DE1762365A1

DE1762365A1 - Verstaerkerschaltung mit umschaltbarer Verstaerkung

Info

Publication number: DE1762365A1
Application number: DE19681762365
Authority: DE
Inventors: Seiichiro Shigaki
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1967-06-07
Filing date: 1968-06-05
Publication date: 1970-04-30
Also published as: DE1762365B2; GB1174742A; US3483478A

Description

Anmelder:

Nippon Electric Company, Ltd.,
7-15 j Shiba-Gochome, Minato-ku,
Tokio, Japan

Vertreter:
Patentanwalt
Dipl.-Ing. Max Bunke
7 Stuttgart W
Schloßstr. 73 B

Stuttgart, 31. Mai 1968 P 2110

Verstärkerschaltung mit umschaltbarer Verstärkung

Die Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung mit umschaltbarer Verstärkung, wie sie insbesondere in einem Analog- Digital-Wandler benutzt wird.

Die Verstärkerschaltung mit umschaltbarer Verstärkung, die insgesamt einen Verstärker oder ein Dämpfungsglied darstellt, dessen Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktor mit hoher Schaltgeschwindigkeit und Genauigkeit umgeschaltet werden/ kann, ist in Analog-Digital-Wandlern mit logarithmischer, teilweise gepreßter und teilweise gedehnter nichtlinearer Kennlinie erforderlich.

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Bekannte Verstärker- oder Dämpfungsschaltungen dieser Art benutzen normalerweise Ilalbleiterelemente, z.B. Dioden und Transistoren, zur Durchführung des Umschaltvorgangs. Da diese Halbleiterelemente mit dem Hauptsignalkreis in Reihe oder parallel geschaltet sind, lassen sich die Einflüsse der Restspannung und des Restwiderstandes nicht ausschalten, insbesondere die Einflüsse aufgrund der Abweichung der Restspannungen und der Restwiderstände innerhalb des Widerstandssystems und der Schalter und die Einflüsse einer Signalpegeländerung. Dadurch wird es schwierig, die Bedingungen sowohl hinsichtlich einer hohen Umschaltgeschwindigkeit als auch einer hohen Genauigkeit des Verstärkungs- oder Dämpfungsfaktors gleichzeitig einzuhalten.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Verstärkerschaltung, die eine hohe Umschaltgeschwindigkeit und gleichzeitig eine hohe Genauigkeit des Verstärkungs·*» oder Dämpfungsfaktors gewährleistet. Im Rahmen der folgenden Beschreibung umfaßt die Bezeichnung Verstärkerschaltung auch jeweils eine Dämpfungsschaltung·

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß parallel zu einem Verstärker, dessen Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von positiv- und negativpolaren Eingangssignalströmen verschieden ist, ein Umschaltkreis geschaltet ist, zwischen dessen Eingangsteil und Ausgangsteil eine Spannungsquelle über einen Schalter anschaltbar ist, damit der Eingangsstrom des Verstärkers im Eingangsteil durch entsprechende Summierung mit einem Konstantstrom der Spannungsquelle -34- zu posi-O tiven oder negativen Werten umgeschaltet werden kann Φ und damit zur Aufhebung der Summierung im Eingangsteil ein entsprechender Strom im Ausgangsteil summiert werden ce> kann, wodurch die Verstärkung der Verstärkungsschaltung «* umschaltbar ist.

u% Es wurde zwar bereits vorgeschlagen, innerhalb des Rückkoppelungszweiges eines Verstärkers mit hohem Verstärkungsfaktor eine Diode anzuwenden, damit die Rest-

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fehler, z.B. infolge des Diodenschalters herabgesetzt werden (US-Patentschriften 3.14-5.377 und 3.187.325)·

Durch Anwendung dieser Schaltung im Rahmen der Erfindung erhält man ein Verstärker mit hoher Umschaltgeschwindigkeit und hoher Genauigkeit des Verstärkungsfaktors.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert, die ein Schaltbild der Verstärkerschaltung nach der Erfindung darstellt.

Ein Verstärker 1 hat im wesentlichen den an der obengenannten Stelle bereits vorgeschlagenen Aufbau, wesentlich ist hierbei, daß die Rückkoppelungszweige in Abhängigkeit von der Polarität des Eingangsstromes jeweils umgeschaltet werden. Durch die Erfindung wird ein Schalt- und Koppelkreis 2 vorgeschlagen, der zusammen mit dem. Verstärker 1 eine Verstärkerschaltung mit veränderlichem Verstärkungsfaktor ergibt.

Innerhalb des Verstärkers 1 befindet sich ein Phasenumkehrverstärker 11 mit hoher Spannungs- und Stromverstärkung. Der erste Rückkoppelungszweig umfaßt die Reihenschaltung einer Diode 12 und eines Widerstandes 12 zwischen dem AusgangsVerbindungspunkt 26 und dem Eingangsverbindungspunkt 25· Ähnlich umfaßt der zweite Rückkoppelungszweig die Reihenschaltung einer Diode 13 und eines Widerstandes 15 zwischen dem Ausgangsverbindungspunkt 26 und dem EingangsVerbindungspunkt 25. Die Diode 12 ist derart gepolt, daß Strom nur von dem Ausgangsverbindungspunkt 26 durch den Widerstand 14 fließen kann; die Diode 13 ist entgegengesetzt gepolt, so daß Strom von dem Widerstand 15 zum Ausgangsverbindungspunkt 26 fließen kann. Koppelungswiderstände 16 und 17 verbinden den Verstärker 1 mit dem Ausgangsanschluß 18.

Innerhalb des Kreises 2 befindet sich ein Schalter 19 zur Umschaltung des Verstärkungsfaktors der Verstärker-

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schaltung, dessen eine Anschlußseite über einen Widerstand 20 mit einer Konstantspannungsquelle 21 und ' dessen andere Anschlußseite über die Widerstände und 23 jeweils mit dem Eingangsanschluß 24- und dem Ausgangsanschluß 18 verbunden ist.

Es werde angenommen, daß an dem Verstärker 1 der Eingangsstrom I. anliegt, der Ausgangsstrom am Ausgangsanschluß 18 beträgt Iq. Die Widerstände 14 und 15 haben jeweils die Werte R,™ und Rj?p· ^D^-^e Werte der Widerstände 16 und 17 sind jeweils Rj_x, und Ryo· Die '

Widerstände 20, 22 und 23 haben jeweils die Werte fc Ro, Ro/iund Rop» die Konstaitepannungsquelle 21 hat die Spannung Eg. Wenn der Wert I. positiv ist, können

die Eingangsspannung und der Eingangsstrom des Verstärkers 11 im Vergleich mit den endlichen Werten von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom vernachlässigt*** werden, da der Verstärker 11 eine hohe Spannungsund Stromverstärkung besitzt; deshalb führt der Eingangsanschluß 25 im wesentlichen die Spannung O, und der Eingangsstrom verzweigt sich in gleichen Anteilen auf die Widerstände 14 und 15. '«Venn der Schalter abgehoben ist, liegen die Widerstände 22 und 23 zwischen dem Eingangsverbindungspunkt 25 mit O-Spannung . und dem Ausgangsanschluß 18 und haben somit keinen Einfluß auf den Verstärkungsvorgang. Da der Eingangsstrom I. positiv ist, fließt der Rückkoppelungsstrom nur du£ch den Widerstand 15 und die Diode 13 des zweiten Rückkoppelungszweiges. Somit kann der Ausgangsstrom Iq folgendermaßen dargestellt werden (wenn der Schalter 19. abgehoben ist):

. ^RF2 _T

Wenn der Schalter 19 geschlossen ist, wird im Eingangsanschluß 24 ein aufgrund der Spannung Eg der Spannungsquelle fließender Strom

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^RS1 ' ^RS2

von dem Eingangsstrom I. subtrahiert. Der Eingangsstrom für die Schaltung 1 kann folgendermaßen dargestellt werden

^RS2 ' ^ES

^{+ R}S1 ' ^ßS2

Wenn hierbei die Werte für Eg, R₃, R₃., R₃₂ so ausgewählt werden, daß der letzte Term größer als der erste Term I^ ist, erreicht der Eingangsstrom in die Schaltung 1 einen negativen Wert, so daß nur über den ersten Rückkoppe lungs zweig aus dem Widerstand 14- und der Diode 12 " ein Rückkoppelungsstrom fließt. Deshalb kann der Ausgangsstrom Iq folgendermaßen ausgedrückt werden

T _	^HF1	T	Rg (J R₃₁ ,	^RS2 "	^ES	* ^RS2	Rp₁
	^RI1	¹I	so	Ro. + R_QO) + ■ ^Es	^HS1	daß ^RF1	^δΙ1 ^
Wenn der	Wert	₁ + ^RS1	+ Rq λ · Ro O O I Oc ausgewählt	ist,	.³SI , ^HS2

erhält man für Iq (wenn der Schalter 19 geschlossen ist):

_T ^RF1 ,

₁₁

Damit kann der Verstärkungsfaktor der Schaltung zwischen den beiden Werten: Rpp/Rjp "²^ ^RFi/^fin ¹^¹*^ΘΓ Verwendung des Schalters 19 umgeschaltet werden.

Da durch den Schaltkreis 2 kein Signalstrom fließt, kann- der Verstärkungsfaktor allein durch die sechs Widerstände R₃₁, R₃₂» Rp₁, Rp₂» ^Rii und ^Ri2 festgelegt werden. Die Kennlinien der Schaltung werden nicht durch die Größen E₃ und B₈ beeinflußt. Damit erhält man eine Verstärkerschaltung mit hoher Genauigkeit, die

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mit hoher Schaltgeschwindigkeit umgeschaltet werden kann.

Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf eine schaltung nach den USA-Patentschriften 3. 145.377 und 3.187.325 erläutert. Die Erfindung kann jedoch selbstverständlich auch in Verbindung mit anderen Verstärkern benutzt werden, die unterschiedliche Verstärkungsfaktoren in Abhängigkeit von positivpolaren oder negativpolaren Eingangssignalen haben.

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Claims

fat entansprüche

( 1.)Verstärkerschaltung mit umschaltbarer Verstärkung, Ttadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem Verstärker (1), dessen Verstärkungsfaktor in Abhängigkeit von positiv- und negativpolaren Eingangssignalströmen verschieden ist, ein Ümschaltkreis (2) geschaltet ist, zwischen dessen Eingangste,il C22) und Ausgangsteil (23) eine Spannungsquelle (21) über einen Schalter (19) anschaltbar ist, damit der Eingangsstrom des Verstärkers im Eingangsteil durch entsprechende Summierung mit einem Konstantstrom der Spannungsquelle (21) zu positiven oder negativen Werten umgeschaltet werden kann und damit zur Aufhebung der Summierung im Eingangsteil ein entsprechender Strom im Ausgangsteil summiert werden kann, wodurch die Verstärkung der Verstärkerschaltung umschaltbar ist.
2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Rückkoppelungszweige des Verstärkers (1) jeweils eine Diode enthalten, aufgrund deren Polung das Eingangssignal in Abhängigkeit von seiner Polarität wahlweise über einen Rückkoppelungszweig wirksam ist, daß die jeweiligen an die Rückkoppelungszweige angekoppelten Ausgangszweige miteinander gekoppelt sind, daß zwei in Reihe geschaltete Widerstände (22, 23) zwischen die Eingangsseite und Ausgangsseite des Verstärkers geschaltet sind, an deren Verbindungspunkt über einen Schalter (19) eine Spannungsquelle (21) anschaltbar ist, wobei wahlweise der erste oder zweite Rückkoppelungszweig in Abhängigkeit von der Stellung des betreffenden Schalters (19) benutzt wird, was eine Umschaltung des Verstärkungsfaktors bedeutet.

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