DE2344192A1 - Schaltungsanordnung zum verstaerken der differenz von gleich- und wechselspannungen - Google Patents

Description

Schaltungsanordnung zum Verstärken der Differenz von Gleich- und Wechselspannungen

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Verstärken der Differenz von Gleich- und Wechselspannungen, die den beiden Eingängen einer Differenzverstärkerschaltung zugeführt sind. Derartige Schaltungsanördnungen, die in zahlreichen Variationen bekannt sind, haben im allgemeinen einen symmetrisehen Eingang und_ einen unsymmetrischen Ausgang. Figur 1 zeigt einen Verstärker mit hochohmigem Eingang und mit symmetrischem Ausgang. Er ist mit zwei Operationsverstärkern V1 und V2 aufgebaut, die über Widerstände R1, R2 und R3 gegengekoppelt sind. Eine an den Eingängen E1 und E2 auftretende Differenzspannung wird um den Faktor Vj^ff =(R1 + R2 + R3)/R1, das ist die Ge'gentaktverStärkung, verstärkt. Die verstärkte Spannung wird an Ausgängen A1 und A2 als Differenz abgegriffen.

Gibt man dagegen eine Gleichtaktspannung auf die Eingänge E1 und E2, indem man z. B. die beiden Eingänge E1 und .E2 miteinander verbindet und zwischen sie und Masse eine Spannung legt, so erscheint die Gleichtaktspannung in gleicher Größe an den Ausgängen A1 und A2 gegenüber der Bezugsmasse wie an den Eingängen E1 und E2. Die Differenz zwischen

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den an den Ausgängen A1 und A2 auftretenden Spannungen ist Null, weil auch die Differenzeingangsspannung Null ist. Die Gleichtaktspannungsverstärkung ist also Eins, weil sich jeweils der eine Verstärker über den Widerstand R1 auf dem anderen abstützt und die Gleichtaktspannung keinen Strom durch diesen Widerstand bewirkt.

Die obere Grenzfrequenz der Differenzverstärkerschaltung nach Figur 1 wird durch die Frequenzkompansation bestimmt, die einen Amplitudenabfall von 6 dB je Oktave bewirkt und die ein Schwingen, des rückgekoppelten Verstärkers verhindern soll. Die Frequenzkompensation kann um so schwächer sein, je größer die durch die Rück-

• kopplungswiderstände gegebene Verstärkung ist. Dadurch wird mit zunehmender Verstärkung auch eine höhere Grenzfrequenz ermöglicht. Die Grenzfrequenz der Differenzverstärkerschaltung nach Figur 1 kann trotz hoher Gegentaktverstärkung nicht erhöht werden," da die Gleichtaktverstärkung nur Eins beträgt. Man könnte die .Grenzfrequenz da-

. durch erhöhen, daß man den Widerstand R1 mittig anzapft und mit der Bezugsmasse verbindet. Damit wäre die Gleichtaktverstärkung gleich groß wie die Gegentaktverstärkung, und die Grenzfrequenz könnte wegen deren zulässigen schwächeren Frequenzkompensation erhöht werden. Diese Maßnahme ist jedoch wenig sinnvoll, da die Differenzverstärkerschaltung in zwei unabhängige Verstärker aufgeteilt würde und der Vorteil der Gleichtaktunterdrückung verloren ginge.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, die hinsichtlich der oberen Grenzfrequenz verbessert ist, aber dennoch eine gute Gleichtaktunterdrückung zeigt. ^.

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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an die beiden Eingänge eine Summierschaltung angeschlossen ist, deren Ausgang mit der Differenzverstärkerschaltung derart verbunden ist, daß das am Ausgang der Summierschaltung herrschende Potential ein Bezugspotential für die Differenzverstärkerschaltung ist. Das Wesentliche der neuen Anordnung besteht also darin, daß die Spannungsmitte beider Wechselstromeingänge auf einem Potential gehalten wird, das für die Gegentaktspannung dem Massepotential entspricht, für die Gleichtaktspannung aber nicht Masse ist. Mit der Summierschaltung schafft man einen Mittelpunkt, der auf dem gleichen Potential liegt wie die Mitte des Widerstandes R1, so daß die Gleichtaktunterdrückung der Schaltung nicht beeinträchtigt ist. Ferner wirkt der Ausgang der Summierschaltung, das ist der Summierpunkt, als eine der Bezugsmasse äquivalente Anzapfung am Widerstand R1.

Die Differenzverstärkerschaltung enthält vorzugsweise .zwei Verstärker, deren nichtinvertierende Eingänge die Eingänge der Differenzverstärkerschaltung bilden und deren invertierende Eingänge über Widerstände gleichen Widerstandswerts miteinander verbunden sind, deren Ver— bindungspunkt an den Ausgang der Summierschaltung angeschlossen ist.

Vorzugsweise besteht die Summierschaltung aus zwei Verstärkern, deren Eingänge mit den Eingängen der Differenzverstärkerschaltung verbunden sind und deren Ausgänge über Summierwiderstände zusammengeschaltet sind. Die niederohmigen Ausgangswiderstände dieser beiden Zusatzverstärker schaffen eine ausreichende Entkopplung zwischen den Verstärkern der Differenzverstärkerschaltung.

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Da die Summierschaltung nur bei höheren Frequenzen wirksam zu sein braucht, kann der Ausgang der Summierschaltung über einen Kondensator mit der Differenzverstärkerschaltung verbunden sein. Gleichstromfehler der Summierschaltung sind damit unwirksam gemacht.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen

Figur 2 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und

Figur 3 Einzelheiten der Schaltung nach Figur 2.

Die Anordnung nach Figur- 2 enthält als Differenzverstärkerschaltung die in Figur 1 gezeigte Schaltung mit den Verstärkern V1 und V2 sowie den Gegenkopplungswiderständen R1, R2 und R3» von denen der Widerstand R1 in zwei gleich große Teilwiderstände R1' und R1" aufgeteilt ist. Die beiden Wechselspannungen, deren Differenz verstärkt werden soll, werden wieder über die Eingänge E1 und E2 zugeführt. Von dort gelangen sie einerseits auf die nicht invertierenden Eingänge der Verstärker V1 und V2 und andererseits auf die Eingänge von Verstärkern V3 und V4. Diese bilden zusammen mit Widerständen R6 und R7 eine Summierschaltung, so daß am Summierpunkt S sich die gegenphasigen Anteile der Eingangsspannungen aufheben, Gleichtakteignale dagegen nicht. Da die Summierschaltung nur bei höheren Frequenzen wirksam zu sein braucht, wird das am Summierpunkt S auftretende Signal über einen Kondensator C1 zwischen den Widerständen R1' und R1" eingespeist. Damit haben etwaige Gleichstromfehler der Summierschaltung keine

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Wirkung. Geringe Abweichungen der Verstärkungsfaktoren der Verstärker V3 und V4 erhöhen nur geringfügig die Gleichtaktverstärkung der Gesamtschaltung und beeinträchtigen die Gleichtaktunterdrückung praktisch nicht. Ebenso wird das Eigenrauschen der beiden Verstärker unterdrückt, wenn die Anordnung symmetrisch ist.

Das symmetrische Ausgangssignal der Verstärker V1 und V2 wird im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 einem Verstärker V5 zugeführt. Seine Aufgabe ist es, das symmetrische Signal mit großer Bandbreite^ in ein unsymmetrisches Signal umzusetzen. Aus diesem Grunde sind im Ausführungsbeispiel die Verhältnisse der Widerstände R4 : R8 bzw. R5 : R9 genau gleich Eins gewählt. An den Verstärker V5 kann sich ein Anzeigegerät AZ anschließen. Die neue Schaltung zeigt eine hohe Gleichtaktunterdrückung. Ferner hat sich ergeben, daß für die Eingangsverstärker normale Verstärker mit geringer Drift und geringem Rauschen verwendet werden können, wobei ihre Bandbreite um etwa* das. Zehnfache vergrößert ist.

Figur 3 zeigt die Schaltung der Verstärker V3 und V4 im Detail. Der Verstärker V3 besteht im wesentlichen aus zwei Transistoren, einem Feldeffekttransistor TS1, dessen-Steuerelektrode dieElngangsspannung zugeführt ist und an dessen Drain-Elektrode die Basis eines Transistors TS2 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angeschlossen ist. Die Source-Elektrode des Transistors TS1 und der Kollektor des Transistors TS2 sind miteinander verbunden. Entsprechend ist der Verstärker V4 aus zwei Transistoren TS3 und TS4 aufgebaut. Im Falle, daß den Eingängen E1 und E2 gegenphasige Signale zugeführt sind, bestehen die Arbeitswiderstände' der beiden Verstärker praktisch nur aus dem Widerstand R11 bzw. R12. Im Falle eines Gleichtakt signals Icommt zu diesen Widerständen noch der hohe dynamische Innenwiderstand eines Transistors TS5 hinzu. Die an den Kollektoren der . Transistoren TS2 und T.S4 auftretenden Spannungen werden

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über die Widerstände R6 und R7 im Summierpunkt S addiert und über den Kondensator C1 auf die invertierenden Ein gänge, der Verstärker V1 und V2 gegeben.

4 Patentansprüche 3 Figuren

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Claims (4)

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   Patentansprüche

   (1 J Schaltungsanordnung zum Verstärken der Differenz von Gleich- und Wechselspannungen, die den beiden Eingängen einer Differenzverstärkerschaltung zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Eingänge (BI₁ E2) eine Summier schaltung (V3, V4, R.6, R7) angeschlossen ist, deren Ausgang mit der Differenzver— Stärkerschaltung (V1, V2) derart verbunden ist, daß das am Ausgang (S). der Summierschaltung herrschende Potential ein Bezugspotential für die Differenzverstärke rschaltung ist,
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzverstärkerschaltung zwei Verstärker (V1, V2) enthält, deren nichtinvertierende Eingänge (+) die Eingänge der Differenzverstärkerschaltung bilden und deren invertierende Eingänge (-) miteinander über Widerstände (R1^f, R1") gleichen Widerstandswerts, deren Verbindungspunkt an den Ausgang (S) der Summierschaltung angeschlossen ist, miteinander verbunden sind.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch

   . gekennzeichnet,· daß die Summierschaltung z&ei Verstärker (V3, V4) enthält, deren Eingänge mit den Eingängen (E1, E2) der Differenzverstärkerschaltung verbunden sind und deren Ausgänge über Summierwiderstände (R6, R7) zusammengeschaltet sind.
4. 4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Summierschaltung über einen Kondensator (C1) der Differenzverstärkerschaltung zugeführt ist.

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