DE2337399A1

DE2337399A1 - Verstaerkervorrichtung fuer die wechselspannungskomponente eines mit einer gleichspannungskomponente ueberlagerten signals

Info

Publication number: DE2337399A1
Application number: DE19732337399
Authority: DE
Inventors: Gerard Eugene Baillet
Original assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Current assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1973-07-23
Publication date: 1974-02-14
Also published as: DE2337399B2; SE382896B; BE802340A; US3919659A; FR2201018A5; GB1442814A; IT991211B

Description

DIPL-ING. HANS WlEMUTH

NG. peter-C. Sroka

PATENTANWÄLTE

2337333

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DEN

20. Juli 1973

IHR ZEICHEN: MEIN ZEICHEN:

1-4375

Societe Anonyme de Telecommunications Paris / Frankreich

Verstärkervorrichtung für die Wechselspannungskomponente eines mit einer Gleichspannungskomponente überlagerten Signals

Die Erfindung betrifft eine Verstärkervorrichtung für die Wechsel spannungskomponente eines mit einer Gleichspannungskomponente überlagerten Signals.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine erhebliche Verstärkung der Wechselspannungskomponente eines sich ändernden Eingangssignals zu bewirken, wie schwach auch immer die Amplitude der Wechselspannungskomponente ist, während die Gleichspannungskomponente des Eingangssignals unterdrückt wird, auch wenn diese Komponente einen beträchtlichen Anteil der Signalamplitude ausmacht.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Verstärker einen Parallelkreis aufweist, der aus einem Spannungsintegrator für das verstärkte Eingangssignal und einem Speicherkreis mit einem Verstärkungsfaktor von rund eins besteht, der mit einem Schaltklemmenpaar versehen ist, wobei über die eine der Klemmen des Klemmenpaares der Speicherkreis so betätigt wird, daß dem Eingangssignal der Augenblickswert der am Ausgang des Integrators vorhandenen Spannung überlagert wird, während die andere Klemme den Speicherkreis so schaltet, daß der am Ausgang des Integra

torkreises im

f Q 2 fi

ORJGiNAL JNSFECTED

Betätigung der anderen Klemme vorhandene gespeicherte Spannungswert das Eingangssignal überlagert.

Der erfindungsgemäße Verstärker ermöglicht somit die Messung eines Mittelwertes des Eingangssignals mit Hilfe des Integrators und diesen Mittelwert auf das Eingangssignal in dem Augenblick zu übertragen, in dem man beginnt,die gemessene Verstärkung des Eingangssignals einzuleiten. Dieser Mittelwert eliminiert die Gleiohspannungskomponente des Eingangssignals, so daß die Verstärkung nur der Weehselspannungskomponente ermöglicht wird. Man kann auch vom Spannungswert des Eingangssignales den Augenblickswert des am Integrator vorhandenen Signals abziehen.

Die Mittel, um dem Eingangssignal diese Korrekturspannuög zu überlagern, können aus einem Speicher mit dem Verstärkungsfaktor eins bestehen, der mit einem Schaltklemmenpaar versehen ist.

Die Erfindung wird im nachfolgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erklärt.

Pig. 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Verst ärkervorr i chtung,

Fig. 2 ist ein Blockschaltschema des Speicherkreies mit Sehaltklemmen, welcher einen Teil der Verstärkervorrichtung gemäß Fig. 1 bildet,

Fig. 5 ist ein elektrisches Schaltbild eines Verstärkers des Speicherkreises gemäß Fig. 2,

Fig. 4 ist ein Ersatzschaltschema der Schaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 5 ist ein Ersatzschaltschema, welches die Schaltung gemäß Fig. 4 vereinfachend wiedergibt.

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ORiGiNAL INSPECTED

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Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, weist die erfindungsgemäße Verstärkervorrichtung zwei Eingangsklemmen 1 und zwei Ausgangsklemmen 2, einen Widerstand 3 von mittlerer Größe sowie einen Verstärker 4 auf, der in einem Frequenzband O^fi^fs einen kontanten Verstärkungsfaktor besitzt. Die Frequenz fs bedeutet hierbei eine Unterbrecherfrequenz, die größer ist als die größte im Signalspektrum vorkommende Frequenz. Der Verstärker 4 weist eine große Eingangsimpedanz auf und eine Ausgangsimpedanz, die in der Nähe des Nullwertes liegt. Ein relativ kleiner Widerstand 5 ist mit der Abzweigung 6 verbunden, die sich zwischen dem Widerstand 5 und dem Verstärker 4 befindet und an der ein Parallelschaltkreis angeschlossen ist, der aus einem Integratorkreis 7 besteht, der auf einen Speicherkreis 8 geschaltet ist, welcher den Verstärkungsfaktor eins besitzt und mit einem Schaltklemmenpaar 9 versehen ist, wobei der Ausgang des Speicherkreises 8 über einen Widerstand 10 von mittlerer Größe mit dem Eingang 11 des Verstärkers 4 verbunden ist.

Durch diese schaltung ist der Verstärker 4 in der Lage, so-

wohl die Gleichstrom- als auch die Wechselspannungskomponente der eingangsseitig aufgegebenen Signalspannung um das 200-fache zu verstärken. Der Integratorkreis 7 integriert zeitlich die am Ausgang des Verstärkers 4, vorhandene Spannung, so daß am Ausgang des Integratorkreises eine Gleichspannung vorhanden 1st, wie sie auch am Ausgang des Speicherkreises vorliegt.

Diese Spannung ist infolge der Eigenschaften des Integratorkreises 7 von entgegengesetztem Vorzeichen wie die Spannung am Ausgang des Verstärkers 4 und weist somit auch gegenüber der an den Eingangsklemmen 1 anliegenden Gleichspannung ein entgegengesetzes Vorzeichen auf.

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Man kann die Schaltung gemäß Pig. 1 durch ein Ersatzschaltbild ersetzen, welches die Wirkungsweise der Schaltung besser erkennen läßt und die folgenden Bezisaungen abzuleiten gestattet:

^W ~* R + R' M/l¹ Vs= GYt

Woraus sich folgende Gleichung ableiten läßt:

Hieraus ergibt sich:

/ - rr- k' eW-— ^G/l t

Man sieht, daß im Dauerbetrieb ( "C ——> und somit Y$. - 0 wird,während V= E ~~ ist.

Gemäß Fig. 2 liegt der Speicherkreis 8 zwischen einer Eingangsklemme 12, die mit dem Integratorkreis 7 in Verbindung steht, und einer Ausgangsklemme 15* die mit dem Widerstand

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verbunden ist. Die Eingangsklemme 12 führt mit einem Direktanschlufl zu einem ersten Verstärker 14, der einen Differentialverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor bildet. An den Verstärker schließt eine Phasenkorrekturchaltung 15 , die zu dem Ruhekontakt 16' eines Relais 16 führt, welches mit dem Schaltkleramenpaar 9 versehen ist. Der Kontakt 16' ist mit der Abzweigung zu Kondensator 17 verbunden, von der aus die Leitung zu einem zweiten Verstärker 18 weiterführt, der den Verstärkungsfaktor eins aufweist und feine große Eingangsimpeäanz besitzt. Der Ausgang des zweiten Verstärkers 18 ist hierbei über einen Widerstand 19 mit dem intgegengesetzten Eingangsansohlag des ersten Verstärkers 14 verbunden.

Hierdurch übt, wenn der Ruhekontakt 16^f geschlossen ist, die Verstärkerschaltung des Speicherkreises 8 eine totale Gegenwirkung vom Ausgang 13 des zweiten Verstärkers auf den Eingang dea ersten Verstärkers 14 aus. Die Spannung zwischen der direkten und der anderen Eingangsleitung des Verstärkers ist sehr klein und der Verstärkungsfaktor des Kreises zwischen den Klemmen 12 und 13 nahezu gleich eins.

Gemäß einem vereinfachenden Ersatzschaltbild - wie es die Fig. 5 zeigt - erhält man die nachstehenden Beziehungen:

G (Ve-Vs)-

Diese Beziehung zeigt, daß die Spannung Ve an der Eingangsklemme 12 sich an der Ausgangsklemme 13 und auch am Kondensator 17 wiederfindet, der das eigentliche Speicherelement des Speicherkreises ist.

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Die Phasenkorrekturschaltung 15 sichert die Stabilität der Schaltung. Wenn der Ruhekontakt l6^f des Relais 16 geöffnet ist, hat die Spannung an den Klemmen des Kondensators 17 den Wert, der sich im Augenblick der Kontaktunterbrechung eingestellt hat. Der Verstärker 18 hat eine sehr große Eingangsimpedanz, so daß die Spannung an den Klemmen des Schaltelementes 17 sich nicht mehr verändert. Der Verstärker 18 mit dem Verstärkungsfaktor eins überträgt diese Spannung sowohl hinsichtlich der Höhe der Amplitude als auch mit demselben Vorzeichen an die Ausgangsklemme 13 des Speicherkreises.

Hieraus ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Verstärker an seinen Ausgangsklemmen 2 eine Gleichspannung Vs der Größe

aufweist, unabhängig davon, ob der Kontakt 16' sieh in geschlossenem oder geöffnetem Zustand befindet. Jede Wechselspannungskomponente, die an den Eingangsklemmen 1 aufgenommen wird, wird durch den Verstärker 4 an den Ausgangsklemmen 2 verstärkt, wobei der Verstärkungsfaktor G dieses Verstärkers in dem Prequenzinterval Q 4» f ^ fs oder in dem kleineren einseitig offenen Intervall O¹C fc^=zhS je nach dem Zustande des Relais 16 konstant ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform (Pig. 3) besteht der zweite Verstärker 18 aus einem ersten Feldeffekt-Transistor 19 und einem mit diesem gekoppelten zweiten Transistor 20 üblicher Art mit gemeinsamen Kollektor. Der zweite Transistor hat die Aufgabe, den Scheinwiderstand des Widerstandes 21 des Feldeffekt-Transistorkreises zu reduzieren.

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Die erfindungsgemäße Verstärkervorrichtung kann vorteilhafterweise zusammen mit einem an sich bekannten Infrarotanalysengerät mit einliniger Abtastung verwendet werden, wobei der mittlere Korrekturwert durch vorherige Abtastung ermittelt wird. Das Eingangssignal weist in diesem Falle im Mittel eine Gleichspannungskomponente von 5 bis 6 V auf, wä-hrend das Wechselspannungssignal eine Amplitude in der Größenordnung von 5 mV und eine maximale Frequenz fs in der Größenordnung von 1 MHz aufweist. Der Verstärker 4 hat beispiels-f weise einen Verstärkungsfaktor von 200. Das verstärkte Ausgangssignal an den Klemmen 2 liegt daher zwischen rund +1 und -IV in bezug auf Masse. Dae Korrektursignal, welches vom Speicher 8 ausgeht, ist dem Eingangssignal entgegengesetzt und weist einen mittleren Wert zwischen -5 bis 6 V auf. Während des Zeitraumes der Wirksamkeit der Verstärkung, variiert die Spannung am Ausgang des Integratorkreises mit den Änderungen des Ausgangssignals und liegt zwischen + und - 15 V.

Ansprüche

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Claims

Ansprüche

Verstärkervorrichtung für die Wechselspannungskomponente eines mit einer Gleichspannungskomponente überlagerten Signals, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen Parallelkreis aufweist, der aus einem Spannungs· integrator für das verstärkte Eingangssignal und einem Speicherkreis mit einem Verstärkungsfaktor von rund eins besteht, der mit einem Schaltklemmenpaar versehen ist, wobei über die eine der Klemmen des Klemmenpaares der Speicherkreis so betätigt wird, daß dem Eingangssignal der Augenblickswert der am Ausgang des Integrators vorhadenen Spannung überlagert wird, während die andere Klemme den Speicherkreis so schaltet, daß der am Ausgang des Integratorkreises im Augenblick der Betätigung der anderen Klemme vorhandene gespeicherte Spannungswert das Eingangssignal überlagert.

2, Verstärkervorriehtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicherkreis einen Differentialverstärker mit hohem Verstärkungsgrad aufweist, dessen Direktansehluß mit dem Ausgang des Integratorkreises verbunden ist, wobei der Ausgang des Differentialverstärkers an eine Phasenkorrekturschaltung angeschlossen ist, deren Ausgang zu dem Ruhekontakt eines Relais mit zwei Schaltklemmen führt, dessen Ausgang an einen zweiten Verstärker mit einem Verstärkungsfaktor von rund 1 sowie großem Eingangswiderstand angeschlossen ist, wobei der Ausgang des zweiten Verstärkers über einen Widerstand mit dem anderen Eingangsanschluß des DifferentialVerstärkers verbunden ist, und wobei die Speicherkapazität in einer Abzweigung am Eingang des zweiten Verstärkers eingeschaltet ist.

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'3. Verstarkervorriehtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dafl der zweite Verstärker mit großer Eingangsimpedanz einen Feldeffekttransistor aufweist, der ausgangsseitig auf einen üblichen Transistor arbeitet, wobei beide Transistoren auf einen gemeinsamen Kollektor geschaltet sind.

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