DE2201707C3

DE2201707C3 - Gegengekoppelter Gleichspannungs-Zerhackerverstärker

Info

Publication number: DE2201707C3
Application number: DE19722201707
Authority: DE
Inventors: Tilman Dipl.-Ing. 8080 Fuerstenfeldbruck Betz
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1972-01-14
Filing date: 1972-01-14
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2201707B2; DE2201707A1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Gleichspannungs-Zerhackerverstärker, bei dem eine mittels Schalter zerhackte Meßgleichspannung durch einen Wechselspannungsverstärker verstärkt wird, welche nach Wiederg;leichrichtung in einem Synchrongleichrichter über einen Gegenkopplungspfad mit der Meßspannung verglichen und dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers zurückgeführt wird, und bei welchem dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers ein WC-Koppelglied vorgeschaltet ist.

Meögieichspannungs-Zerhackerverstärker dieser Art werden heutzutage meist mit Halbleiter-Wechselspannungsverstärkern aufgebaut, beispielsweise mit Flächentransistoren, Feldeffekttransistoren, in integrierter Schaltungstechnik od. dgl. Um bei solchen Verstärkerschaltungen ein Zurückfließen des Eingangsstromes in den Metlkreis zu vermeiden, sind die Koppelkondensatoren mit den zugeordneten Ableitwiderständen vorgesehen, Die Bemessung dieser tfC-Koppelglieder ist durch diie Zerhackerfrequenz vorgegeben und nicht frei to wählbar. Bei allen bisher bekannten Zerhackerverstärkern dieser Art sind die Ableitwiderstände der RC-Koppelglieder jeweils an Masse geschaltet, d. h. an den gemeinsamen Schaltungspunkt, gegenüber welchem auch die Meßgleichspannung zugeführt wird, und ^ft5 zwar sowohl bei den Serien-Parallel-Zerhackerschaltungen mit e'nem Wechselspannungsverstärker, der nur einen Eingang und ein einziges /?C-Glied aufweist, als auch bei den Brücken-Zerhackerschaltungen mit einem Differenzverstärker als Wechselspannungsverstärker und mit jeweils einem WC-Koppelglied an jedem der beiden Eingänge dieses Differenzverstärkers. Diese bekannten Schaltungen besitzen zwei grundsätzliche Nachteile. Erstens wird die Einschwingzeit des Wechselspannungsverstärkers durch die vorgeschalteten RC-Koppelglieder herabgesetzt und es kann nicht die theoretisch nach dem Abtasttheorem mögliche Einstellgeschwindigkeit erreicht werden, da sich der Koppelkondensator beim Auftreten einer Sprungfunktion am Eingang des Wechselspannungsverstärkers erst aufladen muß, bevor der eingeschwungene Zustand erreicht wird. Zum zweiten besitzen die bekannten Schaltungen eine störende temperaturabhängige Strom- und Spannungsdrift. Wenn sich die Schalterkapazitäten mit der Temperatur ändern, ändert sich auch der Eingangsgleichstrom, der der Schaltfrequenz proportional ist und auf den durch die Schallerkapazitäten verursachten Wechselsiiüm zurückzuführen ist. Ebenso enisteht eine Spannungsdrift, die auch im wesentlichen der Schaltfrequenz proportional ist.

LJm diese Nachteile, der bekannten Gleichspannungs-Zerhackerverstärker zu vermeiden werden erfindungsgemäß die Schaltungen nach den beider, nebengeordneten Patentansprüchen vorgeschlagen.

Bei dem erfindungsgemäßen Meßgleichspannungs-Zerhackerverstärker sind die Ableitwiderstände der /?C-Glieder in beiden möglichen Zerhackerschaltungen (Serien-Parallelschaltung und Brückenschaltung) jeweils nicht an Masse gelegt, sondern vielmehr unmittelbar an den Gegenkopplungspfad angeschaltet und der Wechselspannungsverstärker ist als Differenzverstärker ausgebildet, so daß der Koppelkondensator beim Anlegen einer Sprungfunktion nicht erst aufgeladen werden muß, bis der eingeschwungene Zustand des Wechselspannungsverstärkers erreicht ist. Die Zeitkonstante des ÄC-Koppelgliedcs hat also bei der erfindungsgemäßen Schaltung keinen Einfluß auf das Einschwingverhalten, wenn eine genügend hohe Schleifenverstärkung vorausgesetzt wird. Damit kann die nach dem Abtasttheorem theoretisch mögliche kleine Einschwingzeit erreicht werden, bei einer Zerhackerfrequenz von beispielsweise 1 kHz eine Einschwingzeit von nur einigen Millisekunden. Bekannte Schaltungen mit vorgeschalteten geerdeten ÄC-Koppelgliedern ermöglichten demgegenüber nur eine Einschwingzeit von einigen 100 ms. Umgekehrt kann bei vorgegebener Einschwingzeit bei der erfindungsgemäßen Schaltung die Zerhackerfrequenz verringert werden, was sowohl eine proportionale Verringerung des Eingangsstromes und dessen Temperaturdrift als auch eine Verringerung der Eingangsoffsetspannung und deren Temperaturdrift zur Folge hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Meßgleichspannungs-Zerhackerverstärker mit einer Serien-Parallelschaltung der beiden 1 und 2, die über eine Steuerschaltung 3 in bekannter Weise periodisch angesteuert sind. Über ein RC-Koppelglied 4 wird der Differenzverstärker 5, beispielsweise ein galvanisch gekoppelter Halbleiterverstärker angesteuert, dessen Ausgangsspannung in einem Synchrongleichrichter 6 der ebenfalls von der Steuerschaltung 3 angesteuert wird, wieder gleichgerichtet wird. Die Ausgangsgieichsspannung U, wird über einen Gegenkopplungspfad 7 dem F^ngang des Differenzverstärkers

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S zurückgeführt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Gegenkopplungspfad als Spannungsteiler 8 ausgebildet, bei einfachen Impedanzwandlern mit einem Verstärkungsgrad 1 ist dieser Gegenkopplungspfad selbstverständlich nur eine einfache Gegenkopp- lungsleitung zum Eingang. Am einen Eingang 10 des Differenzverstärkers 5 ist das ÄC-Koppelglied 4 angeschaltet und der Fußpunkt 12 des Ableitwiderstandes 13 dieses AC-Koppelgliedes 4 ist unmittelbar an die Gegenkopplungsleitung 7, in dem gezeigten Ausführungsbeispiel an den Mittelabgriff 9 des Gegenkopplungs-Spannungsteilers 8, angeschaltet Der zweite Eingang U des Differenzverstärkers 5 ist ebenfalls unmittelbar an die Gegenkopplungsleitung 7 angeschaltet.

Wird die Verstärkung des Differenzverstärkers oder gegebenenfalls die Verstärkung eines zwischen dem Snychrongleichrichter und dem Ausgang bzw. dem Gegenkopplungspfad eingeschalteten Gleichspannungsverstärker genügend groß gewählt, so entsteht am Spannungsteiler8 näherungsweise die Eingai.gs-Gleichspannung Ue. Bei einem Eingangsspannungsprung am Eingang E stellt sich am Schaltungspunkt 9 eine Spannung ähnlicher Größe ein, d. h. am Schaltungspunkt 14 entsteht ebenfalls dieser Spannungssprung mit welchem der Differenzverstärker angesteuert wird. Da der Ableitwiderstand 13 unmittelbar am Gegenkopplungspfad 7 angeschaltet ist, braucht der Kondensator IS des RC-Koppelgliedes nicht auf die an Punkt 14 herrschende Spannung aufgeladen zu werden, d. h. die Zeitkonstante des RC-Koppelgliedes 4 hat keinen Einfluß auf das Einschwingverhalten.

Fig. 2 zeigt die Verwirklichung der Erfindung bei einem Gleichspannungs-Zerhacker-Meßverstärker in Brückenschaltung bei dem vier zu einer Brücke geschaltete Zerhackerschalter 20 bis 23 vorgesehen sind, die wieder über die Steuerschaltung 3 zusammen mit dem Synchrongleichrichter 6 angesteuert werden. Auch hier ist wieder ein Differenzverstärker 5 vorgesehen, ebenso ein Gegenkopplungsspannungsteiler 8 mit einer vom Mittelabgriff 9 zum Eingang des Verstärkers zurückführenden Gegonkopplungsleitung 7. Die Ansteuerung der beiden Eingänge 10 und 11 des Differenzverstärkers 5 erfolgt hier über jeweils ein KC-Koppelglied 24 bzw. 25. D . Fußpunkte der Abiciiwiucrsläiidc 26 und 27 liicbcr beiu'-fi rtC-Kuppciglieder sind wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wieder unmittelbar an die Gegenkopplungsleitung 7 angeschaltet, so daß auch hier wieder die Zeitko:.'stanten der /?C-Koppe!glieder keinen Einfluß auf das Einschwingverhalten haben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentansprüche:

l.Gleichspannungs-Zerhackerverstärker, bei dem eine mitteis Schalter zerhackte Meßgleichspannung durch einen Wechselspannungsverstärker verstärkt wird, welche nach Wiedergleichrichtung in einem Synchrongleichrichter über einen Gegenkopplungspiad mit der Meßspannung verglichen und dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers zugeführt wird, und bei welchem dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers ein RC-Koppelglied vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselspannungsverstärker ein Differenzverstärker (5) ist und bei einer Serien-Parallel-Zerhackerschaltung der Fußpunkt des Ableitwiderstandes (13) des an den einen Eingang (10) des Differenzverstärkers angeschalteten RC-GYiedes (4) zusammen mit dem anderen Eingang (11) des Differenzverstärkers an den Gegenkopplungspfad (7) angeschaltet sind.
2. Gleichspannungs-Zerhackerverstärker, bei dem eine mittels Schalter zerhackte Meßgleichspannung durch einen Wechselspannungsverstärker verstärkt wird, welche nach Wiedergleichrichtung in einem Synchrongleichrichter über einen Gegenkopplungspfad mit der Meßspannung verglichen und dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers zugeführt wird, und bei welchem dem Eingang des Wechselspannungsverstärkers ein /?C-Koppelglied vorgeschaltc' ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wecliselspannungsverstärker "in Differenzverstärker (!>) ist und bei einer Brücken-Zerhackerschaltung die Fußpunkte der beiden Ablei'widerstände (26,27) der an beide Eingänge (10,11) des Differenzverstärkers angeschalteten RC-GWeder (24, 25) an den Gegenkopplungspfad (7) angeschaltet sind.