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Das Hauptpatent bezieht sich auf einen Differenzspannungsverstärker,
wie er vorzugsweise in Analog-Digital-Umsetzem verwendet werden kann. Derartige
Verstärker müssen deshalb besonders ausgelegt werden, da an ihnen einerseits sehr
große Spannungsunterschiede und andererseits auch mit genügender Genauigkeit sehr
kleine Spannungsunterschiede bewertet werden müssen. Gemäß dem Hauptpatent wird
ein derartiger Spannungsverstärker dadurch driftfrei gemacht, daß als Verstärker
ein mehrstufiger Wechselstromverstärker vorgesehen ist und daß die einzelnen Stufen
gleichstrommäßig entkoppelt werden. Außerdem wird jeder Verstärkerstafe ein Amplitudenbegrenzerglied
zugeordnet.
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Durch diese Maßnahme und das kurzzeitige Ab-
tasten der zu verstärkenden
Spannung wird erreicht, daß der Gleichstrommittelwert der zu verstärkenden Spannung
auch in ungünstigsten Fällen auf einen Mindestwert herabgedrückt wird, der jedenfalls
kleiner ist als die kleinste zu verstärkende Spannung, die von dem Digital-Analog-Umsetzer
zu beherrschen ist.
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Hierbei ist gemäß dem Patentanspruch 4 des Hauptpatents darauf zu
achten, daß die Zeitkonstante der Kopplung zwischen den, einzelnen Verstärkerstufen
groß gegen die Dauer der einzelnen Abtastimpulse der Vergleichsspannung gewählt
ist.
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Der im Hauptpatent unter Schutz gestellte Differenzspannungsverstärker
arbeitet dann einwandfrei, wenn ein im wesentlichen statischer Betrieb vorausgesetzt
werden kann. Ist dies nicht der Fall, dann pflanzt sich der in den vorderen Stufen
vorhandene Gleichstrommittelwert nach Maßgabe der einzelnen Stufen-Zeitkonstanten
über die einzelnen Stufen fort und fährt gegebenenfalls sogar bei der bzw. bei den
letzten Stufen zu einer übersteuerung der einzelnen Wechselspannung-Verstärkerstufen,
und damit zu einem Abscheiden der noch auszuwertenden kleinsten Spannungen. dung
eines Verstärkers nach der Erfindung. Der Verstärker besteht aus den einzelnen Verstärkergliedern
171 bis Vn. Jeder einzelnen Stufe ist ein Amplitudenbegrenzer A 1 bis
A n nachgeordnet. Die einzelnen Stufen sind in an sich bekannter
Weise über Kondensatoren wechselspannungsmäßig gekoppelt, also gleichspannungsmäßig
getrennt. Am Eingang a dieses Verstärkers liegt eine Impulsfolge, wie sie durch
Abtastung der Differenzspannung, die beispielsweise im Extremfall eine Treppenspannung
(vgl. Fig. 2 des Hauptpatents) sein kann, gewonnen ist (vgl. Fig. 3 des Hauptpatents).
Durch die gleichstrommäßige Entkopplung hat jeder Spannungsverlauf am Ausgang einer
Stufe einen Gleichspannungsanteil, der, verglichen mit dem Gleichspannungsanteil
am Eingang des gesamten Verstärkers, relativ näher am wirklichen Null-Wert der Differenzspannung
liegt, wie in F i g. 5 des Hauptpatents wiedergegeben ist.
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Die F i g. 2 zeigt ein entsprechendes Impulsdia-gramm,
wobei die einzelnen Impulse 1 zunächst so dargestellt sind, wie sie im ungünstigsten
Fall am Eingang a der Verstärkeranordnung anliegen, wenn plötzlich eine Serie von
Konvertierungen beginnt. Diese Impulse haben einen ganz bestimmten Gleichstrommittelwert
2, der hinter dem ersten Kondensator, also am Eingang des Verstärkers V
1 auf Grund der diesem Koppelglied typischen Zeitkonstante eine Arbeitspunktverschiebung
3 nach dem negativen Bereich hin, also in der dargestellten Richtung, zur
Folge hat. Die Amplitude dieser Arbeitspunktverschiebung liegt in der Größenordnung
der letzten Impulse der zu verstärkenden Abtastimpulsfolge.
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Wird nun gemäß dem Vorschlag nach der Erfindung die Zeitkonstante
von Stufe zu Stufe kleiner gemacht, dann wird diese Arbeitspunktverschiebung entsprechend
der nunmehr wirksam werdenden Zeitkonstanten in Verbindung mit dem infolge der Begrenzungen
von Stufe zu Stufe relativ kleiner werdenden Gleichstromanteil in Richtung auf Null
zurückgeführt. In der Figur sind mit der Linie 4 die Verhältnisse nach der Verstärkung
und Amplitudenbegrenzung amAusgang des erstenZwischen-Koppelgliedes wiedergeg geben.
Die Linie 5 zeigt die Verhältnisse nach dem zweiten Zwischen-Koppelglied.
Es ist ohne weiteres zu ersehen, daß der Gleichstrommittelwert relativ zu den kleinsten
Impulsen gegen Null geführt wird, so daß er auf die Verstärkung der kleineren Abtastimpulse
nach einer genügenden Anzahl von Stufen keinen Einfluß mehr haben kann, da der durch
den Gleichstrommittelwert hervorgerufene Einschwingvorgang letztlich die Amplitude
der kleinsten Impulse gar nicht mehr erreicht.
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Im praktischen Betrieb hat es sich als besonders vorteilhaft ergeben,
wenn die Zeitkonstante von Stufe zu Stufe mindestens in dem Maß verkleinert wird,
in dem der Verstärkungsgrad zunimmt.
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Die F i g. 3 der Zeichnung, die hinsichtlich der Darstellung
und auch der Bezugszeichen der Darstellung nach Fig. 6 im Hauptpatent entspricht,
zeigt, auf welche Weise die Zeitkonstante eines einzelnen Verstärkergliedes beeinflußt
werden kann. Die Zeitkonstante kann entweder an dem Verstärkereingang, durch entsprechende
Dimensionierung des Kopplungskondensators zusammen mit dem Basisableitwiderstand
erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es aber, die aus der Spule L und dem Widerstand
R 1 gebildete Zeitkonstante im Sinne der Erfindung bei den Der Erfindung
liegt die Aufgabe zugrunde, auch im dynamischen Betrieb den Differenzspannungsverstärker
nach dem Hauptpatent noch mit dem gleichen Vorteil einsetzen zu können. Dies wird
erflndungsgemäß dadurch erreicht, daß die Zeitkonstante der einzelnen Verstärkerstufen
von Stufe zu Stufe in Verstärkungsrichtung vermindert wird. Als besonders vorteilhaft
und wirkungsvoll hat sich hierbei herausgestellt, wenn die Zeitkonstante einer Stufe
um mindestens den gleichen Betrag kleiner gemacht wird, um den diese Verstärkerstufe
das ihr angebotene Signal verstärkt. In diesem Fall wird nämlich, wie noch an Hand
eines Ausführungsbeispiels dargelegt wird, erreicht, daß die am Ausgang des ersten
bzw. der vorderen Verstärker infolge schwankenden Gleichspannungsanteil der Differenzspannung
auftretende Arbeitspunktverschiebung, die auf Grund der einzelnen Zeitkonstanten
auch über die Kopplungskondensatoren übertragen wird, von Stufe zu Stufe immer stärker
unterdrückt wird, so daß sie sich an der letzten Stufe bzw. am Ausgang der letzten
Stufe -überhaupt nicht mehr störend bemerkbar macht. Die kleinste noch auszuwertende
Spannung kann dann selbst in den ungünstigsten Fällen nicht mehr abgeschnitten werden.
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Einzelheiten der Erfindung sowie deren Vorteile werden an Hand eines
Ausführungsbeispiels in Verbindung mit einem Diagramm dargestellt. Die F i
g. 1
der Zeichnung, die identisch der Fig. 4 der Zeichnung des Hauptpatents
entspricht, zeigt die Ausbileinzelnen
Verstärkerstufen zu dimensionieren,
da in diesem Fall die Begrenzungsdioden dem die Zeitkonstante bestimmenden Glied
unmittelbar parallel liegen und dadurch der Gleichstrom-Mittelwert in den einzelnen
Stufen dem wirklichen Nullwert noch besser genähert wird.
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Die erflndungsgemäße Vorschrift kann natürlich nicht nur bei Verstärkergliedern,
die sich eines Transistors Tr bedienen, wie in F i g. 3 dargestellt, realisiert
werden. Vielmehr ist auch die Anwendung des Erfindungsgedankens bei anders gearteten
Verstärkergliedem unmittelbar möglich.