DE2150702A1

DE2150702A1 - Modulator circuit for DC voltage amplifier

Info

Publication number: DE2150702A1
Application number: DE19712150702
Authority: DE
Inventors: Werner Ing Vondrejc
Original assignee: Goerz Electro GmbH
Current assignee: ABB Goerz AG
Priority date: 1970-10-19
Filing date: 1971-10-12
Publication date: 1972-04-27
Also published as: AT306101B

Description

Modulatorsclialtung für Gleichspannungsverstärker Die Erfindung betrifft eine Modulatorsohaltung für Gleichspannungsverstärker, welche nach dem Zerhackerprinzip arbeiten, insbesondere mit einem bipolaren Transistor oder einen Feldeffekttransistor. Bei solchen Gleichspannungsverstärkern wird die zu verstärkende Gleichspannung mit einem nach einem Vorwiderstand angeordneten Schalter, vorzugsweise einem steuerbaren Halbleiter, periodisch kurzgeschlossen; die dadurch entstehende Wechselspannung wird verstärkt und wieder gleichgerichtet. Modulator circuit for DC voltage amplifiers The invention relates to a modulator hold for DC voltage amplifiers, which works according to the chopper principle work, especially with a bipolar transistor or a field effect transistor. In the case of such DC voltage amplifiers, the DC voltage to be amplified is with a switch arranged after a series resistor, preferably a controllable one Semiconductors, periodically short-circuited; the resulting alternating voltage is amplified and rectified again.

Die vorliegende Erfindung zeigt Lösungen für das Problem der Arbeitspunkteinstellung bei solchen Modulatoren im }'alle der Verwendung von bipolaren Transistoren oder Peldeffekt-Transistoren. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn der Verstärker in Serienge:enkopplungsschaltung verwendet werden soll. Diese Schaltung hat wohl einen vorteilhaft hohen Eingangswiderstand; dieser kann aber durch das Auftreten eines hohen Störstromes über die Eingangsklemmen zunichte gemacht werden. 1)ieser Störstrom ist in hohem IIaSe von der Wahl des Arbeitspunktes und von der Amplitude der Steuerspannung abhängig. The present invention shows solutions to the problem of operating point adjustment with such modulators in the} 'all the use of bipolar transistors or Pelde-effect transistors. This problem occurs especially when the amplifier is should be used in series coupling. This circuit probably has an advantageously high input resistance; but this can occur through the occurrence a high interference current via the input terminals can be destroyed. 1) this Interference current is largely dependent on the choice of the operating point and the amplitude depending on the control voltage.

Der Arbeitspunkt wird durch die Überlagerung des Steuersignals mit einer konstanten Gleichspannung eingestellt. Es ist nun bokannt, diese zur Arbeitspunkteinstellung erforderliche Gleichspannung aus einem passiven oder einem aktiven Schaltungsnetzwerk zu erzeugen, welches als Bezugspotenzial die gemeinsame Null-Leitung verwendet. In diesem Falle ist es aber nicht möglich, beide Elektroden des Schaltkreises als Eingangsklemmen zu verwenden, weil die hiefür erforderliche Voraussetzung nicht erfüllbar ist, daß beide Kleiiimen von der Null-Leitung unabhängig sind. The operating point is determined by the superimposition of the control signal with a constant DC voltage. It is now known to use this for setting the operating point required DC voltage from a passive or an active one To generate a circuit network, which is the common neutral line as a reference potential used. In this case it is not possible to use both electrodes of the circuit to be used as input terminals because the prerequisite for this is not it can be fulfilled that both Kleiiimen are independent of the zero line.

Ziel der Erfindung ist es, eine Modulator schaltung für Gleichspannungsverstärker zu schaffen, die die Anordnung einer gemeinsamen Null-Leitung ermöglicht, ohne die Nachteile der bisherigen Einrichtungen dieser Art aufzuweisen. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, da ßbei einer Modulatorschaltung der eingangs angegebenen Art der ISodulator mit der gemeinsamen Nulleitung der übrigen Schaltungsteile nicht oder nur sohr hochohmig verbunden ist und daß die dem Eingangskreis und dem Steuerkreis gemeinsame Elektrode des Modulators eine zweite, im Vergleich zur ersten invertierende Eingangsklemme bildet, die mit der Steuerelektrode über eine Spannungsquelle und einen Widerstand zur Einstellung des Arbeitspunktes verbunden ist, so daß kein oder nur ein sehr kleiner Störstrom über diese Klemme fließt. The aim of the invention is to provide a modulator circuit for DC voltage amplifiers to create that enables the arrangement of a common neutral line without the To have disadvantages of the previous facilities of this type. According to the invention this is achieved because ßin a modulator circuit of the initially specified Type of ISodulator with the common neutral line of the other circuit parts is not or only sohr is connected with high resistance and that the input circuit and the control circuit common electrode of the modulator has a second, inverting compared to the first Forms input terminal that connects to the control electrode via a voltage source and a resistor for setting the operating point is connected, so that no or only a very small interference current flows through this terminal.

Weitere Merkmale der Erfindung sowie Erläuterungen über den Stand der Technik werden an Hand der Zeichnungen dargelegt. Hiebei zeigen die Fig. 1 und 2 Prinzipschaltungen von üblichen Verstärkern; Figo 3 zeigt die Prinzipschaltung einernach der Erfindung aufgebauten Modulatorschaltung; die Fig. 4 und 5 zeigen andere Möglichkeiten solcher Schaltungen und Fig. 6 zeigt das vollständige Schaltbild einer in der Praxis erprobten, entsprechend der Erfindung ausgeführten Modulatorschaltung. Further features of the invention and explanations about the state the technology are presented on the basis of the drawings. Hiebei show FIGS. 1 and 2 basic circuits of common amplifiers; Figo 3 shows the basic circuit a modulator circuit constructed according to the invention; Figures 4 and 5 show other possibilities of such circuits and FIG. 6 shows the complete circuit diagram a modulator circuit which has been tried and tested in practice and embodied in accordance with the invention.

Die Fig. 1 zeigt das Prinzip eines Verstärkers mit Seriengegenkopplung, der sich zur Vers-tärkung relativ hoher Meßspannungen bis zu einigen Volt eignet und einen Eingangswiderstand von einigen Giga-Ohm haben kann. Hiebei ist der eigentliche Verstärker mit 1 bezeichnet; er hat die beiden Eingangsklemmen 2 und 3 und enien Ausgang 6 Die zu verstärkende Eingangspannung UE wird über die Eingangsklemme 4 an den Eingang 2 des Verstärkers 1 und an eine mit Nullpotential verbundene Klemme 5 gelegt. An den Ausgang 6 des Verstärkers ist die Serienschaltung zwcicr Widerstände R1 und RG angeschlossen; die an RG abfallende Spannung wird an die Klemme 3 des Verstärkers zur Erzielung einer Gegenkopplung - Seriengegenkopplung - zurückgeführt. Die Ausgan£:sspairnung U@ wird an den Ausgangsklemmen 7 und 8 des Verstärkers abgenommen. Fig. 1 shows the principle of an amplifier with series negative feedback, which is relative to reinforcement high measuring voltages up to a few Volt is suitable and can have an input resistance of a few giga-ohms. At that the actual amplifier is denoted by 1; it has the two input terminals 2 and 3 and one output 6 The input voltage UE to be amplified is transmitted via the Input terminal 4 to input 2 of amplifier 1 and to one with zero potential connected terminal 5. The series circuit is connected to output 6 of the amplifier between resistors R1 and RG connected; the voltage drop across RG becomes Terminal 3 of the amplifier to achieve negative feedback - series negative feedback - returned. The output connection U @ is connected to output terminals 7 and 8 of the Amplifier removed.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltung liegt zwischen der Eingangsklemme 4 und dem Eingang 2 des Verstärkers 1 ein Widerstand RE. Parallel zum Verstärker 1, u.zw. In the circuit shown in Fig. 2 is between the input terminal 4 and the input 2 of the amplifier 1, a resistor RE. In parallel with the amplifier 1, u.zw.

dessen EinGang 2 mit dem Ausgang 6 verbindend, liegt der Gegenkopplungs-Widerstand RG (sogenannte Parallel-Gegemkopplung). Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist es bei dieser Schaltung wohl möglich, eine gemeinsame Null-Leitung für die Klemme 5, die Eingangsklemme 3 des Verstärkers 1 und die eine Ausgangsklemme 8 vorzusehen.connecting its input 2 to output 6, there is the negative feedback resistor RG (so-called parallel negative coupling). As can be seen from FIG. 2, it is at this circuit is probably possible to have a common neutral line for terminal 5, the Input terminal 3 of the amplifier 1 and the one output terminal 8 to be provided.

Bei Gleichspannungsverstärkern, die insbesondere zur Erzielung eines hohen Eingangswiderstandes nach dem in Fig. 1 gezeigten Prinzip der Seriengegenkopplung aufgebaut sind, kann kein gemeinsamer, durchgehender Nullleiter angeordnet werden. Da aber eine gemeinsame liulitlitung für Eingangs- und Ausgangsspannung aus Gründen der Störsicherheit bei Weiterverarbeitung des Signals notwendig ist, bleibt nur die Möglichkeit, die invertierende und die nicht invertierende Eingangsklemme des Verstarkers potentialfrei zu machen, damit sie mit dem Potential der Gegenkopplungsspannung, die annähernd gleich der Eingangsspannung ist, mitgeführt werden können, Diese Voraussetzung ist bei direktgekoppelten Gperationsverstärker durch die Art der Schaltung für Eingangsspannungen bis zu einigen Volt gegeben, ebenso bei Zerhackerverstärkern mit mechanischen Chospern, Schwingkondensatoren, Varaktordioden, Fotowiderständen usw. als Schalter. In the case of DC voltage amplifiers, which are used in particular to achieve a high input resistance according to the principle of series negative feedback shown in Fig. 1 no common, continuous neutral conductor can be arranged. But there is a common line for input and output voltage for reasons the interference immunity is necessary for further processing of the signal, remains only the possibility of the inverting and the non-inverting input terminal of the Make amplifiers floating so that they are with the potential the Negative feedback voltage, which is approximately equal to the input voltage, is carried along This requirement applies to directly coupled operation amplifiers given by the type of circuit for input voltages up to a few volts, also with chopper amplifiers with mechanical choirs, oscillating capacitors, Varactor diodes, photoresistors, etc. as switches.

Preiswerte Ausführungen von Zerhackerverstärkern für die meisten praktischen Anforderung mit hoher Schaltfrequenz sind jedoch nur mit bipolaren Transistoren und Feldeffekttransistoren zu erreichen. Diese Halbleiterbauelemente verlangen aber zur Arbeitspunkteinstellung eine galvanische Kopplung zwischen Steuerkreis und Schaltkreis und haben deshalb auch eine Elektrode für beide Kreise geneinsam. Diese Elektrode stellt aber in Falle der Operationsverstärkers eine Eingangsklemme dar und somit bringt eine Verschiebung des Potentials von der gemeinsamen Nulleitung durch die Gegenkopplungsspannung eine Änderung der Arbeitspunkteinstellung mit sich, da die Steuerschaltung wegen ihres doch beträchtlichen Umfanges zweckmäßig aucn an die gemeinsame Nulleitung angeschlossen isto Die Arbeitspunkteinstellung ist gegenüber einer Verschiebung um einege Millivolt unempfindlich, soda3 bei L?ingangsspannungen von einigen Millivolt keine besonderen Maßnahmen erforderlich sind. Inexpensive versions of chopper amplifiers for most However, practical requirements with high switching frequency are only possible with bipolar transistors and field effect transistors. However, these semiconductor components require a galvanic coupling between the control circuit and the switching circuit for setting the operating point and therefore have one electrode for both circles in common. This electrode but represents an input terminal in the case of operational amplifiers and thus brings about a shift in the potential from the common neutral line through the Negative feedback voltage changes the operating point setting with it, since the Due to its considerable size, the control circuit is also useful to the common neutral line is connected o The operating point setting is opposite insensitive to a shift by a millivolt, so at input voltages of a few millivolts, no special measures are required.

Bei höheren Eingangsspannungen von einigen Volt ist es zur Vermeidung einer Arbeitspunktverschiebung bekannt, den Verstärker einschließlich Steuerschaltung und Spannungsversorgung mit der Gegenkopplungsspannung mitzuführen, wobei aber sehr sorgfultige Isolierung und Schirmung nötig ist. It should be avoided at higher input voltages of a few volts an operating point shift known, the amplifier including control circuit and power supply with the negative feedback voltage to carry with you, but very careful insulation and shielding is necessary.

Dieser Nachteil wird nun durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung, wie sie in Fi. 3 im Prinzip gezeigt ist, vermieden. 4 und 5 sind wieder die Eingangsklemmen, wobei die Klemme 5 an einem gemeinsamen, durchgehenden Nulleiter 9 liegt. Der Modulator oder "Serhacker" ist mit 10 bezeichnet und hat drai Elektroden, die mit s, d und g bezeichnet sind. Als solcher Nodulator kann beispielsweise ein bipolarer Transistor ebenso wie ein Feldeffekt-Transistor Verwendung finden. Die Steuerelektrode g des eigentlichen Modulators 10 ist von der Steuerschaltung, die nicht weiter gezeigt ist und - wie angedeutet - eine Reihe von Steuerimpulsen liefert, durch den Kondensator C1 galvanisch vollkommen getrennt. Zur Arbeitspunkt-Einstellung des Modulators ist die Steuerelektrode g desselben über einen Widerstand RA, welcher einen Kurzschluß des Steuersignals verhindert, an eine Gleichspannungsquelle 12 geegt. Bewzugspunkt dieser Spannungsquelle ist die dem Schaltkreis und dem Steuerkreis gemeinsame Elektrode d des Modulators 10. Diese Elektrode ist demnach mit der übrigen Schaltung nicht oder nur äußerst hochohmig verbundene Der auf die Zehrackerstufe folgende Wechselspannungsverstärker ist mit dieser Stufe durch einen Kondensator O2 gekoppelt. This disadvantage is now due to the application of the invention Circuit as shown in Fi. 3 shown in principle, avoided. 4 and 5 are again the input terminals, with terminal 5 on a common, continuous neutral conductor 9 lies. The modulator or "Serhacker" is labeled 10 and has drai electrodes, which are labeled s, d and g. Such a nodulator can, for example, be a bipolar transistor as well as a field effect transistor can be used. the Control electrode g of the actual modulator 10 is from the control circuit, which is not shown further and - as indicated - delivers a series of control pulses, completely galvanically separated by the capacitor C1. For setting the operating point of the modulator is the control electrode g of the same via a resistor RA, which prevents a short circuit of the control signal to a DC voltage source 12 laid. The reference point of this voltage source is that of the circuit and the control circuit common electrode d of the modulator 10. This electrode is therefore with the rest Circuit not or only extremely high resistance connected to the Zehrackerstufe The following AC voltage amplifier is connected to this stage by a capacitor O2 coupled.

Ist der Wechselspannungsverstärker mit einer Serien-Gegenkopplung versehen (vgl. Fig. 1) und wird hiedurch das Potential der Eingangsklemme 5 mit der Gegenkopplungsspannung gegenüber dem Null-Potential angehoben oder abgesenkt, so wird nur die Gleichspannungsquelle 12 mitgeführt. Des weiteren wird diese Spannungsquelle nur sehr wenig belastet; sie kann daher beispielsweise von einer kleinen Trockenbatterie entsprechender Spannung und geringer Kapazität gebildet werden. Is the AC voltage amplifier with a series negative feedback provided (see. Fig. 1) and is thereby the potential of the input terminal 5 with the negative feedback voltage increased or decreased compared to the zero potential, so only the DC voltage source 12 carried along. Further this voltage source is only loaded very little; it can therefore for example from a small dry battery of appropriate voltage and low capacity are formed.

Eine andere Einrichtung zur Erzeugung dieser Gleichspannung zur ArDeitspunkt-Einstellung ist in Fig.4 gezeigt. Another device for generating this DC voltage for ArDeitpunkt adjustment is shown in Fig.4.

Die in Figo 4 gezeigte Schaltung gleicht bis auf jenen Teil, welcher zur Erzeugung der Gleichspannung dient, völlig der Schaltung nach der Fig. 3. Zur Erzeugung der Gleichspannung ist ein Transformator Tf vorgesehen, dessen eine Wicklung vom Steuersignal selbst (von der Impulsfolge) durchflossen wird. Die andere Wicklung ist mit eine Gleichrichter GI und eine Glättungskondensator CL zusammengeschaltet. Am Punkte G Entsteht daher die erforderliche Gleichspannung. Auch ein vom Netz gespeister Transformator kann zur Gleichspannungserzeugung herangezogen werden. The circuit shown in Fig. 4 is the same except for that part, which is used to generate the DC voltage, completely the circuit of FIG A transformer Tf is provided for generating the direct voltage, one winding of which is traversed by the control signal itself (by the pulse train). The other winding is connected together with a rectifier GI and a smoothing capacitor CL. The required DC voltage therefore arises at point G. Also one powered by the network Transformer can be used to generate DC voltage.

Eine weitere Möglichkeit der Verwirklichung der Spannungsquelle 12 einschließlich Widerstand RA ist in Fig. 5* gezeigt. Da eine wahlweise Phasenumkehr im Wechselspannungsverstärker immer möglich ist, kann die Eingangsklemme 5 im Falle der Parallelgegenkopplung an Nullpotential und im falle der Seriengegenkopplung an einen relativ niederohmigen Teiler im Ausgangskreis, der den Verstärkungsfaktor bestimmt, angelegt werden (vgl. Another possibility for realizing the voltage source 12 including resistor RA is shown in Fig. 5 *. As an optional phase reversal is always possible in the AC amplifier, input terminal 5 can be used in the case of the parallel negative feedback to zero potential and in the case of the series negative feedback to a relatively low-resistance divider in the output circuit, which determines the gain factor determined, created (cf.

Fig. 1). s kann also über die Klemme 5 ein Strom Jo # JG fließen, der eine Nullpunktverschiebung durch Je OHG verursacht, die aber weit unter den zulässigen Fehlergrenzen liegen kann, wenn Jo entsprechend klein gewählt wird.Fig. 1). So a current Jo # JG can flow via terminal 5, which causes a zero point shift by Je OHG, but which is far below the permissible error limits can be if Jo is chosen correspondingly small.

Der Strom Jo wird aus einer Stromquelle 13 entsnommen und über einen hochohmigen Widerstand RH an dio Elektrode d, verbunden mit Klemme 5, eingespeist, von wo er über die Klemme 5 in den niederohmigen Ausgangsteiler oder in die gemeinsame Nulleitung abfließt. An dem Widerstand RH wird die Vorspannung für dia Arbeitspunkteinstellung des Modulators abgenommen. The current Jo is taken from a power source 13 and via a high-ohmic resistance RH at dio electrode d, connected to terminal 5, fed in, from where it is via terminal 5 into the low-resistance output splitter or into the common Zero line drains. The bias voltage for setting the operating point is applied to the resistor RH of the modulator removed.

Wenn die Stromquelle nahezu ideal ist, also einen fast unendlich hohen Innenwiderstand hat, ist die Arbeitspunktstellung uiiabhängig von dem Potential an der Klemme 5, mit dem nur der Widerstand RH und der Modulator mitgeführt werden, während alle anderen Teile der Verstärkerschaltung einschließlich der Steuerschaltungen für den Modulator und den phasengleichen Gleichrichter mit der gemeinsamen Nulleitung -verbunden bleiben. When the power source is almost ideal, that is, almost infinite has a high internal resistance, the operating point position depends on the potential at terminal 5, with which only the resistor RH and the modulator are carried, while all other parts of the amplifier circuit including the control circuits for the modulator and the in-phase rectifier with the common neutral line - stay connected.

Eine praktische Ausführung der Zehrackerschaltung und der Stromquelle zeigt. Fig. 6. A practical implementation of the Zehrackerschaltung and the power source shows. Fig. 6.

Die Modulatorschaltung umfaßt, wie gemäß der Fig. 5, die Teile 4, 5 10, Cl und C. Dieser Modulatorschaltung ist eine Schaltung zur Lieferung eines in seiner Größe wählbaren und in der jeweils gewählten. Größe stabilisierten (geregelten) Gleichstromes zugeordnet Diese Schaltung besteht aus einer Zenerdiode Dz mit Serienwiderstand RS, einem der Diode DZ parallelgeschalteten Wi derstand RT mit verstellbarem Abgriff und einem als Regelwiderstand wirkenden Trnsistor Tr. Der Emitterwiderstand dieses Transistors ist m.it RE bezeichnet. Der Abgriff des Widerstandes RT ist an die Steuerelektrode des Transistors Tr gelegt. Die beschriebene Schaltung wird von einer nicht gezeigten Quelle mit Gleichspannung gespeist; ihre Fnuktion ist bekannt und hedarf keiner besonderen Erläuterung0 The modulator circuit comprises, as shown in FIG. 5, the parts 4, 5 10, Cl and C. This modulator circuit is a circuit for providing a selectable in its size and in the chosen one. Size stabilized (regulated) This circuit consists of a Zener diode Dz with a series resistor RS, a resistor RT connected in parallel with the diode DZ with an adjustable tap and a transistor Tr acting as a variable resistor. The emitter resistor of this The transistor is designated with RE. The tap of the resistor RT is connected to the control electrode of the transistor Tr placed. The circuit described is of a not shown Source supplied with direct voltage; their function is known and no one should be used special explanation0

Claims

Claims: 1. Modulator circuit for DC voltage amplifiers, which work according to the chopper principle, in particular with a bipolar transistor or a field effect transistor, characterized in that the modulator with the common neutral line of the other circuit parts of the amplifier not or only is very high resistance and that the input circuit and the control circuit common Electrode of the modulator has a second input terminal that is inverted compared to the first forms which are connected to the control electrode via a voltage source and a resistor for setting the operating point is connected, so that no or only a very small interference current flows through this terminal.

2. Amplifier according to claim 1, characterized in that the voltage source is formed by a rectifier circuit, its energy directly to the Takes control signal.

3. Amplifier according to claim 1, characterized in that the voltage source and the resistor is formed by a resistor through which current flows.

L e r s e i t e