DE1766867C

DE1766867C - Transistor chopper amplifier

Info

Publication number: DE1766867C
Authority: DE
Inventors: Gerhard 5628 Heihgenhaus Aulich (verstorben)
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Publication date: 1971-06-24

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Transistor· Chopperverstärker mit DlfToroiizverstlirkerstufo,The invention relates to a transistor Chopper amplifier with DlfToroiizverstlirkerstufo,

Cnopperverstürker werden zur Verstärkung sehr kleiner Oleichspannungen verwendet. (»Modulatoren,,,« vonDr.Meyer-Brotz aus Elektronik, I960, Nr, 2, S, 59 und 60.) Die zu messende Gleichspannung wird von einem Chopperverstärker in eine ihr proportionale Wechselspannung zerhackt, in einem anschließenden WechselspunnungsVerstürker verstärkt und dessen Ausgangsspannung mit einem gesteuerten Gleichrichter phasenrichtig gleichgerichtet. Diese Methode wird seit langem unter Benutzung mechanischer Zerhacker angewendet, jedoch lassen diese sich in vielen Füllen mit Vorteil durch Transistoren im Schalterbetrieb ersetzen. Im schaltenden Betrieb wird durch eine entsprechende Basisspannung dafür gesorgt, daß der Transistor entweder gesperrt oder übersteuert ist. Beim Transistorschalter bleibt jedoch im übersteuerten, d. h. im leitenden Zustand eine Restspannung bestehen, während im gesperrten nicht lei- ao tenden Zustand ein kleiner temperaturabhängiger Reststrom fließt.Chopper amplifiers become great for reinforcement small DC voltages are used. (»Modulators ,,,« vonDr.Meyer-Brotz from Electronics, I960, No. 2, S, 59 and 60.) The DC voltage to be measured is chopped by a chopper amplifier into an alternating voltage proportional to it, in one subsequent alternating voltage amplifier amplified and its output voltage with a controlled Rectifier rectified in phase. This method has long been using mechanical Chopper used, but these can be used in many cases with advantage through transistors in the Replace switch operation. In switching operation, a corresponding base voltage ensures that that the transistor is either blocked or overdriven. With the transistor switch, however, remains in overdriven, d. H. in the conductive state there is a residual voltage, while in the blocked state not lei- ao a small, temperature-dependent residual current flows.

Zur Verkleinerung des Fehlerstromes weiden bevorzugt Silizium-Transistoren verwendet, die sehr kleine Restströme aufweisen. Es ist auch bekannt, den Spannungsfehler durch die Verwendung von zwei Transistoren zu kompensieren. Die beiden Transistoren werden dabei gcgcnphasig über einen Transformator mit Mittelanzapfimg angesteuert.We prefer to reduce the fault current Silicon transistors are used, which have very small residual currents. It is also known to compensate for the voltage error by using two transistors. The two transistors are controlled in single-phase via a transformer with a center tap.

Es ist ferner ein Transistor-Choppcrvorstärker für niederohmige Quellen mit einem FeldefTekttransistor bekannt, bei dem die Drain-Source-Streeke des Feldeffekttransistors parallel zur Quelle angeordnet ist. (»The Field-Effekt Transistor used as a Low-Lewel-Chopper« von K. Barton aus Electronic Engineering, Februar 1965, S. 80 bis 83.) Der Transistor wird über das Gate von einem Impulsgeber gesteuert. Die bekannte Schaltung weist zusätzlich eine Anordnung mit einer Diode auf, die zur Kompensation des Leckstromes im gesperrten Zustand des Transistors dient.It is also a transistor chopper preamplifier for low-resistance sources with a field effect transistor known, in which the drain-source path of the field effect transistor is arranged parallel to the source. ("The field-effect transistor used as a low-level chopper" by K. Barton from Electronic Engineering, February 1965, pp. 80 to 83.) The transistor will controlled by a pulse generator via the gate. The known circuit also has an arrangement with a diode, which is used to compensate for the leakage current in the blocked state of the transistor.

Bekannt ist auch ein Transistor-Chopperverstärker mit zwei in Serie geschalteten Transistoren, deren Kollektoren gemeinsam auf einem Bezugspotential liegen. Die beiden Transistoren sind parallel zu je einem Eingang einer Wechsclspannungs-DifferenzvcrstärVcr- 45, stufe angeordnet. Eine solche Anordnung ergibt aber nur dann günstige Verstärkungscigcnschaften, wenn Schaltelemente mit sehr niedrigen Innenwidersländen als geschlossene Schalter verwendet werden. Normale Transistoren erfüllen zwar diese Bedingung; die Fehlströme sind jedoch für viele Meßzwecke noch zu groß. Sie müssen daher durch zusätzliche Schaitungsmaßnahmen, die einen erheblichen Mehraufwand bedeuten, kompensiert werden.Also known is a transistor chopper amplifier with two series-connected transistors and their collectors are jointly on a reference potential. The two transistors are parallel to one each Input of an AC voltage differential strength Vcr- 45, level arranged. However, such an arrangement results in favorable reinforcement characteristics only if Switching elements with very low internal resistances can be used as closed switches. Normal Transistors meet this condition; however, the fault currents are still there for many measurement purposes too large. You must therefore through additional protection measures, which mean a considerable additional effort, are compensated.

Mit Feldeffekttransistoren kann man dagegen wesentlich geringere Spannungs- und Stromdriflen erzielen. (Electronic Engineering, Mär/. 1%5, S. 188.) Handelsübliche Feldeffekt-Transistoren sind jedoch gegenüber normalen Transistoren im leitenden Zustand relativ hochohmig, so daß eine verhältnismäßig große Restspannung an derDrain-Source-Slrecke ver-Meibl, die bei Parallelschaltung im Chopperkreis als Störgröße auftritt und das Melkrgebnis verfälscht.With field effect transistors, on the other hand, you can achieve significantly lower voltage and current drifts. (Electronic Engineering, Mar /. 1% 5, p. 188.) Commercially available field effect transistors, however, are in the conductive state compared to normal transistors relatively high resistance, so that a relatively large residual voltage on the drain-source-line which occurs as a disturbance when connected in parallel in the chopper circuit and falsifies the milking result.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transistor^'hoppei verstärker zu schallen, bei dein mit wenig schaltungstechnischem Aufwand die Meßeigenschiiften für kleine Gleiehspannungssignale verhcsscrt werden.The invention has for its object to sound a transistor ^ 'hoppei amplifier, at your the measuring properties with little circuitry effort for small equilibrium voltage signals will.

Diese Aufgabe wird erflndungsgemUß dadurch gelöst, daß jede dor beiden DilTerenz-Elngangsklemmen der Differenzverstlirkerstufe jeweils Über die Reihenschaltung eines Kondensators und der Kanal-Strecke eines Feldeflektentransistors mit je einem Pol einer Signalquelle verbunden ist, daß die Verbindungspunkte der beiden Feldeffekttransistoren und der Kondensatoren über einen Widerstand miteinander verbunden sind und daß die beiden im Chopperbetrieb arbeitenden Feldeffekttransistoren gemeinsam über die Gate-Anschlüsse von einem Impulsgenerator gesteuert werden.According to the invention, this object is achieved in that each of the two dilution input terminals of the differential amplifier stage is connected to one pole of a signal source via the series connection of a capacitor and the channel path of a field-effect transistor, and that the connection points of the two field-effect transistors and the capacitors are connected via a resistor are connected to one another and that the two field effect transistors operating in chopper mode are controlled jointly by a pulse generator via the gate connections.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand des in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert werden.In the following, the invention will be described in more detail with reference to the embodiment shown in FIG explained.

Die F i g. 1 zeigt einen Transistor-Chopperverstärker mit einer als Chopperkreis bezeichneten Modulatorstufe 32. Die weiteren dem Chopperkreis nach-' geschalteten Stufen bestehen aus einer Differenzverstärkerstufe 3, einem Wechselspannungsverstärker 20, einem gesteuerten Gleichrichter 21 als Demodulator und einem Gleichspannungsverstärker 24. Ferner ist ein Rechteckgenerator 16 zur Steuerung des Chopperkreises 32 und des Gleichrichters 21 vorgesehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden außer der Modulatorstufe 32 alle anderen Stufen 3, 20, 21, 24 und 16 als Blockschaltbild dargestellt.The F i g. 1 shows a transistor chopper amplifier with a modulator stage referred to as a chopper circuit 32. The other stages downstream of the chopper circuit consist of a differential amplifier stage 3, an AC voltage amplifier 20, a controlled rectifier 21 as a demodulator and a DC voltage amplifier 24. There is also a square-wave generator 16 for controlling the chopper circuit 32 and the rectifier 21 are provided. For the sake of clarity, the Modulator stage 32 all other stages 3, 20, 21, 24 and 16 are shown as a block diagram.

An die Eingangsklemmen 8 und 9 des Copperverstärkers ist eine Gleichspannungsquelle 10 angeschlossen. Die verstärkte Gleichspannung wird an der Klemme 25 und der Masseklemme 26 abgenommen.To input terminals 8 and 9 of the copper amplifier a DC voltage source 10 is connected. The amplified DC voltage is applied to the Terminal 25 and earth terminal 26 removed.

Der Chopperkreis besteht aus zwei Feldeffekttransistoren 6 und 7 in Diirerenzschaltung mit paralleler Ansteuerung. Die Kanalstrecke des Transistors 6 (Anschlüsse 11, 12) ist über einen Vorwiderstand 17 mit der Eingangsklemme 8 und über einen Kondensator 4 mit dem Eingang 1 der DilTerenzstufe 3 verbunden. In entsprechender Weise ist die Kanalstrecke des Transistors 7 (Anschlüsse 13, 14) über einen Vorwiderstand 18 an die Eingangsklemme 9 und über einen Kondensator 5 an den Eingang 2 der Differenzstufe 3 angeschlossen. Die Feldeffekttransistoren 6 und 7 werden über ihre Gateanschlüsse 22 und 23 gemeinsam vom Ausgang des Reckteckgenerators 16 (Leitung 33) angesteuert. Ihre Kanalanschlüsse 11 und 13 sind über einen Widerstand 15 miteinander verbunden, während eingangsseitig die Kanalanschlüsse 12 und 14 über je einen Arbeitswiderstand 30 bzw. 31 an die Masseleitung (Klemme 26) angeschlossen sind.The chopper circuit consists of two field effect transistors 6 and 7 in a diirerence circuit with parallel Control. The channel path of the transistor 6 (connections 11, 12) is via a series resistor 17 connected to input terminal 8 and via a capacitor 4 to input 1 of dilution stage 3. In a corresponding manner, the channel path of the transistor 7 (connections 13, 14) is via a Series resistor 18 to input terminal 9 and via a capacitor 5 to input 2 of the differential stage 3 connected. The field effect transistors 6 and 7 are connected via their gate connections 22 and 23 controlled jointly by the output of the rectangular generator 16 (line 33). Your duct connections 11 and 13 are connected to one another via a resistor 15, while the channel connections on the input side 12 and 14 are each connected to the ground line (terminal 26) via a working resistor 30 and 31, respectively are.

Eine an den Klemmen 8 und 9 liegende Gleichspannung wird durch die Transistoren 6 und 7 im Takte der Steuerspannung des Generators 16 unterbrochen. Die Kondensatoren 4 und 5 werden dadurch, entsprechend der Polarität der Eingangsspannung, periodisch geladen und speisen den Differenzeingang 1, 2 mit einem rechteckförmigcn Stromsignal, das dem an den Klemmen 8 und 9 angelegten Gleichspannungssignal proportional ist. Das Rechteck-Stromsignal wird in der DilTerenzstufe 3 und dem Zwischenverstärker 20 verstärkt und anschließend im Demodulator 21 phasenrichtig gleichgerichtet. Das aus den Widerständen 17, 18 und dem Kondensator 19 bestehende Netzwerk am Eingang der Modulatorstufc 32 dient zur Störspannungsunterdrückung.A DC voltage applied to terminals 8 and 9 is generated by transistors 6 and 7 in the Cycle of the control voltage of the generator 16 is interrupted. The capacitors 4 and 5 are thereby according to the polarity of the input voltage, charged periodically and feed the differential input 1, 2 with a square-wave current signal that corresponds to the DC voltage signal applied to terminals 8 and 9 is proportional. The square-wave current signal is amplified in the DilTerenzstufe 3 and the intermediate amplifier 20 and then in the Demodulator 21 rectified in phase. That from the resistors 17, 18 and the capacitor 19 existing network at the input of the modulator stage 32 is used to suppress interference voltage.

Alle symmetrisch gegen Masse auftretenden Störsignalc, wie z. IJ. die Schaltspitzen der Feldeffekttransistoren, erscheinen als Gleichkonlaklkoniponente All interference signals occurring symmetrically to ground, such as IJ. the switching peaks of the field effect transistors appear as Gleichkonlaklkoniponente

um Eingang der DifTorenzstufo, wo sie um den Rejektionsfaktor der DllTerenzstufo unterdrückt werden. Für die erfindungsgemllße Anordnung werden daher iiuch keine besonders niedcrohmigen FeldelTcktiransistorcn benötigt, da die llings der Kannistrecken auftretenden Spannungsabfälle kompensiert werden.at the entrance of the DifTorenzstufo, where they deal with the rejection factor the difference level can be suppressed. For the arrangement according to the invention, therefore, no particularly low-resistance field transistors are required either needed as the llings of the can stretch occurring voltage drops are compensated.

Der gesamte Chopperverstärker kann günstigorweise ohne kostspielige Übertrager ausgeführt werden. Das wird durch die Anwendung von Feldeffekttransistoren erreicht, deren sehr kleine Steuerströme, ohne zu stören, über den Eingangskreis und den Demodulationskreis fließen können.The entire chopper amplifier can cheaply run without costly transformers. This is achieved through the use of field effect transistors, whose very small control currents, can flow through the input circuit and the demodulation circuit without interfering.

Der erfindungsgemäße Transistor-Chopperverstärker mit seinem DilTerenzcingang eignet sich besonders vorteilhaft für die Beschallung mit Gegenkopplungsnetzwerken. Gleichspannungsverstärker weisen bekanntlich ohne jede äußere Beschattung in der Regel keine Meßeigenschaften auf.The transistor chopper amplifier according to the invention with its DilTerenzcingang is particularly suitable for the sound reinforcement with negative feedback networks. As is well known, DC voltage amplifiers usually have no external shading no measurement properties.

Die F i g. 2 zeigt für den in der F i g. 1 dargestellten Chopperverstärker ein an sich bekanntes Gegenkopplungsnetzwerk mit Spannungs-Serien-Gegenkopplung. Das Blockschaltbild zeigt den unbeschalteten Chopperverstärker 27 mit dem DifFerenzeingang 8, 9 und dem Ausgang 25, 26, Ein aus den , Widerständen 28 und 29 bestehender Spannungsteiler führt einen Teil der Ausgangsspannung auf den Eingang 8 des Diilerenzeinganges zurück. Die.zu messende Gleichspunnung wird an den Eingang D und die Masseleitung 26 angeschlossen. Am Diflercnzoingang8, 9 liegt dann die DiiTcrcnzspunnung auf der zurückgeführten und der zu messenden Spannung tin. Der gegengekoppelte Vcrstiirker besitzt günstigerweise eine für Eingangs- und Ausgangsspannung gemeinsame Bezugsleitung, die Masseleitung 26, was für den Einsatz des Chopperverstärker* in der Betriebsmeßtechnik von großem Vorteil ist.The F i g. 2 shows for the in FIG. 1 shows a known negative feedback network with voltage series negative feedback. The block diagram shows the unconnected chopper amplifier 27 with the differential input 8, 9 and the output 25, 26. A voltage divider consisting of the resistors 28 and 29 feeds part of the output voltage back to the input 8 of the differential input. The DC voltage to be measured is connected to input D and ground line 26. At the differential input 8, 9 the differential voltage is then applied to the returned voltage and the voltage to be measured. The negative feedback amplifier advantageously has a common reference line for input and output voltage, the ground line 26, which is of great advantage for the use of the chopper amplifier * in industrial measurement technology.

Claims

Claim:

Transistor chopper amplifier with dill'circuit amplifier stage, characterized, that each of the two differential input terminals (1, 2) of the differential amplifier stage (3) each have the series connection of a capacitor (4, 5) and the channel path (11-12, 13-14) of a field effect transistor (6, 7) each connected to a pole of a signal source (10) that the connection points (11, 13) of the two field effect transistors (6, 7) and the capacitors (4, 5) a resistor (15) are connected to each other and that the two in Choppcrbetiicb working field effect transistors (6, 7) together via the gate connections (22, 23) of one Pulse generator (16) are controlled.

1 sheet of drawings