DE2012456A1

DE2012456A1 - Device for amplifying voltages superimposed on a voltage of a variable level

Info

Publication number: DE2012456A1
Application number: DE19702012456
Authority: DE
Inventors: Arie Adriaan Leiderdorp Spanjersberg (Niederlande) M
Original assignee: Nederlanden Staat
Current assignee: Nederlanden Staat
Priority date: 1969-03-21
Filing date: 1970-03-17
Publication date: 1971-02-18
Also published as: GB1295773A; FR2039674A5; NL6904452A

Description

Patentanwälte: 755 Pforzheim, den 16.März 1970Patent attorneys: 755 Pforzheim, March 16, 1970

Dr.-ltig. uru Störntr 1774^-Or.Dr.-ltig. uru Störntr 1774 ^ -Or.

Or. hisddch L Mayer · ehr eib«ng 2012456Or. Hisddch L Mayer · ehr eib « ng 2012456

bezüglich der Patentanmeldung von : De Staat der Nederlanden, ten deze vertegenwoordigd door de directeur-generaal der Posterijen, Telegrafie en Telefonie, Haag (Holland).with regard to the patent application by: De Staat der Nederlanden, ten deze vertegenwoordigd door de directeur-generaal der Posterijen, Telegrrafie en Telephony, Haag (Holland).

Betreffend : Vorrichtung zum Verstärken von auf einer Spannung eines veränderlichen Pegels überlagerten Spannungen. :Concerning: device for amplifying on a voltage of a variable level voltages superimposed. :

Die Erfindung bezieht, sich auf eine Vorrichtung zum Verstärken von auf einer Spannung eines veränderlichen Pegels, wie Geräusch, überlagerten Spannungen, wobei das vollständige Signal, bzw. eine mittels eines nichtlinearen Glieds und eines Netzwerks mit einer bestimmten Zeitkonstante abgesonderte Komponente dieses Signals dem ersten, bzw. dem zweiten Eingang eines Differentialverstärkers zugeführt werden.The invention relates to a device for amplifying on a voltage of a variable level, such as noise, superimposed voltages, the complete signal, or one by means of a non-linear Element and a network with a certain time constant, separate component of this signal to the first and the second input a differential amplifier.

Eine solche Vorrichtung ist aus der deutschen Patentanmeldung P 15 37 449.9 bekannt. Diese Vorrichtung hat den Zweck, den sich z.B. durch Geräusch und Störspannungen ändernden Spannungspegel zu unterdrücken, Und dabei die erwünschten Spannungen besser hervorzuheben.Such a device is known from German patent application P 15 37 449.9. This device has the purpose which is e.g. Suppress noise and interference voltages changing voltage levels, and to better emphasize the desired tensions.

Die Erfindung bezweckt eine weitgehende Verbesserung dieser Vorrichtung. Diese wird dadurch erzielt, dass sich zwischen der die Spannungen liefernden Quelle und dem Verzweigungspunkt der Eingänge des DifferentialVerstärkers (V2), am Eingang des nicht-linearen Glieds, ein Verstärker (Vl) befindet, und von dem zweiten Eingang des Differentidiverstärkers (V2), am Ausgang des nicht-linearen Glieds, nach dem Eingang des zusätzlichen Verstärkers eine Gegenkopplung vorgesehen ist.The invention aims to improve this device to a large extent. This is achieved by having the inputs of the differential amplifier between the source supplying the voltages and the branching point (V2), at the input of the non-linear element, an amplifier (Vl) is located, and from the second input of the differential amplifier (V2), at the output of the non-linear element, a negative feedback is provided after the input of the additional amplifier.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand eines in einer Anzahl Figuren ausgearbeiteten Beispiels erläutert.The invention will now be explained using an example elaborated in a number of figures.

In Fig. 1 ist die aus der besagten Patentanmeldung bekannte Schaltung angegeben. Dabei wird die Signalquelle S über ein nicht-lineares Glied (Diode D) mit einem Netzwerk (R2C) verbunden, dessen Zeitkonstante im Vergleich zu einer Periode der erwünschten Spannung gross ist. Diese Zeitkonstante wird weiter.so gewählt, dass die Vorrichtung dem veränderlichen Spannungspegel folgen kann. Die Signalquelle S, bzw. der Ausgang des Netzwerks. (R2C) sind mit dem ersten, bzw. dem zweiten Eingang eines Differentialverstärkers (V) verbunden. Am Ausgang des Differentialverstärkers (V) ist das erwünschte Signal vorhanden, während das unerwünschte Signal unterdrückt wird. Die Flussspannung (UD) der Diode D bestimmt den Schwellenwert¹ der nach dem Netzwerk R2C durchgelassenen Spannungen. Nur Spannungen, die denIn Fig. 1, the circuit known from said patent application is shown. The signal source S is connected via a non-linear element (diode D) to a network (R2C), the time constant of which is large compared to a period of the desired voltage. This time constant is further chosen so that the device can follow the changing voltage level. The signal source S or the output of the network. (R2C) are connected to the first and the second input of a differential amplifier (V). The desired signal is present at the output of the differential amplifier (V), while the unwanted signal is suppressed. The forward voltage (UD) of the diode D determines the threshold value ¹ of the voltages allowed through to the network R2C. Only tensions that cause the

1 0 98 0 8/1 0 98 0 8 /

Schwellenwert UD übeischreiten, rufen am Ausgang des DifferentialVerstärkers eine Spannung hervor. Wenn die Amplitude der erwünschten Spannungen klein ist, fängt die Nichtlinearität der Diode eine ¹JaIIe zu spielen an. Wird das vollständige Signal zuerst verstärkt, so entsteht die Schwierigkeit, dass bei Änderungen der unerwünschten Spannungskoinponente im Verstärker bald Übersteuerung auftritt.If the threshold value UD is exceeded, a voltage will be generated at the output of the differential amplifier. When the amplitude of the desired voltages is small, the non-linearity of the diode begins to play ^{a 1 yesII.} If the complete signal is amplified first, the problem arises that when the undesired voltage component changes in the amplifier, overdrive soon occurs.

Eine weitgehende Verbesserung kann mit der Vorrichtung nach der Erfindung erzielt werden. Fig. 2 gibt ein Beispiel dieser Vorrichtung. Zwischen der Signalquelle S und dem Verzweigungspunkt (P) der Eingänge des Differentialverstärkers (V) befindet sich nach der Erfindung ein invertierender Verstärker (Vl), dessen Verstärkung sehr gross ist und A beträgt. Weiter wird nach der Erfindung die Spannung von dem Ausgang der Diode (D) an den Eingang des Verstärkers (Vl) zurückgeführt.A far-reaching improvement can be achieved with the device according to the invention. Fig. 2 gives an example of this device. Between the signal source S and the branch point (P) of the inputs of the differential amplifier (V) there is an inverting amplifier (Vl) according to the invention, the gain of which is very large and A is. It continues after the Invention fed back the voltage from the output of the diode (D) to the input of the amplifier (Vl).

Diese Schaltung hat die folgenden Eigenschaften :This circuit has the following properties:

a) die Verstärkunga) the reinforcement

UlUl

für verhältnismassig langsame Variationen im Eingangs-for relatively slow variations in the input

signal (Zeitkonstante > R2C) beträgt ungefähr ·=-τ.signal (time constant> R2C) is approximately · = -τ.

b) die Verstärkungb) the reinforcement

UlUl

für die erwünschten Spannungsvariationen imfor the desired voltage variations in

R3
Eingangssignal beträgt ungefähr — A.R3
Input signal is approximately - A.

Kl +KjKl + Kj

Hieraus geht hervor, dass mit. dieser Schaltung eine erhebliche Verbesserung des Verhältnisses zwischen Signal- und Störspannung erhalten werden kann, bevor das Signal mit dem Schwellenwert verglichen wird.This shows that with. this circuit is a significant improvement of the ratio between signal and interference voltage can be obtained before the signal is compared to the threshold value.

R3 A Der Verbesserungsfaktor beträgt : ' _m _R.R3 A The improvement factor is: ' _m _R.

R3 R1+R3 RlR3 R1 + R3 Rl

Ein praktischer Vorzug ist auch noch, dass durch die Rückkopplungsweise die Aussteuerbarkeit des Verstärkers Vl in ziemlich geringem Masse durch die Grosse der Gleichspannungskomponente im Eingangssignal beeinflusst wird. Für langsame Variationen im Eingangssignal bleibt die Diode D leitend. Man hat dann die in Fig. 3 angegebene Lage. Der Verstärker VI hat folgende EigenschaftenAnother practical advantage is that thanks to the feedback method the controllability of the amplifier V1 is influenced to a fairly small extent by the size of the DC voltage component in the input signal. For slow variations in the input signal, the diode D remains conductive. One then has the position indicated in FIG. 3. The amplifier VI has the following properties

- Die erforderliche Eingangsspannung Uo des Verstärkers ist vernachlässigbar- The required input voltage Uo of the amplifier is negligible

... im Vergleich zu der variierenden Gleichspannungskomponente der Signalspannung U.... compared to the varying DC component of the signal voltage U.

- Der Eingangswiderstand ist gross im Vergleich zu den übrigen Widerstänien in der Schaltung.- The input resistance is large compared to the other resistances in the circuit.

Die folgenden Beziehungen gelten dann:
■ il - -ifThe following relationships then apply:
■ il - -if

Rf Rl" P3Rf Rl " P3

Vl
Rl Vl
Rl

109808/1790109808/1790

-V 201|245β-V 201 | 245β

■ "I■ "I

Für positive Variationen, die gross genug sind, um nach Verstärkung durch Vl den Schwellenwert UD zu überschreiten, gilt das folgende Schema; die Diode D ist dann gesperrt.For positive variations that are large enough to be amplified to exceed the threshold value UD by Vl, the following scheme applies; the diode D is then blocked.

Die Eingangsspannung des Verstärkers Vl beträgt : \ „ R3 U. ■The input voltage of the amplifier Vl is: \ „ R3 U. ■

^{ÜO =} · ^{ÜO =} ·

R3 Die Ausgangsspannung : Ul = -A. ,." U.R3 The output voltage: Ul = -A. ,. "U.

Rl+KJ / . ,Rl + KJ /. ,

.. . Ul R3 .A. Verstärkung : -- = ... Ul R3 .A. Reinforcement: - =

Aus obigem ergibt sich, dass die erwünschten Spannungen mehr verstärkt .werden als die unerwünschten. Das Resultat ist dann auch, dass das Signal-Rauschverhältnis der Spannungen am Ausgang der Vorrichtung erheblich besser ist als die am Eingang. ' ' It follows from the above that the desired tensions are increased more than the undesired ones. The result is then that the signal-to-noise ratio of the voltages at the output of the device is considerably better than that at the input. ''

Fig. 5 gibt beispielsweise das Schema eines Verstärkers, der als Vl-Verstärker benutzt werden kann. Dieser Verstärker ist als Gleichstromverstärker ausgeführt. Die Signalquelle wird dabei mit der Grundplatte des Transistors Tl verbunden, während der Schalter (Sch) geschlossen ist. Dieser Verstärker kann auch als Differentialverstärker (V) benutzt werden; dabei muss der Schalter (Sch) geöffnet werden. In diesem Schema sind die Transistoren Tl und T2 mit den Eingängen verbunden. Die Widerstände R4 und R5 bestimmen mit die Verstärkung. Der Teil mit dem Transistor T3 und dem Widerstand R6 bildet eine konstante Stromquelle. Hierdurch bekommt die Schaltung die Eigenschaft, dass die den beiden Eingängen in Phase zugeführten Signale, im Vergleich zu den in Gegenphase zugeführten Signalen stark gedämpft werden (common mode rejection). Der Teil mit dem Transistor T4 und dem Widerstand R9 bildet einen EmitterfolgerFor example, FIG. 5 gives the scheme of an amplifier which is used as a VI amplifier can be used. This amplifier is called a DC amplifier executed. The signal source is connected to the base of the transistor Tl connected while the switch (Sch) is closed. This amplifier can also be used as a differential amplifier (V); the Switch (Sch) can be opened. In this scheme, the transistors T1 and T2 are connected to the inputs. The resistors R4 and R5 determine with the Reinforcement. The part with transistor T3 and resistor R6 forms one constant power source. This gives the circuit the property that the signals fed in phase to the two inputs, compared to the signals supplied in antiphase are strongly attenuated (common mode rejection). The part with the transistor T4 and the resistor R9 forms an emitter follower

und dient als Trennstufe zwischen Eingang und Ausgang. Der Transistor T5 bildet mit den Widerständen RIO, RIl und R12 die Ausgangsstufe.and serves as a separator between input and output. The transistor T5 forms with the resistors RIO, RIl and R12 the output stage.

109808/1790109808/1790

Claims

20112456 PATENT CLAIMS

1. Device for amplifying voltages superimposed on a voltage of a variable level, "such as noise, the complete signal or a component of this signal separated by means of a non-linear element and a network with a specific time constant to the first or are fed to the second input of a differential amplifier, characterized in that between the source supplying the voltages and the branch point of the inputs of the differential amplifier (V2), at the input of the non-linear element, an amplifier (Vl) is located and from the second input of the Differential amplifier (V2), at the output of the non-linear element, after the input of the additional amplifier, a negative feedback is provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that the inverting amplifier is designed as a DC voltage amplifier.

109808/1790109808/1790