet sind. Außerdem
gehört zu einem derartigen bekannten Verstärker eine beidseitig mit ihrem Wellenwiderstand
Z abgeschlossene Laufzeitkette LZK, die so viele Anzapfungen aufweist wie Verstärkerstufen
vorgesehen sind. Häufig ist jedoch dazu noch eine zusätzliche Anzapfung vorgesehen.
Alle Anzapfungen sind aufeinanderfolgend jeweils in einem gegenseitigen laufzeitlichen
Abstand T über die Laufzeitkette verteilt, der der Gruppenlaufzeit der Signale in
den einzelnen Verstärkerstufen Al, A.... A. gleich ist. Zwischen die aufeinanderfolgenden
Verbindungspunkte dieser einzelnen Verstärkerstufen und die diesen Verbindungspunkten
entsprechend aufeinanderfolgenden Anzapfungen der Laufzeitkette sind in gleichsinniger
Polarität jeweils ein Signalgleichrichter und ein im wesentlichen ohmscher Widerstand
in Serie geschaltet. Diese Signal(,leiclirichter sind in F i g. 1 mit Dl
... D,t und die zugehörigen Serienwiderstände mit R1 ... Rn bezeichnet.
Besitzt - wie in F i g. 1 gezeigt - die Laufzeitkette die obenerwähnte Anzapfung,
so ist es üblich, zwischen den Eingang des gesamten Verstärkers und diese zusätzliche
Anzapfung einen zusätzlichen Signalgleichrichter DE mit einem zusätzlichen
Serienwiderstand RE zu schalten. Alle erwähnten Signalgleichrichter bzw. alle erwähnten
Serienwiderstände sind untereinander gleich. Die Widerstände sind zweckriäßig eine
Größenordnung größer als der Wellenwiderstand Z der Laufzeitkette.
-
Wie bereits erwähnt, weisen alle Verstärkerstufen A1, A.... A;,, ein
gleichartiges Sättigungsverhalten auf; dieses Verhalten ist in F i g. 2 diagrammartig
dargestellt, wobei die Kurve die Abhängigkeit der Signal-Ausgangsspannung UA von
derSignal-Eingangsspannung UE jeder Verstärkerstufe wiedergibt. Die Sättigungsspannung
ist in F i g. 2 mit US bezeichnet, die Anfangssteilheit der Kurve mit (p.
-
Es läßt sich zeigen, daß bei diesem bekannten logaritlnmiscben Verstärker
die Anzahl n seiner einzelnen Verstärkerstufen Ai, A. ... An von seinem gewünschten
logarithmischen Dynamikbereich R und von der bereits erwähnten Kleinsignalverstärkung
V seiner einzelnen Verstärkerstufen abhängt, und zwar gleich oder größer sein muß
als (RIV -f-1), wobei R und V zweckmäßig in Dezibel eingesetzt werden.
-
F i g. 3 zeigt diagrammartig die Abhängigkeit der Ausgangsspannung
U,1 von der Eingangsspannung UE des gesamten Verstärkers nach F i g. 1; diese
Abhängigkeit entspricht angenähert der Funktion UA = a - 1g (1-f-
b - U-,). Mit Us' ist hierbei die von jeder Verstärkerstufe bei ihrer Sättigung
einzeln infolge der Spannungsteilung zwischen dem zugehörigen Serienwiderstand und
dem Wellenwiderstand maximal in die Laufzeitkette einspeisbare Signalspannung bezeichnet
und mit a und b Konstanten.
-
Die Steigung der Kurve in F i g. 3 ist im wesentlichen durch die Konstante
a bestimmt.
-
Verstärker nach F i g. 1 werden in der Praxis vorzugsweise zur Komprimierung
großer dynamischer Amplitudenbereiche benutzt, die analog anzeigende Indikatoren
nicht direkt zu verarbeiten gestatten. Ein mit seinem Anzeigegerät gemeinsam geeichter
derartiger Verstärker bietet den häufig erwünschten zusätzlichen Vorteil, daß jeweils
aus zwei Meßwerten leicht das Produkt oder der Quotient der Meßwerte durch einfache
Summen- bzw. Differenzbildung ermittelt werden kann.
-
Hierbei hat es sich jedoch insbesondere in der Massenfertigung dieser
Verstärker als nachteilig herausgestellt, daß die Konstanten a und
b gemäß der obenerwähnten Funktion von Streuungen der verwendeten Bauelemente,
deren Alterung und deren Temperaturkoeffizienten abhängen und somit keine echten
Konstanten sind, die bei der Dimensionierung des Verstärkers ein für alle Male berücksichtigt
werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vom
Verstärker nach F i g. 1 ausgehenden Verstärker anzugeben, der diese Nachteile nicht
aufweist.
-
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem nach dem Prinzip der fortschreitendeil
Signalgleichrichtung and Signaladdition arbeitenden logarithmischen Wechselstromverstärker,
der mehrere gleichartige, in Kaskade geschaltete einzelne Verstärkerstufen mit annähernd
gleichem Sättigungsverhalten bei Übersteuerung sowie eine beidseitig mit ihrem Wellenwiderstand
abgeschlossene, mit Anzapfungen versehene Laufzeitkette enthält und der eine auf
den Eingang seiner ersten Verstärkerstufe gegebene Signalwechselspannung UE auf
eine Ausgangsspannung U4 am Ende der Laufzeitkette annähernd nach der logarithmischen
Funktion UA=a-lg(1+b-UE) mit a und b als durch die Auslegung des Verstärkers
beeinflußbaren Parametern verstärkt, wobei zwischen die aufeinanderfolgenden Verbindungspunkte
der Verstärkerstufen und diejenigen den Verbindungspunkten entsprechend aufeinanderfolgenden
Anzapfungen der Laufzeitkette, deren gegenseitiger laufzeitlicher Abstand der Gruppenlaufzeit
der Signale in den einzelnen Verstärkerstufen entspricht, in gleichsinniger Polarität
jeweils ein Signalgleichrichter und ein im wesentlichen ohmscher Widerstand in Serie
geschaltet sind, erfindungsgemäß dadurch, daß zur Ermöglichung der jederzeitigen
voneinander unabhängigen Beeinflussung einerseits des Parameters a an das ausgangsseitige
Ende der Laufzeitkette variable Einstellmittel für deren Ausgangsspannung UA angeschlossen
und andererseits des Parameters b Mittel zur gleichartigen Verstärkungsregelung
der einzelnen Verstärkerstufen vorgesehen sind.
-
An Hand der F i g. 4 und 5 seien im folgenden der Aufbau und die Wirkungsweise
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines Verstärkers nach der Erfindung beschrieben.
Gleiche Bezugszeichen in den F i g. 4 und 5 kennzeichnen hierbei gleiche Elemente
wie in den vorangegangenen Figuren.
-
Die einzelnen Verstärkerstufen des Verstärkers nach F i g. 4 sind
mit Al', A2 ... A,' bezeichnet; sie unterscheiden sich von den Verstärkerstufen
A,.', A2 ... An des Verstärkers nach F i g. 1 lediglich dadurch, daß ihre
einzelnen Verstärkungsfaktoren gleichartig regelbar sind, wozu an ihre zusätzlich
gezeigten Regelspannungseingänge der gemeinsame variable Regelspannungsgenerator
G angeschlossen ist. Hiermit ist im wesentlichen die Konstante b unabhängig von
der Konstante a beeinflußbar.
-
Zur Beeinflußmöglichkeit der Konstante a ist der ausgangsseitige Abschlußwiderstand
Z der Laufzeitkette LZK - wie gezeigt - mit einem variablen Abgriff versehen. Selbstverständlich
können gegebenenfalls auch andere an sich bekannte variable Einstellmittel für die
Ausgangsspannung UA im Sinne einer gewünschten Beeinflussung der Konstante a an
Stelle der in F i g. 4 gezeigten Einstellmittel vorgesehen werden.
-
F i g. 5 zeigt die voneinander getrennt realisierbaren Variationsmöglichkeiten
der Konstanten a und b
in ihrer Auswirkung auf das Verstärkungsverhalten
eines Verstärkers nach der Erfindung.
-
Verstärker nach der Erfindung haben sich unter anderem als besonders
vorteilhaft beispielsweise als logarithmische Zwischenfrequenzverstärker in Wetter-Radargeräten
bewährt, bei denen mit möglichst hoher Genauigkeit aus der Echoimpulsamplitude auf
die Rückstrahlerfläche und damit auf die Regendichte einer Wolke geschlossen werden
kann.