DE2629415C2

DE2629415C2 - Verfahren und Verstärkerschaltung zur Beseitigung einer Fehlerrestspannung eines Verstärkers

Info

Publication number: DE2629415C2
Application number: DE2629415A
Authority: DE
Inventors: Daniel Echirolles Barbier; Jean-Michel Seyssinet Pariset Ittel; Robert Grenoble Poujois
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1975-07-01
Filing date: 1976-06-30
Publication date: 1985-09-05
Also published as: NL183482B; GB1512496A; IT1062078B; FR2316788A1; JPS526449A; DE2629415A1; US4048574A; NL7607169A; FR2316788B1; NL183482C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beseitigung einer Fehlerrestspannung eines Verstärkers, und sie ist gleichzeitig auf eine Verstärkerschaltung zur Durchführung des Verfahrens gerichtet.

Die Fehlerrestspannung ist die äquivalente Spannung, die, am Eingang eines Versiärkers angelegt, an dessen Ausgang eine Spannung angibt, die gleich der parasitären Spannung ist, die beobachtet werden kann, wenn am Eingang des Verstärkers überhaupt keine Spannung anliegt. Für einen idealen Verstärker ist die Fehlerrcstspannung Null.

Um am Ausgang des Verstärkers das Potential Null zu erhalten, ist es nötig, an seinem Eingang eine Spannung in entgegengesetzter Richtung anzulegen, die diese parasitäre Spannung zu Null macht, oder am Ausgang eine der Nullfehlerspannung des Eingangs äquivalente Spannung, verstärkt durch denselben Verstärker, anzulegen.

Die durch die Fehlerrestspannung eingeführten Feh-Ier sind eine Quelle für zahlreiche Mißstände in Verstärkern mit großem Verstärkungsfaktor, die besonders für dit Verstärkung sehr kleiner Spannungen verwendet werden (Ausgangsspannungen von Thermoelementen beispielsweise).

Es sind verschiedene Verfahren bekannt, mit denen automatisch die Fehlerspannung eines Verstärkers oder einer Verstärkerkette aus mehreren einzelnen Verstärkern zu Null gemacht wird. Einige Verfahren bestehen darin, daß am Eingang oder am Ausgang des oder der

6Q Verstarker ein Kondensator angeschlossen wird und daß der Kondensator vor der Zuführung des Signals derart geladen wird, daß zwischen seinen Belägen eine Spannung entsteht, die mit umgekehrten Vorzeichen gleich der Fehlerrestspannung ist. Wenn dann der Kondcnsator am Eingang oder am Ausgang des Verstärkers isoliert ist, steht die an den Klemmen entwickelte Spunnung der Fehlcrrestspannung entgegen, und das Signal wird folglich ohne Fehler verstärkt. Wie weiter unten

noch erläutert wird, wird dieses Verfahren auch in einer Verstärkerksskade benutzt, die aus hintereinander geschalteten Verstärkern besteht Wenn die Kondensatoren des Verstärkers angebracht werden, ergibt sich ein Nachteil des Verfahrens, dadurch, dz3 eine Berücksichtigung im voraus der Fehlerspannung besonders empfindlich auf alle parasitären Größen ist Wird dagegen der Kondensator am Ausgang angebracht ist es unumgänglich, daß d^;e Fehlerrestspannung den Verstärker in offener Schleife nicht sättigt (schwierig durchzuführen für Verstärker mit hohem Verstärkungsfaktor).

Ein anderes Verfahren zur Beseitigung der Fehlerrestspannung verwendet einen sog. Zerhacker, der in der angelsächsischen Literatur mit dem Begriff »CHOPPPER« bezeichnet ist In einer derartigen Vorrichtung werden Eingangs- und Ausgangswerte des Verstärkers mit derselben Frequenz von einem Zerhakker am Eingang und einem Zerhacker am Ausgang vollkommen synchron zerhackt, wobei dann ein Verstärker, der eine Wechselspannung verstärkt, aber keine tiefen Frcqucüzcn übertragen kann, was es auch ermöglicht, die Drift zu unterdrücken (und die praktisch konstante Restspannung am Eingang), die nun sehr tiefe Frequenzen enthält.

Ein Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Nachteile und Unzulänglichkeiten der bekannten Verfahren begrenzt werden, insbesondere was die Schaltstörungen betrifft, die in den Kondensatoren hervorgerufen werden, und die Drift in Abhängigkeit von der Zeit der Fehlerrestspannung, die noch übrig bleibt.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird mit derselben Frequenz /wie beim Stand der Technik die Eingangsspannung und die Ausgangsspannung des Verstärkers zerhackt derart, daß die beiden Eingänge und die beiden Ausgänge des Verstärkers umgedreht werden, und zusätzlich wird an den Ausgang des Verstärkers ein Integrator gelegt, der die Signale mit der Frequenz /"mittelt, die Signale mit tieferen Frequenzen jedoch ohne Veränderung passieren läßt. Ein derartiger Iniegrator läßt sich mit Vorteil als RC-Inlegrator aufbauen mit einer Konstante, die RCf> 1 ist.

Dieses einfache Verfahren arbeitet nur, wenn das in den Verstärker eingegebene Fehlersignal den Verstärker nicht sättigt. Wenn dies der Fall ist, kann nach einer vorteilhaften Gestaltung der Erfindung das Verfahren in geeigneter und noch genauer zu beschreibender Weise dahingehend gestaltet werden, daß das Signal am Eingang und am Ausgang des Verstärkers (Umkehrung der Eingänge und der Ausgä./gc) zerschnitten wird, indem der Verstärkereingang periodisch kurzgeschlossen wird.

Ein derartiges periodisches Kurzschließen vermeidet, daß das in den Verstärker eingeführte Fehlersignal sättigt, da ja bei jedem Kurzschließen der Wert des in den Verstärker eingegebenen Signals nach Null geht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in geeigneter Weise das Verfahren des Zerschneidens des Signals am Eingang und am Ausgang des Verstärkers (oder der Verstärkerkette), das noch durch eine Integration am Ausgang vervollständigt wird, damit kombiniert, daß der Eingang des Verstärkers periodisch kurzgeschlossen wird, womit zusätzlich die Fehlerspannung den Kondensatoren erneut eingeprägt wird, wobei diese beiden Vorgänge synchron ablaufen mit geeigneten Zeitintervallen, die später noch erläutert werden.

Genauer gesagt besteht die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung darin, daß periodisch und gleichzeitig die Anschlüsse zwischen den beiden Eingängen des besagten Verstärkers (oder der Verstärkerkette) mit den Ausgängen einer zu verstärkenden Signalquelle ausgetauscht werden wi« auch die Ausgänge dieses Verstärkers mit den Eingängen eines den Ausgängen nachgeschalteten Gerätes, daß periodisch die Eingänge des Verstärkers synchron mit den Vertauschungsvorgängen an den Eingängen und an den

ίο Ausgängen des Verstärkers kurzgeschlossen werden, wobei die Frequenzen für das Vertauschen und das Kurzschließen ein Vielfaches des einen vom anderen sind, und daß darüber hinaus eine Integration zwischen den Ausgängen des Verstärkers und den Eingängen des dem Verstärker nachgeschalteten Organs vorgenommen wird. Bei einer tatsächlichen Ausführungsform wird der Vertauschungsvorgang an den Eingängen des Verstärkers und an den Ausgängen der Spannungsquelle gleichzeitig mit den Vertauschungsvorgängen der Ausgangsklemmen des Verstärkers i.rd den Eingängen der nachgeschsSteteii Vorrichtung vorgenommen, während die Eingänge des Verstärkers kurzgeschlossen sind, oder aber außerhalb der Zeiten, in denen die Eingänge der Verstärker kurzgeschlossen sind.

Der bei der Durchführung des Verfahrens verwendete Verstärker kann ein Einzelverstärker oder eine Verstärkerkette sein; handelt es sich bei dem Verstärker um eine aus Einheiten zusammengesetzte Verstärkerkette, dann wird jeder Einzelverstärker nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Kondensatoren versehen, und das Verfahren sieht bei dieser Variante vor, daß die Eingänge jedes Einzelverstärkers kurzgeschlossen werden, wenn synchron die Anschlüsse am Eingang des ersten Verstärkers und die Anschlüsse am Ausgang des letzten Verstärkers mit der der ersten Verstärkerstufe verbundenen Spannungsquelie bzw. dem der letzten Verstärkerstufe nachgeschalteten Gerät vertauscht werden.

In einer nach der Erfindung aufgebauten Schaltung werden vorteilhafterweise MOS-Transistoren verwendet, um die verschiedenen Vertauschungen und die Kurzschlußvorgänge durchzuführen, denn diese Transistoren wirken insgesamt oder gar nicht, d. h. sie unterbrechen die Schaltung oder lassen die Signale passieren.

Die Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung nochmals deutlich hervorgehoben. Es zeigen

Fig. 1, 2 und 3 eine Schaltung nach dem Stand der Technik, mit der die Fehlerrestspannung eines Verstärkers oder einer Verstärkerkette beseitigt wird;

F i g. 4 Spannungskurven zur Erläuterung der Schaltung n^c.ch Fig. 3;

Fig.5a die Schaltung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung:

F i g. 5b eine abgewandelte Ausführungsform;
F i g. 5c eine abermals abgewandelte, bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung;
Fig.6a—6d Sci.emadarstellungen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 7 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, womit an einer Verstärkerkette die Fehlcrresispa-inung beseitigt wird;

F i g. 8 ein Diagramm der Synchronisationstaktsigna-

<>5 Ie, mit denen die Verstärkerkette nach F i g. 7 gesteuert wird.

In der Fig. 1 ist eine Schaltung gezeigt, mit der auf herkömmliche Weise die Fehlerrestspannung beseitigt

wird. Ein Verstärker G liegt zwischen zwei Reihenunterbrechern 1 und 2, wobei die mit der gleichen Ziffer bezeichneten Unterbrecher gleichzeitig arbeiten. Mit e ist die äquivalente, auf den Eingang bezogene Fchlerrestspannungsquelle bezeichnet. Der Kondensator Cist am Ausgang des Verstärkers C angebracht. Das Verfahren, wie dem Kondensator am Ausgang die Fehlerrestspannung e bemerkbar gemacht wird, besteht aus zwei Stufen: In der ersten Stufe sind die Unterbrecher, die mit 1 bezeichnet sind, geöffnet, während die mit 2 bezeichneten Unterbrecher geschlossen sind. Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers G ist ebenfalls mit G bezeichnet, so daß der Kondensator C im Zeitpunkt I₀ mit einer Spannung Ge(to) aufgeladen ist. In dem nun folgenden zweiten Schritt werden die Unterbrecher 2 geöffnet und die Unterbrecher 1 geschlossen, so daß ein von einer nicht gezeichneten Signalquelle vor dem Unterbrecher 1 kommendes Signal auf den Eingang des Verstärkers trifft. Die Fenierspannung im Zeitpunkt r ist gleich

V - Ge(I)-

0 si ί = r₀

Die in der Fi g. I wiedergegebene Schaltung hat den Nachteil, daß G klein sein muß, denn der Verstärker arbeitet in offener Schleife und darf nicht durch die verstärkte Eingangsspannung Ge(Io) gesättigt sein. Außerdem ist die Speicherung wegen der Störungen, die beim Schließen und öffnen der Unterbrecher 1 und 21 auftreten, nicht perfekt

In der F i g. 2 ist eine Verstärkerkette aus drei Einzelverstärkern gezeigt mit den Verstärkungsfaktoren Ci, G₂ und 1 und mit den inneren Restfehlerspannungen ei, e2 und ej. Im Zeitpunkt i₀ ist der Unterbrecher 1 geöffnet während die Unterbrecher 2, 3 und 4 geschlossen sind. Die Kondensatoren Q und C₂ sind auf die Span-

Augenblick wird der Unterbrecher 3 geöffnet.

Die Spannung an den Klemmen des Kondensators Q ändert sich um den Wert ε\ aufgrund der Störspannungen, die durch das öffnen des Unterbrechers 3 entstehen. Diese Störspannungen ändern die Ladung des Kondensators C₂. der dadurch von der Spannung G₂^ auf die Spannung Gj(C₂ + f ι) gebracht wird, so daß auf diese Weise die Wirkung von fi beseitigt wird.

In einem dritten Zeitaugenblick wird der Unterbrecherschalter 4 geöffnet, wodurch eine Störspannung ε₂ erzeugt wird. In diesem Augenblick weist das System einen Wert der Fehlerrestspannung, bezogen auf den

Eingang auf von folgender Größe . wobei der

O|Ct2

letzte Verstärker einen Verstärkungsfaktor 1 hat, Wenn man eine Signalquelle an den Eingang anschließen will, wird der Unterbrecherschalter 2 geöffnet und der Schalter 1 geschlossen. Mit dieser Methode ist man nur in der Anzahl der Stufen begrenzt, durch die ein Grundstörpegel eingeführt wird, der durch die Anzahl der Stufen erheblich verstärkt wird.

In Verbindung mit der F i g. 3 wird das Prinzip des ausscheidenden Verstärkers erläutert der sowohl Modulation als auch Demodulation verwendet Bei diesem ausscheidenden Verstärker kommt das Signal zwischen den Klemmen 11 und 12 an und geht an den Klemmen 13 und 14 wieder ab. Der das Ausschneiden durchführende Zerhacker ist schematise!; durch eine schwingende Zunge dargestellt, die abwechselnd die Klemme 11 mit den Punkten Aj bzw. ßj und in gleicher Weise den Anschluß 13 mit den Punkten ΑΊ und B\ m Verbindung bringt. Die Wandler T_t und T₂ sind identisch, und die beiden Zerhacker sind exakt synchron. Diese Synchronisierung ist durch eine mit gestrichelter Linie 16 angedeutete mechanische Verbindung symbolisiert. Die Arbeitsweise der in F i g. 3 dargestellten Vorrichtung soll anhand der F i g. 4 beschrieben werden.

Die Kurve 20 der Spannung V in Abhängigkeit von der Zeit t zeigt die Veränderungen eines niederfrequenten Signals, das an die Klemmen 11 und 12 der Schal- tung nach F i g. 3 angelegt wird. Wenn der Kontakt mit /4| hergestellt ist, fließt während einer bestimmten Zeitspanne Φ das Signal durch die obere Hälfte der Primärwicklung des Wandlers Ti in Form des Kurvenzugs a. b. c, din der Kurve 21. Eine Halbperiode der Zerhacker schwingung später (z. B. '/goo Sekunde, wenn der Zer hacker mit 400 Hz schwingt) stellt die Zunge Kontakt mit der Kontaktspitze B\ her, und die untere Hälfte der Primärwicklung des Wandlers Ti zwischen den Anschlüssen Ci und B\ ist dann vom Signal mit den Linien- zug d, c. e. ^durchflossen, das in der Kurve 22 dargestellt ist. Da die Stromrichtung aber umgekehrt ist, weil der Punkt Ci in der Mitte der Wandlerprimärwicklung liegt, ist für den Wandler T₁ das Signal 22 in seiner Polarität umgekehrt, d. h. der Wandler erfährt es als Signal 23 mit den Linienzug d', c', e'. f. Während einer Periode der Zungenschwingung also erzeugt die Sekundärwicklung des Wandlers Ti ein Signal a. b. c. d. c', c'. f. und das Signal, dos dem Eingang eines Verstärkers G zugeführt wird, hat die durch die Kurve 24 dargestellte Form der Spannung Vbι — Vati. Man sieht, daß dieses Signal ein Wechselspannungssignal ist, denn seine Polarität ist abwechselnd negativ und positiv, wobei die Polarität mit der Frequenz des Zerhackers wechselt.

Man kann feststellen, daß, wenn das Eingangssignal

durch Null geht, die Phase des zerhackten Signals sich umkehrt, so daß das Signal am Ausgang des Zerhacker-

i* »AinAa

Deshalb ist am Ausgang des Verstärkers G ein dem Eingangswandler Ti gleicher Wandler T₂ angeordnet.

Die Sekundärwicklung des Wandlers T₂ hat eine Miltclanzapfung C\, und der Zerhacker am Ausgang 13 arbeitet exakt synchron mit dem Zerhacker am Eingang und wechselweise mit den beiden Halbwicklungen zusammen. Die zwischen den Klemmen A\, B'\, E'_u D\ und C\ erscheinenden Spannungen sind in den Kurven 25, 26, 27 und 28 dargestellt. Wiederum wegen des Mittclanzapfpunktes C\ tritt am Ausgang eine Polaritätsumkehr mit der halben Periode auf, und man gewinnt am Ausgang das Spannungssignal V (Kurve 29) zwischen

so den Klemmen 13 und 14, wobei V' = GV ist, wen G der Verstärkungsfaktor des Verstärkers ist

Man sieht daraus, daß die Aufgabe des Verstärkers G darin besteht eine Wechselspannung mit der Frequenz des Zerhackers zu verstärken, und der Verstärker braucht nicht die niedrigen Frequenzen zu übertragen. Bei Verwendung einer derartigen Schaltung kann das Durchlaßband auf Frequenzen außer den tiefen Frequenzen begrenzt werden, und es ist möglich, die Drift zu unterdrücken, die ausschließlich aus sehr tiefen Fre quenzen besteht

In der F i g. 5a ist eine Ausführungsform gezeigt bei der das erfindungsgemäße Verfahren verwirklicht ist. Das zu verstärkende Signal wird zwischen den Eingängen £"[ und £2 in die Schaltung hineingegeben, und diese

&5 Schaltung weist wie es das Schema der F i g. 3 zeigt, einen Zerhackerumschalter K\ und einen weiteren Umschalter K2 auf, die die mit der Signalquclle verbundenen Eingänge E\ und £2 wechselweise zwischen den

Eingangszweigen des Verstärkers G umschalten, wie auch die Ausgänge des Verstärkers G wechselweise auf die Ausgangsklemmen S\ und Si gegeben werden.

Beim Stand der Technik war der Verstärker G in der Krcquenz auf die Umschaitfrequenz /"abgestimmt, damit das Feiersignal oder die Drift mit einem derartigen Verstärker nicht übertragen wurde. Bei der Erfindung besteht (j?,'sc Einschränkung bezüglich des Durchlaßbandes des Verstärkers G nicht mehr. Deswegen werden, wie es die Fig.6a zeigt, die vom Verstärker erzeugten Driftspannungen von dem Kommutator Ki mit der Frequenz / zerhackt und von einem parallel geschalteten Hochpaßfilter eliminiert, der im vorliegenden Fall durch übliche Widcrstands-Kondensatorpaare gebildet ist. So werden die Driftspannungen am Ausgang sogleich durch den RC-Integrator moduliert und gemittelt. Dagegen wird das von der Signalquelle abgegebene und an den Eingängen Fi, Ei aufgeteilte Signal von niedriger FicquciU fiiühi inicgiicii, Sü daß cS äii defi Ausgängen S\ und 52 abgenommen werden kann. Die Synchronsteuerung für die Kommutatorschalter ATi und Ki kann mit Hilfe eines Taktgenerators H erfolgen, wobei die Steuerung wie in der Vorrichtung nach dem Stand der Technik, die in der Fig.3 gezeigt ist, oder auf jede andere Weise durchgeführt werden kann.

Wie bereits angedeutet, arbeitet die in der Fig.5a gezeigte Vorrichtung nach der Erfindung nur gut, wenn die Fchlerspannungen oder die Driftspannung, die im Verstärker entstehen, diesen nicht sättigen. Um derartige Sättigung zu vermeiden, sollte die Spannungsabweichung der Verstärker am Eingang sehr klein, etwa in der Größenordnung von 1 μV. Diese Eigenschaft kann bei bestimmten Verstärkern erhalten werden, wenn beispielsweise Bipolartransistoren verwendet werden oder indem andere bekannte Mittel zur Verringerung der Fehlcrspannung eingesetzt werden, z. B. eine bekannte Polarisationsbrücke.

In der F i g. 5b ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer die Erfindung verwirklichenden Schaltung gezeigt, in der dieselben Elemente enthalten sind, die bereits die F i g. 5a zeigt, weshalb sie dort auch mit denselben Bezugszeichen versehen sind, wobei drüber hinaus zwei Kurzschlußschalter I_x und /2 eingefügt sind, die die Eingänge des Verstärkers G mit einer Frequenz kurzschließen, die vorzugsweise der Frequenz f gleich ist (gesteuert vom Taktgenerator H) oder mit einem vielfachen oder echten Bruchteil dieser Frequenz /. Auf jeden Fall muß das Kurzschließen synchron mit den Kommutierungsvorgängen der Kommutierungseinrichtungen K\ und Ki erfolgen, und, was in Verbindung mit der F i g. 6d deutlich wird, es darf die Kommutierung nicht zwischen zwei Zeitpunkten erfolgen, in denen die Schalter I\ und h die Spannung zu Null machen. Diese Variante erlaubt es, sich von der durch mögliche Sättigung des Verstärkers G bedingten Einschränkung frei zu machen, da die Fehlerspannung bei jedem Kurzschließen zu Nuil gemacht wird und sie so die großen Amplituden wie bei der Vorrichtung nach F i g. 5a nicht erreichen kana

In der Fig.5c ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform dargestellt, die dieselben Elemente enthält, wie die Schaltung nach Fig.5b, die wiederum mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, während zusätzlich zwei Kondensatoren Ci hinter den Verstärker G eingefügt sind, die als Schaltelemente dienen, welche die Restfehlerspannung speichern und die die Schaltung nochmals vervollkommea damit die bestmöglichen Ergebnisse erhalten werden. Diese Kondensatoren spielen dieselbe Rolle wie der Kondensator Cder Fig. 1. Eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung einer Schaltung gemäß Fig. 5c wird in VerH idung mit der Fig. 7 gegeben.

Damit ein Fehlersignal in Abhängigkeit von der Zeit mit einem Mittelwert Null erhalten wird, werden unter Anpassung ihrer jeweiligen Frequenz die Schaltungen nach den Fig.2 und 3 bei dieser speziellen Ausführungsform miteinander kombiniert, wobei ihnen eine Integratorstufe am Ausgang angefügt und indem vermieden wird, das Durchlaßband des Verstärkers G auf der Niederfrequenzseite zu begrenzen. Das Verfahren nach dieser Ausführungsform der Erfindung fügt dem klassischen Verfahren des periodischen Auskreuzens der Eingänge und der Ausgänge ein Speichern der Fehlerspannung hinzu.

In der F i g. 6a sind in Abhängigkeit von der Zeit die Änderungen der Fehlerspannung Vs dargestellt, wie sie aiii Ausgang uci Unisciiaiiers Ki in Fig. 5a auftreten vor dem Ausmitteln durch die RC-Schaltung. Man sieht, daß »im Mittel« das mit 98 bezeichnete Signal annähernd Null ist (algebraisches Mitte! der Flächen (1), (2), (3), (4)...), wobei dieses Mittel über eine Zeit der Größenordnung -j genommen wird. In allen, später dargestellten Vorrichtungen werden die Kommutierungsfrequenzen und die Kurzschlußfrequenzen = /"gemacht.

In F i g. 6b ist eine Kurve 100 dargestellt in Abhängigkeit von der Zeit, die die Signale wiedergibt, die dem

jo Eingang der in den F i g. 5b und 5c gezeigten Verstärker zugeleitet werden, wobei die Zeiten RAZ (Rückstellung auf Null) dem Kurzschließen des Eingangs des Verstärkers G entsprechen. In der Kurve 102 der F i g. 6c sind in Abhängigkeit von der Zeit die Änderungen der Fehlerspannung am Ausgang des Verstärkers aufgetragen. Das Fehlersignal ist im Mittelwert Null, und wenn beisⁿislswcise mit einem RC-Aus^iTan^eskreis ϊπίβ^σΓ!6Γί wird, erhält man eine Fehlerspannung Null am Ausgang. Dies aber ist nur zulässig, wenn während der Zeitspanne, in der die Spannung auf Null zurückgebracht ist, die Fehlerspannung gespeichert wird. In der F i g. 6d ist das dargestellte Signal dasjenige, das erhalten wird, wenn die Vorgänge des Kurzschließer und Speicherns und der Umschaitungen der Eingänge und Ausgänge des Verstärkers oder der Verstärker schlecht synchronisiert sind.

Die in der F i g. 7 als Beispiel dargestellte, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist mit drei Hauptverstärkern Gi, Gi und Gj ausgestattet. Die Signalspan-

so nungsquelle ist auf die Eingänge Ei und Ei des Verstärkers G) geführt. Die Umschaltung der Eingänge E\ und Ei erfolgt mit Hilfe der Transistoren 30, 32, 34 und 36, während das Kurzschließen der Eingänge des Verstärkers G\ beispielsweise mit den Transistoren 38 und 40 vorgenommen wird. Außerdem werden die Eingänge des Verstärkers Gi mit den Transistoren 42 und 44 und die Eingänge des Verstärkers Gz mit den Transistoren 46 und 48 kurzgeschlossen. Für die Demodulation ist der Einrichtung am Ausgang eine Schaltung aus den Transistören 50 und 52 sowie 54 angefügt Die Steuerelektroden der Transistoren, die vorzugsweise MOS-Feldeffekttransistoren sind, erhalten Spannungen zugeführt, die dem Diagramm der Phasen entsprechen, weiche vom Taktgenerator H bestimmt sind, wie es in der F i g, 8 dargestellt ist, wobei der Zeitmaßstab als Beispie! gewählt ist Mit der R, C_ar Vorrichtung am Ausgang können die Fehlerrestspannungasschwankungen integriert werden, so daß an den Ausgängen 5i und Si nach

Verstärkung ein von Fehlerrestspannungen freies Signal abgegeben werden kann.

Es kann andererseits festgehalten werden, daß es die Schaltung auch ermöglicht, den in Gegentakt geschalteten Verstärker gegen mögliche Schwingungen zu stabilisieren, und daC sie das Durchlaßband zu den hohen Frequenzen hin beschneidet.

Wenn eine durch die Eigenheiten der Transistoren bestimmte Spannung auf die Steuerlektroden der Transistoren 38 und 40 gegeben wird, werden die Eingangsklemmen I und Il kurzgeschlossen. Wenn die Transistoren 30 und 32 leitend sind (die Transistoren 34 und 36 sind gesperrt), wird die Spannung an Ei auf die Klemme 1 und die Spannung an Ei auf die Klemme II gegeben. Wenn andererseits die Transistoren 34 und 36 leitend sind und die Transistoren 30 und 32 gesperrt, gelangt die Spannung von E\ auf die Klemme II, während die Spannung von Ei auf die Klemme I geleitet wird. Die Synchronisation ist nun ucFärt, uä während c'iMcS IiVi voraus festgelegten Zeitintervalls die Transistoren 30, 32, 50 und 52 leitend sind und die Transistoren 34,36,54 und 56 gesperrt, während eines davon getrennten Zeitintervalls die Transistoren 34,36,54 und 56 leiten, während dann die Transistoren 30,32,50 und 52 gesperrt sind.

Das neue Verfahren der Kompensation nach der Erfindung hat den Vorteil, daß die Fehlerrestspannungen eines Verstärkers praktisch vollständig eliminiert werden, was mit einem System des periodischen Zunullmachens mit den die Eingänge jedes Verstärkers, z. B. 38 und 40, periodisch kurzschließenden Transistoren erfolgt, so daß in den Kondensatoren C₁ und Ci oder Ci die Fehlerrestspannungen gespeichert werden können (siehe die F i g. 1 und 2 zum Stand der Technik und die zugehörigen Ausführungen).

Das Fehlersignal, das bei der Verwirklichung dieses Systems noch übrig bleibt, wird durch die periodische Vorzeichenumkehr (Demodulation) und eine integration unterdrückt, die am Ausgang des Verstärkers durchgeführt wird. Damit die Form des Signals am Eingang wiedergewonnen wird, wird gleichzeitig wie am Eingang eine synchrone Modulation wie bei dem bekannten Verfahren durchgeführt, jedoch zu einem anderen Zweck.

Man stellt fest, daß, wenn lediglich die synchrone Modulation — Demodulation durchgeführt wird, (hier erhalten durch Umkehrung der Anschlüsse auf der Eingangsseite und der Ausgangsseite sowie Integration am Ausgang) bei einer periodisch zu Null machenden Schaltung durchaus keine vollständige Ausschaltung der Fehlerspannung erzielt wird.

Der Mittelwert (durch Integration erhalten) der Fehlerspannung ist nur Null, wenn die Frequenz der Modulation — Demodulation synchron ist mit der Frequenz des Zunullmachens, d. h. ein Vielfaches, gleich oder ein Bruchteil ist Es ist vorteilhaft, als Vorsichtsmaßnahme den Verstärker vor jedem Auskreuzen der Eingangsund Ausgangsanschlüsse in Gleichgewicht zu bringen.

Der Funktionsablauf der in der Fig. 7 dargestellten Schaltung läßt sich am besten anhand des Synchronisationsschemas der F i g. 8 verstehen. Der Taktgenerator H gibt das Signal Φ\ ab, das den Steuerelektroden der Transistoren 30 und 32 zugeführt wird und diese während der Zeit 7ΐ von 20 us ζ. Β. leitend macht; nach dieser Zeit Ti ist das Signal dann beendet (dies entspricht den Zeiten a.b-.c-.d in der F i g. 4), Dann wird i_n der Größenordnung der Umschaltzeit der Eingang des Verstärkers Ci durch das Signal Φι kurzgeschlossen und an Masse gelegt wobei Φ* in der Zeichnung ausgezogen dargestell· ist. Während dieser Zeit laden sich die Kondensatoren C\ mit der um den Verstärkungsfaktor C) verstärkten Restspannung am Eingang auf. Nun kommt das Signal ~Φ\ auf die Steuerelektroden der Transistoren 34 und 36, die während der Zeit T\ leitend werden, wie in F i g. b dargestellt.

Man sieht aus diesem Beispiel, wie zwischen jeder Umkehr der Eingangsleitungen und der Ausgangsleitungen der Verstärkerkette die Eingänge der Verstär-

ίο ker G\, Gj, Gi durch die Spannungen Φ2, Φι und Φβ, an Masse gelegt werden. Genau wie bereits in Verbindung mit Fig. 2 erläutert, entspricht das Kurzschließen der Verstärker Gu G2, Gi dem Zustand, daß die Schalter 2,3 und 4 in F i g. 2 einer nach dem anderen geschlossen

is sind, und zwar bei dem Fall der Fig.8 während 4 \is, 8 μβ und 12 μς. Dies ermöglicht es, daß die Kommutie rungsspannungen, die beim Schließen der vorangehen den Eingangsschaltungen entwickelt werden, im letzten Kondensator Ci gespeichert werden. Die Demodulation des Signals wird durch die Spannungen Φ§ und IPa bewirkt. Das Signal Φ* hat vorzugsweise eine Dauer Tj, die etwas kleiner als Ti ist. In diesem Funktionsbeispiel, das der ausgezogenen Darstellung in den Kurvenverläufen Φι, Φι, Φα und S⁵S entspricht, wird das Auskrcu- zen der Eingänge unf Ausgänge vorgenommen vor der Zeitspanne, in der die Eingänge der Verstärker an Masse liegen.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es möglich, das Umschalten durchzuführen, während die Eingänge der Verstärker G\, G₂ und G₃ an Masse liegen, indem Signale Φι und Φι, Φ* und Φ% benutzt werden, wie sie gestrichelt dargestellt sind.

Werden die Eingänge und Ausgänge umgeschaltet während die Eingänge an Masse gelegt sind, dann wird die an den Eingangsklemmen E₁ und E₂ angeschlossene Signalspannungsquelle kurzgeschlossen. Um dies zu vermeiden, wird dss Phssendis^rsnin! dsr Zeitsteuerung benützt, wie es in der F i g. 8 ausgezogen dargestellt ist. Jedenfalls unterdrückt das Phasendiagramm, wie es mit gestrichelten Linier, der Signale Φ7, Φ\, Φα und Φ·, dargestellt ist, wo das Umschalten de Eingänge und Ausgänge stattfindet, während auch dieselben Eingänge an Masse gelegt sind, die Umschaltstörspannungen, die durch das Umschalten der Eingänge entstehen.

Je nach Anwendungsfall wird der eine oder der andere Typ der Synchronisation gewählt, d. h. mit von der Taktsteuerung H unterschiedlich abgegebenen Synchronisationstaktsignalen. Die elektronische Schaltung, die zur Erzeugung der Signale Φ\ bis Φα verwendet wird,

so braucht in Einzelheiten nicht beschrieben zu werden, da sie dem Fachmann geläufig ist Die periodische Umschaltfrequenz für die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse ist entweder ein Mehrfaches, ist gleich oder ist ein Bruchteil der Frequenz, mit der die Eingänge der Ver stärker zu Null gemacht werden. Gleiche Frequenz ist bei dem in Fig.8 dargestellten Beispiel angewendet Mit Hilfe einer Schaltung, wie sie in der F i g. 7 dargestellt ist ist es möglich, Fehlerrestspannungen von maximal 5 μν und Driftspannungen in der Größenordnung von 0,05 μν/° C zu erhalten.

Dies ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber den besten Verstärkern im Handel, die eine Drift in der Größenordnung von 0,2 μν/°Ο und ein Fehlerrestspannung in der Größenordnung von 50 μν haben.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beseitigung der Fehlerrestspannung eines Verstärkers mit zwei von einer Signalquelle gespeisten Eingängen und mit zwei mit einem Speicherelement ausgestatteten Ausgängen, über die der Verstärker an ein ihm nachgeschalteten Ausgangsorgan ein Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch die an die Eingänge des Verstärkers geführten Anschlüsse von der Signalquelle umgetauscht und gleichzeitig die Ausgänge, mit denen der Verstärker mit dem Ausgangsorgan verbunden ist, umgetauscht werden, daß die Eingänge des Verstärkers periodisch kurzgeschlossen werden, wobei die Frequenzen des Umtauschens und des Kurzschließer sich im Verhältnis eines Vielfachen zueinander verhalten, und daß eine Integration zwischen den Ausgängen des Verstärkers und den Eingängen des Ausgangsorgans vorgenommen wird

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umschalten in mehreren Stufen erfolgt, und zwar werden anfänglich die Eingangsklemmen A und B des Verstärkers, die mit den Ausgangsklemmen C und D der Si^nalquelle verbunden sind, vertauscht wie auch die beiden Ausgänge A' und Ä'des Verstärkers, die mit den Eingängen C und D'des nachgeschalteten Organs verbunden sind, worauf die Verbindungen zwischen den Klemmen A, B, C, D, A', B\ C₁ D'geiöst werden, die Eingänge des Verstärkers danach kurzgescb'ossen werden, darauf nach Auflösung des Kurzschlusses an den Eingängen die Klemmen des Verstärktes ir-d des nachgeschalteten Organs, vertauscht gegenüber vorher, wieder zusammengeschlossen werden und schließlich die Vorgänge des Umpolens und des Kurzschließer^ nach einer festen Zeitspanne in gleicher Ordnung wiederholt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umpolen der Anschlüsse am Eingang und am Ausgang des Verstärkers während einer Zeitspanne erfolgt, in der die Eingänge des Verstärkers kurzgeschlossen sind.

4. Verstärkerschaltung, zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens einen Verstärker mit zwei Eingängen A und B und zwei Ausgängen A' und B', die mit einem speichernden Organ versehen sind, aufweist, daß Mittel zum Umpolen der mit den Eingangsanschlüssen A, ßdes Verstärkers verbundenen Ausgangsklemmen C, D einer Signalquelle vorhanden sind und daß gleichzeitig die Verbindung zwischen den Ausgängen A', 5'des Verstärkers und den Eingängen C, D' eines dem Verstärker nachgeschalteten Organs umpolbar sind, und daß Mittel zum Kurzschließen der Eingangsklemmen des Verstärkers während einer vorbestimmten Zeitdauer vorhanden sind.

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das speichernde Organ einen Kondensator enthält.

6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sic N Verstärker enthält, jeder Ausgang eines Verstärkers mit dem Eingang eines nachfolgenden Verstärkers unter Zwischenschaltung eines Kondensators verbunden ist. Mittel zum Kurzschließen der Eingänge jedes Verstärkers vorhan-

den sind und Mittel vorgesehen sind, um synchron miteinander Eingänge des ersten Verstärkers untereinander und die Ausgänge des letzten Verstärkers untereinander umzuschalten.

7. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umpolen der Eingangsleitungen und der Ausgänge des oder der Verstärker während einer Zeit erfolgt, in denen die Eingänge der Verstärker kurzgeschlossen sind.

8. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Umpolen der Eingangsanschlüsse des oder der Verstärker vorgenommen wird, während die Eingänge der Verstärker nicht kurzgeschlossen sind.

9. Schaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Feldeffekttransistoren, die in Reihe in die Eingänge und Ausgänge der Verstärker eingeschaltet sind und die zum einen die Verbindung des oder der Verstärker mit der Signalquelle und dem nachgeschalteten Organ herstellen und zum anderen die Eingänge jedes Verstärkers kurzschließen, wobei die Transistoren von Polarisationssignalen gesteuert sind, die ihren Steuerelektroden zugeführt werden und eine Taktsignalquelle vorhanden ist, die die Steuerelektroden mit den erforderlichen Steuerspannungen versorgt