DE2658278C3

DE2658278C3 - Buffer amplifiers for electrical signals

Info

Publication number: DE2658278C3
Application number: DE19762658278
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Hassler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1976-12-22
Publication date: 1979-05-23
Also published as: DE2658278B2; DE2658278A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Pufferverstärker für elektrische Signale, der mit Transistoren ausgerüstet ist, insbesondere zinn Einsatz als SchaltknackunterdrükThe invention relates to a buffer amplifier for electrical signals, which is equipped with transistors, especially tin use as a switch-click suppressor ker bei Ultraschall-Sende- bzw. -Empfangsschaltern eines Ultraschall-Arrays.ker with ultrasonic transmit and receive switches an ultrasound array.

Beim Schalten elektrischer Signale kann es vorkommen, daß die Schaltsignale zur Betätigung des Signalschalters als sog. Schaltknacks auf die Signallei·When switching electrical signals it can happen that the switching signals for actuating the Signal switch as a so-called switching click on the signal line tungen gelangen. Bei der Signalweiterverarbeitung wirkt sich dieses dann störend aus. Insbesondere bei der Ultraschall-Array-Technik, wo mittels einer Vielzahl von Sende- bzw. Empfangsschaltern unterschiedliche Empfangs- und/oder auch Sendeflächenmuster geschalaccomplishments. In signal processing this then has a disruptive effect. Especially in the case of the ultrasonic array technology, where by means of a multitude Different receiving and / or transmitting surface patterns formed by transmitting or receiving switches tet werden müssen, muß dafür gesorgt werden, daß sowohl im Sende- als auch im Empfangsfall die Schaltknacks beim Schalten der Schalter unterhalb einer vorgegebenen Schwelle liegen. Insbesondere im Empfangsfall hat die Praxis ergeben, daß die beimmust be ensured that the switching clicks when switching the switches below both in the case of transmission and reception a predetermined threshold. In the case of reception in particular, practice has shown that the Einschalten der Empfangsmuster auftretenden Schaltknackse wie kleine Sendeimpulse wirken, die in dem zu untersuchenden Körpergewebe entsprechend Echosignale erzeugen. Letztere Echosignale überlagern sich jedoch dann in unerwünschter Weise als hautnaheSwitching on the reception pattern occurring switching clicks act like small transmission pulses, which in the too examining body tissue generate corresponding echo signals. The latter echo signals are superimposed but then in an undesirable manner as close to the skin Echos den darzustellenden Echos aus größeren Bildtiefen. Dies führt letztlich zu Bildverfälschungen (sog. Geisterbildern). Zur Unterdrückung der Schaltknacks bieten sich nun sog. Pufferverstärker an. Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, einen solchenEchoes the echoes to be displayed from larger ones Image depths. This ultimately leads to image corruption (so-called ghost images). So-called buffer amplifiers are now available to suppress the switching clicks. The object of the present invention is to provide such Pufferverstärker aufzubauen, der mit geringstem technischem Aufwand bei kleinstem Leistungsverbrauch sog. Schaltknackse optimal unterdrückt Der Pufferverstärker soll dabei insbesondere in Verbindung mit Schaltern zum Schalten von UltraschallsignalenBuild up buffer amplifiers with the least technical effort with minimal power consumption, so-called gear clicks are optimally suppressed Buffer amplifiers should especially be used in connection with switches for switching ultrasonic signals

so eines Ultraschall-Arrays einsetzbar sein. Die gute Integrierbarkeit des Schaltungsaufbaues eines solchen Pufferverstärkers ist ebenfalls wünschenswertsuch an ultrasonic array can be used. The good integrability of the circuit structure of such Buffer amplifier is also desirable

Die Aufgabe wird bei einem Pufferverstärker der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurchThe object is achieved according to the invention in a buffer amplifier of the type mentioned at the outset gelöst, daß er einen Eingangsschalter, einen Ausgangsschalter und eine Verstärkereinheit aufweist, welche in zwei Funktionsteile unterteilt ist von denen das eine Funktionsteil durch den Eingangsschalter noch vor Eintreffen eines elektrischen Eingangssignals vorbereisolved that it has an input switch, an output switch and an amplifier unit, which in two functional parts of which one functional part is still in front of the input switch Prepare for the arrival of an electrical input signal tend an Versorgungsspannung anschaltbar ist, während das zweite Funktionsteil noch von der Versorgungsspannung abgeschaltet ist und daß erst bei Betätigung des Ausgangsschalters auch das zweite Funktionsteil an die Versorgungsspannung im Sinne der nunmehrigentend to be connected to the supply voltage while the second functional part is still switched off from the supply voltage and that only when actuated of the output switch also the second functional part to the supply voltage in the sense of the present Durchschaltung der Verstärkereinheit für am Verstärkereingang eintreffende Signale zum Verstärkerausgang schaltbar ist. Beim Pufferverstärker gemäß der Erfindung liegenSwitching through the amplifier unit for signals arriving at the amplifier input can be switched to the amplifier output. When the buffer amplifier according to the invention lie

Schaltknacks des Eingangsschalters in den Phasen der vorbereitenden Einschaltung (im Falle des Ultraschall-Array-Betriebs bedeutet dies beispielsweise die Einstellung von Wandlereiementen auf das größte vorwählbare Empfangs- und/oder Sendeflächenmuster); diese Schaltknacks können sich also auf die erst später zu schaltenden Signale nicht störena auswirken. Ein weiterer Schaltknacks, der sich jetzt störend auswirken könnte, liegt in der Phase der Signaldurchschaltung (bei UltraschalJ-Array-Betrieb Umschaltung auf die einzelnen tatsächlichen Empfangs- bzw. Sendeflächenmuster). Diese Signaldurchschaltung erfolgt jedoch gemäß der Erfindung mittels Ausgangsschalter am Ausgang des Pufferverstärkers. Aufgrund der hohen Rückwärtsdämpfung des Pufferverstärkers (im Ultraschall-Array- Betrieb auch im Zusammenspiel mit der hohen Sperrdämpfung von Wandlerserienschaltern) kann nun jedoch dieser Schaltknacks speziell am Ausgang des Pufferverstärkers nicht zur Signalquelle air Eingang des Pufferverstärkers gelangen. Somit werden also auch wie erwünscht in der Phase der Durchschaltung von elektrischen Signalen Schaltknacks der beteiligten Schalter optimal unterdrückt Beim Pufferverstärker gemäß der Erfindung erfolgt sowohl vorbereitende Schaltung als auch durchleitende Schaltung des Pufferverstärkers durch Zu- oder Abschaltung der Versorgungsspannung zu einzelnen Teilen des Pufferverstärkers in bestimmten Zeitabschnitten. Auf diese Weise läßt sich die Gleichstrom-Verlustleistung des einzelnen Pufferverstärkers auf einen Minimalwert absenken. Hohe Verlustleistungen, die insbesondere bei Ultraschall-Array-Betrieb aufgrund einer Vielzahl gleichzeitig eingeschalteter Pufferverstärker auftreten können, werden hierdurch vermieden. Durch Niedrighalten der Versorgungsspannung, z. B. auf Werte im Bereich von 5 bis 10 V, kann die Gesamtverlustleistung eines jeden Pufferverstärkers zusätzlich noch verkleinert werden. Der Pufferverstärker gemäß der Erfindung ist im Aufbau ferner einfach und läßt sich demnach auch bei Wunsch gut integrieren.Switching clicks of the input switch in the phases of preparatory activation (in the case of ultrasonic array operation, this means, for example, setting transducer elements to the largest preselectable receiving and / or transmitting surface pattern); these Switching clicks cannot interfere with the signals to be switched later. A further switching clicks, which could now have a disruptive effect, are in the signal switching phase (included Ultrasonic array operation, switching to the individual actual receiving or transmitting surface patterns). According to the invention, this signal switching takes place by means of an output switch at the output of the Buffer amplifier. Due to the high backward attenuation of the buffer amplifier (in the ultrasonic array Operation also in conjunction with the high blocking attenuation of converter series switches) can now However, this switching crack especially at the output of the buffer amplifier is not related to the input of the signal source Buffer amplifier arrive. Thus, as desired, in the phase of switching through electrical signals switching clicks of the switches involved are optimally suppressed According to the invention, both preparatory circuit and conductive circuit of the takes place Buffer amplifier by connecting or disconnecting the supply voltage to individual parts of the buffer amplifier in certain time periods. To this In this way, the DC power loss of the individual buffer amplifier can be reduced to a minimum value lower. High power dissipation, particularly in the case of ultrasonic array operation due to a large number of buffer amplifiers that are switched on at the same time are avoided in this way. By keeping the supply voltage low, e.g. B. on values in Range from 5 to 10 V, the total power loss of each buffer amplifier can be further reduced. The buffer amplifier according to the invention is also simple in structure and can therefore also be easily integrated if desired.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Unteransprüchen.Further advantages and details of the invention emerge from the description of an exemplary embodiment with reference to the drawing in conjunction with the Subclaims.

In der Figur, die eine Ausführungsform der Erfindung in der Prinzipschaltung darstellt, sind der Signaleingang des Pufferverstärkers mit E und der Signalausgang mit A bezeichnet. Der Eingangsschalter, der aus einem Transistor 71 mit den ohmschen Beschaltungswiderständen Ri, R 2 und /73 sowie dem Steuerschaltein- gang STi besteht, ist mit Se bezeichnet. Der mit Sa gekennzeichnete Ausgangsschalter des Pufferverstärkers umfaßt die Transistoren TlO bis 7f4 und die ohmschen Beschaltungswiderstände R 16 bis R19. Der Steuereingang des Ausgangsschalters Sa zur Betätigung des Ausgangsschalters hat die Bezeichnung 572. Zwischen beiden Schaltern Se und Sa liegt die eigentliche Verstärkereinheit des Pufferverstärkers, die in zwei Funktionsteile unterteilt ist Das erste Funktionsteil umfaßt die Transistoren 73 und 74 mit den ohmschen Beschaltungswiderständen Λ 4 bis Λ 9 und den Beschaltungsdioden Dl bis D 5. Das zweite Funktionsteil wird dann durch die Transistorpaare 75 und 76, 77 und TS sowie den Transistor 79 einschließlich der ohmschen Beschaltungswiderstände R10 bis R15, der Halbleiterdioden D 6 bis D 9 und den Kapazitäten C2 und C3 gebildet. Die Kapazitäten Cl und Ci dienen speziell zur Kompensation des zu hohenIn the figure, which shows an embodiment of the invention in the basic circuit, the signal input of the buffer amplifier is denoted by E and the signal output by A. The input switch, which consists of a transistor 71 with the ohmic circuit resistors Ri, R 2 and / 73 and the control switch input STi , is denoted by Se. The output switch of the buffer amplifier marked with Sa comprises the transistors T10 to 7f4 and the ohmic circuit resistors R 16 to R 19. The control input of the output switch Sa for actuating the output switch has the designation 572. The actual amplifier unit of the buffer amplifier is located between the two switches Se and Sa, which is divided into two functional parts The first functional part comprises the transistors 73 and 74 with the ohmic circuit resistors Λ 4 to Λ 9 and the circuit diodes Dl to D 5. The second functional part is then through the transistor pairs 75 and 76, 77 and TS and the transistor 79 including the ohmic circuit resistors R 10 to R 15, the semiconductor diodes D 6 to D 9 and the capacitors C2 and C3. The capacities Cl and Ci are used specifically to compensate for the excessively high Frequenzen zunehmenden Abfalls des Frequenzganges des Verstärkers. Im Funktionszustand des Pufferverstärkers gemäß der Figur bilden die Transistoren 73 und 74 des ersten Funktionsteiles eine Differenz-Eingangsstufe für die zu schaltenden Signale, beispielsweise der Echoempfangssignale einer Ultraschall-Array-Anordnung. Die Differenz-Eingangsstufe, d. h. die Transistoren 73 und 74, wird aktiviert mit atm Schalten des Transistors 71 des Eingangsschalters Sb Die Aktivierung erfolgt dabei im Sinne einer vorbereitenden Anschaltung der Transistoren 73 und 74 der Differenz-Eingangsstufe der Verstärkereinheit komplett an die Versorgungsspannung ± Uv bei Leitendwerden des Transistors 71 des Eingangsschalters Se aufgrund Anlegen eines Einschaltsignals am Steuereingang S71. Entsprechend den Transistoren 73 und 74 der Differenz-Eingangsstufe werden auch die restlichen Transistoren 75 bis 79 des zweiten Funktionsteiles des Pufferverstärkers an Versorgungsspannung gelegt, vorausgesetzt die Transistoren 710 bis 714 des Ausgangsschalters Sa des Pufferverstärkers sind ebenfalls in den leitenden Zustand geschaltet Sind die Transistoren 710 bis 714 des Ausgangsschalters S_A hingegen gesperrt so sind nur die Transistoren 73 und 74 der Differenz-Eingangsstufe des Pufferverstärkers aktiviert. Letzteres, & h. die Aktivierung der Transistoren 73 und 74 lediglich aufgrund Schaltung des Transistors 71 im Eingangsschalter Se, dient dazu, den Pufferverstärker für einen erst später zu erfolgenden Signalempfang vorbereitend einzuschalten. Im Falle des Ultraschall-Array-Betriebs erfolgt dabei vorbereitende Einschaltung beispielsweise durch Anschaltung einer Mehrzahl von Pufferverstärkern an eine entsprechende Anzahl von Ultraschallwandlerelementen des Ultraschall-Arrays zum Zwecke der vorbereitenden Bildung von bestimmten vorgebbaren Empfangs- und/oder Sendeflächenmustern speziell zum Zwecke der Erzeugung eines mitlaufenden natürlichen Fokus der Ultraschallstrahlen. Im Gegensatz zur Einschaltung gleichzeitig mit Empfang derartiger Signale werden hierdurch keine zusätzlichen Schaltknacks erzeugt, die sich beispielsweise als falsche Sendesignale störend auswirken könnten. Die aufgrund vorbereitender Schaltung erzeugten Schaltknacks liegen außerhalb einer solchen Empfangsphase und bleiben aus diesem Grunde als mögliche Störimpulse außer Betracht Schaltknacks, die, wie eingangs bereits erwähnt, tatsächlich in eine Empfangsphase fallen, sind lediglich Schaltknacks der Ausgangsschalter Sa- Wie angedeutet können diese Schaltknacks aufgrund hoher Rückwärtsdämpfung des Pufferverstärkers bzw. der hohen Sperrdämpfung von Wandlerserienschaltern nicht zum Signaleingang fund damit zu der damit verbundenen Signalquelle gelangen. Im Falle der Wandlerelemente eines Ultraschall-Arrays als Signalquelle bedeutet dies, daß beispielsweise im Empfangsfall von Ultraschallechosignalen Schaltknacks an Ausgangsschaltern eines Pufferverstärkers gemäß der dargestellten Ausführungsform nicht zum zugeschalteten Wandlerelement gelangen und somit ebenfalls nicht Anlaß für die Ausstrahlung falscher Sendeimpulse sein können. Der Pufferverstärker in der dargestellten Form ist so dimensioniert, daß sich bei einem vorgegebenen Lastwiderstand von etwa 250 Ohm, auf den der Verstärker ausgangsseitig arbeitet, eine Spannungsverstärkung um den Faktor zwei ergibt. Eine Verstärkung von insgesamt größer eins ist anzuraten deshalb, damit evtL nachfolgende weitere Verstärkereinheiten mit ihrem Rauschen nicht zu starkFrequencies increasing drop in the frequency response of the amplifier. In the functional state of the buffer amplifier according to the figure, the transistors 73 and 74 of the first functional part form a differential input stage for the signals to be switched, for example the echo reception signals of an ultrasonic array arrangement. The differential input stage, ie the transistors 73 and 74, is activated with atm switching the transistor 71 of the input switch Sb The activation takes place in the sense of a preparatory connection of the transistors 73 and 74 of the differential input stage of the amplifier unit completely to the supply voltage ± Uv at The transistor 71 of the input switch Se becomes conductive due to the application of a switch-on signal at the control input S71. Corresponding to the transistors 73 and 74 of the differential input stage, the remaining transistors 75 to 79 of the second functional part of the buffer amplifier are also connected to the supply voltage, provided that the transistors 710 to 714 of the output switch Sa of the buffer amplifier are also switched to the conductive state 714 of the output switch S _A, however, blocked so only the transistors 73 and 74 of the differential input stage of the buffer amplifier are activated. The latter, & h. the activation of the transistors 73 and 74 merely due to the switching of the transistor 71 in the input switch Se serves to switch on the buffer amplifier in preparation for a signal reception to be carried out later. In the case of the ultrasonic array operation, preparatory activation takes place, for example, by connecting a plurality of buffer amplifiers to a corresponding number of ultrasonic transducer elements of the ultrasonic array for the purpose of the preparatory formation of certain predeterminable reception and / or transmission surface patterns especially for the purpose of generating a concurrent natural focus of the ultrasonic rays. In contrast to switching on at the same time as receiving such signals, this does not generate any additional switching clicks which, for example, could have a disruptive effect as incorrect transmission signals. The switching crack generated due preparatory circuit outside of such a reception phase and remain for this reason, as potential glitches disregarded switching crack, which, as already mentioned, actually fall into a receiving phase, only switching crack the output switches are Sa- As indicated, these switching crack may be due to high Backward attenuation of the buffer amplifier or the high blocking attenuation of converter series switches do not reach the signal input and thus the signal source connected to it. In the case of the transducer elements of an ultrasonic array as a signal source, this means that, for example, when receiving ultrasonic echo signals, switching clicks at the output switches of a buffer amplifier according to the embodiment shown do not reach the connected transducer element and thus cannot be the reason for the emission of false transmit pulses. The buffer amplifier in the form shown is dimensioned in such a way that a voltage gain by a factor of two results for a given load resistance of approximately 250 ohms, at which the amplifier operates on the output side. An overall gain greater than one is therefore advisable so that any subsequent additional amplifier units with their noise are not too strong

auf das Ausgangssignal des Pufferverstärkers einwirken können. Spezielles Konzept eines Pufferverstärkers in der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist also die Einschaltung der Stromversorgung für den gesamten Pufferverstärker mittels zweier Schalter, nämlich des Eingangsschalters Se und des Ausgangsschalters Sa- Die Ausschaltung des Pufferverstärkers durch Abschaltung von der gesamten Stromversorgung erfolgt jedoch bereits mittels nur eines einzelnen Schalters, nämlich des Eingangsschalters Se- Grund für diese Wirkungsweise ist, daß sämtliche Transistoren T3 bis 7Ί4 der Verstärkereinheit einerseits und des Ausgangsschalters S_A andererseits in schaltungsmäßiger Aufeinanderfolge komplementär sind, d.h. beispielsweise auf einen npn-Transistor entsprechend ein pnp-Transistor und umgekehrt folgtcan act on the output signal of the buffer amplifier. A special concept of a buffer amplifier in the embodiment according to the invention is the switching on of the power supply for the entire buffer amplifier by means of two switches, namely the input switch Se and the output switch Sa- The buffer amplifier is switched off by switching off the entire power supply, however, by means of just a single switch, namely of the input switch Se- The reason for this mode of operation is that all the transistors T3 to 7Ί4 of the amplifier unit on the one hand and the output switch S _A on the other hand are complementary in a circuit-like sequence, that is, for example, an npn transistor is followed by a pnp transistor and vice versa

Der Pufferverstärker in der dargestellten erfindungsgemäßen Form zeichnet sich darüber hinaus auch durch besondere Spannungsfestigkeit bezüglich Spannungen größer als die Versorgungsspannung ± Uv aus. Bei zu hoher positiver Spannung am Signaleingang E (gegenüber Versorgungsspannung Uv) übernimmt beispielsweise der Transistor Ti mit der Diode D 3 sowie der Diode D 2 die Sperrspannung. Bei negativen Spannungen ergibt sich die Übernahme der Sperrspannung durch die Diode D1 und die Kollektor-Basis-Diode des Transistors T3. Entsprechend übernimmt bei Überspannung am Ausgang im positiven Fall die Diode D 8 und die Kollektor-Basis-Diode des Transistors 79 die Sperrspannung. Bei zu großen negativen Spannungen ergibt sich hingegen Sperrung durch die Diode D 9 und die Kollektor-Basis-Diode des Transistors Tl. Die Schaltungskonzeption des Pufferverstärkers gemäß der dargestellten Form sorgt ferner auch dafür, daß Stromeingang und auch Stromausgang des Pufferverstärkers spannungsmäßig nahe bei Null liegen, so daß Offset-Spannungen des Verstärkers klein sind und sich somit bei Schalten am Ein- und Ausgang des Pufferverstärkers von vornherein nur kleine Spannungssprünge (Schaltknacks) ergeben. Kleiner Offset speziell am Ausgang wird dabei durch weitgehenden symmetrischen Aufbau des Transistorendteiles des Verstärkers einschließlich des Ausgangsschalters Sa bewirkt. Im speziellen wird die Unsymmetrie durch die Transistoren 7"1O und TU in der oberen Hälfte des Ausgangsschalters Sa durch eine Diode D 7 in der unteren Hälfte des Endteiles des Pufferverstärkers ausgeglichen, wobei die Dioden D 4, D 5 und D 6 zur Kompensation der Temperaturgänge der Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren T 5, TT, Γ9 und Γ10 als zwei in Serie geschaltete Dioden ausgebildet sind. Weitere Symmetriehälften speziell auch für den Offset-Eingang liefern auch die Eingangsbauelemente des ersten Funktionsteiles des Pufferverstärkers, d.h. speziell die Dioden Di bis DS mit den ohmschen Widerständen R 5 bis R 9, Darüber hinaus stellen in dei dargestellten Ausführunffsform die Transistoren TM und 7" 14 im Ausgangsschalter Sa gegeneinandei geschaltete Stromquellen dar, die nur dann Strorr führen können, wenn ein und derselbe Strom durch beide Stromquellen hindurchfließt, d. h. jeder der beider Transistoren gleichzeitig leitend ist. Aufgrund diesel speziellen Schaltverbindung im Ausgangsschalter S, wird verhindert, daß möglicherweise der aus zwe Hälften bestehende Ausgangsschalter in den Halfter 7Ί0 und 7Ί1 bzw. Γ12 zeitlich ungleichmäßig schaltet Ungleichmäßiges Schalten, d.h. Zeitverzögerunger zwischen den Zeitpunkten tatsächlichen Durchschalten: der Transistoren in beiden Schalterhälften, könnt«The buffer amplifier in the form according to the invention shown is also characterized by a special dielectric strength with respect to voltages greater than the supply voltage ± Uv . If the positive voltage at the signal input E is too high (compared to the supply voltage Uv) , for example, the transistor Ti with the diode D 3 and the diode D 2 take over the reverse voltage. In the case of negative voltages, the reverse voltage is taken over by the diode D 1 and the collector-base diode of the transistor T3. Correspondingly, in the event of an overvoltage at the output, in the positive case, the diode D 8 and the collector-base diode of the transistor 79 take over the reverse voltage. If the negative voltages are too high, however, there is blocking by the diode D 9 and the collector-base diode of the transistor Tl. The circuit design of the buffer amplifier according to the form shown also ensures that the voltage input and output of the buffer amplifier are close to zero so that offset voltages of the amplifier are small and therefore only small voltage jumps (switching clicks) occur from the outset when switching at the input and output of the buffer amplifier. Small offset, especially at the output, is caused by the largely symmetrical structure of the transistor end part of the amplifier including the output switch Sa. In particular, the asymmetry caused by the transistors 7 "10 and TU in the upper half of the output switch Sa is compensated for by a diode D 7 in the lower half of the end part of the buffer amplifier, the diodes D 4, D 5 and D 6 to compensate for the temperature responses the base-emitter voltages of transistors T 5, TT, are Γ9 and Γ10 designed as two series-connected diodes. More symmetry halves especially for the offset input can also supply the input devices of the first functional part of the buffer amplifier, that is, specifically, the diodes Di to DS with the ohmic resistances R 5 to R 9, In addition, in the embodiment shown, the transistors TM and 7 "14 in the output switch Sa represent current sources connected against one another, which can only carry currents when one and the same current flows through both current sources, ie each of the two transistors is conductive at the same time. Due to the special switching connection in the output switch S, it is prevented that the output switch consisting of two halves in the holsters 7Ί0 and 7Ί1 or Γ12 switches unevenly in time.

!5 möglicherweise 7» unzulässig hohen Schal (knacksen an Ausgang des Pufferverstärkers führen. Die Symmetrie rung des Schaltverhalten:; durch die Transistoren Ti; und 7Ί4 bewirkt jedoch äußerst exaktes gleichmäßige: Einschalten, wodurch auch in diesem Sinne unzulässij hohe Schaltknacks von vornherein vermieden werden Ein weiterer Vorteil des Pufferverstärkers gemäß dei dargestellten Form ist die rauschoptimale Auslegung der Eingangsschaltung des Pufferverstärkers, insbeson dere die Anpassung an den Quellenwiderstand dei Signalquelle in der Größenordnung von etwa 1 kOhn speziell bei Ultraschall-A rray-Betrieb. Die rauschopti male Auslegung ergibt sich dadurch, daß die wechsel strommäßig wirksamen Gegenkoppelwiderstände Ri bzw. R6 der Eingangsstufe in ihren Werten jeweil:! 5 possibly 7 » inadmissibly high noise (cracks lead to the output of the buffer amplifier. The symmetry of the switching behavior :; by the transistors Ti; and 7Ί4 , however, results in extremely precise, even: switching on, which in this sense also avoids inadmissibly high switching clicks from the outset Another advantage of the buffer amplifier according to the form shown is the noise-optimized design of the input circuit of the buffer amplifier, in particular the adaptation to the source resistance of the signal source in the order of magnitude of about 1 kOhn, especially for ultrasonic array operation that the values of the negative feedback resistances Ri and R6 of the input stage, which are effective in terms of alternating current, are:

kleiner gewählt sind als der rauschende ohmsch( Innenwiderstand der Signalquelle am Eingang E de: Pufferverstärkers. Im FaJIe des Ultraschall-Array-Be triebs betragen beispielsweise die Werte der Widerstän de R 5 und R 6 etwa 250 Ohm, während der rauschende Innenwiderstand der Sign.nlquelle etwa 1 kOhm beträgt Voraussetzung für eine derartige Dimensionierung dei Gegenkoppelwiderstände ist jedoch der exakte symme trische Aufbau auch der Eingangsschaltung de: Pufferverstärkers, damit eine Gleichstromstabilisierunj der Transistoren Γ3 und TA schon mit den niederohmi gen Widerständen R 5 und R 6 erreichbar ist Nebei dem eingangs bereits erwähnten Vorteil der niedrige! Gleichstrom-Verlustleistung des einzelnen Pufferver stärkers ergibt sich mit der gewählten erfindungsgemäare selected to be smaller than the noisy ohmic (internal resistance of the signal source at the input E de: buffer amplifier. In the case of ultrasonic array operation, for example, the values of the resistances R 5 and R 6 are around 250 ohms, while the noisy internal resistance of the Sign. The prerequisite for such a dimensioning of the negative feedback resistors is the exact symmetrical structure of the input circuit de: buffer amplifier, so that a direct current stabilization of the transistors Γ3 and TA can be achieved with the low-resistance resistors R 5 and R 6 The already mentioned advantage of the low DC power loss of the individual buffer amplifier is obtained with the selected according to the invention

« Ben Schaltungskonzeption des Pufferverstärkers aucl eine lineare Arbeitsweise des Pufferverstärkers inner halb eines vorgebbaren 'iiereichs zwischen Eingangs spannung und Ausgangsspannung, so daß eingehend« Signale, beispielsweise Ultraschallechosignale eine:«Ben circuit design of the buffer amplifier aucl a linear mode of operation of the buffer amplifier within a predeterminable range between inputs voltage and output voltage, so that incoming signals, for example ultrasonic echo signals:

Ultraschall-Arrays, nicht verzerrt werden. Die Span nungsfestigkeit am Ausgang gegenüber einer nichtlinea ren Verzerrung ist dabei lauf jeden Fall größer als jeni Spannung, die der Spannung am Eingang, multiplizier um den Verstärkungsfaktor, entspricht (bei vorgegebe nem Abschlußwiderstand und Aufaddiereffekten).Ultrasound arrays, not be distorted. The voltage strength at the output compared to a non-linear Its distortion is always greater than that Voltage that corresponds to the voltage at the input, multiplied by the gain factor (if specified nem terminating resistor and add-up effects).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 patent address:

1. Pufferverstärker für elektrische Signale, der mit Transistoren ausgerüstet ist, insbesondere zum Einsatz als Schaltknackunterdrücker bei Ultraschall-Sende- bzw. -Empfangsschaltern eines Ultraschall-Arrays, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Eingangsschalter (S₁;), einen Ausgangsschalter (Sa) und eine Verstärkereinheit aufweist, welche in zwei Funktionsteile unterteilt ist, von denen das eine Funktionsteil durch den Eingangsschaiter (Se) noch vor Eintreffen eines elektrischen Eingangssignals vorbereitend an Versorgungsspannung (± Uv) anschaltbar ist, während das zweite Funktionsteil noch von der Versorgungsspannung abgeschaltet ist und daß erst bei Betätigung des Ausgangsschalters (S_A) auch das zweite Funktionsteil an die Versorgungsspannung im Sinne der nunmehrigen Durchschaltung der Verstärkereinheit für am Verstärkereingang (E) eintreffende Signale zum Verstärkerausgang ^schaltbar ist1. Buffer amplifier for electrical signals, which is equipped with transistors, in particular for use as a switching click suppressor in ultrasonic transmitting or receiving switches of an ultrasonic array, characterized in that it has an input switch (S ₁ ;), an output switch (Sa) and an amplifier unit, which is divided into two functional parts, of which one functional part can be switched on by the input switch (Se) in preparation for the supply voltage (± Uv) even before the arrival of an electrical input signal, while the second functional part is still switched off from the supply voltage and that only when the output switch (S _A ) is actuated, the second functional part can also be switched to the supply voltage in the sense of now switching through the amplifier unit for signals arriving at the amplifier input (E) to the amplifier output ^

2. Pufferverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Transistoren (TZ bis 7Ί4) sowohl beider Funktionsteile der Verstärkereinheit als auch des Verstärker-Ausgangsschalters (Sa) in schaltungsmäßiger Aufeinanderfolge komplementär sind, d.h. beispielsweise auf einen npn-Transistor entsprechend ein pnp-Transistor und umgekehrt folgt.2. Buffer amplifier according to claim 1, characterized in that all the transistors (TZ to 7Ί4) of both the functional parts of the amplifier unit and the amplifier output switch (Sa) are complementary in circuit sequence, that is, for example, to an npn transistor corresponding to a pnp transistor and vice versa follows.

3. Pufferverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Eingangsfunktionsteil der Verstärkereinheit im wesentlichen zwei Transistoren (Ti, TA) umfaßt, die eine Differenz-Eingangsstufe für zu schaltende elektrische Signale bilden.3. Buffer amplifier according to claim 1 or 2, characterized in that the input function part of the amplifier unit essentially comprises two transistors (Ti, TA) which form a differential input stage for electrical signals to be switched.

4. Pufferverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz-Eingangsstufe unter Einsatz der Beschaltungselemente für die Transistoren (T3, T4), wie ohmsche Beschaltungswiderstände (R 5 bis R 9) und Halbleiterdioden (D 1 bis DS), weitgehend symmetrisch aufgebaut ist, so daß der Eingangs-Offset klein ist4. Buffer amplifier according to claim 3, characterized in that the differential input stage using the wiring elements for the transistors (T3, T 4), such as ohmic wiring resistors (R 5 to R 9) and semiconductor diodes (D 1 to DS), largely symmetrical is constructed so that the input offset is small

5. Pufferverstärker nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auch das zweite Funktionsteil der Verstärkereinheit einschließlich des Ausgangsschalters (Sa) weitgehend symmetrisch aufgebaut ist, so daß auch der Ausgangs-Offset klein ist.5. Buffer amplifier according to claim 1 to 4, characterized in that the second functional part of the amplifier unit including the output switch (Sa) is largely symmetrical, so that the output offset is also small.

6. Pufferverstärker nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Unsymmetrien in einer der Symmetriehälften eines oder beider Funktionsteile der Verstärkereinheit und insbesondere auch des Ausgangsschalters (Sa), z. B. aufgrund unsymmetrischer Transistorschaltung, durch Einsatz von Symmetriegliedern, z.B. Halbleiterdioden (D7) o. dgl, in der jeweils anderen Symmetriehälfte ausgeglichen werden.6. Buffer amplifier according to claim 4 or 5, characterized in that asymmetries in one of the symmetry halves of one or both functional parts of the amplifier unit and in particular also of the output switch (Sa), for. B. due to asymmetrical transistor circuit, through the use of symmetry elements, such as semiconductor diodes (D7) o. The like, can be balanced in the other half of the symmetry.

7. Pufferverstärker nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangsschalter (S_A) zur zeitlich gleichmäßigen Einschaltung beteiligter Schaltelemente zwei gegeneinander geschaltete Stromquellen (TM, TiA) umfaßt die den Ausgangsschalter zur Schaltung aktivieren nur dann, wenn durch beide Stromquellen gleichzeitig Strom fließt.7. Buffer amplifier according to claim 1 to 6, characterized in that the output switch (S _A ) for the temporally uniform switching on involved switching elements comprises two mutually connected current sources (TM, TiA) which activate the output switch for switching only when current through both current sources at the same time flows.

8. Pufferverstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquellen Transistorstromquellen fT 13, Γ14) sind.8. Buffer amplifier according to claim 7, characterized in that the current sources are transistor current sources fT 13, Γ14).

9. Pufferverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Eingangsfunktionsteil der Verstärkereinheit die wechselstrommäßig wirksamen Gegenkoppelwiderstände (RS bzw. Ä6) der dortigen Transistoren (T3, Γ4) in ihren Weiten jeweils kleiner gewählt sind als der rauschende Innenwiderstand einer Signalquelle am Eingang (E) der Verstärkereinheit9. Buffer amplifier according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the input function part of the amplifier unit the alternating current effective negative feedback resistances (RS or Ä6) of the transistors there (T3, Γ4) are each selected smaller in their widths than the noisy internal resistance of a signal source at the input (E) of the amplifier unit

10. Pufferverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleiterdioden (D4, DS, DS) in beiden Funktionsteilen der Verstärkereinheit in Zweierserienschaltung zur Kompensation von Temperaturfehlern von Verstärkertransistoren (TS, T7,79, riO)dienea10. Buffer amplifier according to one of claims 1 to 9, characterized in that semiconductor diodes (D4, DS, DS) are used in both functional parts of the amplifier unit in a two-series circuit to compensate for temperature errors of amplifier transistors (TS, T7, 79, riO)