DE2114940C3

DE2114940C3 - Schaltungsanordnung für hochohmige Gleichspannungsverstärker

Info

Publication number: DE2114940C3
Application number: DE19712114940
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Meyer; Rolf Dipl.-Ing. Steffens
Original assignee: VEB KOMBINAT MESS- und REGELUNGSTECHNIK X 4500 DESSAU
Current assignee: VEB KOMBINAT MESS- und REGELUNGSTECHNIK X 4500 DESSAU
Priority date: 1970-09-21
Filing date: 1971-03-27
Publication date: 1973-09-13
Also published as: DE2114940A1; DE2114940B2

Description

ίο Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für hochohmige Gleichspannungsverstärker sowohl mit Generatorsteuerung für eine Transistor-Zerhakkcrstufe mit einem Wechselspannnungsvorverstärker und Demodulator als auch mit einem Transistor-Zerhacker und einem nachgcschalteten, rückgekoppelten Wechselspannungsverstärker bei gleichzeitig erfolgender Demodulation in elektronischen Reglern. Elektronische Regler sind gekennzeichnet durch Verstärker mit einem sehr hohen Verstärkungsgrad, wobei das erforderliche Zeitverhalten des Reglers durch Rückführnetzwerke bestimmt wird, die im allgemeinen /?C-Glieder enthalten.

Bei der Anwendung an Regelstrecken mit großen Zeitkonstanicn, z. B. Tcmpeiaturregelstrecken, werden ebenfalls Regler mit großen Zeitkonstanten benötigt. Da in der Praxis Zeitkonstanten bis zu 60 min. erforderlich sind, die Kapazitätswerte wegen des erforderlichen Volumens jedoch nicht beliebig vergrößert werden können, müssen die Widerstandswerte für das ßC-Glied möglichst groß gewählt werden. Daraus folgt für den Verstärker, daß dessen Eingangswiderstand um 1 bis 2 Zehnerpotenzen grüßer sein muß, um die Größe der Zeitkonstanten ausschließlich durch die ftC-Glieder zu bestimmen.

Bekannt sind Gleichspannungsverstärker mit Transistor- oder mechanischen Zerhackern am Eingang und nachgeschalteten Wechselspannungsverstärkern und Demodulatoren. Bei Modulationsverstärkern ist die Drift in erster Linie von dem Drift-VCi halten des Modulators abhängig. Hierbei haben mechanische Zerhacker gegenüber Transistor-Zerhackem den Vorteil der kleineren Drift. Nachteilig gegenüber Transistor-Zerhackern sind die geringere Lebensdauer der mechanischen Zerhacker, das Auftreten von Resonanzen, die Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Schwingungen und der höhere Preis.

In den bekannten Schaltungen für die Modulatoren werden sinus- oder rechtcckförmige Steucrspannungen verwendet, bei den letzteren mit einem Tastverhältnis von annähernd 1 :2. Auf Grund der eingangs dargelegten Forderungen bezüglich des Eingangswiderstandes des Gleichspannungsverstärkers benötigt man bei den bisher bekannten Schaltungen mit Parallel-Zerhackern einen sehr großen Zcrhacker-Vorwiderstand. Hieraus ergeben sich folgende Nachteile:

1. Es tritt eine Verminderung der Amplitude der Ausgangsspannung des Zerhackers durch die Spannungsteilung zwischen dem Vorwiderstand des Zerhackers und dem Sperrwiderstand des Transistors in Erscheinung.

2. Als weiterer Nachteil ist ein relativ starkes Rauschen zu verzeichnen und es ist infolge des langsamen Abfließens der Raumladung und der langsamen Entladung der Schaltkapazitäten eine Begrenzung der Schaltfrequenz nach oben gegeben. Außerdem sind große Koppel- und

Siebkondensatoren für den Weehselspannunes-

vorverstärker erforderlich.

I-s wurden bereits selbstschwingende Gleichspannungsverstärker vorgeschlagen, die eine positive Rückkopplung im VVechselspannungsvorverstärkeruil enthalten. Diese Verstärker sind so ausgelegt. daß sie ständig schwingen, wobei die Amplitude der Ausgangs.ipannung des Wechselspannungsvorverstärki-is, die als Stcuerspannung für die Transistor-Zerh;n.-kerstufc dient, von der F.ingangsgleichspannung iu abhängig ist.

Außer den bereits genannten Nachteilen ergeben si.ii weitere Nachteile bei Jer Verwendung einer si iisförmigen Steuc.spapiuing, die vom Ausgang des

Y r-.iärkers abgegriffen wird und deren Amplitude ■L.-wankt, wodurch die Änderung der Restspannung

ι!·. - Zerhackers und die Vergrößerung der Schall· s; '/en hervorgerufen wird.

Der Hriindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Y !stärker für elektronische Regler zu entwickeln. ii. ■ durch seine Schaltungsanordnung die geschilderte·: technischen Mangel weitgehendst beseitigt und

im Bauvolumen auf ein Minimum begrenzt ist.

: rlindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch ge-U) !. daß eine Schaltungsanordnung entwickelt w ni i!e, die einem Generator in Form eines bekannte· .!stabilen Multivibrators mit einem kleinen Tastu.iiältnis eine Zerhackerstufe mit einem Transistor zuordnet. Kino Elektrode desselben dient zur Aufnahme von Impulsen kurzer Dauer und ist mit dem Abgang des Multivibrators verbunden. Die anderen Knien Elektroden des Transistor-Zerhackers dienen /ii!· Aufnahme der Gleichspannung. Als Demodulator ist eine statische Flip-Flop-Stufe vorgesehen. Der LiMe Hingang des Demodulators ist mit dem Ausgang des Wechselspannungsvorverstärkers verbunden, während der zweite Eingang /ur Aufnahme der Steuerimpulse des astabilen Multivibrators ausgebildet ist. Von diesen Steuerimpulsen werden nur die über ein WC-Glied ankommenden Vorderdanken verwendet.

F.ine wehere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Schaltungsanordnung unter Beibehaltung des beschriebenen astabilen Mult'vibrators mit kleinem Tastverhältnis und des Transistor-Zeihakkers ausgeführt ist. Dabei wird eine über einen Teil oder den gesamten Wechselspannungsverstärker führende, frequenzunabhängige, mitkoppelnde Rückführung vorgesehen. Diese erfolgt über einen Wcrhselspannuni'svorverstärker, einen Kondensator, einen Widerstand, einen Endtransistor und einen weiteren Widerstand. Dabei ist die Steuerelektrode des FmI-transistors über das WC-Glied mit dem Ausgang ties Wcchselspanniingsvorverstärkeis verbunden. Der F.ndtransistor ist derart gesättigt, daß erst beim Auftreten von impulsen entsprechender Polarität am Ausgang des Wcchselspannungsvorverstärkers der Endlransistor für die Dauer von annähernd einer halben Periode der Generator-Steuerspannung gesperrt wird.

Diese Anordnung ermöglicht es. den Zerhaekervorwidersland chva um die Größe des Tastverhältnisses kleiner zu wählen als den geforderten Eingangswiderstand des gesamten Verstärkers. Weitere Vorteile sind: (^₁

— die Vergrößerung der Amplitude der Ausgangsspannung des Zerhackeis

— nur noch ein schwaches Rauschen sowie

30

35

40

4.^ri

5» — 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 nachgeschalteten Wechselspannung,·« orverstärker zugeführt. Für die Demodulation sind erlindungsgemäß 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 Wechselspannungsvorverstärli.ers und der zweite Eingang über ein differenzieiencles WC-Glied mit dem Steuergenerator verbunden. Die Vorderflanke des Steuerimpulses vers ...it den Endtransistor der Flip-Flop-Stufe in den leitenden Zustand. Die Rückflankt des Steuerimpulses beeinflußt den Schaltzustand der Flip-Flop-Stufe nicht.

Ein vom Wechselspannungsvbrverstärkcr kommender Impuls versetzt mit seiner Vorderflanke die Flip-Flop-Stufe in den nichtleitenden Zustand, in dem der Endtransistor gesperrt ist, wobei die Rückflankc wiederum keinen Einfluß auf das Schaltverhalien besitzt. Bei fehlenden Impulsen vom Wechselspannungsvorverstärker bleibt der Endtransistor der Flip-Fiop-Stiife im leitenden Zustand.

Die zweite Ausführung verwendet eine über den gesamten Wechselspannungsverstärker oder einer. Teil von diesem führende, jedoch nicht den Zerhacker umfassende, frequen^.unabhängige mitkoppelnde Rückführung.

Die Endstufe des Wechselspannu.;gsverstärkers ist mit dem Vorverstärker über ein WC-Glied verbunden und befindet sich solange im gesättigten Zustand, bis Impulse entsprechender Polarität am Ausgang des Vorverstärkers üen hndiiaiisisim im Jn. Dauer etwa einer halben Periode der Generator-Steuerspannung sperren.

Der Erfindungsgedanke soll an Hand zweier Ausführungsneispiele näher erläutert werden.

Fig. I zeigt das Blockschaltbild eines hochohmigen GleichspannungsverstärkiTs. bei dem die Demodulation durch eine statische Flip-Flop-Stufe erfolgt. Die zu verstärkende Gleispannung f'i: gelangt über einen Vnrwiderstand 1 an eine Elektrode eines Zcrhacker-Transistors 2. Die Steuerelektrode ist mit dem Ausgang eines astabilen Multivibrators 3, mit einen¹, kieinen Tastverhältnis von beispielsweise I : 100. verbunden. Die zerhackte Gleichspannung wird über einen Koppelkondensator 4 an den Eingang eines Wechselspannungsvorverstärkers 5 gelegt Die AusgangsspaniHing des Wechselspannungsvorversiärkers 5 wird über den Koppelkondcnsatoi (\ dem einen Eingang Il einer statischen Flip-Flop-Stufe IO zugeführt. Der andere Eingang 12 der Flip-I lop-Stufe 10 wird vom Multivibrator 3 über ein differenzierender. WC-Glied, bestehend aus einem Widerstand 7 und einem Kondensators, und über einen Koppelkondensator 9 angesteuert.

Die Flip-Flop-Stufe 10 ist so ausgelegt, daß ihr nicht dargestellter Endtransistor nur durch die Vordcrflankcn der Steuerimpulse in den leitenden Zustand V\ O versetzt wird. Die Vorderflanken der A u st'a η gs im pul se des Wechselspaniningsvorversiärkers^c schalten einen weiteren nicht darüestellu'ii

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

Fig. 2 zeigt das Blockschaltbild eines hochohmigcn Glcichspannungsverstärkcrs, bei dem die Demodulation durch eine frequenzunabhängige mitkoppelndc Rückführung vorgenommen wird. Die Gleichspannung Uv. gelangt über den Vorwiderstand 1 an eine Elektrode des Zcrhackcr-Transistors 2, dessen anderen beiden Elektroden die zu zerhackende Spannung aufnehmen. Die Steuerelektrode wird mit dem Ausgang eines astabilcn Multivibrators 3, mit einem kleinen Tastverhältnis von beispielsweise 1 : 100, verbunden. Die zerhackte Gleichspannung wird über einen Koppclkondcnsator 4 an den Eingang eines aus einem Wcchselspannungsvorverstärker 13, einem Kondensator 15, einem Widersland 16 und einem Endtransistor 17 gebildeten Wcchsclspaiinimgsvcrstärkcr gelegt. Die Ausgangsspannung des Wcchselspannungsvcrstärkers wird über den Kondensator 15 der Steuerelektrode des Endtransistors 17 zugeführt.

Dieser ist bei fehlendem Steuersignal über den Widerstand 16 so aufgeslcucrt, daß er sich im gesättigten Zustand befindet. Der Widerstand 14 realisiert eine freqficnzunabhängige mitkoppclndc Rückführung 7wisrlien der Endstufe mit dem Transistor 17 und dem Eingang des Wechselspannungsvorvcrslärkers 13. Bei Auftreten von Impulsen bestimmter Polarität am Ausgang des Weehsclspannungsvorvcrstärkers 13 wird der Endlransistor 17 in den gesperrten Zu' land versetzt, dessen Dauer annähernd der halben Periode der Gencrator-Slcucrspannung entspricht. Zur Gewährleistung dieser Funktion ist da· RC-GWca mit seinem Kondensator 15 und Wider stand IC) entsprechend dimensioniert.

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

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

	1	Vorwiderstand	differenzier. RC-GWcd	Kondensator )
	2	Transistor-Zcrhackcr	Koppelkondcnsator
	3	Multivibrator	statische Flip-Flop-Slufe
	4	Koppelkondcnsator	erster Transistor-Eingang
15	5	Wecliselspannungsvorvcrstärker	zweiter Transistor-Eingang ·
	6	Koppelkondensator	W chsclspannunssvorvcrstärker
	7	Widerstand )	Widersland
		Kondensator
	8	Widerstand
20	9	Endlransistor
	IO	Übertrager
	U	Diode
	12	Kondensator
	13	= Ausgangsspannung
25	14	= Betriebsspannung
	15	zu verstärkende Eingangsspannung
	16
	17
	18
30	19
	20
	U\
	Ur.
	*Uy.*

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für hochohmige Gleichspannungsverstärker sowohl mit Generalorsteuerung für eine Transistor-Zerhackerstufe mit einem Wechselspannungsvorverstärker und Demodulator als auch mit einem Transistor-Zerhacker und einem nachgeschalteten, rückgekoppelten Wechselspannungsverstärker bei gleichzeitig erfolgender Demodulation in elektronischen Reglern, dadurch gekennzeichnet, daß als Generator ein an sich bekannte!. astabiler Multivibrator (3) mit Einern kleinen Tastverhältnis von beispielsweise 1 : 100 verwendet wird, dem eine Zerhackerstufe mit einem Transistor (2) zugeordnet ist, dessen eine Elektrode n.it dem Ausgang des Multivibrators (3), zur Aufnahme von Impulsen kurzer Dauer verbunden ist, während die anderen beiden Elektroden des Transistor-Zerhackers (2) die Gleichspannung aufnehmen und daß als Demodulator eine an sich bekannte statische Flip-Flop-Stufe (10) eingesetzt ist, deren erster Eingang (11) mit dem Ausgang des Wechselspannungsvorverstärkers (5) verbunden ist und deren zweiter Eingang (12) zur Aufnahme der über einen Widerstand (7) und ein ^ Kondensator (8), als differenzierendes /?C'-Glied wirkend, ankommenden Vorderflanken der Steuerimpulse des astabilen Multivibrators (3) ausgebildet ist.

2. Schaltungsanordnung für hochohmige Gleichspannungsverstärker sowohl mit Generatorsteuerung für eine Transistor-Zerhackcrstule mit einem Wechsclspannungsvorverstärker und Demodulator als auch mit einem Transistor-Zerhacker und einem nachgeschalteten, rückgekoppelten Wechselspannungsverstärker bei gleichzeitig erfolgender Demodulation in elektronischen Reglern dadurch gekennzeichnet, daß als Generator ein an sich bekannter, astabiler Multivibrator (3) mit einem kleinen Tastverhältnis von beispielsweise 1 : 100 verwendet wird, dem ein Transistor-Zerhacker (2) zugeordnet ist, dessen eine Elektrode zur Aufnahme von Impulsen kurzer Dauer mit dem Ausgang des Multivibrators (?) verbunden ist, während die anderen tieiden Elektroden des Transistor-Zerhackers (2) zur Glcichspannungsaufnahme vorgesehen sind, und daß eine über einen Teil oder den gesamten Wechselspannungsverstärker, bestehend aus einem Wechselspannungsvorverstärker (13). einem Kondensator (15), einem Widerstand (16) und einem Endiransistor (17), führende fret|iienzunabhängige, mitkoppelnde Rückführung über den Widerstand (14) vorgesehen ist und daß der in der Endstufe des Wechselspannungsverstärkcrs befindliche Endtransistor (17), mit seiner Steuerelektrode über ein aus einem Kondensator (15) und einem Widerstand (16) bestehendes WC-Glied mit dem Ausgang des Wechselspannungsvorverstärkers (13) verbunden und derart gesättigt ist, daß er ersi beim Auftreten von Impulsen entsprechender Polarität am Ausgang des Wechselspanniingsvorverstärker (13) für die Dauer von annähernd einer halben Periode der Generalor-Steiierspaniuing gesperrt wird.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2.

dadurch gekennzeichnet, daß zur Potentialtrennung und nachfolgenden Gleichrichtung ein Übertrager (18), eine Diode (19) und ein Kondensator (20) vorgesehen sind.