DE2114940B2 - Schaltungsanordnung fuer hochohmige gleichspannungsverstaerker - Google Patents

Description

Siebkondensatoren für den Wechselspannungsvorverstärker erforderlich.

Es wurden bereits selbstschwingende Gleichspannungsverstärker vorgeschlagen, die eine positive Rückkopplung im Wechselsp&anungsvorverstärkerteil enthalten. Diese Verstärker sind so ausgelegt, daß sie ständig schwingen, wobei die Amplitude der Ausgangsspannung des Wechselspannungsvorverstärkers, die ils Steuerspannung für die Transistor-Zerhackerst.ufe dient, von der Eingangsgleichspannung abhängig ist.

Außer den bereits genannten Nachteilen ergeben sich weitere Nachteile bei der Verwendung einer sinusförmigen Steuerspannung, die vom Ausgang des Verstärkers abgegriffen wird und deren Amplitude schwankt, wodurch die Änderung der Restspannung des Zerhackers und die Vergrößerung der Schaitspitzen hervorgerufen wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verstärker für elektronische Regler zu entwickeln. der durch seine Schaltungsanordnung die geschilderten technischen Mangel weitgehendst beseitigt und im Bauvolumen auf ein Minimum begrenzt ist.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Schaltungsanordnung entwickelt wurde, die einem Generator in Form eines bekannten astabilen Multivibrators mit einem kleinen Tastverhältnis eine Zerhackerstufe mit einem Transistor zuordnet. Eine Elektrode desselben dient zur Aufnahme von Impulsen kurzer Dauer und ist mit dem Ausgang des Multivibrators verbunden. Die anderen beiden Elektroden des Transistor-Zerhackeis dienen zur Aufnahme der Gleichspannung. Als Demodulator ist eine statische Flip-Flop-Stufe vorgesehen. Der erste Eingang des Demodulators ist mit dem Ausgang des Wechselspannungsvorverstärkers verbunden, während der zweite Eingang zur Aufnahme der Steuerimpulse des astabilen Multivibrators ausgebildet ist. Von diesen Steuerimpulsen werden nur die über ein RC-GWed ankommenden Vorderflanken verwendet.

Fine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Schaltungsanordnung unter Beibehaltung des beschriebenen astabilen Multivibrators mit kleinem Tastverhältnis und des Transistor-Zerhakkcrs ausgeführt ist. Dabei wird eine über einen Teil oder den gesamten Wechselspannungsverstärkcr führende, frcqucnzunabhängige. mitkoppclnde Rückführung vorgesehen. Diese erfolgt über einen Wechsclspannungsvorverslärker, einen Kondensator, einen Widerstand, einen Endtransistor und einen weiteren Widerstand. Dabei ist die Steuerelektrode des Endtransistors über das ÄC-Glied mit dem Ausgang des WcchselspannungsvorvLTStärkcrs verbunden. Der F.ndtransistor ist derart gesättigt, daß erst beim Auftreten von Impulsen entsprechender Polarität am Ausgang des Wechselspannungsvorverslarkers der F.ndtransistor für die Dauer von annähernd einer halben Periode der Gcncrator-Stcuerspannung gespcrrl wird.

Diese Anordnung ermöglicht es, den Zerhackervorwiderstand etwa um die Größe des Tastverhältnisses kleiner zu wählen als den geforderten Eingangswiderstand des gesamten Verstärkers. Weitere Vorteile sind:

— die Vergrößerung der Amplitude der Ausgangsspannung des Zerhackers

— nur noch ein schwaches Rauschen sowie

— ein schnelles Abfließen der Raumladung des Transistors und dadurch der Eigenstörspannung des Zerhackers.

Diese Resultate erlauben die Wahl einer hohen Schaltfrequenz und die Verwendung kleiner Koppel- und Siebkondensatoren.

Das modulierte Signal wird über einen Koppelkondensator dem nachgeschalteien Wechselspannungsvorverstärker zugeführt. Für die Demodulation

ίο sind erfindungsgemäß zwei Ausführungsarten vorgesehen:

Die erste Ausführung enthält eine an sich bekannte statische Flip-Flop-Stufe. Dabei ist der erste Eingang über einen Koppelkondensator mit dem Ausgang

des Wechselspannungsvorverstärkers und der zweite Eingang über ein differenzierendes RC-GYied mit dem Steuergenerator verbunden. Die Vorderflanke des Steuerimpulses versetzt den Endtransistor der Flip-Flop-Stufe in den leitenden Zustand. Die Rück-

flanke des Steuerimpulses beeinflußt den Schaltzustand der Flip-Flop-Stufe nicht.

Ein vom Wechselspannungsvorverstärker kommender Impuls versetzt mit seiner Vorderflanke die Flip-F'.op-Stufe in den nichtleitenden Zustand, in

dem der Endtransistor gesperrt ist, wobei die Rückflankc wiederum keinen Einfluß auf das Schaltverhalten besitzt. Bei fehlenden Impulsen vom Wechselspannungsvorverstärker bleibt der Endtransistor der Flip-Flop-Stufe im leitenden Zustand.

Die zweite Ausführung verwendet eine über den gesamten Wechselspannungsverstärker oder einen Teil von diesem führende, jedoch nicht den Zerhacker umfassende, frequenzunabhängige mitkoppelnde Rückführung.

Die Endstufe des Wechselspannungsverstärkers ist mit dem Vorverstärker über ein RC-Glkd verbunden und befindet sich solange im gesättigten Zustand, bis Impulse entsprechender Polarität am Ausgang des Vorverstärkers den Endtransistor für die Dauer etwa einer halben Periode der Generator-Steuerspannung sperren.

Der Erfindungsgedanke soll an Hand zweier Ausfiihrungsbeispielc näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild eines hochohmi-

4S gen Gleichspannungsverstärkers, bei dem die Demodulation durch eine statische Flip-Flop-Stufe erfolgt. Die zu verstärkende Gleispannung Uy. gelangt über einen Vorwiderstand 1 an eine Elektrode eines Zerhacker-Transistors 2. Die Steuerelektrode ist mit dem Ausgang eines astabilcn Multivibrators 3, mit einem kleinen Tastverhältnis von beispielsweise 1 : 100. verbunden. Die zerhackte Gleichspannung wird über einen Koppelkondensator 4 an den Eingang eines Wcchsclspannungsvorvcrstärkers 5 gelegt.

Die Ausgangsspannung des Wcchselspannungsvorverstärkcrs 5 wird über den Koppelkondcnsator 6 dem einen Eingang 11 einer statischen Flip-Flop-Slufe 10 zugeführt. Der andere Eingang 12 der Flip-Flop-Stnle 10 wird vom Multivibrator 3 über ein

fio differenzierendes /\C-Glied, bestehend aus einem Widerstand 7 und einem Kondensator 8, und über einen Koppelkondcnsator 9 angesteuert.

Die Flip-FIop-Stufc 10 ist so ausgelegt, daß ihr nicht dargestellter Endtransistor nur durch die Vorderfianken der Steuerimpulse in den leitenden Zustand U \ - O versetzt wird. Die Vorderflanken der Ausgangsimpulse des Wcchsclspannungsvorverstärkei'S 5 schultern einen weiteren nicht Hnropcfelltpn

Transistor der Endstufe in den leitenden Zustand U\ = L. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei Fehlen des Ausgangssignals vom Wechselspannungsverstärker 5 der Ausgangstransistor der FHp-Flop-Stufc 10 leitend bleibt.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild eines hochohmigen Gleichspannungsverstärkers, bei dem die Demodulation durch eine frequenzunabhängige mitkoppelnde Rückführung vorgenommen wird. Die Gleichspannung Uk gelangt über 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 astabilen Multivibrators 3, mit einem kleinen Tastverhältnis von beispielsweise 1: 100, verbunden. Die zerhackte Gleichspannung wird über einen Koppelkondensator 4 an den Eingang eines aus einem Wechselspannungsvorverstärker 13, einem Kondensator 15, einem Widerstand 16 und einem Endtransislor 17 gebildeten Wechselspannungsverstärker gelegt. Die Ausgangsspannung des Wcchselspannungsverstärkers wird über den Kondensator 15 der Steuerelektrode des Endtransistors 17 zugeführt.

Dieser ist bei fehlendem Steuersignal über den Widerstand 16 so aufgesteuert, daß er sich im gesättigten Zustand befindet. Der Widerstand 14 realisiert eine frequenzunabhängige mitkoppelnde Rückführung zwischen der Endstufe mit dem Transistor 17 und dem Eingang des Wechselspannungsvorverstärkers 13. Bei Auftreten von Impulsen bestimmter Polarität am Ausgang des Wechselspannungsvorverstärkers 13 wird der Endtransistor 17 in den gesperrten Zustand versetzt, dessen Dauer annähernd der halben Periode der Generator-Steuerspannung entspricht. Zur Gewährleistung dieser Funktion ist da RC-G\\ed mit seinem Kondensator 15 und Wider stand 16 entsprechend dimensioniert.

Für eine Potentialtrennung und nachfolgend Gleichrichtung sind ein Übertrager 18, eine Diode 1! und ein Kondensator 20 vorgesehen.

der

Aufstellung verwendeten Bezugszeichen

ul Uy.

Vorwiderstand Transistor-Zerhacker Multivibrator Koppel kondensator Wechselsparnungsvorverstärker Koppelkondensator Widerstand )

differenzier. /fC-Giied Kondensator ) Koppelkondensator statische Flip-Flop-Stufe erster Transistor-Eingang zweiter Transistor-Eingang Wechselspannungsvorverstärker Widerstand Kondensator Widerstand Endtransistor Übertrager Diode Kondensator = Ausgangsspannung = Betriebsspannung -- zu verstärkende Eingangsspannung

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

.■■■"?*■

Claims (3)

dadurch gekennzeichnet, daß zur Potentialtren- Patentansprüche: ' nung und nachfolgenden Gleichrichtung ein Übertrager (18), eine Diode (19) und ein Kon-

1. Schaltungsanordnung für hochohmige densator (20) vorgesehen sind.
Gleichspannungsverstärker sowohl mit Genera- 5

torsteuerung für eine Transistor-Zerhackerstufe

mit einem Wechselspannungsvorverstärker und

Demodulator als auch mit einem Transistor-Zerhacker und einem nachgeschalteten, rückgekoppelten Wechselspannungsverstärker bei io Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gleichzeitig erfolgender Demodulation in elektro- für hochohmige Gleichspannungsverstärker sowohl nischen Reglern, dadurch gekennzeich- mit Generatorsteuerung für eine Transistor-Zerhaknet, daß als Generator ein an sich bekannter, kerstufe mit einem Wechselspannnungsvorverstärker astabiler Multivibrator (3) mit einem kleinen und Demodulator als auch mit einem Transistor-Tastverhältnis von beispielsweise 1:100 verwen- 15 Zerhacker und einem nachgeschalteten, rückgekopdet wird, dem eine Zerhackerstufe mit einem pelten Wechselspannungsverstärker bei gleichzeitig Transistor (2) zugeordnet ist, dessen eine Elek- erfolgender Demodulation in elektronischen Regiern. trode mit dem Ausgang des Multivibrators (3), Elektronische Regler sind gekennzeichnet durch

zur Aufnahme von Impulsen kurzer Dauer ver- Verstärker mit einem sehr hohen Verstärkungsgrad, bunden ist, während die anderen beiden Elektro- 20 wobei das erforderliche Zeitverhalten des Regler? den des Transistor-Zerhackers (2) die Gleich- durch Rückführnetzwerke bestimmt wird, die im allspannung aufnehmen und daß als Demodulator gemeinen ÄC-Glieder enthalten,
eine an sich bekannte statische Flip-Flop-Stufe Bei der Anwendung an Regelstrecken mit großen

(10) eingesetzt ist, deren erster Eingang (11) mit Zeitkonstanten, z. B. Temperaturregelstrecken, werdem Ausgang des Wechselspannungsvorverstär- 25 den ebenfalls Regler mit großen Zeitkonstanten bekers (5) verbunden ist und deren zweiter Eingang nötigt. Da in der Praxis Zeitkonstanten bis zu (12) zur Aufnahme der über einen Widerstand (7) 60 min. erforderlich sind, die Kapazitätswerte wegen und einen Kondensator (8), als differenzierendes des erforderlichen Volumens jedoch nicht beliebig /iC-Glied wirkend, ankommenden Vorderflanken vergrößert werden können, müssen die Widerstandsder Steuerimpulse des astabilen Multivibrators (3) 30 werte für das /?C-Glied möglichst groß gewählt werausgebildet ist. den. Daraus folgt für den Verstärker, daß dessen

2. Schaltungsanordnung für hochohmige Eingangswiderstand um 1 bis 2 Zehnerpotenzen Gleichspannungsverstärker sowohl mit Genera- größer sein muß, um die Größe der Zeitkonstanten torsteuerung für eine Transistor-Zerhackerstufe ausschließlich durch die 7?C-Glieder zu bestimmen, mit einem Wechselspannungsvorverstärker und 35 Bekannt sind Gleichspannungsverstärker mit Demodulator als auch mit einem Transistor- Transistor- oder mechanischen Zerhackern am Ein-Zerhacker und einem nachgeschalteten, rück- gang und nachgeschalteten Wechselspannungsvergekoppelten Wechselspannungsverstärker bei stärkern und Demodulatoren. Bei Modulationsvergleichzeitig erfolgender Demodulation in elektro- stärkern ist die Drift in erster Linie von dem Driftnischen Regiern dadurch gekennzeichnet, daß als 40 verhalten des Modulators abhängig. Hierbei h;ibcn Generator ein an sich bekannter, astabiler MuI- mechanische Zerhacker gegenüber Transistor-Zertivibrator (3) mit einem kleinen Tastverhältnis hackern den Vorteil der kleineren Drift. Nachteilig von beispielsweise 1 : 100 verwendet wird, dem gegenüber Transistor-Zerhackern sind die geringere ein Transistor-Zerhacker (2) zugeordnet ist. Lebensdauer der mechanischen Zerhacker, das Aufdessen eine Elektrode zur Aufnahme von Impul- 45 treten von Resonanzen, die Empfindlichkeit gegensen kurzer Dauer mit dem Ausgang des Multi- über mechanischen Schwingungen und der höhere vibrators (3) verbunden ist, während die anderen Preis.

beiden Elektroden des Transistor-Zerhackers (2) In den bekannten Schaltungen für die Modulato-

zur Gleichspannungsaufnahme vorgesehen sind, ren werden sinus- oder rechteckförmige Steuerspan- und daß eine über einen Teil oder den 50 nungen verwendet, bei den letzteren mit einem gesamten Wcchsekpannungsverstärker, bestehend Tastverhältnis von annähernd 1 :2. Auf Grund der aus einem Wechsclspannungsvorverstärker (13), eingangs dargelegten Forderungen bezüglich des einem Kondensator (15), einem Widerstand (16) Eingangswiderstandes des Gleichspannungsverstär- und einem Endtransislor (17), führende frequenz- kers benötigt man bei den bisher bekannten Schalunabhängige, mitkoppelnde Rückführung über 55 tungen mit Parallel-Zerhackern einen sehr großen den Widerstand (14) vorgesehen ist und daß der Zerhacker-Vorwiderstand. Hieraus ergeben sich folin der Endstufe des Wechselspannungsverstärkers gende Nachteile:

befindliche Endtransistor (17), mit seiner Steuer- 1. Es tritt eine Verminderung der Amplitude der

elektrode über ein aus einem Kondensator (15) Ausgangsspannung des Zerhackers durch die

und einem Widerstand (16) bestehendes RC- ßo Spannungsteilung zwischen dem Vorvviderstand Glied mit dem Ausgang des Wechselspannungs- des Zerhackers und dem Sperrwiderstand des

Vorverstärkers (13) verbunden und derart gesät- Transistors in Erscheinung,

tigt ist, daß er erst beim Auftreten von Impulsen 2. Als weiterer Nachteil ist ein relativ starkes

entsprechender Polarität am Ausgang des Wech- Rauschen zu verzeichnen und es ist infolge des

selspannungsvorverstärker(13) für die Dauer von 65 langsamen Abfließens der Raumladung und der

annähernd einer halben Periode der Generator- langsamen Entladung der Schaltkapazitäten

Steuerspannung gesperrt wird. eine Begrenzung der Schaltfrequenz nach oben

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, gegeben. Außerdem sind große Koppel- und