DE2329823B1 - Gleichstrom-Verstärkeranordnung nach dem Modulationsprinzip - Google Patents
Gleichstrom-Verstärkeranordnung nach dem ModulationsprinzipInfo
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Description
ner vorgesehen sein, daß Eingangs- und Rückführzerhacker
zwei Eingänge des Nullverstärkers mit konstanter Phasenlage beaufschlagen. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform ist die Rückführspannung des Gegenkopplungszweiges dem Nullverstärker
über das Koppelglied mit der gleichen Phasenlage zuführbar, welche die vom Eingangszerhacker kommende
überlagerte Wechselspannung hat. Vorteilhaft kann zwischen Gleichrichter und Rückführzerhacker
vor dem Gleichspannungsausgang ein als Integrator ausgebildetes Siebglied vorgesehen sein, das insbesondere
einen Operationsverstärker mit reiner Wechselspannungs-Gegenkopplung aufweist. Dank der
Verwendung des gleichspannungsmäßig leerlaufenden Operationsverstärkers ergibt sich eine insgesamt
sehr hohe Kreisverstärkung. Der Integrator kann auch einen Stromausgang, ζ. B. für Ströme im Bereich bis
20 mA haben. Mittels des Nullverstärkers sind Gleichspannung im wesentlichen ungeändert und
Wechselspannung mit hoher Verstärkung übertragbar.
Vorzugsweise ist im Gegenkopplungszweig vor dem Nullverstärker-Eingang ein insbesondere an
einen Impedanzwandler anschließender Spannungsteiler angeordnet, mittels dessen der Verstärkungsfaktor
einstellbar ist. Die Rückführspannung wird also zunächst zerhackt und dann im Verhältnis der
gewünschten, einstellbaren Gesamtverstärkung heruntergeteilt. Der Impedanzwandler dient dazu, den
Rückführzerhacker zu entlasten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann eine zusätzliche Wechselspannungsquelle mit dem Gegenkopplungszweig
verbunden sein, insbesondere mittels eines zu dem Nullverstärker-Eingang führenden Koppelgliedes.
Zweckmäßig weist diese zusätzliche Wechselspannungsquelle einen weiteren Zerhacker auf, der
über einen insbesondere als Potentiometer ausgebilten Spannungsteiler gespeist ist. Damit läßt sich in
die Rückführung phasenrichtig eine weitere zerhackte Spannung bzw. ein weiterer zerhackter Strom einkoppeln,
so daß ein Nullinienausgleich erfolgen kann, wie das beispielsweise bei der Verwendung eines solchen
Verstärkers in einer elektromechanischen Waage zur Tarierung notwendig oder erwünscht ist.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß alle Zerhacker bzw. Gleichrichter synchron betreibbar
sind, vorzugsweise unter Steuerung durch einen Oszillator, welcher zur verbesserten Stabilisierung
in an sich bekannter Weise mit einer Frequenz arbeitet, die von der Eigenfrequenz des Schwingsystems
bzw. der Schwingsysteme verschieden ist.
Der Eingangszerhacker kann ferner einen symmetrischen Eingang für kleine Eingangsspannungen mit
hohem Gleichtaktanteil aufweisen. Zwar sind bereits chopper-stabilisierte Meßverstärker für symmetrische
Eingangsspannungen mit Gleichtaktanteilen an sich bekannt, doch wird dabei üblicherweise ein Transformator
für die Auskopplung des Gleichtaktanteils benutzt. Es ist hingegen ein weiterer Vorzug der Erfindung,
daß nur galvanische oder kapazitive Übertragungs- bzw. Koppelglieder vorhanden zu sein brauchen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel näher veranschaulicht. In dieser zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer herkömmlichen Verstärkeranordnung und
Fig. 2 ein etwas detaillierteres Blockschaltbild einer Verstärkeranordnung gemäß der Erfindung.
Die in F i g. 1 dargestellte, herkömmliche Verstärkeranordnung hat einen Gleichspannungseingang UE,
an den ein Chopper 1 anschließt. Dieser ist über einen Übertrager V1 mit dem eigentlichen Verstärker
3 verbunden, dessen Ausgangsspannung über einen zweiten Übertrager Un an einen gesteuerten
Gleichrichter 5 übertragen wird. Die hinter diesem auftretende Gleichspannung wird mittels eines Siebgliedes
6 geglättet und gelangt dann an den Gleich-Spannungsausgang UA.
Ein Oszillator 13 sorgt für synchronen Betrieb des Choppers 1 und des gesteuerten Gleichrichters 5. Man
erkennt, daß bei dieser Anordnung eine Gegenkopplung über den gesamten Verstärker nicht möglich ist
und also eine Kontrolle bzw. Regelung des Koppelgliedes des Gleichrichters 5 und des anschließenden
Siebgliedes 6 nicht stattfindet.
Das Blockschaltbild der Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße
Verstärkeranordnung. Diese hat einen
ao symmetrischen Gleichspannungseingang UEv UE.2
am Chopper oder Eingangszerhacker 1, so daß die Eingangsspannungen abwechselnd auf den mit + gekennzeichneten
Eingang des Nullverstärkers 3 geschaltet werden. Der Ausgang des Nullverstärkers 3
ist über einen Koppelkondensator 4 mit einem gesteuerten Gleichrichter 5 verbunden, der einen Schalter
für die Halbwellen-Unterdrückung bildet und die Ausgangsspannung zur Glättung an ein als Integrator
ausgebildetes Siebglied 6 weiterleitet, das direkt mit dem Spannungsausgang UA verbunden ist. Von
letzterem führt ein Gegenkopplungszweig G über einen Koppelkondensator 2 an den mit — gekennzeichneten
anderen Eingang des Nullverstärkers 3 zurück. Dieser andere Eingang ist über einen Gegenkoppelwiderstand
3' mit dem Ausgang des Nullverstärkers 3 verbunden. Das Siebglied 6 hat eingangsseitig
einen Koppelwiderstand 6' und einen Gegenkoppelkondensator 6", die mit dem Verstärker den
Integrator bilden.
Im Gegenkopplungszweig G ist an den Spannungsausgang UA ein Chopper oder Rückführzerhacker 7
angeschlossen, der über einen Impedanzwandler 8 einen Spannungsteiler 9,10 ansteuert.
Letzterer ist vorzugsweise aus Widerständen aufgebaut, wobei der hochliegende Stellwiderstand 9
einerseits mit dem Impedanzwandler 8 und andererseits mit dem Koppelkondensator 2 verbunden ist, zu
welchem auch der an Masse liegende Festwiderstand 10 führt. Ein Oszillator 13 steuert die Zerhacker bzw.
Gleichrichter 1, 5 und 7 zum Gleichlauf.
Die Arbeistweise dieser Anordnung ist folgende. Die Eingangsspannungen UEl und UEo werden im
Eingangszerhacker 1 abwechselnd auf den positiven Eingang des Nullverstärkers 3 geschaltet. Dadurch
entsteht eine Überlagerung des Gleichspannungs-Eingangssignals mit einer Wechselspannung, also
eine der Differenz der Eingangsspannungen UEl und
UEo amplitudengleiche Rechteckwechselspannung.
Es kommt dabei für die Erfindung nicht darauf an, wie der Eingangszerhacker 1 ausgeführt ist, der beispielsweise
ein mechanischer Schalter, ein Relais u. dgl. oder auch ein Halbleiterschalter mit bipolaren
oder Feldeffekt-Transistoren sein kann. Der anschließende Nullverstärker 3 hat gleichspannungsmäßig
den Verstärkerfaktor Eins, während er für die Wechselspannung eine hohe Verstärkung liefert. Seine Ausgangsspannung
wird über den Kondensator 4 angekoppelt und in dem gesteuerten Gleichrichter 5 pha-
senrichtig gleichgerichtet. Nach Glättung in dem Integrator 6 steht die gleichgerichtete Spannung am
Spannungsausgang UA zur Verfügung. Da der Integratorverstärker
des Siebgliedes 6 keine Gleichspannungs-Gegenkopplung besitzt, erzeugt der Integrator
eine sehr hohe Gleichspannungsverstärkung. Zusammen mit der hohen Wechselspannungsverstärkung des
Nullverstärkers 3 ergibt sich so eine außerordentlich hohe Verstärkung des Vorwärtszweiges.
Die Ausgangsspannung UA wird in dem Rückführzerkacker
7 wieder wechselgerichtet. Zu dessen Entlastung ist der Impedanzwandler 8 vorgesehen, hinter
dem die Wechselspannung im Verhältnis des gewünschten Verstärkerfaktors über den einstellbaren
Spannungsteiler 9, 10 heruntergeteilt und schließlich über den Koppelkondensator 2 dem negativen Eingang
des Nullverstärkers 3 zugeführt wird. Die Rückführspannung kommt in derselben Phasenlage wieder
an, welche die aus dem Eingangszerhacker 1 kommende überlagerte Wechselspannung hat. Weil die
Rückführspannung im Gegenkopplungszweig G sofort zerhackt wird, entfällt jeder Einfluß einer Drift
des Impedanzwandlers 8 und/oder anderer Bauelemente, und auch eventuell auftretende Thermospannungen
können nicht wirksam werden.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung sieht eine zusätzliche Wechselspannungsquelle vor, die über einen Koppelwiderstand 9' und den Koppelkondensator 2 dem Nullverstärker 3 aufgeprägt werden kann. Wird eine erfindnungsgemäße Verstärkeranordnung beispielsweise in Verbindung mit einer elektromechanischen Waage benutzt, so kann auf diese Weise eine Spannung eingekoppelt werden, die zum Tarieren dient, d. h. für das Einstellen auf Null bei unbelasteter Waage. Vorzugsweise ist hierzu ein weiterer Zerhacker 11 vorgesehen, an dessen Eingang der Abgriff eines Potentiometers 12 liegt. Auch dieser zusätzliche Zerhacker 11 kann von demselben Oszillator 13 synchron mit den übrigen Zerhackern bzw. Gleichrichtern 1,5, 7 gesteuert werden, so daß die phasenrichtige Einkopplung dieser zusätzlichen Spannung gewährleistet ist.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung sieht eine zusätzliche Wechselspannungsquelle vor, die über einen Koppelwiderstand 9' und den Koppelkondensator 2 dem Nullverstärker 3 aufgeprägt werden kann. Wird eine erfindnungsgemäße Verstärkeranordnung beispielsweise in Verbindung mit einer elektromechanischen Waage benutzt, so kann auf diese Weise eine Spannung eingekoppelt werden, die zum Tarieren dient, d. h. für das Einstellen auf Null bei unbelasteter Waage. Vorzugsweise ist hierzu ein weiterer Zerhacker 11 vorgesehen, an dessen Eingang der Abgriff eines Potentiometers 12 liegt. Auch dieser zusätzliche Zerhacker 11 kann von demselben Oszillator 13 synchron mit den übrigen Zerhackern bzw. Gleichrichtern 1,5, 7 gesteuert werden, so daß die phasenrichtige Einkopplung dieser zusätzlichen Spannung gewährleistet ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Verstärkeranordnung, insbesondere Meßver- nungen (IZf1, UE^j mit hohem Gleichtaktanteil
stärker, mit Koppel- und Siebgliedern sowie 5 aufweist.
einem Eingangszerhacker zum Umwandeln eines
Eingangssignals in eine Wechselspannung, die
Eingangssignals in eine Wechselspannung, die
nach Verstärkung mit Unterdrückung der Drift
eines Nullverstärkers in einem Gleichrichter wieder gerichtet wird, von dessen Ausgang ein Ge- io
genkopplungszweig an den Verstärkereingang Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verstärkerführt,
dadurch gekennzeichnet, daß im anordnung, insbesondere Meßverstärker, mit Koppel-Gegenkopplungszweig
(G) ein Rückführzerhacker und Siebgliedern sowie einem Eingangszerhacker (7) an den Gleichspannungsausgang (ET4) ange- zum Umwandeln eines Eingangssignals in eine Wechschlossen
ist. 15 selspannung, die nach Verstärkung mit Unterdrük-
2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, da- kung der Drift eines Nullverstärkers in einem Gleichdurch
gekennzeichnet, daß Eingangs- und Rück- richter wieder gerichtet wird, von dessen Ausgang
führzerhacker (1, 7) zwei Eingänge des Nullver- ein Gegenkopplungszweig an den Verstärkereingang
stärkers (3) mit konstanter Phasenlage beauf- führL_
schlagen. 20 Bei Gleichspannungs-VeTstäi4Äm4st^esJihlicha_dje_
3. Verstärkeranordnung nach Anspruch 2, da- Eingangs-Gleichspannung durch einen Zerhacker,
durch gekennzeichnet, daß die Rückführspan- einen Schalter, eine elektronische Schaltvorrichtung
nung des Gegenkopplungszweiges (G) dem Null- od. dgl. in eine Wechselspannung umzuwandeln, die
verstärker (3) über das Koppelglied (2) mit der sich ohne Schwierigkeiten verstärken läßt, anschliegleichen
Phasenlage zuführbar ist, welche die vom 35 ßend ausgekoppelt und wieder gleichgerichtet wird.
Eingangszerhacker (1) kommende überlagerte Damit am Ausgang eine Gleichspannung von der-Wechselspannung
hat. selben Polarität wie am Eingang auftritt, benutzt man
4. Verstärkeranordnung nach einem der An- für das Richten einen gesteuerten Gleichrichter, der
Sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwi- mit derselben Frequenz arbeitet wie der Zerhacker
sehen Gleichrichter (5) und Rückführzerhacker 3° am Vestärkereingang. Dank einer solchen Anordnung
(7) ein als Integrator (6) ausgebildetes Siebglied ist eine insbesbondere bei Verwendung des Verstärvon
dem Gleichspannungsausgang (UA) vorge- kers für Meßzwecke sehr unbequeme Nullpunktunsehen
ist. sicherheit beseitigt, da die Drift des eigentlichen Ver-
5. Verstärkeranordnung nach Anspruch 4, da- stärkers nicht mit übertragen wird und also auch den
durch gekennzeichnet, daß der Integrator (6) 35 Meßwert nicht verfälschen kann.
einen Operationsverstärker mit reiner Wechsel- Bei solchen Anordnungen traten jedoch, wenn eine
Spannungs-Gegenkopplung aufweist. Gegenkopplung über den gesamten Verstärker nicht
6. Verstärkeranordnung nach Anspruch 4 vorlag, mangels Kontrolle und Regelung des Koppeloder
5, dadurch gekennzeichnet, daß der Integra- gliedes des Gleichrichters und der anschließenden
tor (6) einen Stromausgang hat, z.B. für Ströme 40 Siebung zwangläufig systematische Meßfehler auf. Um
im Bereich bis 20 mA. dem entgegenzuwirken, sieht die US-PS 2 888 523
7. Verstärkeranordnung nach wenigstens einem eine Anordnung vor, bei der ein nach dem Modulader
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, torprinzip arbeitender Gleichstromverstärker einen
daß im Gegenkopplungszweig (G) vor dem Null- Gegenkopplungszweig vom Gleichichterausgang an
verstärker-Eingang (2, 3) ein insbesondere an 45 den Vestärkereingang enthält, um Drifteinfiüsse weiteinen
Impedanzwandler (8) anschließender Span- gehend zu reduzieren. Da es sich jedoch um eine
nungsteiler (9, 10) angeordnet ist, mittels dessen Gleichspannungs-Gegenkopplung handelt, sind auch
der Verstärkungsfaktor einstellbar ist. hierbei Spannungsdriften grundsätzlich nicht unter-
8. Verstärkeranordnung nach wenigstens einem drückt.
der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, 5° Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit ein-
daß zur Nullinienverschiebung eine zusätzliche fachen und wirtschaftlichen Mitteln eine stabilisierte
Wechselspannungsquelle (12,11) mit dem Gegen- Verstärkeranordnung zu schaffen, mit welcher der
kopplungszweig (G) verbunden ist, insbesondere Drifteinfluß von anderen Bauelementen und von
mittels eines zu dem Nullverstärker-Eingang (2,3) Thermospannungen, wie sie an den Lötstellen der
führenden Koppelgliedes (9'). 55 Bauelemente auf Leiterplatten entstehen, sicher ver-
9. Verstärkeranordnung nach Anspruch 8, da- mieden wird.
durch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wech- Ausgehend von einer Anordnung der eingangs geselspannungsquelle
einen weiteren Zerhacker (11) nannten Art sieht die Erfindung hierzu vor, daß im
aufweist, der über einen insbesondere als Poten- Gegenkopplungszweig an den Gleichspannungsaustiometer
ausgebildeten Spannungsteiler (12) ge- 60 gang ein Rückführzerhacker angeschlossen ist. Einspeist
ist. gangs- und Rückführspannung können hierdurch ge-
10. Verstärkeranordnung nach wenigstens trennt zerhackt und anschließend miteinander vereinem
der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn- glichen werden. Daher erfolgt der Vergleich zwischen
zeichnet, daß alle Zerhacker (1, 7, 11) bzw. Ausgangs- und Eingangsspannung nicht mit Gleich-Gleichrichter
(5) synchron betreibbar sind, vor- 65 spannung, sondern mit der zerhackten Wechselspanzugsweise
unter Steuerung durch einen Oszillator nung des Eingangs und des Ausgangs. Infolgedessen
(13). kann ein Drift-Einfluß nicht wirksam werden.
11. Verstärkeranordnung nach wenigstens Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann fer-
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DE2329823B1 true DE2329823B1 (de) | 1974-08-22 |
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NL (1) | NL7407509A (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE2629415A1 (de) * | 1975-07-01 | 1977-01-20 | Commissariat Energie Atomique | Verfahren und vorrichtung zur beseitigung einer fehlerrestspannung eines verstaerkers |
EP0006194A1 (de) * | 1978-06-19 | 1980-01-09 | Siemens Nixdorf Informationssysteme Aktiengesellschaft | Schaltungsanordnung zur erdfreien Übertragung von Signalen über Trennstellen in Fernmeldeanlagen |
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- 1973-06-12 DE DE19732329823 patent/DE2329823C2/de not_active Expired
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1974
- 1974-06-04 NL NL7407509A patent/NL7407509A/xx unknown
- 1974-06-12 FR FR7420409A patent/FR2233748B1/fr not_active Expired
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