DE1762365C - Operationsverstärker mit umschaltba rem Verstarkungsgrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein^n Operationsverstärker mit zwischen zwei disk^reten Werten umschaltbarem Verstärkungsgrad, mit zwei Rr:kkopplungsschleifen, von denen die erste die Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diode enthält, die so gepolt ist, daß sie das Fließen euKS Stromes vom Eingang zum Ausgang gestattet, während die zweite Rückkopplungsschleife die Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diode umfaßt, die so gepolt ist, daß sie das Fließen eines Stiomes vom Ausgang auf den Eingang ermöglicht, und mit zwei an den jeweiligen Verbindungspunkten zwischen Diode und Widerstand angeschlossenen Ausgangsklemmen.

Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Decodierung von nichtlinear codierten PCM-Signalen.

Einzelheiten dieser Technik sind in »IEEE Transactions of the professional technical group on communications systems«, Bd. CS-I I, Nr. 3, September 1963, S. 296 bis 307, insbesondere in Verbindung mit F i g. 2 erläutert.

Damit die einzelnen Stufen in solchen Schaltungen eine hohe Genauigkeit haben, benötigt man Operationsverstärker. Aus den USA.-Patentschriften 3 i45 377 und 3 187 325 ist bereits ein Operationsverstärker der genannten Art bekannt. Dessen beide Ausgangs führen jeweils wechselweise Erdspannung oder eine linear von der Eingangsspannung abhängige Spannung. Zum Aufoau einer vollständigen Decodierungsstufc benötigt man deshalb zv/ei im Gegentakt geschaltete Operationsverstärker.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, den Verstärkungsgrad einer einzigen Verstärkerstufe umschaltbar auszubilden, damit am Ausgang des Operationsverstärkers für einen konstanten Wert eines Eingangssignals zwei verschiedene Ausgangsspannungen in Abhängigkeit von einem als Steuersignal dienenden Codcsignal zur Verfügung stehen.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß beide Ausgänge über je einen Widerstand zu einem gemeinsamen Ausgang zusammengefaßt sind und daß ein Schalter vorgesehen ist, mit dessen Hilfe eine äußere Stromquelle über je einen Widerstand sowohl mit dem Eingang als auch mit dem Ausgang verbunden werden kann.

Der in Abhängigkeit von einem Codesignal betätigte Schalter bewirkt jeweils eine Änderung des Eingangsstromes, damit sich die Polarität der Eingangsspannung für die Verstärkerstufe ändert. Infolgedessen wird die jeweils andere Rückkopplungsschleife wirksam. Dadurch ergibt sich eine Änderung des Verstärkungsgrades. Die Änderung des Eingangsstromes wird nach der Erfindung im Ausgangsstrom dadurch kompensiert, daß der mit dem Schalter verbundene Stromkreis auch an den Ausgang angeschaltet ist. Damit eignet sich der Operationsverstärker nach der Erfindung im Rahmen einer Decodierungsschaltung für nichtlinear decodieite PCM-SignaTe.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die 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 Rückkopplungszweige 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 Spannungsund Stromverstärkung. Der erste Rückkoppelungszvveig umfaßt die Reihenschaltung einer Diode 12 und eines Widerstandes 14 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 Ve:- stärker 1 mit dem Ausgangsanschluß 18.

Innerhalb des Kreises 2 befindet sich ein Schalter 19 zur Umschaltung des Verstärkungsfaktors der Verstärkerschaltung, dessen eine Anschlußseite über einen Widerstand 20 mit einer Konstantspannungsquelle 21 und dessen andere Anschlußseite über die Widerstände 22 und 23 jeweils mit dem Eingangsanschluß 24 und dem Ausgangsarschluß 18 verbunden ist.

Es werde angenommen, daß an dein Verstärker 1 der Eingangsstrom /_; anliegt, der Ausgangsstrom am Ausgangsanschluß 18 beträgt I₀. Die Widerstände 14 und 15 haben jeweils die Werte R_Fl und R_r2. Die Werte der Widerstände 16 und 17 sind jeweils R_n und R₁₂. Die Widerstände 20, 22 und 23 haben jeweils die Werte R₅, R_sx und R₅₂, die Konstantspannungsquelle 21 hat die Spannung £_s. Wenn der Wert /, positiv ist, können die Eingangsspannung und der Eingangsstrom des Verstärkers 11 im Ver-

gleich mit den endlichen Werten von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom vernachlässigt werden, da der Verstärker 11 eine hohe Spannungs- und Stromverstärkung besitzt; deshalb führt der Eingangsanschluß 25 im wesentlichen die Spannung 0, und der Eingangsstrom verzweigt sich in gleichen Anteilen auf die Widerstände 14 und 15. Wenn der Schalter 19 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 J₁- positiv ist, fließt der Rückkoppehmgsstrom nur durch den Widerstand 15 und die Diode 13 des zweiten Rückkoppelungszweiges.

Dk Spannung am Verbindungspunkt zwischen Widerstand 15 und Diode 13 beträgt -Tj-Rf₂, da sich der Eingangsverbindungspunkt 25 auf Erdpotential befindet. Der über den Widerstand 17 zum Ausgangsanschluß 18, der sich eber/ills auf Erdpotential befindet, fließende Str^m ist der Ausgangsstrom I₀. Infolgedessen erhält man für den Ausgangsstrom /₀, wenn der Schalter 19 abgehoben ist: Wenn hierbei die Werte für E_s, R_s, R_Si, £s2 so ausgewählt werden, daß der letzte Term größer als der erste Term J₁- ist, erreicht der Eingangsstrom in der Schaltung 1 einen negativen Wert, so daß nur über den ersten Rückkopplungszweig aus dem Widerstand 14 und der Diode 12 ein Rückkopplungss'rom fließt Deshalb kann der Ausgangsstrom J₀ folgendermaßen ausgedrückt werden:

τ _ *Ft In — ~Pi

R₃(R₃₁+R₃₁)+ R₃₁-R₃₂ R_n

Wenn der Wert

so ausgewählt ist, daß

R_n _ Rs₁

R,

h =

I₁.

Wenn der Schalter 19 geschlossen ist, wird der Gleichstrom der Quelle 21 auf die beiden Zweige mit den Widerstandswerten R_S) und R_S2 verteilt, die jeweils an die Anschlußpunkte 25 bzw. 18 mit Erdpotential angeschlossen sind. Infolgedessen fließt zum Eingangsanschluß 24 ein Strom

heben sich der zweite und dritte Term der vorstehenden Gleichung auf. Infolgedessen erhält man für J₀ (wenn der Schalter 19 geschlossen ist):

Rs 1

■ Rsi + Rs2

Somit wird dieser Strom bzw. nach Umformung der Strom

Rs

+ R

s\

von dem Eingangsstrom /,· subtrahiert. Der Eingangsstrom für die Schaltung 1 kann folgendermaßen dargestellt werden.

s2

I - ^R-^- I

R/i

Damit kann der Verstärkungsfaktor der Schaltung zwischen den beiden Werten Rp₂IRi₂ ^un<i Rfi/Ru unter Verwendung des Schalters 19 umgeschaltet

35 werden. Da durch -'en Schaltkreis 2 kein Signalstrom fließt, kann der Verstärkungsfaktor allein durch die sechs Widerstände R₅₁, R₅₂, R_fl, R_F1, Rn und R_/2 festgelegt werden. Die Kennlinien der Schal-

tung werden nicht durch die Größen E_s und R₅ beeinflußt. Damit erhält man eine Verstärkerschaltung mit hoher Genauigkeit, die 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Operationsverstärker mit zwischen zwei diskreten Werten umschaltbarem Verstärkungsgrad, mit zwei Rückkopplungsschleifen, von denen die erste die Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diode enthält, die so gepolt ist, daß sie das Fließen eines Stromes vom Eingang zum Ausgang gestattet, während die zweite Rückkopplungsschleife die Reihenschaltung eines Widerstandes und einer Diode umfaßt, die so gepolt ist, daß sie das Fließen eines Stromes vom Ausgang auf den Eingang ermöglicht, und mit zwei an den jeweiligen Verbindungspunkten zwischen Diode und Widerstand angeschlossenen Ausgangsklemmen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Ausgang- über je einen Widerstand (16 bzw. 17) zu einem gemeinsamen Ausgang (18) zusammengefaßt sind und daß ein Schalter (19) vorgesehen ist. mit dessen Hilfe eine äußere Stromquelle (21) über je einen Widerstand (2?. bzw. 23) sowohl mit dem Eingang (25) als auch mit dem Ausgang (18) verbunden werden kann.