DE2049445A1

DE2049445A1 - Einrichtung zum Verstarken elektri scher Signale

Info

Publication number: DE2049445A1
Application number: DE19702049445
Authority: DE
Inventors: J Tomczak
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-12-31
Filing date: 1970-10-08
Publication date: 1971-07-08
Also published as: FR2072748A5; US3594653A; DE2049445C3; CA927934A; DE2049445B2; GB1315988A; JPS4840802B1

Description

Aktenzeichen der Anmelderin. Docket BU 969 011

EjLn_ri^chj;unc{_ zum Verstärken^elektrischer Signale

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Verstärken aufeinanderfolgender, zeitlich auseinanderliegender elektrischer Nutzsignale mit einer Ausblendung von Störsignalen, die verschiedene Schaltzustände in Abhängigkeit von den Zeitpunkten des Eintreffens der zu verstärkenden Hutzsignale besitzt.

Es bereitet bei den bekannten Differentialverstärkern Schwierigkeiten, bipolare Mutzsignale bei einem niedrigen Verhältnis des Nutzsignalpegels zum Störpegel einwandfrei zu erkennen. Derartige Signale treten beispielsweise in den Leseleitungen von Magnetfilm- oder Magnetkernspeichern auf. Die genannten Schwierigkeiten lassen sich teilweise vermeiden, wenn man einen Differentialverstärker verwendet, der normalerweise abgeschaltet ist und jeweils nur dann eingeschaltet wird, wenn ein Eingangsnutzsignal erwartet wird. Es wurde dabei jedoch festgestellt, daß durch Störungen mit hoher Amplitude der Verstärker eventuell wieder eingeschaltet und dadurch ein falsches Ausgangssignal abgegeben wird. Weiterhin ist die relativ große Zeitspanne zwischen dem Einschaltzeltpunkt eines Verstärkers

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und dem Erreichen seiner vollen Verstärkung unerwünscht. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Differentialverstärkers ist die Abhängigkeit der Polarität seines Ausgangssignals von der Polarität des bipolaren Eingangssignals.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Differentialverstärker zu schaffen, der einen besseren Schutz gegenüber Störsignalen bietet und bei dem die Einschaltzeit nicht berücksichtigt zu werden braucht. Außerdem soll die Polarität des Ausgangssignals unabhängig von der des Eingangssignals sein. Diese Aufgabe wird bei der anfangs genannten Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Differentialverstärker vorgesehen sind, deren Eingänge über Kreuz gekoppelt und deren Ausgänge zusammengeschaltet sind und wobei die beiden Differentialverstärker wahlweise einzeln abschaltbar sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Der gezeigte Differentialverstärker 10 besitzt zwei Eingangsklemmen 12 und 14, über die er bipolare Signale empfängt. Diese Signale werden von einer beliebigen Signalquelle 16 geliefert, die mit den Klemmen 12 und 14 verbunden ist. Sie kann beispielsweise aus der Leseleitung eines Magnetfilmspeichers oder einer ψ Magnetkernspeicherebene bestehen. Die Signalquelle 16 erzeugt bipolare Eingangsimpulse 18 und 18' bzw. 20 und 20', die jeweils die gleiche Amplitude, jedoch verschiedene Polarität besitzen.

Die Eingangsklemmen 12 und 14 sind über Kreuz mit den Eingängen zweier Differentialverstärker 22 und 22' gekoppelt. Beide Differentialverstärker befinden sich normalerweise im eingeschalteten Zustand. Sie besitzen jeweils zwei gemeinsame Ausgangsklemmen 24 und 26, die auch die Ausgangsklemmen des Differentialverstärkers 10 darstellen. Zwischen die Klemmen 24 und 26 ist ein Lastkreis 28 geschaltet, der von der zwischen den bei-

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den Klemmen liegenden Spannung angesteuert wird.

Der gezeigte Differentialverstärker wird vorzugsweise in monolithischer Schaltkreistechnik hergestellt. Er kann jedoch auch aus einzelnen diskreten Bauteilen aufgebaut sein. Die verwendeten aktiven Bauteile können Transistoren oder andere elektronisehe Ventile wie z. B. Vakuumröhren sein.

Der dargestellte Differentialverstärker 10 ist vollkommen symmetrisch aufgebaut. Die Eigenschaften der benutzten Transistoren sind gleich, ebenso die Widerstände und Vorspannungen für die beiden einzelnen Differentialverstärker 22 und 22'.

Der Differentialverstärker 22 enthält zwei NPN-Transistoren 30 und 32, deren Emitter in einem Punkt 34 zusammengeschlossen sind. Dieser Punkt ist über einen Widerstand 36 mit einer Klemme 38 verbunden, die auf einem negativen Potential V- liegt. Die Eingangsklemme 12 ist über eine Leitung 40 an die Basis des Transistors 30 und die Eingangsklemme 14 über eine Leitung 42 an die Basis des Transistors 32 angeschlossen. In gleicher Weise besitzt der Differentialverstärker 22' zwei NPN-Transistoren 30' und 32', deren Emitter zu einem Punkt 34' geführt sind. Auch dieser Punkt ist über einen Widerstand 36' mit einer auf dem negativen Potential V- liegenden Klemme 38' verbunden. Die Eingangsklemme 12 steht weiterhin über eine Leitung 40' mit der Basis des Transistors 30' und die Eingangsklerame 14 über eine Leitung 42' mit der Basis des Transistors 32' in Verbindung. Die Differentialverstärker 22 und 22' sind somit über Kreuz an die Eingangsklemmen 12 und 14 angeschlossen.

Es 1st ferner ein NPN-Transistor 44 vorgesehen, dessen Emitter mit dem Punkt 34 verbunden ist, dessen Kollektor auf dem positiven Bezugspotential V₁ einer Klemme 46 liegt und dessen Basis Signale über eine Steuerklemme 48 erhält. Ein dem Transistor 44 entsprechender Transistor 44" wird über eine steuerklemme 48' angesteuert. Der Emitter dieses Transistors ist an den Punkt 34'

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angeschlossen, der Kollektor liegt ebenfalls auf dem Potential V der Klemme 46. Bi
weise nicht leitend.

V der Klemme 46. Beide Transistoren 44 und 44' sind norraaler-

Wie schon erwähnt, besitzen die Transistoren 30, 30', 32 und 32" gleiche Eigenschaften, d. h., in erster Linie sind die Basis-Emitter-Spannungen (V, ) gleich. Weiterhin haben die Widerstände 36 und 36' den gleichen Wert. Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel liegen die Amplituden der Datensignale einer Leseleitung eines Dünnfilmspeichers im Bereiche von einem Millivolt bis zu 60 Millivolt für beide Polaritäten, während die Amplituden von Störsignalen zwischen etwa einem und eineinhalb Volt für beide Polaritäten liegen. Die Werte der Widerstände 36 und 36" betragen 1,1 kß , der Wert des Potentials V₁ +1,2 Volt und der Wert des Potentials V₂ -3 Volt. Jeder der beiden Differntialverstärker 22 und 22' hat den Verstärkungsfaktor 3.

Der Lastkreis 28 kann einen Schwellwertdetektor für Impulse beider Polaritäten mit einem Schalter 50 besitzen, der gesetzt wird, wenn die anliegende Spannung einen bestimmten Wert überschreitet. Der Schalter 50 kann beispielsweise zwei Transistoren enthalten, von denen der erste leitet und der zweite gesperrt ist, wenn sich der Schalter im gesetzten Zustand befindet und von denen der erste gesperrt ist und der zweite leitet, wenn sich der Schalter im zurückgesetzten Zustand befindet.

Die Transistoren 44 und 44' sind während des Betriebes normalerweise gesperrt, so daß die Transistoren der Differntialverstärker 22 und 22' leitend sind. Dieser Zustand ergibt sich durch das Zusammenwirken des Lastkreises 28 mit den beiden Verstärkern 22 und 22'. Hierzu kann der Lastkreis 28 einen Spannungsteiler aus Widerständen 52 und 54 enthalten, der zwischen Klemmen 56 und 58 angeordnet ist. Dabei liegen die Klemme 56 auf dem positiven Potential V₁ und die Klemme 58 auf dem negativen Potential V_. Die Ausgangsklemme 24 ist an die Verbindung

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zwischen den Widerständen 52 und 54 angeschlossen. Es bildet sich daher ein Strompfad von der Klemme 46 über die Ausgangsklemme 24, die Transistoren 30 bzw. 32' sowie deren Emitterwiderstände 36 bzw. 36' zu den Klemmen 38 bzw. 38'. In gleicher Weise ist ein Spannungsteiler aus zwei Widerständen 52' und 54' zwischen den Klemmen 56' und 58' vorgesehen. Die Werte der Widerstände 52' und 54' entsprechen denen der Widerstände 52 und 54, weiterhin liegen die Klemme 56· auf dem Potential V. und die Klemme 58' auf dem Potential V,. Die Ausgangsklemme 26 ist an die Verbindung zwischen den Widerständen 52' und 54" geschaltet. Dadurch entsteht ein v/eiterer Strompfad zwischen der Klemme 56' und den Klemmen 38 bzw. 38' über die Ausgangsklemme 26, die Transistoren 32 bzw. 30' sowie die Widerstände 36 bzw. 36'.

Wenn sich der Differentia!verstärker 10 im genanten Zustand befindet, d. h,, die Transistoren 30, 30', 32 und 32¹ leitend sind, entsteht eine Ausgangsspannung V₂₄ - V- zwischen den Ausgang sk L emmeri 24 und 26. Diese Spannung bleibt bei beliebigen Änderungen der Eingangspannung des Differentialverstärkers 10 konstant, da sich der Einfluß der Eingangsspannung durch die über: Kreuz angeschlossenen Differentialverstärker 22 und 22' aufhebt. Wenn beispielsweise die Eingangssignale 18 und 18' auftreten, dann wird die Leitfähigkeit der Transistoren 30 und 30' erhöht und die der Transsistoren 32 und 32' entsprechend erniedrigt. Da die Transistoren gleiche elektrische Eigenschaften besitzen,-erhält man keine Änderung der Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 24 und 26. Ein Signal an nur einer Eingangsklemme, z. B. ein Störsignal an dor Klemme L2, ändert die AusgangsapannuxKj V-,, - V ebenf.iLLa nicht. Ist dieses Signal positiv, dann wird die Leitfähigkeit dor Transistoren 30 und 30' in gleicher Weir;e erhöht. UeL einem negativen Signal wird die Leitfähigkeit dieser bcjLden Transistoren reduziert. Bei einem EIngarujafiIgnal nur an der Klemme L4 werden die Transistoren 32 und 32' entsprechend gesteuert.

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Wenn ein bipolares Datensignal an den Eingangsklemmen erwartet wird, dann wird einer der beiden Differentialverstärker 22 oder 22' für die Dauer des Auftretens dieses Signals abgeschaltet. Dies erfolgt durch die Einschaltung eines der Transistoren 44 oder 44', wodurch das positive Potential V an die Emitter entweder der Transistoren 30 und 32 oder der Transistoren 30' und 32* gelegt wird. Wenn z. B. an der Steuerklemme 48 ein positiver Impuls auftritt, .der den Transistor 44 in die Sättigung bringt, dann werden die Transistoren 30 und 32 durch das Potential V. an ihren Emittern gesperrt, so daß der Differentialverstärker 22 abgeschaltet ist. Der Verstärker 22' dagegen arbeitet weiterhin als normaler Differentialverstärker, so daß beim Eintreffen eines bipolaren Datensignals 18, 18' oder 20, 20' zwischen den Klemmen 12 und 14 dieses verstärkt zwischen den Ausgangsklemmen 24 und 26 abgenommen werden kann. Treten die Eingangssignale 18 und 18' auf, dann erhöht sich die Leitfähigkeit des Transistors 30', während die des Transistors 32" entsprechend sinkt. Hierdurch wird das Potential der Ausgangsklemme 24 positiver gegenüber dem der Ausgangsklemme 26, verglichen mit dem Ausgangs zustand,- in dem beide Verstärker 2 2 und 22" eingeschaltet sind. Die resultierende Spannung V„. - V₃₆ stellt die verstärkten Eingangssignale 18, 18' dar.

Die Polarität der Ausgangsspannung V_?. - V_?fi kann unabhängig ψ von der Polarität der Eingangsspannung des Differentialverstärkers 10 gemacht werden. Dies geschieht durch die entsprechende Wahl des jeweils auszuschaltenden Verstärkers 22 bzw. 22'. Wenn es beispielsweise erwünscht ist, daß verglichen mit dem Normalzustand beim Anliegen der Signale 20, 20' das Potential der Klemme 24 immer positLv gegenüber dem der Klemme 26 ist, dann muß in diesem FaLl der Transistor 44' leitend gemacht und damit der Verstärker 22' abgeschaltet werden. In diesem Fall wird durch das Signal 20' die Leitfähigkeit des Transistors 32 erhöht und durch das Signal 20 die des Transistors 30 verringert. Bei Abschaltung des Verstärkers 22 würde sich eine Ausgangsspannung von gleicher Amplitude, jedoch entgegengesetzter Polarität

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ergeben. Auf diese Weise ist es möglich, durch eine entsprechende Ansteuerung der Transistoren 44 und 44' die Polarität des Ausgangssignals unabhängig von der des Eingangssignals zu machen.

Mit dem dargestellten Verstärker ist eine gute Ausblendung von Störsignalen möglich. Bei dem bekannten Differentialverstärker, der abgeschaltet wird, wenn Datensignale nicht erwartet werden, kann durch ein genügend großes Störsignal jedoch eine Einschaltung des Verstärkers erfolgen, wodurch am Ausgang ein Fehlersignal entsteht. Beim vorliegenden Verstärker sind die Differentialverstärker im Ausgangszustand dagegen nicht abgeschaltet. In diesem Zustand werden alle eintreffenden Signale nicht an den Ausgang des Verstärkers weitergegeben. Auch wenn einer der beiden Differentialverstärker 22 oder 22' abgeschaltet ist, kann bei einem hohen Störsignal eine Ausblendung dieses Signals erfolgen. Durch dieses Signal kann nämlich der abgeschaltete Verstärker wieder eingeschaltet und damit das Störsignal kompensiert werden.

Ein weiterer Vorteil des hier beschriebenen Verstärkers besteht darin, daß keine Einschaltzeiten berücksichtigt zu werden brauchen. Die verwendeten Transistoren sind normalerweise leitend und werden beim Eintreffen eines Datensignals zum Teil gesperrt. Die Abschaltzeit ist jedoch wesentlich kürzer als die Einschaltzeit eines Verstärkers.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Einrichtung zum Verstärken aufeinanderfolgender, zeitlich auseinanderliegender elektrischer Nutzsignale mit einer Ausblendung von Störsignalen, die verschiedene Schaltzustände in Abhängigkeit von den Zeitpunkten des Eintreffens der zu verstärkenden Nutzsignale besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Differentialverstärker vorgesehen sind, deren Eingänge über Kreuz gekoppelt und deren Ausgänge zusammengeschaltet sind und wobei die beiden Differentialverstärker wahlweise einzeln abschal tbar sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verstärkung von Nutzsignalen einer der beiden Differentialverstärker abgeschaltet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ausblendung von Störsignalen beide Differentialverstärker eingeschaltet sind.
P 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Ausgangssignals mit einer von der Polarität des zu verstärkenden Nutzsignals unabhängigen Polarität einer entsprechende Wahl des jeweils abzuschaltenden Differentialverstärkers vorgesehen ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Differentialverstärker zwei Transistoren enthält, daß die eine Ausgangselektrode eines Transistors mit je einer Ausgangselektrode eines Transistors des anderen Differentialverstärkers verbunden ist und daß die Eingangselektrodo eines Transistors

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mit der Eingangselektrode eines Transistors des anderen Differentialverstärkers, wobei diese Transistoren ausgangsseitig nicht zusammengeschlossen sind, verbunden ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren im eingeschalteten Zustand der Differentialverstärker derart vorgespannt sind, daß sie sich im leitenden Zustand befinden.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abschaltung eines Differentialverstär-

* kers dessen Transistoren durch Anlegen eines Sperrpotentials an die Emitter gesperrt sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlegen eines Sperrpotentials an die Emitter der Transistoren eines Differentialverstärkers ein Transistorschalter vorgesehen ist.

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