DE2344192C3 - Schaltungsanordnung zum Verstärken der Differenz von Gleich- und Wechselspannungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Verstärken der Differenz von Gleich- und Wechiselipannungen. die den beiden Eingängen einer Differenzverstärkerschaltung zugeführt sind, welche zwei Verstärker enthält, deren nicht invertierende Eingänge die Eingänge der Differenzverstärkerschaltung bilden und deren Ausgänge mit den jeweiligen invertierenden Eingängen über Gegenkopplungswiderstände und deren invertierende Eingänge über einen weiteren Widerstand verbunden sind.

Fig. 1 zeigt einen im ATM, Blatt Z6343-6 (April 1973) beschriebenen Verstärker, der einen hochohmigen Eingang und einen symmetrischen Ausgang aufweist. Er ist mit zwei Operationsverstärkern Vl und V2 aufgebaut, die über Widerstände R 1, R2 und A3 gegengekoppelt sind. Eine an den Eingängen £1 und £2 auftretende Differenzspannung wird um den Faktor Vm = (Ri + R2 + R3)/Ri, das ist die Gegentaktverstärkung, verstärkt. Die verstärkte Spannung wird an Ausgängen A 1 und A 2 als Differenz abgegriffen.

Gibt man dagegen eine Gleichtaktspannung auf die Eingänge £1 und £2, indem man z.B. die beiden Eingänge £1 und £2 miteinander verbindet und zwischen sie und Masse eine Spannung legt, so erscheint die Gleichtaktspannung in gleicher Größe an den Ausgängen A i und A 2 gegenüber der Bezugsmasse wie an den Eingängen £1 und £2. Die Differenz zwischen den an den Ausgängen A1 und A 2 auftretenden Spannungen ist Null, weil auch die Differenzeingangsspannung Null ist. Die Gleichtaktspannungsverstärkung ist also Eins, weil sich jeweils, der eine Verstärker über den Widerstand Ri auf dem anderen abstützt und die Gleichtaktspannung keinen Strom durch diesen Widerstand bewirkt

Die obere Grenzfrequenz der Differenzverstärkerschaltung nach F i g. 1 wird durch die Frequenzkompensation 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 Rückkopplungswiderstände gegebene Verstärkung ist Dadurch wird mit zunehmender Verstärkung auch eine höhere Grenzfrequenz ermöglicht. Die Grenzfrequenz der Differenzverstärkerschaltung nach F i g. 1 kann trotz hoher Gegentaktverstärkung nicht erhöht werden, da die Gleichtaktverstärkung nur Fins beträgt. Man könnte die Grenzfrequenz dadurch erhöhen, daß man den Widerstand R 1 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 verlorenginge.

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.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an die beiden Eingänge der Differenzverstärkerschaltung eine Summierschaltung angeschlossen ist, deren Ausgang mit einer Mittenanzapfung des die invertierenden Eingänge der beiden Verstärker verbindenden Widerstandes verbunden 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 R 1, 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 R 1.

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.

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

An Hand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig.2 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und '

F i g. 3 Einzelheiten der Schaltung nach F i g. 2.

Die Anordnung nach F i g. 2 enthält als Differenzver-

Slärkerschaltung die in F i g. I gezeigte Schaltung mit ilen Verstärkern Vi und V2 sowie den Gegenkopplungswiderständen Ri. R 2 und R 3, von denen der Widerstand R 1 in zwei gleich große Teüwiderstände RY und Ri" aufgeteilt ist. Die beiden Wechselspannungen, deren Differenz verstärkt werden soll, werden wieder über die Eingänge £1 und £2 zugeführt. Von dort gelangen sie einerseits auf die nicht invertierenden Eingänge der Verstärker Vi und V2 und andererseits auf die Eingänge von Verstärkern V3 und V4. Diese fcilder zusammen mit Widerständen >?6 und Rl eine Summierschaltung, se daß am Summierpunkt S sich die fegenphasigen Anteile der Eingangsspannungen aufhellen, Gleichtakisignale dagegen nicht. Da die Summierschaltung nur bei höheren Frequenzen wirksam zu sein kraucht, wird das am Summierpunkt 5 auftretende Signal über einen Kondensator Ci zwischen den Widerständen RY und Ri" eingespeist. Damit haben ttwaige Gleichstromfehler der Surr mierschaltung keine Wirkung. Geringe Abweichungen der Verstärkungsfakloren der Verstärker V3 und V4 erhöhen nur geringfügig die Gleichtaktverstärkung der Gesamtichaltung und beeinträchtigen die Gleichtaktunterdrükkung praktisch nicht. Ebenso wird das Eigenrauschen der beiden Verstärker unterdrückt, wenn die Anordnung symmetrisch ist.

Das symmetrische Ausgangssignal der Verstärker Vi «nd V2 wird im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2einem Verstärker V5 zugeführt. Seine Aufgabe ist es, das lymmetrische Signal mit großer Bandbioite in ein unsymmetrisches Signal umzusetzen. Aus diesem Grunde sind im Ausfü.'irungsbeispiel die Verhältnisse der Widerstände R 4: RS bzw. R 5 : R 9 genau gleich Eins gewählt. An den Verstärker V5 kann sich ein Anzeigegerät ^Zanschließen. Die neue Schaltung zeigt eine hohe Gleichtakt'jnterdrückung. 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.

Fig. 3 zeigt die Schalung der Verstärker V 3 und V 4 im Detail. Der Verstärker V3 besteht im wesentlichen aus zwei Transistoren, einem Feldeffekttransistor TS 1. dessen Steuerelektrode die Eingängsspannung zugeführt ist und an dessen Drain-Elektrode die Basis eines Transistors TS2 entgegengesetzten LeitfähigkeiisVyps angeschlossen ist. Die Source-Elektrode des Transistors TSi und der Kollektor des Transistors TS 2 sind miteinander verbunden. Entsprechend ist der Verstärker V4 aus zwei Transistoren TS3 und TS4 aufgebaut. im Falle, daß den Eingängen E i und E2 gegenphasige Signale zugeführt sind, bestehen die Arbeitswiderstände der beiden Verstärker praktisch nur aus dem Widerstand Rii bzw. Ri2. Im Falle eines Gleichtaktsignals kommt zu diesen Widerständen noch der hohe dynamische Innenwiderstamd eines Transistors TS5 hiizu. Die an den Kollektoren der Transistoren TS 2 und TS4 auftretenden Spannungen werden über die Widerstände RS und R 7 im Summierpunkt 5 addiert und über den Kondensator Ci auf die invertierenden Eingänge der Verstärker VI und V2 gegeben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Verstärken der Differenz von Gleich- und Wechselspannungen, die s den beiden Eingängen einer Differenzverstärkerschaltung zugeführt sind, welche zwei Verstärker enthält, deren nicht invertierende Eingänge die Eingänge der Differenzverstärkerschaltung bilden und deren Ausgänge mit den jeweiligen invertieren- ϊο den Eingängen über Gegenkopplungswiderstände und deren invertierende Eingänge über einen weiteren Widerstand verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß an die beiden Eingänge (£1, £2) der Differenzverstärkerschaltung eine Summierschaitung(V3, V4, Rb, R7) angeschlossen ist, deren Ausgang mit einer Mittenanzapfung des die invertierenden Eingänge (-) der beiden Verstärker (Vl, V 2) verbindenden Widerstandes (Rl', Al") verbunden ist

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summierschaltung zwei Verstärker (V 3, V4) enthält, deren Eingänge mit den Eingängen (£1, £2) der Differenzverstärkerschaltung verbunden sind und deren Ausgänge über Summierwiderstände (R 6, R 7) zusammengeschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Sümmierschaltung über einen Kondensator (Cl) der Differenzverstärkerschaltung zugeführt ist.