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Schaltungsanordnung fuer hochohmige Gleichspannungsverstaerker
Schaltungsanordnung
fuer hochohmige Gleichspannungsverstaerker Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung
fuer hochohmige Gleichspannungsverstaerker sowohl mit Generatorsteuerung fuer eine
fra1l3istor-Zerhackerstufe mit einem Wechselspannungsvorverstaerker und Demodulator
als auch mit einem Transistor-Zerhacker und einem nachgescalteten, rueckgekoppelten
Wechselspannungsverstaerker bei gleichzeitig erfolgender Demodulation in elektronischen
Reglern.
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Elektronische Regler sind gekennzeichnet durch Verstaerker mit einem
sehr hohen Verstaerkungsgrad, wobei das erforderliche Zeitverhaiten des Reglers
durch Rueckfuehrnetzwerke bestimmt wird, die im allgemeinen RC-Glieder enthalten.
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Bei der Anwendung an Regel strecken mit grossen Zeitkonstanten, z.
B. Temperaturregelstrecken, werden ebenfalls Regler mit grossen Zeitkonstanten benoetigt.
Da in der Praxis Zeitkonstanten bis zu 60 min, erforderlich sind, die Kapazitaetswerte
wegen des erforderlichen Volumens. jedoch nicht beliebig vergroessert werden koennen,
muessen die Widerstandswerte fuer das RC-Glied moeglichst gross gewaehlt werden.
Daraus folgt fuer den Verstaerker, dass dessen Eingangswiderstand um 1 bis 2 Zehnerpotenzen
groesser sein muss, um die Groesse der Zeitkonstanten ausschliesslich durch die
RC-Glieder zu bestimmen.
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Bekannt sind Gleichspunungsverstaerker mit Transistor- oder mechanischen
Zerhackern am Eingang und nachgeschalteten Wechselspannungsverstaerkern und Demodulatoren.
Bei Modulationsverstaerkern ist die Drift in erster Linie von dem Driftverhalten
des Modulators abhaengig. Hierbei haben mechanische Zerhacker gegenueber Transistor-Zerhackern
den Veurteil der kleineren Drift. Nachteilig gegenueber Transistor-Zerhackern sind
die geringere Bebensdauer der mechanischen Zerhacker, das Auftreten von Resonanzen,
die Empfindlichkeit gegenueber mechanischen Schwingungen und der hoehere Preis.
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In den bekannten Schaltungen fuer die Modulatoren werden sinus- oder
rechteckfoermige oteuerspannungen verwendet, bei den letzteren mit einem Tastverhaeltnis
von annaehernd 1s2 . Aufgrund der eingangs dargelegten Porderungen bezueglich des
Eingangswiderstandes des Gleichspannungsverstaerkers benoetigt man bei den bisher
bekannten Schaltungen mit Parallel-Zerhackern einen sehr grossen Zerhacker-Vorwiderstand.
Hieraus erheben sich folgende Nachteile: 1. Es tritt eine Verminderung der Amplitude
der Aus gangsspannung des Zerhackers durch die Spannungsteilung zwischen dem Vorwiderstand
des Zerhackers und dem Sperrwiderstand des Transistors in Erscheinung.
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2, Als weiterer Nachteil ist ein relativ starkes Rauschen zu verzeiclrnen
und es ist infolge des langsamen Abfliessens der Raumladung und der langsamen Entladung
der Schaltkapazitaeten eine Begrenzung der Schaltfrequenz nach oben gegeben. Ausserdem
sind grosse Koppel- und Siebkondensatoren fuer den Wechselspannungsvorverstaerker
erforderlich.
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Es wurden bereits selbstschwingende Gleichspannungsverstaerker vorgeschlagen,
die eine positive Rueckkopplung im Wechselspannungsvorverstaerkerteil enthalten.
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Diese Versteerker sind so ausgelegt; dass sic staendiC schwingen,
wobei die Amplitude der Ausgangsspannung des Wechselspannungsvorverstaerkers, die
als Steuerspannung fuer die Transistor-Zerhackerstufe dient; von der Eingangsgleichspannung
abhaengig ist.
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Ausser den bereits genannten Nachteilen ergeben sich weitere Nachteile
bei der Verwendung einer sinusfoermigen Steuerspannung; die vom Ausgang des Verstaerkers
abgegriffen wird und deren Amplitude schwankt, wodurch die Aenderung der Restspannung
des Zerhackens und die Vergroesserung der Schaltspitzen hervorgerufen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstaerker fuer elektronische
Regler zu entwickeln; der
durch seine Schaltungsanordnung die geschilderten
technischen Maengel weitgehendst beseitigt und im Bauvolumen auf ein Minimum begrenzt
ist.
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Erfindungsgemaess wurde die Aufgabe dadurch geloest, dass eine Schaltungsanordnung
entwickelt wurde, die einem an sich bekannten, der Umformung der Gleichspannung
in Wechselspannung dienenden Transistor-Zerhacker einen an sich bekannten astabilen
Multivibrator mit kleinem Tastverhaeltnis zur Steuerung zuordnet. Durch die kurzen
Steuerspannungsimpulse wtrd der Transistor-Zerhacker in den leitenden Zustand versetzt;
in der uebrigen Zeit ist der Stromfluss unterbrochen.
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Diese Anordnung ermoeglicht es; den Zerhackervorwiderstand etwa um
die Groesse des Tastverhaeltnisses kleiner zu waehlen als den geforderten Eingangswiderstand
des gesamten Verstaerkers. Weitere Vorteile sind: - die Vergroesserung der Amplitude
der Augangaspannung des Zerhackere - nur noch ein schwaches Rauschen sowie - ein
schnelles Abfliessen der Raumladung des Transistors und dadurch kleine Eigenstoerspannung
des Zerhackers.
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Diese Resultate erlauben die Wahl einer hohen Schaltfrequenz und die
Verwendun£ kleiner Koppel- und Siebkondonsatoren.
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Das modulierte signal wird ueber einen Koppelkondensator dem nach0eschalteten
Wechselspannungsvorverstaerker zugefuehrt. Fuer die Demodulation sind erfindungsgemaess
zwei Ausfuehrungaarten vorgesehen: Die erste Ausfuehrung enthaelt eine an sich bekannte
statische Flip-Flop-Sture. Dabei ist der erste Eingang ueber einen Koppelkondensator
mit dem Ausgang des Wechselspannungsvorverstaerkers und der zweite Eingang ueber
ein differenzierendes RC.Glied mit dem Steuergenerator verbunden. Die Vorderflanke
des Steuerimpulses versetzt den Endtransistor der Flip-Flop-Stufe in den leitenden
Zustand. Die Rueckflanke des Steuerimpulses beeinflusst den Schaltzustand der Flip-Flop-Stufe
nicht.
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Ein vom Wechselspannungsvorverstaerker kommender Impuls versetzt mit
seiner Vorderflanke die Flip-Flop-Stufe in den nichtleitenden Zustand; in dem der
Endtransistor gesperrt ist; wobei die Rueckflanke wiederum keinen Einfluss auf das
Schaltverhalten besitzt. Bei fehlenden Impulsen vom Wechselspannungsvorverstaerker
bleibt der Endtransistor der Flip-Plop-Stufe im leitenden Zustand, Die zweite Ausfuehrung
verwendet eine ueber den gesamten Wechselspannungsverstaerker oder einen Teil von
diesem iuehrende; jedoch nicht den Zerhacker umfassende@ frequenzunabhaengige mitkoppelnde
Rueckfuehrung.
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Die Endstufe des Wechselspannungsverstaerkers ist mit dem Vorverstaerker
ueber ein RC-Glied verbunden und be findet sich solange im gesaettigten Zustand@,
bis Iripulne entsprechender Polaritaet am Ausgang des Vorverstaerkers den Endtransistor
fuer die Dauer etwa einer halben Periode der Generator-Steuerspannung sperren.
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Der Erfindungsgedanke soll an Hand zweier Ausfuehrungsbeispiele naeher
erlaeutert werden.
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Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines hochohmigen Gleichspannungsverstaerkers@,
bei dem die Demodulation durch eine statische Flip-Flop-Stute erfolgt. Die zu verstaerkende
Gleichapannung UE gelangt ueber einen Vorwiderstand 1 an eine Elektrode eines Zerhacker-Transistors
2. Die Steuerelektrode ist mit dem Ausgang eines astabilen Multivibrators 3, mit
einem kleinen Tastverhaeltnis von beispielsweise 1 t 100; verbunden. Die zerhackte
Gleichspannung wird ueber einen Koppelkondensator 4 an den Eingang eines Wechselspannungsvorverstaerkers
5 gelegt. Die Ausgangsspannung des Wechselspannungsvorverstaerkers 5 wird ueber
den Koppelkondensator 6 dem einen Eingang 11 einer statischen Plip-Flop-Stufe 10
zugefuehrt.
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Der andere Eingang 12 der Flip-Flop-Stufe 10 wird vom Multivibrator
3 ueber ein differenzierendes RC-Glied, bestehend aus einen Widerstand 7 und einem
Kondensator 8 und ueber einen Koppelkondensätor 9 angesteuert.
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Dic Flip-Plop-Stufe 10 ist so ausgelegt, dass ihr nicht dargestellter
Endtransistor nur durch die Yorderflanken der Steuerinpulse in den leitenden Zustand
UAt 0 versetzt wird. Die Vorderflanken der Ausgangsimpulse des Wechselspannungsvorverstaerkers
5 schalten einen weiteren nicht dargestellten Transistor der Endstufe in den leitenden
Zustand UA = L. Auf diese Weise ist gewaehrleistet, dass bei Fehlen des Ausgangasignals
vom Wechselspannungsverstaerker 5 der Ausgangstransistor der Flip-Flop-Stufe 10
leitend bleibt.
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Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines hochohmigen Gleichspannungsverstaerkers@,
bei dem ßie Demodulation durch eine frequenzunabhaengige mitkoppelnde Rueckfuehrung
vorgenommen wird. Die Gleichspannung UE gelangt ueber den Vorwiderstand 1 an eine
Elektrode des Zerhacker-Transistors 2; dessen anderen beiden Elektroden die zu zerhackende
Spannung aufnehmen. Die Steuerelektrode wird mit dem Ausgang eines stabilen Multivibratoro
3, mit einen kleinen Tastverhaeltnis von beispielsweise 1 t 100@, verbunden. Die
zerhackte @leichspannung wird ueber einen Koppelkondensator. 4 an den Eingang eines
aus einem Wechselspannungsvorverstaerker 13, einem Kondensator 15, einem Widerstand
16 und einem Endtransistor 17 gebildeten Wechselspannungsverstaerker gelegt. Die
Ausgangsspannung des Wechselspannungsverstaerkers wird ueber den Kondensater 15
der Steuerelektrode des Endtiansistors 17 zugefuehrt.
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Dieser ist bei fehlendem Steuersignal ueber den Widerstand 16 so aufgesteuert,
dass er sich im gesaettigten Zustand befindet. Der Widerstand 14 realisiert eine
frequenzunabhaengige mitkoppelnde Rueckfuehrung zwischen der Endstufe mit dem Transistor
17 und dem Eingang des Wechselspannungsvorverstaerkers 13. Bei Auftreten von Impulsen
bestimmter Polaritaet am Ausgang des Wechselspannungsvorverstaerkers 13 wird der
Endtransistor 17 in den gesperrten Zustand versetzt, dessen Dauer annaehernd der
halben Periode der Generator-Steuerspannung entspricht. Zur Gewaehrleistung dieser
Funktion ist das RC-Glied mit seinem Kondensator 15 und Widerstand 16 entsprechend
dimensioniert.
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Fuer eine Potentialtrennung und nachfolgende Gleichrichtung sind ein
Uebertrager 18; eine Diode 13 und ein Kondensator 20 vorgesehen.