DE2337399C3

DE2337399C3 - Amplifier arrangement for the AC voltage component of a signal with a high DC voltage component

Info

Publication number: DE2337399C3
Application number: DE19732337399
Authority: DE
Inventors: Gerard Eugene Choisyle-Roi Baillet (Frankreich)
Original assignee: S.A. De Telecommunications, Paris
Priority date: 1972-07-26
Filing date: 1973-07-23
Publication date: 1977-05-05

Description

Die Erfindung betrifft eine Verstärkeranordnung für d^;e Wechselspannungskomponente eines mit einer hohen Gleichspannungskomponenle behafteten Signals. The invention relates to an amplifier arrangement for d ^; e AC voltage component of a signal with a high DC voltage component.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine erhebliche Verstärkung der Wechselspannungskompo- so nente eines sich ändernden Eingangssignals zu bewirken, wie schwach auch immer die Amplitude der Wechselspaiinungskomponente ist, während die Gleichspannungskomponente einen beträchtlichen Anteil der Signalampliiude ausmacht.The invention is based on the object of a considerable gain in the alternating voltage component component of a changing input signal, however weak the amplitude of the AC voltage component is while the DC voltage component makes up a considerable proportion of the signal amplitudes.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Verstärkeranordnung dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker einen Rückkopplungskreis enthält, der nur für die Gleichstromkomponente des Eingangssignals wirksam ist und der aus einem Integrator und einem fio Speicherkreis mit einem Verstärkungsfaktor von rund eins besteht, und daß der Speicherkreis ein Relais enthält, welches bei Betätigung mit seinem Ruhekontakt eine Verbindung zwischen dem Ausgang des Verstärkers und seinem Eingang herstellt, derart, daß dem ft.s Eingangssignal der Augenblickswert der am Ausgang des Integrators vorhandenen Spannung überlagert wird.To solve this problem, the amplifier arrangement according to the invention is characterized in that the The amplifier contains a feedback circuit that is only responsible for the DC component of the input signal is effective and which consists of an integrator and a fio There is a storage circuit with a gain factor of around one, and that the storage circuit is a relay contains, which when actuated with its normally closed contact a connection between the output of the amplifier and its input so that the ft.s input signal receives the instantaneous value of the output of the integrator existing voltage is superimposed.

Die erfindungsgemäße Verwendungeines Rückkopplungskreises stellt gegenüber bekannten Anordnungen, bei denen ein Transformator oder Kondensator verwendet werden, einen wesentlichen technischen Fortschritt dar, wobei auch die jeweils erreichten Effekte nicht miteinander vergleichbar sind. Durch einen Transformator (oder einen Kondensator) wird entweder die momentane Gleichspannungskomponente des Eingangssignals unterdrückt oder nich·. unierdrückt, und zwar in Abhängigkeit davon, ob eine derartige Komponente vorhanden ist oder nicht. Im Gegensu'z dazu wird bei der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung, wenn der Ruhekontakt geschlossen ist, die Gleichspannungskomponente des Eingangssignals unterdrückt, während, wenn der Ruhekontakt geöffnet ist. damit fortgefahren wird, von dem Eingangssignal den Wert der Gleichspannungskomponente abzuziehen, die das Eingangssignal in dem Moment aufweist, in dem der Ruhekontakt betätigt worden ist. In der Betriebsposition, d. h. bei geöffnetem Ruhekontakt, wird daher in jedem Augenblick ein bestimmter Wert der Gleiehspannungskomponentc des Signals von diesem subtrahiert. In dem Rückkopplungskreis ist somit allein die Gleiehspannungskomponente aktiv, denn der Integrator läßt die Wechselspannungskomponente nicht passieren.The use of a feedback loop in accordance with the invention compared to known arrangements in which a transformer or capacitor are used, represent a significant technical advance, and each achieved Effects are not comparable with each other. Through a transformer (or a capacitor) is made either the instantaneous DC voltage component of the input signal is suppressed or not ·. unrepressed, depending on whether or not such a component is present. On the contrary this is in the amplifier arrangement according to the invention, when the normally closed contact is closed, the DC component of the input signal suppressed, while when the normally closed contact is open. proceeding from the input signal the Subtract the value of the DC voltage component that the input signal has at the moment in which the Normally closed contact has been actuated. In the operating position, d. H. when the normally closed contact is open, a certain value of the equilibrium stress component is therefore at every moment of the signal is subtracted from this. In the feedback loop there is only the Equal voltage component active, because the integrator does not allow the alternating voltage component to pass.

Die erfindungsgemäßc Verstärkeranordming ermöglicht somit die Messung eines Mittelwertes des Eingangssignal mit Hilfe des Integrators und die Übertragung dieses Mittelwertes auf das Eingangssignal in dem Augenblick, in dem damit begonnen wird, die gemessene Verstärkung des Eingangssignals einzuleiten. Dieser Mittelwert eliminiert die Gleiehspannungskomponente des Eingangssignals, so daß die Verstärkung nur der Wechsclspannungskomponente ermöglicht wird. Man kann auch vom Spannungswert d^s Eingangssignals den Augenblickwert des am Integrator vorhandenen Signals anziehen.The amplifier arrangement according to the invention enables thus the measurement of an average value of the input signal with the help of the integrator and the Transfer of this mean value to the input signal at the moment in which the initiate measured gain of the input signal. This mean value eliminates the equilibrium stress component of the input signal, so that only the AC voltage component can be amplified will. One can also use the voltage value d ^ s Input signal take into account the instantaneous value of the signal present at the integrator.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigtThe invention is explained below with reference to the drawing. It shows

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung,1 shows a block diagram of the amplifier arrangement according to the invention,

F i g. 2 ein Blockschaltschema des Speicherkreises mit Schaltklemmen, der einen Teil eier Verstärkeranordnung gemäß F i g. 1 bildet,F i g. 2 is a block diagram of the memory circuit with switching terminals, which forms part of an amplifier arrangement according to FIG. 1 forms,

Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild eines Verstärkers des Speichers gemäß F i g. 2,Fig. 3 is an electrical circuit diagram of an amplifier of the memory according to FIG. 2,

F i g. 4 ein Ersatzschaltscher.ia der Schaltung gemäß Fi g. I undF i g. 4 an equivalent circuit breaker.ia the circuit according to Fi g. I and

F i g. 5 ein Ersatzschaltschema, welches die Schaltung gemäß F i g. 4 vereinfachend wiedergibt.F i g. 5 shows an equivalent circuit diagram which shows the circuit according to FIG. 4 reproduces in a simplified manner.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich isi, weist die erfindungsgemäße Verstärkerapordnung zwei Eingangsklemmen 1 und zwei Ausgangsklemmen 2, einen Widerstand 3 von mittlerer Größe sowie einen Verstärker 4 auf, der in einem FrequenzbandAs can be seen from FIG. 1, the amplifier arrangement according to the invention two input terminals 1 and two output terminals 2, one Resistor 3 of medium size and an amplifier 4 operating in a frequency band

0<f<fs0 <f <fs

einen konstanten 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 Ausgungsimpedanz, 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 Integrator 7 besteht, der auf einen Speicherkreis 8 geschaltet ist,has a constant gain factor. The frequency fs here means an interrupter frequency that is greater than the largest frequency occurring in the signal spectrum. The amplifier 4 has a large input impedance and an output impedance close to zero. A relatively small resistor 5 is connected to the branch 6, which is located between the resistor 5 and the amplifier 4 and to which a parallel circuit is connected, which consists of an integrator 7 which is connected to a storage circuit 8,

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 Il des Verstärkers 4 verbunden ist.which has a gain factor of one and is provided with a pair of switching terminals 9. where the Output of the memory circuit 8 via a resistor 10 of medium size to the input II of the Amplifier 4 is connected.

Durch diese Schaltung ist der Verstärker 4 in der Lage, sowohl die Gleichstrom- als :'ucn die Wechselspannungskomponente der eingangsseitig aufgegebenen Signalspannung um das 2ü0fac.e zu verstärken. Der Integrator 7 integriert zeitlich die am Ausgai g des ι Verstärkers 4 vorhandene Spannung, so daß am Ausgang Jls Integratorkreises eine Gleichspannung vorhanden ist. wie sie auch am Ausgang des Speicherkreises vorliegt.With this circuit, the amplifier 4 is able to use both the direct current and the alternating voltage component the signal voltage applied on the input side in order to amplify the 2ü0fac.e. the Integrator 7 integrates the time at the output of the ι Amplifier 4 existing voltage, so that a DC voltage at the output Jls integrator circuit is available. as it is also present at the output of the storage circuit.

Diese Spannung ist infolge der Eigenschaften des > Integrators 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 entgegengesetztes Vorzeichen auf. _: As a result of the properties of the> integrator 7, this voltage is of the opposite sign to the voltage at the output of the amplifier 4 and thus also has an opposite sign to the DC voltage applied to the input terminals 1. _:

Man kann die Schaltung gemäß I i g. ι durch ein ErsatzschaltbiM ersetzen, welches die Wirkungsweise der Schaltung besser erkennen läßt und die folgenden Beziehungen abzuleiten gestattet:The circuit according to I i g. Replace ι with an equivalent circuit diagram, which shows the mode of operation the circuit can be better recognized and allows the following relationships to be derived:

R R - R RR - R

:■/·■·■"■: ■ / · ■ · ■ "■

Woraus sich folgende Gleichung abieilen laßt:From which the following equation can be derived:

^GE R₊R^
Hieraus ergibt sich: ^GE R ₊ R ^
This results in:

Ks- ^ Gf _R Ks- ^ Gf _R

1 GRr
K R + R' J 1 GRr
KR + R 'J

1 G R \ 1 G R \

k R + R k R + R

Man sieht, daß im Dauerbetrieb '/
Vs=O wird, währendYou can see that in continuous operation '/
Vs = O becomes while

und somitand thus

Y ^ EY ^ E

R-RR-R

gsspannung in den Verstärker 4.voltage into the amplifier 4.

Ks = Ausgangsspanuung aus dem Verstärker 4.
Ct = Verstärkungsfaktor des Verstärkers 4.Ks = output voltage from amplifier 4.
Ct = gain factor of amplifier 4.

Gemäß F i g. 2 liegt der Spcichcrkreis 8 zwischen einer Eingangsklemme 12. die mit dem Integrator 7 in Verbindung steht, und einer Ausgangskleinme 13. die mit dem Widerstand 10 verbunden ist. Die Eingangsklemme 12 führt mit einem Direkuuischluß zu einem ersten Verstärker 14. der einen Dilfei entialverstärker mit hohem Verstärkungsfaktor bildet. An den Verstärker schließt eine l'hasenkorrekturschaluing 15, du- zu dem Ruhekontakt 16' eines Relais 16 führt, welche, mit dem Schaltklemmenpaar 9 versehen ist. Der Kontakt lh' ist mit der Abzweigung zu Kondensator 17 '> e:'buiideii. w.ii iltr aus die 1.eilung /u einem /weiten Verstärker 18 w citeriuhn. de^r den Verstärkungsfaktor eins autweisi und eine große Eingangsimpedanz besitzt. Der Ausgang ties /weiten Verstärkers 18 ist hierbei übei einen Widerstand 19 mit dem entgegengesetzten I mgangsanschlag des ersten Verstärkers 14 verbunden.According to FIG. 2, the memory circuit 8 is between an input terminal 12, which is connected to the integrator 7, and an output terminal 13, which is connected to the resistor 10. The input terminal 12 leads with a direct connection to a first amplifier 14, which forms a Dilfei ential amplifier with a high gain factor. A phase correction circuit 15 connects to the amplifier and leads to the normally closed contact 16 'of a relay 16, which is provided with the pair of switching terminals 9. The contact lh 'is with the junction to capacitor 17'> e: 'buiideii. w.ii iltr from the 1st division / u a / wide amplifier 18 w citeriuhn. de ^{r has a} gain factor of unity and a large input impedance. The output tie / wide amplifier 18 is connected to the opposite input stop of the first amplifier 14 via a resistor 19.

I lierdurch iiht. w cm, der Ruhekontakt Ib' geschlossen ist. die Verstärkerschaltung des Spew'l'erkreises 8 eine !'¹UiIe Gegenwirkung vom Ausgang I 3 des zweiten \ ersiarkers auf den l.ingang tljs eisten Verstärkers 14 aus. !)ie Spannung /wischen der direkten und der andeieii Eingangsleitung lies Verstärkers )4 ist sehr klein und der Verstärkungsfaktor des Kreises /wischen den Klemmen 12 und 1 3 nahezu gleich eins.I lierdurch iiht. w cm, the normally closed contact Ib 'is closed. the amplifier circuit of the Spew'l'erkreises 8 one! ' ¹ UiIe counteraction from the output I 3 of the second \ ersiarker to the 1st input tljs eisten amplifier 14. !) The voltage / between the direct and the other input line read amplifier) 4 is very small and the gain factor of the circuit / between terminals 12 and 13 is almost equal to one.

Gemäß einem vereinfachenden Ersatzschaltbild — wie es die i i g. τ zeigt - erhält man die nachstehenden Beziehungen:According to a simplified equivalent circuit diagram - as the i i g. τ shows - one obtains the following Relationships:

Die verwendeten l'eehcngrößen sind wie folgt so definiert:The machine sizes used are as follows Are defined:

E = Speisespannung. E = supply voltage.

i Λ .- i Λ .-

!<■! <■

Diese Beziehung zeigt, daß die Spannung Vc an der Eingangsklemme 12 sich an der Ausgangsklemmen 13 und auch am Kondensator 17 wiederfindet, der das eigentliche Speicherelement des Speicherkreises ist.This relationship shows that the voltage Vc at the input terminal 12 is found at the output terminal 13 and also at the capacitor 17, which is the actual storage element of the storage circuit.

Die Phasenkorrekturschaltung 15 sichert die Stabilität der Schaltung. Wenn der Ruhekontakt 16' des Relais 16 geöffnet ist, hat die Spannung an den Klemmen des Kondensators 17 den Wert, der sich im Augenblick der Kontakturnerbiechung eingestellt hat. Der Verstärker 18 hat eine ehr große Eingangsimpedanz, so daß die Spannung an den Klemmen des Schaltelcments 17 sieh nicht mehr verändert. Der Verstärker 18 mit dem Verstärkungsfaktor eins überträgt diese Spannung sowohl hinsichtlich der Höhe der Amplitude als auch mit demselben Vor/eichen an die Ausgangsklemme 13 des Speicherkreises.The phase correction circuit 15 ensures the stability the circuit. When the normally closed contact 16 'of the relay 16 is open, the voltage at the terminals of the Capacitor 17 has the value that was set at the moment of the contact urner malfunction. The amplifier 18 has a rather large input impedance, so that the voltage at the terminals of the switching element 17 can be seen no longer changed. The amplifier 18 with the gain factor one transmits this voltage both with regard to the level of the amplitude and with the same calibration to the output terminal 13 of the Storage circuit.

Hieraus ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Verstärker an seinen Ausgangsklemmen 2 eine Gleichspannung Vs der GrößeIt follows that the amplifier according to the invention at its output terminals 2 has a DC voltage Vs of magnitude

G(ER- R -t G (ER- R -t

VR)VR)

aufweist, unabhängig davon, ob der Kontakt 16' sich in geschlossenem oder geöffnetem Zustand befindet, jede Wechselspar..Hingskomponente. die an den Eingangsklemmen 1 aufgenommen wird, wird durch den Verstärkei 4 an den Ausgangsklemmen 2 verstärkt, wobei der Verstärkungsfaktor G dieses Verstärkers in dem Erec|uenzimerv allhas, regardless of whether the contact 16 'is in the closed or open state, each Wechselspar..Hingskompente. which is picked up at the input terminals 1 is amplified by the amplifier 4 at the output terminals 2, the amplification factor G of this amplifier in the erec | uenzimerv all

0s /< /'s0s / </ 's

oder in dem kleineren einseilig offenen Intervall 0 <- / < /sor in the smaller single-rope open interval 0 <- / </ s

ie nach dem Zustande des Relais 16 konstant ist.ie according to the state of the relay 16 is constant.

Wie bereits erwähnt, ist bei der erfindungsgemäßen Verstärkeraiiordnung nur die Gleichspannungskomponenie im Rückkopplungskreis wirksam. Diese von i'ein Verstärker ν erstarkte (ileiehspannungskomponente wird von dem sich änderiKien Eingangssigna! abgezogen, welches mehl verstärkt ist. Dadurch erhält man am Ausgang des Verstärkers 4 ein Signal, welches aus einem Teil des Glcichspannungssignals und aus υ cm WechseispaniHingssignal zusammengesetzt ist, wobei das ganze, bezogen auf das Eingangssignal, umgekehrtAs already mentioned, only the DC voltage component is involved in the amplifier arrangement according to the invention effective in the feedback circuit. This from i'ein Amplifier ν strengthened (residual stress component will change from the input signa! deducted, which flour is fortified. This gives you on Output of the amplifier 4 is a signal which consists of a part of the DC voltage signal and υ cm WechseispaniHingssignal is composed, where the whole thing, in relation to the input signal, reversed

im. Ks isi ersichtlich, daß. wenn man dieses neue Signal dem sich ändernden Ijngangssignal überlagert, der Gleichspannungsanleil verringert und tier Wechselspannungsanteil verstärkt wird. Aul diese Weise kann man praktisch augenblicklich erreichen, dal.i die Gleichspannungskomponente Null wird, und /war durch ständiges Passieren des Wertes Null, so daß man nur das Wechselspannungssignal verstärkt mit einem den Wen Null aufweisenden CJIeichspannungssignal. Ks hat sieh gezeigt, daß das Zustandekommen dieses Zustandes ohne übermäßige Schwingungen erfolgt.in the. Ks can be seen that. when you get this new signal superimposed on the changing input signal, the DC voltage instruction is reduced and the AC voltage component is increased. Aul this way can one can achieve practically instantly that the DC voltage component becomes zero and / was by constantly passing the value zero, so that you only amplify the AC voltage signal with a the zero zero C voltage signal. Ks has shown that this state of affairs occurs without excessive vibrations.

Das den Ruhekontakt 16' aufweisende Relais 16 wird von dem Steuerschalter 9 gesteuer¹. Dieser Steuerschalter 9 wird von einer Bedienungsperson beispielsweise von Hand, betätigt. Wenn der Ruhekontakt 16' geschlossen ist, wird der augenblickliche Ausgang des Verstärkers 4 dem Punkt 11 zugeführt. Wenn der Ruhekontakt 16' geöffnet ist, wird dieser augenblickliche Ausgang in dem Speicherkreis 8 gespeichert, derart, daß beim Schließen des Ruhekontaktes 16' dieser Wert von neuem dem Punkt 11 zugeführt wird, und zwar gemäß dem obenbcschriebenen Zyklus. .The relay 16 having the normally closed contact 16 ′ is controlled ¹ by the control switch 9. This control switch 9 is operated by an operator, for example by hand. When the normally closed contact 16 'is closed, the current output of the amplifier 4 is fed to the point 11. When the normally closed contact 16 'is opened, this instantaneous output is stored in the memory circuit 8, in such a way that when the normally closed contact 16' closes this value is again fed to the point 11, in accordance with the cycle described above. .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform (Fig. j) besteht der zweite Verstärker 18 aus einem ersten Feldeffekt-Transistor 19 und einem mit diesem gekoppelten /weiten Transistor 20 üblicher Art mit gemeinsamen Kollektor. Der zweite Transistor hat die Aufgabe den Scheinwiderstand des Widerstands 21 des Feldeffekt-Transistorkreises zu reduzieren.According to a preferred embodiment (Fig. J) the second amplifier 18 consists of a first field effect transistor 19 and one coupled to this / wide transistor 20 of the usual type with a common collector. The second transistor does the job to reduce the impedance of the resistor 21 of the field effect transistor circuit.

Die erfindungsgemäße Verstärkeranordnung 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, während das Wechselspannungssignal eine Amplitude in der Größenordnung von 5 mV und eine maximale Frequenz/-s in der Größenordnung von I MHz aufweist. Der Verstärker 4 hat beispielsweise einen Verstärkungsfaktor von 200. Das verstärkte Ausgangssignal an den Klemmen 2 liegt daher zwischen rund +1 und — 1 V in bezug auf Masse. Das Korrcktursignal, welches vom Speicher 8 ausgeht, ist dem Eingangssignal entgegengesetzt und weist einen mittleren Wert zwischen - 5 bis 6 V auf.The amplifier arrangement according to the invention can advantageously be used together with one per se known infrared analysis device can be used with single-line scanning, the mean correction value being determined by previous scanning. The In this case, the input signal has an average DC voltage component of 5 to 6 V, while the AC voltage signal has an amplitude of the order of 5 mV and a maximum Frequency / -s in the order of magnitude of 1 MHz. The amplifier 4 has an amplification factor of 200, for example. The amplified output signal on the terminals 2 is therefore between around +1 and - 1 V with respect to ground. The correction signal which emanating from memory 8 is opposite to the input signal and has a medium value between - 5 to 6 V.

Während des Zeitraumes der Wirksamkeit der Verstärkung variiert die Spannung am Ausgang des integrators mit den Änderungen des Ausgangssignals und liegt zwischen ^J und - I 5 V.During the period of effectiveness of the amplification, the voltage at the output of the integrator varies with the changes in the output signal and is between ^J and - I 5 V.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

I Amplifier arrangement for the alternating voltage component a signal with a high dike voltage component, thereby characterized in that the amplifier contains a feedback circuit which is only for the DC component of the input signal is effective and that of an integrator and a There is a storage circuit with a gain factor of around one, and that the storage circuit is a Contains relay, which when operated with its normally closed contact establishes a connection between the output of the amplifier and its input is in such a way that the input signal is the instantaneous value of the output of the integrator .; existing Voltage is superimposed.

2. Amplifier arrangement according to claim!, Characterized characterized in that the storage circuit is a differential amplifier with a high degree of amplification, whose direct connection to the output of the Integrator is connected. wherein the output of the differential amplifier to a phase correction circuit is connected whose output to the: s Normally closed contact of the relay with two Sehaltklcmmen leads whose output to a second amplifier with a gain factor of around 1 and a large input resistance. whereby the output of the second amplifier via a contradiction to the other input terminal of the Differenüalversiärkers is connected, and where the Storage capacity is switched on in a branch at the input of the second amplifier.

3. Amplifier arrangement according to claim 2, characterized in that the second amplifier with large input impedance has a field effect transistor, the output side to a conventional The transistor works, with both transistors stacked on a common collector.