DE2747282A1

DE2747282A1 - Schaltbarer elektrischer daempfer

Info

Publication number: DE2747282A1
Application number: DE19772747282
Authority: DE
Inventors: Desmond Lewis Murphy
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1976-10-29
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1978-05-03
Also published as: JPS5360139A; GB1568105A; FR2369741A1; JPS56168419A; DE2747282B2; NL171762B; JPS6028449B2; NL7711022A; CA1100201A; JPS5754016B2; US4121183A; DE2747282C3; FR2369741B1; NL171762C

Description

Dr.-lng. Ernst Stratmann Patentanwalt

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4 D Li s s e I d ο r f 1 ■ S r h a d ο w ρ I a t ζ 9

.Düsseldorf, 19. Okt. 1977

PF 2382-4
7772

Tektronix, Inc.

Beaverton, Oreg., V. St. A,

Schaltbarer elektrischer Dämpfer

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren elektrischen Dämpfer, insbesondere einen solchen mit programmierbaren Schaltstufen.

Bisher bekannte programmierbare Hochimpedanzdämpfer waren von Drehbauart oder Drehknopfbauart und benutzten elektromechanische Schalteinrichtungen. Derartige Dämpfer sind verhältnismäßig aufwendig und sind mit dem Problem der geringen Zuverlässigkeit und der verhältnismäßig schlechten Wirkungsweise behaftet. Ein Versuch, dieses Problem der schlechten Arbeitsweise von Drehknopfdämpfern zu beseitigen, ist das in der US-Patentschrift 3 753 17o wiedergegebene Gerät, bei dem passive Hybriddämpferelemente auf einer Schaltdruckplatte montiert sind und die Schaltung zwischen den Elementen mit Hilfe von mit einer Nockenscheibe betätigten, auf der Druckschaltplatte montierten Kontakten erreicht wird. Ein derartiger Dämpfer ist jedoch nicht in einfacher Weise programmierbar, außerdem sind die Kontakte mit den gleichen Problemen behaftet, die auch bei drehknopfartigen Dämpfern vorhanden sind, d. h., die Kontakte unterliegen der Lochbildung, der Abnutzung, der Entwicklung von unebenen Oberflächen, der Oxidation und der Verschmutzung. Bei Anwendung

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für sehr hohe Frequenzen führen die vorgenannten nachteiligen Eigenschaften zu einer Verschlechterung der Wirkungsweise.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen programmierbaren, schaltbaren elektrischen Dämpfer derart auszubilden, daß sich eine erhöhte Zuverlässigkeit und eine verlängerte Lebensdauer ergeben. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst.

Erfindungsgemäß wird also ein Stufendämpfer hoher Impedanz geschaffen, der Feldeffekt-Transistor-Schaltungen benutzt, um sowohl die Programmierung zu erleichtern, als auch die Probleme zu beseitigen, die bei elektromechanischen Schaltkontakten auftreten. Der Dämpfer gemäß der Erfindung umfaßt sowohl Hochimpedanz- als auch Niedrigimpedanzabschnitte, die auf einer Schalttafel montiert sind, und verwendet passive Hybriddämpferelemente, um die Dämpfung der elektrischen Signale zu ermöglichen. Der Kanalwiderstand der Feldeffekt-Transistoreinrichtungen (FET-Einrichtungen) ist in der Schaltkreiskonstruktion einbezogen. Zusätzliche aktive FET-Schalter und passive Netzwerke sind in dem Hochimpedanzdämpferabschnitt vorgesehen, um parasitäre Kapazitäten zu kompensieren. Der niedrige Impedanzdämpferabschnitt umfaßt ein FET-geschaltetes Spannungsteilernetzwerk, um ein Niedrigimpedanzdämpfungssystem zu bilden,

Der dadurch geschaffene programmierbare Dämpfer, der aktive FET-Schaltungen anwendet, besitzt nicht nur vorteilhafterweise eine erhöhte Zuverlässigkeiz und vergrößerte Lebensdauer, sondern ist außerdem noch von einfacher, kompakter und billiger Konstruktion, welche leicht programmierbar ist und eine außerordentlich breite Frequenzantwort besitzt.

Der bis zu außerordentlich hohen Frequenzen reichende Betrieb ergibt sich insbesondere dadurch, daß aktive FET-Schaltungen sowohl bei den Hochimpedanzdämpferabschnizten als auch bei den Niedrigimpedanzdämpferabschnitten angewendet werden.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist und einen programmierbaren Hochimpedanzdämpfer zeigt, der Feldeffekt-Transistorschaltungen sowohl in den Hochimpedanzabschnitten als auch in den Niedrigimpedanzabschnitten anwendet. Im Hochimpedanzabschnitt werden passive Hybriddämpferelemente verwendet, um eine Dämpfung der elektrischen Signale zu erreichen, wobei sowohl Serienschaltung als auch Reihenschaltung bei der aktiven Schaltung angewendet wird, um geeignete Signalwege zueinander auszurichten. Der Niedrigimpedanzverstärkerabschnitt umfaßt ein FET-geschaltetes Widerstandsnetzwerk.

Die einzige Figur zeigt ein schematisches Diagramm der vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung.

Der erfindungsgemäße Dämpfer liefert Dämpfungswerte in einer 1-2-5 Stufenfolge zwischen einem Eingangsanschluß 1 und einem Ausgangsanschluß 3, um verschiedenartige Eingangssignale auf Pegel herabzuteilen, die im nachfolgenden Verarbeitungsschaltkreis anwendbar sind. Derartige Dämpfer umfassen einen Hochimpedanzeingangsabschnitt, um die Belastung einer mit dem Eingangsanschluß 1 verbundenen Signalquelle möglichst klein zu machen, sowie einen Niedrigimpedanzausgangsabschnitt, der über dem Anschluß 3 mit dem vorgenannten nachfolgenden Verarbeitungsschaltkreis verbunden ist, welcher beispielsweise der Vertikalverstärkerkanal eines Oszillographen sein kann. Der Dämpfer umfaßt auf einer Schaltplatte montierte Bauteile, so daß eine kompakte, leichtgewichtige Einheit geliefert wird. Die Eingangsimpedanz kann typischerweise bei 1 oder bei 1o Megohm liegen, während die Ausgangsimpedanz in der Größenordnung von wenigen 1oo Ohm liegt.

Im gesamten Dämpfer werden Feldeffekttransistoren (FET) zur Schaltung der geeigneten Teilerverhältnisse in dem Schaltkreis verwendet. Der Hochimpedanzabschnitt umfaßt FET-Schalter 5, 7 und 9 und der Niedrigimpedanzabschnitt umfaßt FET-Schalter 11, 13, 15 und 17. Ein zusätzlicher FET-Schalter 19 kann in

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dem Hochimpedanzabschnitt vorgesehen sein, um die Effekte von parasitärer Kapazität zu vermindern, wie noch später erläutert wird. Die verwendeten FET besitzen einen Kanalwiderstand in der Größenordnung von wenigen Ohm, welcher Wert bei der Wahl der Dämpferbauteilwerte berücksichtigt wird.

Eine Steuerung 21 ist mit den FET-Schaltern 5-19 über Steuerungsleitungen 23, 25, 27 und 29 und Widerständen 31 bis 38 verbunden, um schaltende Steuervorspannungen an die Gates der FETs anzulegen. Eine derartige Steuerung 21 kann geeigneterweise jede Einrichtung sein, die in der Lage ist, eine programmierbare Steuerung der Dämpferschaltung zu liefern, wie beispielsweise ein Mikroprozessor o. dgl. Alternativ kann ein nockenbetätigter Schalter verwendet werden, der beispielsweise in der US-Patentschrift 3 562 464 dargestellt ist, um auf den Leitungen 23 - 29 die Steuerspannungen zu erzeugen.

Bei der dargestellten Ausführungsform liefert der Hochimpedanzdämpfungsabschnitt Dämpfungsverhältnisse von 1 : 1 und 1o : 1 , und es ist zu erkennen, daß zur Auswahl des Verhältnisses die Spannung an den Steuerleitungen 23 und 25 komplementär sind, so daß dann, wenn FET 5 eingeschaltet wird, die FETs 7 und

9 abgeschaltet werden, und umgekehrt. Wenn FET 5 aktiviert ist, liefert er eine direkte Verkuppelung des Eingangssignals mit einem Pufferverstärker 4o. Das Dämpfungsverhältnis von

10 : 1 wird von einer Hybriddämpfereinrichtung 43 geliefert, die in den Schaltkreisweg durch Aktivierung der FETs 7 und 9 eingeschaltet wird. Die Hybriddämpfereinrichtung ist von der Bauart, wie sie von der US-Patentschrift 3 753 17o gelehrt wird, und umfaßt passive Widerstands- und Kapazitätselemente, um eine geeignete Teilung des Eingangssignals zu erreichen. Derartige Hybriddämpfereinrichtungen können so konstruiert werden, daß sie jeden gewünschten Dämpfungswert liefern, so daß sie nicht auf das bei diesem Schaltkreis angewendete Verhältnis von 1o : 1 begrenzt sind.

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Wenn der FET 7 abgeschaltet ist, kann die über diesem Transistor liegende eingegebene Kapazität zu leichten Abweichungen bei den Signalen an der Quelle des FET 5 führen. Dieser Effekt kann durch einen zusätzlichen FET-Schalter 19 verringert werden, der eine Kapazität 45 in den Schaltkreis einschaltet, wenn FET 5 eingeschaltet und FET 7 abgeschaltet ist.

Der Hochimpedanzeingangsabschnitt kann auch Eingangsschalteinrichtungen 47 umfassen, die typischerweise aus passiven Bauteilen bestehen und eine genaue Einstellung der Eingangsimpedanz auf einen vorbestimmten Wert ermöglichen und eine Auswahl der Eingangsverkopplung liefert. Diese Eingangsnetzwerke sind von herkömmlicher Bauart und dem Durchschnittsfachmann bekannt. Ein derartiger Eingangsschaltkreis 47 kann weiterhin zusätzliche Dämpfungselemente oder Vorkonditionierungsschaltkreise enthalten, um die Halbleitereinrichtungen des erfindungsgemäßen Dämpfers vor Beschädigung zu bewahren. Wenn beispielsweise Hochspannungsamplituden erwartet werden, können Reedschalter oder dergleichen am Eingang der ersten Dämpferstufe verwendet werden.

Hochimpedanzdämpferabschnitt und Niedrigimpedanzdämpferabschnitt sind durch einen dazwischen angeordneten Pufferverstärker 4o voneinander isoliert. Der Pufferverstärker 4o kann einen herkömmlichen FET-Quellenfolger oder einen bipolaren Transistoremi tterf olger umfassen.

Der Niedrigimpedanzdämperabschnitt umfaßt ein geschaltetes Widerstandspannungsteilernetzwerk, das die Widerstände 5o, 52 und 54 umfaßt, die in Verbindung mit den Kanalwiderständen der FET benutzt werden. Wenn FETs 11 und 17 aktiviert werden, werden die FETs 13 und 15 abgeschaltet, und dieser Serienwiderstandsweg umfaßt den Kanalwiderstand von FET 11 und den Widerstand 5o, während der Nebenschluß zur Masse hin die parallele Kombination der Widerstände 52 und 54 und die Kanalwiderstände der FETs 17 und 56 umfaßt. Wenn andererseits die FETs 13 und 15 aktiviert sind, sind die FETs 11 und 17 abgeschaltet, und

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der Serienwiderstandsweg wird von dem Kanalwiderstand des FET 15 und vom Widerstand 52 gebildet, während der Nebenschlußwiderstandsweg von der Parallelkombination der Widerstände 5o und 54 und der FETs 13 und 56 gebildet wird. Der FET 56 liefert eine thermische Kompensation für die FETs 13 und 17. Wenn man annimmt, daß der Kanalwiderstand der FET-Einrichtungen extrem niedrig ist, können den Widerständen 5o, 52 und 54 Widerstandswerte von etwa 2oo Ohm, 5oo Ohm bzw. 333 Ohm zugewiesen werden, um Dämpfungsverhältnisse von 2 : 1 bzw. 5 : 1 zu erhalten. Wenn daher die FETs 11 und 17 aktiviert werden, wird das Signal vom Pufferverstärker 4o in einem Verhältnis von 2 : 1 herabgeteilt. Wenn die FETs 13 und 15 aktiviert werden, wird das Signal mit einem Verhältnis von 5 : 1 herabgeteilt. Diese Art von Dämpfer wird als Sprossendämpfer bezeichnet, siehe dazu auch die parallele Patentanmeldung P (entsprechend US-Anmeldung 737 123).

Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu erkennen, daß die wiedergegebene Ausführungsform Dämpfungsverhältnisse von 2:1, 5 : 1, 2o : 1 und 5o : 1 liefert. Um Dämpfungsverhältnisse von 1 : 1 und 1o : 1 zu erhalten, werden die Signale, die durch Faktoren von 2 bzw. 2o geteilt werden, mit einem Faktor von 2 verstärkt. Dies wird durch einen verstärkungsgeschalteten Verstärker 6o erreicht, der ein herkömmlicher Operationsverstärker o. dgl. sein kann. Verstärkungsfaktoren von 1 und können durch Einschaltung geeigneter Widerstände unter der Steuerung von Signalen auf Leitungen 62 und 64 von der Steuerung 21 aus gewählt werden.

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-AO-

Leerseite

Claims

Patentansprüche ;

Schaltbarer elektrischer Dämpfer, mit einem Eingangsanschluß oder einem Ausgangsanschluß und zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß angeordneten Schaltkreiseinrichtungen, einschließlich einer Vielzahl von Impedanzeinrichtungen, gekennzeichnet durch programmierbare Schalteinrichtungen, die eine Vielzahl von Feldeffekttransistoren (5 - 19) aufweisen, um die Impedanzeinrichtungen selektiv miteinander zu verbinden, um auswählbare Dämpfungsnetzwerke mit vorbestimmten Dämpfungswerten zu schaffen.
2. Dämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreiseinrichtungen einen Hochimpedanzdämpferabschnitt, der mit dem Eingangsanschluß (1) verbunden ist, und einen Niedrigimpedanzdämpferabschnitt aufweisen, der mit dem Ausgangsanschluß (3) verbunden ist, wobei Hochimpedanzdämpferabschnitt und Niedrigimpedanzdämpferabschnitt durch einen zwischen ihnen angeordneten Pufferverstärker (4o) voneinander isoliert sind.
3. Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochimpedanzdämpferabschnitt eine Hybriddämpfereinrichtung (43) umfaßt, die einen vorbestimmten Dämpfungswert aufweist und zwischen einem Paar von Feldeffekttransistoren (7, 9) in Serie angeordnet ist, sowie einen Nebenschluß-

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feldeffekttransistor (5), der zu der Serienkombination aus Hybriddämpfereinrichtung (43) und dem Paar von Feldeffekttransistoren (7, 9) liegt, wobei die Feldeffekttransistoren (5, 7, 9) so ausgeführt sind, daß sie selektiv ein- und ausgeschaltet werden können, um einen auswählbaren Signalweg durch sie hindurch zu schaffen.
4. Dämpfer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Niedrigimpedanzdämpferabschnitt erste Widerstandseinrichtungen (5o) und zweite Widerstandseinrichtungen (52) umfaßt, von denen jeweils das eine Ende mit dem Ausgangsanschluß (3) verbunden ist, während ihre entgegengesetzten Enden so ausgeführt sind, daß sie selektiv über die Schalteinrichtungen (11 bis 17) mit dem Ausgang des Pufferverstärkers (4o) und mit Masse verbunden werden können, so daß ein Spannungsteiler gebildet wird, bei dem einer der Widerstandseinrichtungen (5o bzw. 52) mit einem Signalweg zwischen dem Pufferverstärker (4o) und dem Ausgangsanschluß (3) in Serie liegt, während die andere Widerstandseinrichtung (52 bzw. 5o) bezüglich dieses Signalweges einen Nebenschluß bildet.
5. Dämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Widerstandseinrichtungen (5o, 52) unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen, so daß zwei Dämpfungsverhältnisse dadurch geschaffen werden.
6. Dämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Niedriginpedanzdämpferabschnitt noch eine dritte Widerstandseinrichtung (54) aufweist, die zwischen dem Ausgangsanschluß (3) und Masse angeschlossen ist, um vorbestimmte Spannungsteilerverhältnisse zu liefern.
7. Dämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Niedrigimpedanzdämpferabschnitt noch einen Feldeffekttransistor (56) in Serie mit der dritten Widerstandseinrich-

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tung (54) umfaßt, um für die Schalteinrichtungen eine Widerstandskompensation zu liefern.
8. Dämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Programmiereinrichtungen (21) zur Lieferung von Schaltsteuersignalen gemäß vorbestimmten Dämpfungsverhältnissen.

Beschreibung;

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