DE1910740C - Schaltungsanordnung fur eine Empfind hchkeitsumschaltung von stromempfindhchen Verstarkern - Google Patents

Description

Zur Gewinnung des Probenstrombildes (Abbil- teller, an dem eine Qegenkopplungsspanriung ab-

dung der Probenoberfläche ohne Topographie und greifbar Ist, erfolgt, bei der der Eingangsstrom Über

Sichtbarmachung der Ordnungszahlverteilung) wer- einen Schutzwiderstand an die Steuerelektrode eines

den IUr Elektronenstrahl-Mlkroanalvsatoren galva- Feldeffekttransistors und eins veränderliche Qlelch-

(jisch gekoppelte, rauscharme, breltbandige, strom- s spannung zum Einstallen des Verstarkernunpunktes

empfindliche Verstarker benötigt, deren Empfind- an die Steuerelektrode eines zweiten Fe deffekttran-

llchkelt einen Bereich von etwa 10-· bis 10-· A slstors einer Differenzschaltung der Eingangsstufe

Überstreicht. Welter wird gefordert, daß die Band- des Verstärkers gelangt. Sie 1st dadurch gekennzuch-

breite bzw. die Anstiegszahl derartiger Verstarker net, daß die Verstärkung der Schaltungsanordnung

beim Umsehalten der Empfindlichkeit erhalten bleibt. io Über einen als Konstantstromquele arbeitenden m

Für deri Übortragungsfaktor einer bekannten Schal- der gemeinsamen Sourceleitung für die Feldeffekt-

tungsanordnung eines stromempfindlichen Verstar- transistoren der Eingangsstufe legenden weiteren

kers nach der Flg. 1 gilt die Gleichung(1) Feldeffekttransistor einstellbar ist, der durch An-

⁶⁶ " ^w legen einer Über einen Spannungsteiler einstellbaren

is veränderlichen Spannung in seinem Steuerelektrodenkreis den Drainstrom und damit die Steilheit der

/β * + 1

■exp

-t

R\( ^C1 -YC2 U+*

kreis den Dra

Feldeffekttransistoren der Eingangsstufe verändert, bl bi Elk

eldeffekttras gg

Für viele Analysenprobleme bei Elektronenstrahl_m Mikroanalysatoren ist es nun vorteilhaft, daß der ^J so Übertragungsfaktor des Probenbildverstärkers eine In dieser Gleichung bedeutet Al die Größe des definiert einstellbare, amplitudenabhängige Charak-Gegenkopplungswiderstandes, it die Verstärkung des teristik aufweist. Dies ist beispielsweise dann erfor-Verstärkers V, Cl die Kapazität der Eingangsschal- derlich, wenn Proben analysiert werden sollen, weltung und Cl die Kapazität parallel zum Gegenkopp- ehe Elemente mit sehr verschiedener Ordnungszahl lungswiderstand. Die Zeitkonstame T eines der- _as enthalten. In Fig. 3 ist nun z. B. die Übertragungsartigen Verstärkers beträgt nach Gleichung (2) charakteristik eines Probenbildverstärkers dargestellt,

bei welchem von dem Punkt A_K ab eine Amplituden-

T ^ R\( ^Ci ι C2^ (2) kompression einsetzt. Die Fig.4 zeigt eine Über-

\1 f A )' tragungscharakteristik mit der vom Punkt A_f ein-

30 setzenden Amplitudenexpansion.

Wird das Umschalten der Empfindlichkeit dieser Eine Weiterbildung der Erfindung sieht nun eine

Schaltungsanordnung durch Ändern der Größe des Schaltungsanordnung vor, die dadurch gekennzeich-Widerstandes R1 bewirkt; so ändert sich nach den net ist, daß zur Erzielung einer amplitudenabhängibeiden Gleichungen (1) und (2) die Zeitkonstante T gen Charakteristik der Ausgangssnannung des Verdes Verstärkers und somit seine Bandbreite, die aber ₃₅ stärkers, der Spannungsteiler im Ausgangskreis des gerade konstant bleiben soll. Verstärkers von zwei magnetisch steuerbaren Wider-

Eine andere Möglichkeit zur Umschaltung der ständen gebildet ist, an deren Mittelabgriff die Empfindlichkeit eines stromempfindlichen Verstär- Gegenkopplungsspannung abnehmbar und dem Einkers ist mittels der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 gang des Verstärkers zuführbar ist und denen ein denkbar. Bei dieser Schaltungsanordnung wird die 40 einen als Schalter arbeitenden Feldeffekttransistor Ausgangsspannung des Verstärkers über einen um- steuernder Schmitt-Trigger parallel geschaltet ist, schaltbaren Spannungsteiler an den Gegenkopplungs- wobei der Feldeffekttransistor im Eingangskreis eines widerstand R1 gelegt. Verhalten sich beispielsweise weiteren Verstärkers angeordnet ist, der einen seiner die Widerstandswerte der Teilerwiderstände im Ver- Eingangsspannung proportionalen Ausgangsstrom in hältnis von 45 die in Serie geschalteten Steuerwicklungen der ma-

Dt p·» »/1—1 nn in 1 gnetisch steuerbaren Widerstände liefert.

JC£:/Cd:f<4- iuu: ιυ:ΐ, _{Füf manche} Analysenprobleme bei Elcktronen-

so kann mit dem Schalter die Empfindlichkeit des strahl-Mikrosonden ist nun an Stelle einer ampli-Verstärkers, z. B. um zwei Größenordnungen, ge- tudenproportiünalen Expansion bzw. Kompression ändert werden, während die Zeitkonstante T nach 50 eine quadratisch, logarithmische, exponentiell oder Gleichung (2) in erster Näherung erhalten bleibt. eine andere nichtlineare Expansions- bzw. Kom-Voraussetzung ist jedoch, daß die Verstärkung k der pressionscharakteristik vorteilhaft. Eine derartige Schaltungsanordnung sehr groß ist. Bei sehr großer Charakteristik kann erfindungsgemäß dadurch erVerstärkung k besteht jedoch die Gefahr, daß in reicht werden, daß an Stelle des weiteren linearen unempfindlicheren Bereichen der Verstärker zur 55 Verstärkers ein Verstärker eingesetzt wird, der von Selbsterregung neigt. Dieses Auftreten von Selbster- einer linearen z. B. auf eine quadratische, logarithregung beim Ändern der Empfindlichkeit eines mische, exponentiell oder eine andere nichtlineare stromempfindlichen Verstärkers um einige Größen- Charakteristik usw. umgeschaltet werden kann.
Ordnungen bei gleichzeitiger Konstanthaltung der Bei einer Reihe von Analysenproblemcn wird geBandbreite wirkt störend. 60 fordert, daß die Amplitudenexpansion bzw. Kom-Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung pression bei einer gewissen Amplitude der Ausgangsfür eine Empfindlichkeitsumschaltung von strom- spannung des Probenstrombildverstärkers einsetzt, empfindlichen Verstärkern, bei denen ein linearer aber nur in einem Teil des Aussteuerbereiches des und/oder amplitudenabhängiger Zusammenhang zwi- Probenstrombildverstärkers wirksam ist.
sehen der Ausgangsspannung und dem Eingangs- 65 In einer Weiterführung der erfindungsgemäßen strom besteht, bei der das Umschalten der Empfind- Schaltungsanordnung wird dieses dadurch erreicht, lichkeit durch Ändern der Ausgangsspannung des daß dem Spannungsteiler aus den magnetisch steuer-Vcrstärkers über einen umschaltbnren Spannungs- baren Widerständen zwei Schmitt-Trigger parallel

geschaltet sind, wobei der eine Schmitt-Trigger Über und verhütet parasitäre Schwingungen bei kapazitiver

einen als Schalter wirkenden FeldeiTekttranslstor und Belastung ,ψ" VeritarkernuMonn. __emeinsumen

der andere Schmitt-Trigger über einen ebenfalls als Der ifeldelTekttranslstor T Πι _f^_bif.^em™^5

Schnlter wirkenden weiteren FeldeiTekttranslstor mit Sourceleitiing der Elngangsstufo gebildet aus ucn

dem Eingang des weiteren VerstUrkers verbunden ist. s beiden Feldeffekttransistoren 72,_t,>*",,.„1. der FeId-

SoII dahingegen bei einer Analyse in einem Be- als Konstantstromquelle Der R«henrorn der Feld

reich der Ausgangsspannung eine Amplitudenkom- elTekttrans.s oren 73 und ^^^,"351%"-

pression bzw. Expansion stattfinden, ein Bereich und damit ihre Steilheit und[somit auch ehe vor

inear Übertragen und nochmals ein Bereich mit Stärkung dieser Eingangsstufe ,^.j« f ^s|^^cn

Amplitudenkompression bzw. -expansion ermöglicht » Vorstufe V\Lvrtrd durchι den ,OgW^gft

werden, so kann diese Aufgabe mittels einer weiteren nungstei er, gebildet aus ^^^Η^Ά^

AusfUhrungsform der Erfindung dadurch gelöst wer- und Λ31, »m Gate!<re.s jea Τ™η«8^ιοre Tl

den, daß Sem Spannungsteiler aus den magnetisch Die Gateleitung ^s FeldelT k 7™_n

steuerbaren Widerständen drei Schmitt-Trigger pa- den Widerstanden mit einer negativen

rallel geschaltet sind, wobei der zusätzliche Schmitt- 15 verbunden.

Trigger einen als Schalter wirkenden FeldefTekttran- Wird in der Schal ungsanordnung von dem1 un

si tor steuert, der so lange im Sperrzustand verharrt, empfindlichsten Bereich (wie dargestellt) in einen

bis der zusätzliche Schmitt-Trigger auf die Aus- empfindlicheren Bereich> unj^haltet,^s?™ⁿ«jßgft,

gangsspannung des ersten Verstärkers anspricht und zeitig mit dem Relais 7 oder S; auch das ReIa J

STe Ausgangstpannung an einen zusätzlichen Ver- ₈o betätigt. Diese Relais «^«»»J^ifKSch

stärker |ibt, dessen Ausgangsstrom auf weitere auf Spannung. Die Dioden öl und Dl sind d.L(«ch

dem die magnetisch steuerbaren Widerstände um- dioden der Relais S und 7 über^e Dioden W 3 bzw

gebenden Magnetjoche angeordnete Steuerspulen ge- D4 ^^"^^&J^/to

⁸ Eine weitere AusfUhrungsform der Erfindung sieht *₅ Schalter »w betätigt, so wird der ^erstand

eine Schaltungsanordnung^, die dadurch gekenn- Überbrückt und das Gateprtentud de FjJW

zeichnet ist, daß zur Erzielung einer amplitudenab- trans.stors 71 somit negatwer. ^

hängigen Charakteristik der Ausgangsspannung des Innenwiderstand so geändert, ^d"^B_^d|^r

ersten Verstärkers, der Spannungsteiler im Ausgangs- der Eingangstransistoren 72 und 73 ,n,

kreis des Verstärkers von zwei Feldeffekttransistoren 30 mit größerer Versta rkung ge teg^jrdj

gebildet ist, deren Source-Drain-Wide.stände einen die Verstärkung der f«^arat™ ^""

weiteren Spannungsteiler bilden, der am Ausgang anwächst. Damit wird eine ~ ,^gari

des weiteren Verstärkers angeschlossen ist. breite in allen Bereichen bei stab J™ »^eJJ

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbei- Verstärkers V1 erae U Bei der dargestell«n

spiden mittels Ir Fig.5 bis 9 im folgenden näher ₃₅ ^^ST^^Z^IST

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in £ Schaltungsanordnung nach Fig.5 gelangt reiche. Für höhere..^A _ßf ^SdättränsSorn der Eingangsstrom/, über einen Schutzwiderstand J^un*7^M£^d^,^

Untie UCb ^WCIlClI LtlUtUHIlUUIJIHUiJ . «. u„. ~...«

reiuschallung liegt eine veränderbare Gleichspannung, und dem Eingangsstrom, welche über die Widerstände R 6, Λ 8 und Λ 12, die Soll der Übertragungsl zwischen der positiven und der negativen Betriebs- 45 Verstärkers eine definiert einstellbare, amplitudenabspannung liegen, erzeugt wird. Die Widerstände R 9 hängige Charakteristik aufweisen, so findet die und R 10 beschränken den Regelbereich des Poten- Schaltungsanordnung nach F i g. 6 Verwendung. Der tiometers R8. Die so erzeugte Gleichspannung dient in Fig. 6 mit Vl bezeichnete Verstärker symbolisiert zum Einstellen des Verstärkernullpunktes. Auf die die in F i g. 5 dargestellte Schaltung, wobei in F i g. 6 Eingangsschaltung, die vor allem der Impedanz- 50 im Verstärkerausgangskreis an Stelle der in F i g. 5 Wandlung dient, folgt ein integrierter Verstärker V1, eingezeichneten Teilerwiderstände Λ 17, Λ18 und der die erforderliche Spannungsverstärkung liefert. R 19 zwei magnetisch steuerbare Widerstände RF1 An einem Spannungsteiler, bestehend aus den Wider- und RFl angeordnet sind. Die Rückkopplungsspanständen R 17 ... R 19, im Ausgang des Verstärkers nung wird an deren Abgriff A abgenommen und über Vl wird über Relaiskontakte t und s eine Gegen- 55 den Widerstand R 22 und R 23 und die Kapazität C 4 kopplungsspannung abgegriffen, welche über Wider- an den Eingang des Verstärkers Vl gegeben, stände R 23 und R11 und den Kondensator C 4 dem Um den Einsatzpunkt einer Amplitudenkom-Verstärkereingang in Stromkompensationsschaltung pressioii/ίΚ (s. Fig. 3) bzw. einer Amplitudenexzugeführt wird. Die Drainelektroden der FeldelTekt- pansion/lE (s. Fig. 4) einzustellen, wird parallel transistoren 73 und 72 liegen über Widerstände R 21 S₀ zum Verstärkerausgang des Verstärkers Vl über und RIA an einer positiven Spannung. Weiterhin einen WiderstandRV ein Schmitt-Trigger57 mit sind sie über die Widerstände R 14 und R15 mit dem sehr kurzer Ansprechzeit gelegt. Die Ansprech-Verstärker Vl verbunden. Diese Eingänge sind erd- schwelle dieses Schmitt-Triggers 57 wird mittels des symmetrisch, während der Ausgang des Verstärkers Potentiometers RST zwischen 0 und K) V eingestellt. Vl erciiinsymmetrisch ist. Der Widerstand Λ 16 so- 65 Der Schmitt-Trigger 57 steuert einen als Schalter wie die Kapazität Cl und C5 dienen zur Band- arbeitenden weiteren Feldetiekttransistor 74, welkorrektur des Verstärkers Vl. Der Widerstand Λ 20 eher im Eingangskreis eines Verstärkers K3 angeordschützt den Verstärkeralisgang gegen Überlastung net ist. Das GaIe des Feldelfekttransistors 74' liegt

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über eine Diode D 5 am Ausgang des Schmitt- fordert, daß die Amplitudenexpansion bzw. -kom-Tri»gers 57", die Source am einen Ausgang des Ver- pression bei einer gewissen Amplitude der Ausgangsstärkers Kl und die Drainelektrode am Eingang des spannung U_Aus des Probenstrombildverstärkers Kl Verstärkers K 3. Der Diode D 5 ist ein Kondensator einsetzt, aber nur in einem Teil des Aussteuerbe-C6 parallel geschaltet. Weiterhin liegt der zweite 5 reiches des Probenstrombildverstärkers Vl wirksam Eingan!» des Verstärkers K 3 am zweiten Ausgang ist. Dies wird mit der Schaltungsanordnung gemäß des Verstärkers Kl. Der Verstärker V3 liefert einen der Fig. 7 erreicht, wobei die aus der Schaltungsanseiner Eingangsspannung proportionalen Ausgangs- Ordnung nach Fig. 6 sich in ihrer Wirkungsweise strom/2 in die in Serie geschalteten Steuerwicklun- entsprechenden Elemente übernommen sind, deren gen LF1 und LF2 der magnetisch steuerbaren 10 Bezugszeichen im übrigen übereinstimmen. Im GeWiderstände RFX und RFl, die in den Luftspalten gensatz zur Schaltungsanordnung nach Fig. 6 sind eines nicht näher dargestellten Magnetjoches ange- in dieser Schaltungsanordnung an die Ausgangsordnet sind. Mittels des Schalters SU im Ausgangs- spannung U_Aus des Verstärkers K1 zwei Schmittkreis des Verstärkers V 3 kann die Richtung des Trigger STl und ST3 angeschlossen. Ihre Ansprech-Stromes Il durch die Steuerwicklungen LFl und 15 schwellen können mit den Potentiometern RST2 und LF2 geändert werden, wodurch die Übertragungs- RST3 auf beliebige Werte der Ausgangsspannung charakteristik von Amplitudenexpansion in Ampli- L^₁₁₅ eingestellt werden. Der Schmitt-Trigger ST1 ist tudenkompression umgeschaltet wird. Mit dem Potcn- mit dem als Schalter wirkenden Feldeffekttransistor tiomeler.RK3 des Verstärkers K3 kann der Grad Γ 4 verbunden, welcher nach Ansprechen der Trigder Expansion bzw. der Kompression eingestellt wer- 20 gerschaltung vom gesperrten in den leitenden Zuden. Mittels der weiteren auf dem Magnetjoch an- stand geschaltet wird, währen'⁴, der mit dem Schmittgeordneten Wicklungen LKl und LK2 und dem Trigger ST3 verbundene, auch als Schalter wirkende Vormagnelisierungsstrom /_V-,„_OT wird der Arbeits- Feldeffekttransistor TS (mit vorgeschalteter Diode punkt der magnetfeldabhängigen Widerstände ,RFl D 6 und Kapazität C 7) sich im leitenden Zustand be- und RF1 in den linearen Teil ihrer Widerstands- 25 findet. Er wird nach dem Ansprechen des Schmitt-Feldstärke-Charakteristik gelegt. Der magnetisch Triggers ST3 in den Sperrzustand geschaltet. Spricht steuerbare Widerstand RFl besitzt mehrere An- z. B. der Schmitt-Trigger ST2 bei einer Ausgangszapfungen2, 3 usw., welche mittels der Relaiskon- spannung von 2 V an und der Schmitt-Trigger ST3 takte/2 und 5 2 teilweise oder ganz überbrückt wer- bei 6 V, so ist bis 2 V die Ausgangsspannung U_Aus den können, wodurch die Empfindlichkeit der Schal- 30 eine lineare Funktion des Eingangsstromes ί,. im tungsanordnung umgeschaltet werden kann. Wird Bereich von 2 bis 6 V tritt, je nach Wahl, eine Amz. B. der Widerstandswert des magnetfeldabhängigen plitudenexpansion bzw. -kompression ein. Ab 6 V Widerstandes RFl zu 9 kii gewählt und der Wider- wird mit dem Ansprechen des Schmitt-Triggers ST 3 standswert des magnetfeldabhängigen Widerstandes und dem dadurch bewirkten Sperren des Feldeffekt- RFl zu 1 kß, mit Anzapfung bei 9012 und Ή2, so 35 transistor^ Γ5 das Expansions- bzw. Kompressionsläßt sich die Empfindlichkeit des Probenstrombild- netzwerk abgeschaltet, so daß ab dieser Spannung Verstärkers um drei Größenordnungen ändern. bis zur Aussteucrungsgrenze wieder ein linearer Zu-Die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 arbeitet sammenhang zwischen dem Eingangsstrom/, und nun folgendermaßen: Fließt ein Strom/, in den der Ausgangsspannung U _Alls des Verstärkers Kl be-Verstärkereingang des Verstärkers Kl, so entsteht 40 steht.

am Verstärkerausgang eine Spannung, welche eine Das Umschalten von Amplitudenexpansion auf

streng lineare Funktion des Eingangsstromes /, ist. Amplitudenkompression wird in dieser Schaltungs-

solange die Amplitude der Ausgangsspannung die anordnung im Gegensalz zu der Schaltungsanord-

Ansprechschwelle des Schmitt-Triggers ST noch nung nach F i g. 6, bei der ein Schalter SU im Aus-

nicht erreicht hat. Sobald die Trigger-Schaltung an- 45 gangskreis des Verstärkers K 3 betätigt wird, durch

spricht, wird der als Schalter wirkende Feldeffekt- Änderung der Richtung des Stromes /_Vlirm in den

ransistor Γ4, der sich bisher im Sperrzusland be- Vormagnetisierungsspulen LKl und LVl bewirkt.

|den hat. leitend, wodurch die Ausgangsspannung Dazu dient ein weiterer Schalter SU 2.

des Verstärkers VX ebenfalls an den Eingang Soll bei einer Analyse in einem Bereich der AusVerstärkers K3 gelangt. Dieser liefert nun einen 50 gangsspannung V_Atti eine Ampliiudcnkompresstoii er Eingangsspannung proportionalen Ausgangs- bzw. -expansion stattfinden, ein Bereich linear überm/2 in die Stcuerwicklungen LFl und LF2. Die tragen und nochmals ein Bereich mit Amplituden· Jen LFl und LF2 sind entgegengesetzt gepolt. kompression bzw. -expansion ermöglicht werden, sn Feld der Steuerwicklung LFl addiert sich z. B. kann dies mittels der in Fig. 8 dargestellten Schal-FeId der Vormagnetisierungswicklung LKl, 55 tungsanordnung erfolgen. Es handelt sieh dabei rend das Feld der Steuerwicklung LF2 und der wiederum um eine erweiterte Schaltungsanordnung rmagnctisierungswicklung/.K2 entgegengerichtet der Schaltungsanordnung nach Fig. 7. FIs sind auch 1. Dadurch steigt der Widerstandswert des magnet- wiederum sich entsprechende Elemente übernommen abhängigen Widerstandes RFX an, während der und mit den gleichen Bczugszeiclun benannt worden 'derstandswert des Widerstandes RFl abnimmt. 60 Im 'n-ptrisai/ zu der Schaltungsanordnung nach durch eine Amplitudenexpansion bewirkt wird. Fig. 7 befinde: sich im Ausgangskreis des Vcrstär· rd dir Schalter .Vi' betiitigt und damit die Rieh- kers Kl zusatzlich zu den Schmitt- Triggern SI 2 und g vom Ausgangssiioni /2 des Verstärkers K3 ge- STi ein weiterer Schmitt-Trigger Λ7 4 Dieser weitere "crt. so entsteht eine Amplitudenkompression. Der Schmitt-Trigger ST4 steuert wicdciuin einen al* d der Ixpansion Ivw. Kompression kann mit 65 Schalter (mit vorgeschalteter Diode />7 und Kapa-1 Potentiometer KK3 am Verstärker KJ einge- ziliil ( K) wirkenden I cldolUkttum'isioi /ft, del It werden, sich im Spcrr/ustuml befindet, solang· oVi Schminkt Liner Reihe von Aiiiilysenproblemcn wird ge- Trigger ST 4 noch nicht anpcspioduu hat Die An-

sprechschwelle des Schmitt-Triggers ST 4 kann mit dem Potentiometer ÄST4 eingestellt werden. Erreicht die Ausgangsspannung ü_Atfs den Schwellwert des Schmitt-Triggers ST 4, so wird der Feldeffekttransistor Γ6 leitend und die Ausgangsspannung U_AttS auch an den Eingang eines weiteren Verstärkers V 4, geschaltet, der dem Feldeffekttransistor Γ 6 nachgeschaltet ist. Die Verstärkung des weiteren Verstärkers V 4 kann über das Potentiometer R V 4 eingestellt werden. Der Ausgangsstrom / 4 des Verstärkers V 4 ist proportional der Eingangsspannung des Verstärkers V 4 und fließt durch die Spulen LF 3 und LF 4. Diese Spulen LF 3 und LF 4 sind ebenfalls auf dem die magnetfeldabhängigen Widerstände RFl und RF 2 enthaltenden Magnetjoch angeordnet, auf dem ebenfalls die Steuerspulen LFl und LF 2 und die Vormagnetisierungsspulen LVl und LV 2 angeordnet sind.

Es ist zusätzlich ein weiterer Schalter SU 3 im Ausgangskreis des Verstärkers angeordnet, der zur Umpolung der Richtung des Ausgangsstromes / 4 des · Vertärkers V 4 in den Steuerspulen LF3 und LF 4 liegt, die die Umschaltung von Amplitudenexpansion auf Amplitudenkompression gestattet. Die Schaltungsanordnung nach F i g. 8 ermöglicht demnach einen Ansteuerbereich mit zwei voneinander getrennten, linearen und nichtlinearen Teilbereichen und eröffnet damit eine Vielfalt von Analysenmöglichkeiten.

Line weitere Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 9 dargestellt. Sie entspricht in ihrer Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach F i g. 7, so daß sich entsprechende Elemente übernommen werden und mit den gleichen Bezugszeichen benannt sind. Im Gegensatz zu der Schaltungsanordnung nach F i g. 7 sind jedoch die magnetisch steuerbaren Widerstände KFl und RFl von zwei FeIdeliekttransistorcn 77 und 7 8 ersetzt, deren Innenwiderstände (Source-Drain-Widerstände) einen Spannungsteiler bilden, dessen Teilerverhältnis durch zueinander gegensinnige Änderung der Gatespannungen der Feldeffekttransistoren Γ 7 und Γ 8 amplitudenabhängig geändert wird. Am Abgriff/i zwischen den beiden Feldeffekttransistoren Tl und Γ8 wird die Gegenkopplungsspannung abgegriffen und dem Gegenkopplungsnetzwerk (Widerstände RlI und Λ23 und Kapazität C4) des Verstärkers Vl zugeführt. Die Gleichspannung V_Sp dient zur Einstellung des Arbeitspunktes der Feldeffekttransistoren Tl und TS. Sie ist mit dem positiven Pol am Mittelabgriff A und mit ihrem negativen Pol am Mittelabgriff ß des weiteren Spannungsteilers, bestehend aus den Widerständen RTl und RTH, verbunden. Dieser Spannungsteiler liegt zwischen den Stcuerelcktroden der Feldeffekttransistoren 77 und T 8 und kann über einen Schalter SU 4 mit dem Ausgang des Verstärkers Vi verbunden werden.

Der Verstärker P 3 liefert in seinem Ausgangskreis den eingeprägten Strom /2, welcher über die Widerstände RTl und RTS fließt. Der Spannungsabfall über diesen Widerstanden RTl und R7"8 bewirkt für den einen Feldeffekttransistor, z. B. Tl, eine Ver-• größerung der Gate-Vorspannung U_Sl>, während bei dem anderen Feldeffekttransistor TS die Gate-Vorspnnnung vermindert wird. Damit steigt der Innen- 6s widerstand (Sourcc-Drain-Widcrstand) des einen Transistors an. während der lnnniwiderstnnd (Drain-Smircc-Widcrstand) des anderen Ttansistores abnimmt. Je nach Richtung des Stromes J 2, die mit dem Schalter SU 4 im Ausgangskreis des Verstärkers V 3 gewählt werden kann, bewirkt die Schaltungsanordnung eine Amplitudenexpansion bzw. -kompression, deren Einsatz mit dem Schmitt-Trigger STl und deren Abschaltung mit dem Schmitt-Trigger ST 3 über die als Schalter arbeitenden Feldeffekttransistoren Γ 4 und JS bewirkt wird.

Zweckmäßigerweise sind in der Schaltungsanordnung nach F i g. 9 symmetrische Feldeffekttransistoren Tl und Γ8 zu verwenden. Die Widerstände RTl und RTB sind mit gleichem Widerstandswert einzusetzen. Sind symmetrische Feldeffekttransistoren Tl und T8 nicht verfügbar, so kann an Stelle der Widerstände RT1 und RTS ein Potentiometer eingesetzt werden, dessen veränderbarer Abgriff B an der Spannung U_Sp liegt. Durch Verändern des Potentiometers können Unterschiede zwischen den Feldeffekttransistoren Tl und TS ausgeglichen werden.

Claims (22)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für eine Empfindlichkeitsumschaltung von stromempfindlichen Verstärkern, bei denen ein linearer undyoder amplitudenabhängiger Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung und dem Eingangsstrom besteht, ohne Verlust an Bandbreite, bei der das Umschalten der Empfindlichkeit durch Ändern der Ausgangsspannung des Verstärkers über einen umschaltbaren Spannungsteiler, an dem eine Gegenkopplungsspannung abgreifbar ist, erfolgt, bei der der Eingangsstrom über einen Schutzwiderstand an die Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors und eine veränderbare Gleichspannung zum Einstellen des Verstärkernullpunktes an die Steuerelektrode eines zweiten Feldeffekttransistors einer Differenzschaltung der Eingangsstufe des Verstärkers gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Schaltungsanordnung über einen als Konstantstromquelle arbeitenden, in der gemeinsamen Source-Leitung für die Feldeffekttransistoren {TI und T 3) der Eingangsstufe liegenden weiteren Feldeffekttransistors (71) einstellbar ist, der durch Anlegen einer über einen Spannungsteiler (R13, R 31) einstellbaren, veränderlichen Spannung in seinem Steuerclektrodcnkreis den Ruhestrom der Feldeffekttransistoren (7" 2 und 7'3) der Eingangsstufc verändert.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer amplitudenabhängigen Charakteristik der Ausgangsspannung (<',„_s) des Verstärkers (Vi) der Spannungsteiler im Ausgangskreis des Verstärkers (Vl) von zwei magnetisch steuerbaren Widerständen (NFl und Rt 2) gebildet ist, an deren Mittclabgriff (A) die Gegcnkopplungsspannung für den Verstärker (Vl) abnehmbar und dem Eingang rufUhrbar ist und denen ein einen als Schalter arbeitenden Feldeffekttransistor (7'4), steuernder Schmitt-Trigger (ST) parallel geschaltet ist, wobei der Feldeffekttransistor (7*4) im Eingangskreis eines weiteren Verstärkers (Γ3) angeordnet ist, der einen seiner Hingangsspan-

ίο

nung proportionalen Ausgangsstrom (/2) in die in Serie geschalteten Steuerwicklungen (LFl und LF2) der magnetisch steuerbaren Widerstände (RFl und RF 2) liefert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungsteiler aus den magnetisch steuerbaren Widerständen (RFl und RF2) zwei Schmitt-Trigger (ST2 und 57'3) parallel geschaltet sind, wobei der eine Schmitt-Trigger (ST 2) über den als Schalter wirkenden Feldeffekttransistor (Γ4) und der andere Schmitt-Trigger (STS) über einen ebenfalls als Schalter wirkenden weiteren Feldeffekttransistor (TS) mit dem Eingang des weiteren Verstärkers (K3) verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Spannungsteiler aus den magnetisch steuerbaren Widerständen (RF 1 und RFl) drei Schmitt-Trigger (ST2 ... ST4) parallel geschaltet sind, wobei der ao zusätzliche Schmitt-Trigger (ST4) einen als Schalter wirkenden Feldeffekttransistor (76) steuert, der so lange im Sperrzustand verharrt, bis der zusätzliche Schmitt-Trigger (574) auf die Ausgangsspannung (U_Aus) des ersten Verstärkers (Kl) anspricht und die Ausgangsspannung (U_Aus) an einen zusätzlichen Verstärker (V4) gibt, dessen Ausgangsstrom (/4) auf weitere auf dem die magnetisch steuerbaren Widerstände (RFl und RF 2) umgebenden Magnet joch angeordnete Steuerspulen (LF 3 und LF 4) gegeben ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer amplitudenabhängigen Charakteristik der Ausgangsspannung (U_Aus) des ersten Verstärkers (Vl) der Spannungsteiler im Ausgangskreis des Verstärkers (Kl) von zwei Feldeffekttransistoren (77 und 78) gebildet ist, deren Source-Drain-Widerstände einen weiteren Spannungsteiler bilden, der am Ausgang des weiteren Verstärkers (V3) angeschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung auf ' verschiedene Bereiche des Spannungsteilers (RYl ..R19) im Ausgangskreis des Verstärkers (Kl) über von Relais (7, S) betätigte Schalter (/ und s) erfolgt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung auf verschiedene Bereiche des Spannungsteilers (R 13, /721) des Stcuerelektrodenkrcises des weiteren Feldeffekttransistors (71) über einen von einem Relais (W) betätigten Schalter (w) erfolgt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umschaltung auf verschiedene Bereiche des Spannungsteilers (RlT ... R 19) im Ausgangskreis des Verstiirkers (Kl) auf verschiedene Bereiche des Spannungsteilers (Ä13, R 21) des Steucr-Elektrodcnkrcises des Feldeffekttransistors (71) gleichzeitig erfolgt.

Q. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anspreclischwclle des Schmitt-Triggers (ST) mittels eines Potentiometers (RSl) einstellbar ist.

K). Sehnltungsnnnrdnung ηΐκΊι Aivpruch 2, diulurch gekennzeichnet, dnß mittels eines im Ausgangskreis des weiteren Vcrsliirkcrs (KJ) liegenden Schalters (SU) die Richtung des Ausgangsstromes (/2) des weiteren Verstärkers (K3) in den Steuerwicklungen (LFl und LF 2) der magnetfeldabhängigen Widerstände (i?Fl und RF 2) umkehrbar ist.

11., Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Potentiometers (RVS) des weiteren Verstärkers (K3) der Grad der Amplitudenexpansion bzw. -kompression einstellbar ist.

12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der beiden magnetisch steuerbaren Widerstände (z. B. RF2) Anzapfungen (2,3) usw. angeordnet sind, die über Relaiskontakte (fl und si) teilweise oder ganz überbrückbar sind.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwicklungen (LFl und LF 2) entgegengesetzt gepolt sind und das magnetische Feld der Steuerwicklungen (LFl bzw. LF 2) sich zum Magnetfeld einer Vormagnetisierungswicklung (LKl bzw. LK2) addiert bzw. subtrahiert.

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer quadratischen, logarithmischen oder exponentiellen Expansions- bzw. Kompressionscharakteristik der weitere Ver-.stärker (K3) von einer linearen auf eine quadratische logarithmische oder exponentiell oder andere nichtlineare Charakteristik umschaltbar ist.

15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechschwellen der Schmitt-Trigger (572 und 573) über Potentiometer (RST 2 und RSTS) einstellbar sind.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden als Schalter arbeitenden Feldtransistoren (74 oder 75) dann im Sperrzustand geschaltet ist, wenn der andere in ieitenden Zustand geschaltet ist.

17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltung von Amplitudenexpansion auf Amplitudenkompression ein Schaltet (5f 2) die Richtung des Stromes (/_Vnrm) von Vormagnetisierungsspulen (LKl und LK2) umpolt

18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß über einen zusätzlichen, im Ausgangskreis des Verstärkers (K4 liegenden Schalter (.VU S) die Polarität des Aus gangsslromes (/4) umschaltbar ist.

1'). Schnltungsuiumlmiiv nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß am Abgriff (Λ) de: Spannungsteilers mit den Feldcffckttransistorcr (77 und 78) die Gegenkopplungsspannung fü den ersten Verstärker (Kl) abgegriffen ist un< eine Konstantspannungsquelle (l\„) zur Einstcl lung des Arbeitspunktes der FcldclTekttransi stören (77 uiul /H) angeschlossen ist, die gleich /eilig mit dem Mii'elbo'rilT (Λ) des wciterei Spannungsteilers (RT7 und RTH) verbunden ist

20. Schaltungsanordnung muh Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dal' ilie Polaritiit de Ausgiingsstmim·* (12) lies weiteren Verdicker

(V3) über einen Schalter (SU4) durch die Source-Gate-Widerstände (RTl und RTS) umkehrbar ist.

21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekttransistoren (Tl und Γ8) des ersten Spannungsteilers symmetrische Feldeffekttransistoren sind, deren Innenwiderstände

(Source-Drain-Widerstände) gleichen Widerstandswert aufweisen.

22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Source-Gate-Widerstände (RTl und RTS) Potentiometer sind, deren veränderbare Abgriffe an der Konstantspannungsquelle (U_Sl>) angeschlossen sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen