DE2905847B1 - Steuerbarer Spannungsteiler - Google Patents

Description

• In der Figur sind die Eingangsklemmen der Schaltung mit EK1 und EK2 und die Eingangsspannung mit UE bezeichnet. Über einen Koppelkondensator C1gelangt die Spannung an einen ohmschen Parallelwiderstand R1. Parallel zu diesem Widerstand R1 liegt eine Spannungsteilerkette aus den in Serie geschalteten ohmschen Widerständen R2, R3 und R4, wobei nach dem letzten Widerstand R4 gegen Masse eine Kapazität C2 (Blockkondensator) eingeschaltet ist. Von den Abgriffen AK1, AK2 und AK3 der ohmschenWiderstände R2, R3 und R4 der Spannungsteilerkette werden die Emitter-Kollektorstrecken von Schalttransistoren TR1, TR2, TR3 angesteuert, und zwar über ohmsche Serienwiderstände R5, R6 und R7. Die einzelnen Schalttransistoren TRl, TR2 und TR3 erhalten ihre Steuerspannung über ohmsche Basiswiderstände RS, R9 und RiO von Steuereingängen S1, S2 und 53, an denen Steuergleichspannungen US1, US2 und US3 angelegt werden. An diese Steuereingänge sind ohmsche Querwiderstände Rist,R12 und R13 angeschlossen, welche dazu dienen, daß die Basis der nicht durchgeschalteten Transistoren an Masse gelegt wird.
• Anstelle der dargestellten Schalttransistoren können auch andere elektronische (z. B. FET) oder mechanische Schalter verwendet werden.
• Die Kollektoren der Transistoren TRl, TR2 und TOR 3 sind zu einem Punkt zusammengeführt und an einen ohmschen Serienwiderstand R14 angeschlossen, der mit der Basis eines Transistors TR4 verbunden ist. An den Kollektor dieses Transistors TR4 wird die Betriebsspannung UB über einen ohmschen Serienwiderstand R20 und eine Querkapazität C3 (Blockkondensator) angelegt. Der Emitter des Transistors ist mit einem R-C-Netzwerk aus der Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes R21 und eines Kondensators C4 verbunden, wobei an den Ausgang dieser Schaltung die eine Ausgangsklemme EK3 angeschlossen ist. Zwischen dieser Ausgangsklemme EK3 und der auf Masse liegenden Ausgangsklemme EK4 wird die Ausgangsspannung UA an einem der Stromeinstellung beim Transistor TOR 4 dienenden ohmschen Widerstand R22 abgenommen.
• Die Art der Ansteuerung des dargestellten Spannungsteilers erfolgt (wie z. B. auch in der DE-AS 2322558beschrieben) im einzelnen folgendermaßen: Es sei beabsichtigt, den Transistor TOR 3 durchzuschalten. Dieser Transistor liegt an dem Abgriff AK3 des ohmschen Spannungsteilers R2, R3, R4 und enthält den Serienwiderstand R 7 zwischen der Anschlußklemme AK3 und seinem Emitter. Wird der Transistor TR3 über dem Steuereingang 53 mit einer positiven Steuerspannung US3 beaufschlagt, so öffnet er. Im geöffneten Zustand des Transistors TS3 teilt sich die Steuerspannung US3 an der Klemme S3 im Verhältnis des Widerstandes RiO zu der Summe der Widerstandswerte von (R7 + R3 + R2+ Rt), wobei ein Teil der Steuerspannung am Emitteranschluß und damit am Abgriff AK3 abfällt. Ein entsprechender Teil dieser Steuerspannung US3 wird den übrigen gesperrten Transistoren TR2 und TR1 über die Abgriffe AK2 und AK1 emitterseitig als Sperrspannung zugeführt. Dabei ist vorausgesetzt, daß die Basisanschlüsse der Transistoren TR2 und TR1 über die ohmschen Widerstände Ril und Rt auf Massepotential liegen.
• Die Transistoren TRtund TR2 sind gesperrt, solange die Eingangswechselspannung UE die an ihren Emittern anliegende Sperrspannung nicht übersteigt. Das bedeutet, daß die Schaltung durch eine entsprechende Bemessung der Steuerspannung z. B. US3 und der Spannungsteilung an den Widerständen R10 gegenüber (R7 + R3 + R2 + R1) d. h. also durch eine entsprechende Wahl der Sperrspannungsamplitude bis zu vorgegebenen Amplitudenwerten von UE ohne Dynamikfehler arbeitet.
• Bei genauer Analyse der Schaltung zeigt sich, daß die Eingangswiderstände (Quellwiderstände) für die einzelnen Transistoren TR1 bis TR3 unterschiedlich sind. So ergibt sich (Ri = 0 der Spannungsquelle UE angenommen) in dem angegebenen Beispiel für den Transistor TR3 als Eingangswiderstand (Quellwiderstand) RQ 3 die Parallelschaltung von R 4 und (R2 + R 3), wenn man zunächst den (beim bekannten Stand der Technik nicht vorhanden) ohmschen Widerstand R7 außer acht läßt. Bei Durchschaltung des Transistors TR2 ergibt sich (ohne R6) als Eingangswiderstand (Quellwiderstand) RQ2 im wesentlichen ein Wert, der aus der Parallelschaltung von R2 und (R3 + R4) gegeben ist. Bei Durchschaltung des Transistors TR1 ergibt sich ein Eingangswiderstand RQt von Null (weil Ri = 0 von UE angenommen ist).
• FürR2+R3+R4 = 700 Q+200Q+ 100Q = 1 kQ angenommen, wird RQ3 = 90 il.Für RQ2 ergibt sich ein Wert von 210 Q und RQ3 = 0.
• Bei sehr breitbandigen Eingangssignalen, d. h. Eingangsspannungen UE innerhalb eines breiten Frequenzbereiches z. B. von 1 kHz bis 12 MHz treten durch diese ungleichmäßigen Quellwiderstände für die zu teilende Eingangsspannungen frequenzabhängige Dämpfungsverzerrungen auf, welche ihre Ursache in den unterschiedlichen Quellwiderständen RQl, RQ2 und RQ3 haben. Um diese zu vermeiden, sind die Serienwiderstände R5, R6 und R7 zwischen den Anschlußklemmen AK1, AK2 und AK3 und den Emittern der Transistoren TR1, TR2 und TR3 eingeschaltet. Damit ist es möglich, die Quellwiderstände RQt, RQ2 und RQ3 so zu verändern, daß für alle Transistoren TR1, TR2 und TR3 von den jeweiligen Emitteranschlüssen aus gesehen, praktisch die gleichen Quellwiderstände für die durchzuschaltende bzw. zu teilende Wechselspannung UE auftreten. Im einzelnen soll dies nachfolgend in Anlehnung an das vorstehende Zahlenbeispiel erläutert werden: Um, was vorteilhaft ist, möglichst niederohmige Quellwiderstände RQ zu erhalten, wird von dem größten auftretenden Wert (d. h. RQ2 = 210 9)ausgegangen und R6 = 0 angenommen. R7 und R5 werden so gewählt, daß sich RQt = RQ2 = RQ3 = 210 Q ergibt. Also ist R5 = 210 Q und R7 = 120 Q zu wählen.
• Der am Ausgang der Teilerschaltung zweckmäßigerweise vorgesehene Transistor TR4 dient der Leistungsverstärkung oder Impedanztransformation. Die am Emitterwiderstand R21 und R22 abfallende Spannung gelangt entsprechend geteilt als Ausgangsspannung UA an den Ausgang der Schaltung. Für den Fall, daß mit den angegebenen Maßnahmen am Eingang der Teilerschaltung, d. h. mit den gleichmäßige Quellwiderstände RQ schaffenden Serienwiderständen R5, R6, R7 vor den Emittern der Schalttransistoren TR1, TR2, TR3 der Frequenzgang noch nicht ausreichend linearisiert ist, kann eine Gesamtentzerrung noch durch die RC-Kombination aus dem ohmschen Widerstand R21 und der Kapazität C4 bewirkt werden. Diese hat, da mit wachsender Frequenz das Teilerverhältnis zwischen R21, C4 einerseits und R22 zusammen mit einem Lastwiderstand andererseits vergrößert wird, eine Anhebung der Ausgangsspannung UA für höhere Frequenzen zur Folge.
• Anstelle einer Teilerkette aus ohmschen Widerständen R2, R3, R4 kann auch ein mit entsprechenden Anzapfungen versehener Transformator eingesetzt werden.
• Durch die Kettenschaltung mehrerer Spannungsteilerschaltungen kann das Gesamt-Teilerverhältnis vergrößert werden.
• Der Spannungsteiler aus den Widerständen R2, R3, R4 sollte möglichst niederohmig ausgelegt sein, um die Breitbandeigenschaften zu verbessern.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Steuerbarer Spannungsteiler, bei dem die Abgriffe einer an einer zu teilenden Spannung liegenden Serienschaltung von Induktivitäten oder ohmschen Widerständen über individuell zugeordnete Schalter wahlweise an den Teilerausgang durchschaltbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den einzelnen Abgriffen (AK1, AK2, AK3) an der Serienschaltung von Induktivitäten oder ohmschen Widerständen (R2, R3, R4) und dem jeweiligen Schalter (TRl, TR2, TR3) jeweils ein so bemessener ohmscher Serienwiderstand (RS, R6, R7) eingeschaltet ist, daß vom Schalter (TR1, TR2, TR3) aus gesehen etwa der gleiche Quellwiderstand (RQl, TQ2, RQ3) auftritt.
2. 2. Steuerbarer Spannungsteiler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung von restlichen Frequenzgängen bei besonders breitbandigen Eingangsspannungen (UE) eine Entzerrerschaltung (R21, C4) dem Spannungsteiler nachgeschaltet ist.
3. 3. Steuerbarer Spannungsteiler nach einem der vorher genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr in Kette geschaltete Spannungsteilerschaltungen vorgesehen sind.
4. 4. Steuerbarer Spannungsteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung von Induktivitäten oder ohmschen Widerständen (erz, R3, R4) möglichst niederohmig ausgelegt ist.
5. 5. Steuerbarer Spannungsteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienwiderstände (R5, R6, R7) so ausgelegt sind, daß der jeweilige Quellwiderstand (RQl, RQZ, RQ3) möglichst niederohmig ist.
6. 6. Steuerbarer Spannungsteiler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Serienwiderstand (z. B. R6) zu Null gewählt wird, bei dem der zugehörige Quellwiderstand ohne Berücksichtigung des Serienwiderstandes den größten Wert aufweist.
7. 7. Steuerbarer Spannungsteiler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter als Transistoren (TR1, TR2, TR3) ausgebildet und mit ihren Emittern an die Abgriffe (AK1, AK2, AK3) angeschlossen sind und daß über den durchgeschalteten Transistor (z. B. TR3) eine Sperrspannung an die Emitter der übrigen Transistoren (z. B. TR1, TR2) angelegt ist.

   Die Erfindung bezieht sich auf einen steuerbaren Spannungsteiler, bei dem die Abgriffe einer an einer zu teilenden Spannung liegenden Serienschaltung von Induktivitäten oder ohmschen Widerständen über individuell zugeordnete Schalter wahlweise an den Teilerausgang durchschaltbar sind.

   Ein Spannungsteiler dieser Art ist z. B. aus der DE-AS 2322558 und der DE-PS 1616368 vorbekannt. Die Anwendung derartiger Spannungsteiler ist vor allem bei Meßgeräten mit großem Meßbereich vorteilhaft, weil damit das Teilerverhältnis so eingestellt werden kann, daß die nachfolgenden Verstärker oder Modulatoren eines Überlagerungsempfängers nicht übersteuert werden. Mit Hilfe derartiger schaltbarer Eingangsteiler kann der Meßbereich einige Dekaden überstreichen.

   Bei Breitbandmeßgeräten, deren Eingangsspannungen in einem weiten Frequenzbereich liegen können, werden an diese Spannungsteiler besonders hohe Anforderungen in bezug auf die frequenzabhängige Dämpfungsverzerrung gestellt. Einen Anwendungsfall, bei dem ein streng linearer Frequenzgang erforderlich ist, stellen z. B. Kontaktfehlersuchgeräte dar, deren Meßfrequenzbereich beispielsweise zwischen 1 kHz und 12 MHz liegen kann und bei denen für Dämpfungswerte bis zu 40 db die Abweichung weniger als +3% betragen sollen.

   Ähnliche Anforderungen treten z. B. bei besonders genauen Spannungsmeßgeräten für die Prüfung von hochwertigen hochfrequenten Bauteilen oder Schaltungseinrichtungen auf.

   An die erwähnten Spannungsteiler werden außerdem besondere Anforderungen in bezug auf die Steuerbarkeit, die Lebensdauer und Kontaktprellen gestellt, die vor allem bei modernen Meßgeräten mit automatischer Bereichssuche zunehmende Bedeutung gewinnen.

   Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen steuerbaren Spannungsteiler der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß hohe Anforderungen an die Linearität des Frequenzgangs eingehalten werden können. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zwischen den einzelnen Abgriffen an der Serienschaltung von Induktivitäten oder ohmschen Widerständen und dem jeweiligen Schalter jeweils ein so bemessener ohmscher Serienwiderstand eingeschaltet ist, daß vom Schalter aus gesehen etwa der gleiche Quellwiderstand auftritt.

   Durch den gleichen Quellwiderstand, welcher für die einzelnen Schalter durch die eingefügten Serienwiderstände erzielt wird, ist unabhängig von der jeweiligen Betriebsfrequenz in einem weiten Arbeitsfrequenzbereich sichergestellt, daß die Ansteuerung gleichmäßig erfolgt und deshalb frequenzabhängige Dämpfungsverzerrungen nicht auftreten bzw. so niedrig gehalten werden können, daß sie ohne störenden Einfluß auf die Eigenschaften des Gerätes bleiben.

   Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

   Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.