DE2331638A1 - Zerhackerverstaerker - Google Patents

Description

7.6.1975

Zin/Di

24.224.5

INTBRATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg

Zerhackerverstärker

Die Erfindung betrifft einen Zerhackerverstärker zur Verstärkung kleiner Gleichspannungen mit einem diese in Wechselspannungen umsetzenden Modulator, dem ein Wechselspannungsverstärker nachgeschaltet ist.

Eine Übersicht über derartige Verstärker ist in der Zeitschrift ATM Bl. Z 631-12 (Aug. 1969) gegeben. Nach dieser Übersicht lassen sich die Modulatoren für Zerhackerverstärker auf eine von drei Grundschaltungen zurückführen, bei denen durch die Verwendung eines oder zweier im Takt der Modulationsfrequenz gesteuerter Schalter eine rechteckförmige Übertragungsfunktion angenähert wird. Je nach Lage des Schalters zum Eingang des Wechselspannungsverstärkers wird zwischen Parallel-, Serien- und Serien-Parallel-Zerhacker unterschieden. Als Schalter verwendet man wegen der geringen Trägheit und Verschleißfreiheit meistens elektronische Bauteile, wie Transistoren. Vor allem sind Feldeffekttransistoren geeignet, da diese nicht nur einen hohen Sperrwiderstand, sondern auch eine vernachlässigbare Fehlspannung aufweisen. Sie haben allerdings ebenso wie andere Schalter den Nachteil, daß die Steuerspannung Umschaltspitzen hervorruft, die eine Meßspannung vortäuschen können. Bei den Feldeffekttransistoren entstehen diese Umschaltspitzen durch Umladen der zwischen der Gate- und der Drain-Elektrode liegenden Kapazität. In bekannten Zerhackerverstärkern

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werden die so entstandenen Nullpunktfehler durch Zuführen eines Kompensationsstromes kompensiert. Dazu wird eine zur Schaltspannung genau gegenphasige Kompensationsspannung benötigt. Diese koppelt man auf die gleiche Weise wie die Störspannung in den Modulator ein. Auf diese Weise läßt sich durch Probieren eine Kompensationskapazität finden, die am Ausgang minimal kleine Störspannungen erzeugt. Eine andere Möglichkeit zur Verringerung der Nullpunktsfehler infolge von Einstreuungen der Modulatorsteuerspannung besteht darin, die Steuerkreise des Modulators zu Brücken zu ergänzen, so daß Steuer- und Signalkreis in verschiedenen Brückendiagonalen liegen und entkoppelt sind. Schließlich ist es auch bekannt, die Störspannungsspitzen mit Hilfe eines synchron mit dem Modulator gesteuerten Austastfilters zu verbessern. Dessen Durchlaßphase muß kürzer sein als die des Modulators.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zerhackerverstärker zu schaffen, bei dem vor allem die durch die Umschaltspitzen auftretenden Fehler unterdrückt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die beiden Pole der Gleichspannungsquelle jeweils mit einem Modulator verbunden sind, die beiden Modulatoren in gleicher Weise aufgebaut und betrieben sind und die Eingänge eines Differenzwechselspannungsverstärkers ansteuern. Die beiden Modulatoren werden also gleichphasig betrieben, so daß das an ihnen anliegende Gleichspannungspotential gleichzeitig zu den beiden Eingängen des Differenzverstärkers durchgeschaltet wird. Die Eingangsspannung des Differenzverstärkers ist daher einmal Null und das andere Mal gleich der zu messenden Gleichspannung. Die Umschaltspitzen treten an den Eingängen des Differenzverstärkers gleichphasig auf, so daß sie von diesem unter-

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drückt werden. Durch Wahl von Modulatorbauelementen gleicher Eigenschaften sind die Umschaltspitzen bei gleichen Widerstandsverhältnissen am Eingang des Wechselspannungsverstärkers gleich groß.

Anhand der Zeichnung, die das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt, werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Mit U ist eine Gleichspannungsquelle bezeichnet, deren Ausgangsspannung gemessen werden soll. Diese wird über zwei Widerstände R1 und R2 einem Modulator mit den Feldeffekttransistoren T1 und T2 zugeführt. Die Widerstände R1 und R2 setzen sich aus dem Innenwiderstand der Spannungsquelle' U und zusätzlichen Vorschaltwiderständen für den Modulator zusammen. Die Transistoren T1 und T2 liegen mit ihren Source-Elektroden an Massepotential. Statt dessen können sie auch auf einem beliebigen anderen konstanten Potential liegen. Eine solche Schaltung wird »an vor allem dann wählen, wenn die Spannungsquelle U auf hohem Potential liegt. Das Source-Potential der Transistoren TI und T2 wird man dann auf ein ähnlich hohes Potential legen. Die beiden Gate-Elektroden der Transistoren T1 und T2 werden gleichphasig mit dem Ausgangssignal eines Rechteckoszillators 0 angesteuert. In der Durchschaltphase liegt daher an den Drain-Elektroden beider Transistoren T1 und T2 dasselbe Potential, im Ausführungsbeispiel Nullpotential. In der Sperrphase ist dagegen der Potentialunterschied etwa gleich der zu messenden Spannung. Über Kondensatoren C1 und C2 sowie Widerstände R3 und R4 gelangt daher einmal die Spannung Null, das andere Mal die zu messende Spannung auf einen Wechselspannungsverstärker V.

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Der Differenzverstärker V ist in üblicher Weise mit einem Gegenkopplungswiderstand R5 beschaltet. Die Amplitude seiner Ausgangswechselspannung ist proportional zur Größe der zu messenden Gleichspannung. Von einem Demodulator D, der von dem Oszillator 0 geschaltet ist, kann die verstärkte Gleichspannung mit der richtigen Polarität abgenommen werden.

Zweckmäßig wird man die Transistoren T1 und T2 so wählen, daß ihre Daten gleich sind, damit die von ihnen erzeugten Störspannungen gleich sind. Diese Störspannungen treten an beiden Eingängen des Differenzverstärkers gleichzeitig auf, so daß sie von diesem unterdrückt werden.

Im Sperrzustand der Transistoren T1 und T2 fließt durch diese jeweils der gleiche Fehlstrom, so daß auch die durch Fehlströme entstehenden Fehler kompensiert werden. Dies gilt auch für verschiedene Temperaturen, da die Temperaturdrift der Fehlströme etwa gleich ist.

Da die Gate-Elektroden der Transistoren T1 und T2 parallel geschaltet sind, wird nur eine Steuerspannung benötigt. Die Transistoren T1 und T2 werden exakt zur gleichen Zeit geschaltet, Unsymmetrien in der Flankensteilheit der Steuerspannung und unterschiedliche Amplituden der Steuerspannung, die unterschiedlich große Störspannungsspitzen zur Folge haben können, treten nicht auf. Nullpunktabgleich und Temperaturkompensationen sind bei einem solchen Verstärker nicht erforderlich.

Ist die Spannungsquelle nicht wie im Ausführungsbeispiel symmetrisch, sondern liegt sie einseitig an einem konstanten Potential, z.B. Massepotential, so kann die als Ausführungsbeispiel angegebene Schaltung praktisch unverändert beibehalten werden. Man wird lediglich das Source-Potential

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der Transistoren TI und T2 auf das Bezugspotential der Gleichspannungsquelle legen.

Im Ausführungsbeispiel sind die Modulatoren sogenannte Parallel-Zerhacker, da sie den Eingängen des Verstärkers V parallel geschaltet sind. Statt dessen können auch andere Zerhackerarter, z.B. Serienzerhacker oder Serienparallel-Zerhacker eingesetzt werden.

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Claims (3)

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   Zin/Di 24.224.5

   PATENTANSPRÜCHE

   / \J Zerhackerverstärker zur Verstärkung kleiner Gleichspannungen mit einem Gleichspannungsmodulator, dem ein Wechselspannungsverstärker nachgeschaltet ist, dadur ch ge kenn ζ e ichne t,

   daß die beiden Pole der Gleichspannungsquelle (U_e) jeweils mit einem Modulator (Rl, T1; R2, T2) verbunden sind, die beiden Modulatoren in gleicher Weise aufgebaut und betrieben sind und die Eingänge eines Differenzwechsel spannung s Verstärkers (V) ansteuern.
2. 2. Verstärker nach Anspruch 1,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß die Modulatoren (R1, T1; R2, T2) aus periodisch geöffneten Schaltern bestehen, die jeweils zwischen einen Pol der Gleichspannungsquelle (U_e) und ein konstantes Potential geschaltet sind.
3. 3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze i chne t,

   daß die Modulatoren aus Feldeffekttransistoren (TI, T2) aufgebaut sind.

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