DE2431485C3 - Circuit arrangement for obtaining a frequency-variable, ground-potential-free and symmetrical output voltage in a device used in electrical measurement and communication technology - Google Patents
Circuit arrangement for obtaining a frequency-variable, ground-potential-free and symmetrical output voltage in a device used in electrical measurement and communication technologyInfo
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- DE2431485C3 DE2431485C3 DE19742431485 DE2431485A DE2431485C3 DE 2431485 C3 DE2431485 C3 DE 2431485C3 DE 19742431485 DE19742431485 DE 19742431485 DE 2431485 A DE2431485 A DE 2431485A DE 2431485 C3 DE2431485 C3 DE 2431485C3
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer frequenzvariablen, massepotentialfreien und symmetrischen Ausgangsspannung in einem Gerät der elektrischen Meß- und Nachrichtentechnik unter Verwendung eines den Ausgangskreis von den übrigen Schaltungsteilen galvanisch trennenden Bauteils, das aus einem Ausgangstransformator mit galvanisch getrennter Sekundärwicklung besteht, wobei die Klemmenspannung in einem vom Masse- oder einem sonstigen Bezugspotential des Geräts freigeschalteten und eine eigene, entsprechend freigeschaltete Betriebsspannungsversorgung aufweisenden Verstärker auf die gewünschte Ausgangsspannung verstärkt und sodann dem Geräteausgang zugeführt wird.The invention relates to a circuit arrangement for obtaining a frequency variable, ground potential-free and symmetrical output voltage in a device of the electrical measuring and Communication engineering using one of the output circuit from the remaining circuit parts galvanically separating component that consists of an output transformer with a galvanically separated secondary winding exists, whereby the terminal voltage is isolated from the ground or other reference potential of the device and has its own, appropriately activated operating voltage supply having amplifier to the desired The output voltage is amplified and then fed to the device output.
Eine Schaltung ähnlicher Art ist der »Application Note 909« der Firma Hewlett Parkard vom 15. August 1966 bekannt, wobei allerdings anstelle eines Transformators ein einziger opto-elektronischcr Koppler eingesetzt ist. Der ausgangsseitige Teil der Schaltung ist jedoch nicht ausreichend symmetrisch aufgebaut, sondern besteht aus einem Emitterfolger, wobei der Kollektor der zweiten Stufe an den Innenlciter und der Emitter an den Außenleiter einer Anschlußbuchse geführt ist. Auf diese Weise lassen sich keine Ausgangsspanniingcn erzeugen, die hohen Anforderungen an die Unsymmctriedämpfung genügen.A connection of a similar type is "Application Note 909" from Hewlett Parkard from August 15 1966 known, although instead of a transformer a single opto-electronic Coupler is used. However, the output-side part of the circuit is not sufficiently symmetrical but consists of an emitter follower, with the collector of the second stage connected to the inner liter and the emitter to the outer conductor of a connection socket is led. In this way no output spans can be generated, the high requirements suffice for the asymmetry damping.
Aus der »Vorläufigen Information 24 80 019« (Gerät UGPS) von Rhode & Schwarz vom Oktober 1973 ist es bekannt, bei einem NF-Gcräuschspannungsmesscr einen symmetrischen hochohmigcn Eingangsteil vorzusehen, dem eine übcrtragcrgekoppelte Stromversorgung zugeordnet ist. Ein Breitbandübertrager ist an den Ausgang des hochohmigcn Eingangsleils angeschaltet und liefert unsymmetrische Ausgangsspannungen. Hierbei sind somit symmetrische Spannungen als bereits vorhanden vorausgesetzt und werden in unsymmetrische Spannungen umgeformt.From "Provisional Information 24 80 019" (UGPS device) by Rhode & Schwarz from October 1973 it is known, in a low-frequency noise voltage meter to provide a symmetrical high-resistance input part, to which a transfer-coupled Power supply is assigned. A broadband transmitter is connected to the output of the high-resistance entrance cable switched on and supplies unbalanced output voltages. These are thus symmetrical Stresses are assumed to be already present and are converted into asymmetrical stresses.
Der Hrfmiliinp. welche sich nuf eine Schaltung*-The Hrfmiliinp. which is only one circuit * -
anordnuiiü der eingangs genannten Art bezieht, liegt die Aufgabe /11 Grunde, eine möglichst geringe Belastung des /111 Trennung verwendeten Bauteils und zugleich eine besonders hohe UiisymmctriediimpfuMu /u erreichen. (icmäß einer ersten lösung der Krlhidiini» wird dies dadurch erreicht, daß dessen l'rimärseitc die abzugebende Spannung mit einem solchenanordnuiiü of the type mentioned is located the task / 11 reasons, the least possible burden of the / 111 separation used component and at the same time a particularly high UiisymmctriediimpfuMu / u reach. (In accordance with a first solution of the Krlhidiini » this is achieved by the fact that its primary side matches the voltage to be output with such a
Pegel zugeführt wird, daß die sekundärspitige Klemmenspannung nur einen Bruchteil der gewünschten Ausgangsspannimg beträgt, daß der nachgeschaltete Verstärker mit großem Eingangs- und insbesondere kleinem Ausgangswiderstand betrieben wird, daß der Verstärker in Gegentaktschaltung aufgebaut ist, und daß die ersten Eingänge zweier Differenzverstärker jeweils an die Enden der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators gekoppelt sind und ihre zweiten Eingänge an einem vom Masse- oder einem sonstigen Bezugspotential des Geräts freigeschalteten Mittelabgriff der Sekundärwicklung liegen.Level is supplied that the secondary terminal voltage only a fraction of the desired output voltage is that of the downstream Amplifier is operated with a large input and especially a small output resistance that the Amplifier is constructed in push-pull circuit, and that the first inputs of two differential amplifiers are respectively coupled to the ends of the secondary winding of the output transformer and their second Inputs at a center tap that is disconnected from the ground or other reference potential of the device the secondary winding.
Eine weitere Lösung dieser Aufgabe besteht bei einer Schaltung, die mit einem opto-elektronischen Koppler arbeitet, darin, daß dessen Eingang die abzugebende Sppnnung über einen Spannungs-Strom-Wandler mit einem solchen Pegel zugeführt wird, daß seine ausgangsseitige Klemmenspannung nur einen Bruchteil der gewünschten Ausgangsspannung beträgt, daß der nachgeschaltete Verstärker mit großem Eingangs- und insbesondere kleinem Ausgangswiderstand betrieben wird, und daß der Verstärker als Gegentaktschaltung ausgebildet ist, bei der zwei in ihren Eigenschaften einander möglichst weitgehend angeglichene opto-elektronische Koppler über individuell zugeordnete Spannungs-Strom-Wandler mit der abzugebenden Spannung beaufschlagt sind, die für einen der Koppler zusätzlich über eine Phasenumkehrstufe geführt ist, und bei der jedem der Koppler ein eigener Verstärker nachgeschaltet ist.Another solution to this problem is a circuit that has an opto-electronic Coupler works in that its input receives the voltage to be output via a voltage-current converter is supplied at such a level that its output-side terminal voltage is only one Fraction of the desired output voltage is that the downstream amplifier with a large Input and especially small output resistance is operated, and that the amplifier as Push-pull circuit is designed in which the two properties are as far as possible from one another adjusted opto-electronic coupler via individually assigned voltage-current converters are charged with the voltage to be output, the for one of the couplers is additionally performed via a phase reversal stage, and for each of the couplers its own amplifier is connected downstream.
Auf diese Weise wird nicht nur eine besonders geringe Belastung des zur Trennung verwendeten Bauteils erreicht, sondern auch eine sehr hohe Unsymmetriedämpfung erzielt.In this way, not only is there a particularly low load on the component used for separation achieved, but also achieved a very high level of asymmetry attenuation.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von einigen in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:The invention is illustrated below with reference to some of the preferred ones shown in the drawing Embodiments explained in more detail. It shows:
Fig. ! eine Schaltung mit einem Ausgangsübertrager und einem nachgeschalteten Verstärker, die noch nicht "öllig symmetrisch arbeitet,Fig.! a circuit with an output transformer and a downstream amplifier that is not yet "perfectly symmetrical,"
F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Ausgangsübertrager und einem nachgeschalteten Gegenverstärker mit hoher Unsymmetriedämpfung, F i g. 2 shows a first exemplary embodiment of the invention with an output transformer and a downstream one Counter amplifier with high asymmetry attenuation,
Fig. 3 eine Schaltung mit einem opto-elektronischen Wandler, die noch nicht völlig symmetrisch arbeitet,3 shows a circuit with an opto-electronic converter which is not yet completely symmetrical is working,
F i g. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Gegentaktschaltung mit zwei opto-elektronischen W?ndlern und hoher Unsymmetricdämpfung. F i g. 4 shows another embodiment of the invention in the form of a push-pull circuit with two opto-electronic converters and high asymmetric attenuation.
In Fig. ' ist ein Gerät der elektrischen Meß- und Nachrichtentechnik durch sein Gehäuse 1 angedeutet. Ein Ausgangskreis, der von den übrigen Schaltungsteilen des Geräts durch einen Ausgangsübertrager 2 galvanisch getrennt ist, soll eine vom Massepotential des Geräts unabhängige und symmetrische Ausgangsspannung Ua über die den Geräceausgang bildenden Klemmen 3 abgeben. Dabei kann Ua entweder in irgendeiner herkömmlichen Weise von einer über eine r.ingfingsklenifne 4 gegen Masse 7"ügefülirten F.ingangsspannung Ue abgeleitet oder in ebenfalls herkömmlicher Weise im Gerät I selbst erzeugt werden. Im ersteren Fall handelt es sich bei dem Gerät 1 beispielsweise um einen Verstärker, im letzteren um einen Generator. In Fig. i sind diese beiden Anwcndungs-HiIIe in der Weise angedeutet, dall eine am Schaltungspunkl 5 auftretende Spannung U\ entweder --on einer mit der Eingangsspannung Ue beaufschlagten Verstärkerstufe 6 geliefert wird oder von einer Generatorschaltung 7, wobei nur jeweils eine dieser Alternativen für ein bestimmtes Gerät I in Betracht kommt. Dem-S entsprechend sind für den Fall eines Verstärkers die Schaltungsteile 4, 5 und 6 mit voll ausgezogenen Leitungen an Stelle der gestrichelten zu verbinden und die Generatorschaltung 7 sowie die gestrichelte Verbindungsleitung von 7 nach 5 wegzulassen, während im Falle eines Generators die Leitung von 7 nach 5 voll auszuziehen ist und die Schaltungsteile 4 und 6 einschließlich der sie mit 5 verbindenden Leitungen entfallen. Die einpolig an das Massepotential des Gehäuses gelegte Verstärkerstufe 6 ist mit einerIn Fig. 'A device for electrical measurement and communication technology is indicated by its housing 1. An output circuit, which is galvanically separated from the other circuit parts of the device by an output transformer 2, is intended to deliver a symmetrical output voltage Ua that is independent of the ground potential of the device via the terminals 3 forming the device output. Ua can either be derived in any conventional way from an input voltage Ue that is fed to ground 7 ″ via a r.ingfingsklenifne 4, or it can be generated in the device I itself in a conventional manner. In the first case, the device 1 is, for example an amplifier indicated in the latter to a generator. in Fig. i, these two Anwcndungs-HiIIe in the manner Dall occurring at Schaltungspunkl 5 voltage U \ either --on an applied with the input voltage Ue amplifier stage is supplied 6 or of a Generator circuit 7, whereby only one of these alternatives comes into consideration for a specific device I. Accordingly, in the case of an amplifier, the circuit parts 4, 5 and 6 are to be connected with fully drawn lines instead of the dashed lines, and the generator circuit 7 and omit the dashed connection line from 7 to 5, while in the case of a generator the line from 7 is to be fully pulled out after 5 and the circuit parts 4 and 6 including the lines connecting them with 5 are omitted. The unipolar connected to the ground potential of the housing amplifier stage 6 is with a
'5 Betriebsspannungsversorgung 8 versehen, die eine auf das Massepotential bezogene, also unsymmetrische Betriebsspannung UbI liefert. In analoger Weise ist der Generatorschaltung 7 eine die Betriebsspannung UbI erzeugende Betriebsspannungsversorgung 9 zugeordnet, '5 operating voltage supply 8 is provided, which supplies an operating voltage UbI which is related to the ground potential, that is to say asymmetrical. In an analogous manner, the generator circuit 7 is assigned an operating voltage supply 9 generating the operating voltage UbI,
ϊο wobei 7 und 9 ebenfalls einpolig an Masse gelegt sind. Mittels einer entsprechenden Din.ensionierung der vor dem Schaltungspunkt 5 befindlichen, durch die Bezugszeichen 6 bis 9 lediglich angedeuteten Schaltungsteile des Geräts 1 wird nun im Einklang mit derϊο where 7 and 9 are also connected to ground with one pole. By means of a corresponding dimensioning of those located in front of the switching point 5, through the Reference numerals 6 to 9 only indicated circuit parts of the device 1 is now in accordance with the
^S Erfindung die der Primärwicklung des Ausgangsübertragers 2 zugeführte Spannung i/l so bemessen, daß die an 10 abgreifbare Klemmenspannung t/2derSekundärwicklung nur einen Bruchteil der gewünschten Ausgangsspannung Ua beträgt. Die Klemmenspannung Ul wird sodann in einem nachgeschalteten Verstärker Il mit einem hochohmigen und frequenzunabhängigen Eingangswiderstand auf den gewünschten Ausgangspegel von Ua verstärkt. Dabei wird zweckmäßigerweise ein Differenzverstärker 11 mit einer durch die Widerstände R 1 und R 2 bestimmten Verstärkung verwendet, dessen invertierender Eingang über R 1 an das obere Ende der Sekundärwicklung des Ausgangstransi'ormators 2 geschaltet ist, während sein nicht invertierender Eingang am unteren Ende der Sekundärwicklung liegt. Der Verstärkerausgang ist mit den Ausgangsklemmen 3 de Geräts 1 beschaltet. Die über die Leitung 12 zugeführte Betriebsspannung Uh3 des Differenzverstärkers 11 wird von einer Betriebsspannungsversorgung 13 geliefert, die vom Massepotential oder einem sonstigen Bezugspotential der übrigen Schaltungsteile des Gerts 1 vollständig unabhängig ist. Über einen ohmschen Spannungsteiler Λ3, A4 wird i/63 geteilt und definiert so am nicht invertierenden Eingang und an der unteren Ausgangsklemme 3 des Difierenz-Verstärkers 11 ein Potential, das aber ebenfalls nicht vom Massepotentkd oder einen sonstigen Bezugspotential der übrigen Schaltungsteile abhängt. Der Gegenkopplungswiderstand Rl des Differenzverstärker Λ kann zum Zwecke einer Amplitudenänderung von Ua auf unterschiedliche Werte umgeschaltet werden, was beispielsweise durch die Parallelschaltung eines Widerstandes RT über einen Arbeitskontakt 14 erfolgt.According to the invention, the voltage i / l fed to the primary winding of the output transformer 2 is dimensioned in such a way that the terminal voltage t / 2 of the secondary winding that can be tapped off at 10 is only a fraction of the desired output voltage Ua . The terminal voltage U1 is then amplified in a downstream amplifier II with a high-value and frequency-independent input resistance to the desired output level of Ua . A differential amplifier 11 with a gain determined by the resistors R 1 and R 2 is expediently used, the inverting input of which is connected via R 1 to the upper end of the secondary winding of the output transformer 2, while its non-inverting input is connected to the lower end of the secondary winding lies. The amplifier output is connected to output terminals 3 of device 1. The operating voltage Uh3 of the differential amplifier 11 supplied via the line 12 is supplied by an operating voltage supply 13 which is completely independent of the ground potential or some other reference potential of the other circuit parts of the device 1. An ohmic voltage divider Λ3, A4 divides i / 63 and thus defines a potential at the non-inverting input and at the lower output terminal 3 of the Difierenz amplifier 11, which however also does not depend on the ground potential or any other reference potential of the other circuit parts. The negative feedback resistor Rl of the differential amplifier Λ can be switched from Ua to different values for the purpose of changing the amplitude, which is done, for example, by connecting a resistor RT in parallel via a normally open contact 14.
Der Pegelunterschied von Ul und Ua bringt es mit sich, daß auch extreme Anforderungen an die abgegebene Spannung Un hinsichtlich ihres Ausgangspegels, des überstreichbaren Frequenzbereiches und des frequenzahhängigen Pegelfehlers beim Ausgangstransformators 2 nur solche Übertragungseigenschaften voraussetzen, die mit einem Eisenkern vertretbarer Größe ohne weiteres erfüll! werden können. Etwaige frcquenzabhängige Schwankungen des zwischen den Klemmen IO gemessenen TransformatorwiderstandesThe difference in level between U1 and Ua means that even extreme requirements for the output voltage Un with regard to its output level, the frequency range that can be covered and the frequency-dependent level error in the output transformer 2 only require transmission properties that are easily met with an iron core of a reasonable size! can be. Any frequency-dependent fluctuations in the transformer resistance measured between terminals IO
fallen durch die Parallelschaltung des hochohmigen Eingangswiderstandes des Verstärkers Il praktisch nicht mehr ins Gewicht. Ein an den Klemmen 3 zu fordernder, kleiner Widerstand des Ausgangskreises, dereinen belastungsunabhängigen Ausgangspegel von Ua gewährleistet, ist durch eine Ausbildung des Verstärkers 11 als Impedanzwandler erzielbar, ohne dall die Übertragungseigenschaften des Ausgangstransformators 2 hiervon beeinflußt weiden. Die Spannung Ua ist zwar in gewissem Umfang symmetrisch und auch massepotentialfrei, so daß den Klemmen 3 ein Stromkreis mit einem beliebigen Bezugspotential nachgeschaltet werden kann.are practically no longer significant due to the parallel connection of the high-ohmic input resistance of the amplifier II. A small resistance of the output circuit to be required at the terminals 3, which ensures a load-independent output level of Ua , can be achieved by designing the amplifier 11 as an impedance converter, without the transmission properties of the output transformer 2 being influenced by this. The voltage Ua is to a certain extent symmetrical and also free of ground potential, so that the terminals 3 can be followed by a circuit with any reference potential.
In Fig. 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, bei dem der dem Ausgangsübertrager 2 nachgeschaltete Verstärker in Gegentaktschaltung aufgebaut ist. Im einzelnen besteht er aus zwei DifFerenzversiärkern J5 und ιό. deren invertierende Eingänge über die Widerstände RS und Λ 6 und Kopplungskondensatoren Cl und Cl an die Enden der Sekundärwicklung des Ausgangstransformators 2 geschaltet sind. Ihre nicht invertierenden Eingänge liegen an einem vom Masse- oder einem sonstigen Bezugspotential des Geräts I Ireigeschalteten Mittelabgriff 17 der Sekundärwicklung von 2, dessen Potential durch den Teilungspunkt des ohmschen Spannungsteilers Λ 7 und Ä8 von der Betriebsspannung i/M abgeleitet wird. Die Betriebsspannungen der Differenzverstärker 15 und 16 werden über einander parallelgeschaltete Leitungen 18 und 19 zugeführt, die mit der vom Masse- oder einem sonstigen Bezugspotential des Geräts 1 freigeschalteten Betriebsspannungsversorgung 13 verbunden sind. Die übrigen Schaltungsteile der Fig. 2. die mit den bereits in Fig. 1 verwendeten Bezugszeichen versehen sind, entsprechen den dort dargestellten nach Aufbau und Wirkungsweise.In Fig. 2, a first embodiment of the invention is shown in which the output transformer 2 downstream amplifier is constructed in a push-pull circuit. In detail, it consists of two differential insurers J5 and ιό. the inverting inputs of which are connected to the ends of the secondary winding of the output transformer 2 via the resistors RS and Λ 6 and coupling capacitors Cl and Cl. Their non-inverting inputs are connected to a center tap 17 of the secondary winding of 2, which is connected to ground or some other reference potential of the device I, whose potential is derived from the operating voltage i / M through the division point of the ohmic voltage divider Λ 7 and 8. The operating voltages of the differential amplifiers 15 and 16 are supplied via lines 18 and 19 that are connected in parallel and are connected to the operating voltage supply 13 that is disconnected from the ground or other reference potential of the device 1. The remaining circuit parts of FIG. 2, which are provided with the reference numerals already used in FIG. 1, correspond to those shown there in terms of structure and mode of operation.
Bei einer ausgeführten Versuchsschaltung ergab sich für einen Ausgangspegel der Spannung Ua von 26 dB und für einen Frequenzbereich von 10 Hz bis 100 kHz ein Pegelfehler von unter 1%. Weiterhin wurde mit pin°r Si-haltiinj; nach Fip ~) eine Unsvmmetriedämpfung von mehr als 60 dB erzielt. Dabei wurde der Ausgangsübertrager 2 lediglich mit einem zu übertragenden Pegel von -20 dB belastet.In a test circuit that was carried out, a level error of less than 1% resulted for an output level of the voltage Ua of 26 dB and for a frequency range from 10 Hz to 100 kHz. Furthermore, with pin ° r Si-haltiinj; According to Fip ~), an unsvmmetry attenuation of more than 60 dB is achieved. The output transformer 2 was only loaded with a level to be transmitted of -20 dB.
Das in F i g. 3 gezeigte Schaltungsbeispiel ent- ^5 spricht zunächst linksseitig vom Schaltungspunkt 5 den bisher beschriebenen Schaltungen. Die an 5 liegende. entweder über die Verstärkerstul'e 6 von der Eingangsspannung Ue abgeleitete oder durch die Generatorschaltung 7 im Gerät 1 erzeugte Spannung i/l wird in einem als Spannungs-Strom-Wandler geschalteten Differenzverstärker 20 mit zwei Widerständen Ra. zwei Widerständen Rb und einer die unsymmetrische Betriebsspannung Ub5 liefernden Betriebsspannungsversorgung 20(2. die ebenso wie 20 einpolig am Massepotential von 1 liegt, in einen proportionalen Strom /1 umgesetzt, der die eingangsseitige, lichtemittierende Diode 21 eines opto-elektronischen Kopplers 22 aussteuert. Mit der lichtemittierenden Diode 21 ist eine Fotodiode 23 optisch gekoppelt, die in Abhängigkeit von der vorliegenden Beleuchtungsstärke einen Fotostrom unterschiedlicher Stromstärke abgibt. Dieser steuert einen Transistor 24, dessen Emitterstrom am ausgangsseitigen Widerstand 25 einen Spannungsabfall Ui hervorruft. Ui wird in einem nachgeschaitelen Differenzverstärker 26 auf die gewünschte Ausgangsspannung Ua verstärkt, die an den Ausgangsklemmen 3 abereifbar ist.The in Fig. Circuit example shown corresponds 3 ^ 5 speaks first left side from node 5 to the circuits described so far. The one lying at 5. voltage i / l either derived from the input voltage Ue via the amplifier section 6 or generated by the generator circuit 7 in the device 1 is converted into a differential amplifier 20 with two resistors Ra which is connected as a voltage-current converter. two resistors Rb and an operating voltage supply 20 (2) which supplies the asymmetrical operating voltage Ub 5 and which, like 20, is unipolar at the ground potential of 1, converted into a proportional current / 1, which controls the light-emitting diode 21 on the input side of an opto-electronic coupler 22. with the light emitting diode 21, a photodiode 23 is optically coupled, which emits a photocurrent of different current intensity as a function of the present light intensity. This controls a transistor 24, whose emitter current produces a voltage drop Ui at the output-side resistor 25. Ui is in a nachgeschaitelen differential amplifier 26 the desired output voltage Ua , which can be abereifbar at the output terminals 3, is amplified.
Der /wischen der Fotodiode 23 und den Ausgangsklemmen 3 liegende Ausiiangskreis des Geräts 1 ist wieder von dem Masse- oder einem sonstigen IJe/.ugspotentiai des Geräts vöihg freigcsdiallul. Diese foiderung ist auch .in die Betriebsspannungsversorgung 17 zu stellen, die eine entsprechend freigeschaltete Betriebsspannung UbA erzeugt. UbA wird einerseits dem Differenzverstärker 26 über eine Leitung 28 zugerührt und andererseits an die endseitigen Anschlüsse eines Potentiometers 29 gelegt, dessen Abgriff so eingestellt wird, daß das Potential an dem mil ihm verbundenen, nicht invertierenden Eingang von26einen Werterreicht, der den von 23 erzeugten Ruhestrom bzw. den hierdurch hervorgerufenen Spannungsabfall am Widerstand 25 kompensiert. Der nicht invertierende Eingang von 26 ist mit der unteren Ausgangsklemme 3 verbunden. während der invertierende Eingang über den Widerstand Rt mit dem crniilerseitigen Ende des Widerstandes 25 und über den Widerstand R 10 mit der oberen Ausgangsklemme 3 beschaltet ist. Die Widerstände R 9 und rlO definieren dabei in herkömmlicher Weise durch ihre Werte die Spannungsverstärkung des Differenzverstärkers 26.The output circuit of the device 1, which lies between the photodiode 23 and the output terminals 3, is again disconnected from the ground or other potential potential of the device. This foiderung is also to be placed in the operating voltage supply 17, which generates a correspondingly activated operating voltage UbA. UbA is fed on the one hand to the differential amplifier 26 via a line 28 and on the other hand is applied to the end connections of a potentiometer 29, the tap of which is set so that the potential at the non-inverting input of 26 connected to it reaches a value that corresponds to the quiescent current generated by 23 or Compensates for the resulting voltage drop across resistor 25. The non-inverting input of 26 is connected to the lower output terminal 3. while the inverting input is connected via the resistor Rt to the terminal end of the resistor 25 and via the resistor R 10 to the upper output terminal 3. The resistors R 9 and r10 define the voltage gain of the differential amplifier 26 in a conventional manner by their values.
Die Dimensionierung der Schaltung nach Fig. 3 wird so vorgenommen, daß die Spannung (73 am Ausgang des opto-elektronischen Kopplers 22 nur einen Bruch! ;l des Pegels deran den Klemmen3abzugebenden Spannung Ua beträgt, wobei die Anhebung des Pegels von i/3 auf den gewünschten Pegel von Ua mit Hilfe des Differenzverstärker /6 erfolgt. Durch den reduzierten Pegel von i/3 wird :rreicht, daß die nichtlinearen Verzerrungen des Bauteils 22 hinreichend klein gehalten werden. Die Schaltung nach Fig. 3 isi auch zur Abgabe von Spannungen Ua sehr niedriger Frequenzen oder von Gleichspannungen geeignet. The dimensioning of the circuit of Figure 3 is made so that the voltage (73 at the output of the opto-electronic coupler 22 a fraction;! L the level Deran the Klemmen3abzugebenden voltage Vout is, the raising of the level of i / 3 on the desired level of Vout with the aid of differential amplifier / 6 takes place / is determined by the reduced level of i. 3: rreicht that the non-linear distortion of the component to be kept small sufficiently 22. the circuit of Figure 3 isi also for delivering voltages Ua.. very low frequencies or direct voltages
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel dei Erfindung, das die Schaltung nach Fig. 3 /u einei Gegentaktschaltung erweitert. Hierbei sind /wci optoelektronische Koppler 22' und 22" der bereits beschriebenen Art vorgesehen, die durch Ströme IV und /1 angesäuert werden. Die letzteren werden von der ar der Schaltungsklemme 5 liegenden Spannung c. 1. die in gleicher Weise abgeleitet bzw. erzeugt wird w ie nach den F i g. 1 bis 3. über zwei Verstärkerstufen 30 und 31 und diesen nachgeschalteten Spannungs-Strom-Wand lern 20' und 20" abgeleitet. Die Wandler 20' und 20' entsprechen dabei nach Auftau und Wirkungsweise dem Wandler 20 in Fig. 3. i/l wird dem invertierender Eingang des Verstärkers 30 und gleichzeitig dem niehl invertierenden Eingang des Verstärkers 31 zur_.-führt wobei in 30 eine Phasenumkehr erfolgt, die eine Gegentakt-Ansteuerung der beiden Wandler 20' unc 20" und der nachgeschalteten opto-elektronischer Koppler 22' und 22" bewirkt.Fig. 4 shows a further embodiment of the invention which extends the circuit of Fig. 3 / u to a push-pull circuit. Here, / wci optoelectronic couplers 22 'and 22 "of the type already described are provided, which are acidified by currents IV and / 1. The latter are derived or generated in the same way from the voltage c is derived, as shown in FIGS. 1 to 3, via two amplifier stages 30 and 31 and voltage-current converters 20 'and 20 "connected downstream of these. Converters 20 'and 20' correspond to converter 20 in FIG. 3 after defrosting and mode of operation , which causes a push-pull control of the two converters 20 'and 20 "and the downstream opto-electronic coupler 22' and 22".
Für die Verstärkerstufen 30 und 31 und die Wandle! 20' und 20" ist eine Betriebsspannungsversorgung 32 vorgesehen, die eine unsymmetrische Betriebsspan nung Uh 6 liefert. Andererseits liegen die Stufen 30 31. 20' und 20" jeweils über einem ihrer Eingänge direkt oder über einen in Serie dazu geschalteter Widerstand am Massepotential des Geräts 1. An der ausgangsseitigen Widerständen 25' und 25" der Kopple; 22' und 22" treten zueinander gegenphasige Spannun gen i/3' und i/3" :-uf. die jeweils dem invertierender Eingang von nachgeschalteten Differcnzverstärkern X und 34 zugeführt werden. Ihre Betriebsspannung Ub' wird von einer Betriebsspannungsversorgung 35 gelie feil, die wiederum vom Masse- oder einem sonstigeiFor the amplifier stages 30 and 31 and the converter! 20 'and 20 "an operating voltage supply 32 is provided which supplies an asymmetrical operating voltage Uh 6. On the other hand, stages 30 31, 20' and 20" are each connected to the device's ground potential via one of their inputs either directly or via a resistor connected in series 1. on the output side resistors 25 'and 25 "of the Kopple; 22' and 22" contact each other in phase opposition Spannun gen i / 3 'and i / 3 ": -uf each be the inverting input of downstream Differcnzverstärkern X and supplied to 34th Your operating voltage Ub ' is from an operating voltage supply 35 gelie feil, which in turn from the ground or some other
Bezugspotential des Geräts 1 freigeschaltet ist. UbI wird einerseits über einen ohmschen Spannungsteiler R 11, R 12 und R 13 und andererseits über einen Spannungsteiler RW, RU und R 13 geteilt.Reference potential of device 1 is enabled. UbI is divided on the one hand via an ohmic voltage divider R 11, R 12 and R 13 and on the other hand via a voltage divider RW, RU and R 13.
Dabei sind die Widerstände R 12 und R 14 als Potentiometer ausgebildet, deren Abgriffe jeweils mit den niciii invertierenden Eingängen von 33 und 34 beschaltet sind und so eingestellt werden, daß die Ruheströme der Bauteile 22' und 22" bzw. die durch sie hervorgerufenen Spannungsabfalls t/3' und t/3"jeweils kompensiert werden.The resistors R 12 and R 14 are designed as potentiometers, the taps of which are connected to the niciii inverting inputs of 33 and 34 and are set so that the quiescent currents of the components 22 'and 22 "or the voltage drop t caused by them / 3 'and t / 3 "are each compensated.
Die Spannungen (/3' und i/3" sind gegenüber dem gewünschten Ausgangspegel von Ua so weit reduziert, daO die nichtlinearen Verzerrungen der Bauteile 22' und 22" hinreichend klein gehalten werden, wobei die Anhebung der Pegel von t/3' und t/3" auf den gewünschten Ausgangspegel mit Hilfe der Differenzverstärker 33 und 34 erfolgt Die Schaltung nach Fig. 4 zeichnet sich durch eine besonders hohe Unsymmetriedämpfung an den Ausgangsklemmen 3 aus, die bei einem ausgeführten Schaltungsbeispiel oberhalb von 60 dB lag.The voltages (/ 3 'and i / 3 "are so far reduced compared to the desired output level of Ua that the nonlinear distortions of the components 22' and 22" are kept sufficiently small, with the increase in the levels of t / 3 'and t / 3 "to the desired output level with the aid of the differential amplifiers 33 and 34. The circuit according to FIG. 4 is characterized by a particularly high asymmetry attenuation at the output terminals 3, which was above 60 dB in a circuit example.
Die an Hand der Fig. 3 und 4 beschriebenen optoelektronischen Koppler 22,22' und 22" stellen lediglich spezielle Ausfuhrungsformen dar, die ohne weiteres durch andere Typen dieser Bauelemente ersetzt werden können, beispielsweise durch solche, bei denen eine Fotodiode mit einem Fototransistor optisch gekoppelt ist.The optoelectronic couplers 22, 22 ′ and 22 ″ described with reference to FIGS. 3 and 4 merely represent represent special embodiments that are easily replaced by other types of these components can, for example, by those in which a photodiode is optically coupled to a phototransistor is.
Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings
Claims (4)
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| DE19742431485 DE2431485C3 (en) | 1974-07-01 | 1974-07-01 | Circuit arrangement for obtaining a frequency-variable, ground-potential-free and symmetrical output voltage in a device used in electrical measurement and communication technology |
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