DE2439869B2 - Schaltung, insbesondere fuer die zaehlung und bestimmung der groessenverteilung mikroskopischer teilchen, zur pegelhaltung von elektrischen impulsen, die ein niederfrequentes stoersignal ueberlagern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung, insbesondere für die Zählung und Bestimmung der Größenverteilung mikroskopischer Teilchen, zur Pegelhaltung von elektrischen Impulsen, die ein niederfrequentes Störsignal

ίο überlagern, mit einem gegengekoppelten Verstärker. der im Gegenkopplungszweig im wesentlichen zur Gewinnung des niederfrequenten Störsignals ein Integrierglied aufweist und bei dem das Störsignal dem Eingangssignal gegenphasig zugesetzt wird.

In einer Flüssigkeit suspendierte mikroskopische Teilchen können nach dem Coulter-Prinzip gezählt werden und es ist die Bestimmung der Größenverteilung dieser Teilchen möglich. Nach diesem Coulter-Prinzip wird beim Durchgang von mikroskopisch klei-

nen Teilchen, die in einer elektrisch leitenden Flüssigkeit suspendiert sind, durch eine öffnung, deren Abmessungen sich denjenigen der Teilchen annähern, die Impedanz der elektrischen Bahn durch die in der öffnung enthaltenen Flüssigkeit verändert, wenn das Ma-

terial des Teilchens und die Flüssigkeit verschiedene elektrische Leitfähigkeiten aufweisen Wie Untersuchungen zeigten, ist die Größe dieser Änderungen proportional dem Teilchenvolumen, wenn der Querschnitt des Teilchens sehr viel kleiner ist als der Querschnitt der öffnung und wenn das Teilchen so klein ist, daß es von der so gebildeten Meßzone ganz aufgenommen werden kann. Fließt durch die Suspension und durch die öffnung ein elektrischer Strom, dann werden elektrische Signale erzeugt, deren Amplitude im allgemei-

nen vom Volumen der durch die öffnung gehenden Teilchen direkt abhängig ist.

Aus der DTPS 9 67 770 ist eine Schaltungsanordnung zur Verminderung oder Beseitigung von Brummspannungen in Fernsehsignalen durch eine Brummkor-

rektionsspannung bekannt, die den Fernsehsignalen in korrigierendem Sinn gegenschaltet ist. Aus diesen Brummspannungen wird durch Integration die Korrektionsspannung abgeleitet. Die integrierten Brumm-Kompensations-Signale werden gegenphasig auf den

Eingang der zu ihrer Ableitung dienenden Stufe zurückgekoppelt. Diese bekannte Schaltungsanordnung befaßt sich mit kontinuierlich auftretenden Signalen und nicht mit der Pegelhaitung willkürlicher, mindestens teilweise hochfrequenter Impulsfolgen.

Ferner ist eine Pegelhaltung-Schaltung für willkürliche, mindestens teilweise hochfrequente Impulsfolgen bekannt, bei der eine Diode auf der Ausgangsseite eines Koppelkondensators angeordnet ist, welcher ein Widerstand parallelgeschaltet ist. Bei Verwendung positiver Impulse liegt dadurch die Anode dieser Diode an Masse und die Kathode ist mit dem Signalweg verbunden. Wenn ein Impuls ankommt, so wird die Kathode positiv, so daß die Diode keinen Strom führt. Eine geringe Menge der Ladung am Kopplungskondensator

<>° wird während der Impulsdauer durch den Widerstand abgeleitet. Wenn der Impuls abfällt und die Eingangsseite des Kondensators wieder auf die Grundlinie zurückgeht, wird die Ausgangsseite negativ. Sobald dies der Fall ist, leitet die Diode und führt dem Kondensator

bs einen Ladestrom zu. Dadurch wird die ursprüngliche Ladung, die der Kondensator vor dem Impuls hatte, wieder hergestellt, wobei der niedrige Widerstand der Diode, wenn diese leitet, und des Treiberverstärkers,

die negativ werdende Spannung kurzschließt Dadurch bleibt die Spannung an der Ausgangsseite des Kondensators auf Masse-Grundpotential und man erhält lediglich die gewünschten positiven Impulse. Außerdem können Minei vorgesehen werden zum Ausgleich des Spannungsabfalls der Diode in Durchlaßrichtung, wozu diese in einer Rückkopplungsschleife angeordnet werden kann. Diese bekannte !Schaltungsanordnung reicht aus. wenn zwischen dem lmpuJssignal und dem Rruschsignal ein großes Signal-Rausch-Verhältnis besteht. Wird dieses Verhältnis absr klein, arbeitet diese bekannte Schaltungsanordnung als Halbwellengleichrichter, wodurch auch das Rauschsignal gleichgerichtet wird. Demzufolge wird das Grundpotential angehoben auf einen Wert, der etwas geringer ist als der Spitzenwert des Rauschsignals. Um diesen Nachteil zu vermeiden, arbeiten bekannte Schaltungen bereits mit einem Verstärker, dessen Rückkopplungszweig so ausgeführt ist, daß der Gleichspannungspegel und das gefilterte Rauschen vom Verstärkerausgang zur Subtraktion über einen linearen, nicht gleichrichtenden Weg dem Verstärkereingang zugeführt wird. Diese bekannten Pegelhaltung-Schaltungen arbeiten an und für sich zufriedenstellend. Unzulänglichkeiten ergaben sich jedoch dadurch, daß diese für ein Tastverhältnis von mehr als 50% ungeeignet waren. Als Tastverhältnis wird das Verhältnis zwischen der sogenannten Einschalt- oder Ladezeitspannung und der gesamten Zeitdauer des Impulses bezeichnet. Bei den bekannten Schaltungen war die Ladezeit gleich der Entladezeit, oder anders ausgedrückt, die Flächen über und unter der Grundlinie waren annä.hernd gleich. Dies rührt daher, daß die Schaltungen symmetrisch ausgeführt waren, d. h. sie hatten für Positiv- und Negativ-Signale die gleiche Zeitkonstante. Infolgedessen arbeiteten derartige Pegelhaltung-Schaltungen bei einem Tastverhältnis von 50° oder mehr ungenau, da sich der Kondensator der Schaltung noch nicht vollständig entladen hatte, wenn der zweite Impuls ankam. Nachteilig war auch, daß die bekannten Pegelhaltung-Schaltungen bezüglich ihres Dynamikumfanges beschränkt arbeiteten. Sie waren meist mit Röhrenverstärkern ausgerüstet, an deren Ausgang hochfrequente Impulse auftraten, die niederfrequentem Rauschen überlagert waren. Das niederfrequente Rauschsignal besaß eine Spitzenamplitude von 120 Volt und die überlagerten Impulse hauen im allgemeinen eine Maximalamplitude von 10 Volt. Um ein Beschneiden der den niederfrequenten Rauschen überlagerten Impulsinformationen zu vermeiden, mußten die Röhrenverstärker einen Dynamikumfang von mindestens 130 Volt aufweisen. Halbleiterverstärker liefern am Ausgang meist Spannungswerte von ca. 13 Volt. Das Rausch-Signal besitzt eine Spitzenspannung von 12 Volt und die überlagerten Impulse haben eine Spannung von 1 Volt. Bildeten Röhrenverstärker eine Schaltung mit ausreichender Dynamik, ist bei Haltleiterverstärkern der Dynamikumfang stark reduziert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung, insbesondere für die Zählung und Bestimmung der Größenverteilung mikroskopischer Teilchen, zur Pegelhaltung von elektrischen Impulsen nach der DT-PS 9 67 770 so zu verbessern, daß die Pegelhaltung auch für wiillkürliche, mindestens teilweise hochfrequente Impulsfolgen verbessert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß für f>5 die Pegelhaltung willkürlicher, mindestens teilweise hochfrequenter Impulsfolgen die Zeitkonstante für die zurückgeführten Signale so modifiziert wird, daß für positive und negative Impulsanteile verschiedene Zeitkonstanten erhalten werden, wobei die Modifizierung von einer Zustandsänderung der Eingangsimpulse abhängt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführcngsbeispiele näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine bekannte Klemmschaltung,

Fig.2 die Impulse auf der Eingangsseite des Kondensators nach F i g. 1 und die abgehenden Impulse,

F i g. 3 eine von F i g. 2 abweichende Impulsfolge,

F i g. 4 den Ausgang eines Halbleiterverstärkers mit Rauschen und überlagerten Impulsen,

F i g. 5 ein Schaltschema zum Prinzip der Erfindung,

F i g. 6 eine Klemmschaltung der Erfindung,

F i g. 7 eine weitere Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 8 eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Grundgedankens.

Die bekannte Klemmschaltung nach F i g. 1 arbeitet mit einer Diodenschaltung und spricht auf Eingangsimpulse gemäß F i g. 2 und 3 an. Man erkennt in F i g. 2 die einzelnen Impulse, die auf der linken Seite an der Eingangsseite der Klemmschaltung nacheinander aufgenommen werden, wobei der zweite Impuls ankommt, nachdem der erste Impuls beendet ist.

Die rechte Seite von F i g. 2 zeigt das Impulsmuster am Ausgang der Schaltung, wobei die Amplitude im positiven Teil des Impulses abnimmt und ein Überschwingen im negativen Teil vorhanden ist.

Fig.3 bezieht sich auf eine Situation, in der der zweite Impuls bereits vor der Teil η auftritt, d.h. vor dem Ende des ersten Impulses. Wie man erkennt wird dadurch die Klemmfähigkeit der Schaltung reduziert und der Gleichspannungspegel kann sich unter Umständen auf Null Veinstellen.

Der Grundgedanke der Erfindung ist in F i g. 5 schematisch dargestellt.

Ein Verstärker 21 besitzt im Rückkopplungskreis 23 ein Tiefpaßfilter 22. Das Tiefpaßfilter besitzt zwei ungleiche Zeitkonstanten, je eine für den positiven und den negativen Impulsteil. Das Tiefpaßfilter bildet einen geeigneten Weg für das niederfrequente Rauschen, das zum Eingang des Verstärkers 21 zurückgeführt und dort subtrahiert wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in F i g. 6 dargestellt. Ein Verstärker 31 besitzt in einer Rückkopplungsschleife 33 eine Reihenschaltung eines Widerstandes 33 mit einer Parallelschaltung einer Diode 34 und eines Widerstandes 35, mit einem Integrator unter Einschluß eines Verstärkers 36 mit einem parallel geschalteten Kondensator 37, und einen Widerstand 38. Zwischen dem Eingangsanschluß 40 der Schaltung und der Rückkcpplungsschleife befindet sich ein Widerstand 41.

F i g. 6 zeigt auf der linken Seite einen Impuls bei der Aufnahme am Eingangsanschluß 40. Auf der rechten Seite erkennt man einen Impuls, der die Klemmschaltung am Ausgangsanschluß 42 verlaßt.

Die Diode 34 kann aus Germanium hergestellt sein und besitzt in Durchlaßrichtung eine niedrije Schwellspannung von ca. 0,2 V. Der Integrator 36, 37 arbeitet invertierend.

Während des Betriebes wird ein dem Verstärker 31 zugeführter Impuls von 1 V um den Faktor 10 verstärkt. Dieser Impuls von 10 V wird über die Wider-

stände 33, 35 und den invertierenden Integrator 36, 37 und den Widerstand 38 zum Eingang des Verstärkers 31 zurückgeführt. Während des positiven Impulsteils subtrahiert der invertierende Integrator 36, 37 vom Eingangsimpuls, wobei die Zeitkonstante durch das. Produkt aus Kapazität 37 und Summe der Widerstände 33 und 35 bestimmt wird, unter der Annahme, daß die Widerstände 41 und 38 gleich und vernachlässigbar sind. Wenn der Impuls am Ausgang des Verstärkers 31 verschwunden ist, entlädt sich der Kondensator 37 mit einer kleineren Zeitkonstante, d. h. dem Produkt aus Kapazität 37 und Widerstand 33, da die Diode 34 durchgesteuert und der Widerstand 35 kurzgeschlossen ist. Infolge der kürzeren Entladezeitkonstante kann die Klemmschaltung dadurch mit einem Tastverhältnis von mehr als 50% arbeiten.

Die Verstärkung des Integrators wird so gewählt, daß sie bei Gleichspannung sehr groß ist und mit der Frequenz abnimmt. Der Rückführzweig bewirkt eine Phasendrehung von 270°. Da die Impulsleistung im allgemeinen über 3 kHz liegt, werden die hochfrequenten Impulse im Rückführzweig geschwächt und am Eingang des Verstärkers 31 nicht subtrahiert.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 wurden folgende Werte verwendet: für den Kondensator 37 eine Kapazität von 0,22 Mikrofarad, für den Widerstand 35 ein Wert von 1 Megohm, für den Widerstand 33 ein Wert von 22 Kiloohm und eine Diode 1 N191.

Die Dauer des negativen Überschwingens belief sich auf ca. 20 Mikrosekunden, praktisch unabhängig von der Impulsbreite.

F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Die Schaltung ähnelt derjenigen nach F i g. 6, mit der Ausnahme, daß die Diode 34 nicht mehr vorhanden ist und statt dessen ein analoger Schalter 44 (AS) zum Widerstand 35 parallel geschaltet ist. Eine Schwellwerteinrichtung 45 (— T) mit negativem Betriebswert ist mit dem analogen Schalter und der Leitung 32 verbunden. Der analoge Schalter ist normalerweise offen. Er wird durch die Schwellwerteinrichtung 45 gesteuert.

Während des Betriebes ist bei einem positiven Im puls der analoge Schalter offen, wobei die Zeitkonstante durch das Produkt aus Kapazität 37 und die Wider stände 35, 33 bestimmt ist. Bei einem negativen Impuls wird der analoge Schalter 44 durch die Schwellwertein richtung 45 geschlossen und die Zeitkonstante wire durch das Produkt aus Kapazität 37 und Widerstand 33 bestimmt, da der Widerstand 35 kurzgeschlossen ist.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist ir

ίο F i g.8 dargestellt. In dieser Schaltung ähnelt die linke Seite des Rückführzweiges demjenigen nach F i g. t und 7. die rechte Seite des Rückführzweiges umfaß! einen Verstärker 51, zu dem zwei in Reihe geschaltete Dioden 52, 53 parallel geschaltet sind. Außerdem liegi parallel zum Verstärker 51 ein Widerstand 54, wöbe eine Diode 55 zu Widerstand 54 und Verstärker 51 parallel geschaltet ist. Am Eingang des Verstärkers 51 isi ein Widerstand 56 an die Leitung 32 angeschlossen. Ein Widerstand 58 liegt mit einer Seite am Ausgangsan-Schluß des Verstärkers 51 und mit der anderen Seite über einen Widerstand 59 an einem Knotenpunkt 6C zwischen den Dioden 52 und 53.

Wenn während des Betriebes der Ausgang 42 positiv ist, ist der Punkt P\ oder 57 negativ, die Diode 52 sperrt und am Widerstand 59 steht kein Signal an. Der Ladezweig des Kondensators 37 geht über den Widerstand 58 und die Diode 55.

Wenn der Ausgang 42 negativ ist, führt die Diode 52 Strom und der Kondensator 37 lädt sich über die Widerstände 58 und 59 auf. Durch die Diode 52 in der Rückkopplungsschleife erhält die Schaltung eine ausgeprägtere Ein- und Ausschaltcharakteristik. Der Widerstand 56 hat 2,2 Kiloohm und der Widerstand 54 hat 22 Kiloohm.

Wie die drei Ausführungsbeispiele nach den F i g. € bis 8 zeigen, wird durch die Erfindung eine Klemmschaltung mit ungleichen Zeitkonstanten für positive und negative Impulse und mit einem besonders günstigen Rückführungszweig für niederfrequentes Rauschen geschaffen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.

Claims (8)

Patentansprüche: ^

1. Schaltung, insbesondere für die Zählung und Bestimmung der Größenverteilung mikroskopischer Teilchen, zur Pegelhaltung von elektrischen Impulsen, die ein niederfrequentes Störsignal überlagern, mit einem gegengekoppelten Verstärker, der im Gegenkopplungszweig im wesentlichen zur Gewinnung des niederfrequenten Störsignals ein Integrierglied aufweist und bei dem das Störsignal dem Eingangssignal gegenphasig zugesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Pegelhaltung willkürlicher, mindestens teilweise hochfrequenter Impulsfolgen die Zeitkonstante für die zurückgeführten Signale so modifiziert wird, daß für positive und negative Impulsanteile verschiedene Zeitkonstanten erhalten werden, wobei die Modifizierung von einer Zustandsänderung der Eingangsimpulse abhangt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gegenkopplungszweig (32) ein invertierender Verstärker (36) und ein dazu paralleler Kondensator (37) eingeschaltet ist.

3. Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modifizierung der Zeitkonstante dem invertierenden Verstärker (36) tin Widerstand (35) mit einer dazu parallelen Diode (34) vorgeschaltet ist.

4. Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modifizierung der Zeitkonstante in den Gegenkopplungszweig (32) ein »naloger Schalter (44) und ein Schwellwertglied (45) mit negativer Charakteristik zur Steuerung des Schalters eingeschaltet ist.

5. Schaltung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modifizierung der Zeitkonstante in den Gegenkopplungszweig (32) mehrere Dioden und Widerstände eingeschaltet Sind.

6. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gegenkopplungszweig (32) den Modifizierungsgliedern (34, 35) ein zweiter Widerstand (33) vorgeschaltet ist, daß dem invertierenden Verstärker (36) ein Widerstand (38) nachgeschaltet ist und daß in Reihe zum Eingang (40) für die Signale ein Widerstand (41) geschaltet ist.

7. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modifizierung der Zeiikonstante zum analogen Schalter (44) ein Widerstand (35) parallel geschaltet ist und daß zum Schwellwertglied (45) ein Widerstand (33) parallel geschaltet ist.

8. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Modifizierung der Zeitkonstante ein zweiter, invertierender Verstärker (5i) in den Gegenkopplungszweig (32) geschaltet ist, dessen Eingang ein Widerstand (56) vorgeschaltet ist, daß der Ausgang dieses Verstärkers mit dem Eingang des ersten invertierenden Verstärkers (36) über einen Widerstand (58) verbunden ist, daß ein Widerstand (54) parallel zu diesem zweiten Verstärker geschaltet ist, daß eine Diode (55) parallel zu diesem Verstärker geschaltet ist, daß eine Reihenschaltung zweier Dioden (52, 53) ebenfalls diesem Verstärker parallel geschaltet ist und daß ein Widerstand (59) mit einem Ende an die Verbindung der in Reihe geschalteten Dioden (52, 53) und mit dem anderen Ende an den Eingang des ersten invertierenden Verstärkers (36) angeschlossen ist.