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Differenzverstärker bie Erfindung bezieht sich auf einen Differenzverstärker
init zwei von der Nutzspannung gegenphasig ausgeSteuerten, über einen gemeinsamen
Stromgegenkopplungswiderstand initeinander gekoppelten Verstärkerstufen, bei dein
die verstärkte Nutzspannung -an einer Serienschaltung zweier den Verstärkerstufen
zu,##eordneter Arbeitswiderstände erdfrei abgreifbar ist.
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#G-in aus Trioden aufgebauter Diffbrenzverstärker dieser Art iot in
einem Teil der Zeichnung dargestellt. Hierbei sind zwei Trioden 1 und 2 über
einen gemeinsainen, an bhasse gelegten Kathoderrwiderstand 3 miteinander
gekoppelt. Weiterhin sind den Trioden Arbeitswiderstände 4 und 5 zugeordnet,
die über einen Verbindungspunkt 6 an den positiven Pol der Betriebsspannung
+b !,eschp.Itet sind. Die Steuergitter von lund 2 sind über Gitterableitwiderstände
7 und 8 an Masse gelegt. Die erdfreie, zu verstärkende Nutz.spannung
U 1 stellt sich als Differenz zweier unsymmetrischer Teilspannungen U.,
1 und U 1 11 dar, die die Trioden 1 und 2 gegenphasig aussteuern.
Die Teilspannung U wird in der Triode 1 zu einer am zugeordneten Arbeitswiderstand
4 abfallenden Spannung U 2 9 verstärkt, die Teilspannung
U 1 ff zu einer entsprechenden Spannung U 2 't, Dabei sind
die verstärkten Teilspannungen U 2 1 und U 2 11 zueinander
gegenphasig und jeweils für sich unsymmetri2ch abgreifbar, da der Verbindungspunkt
6 wechselstrommäßig auf Massepotential liegt. An der Serienschaltung beider
Arbeitswiderstände 4 und 5 ist die verutärkte Nutzspannung U 2 als
Differenz beider gegenphasiger
Teilspannungen U 2 1 und
U 2 1' erdfrei abgreifbar.
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Palls sich der Nutzspannung Erdopannungen überlagern, steuern diese
die Trioden 1 und 2 gleichpha2ig aus. Gleichpha-sige Eing'angsspannungen
werden jedoch stark gedämpft, wobei die Größe der Dämpfung delii Wert des Kathodenividerstands
5 proportional und dem Wert eines der betragSgleichen Widerstände 4 oder
5 umgekehrt proportional ist.
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Die Unsymmetriedämpfung eines DifferenZverstärkers ist als
das
logarithmische Verhältnis der Verstäricung einer _L#egetil)ha."i--un-"en Eingangsspannung
(Nutzspaiinung) zu der VerstL5,rk einer Gleichphasigen 2inganguspannung (Erdspannung)
definiert. Unterscheidet man nun die Betriebsfälle der unsymmelrischen Sp.-ainungsauskopplunr,
aiii Ausgang des Differenzverstlärhers (Aus-,-,tng2-CD kb Spannung U 1) und
der Uymmetrischen Spannungsauskoppl-un-- (Aus-2 tD gangsspaimung U ), so
zeigt sich, da13 die Uii#3yi.iuie-üriecLcirnpZtLiig F-3 2 beim letzteren Betriebsfall
wesentlich größer ist, da hierbei CD die Verstärkung der Nutzspannung um den !'vk-tor
2 größer ##ls im Falle der unoyiinne-brischen AusicopplLui-- und eaußerdem, die
bifferenzbildung der ver---tärkten Teilspannungen !-#tm Seilal-t'-,Ltngs#tugang
eine starke Vergrößerung der Dämpfung für die gleiellphasigen Erdspannungen bewirkt.
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Die wesentlich günstigeren elekIrischen Eigenschaften, insb. die höhere
Unsymnietriedämpfun-, des Jifferenzverst#iricers mit symmetrischer AuGkopplung konnten
bei den beIcannten Schaltungen dieser Art bisher nur dadurch nutzbar geiiiL--,ch-U
vierden, daß (lie nachfolgenden Verstärherstufen ebenfalls syi-iirne-brisch aufgebaut
waren, was jedoch einen großen schaltungstechnischen Aufwand erforderte. Die als
Alternativlösung -anzusprechende Kombination eines Eingangs-Differentialübertragers
mit einem nachgeschalteten unsymmetrischen Verstärker ließ zwar eine für viele Anivendungsfälle
ausreichende Unsymmetriedämpfung erreichen, führte jedoch gleichzeitig zu einer
Beschränkung der ausnutzbaren Yrequenzbandbreite.
Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, einen Differenzverstärker der eingangs beschriebenen
Art zu schaffen, der bei kleinstmöglichem Schaltungsaufwand eine große Unsymmetriedämpfung
aufweist und einen unsymmetrischen Schaltungsausgang besitzt, der die Anschaltung
üblicher unsymmetrischer Verstärkerstufen ermögli,#ht. Die Erfindung geht dabei
von einem Differenzverstärker der eingangs beschriebenen Art aus und ist durch eine
weitere Verstärkerstufe mit der Verstärkung v = 1 gekennzeichnet, deren Arbeitswiderstand
als unsymmetrischer Schaltungsausgang dient und mit dem Arbeitswiderstand der einen
der-beiden gekoppelten Verstärkerstufen identisch ist und dessen Aussteuerspannung
an dem anderen ArbeIL-widerstand mit einer solchen Polung abgegriffen wird, daß
sich die durch den gemeinsamen Arbeitswiderstand fließenden Ausgangsströme gleichphasig
addieren. Wesentliche Vorteile eines Differenzverstärkers nach der Erfindung liegen
darin, daß trotz des unsymmetrischen Verstärkerausgangs die Nutzsignalverstärkung
beider über den gemeinsamen Gegenkopplungswiderstand miteinander gekoppelter Verstärkerstufen
durch die Summenbildung über die weitere Verstärkerstufe voll ausgellutzt wird und
daß die gleichphasigen Anteile der Eingangsspannung (Erdspannung) durch die Differenzbildung
über die weitere Verstärkerstufe.gegenüber den bekannten unsymmetrischen Schaltungen
zusätzlich gedämpft werden. Außerdein werden auftretende Schwankungen der Betriebsspannung
+U durch die Nfirkung der weiteren Verstärkerstufe weitgehend kompensiert,
so daß sie sich der Ausgangsspannung nicht überlagern.
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#Win in der Zeichnung dargestelltes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Differenzverstärkers nach der Erfindung sei nachfol-,Ljen(i näher beschrieben.,
An die bekannte, eingangu beschriehene Differenzverstärkerschaltuni,#, aeren uyiumetrischer
Ausgang mit 9 und 10 bezeichnet ist, ist dabei eine weitere Verstärkerstufe,
bestehend aus der Triode
11, derart angeschaltet, daß die
eine Ausgangsklemme 9 mit der Anode"die zweite Ausga-ngsklemme
10 über einen Koppelkondensator 12 mit dem Steuergitter von 11 verbunden
ist. Die Kathode von 11 wird zweckmäßigerweise über einen Gegenkopplungswiderstand
13 an das Iviiassepotential geschaltet, während die Anode über einen Koppelkondensator
14 init dem Ausgang 15 des nach der Erfindung erweiterten Differenzverstärkers
verbunden ist. Damit ist der Arbeitswiderstand 4 den Verstärkerstufen
1 und 11 gemeinsarn zugeor dnet. Werden nun die Betriebspotentiale
der Triode 11, vorzugsweise durch entsprechende Dimensionierung bzw. Justierung
des Gegenkopplungswiderstandes 13, so eingestellt, daß die Verstärkung v
= 1 beträgt, ergibt sich folgende Wirkungsweise der dargestellten Schaltung:
Die zwischen den Schaltungspunkten 6 und 10 liegende Spannung
U 2 ff, die die Verstärkerstufe 11 aussteuert, bewirkt eine anodenseitige
Spannung gleicher Größe, jedoch mit einer Phasenverschiebung von 180 0 ,
die sich der Spannung U 2 1 am gemeinsamen Arbeitswiderstand überlagert.
Damit tritt für die Nutzspannung, bei der die Spannungsteile U 2
t und U 2 11 gegenphasig sind, infolge der Phasendrehung in
11 eine Addition dieser Spannungen zu einer Sijmmenspannung U 3 auf,
während für die gleichphasigen Erdspannungen eine Differenzbildung erfolgt. Die
Summenspannung U 3
ist am Schaltungsausgang 15 unsymmetrisch gegenüber
Masse abgreifbar. Die Verstärkung der Nutzspannung entspricht der vollen Verstärkung
beider Stufen 1 und 2, da die einzeln verstärkten Teilspannungen
U 2 1 und U 2 11 phasengleich addiert werden.
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Der Innenwiderstand und der Eingangswiderstand der Verstärkerstufe
11 werden zweckmäßigerweise durch eine entsprechend starke Ausbildung der
Stromgegenkopplung über den Kathodenwiderstand 13 so groß gegenüber dem Arbeitswiderstand
4 bzw. 5 gemacht, daß sie die Schaltungssymmetrie nur geringfügig beeinflussen.
Eine Kompensation der verbleibenden Unsymmetrien kann in einfacher Weise.durch entsprechende
unterschiedliche Bemessung der
Arbeitswiderstände 4 und
5 vorgenommen werden. Mittels eines llotentiometers 16 ist außerde-rii
eine Veränderung der Stromgegenkopplungen für die Röhren 1 'und 2 in der
Weise möglich, daß auch bei voneinander abweichenden Rührenkennwerten die Verstärkungen
beider Röhren gleich groß sind. Bei höheren Frequenzen tritt eine Verringerung der
Unsymmetriedämpfung für den Fall ein, daß die kapazitive Belastung der Röhren
1 und 2 im Anodenkreis unterschiedlich groß-ist. Durch eine entsprechende
Einstellung einer veränderbaren Kapazität 17 parallel zum Gegenkopplungswiderstand
13 können diese Störungseinflüsse ausgeschaltet werden. Störungen der Ausgangsspannung
U 3 durch nicht ausgeregelte Netzspwinungsstöße werden bei einem Differenzverstärker
nach der Erfindung weitgehend kompensiert. Gelangt beispielsweise ein Spannungsstoß
an die Anoden der Röhren 1, 2 und 11, so wird ein Spannungsstoß
gleicher Größe auf die Anodenseite der Röhre 11 übertragen, der sich zu dem
primären Spalinungsstoß gegenphasig addiert und diesen somit praktisch aufhebt.
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Bei einem Differenzverstärker nach der Erfindung liegen die Werte
der erreichbaren Unsymmetriedämpfung bis zu 40 dB und darüber über den Unsymmetriedämpfungen
vergleichbarer Differenzverstärk.er mit unsymmetrischer Spannungsauskopplung. Besonders
vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten bieten sich daher als Eingangsschaltungen von
hochohmigen Spannungsmeßgeräten, wie sie beispielsweise zur Yiessung de2 Ausgangsspannungen
an stark dämpfenden Vierpolen der eleXtrischen Nachrichtentechnik verwendet werden.