DE2924803C2

DE2924803C2 - Synchrondemodulator

Info

Publication number: DE2924803C2
Application number: DE19792924803
Authority: DE
Inventors: Rolf Uwe Ing.(grad.) 4020 Mettmann Scherff
Original assignee: Elan-Schaltelemente Kurt Maecker 4040 Neuss De GmbH
Current assignee: Elan-Schaltelemente Kurt Maecker 4040 Neuss De GmbH
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1986-03-13
Also published as: DE2924803A1

Description

is Die vorliegende Erfindung betrifft einen Synchrondemodulator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Derartige Synchrondemodulatoren haben sich bei Trägerfrequenz-Meßverstärkern als vorteilhaft erwiesen, wenn die Größenordnung der Verstärkung der Trägerfrs^rtusnz-N⁽isßs^r>3nnuri^<T in der "!eichen GroQeⁿordnung oder geringer ist als die Gleichspannungsverstärkung. Der Vorteil dieser bekannten Anordnung liegt darin, daß kapazitive Unsymmetrien sich hierbei geringer auswirken als wenn mit einer sehr hohen Trägerfrequenz-Meßspannungsverstärkung, aber einen geringen Gleichspannung?verstärkung gearbeitet wird. Werden der Demodulator, der Tiefpaß und der Gleichspannungsverstärker mit Hilfe von Operationsverstärkern aufgebaut, so ist ein Abgleich der bauartbedingten, zwisehen dem invertierenden und nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers auftretenden Offsetspannung erforderlich. Diese Offsetspannung wird in den einzelnen Operationsverstärkern, je nach Verstärkungsfaktor mit verstärkt, was sich besonders in der Gleichspannungsverstärkerstufe auswirkt. Zwar ist diese bauartbedingte Offsetspannung um so niedriger, je hochwertiger der verwendete Operationsverstärker ist, jedoch bedeutet dies, daß die Genauigkeit der Schaltungsanordnung durch sehr teure Bauteile verbessert werden muß, wenn kein anders gearteter Abgleich vorgesehen wird.

Aus der DE-OS 21 50 888 ist ein Modulator in einem Trägerfrequenz-Meßverstärker bekannt, der nur teilweise Merkmale des Oberbegriffs des Patentan-Spruchs 1 aufweist. Das Anlegen einer Spannung an einen zweiten Feldeffekttransistor zum Abgleichen ist dort nicht vorgesehen.

In der Zeitschrift radio fernsehen elektronik 1978, Seite 765 und 766 ist ein anders als der Gegenstand der Erfindung aufgebauter Gleichrichter beschrieben. Dort wird kein Offsetfehler eines Synchrondemodulators reduziert. Es wird lediglich über einen üblichen Trimmer die Offsetspannung eines Komparator der beim Gegenstand der Erfindung nicht vorhanden ist, kompcnsiert. Der bekannte Gleichrichter ist nur für sinusförmige Trägerfrequenzen beschrieben. Dabei sind im höherfrequenten Bereich zwei Schalter im Umschaltmoment kurzzeitig entweder beide geschlossen, dann ist der Eingang kurzgeschlossen, oder beide geöffnet, dann liegt der nichtinvertierte Verstärkereingang offen. Als Folge treten Störspitzen am Ausgang des Demodulators auf. Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil, da nur ein Takteingang vorhanden ist, so daß während des Umschaltmoments kein unzulässiger Betriebs/sutand eintreten kann. Der Gegenstand der Erfindung ist somit auch für Trägerfrequenzen oberhalb des N F^r-Bereiches einsetzbar.

Aufgabe der Erfindung ist es demnach, neben einer

Verbesserung eines üblichen Demodulators durch Schaffung einer Abgleiehmögüchkeit eine Möglichkeit zu schaffen, die Ausgangs-Offsetspannung einer Gieichspannungsverstärkerstufe unter Verwendung von Operationsverstärkern zu vermindern und damit die Genauigkeit eines Trägerfrequenz-Meßverstärkers zu erhöhen, wobei gleichzeitig die Schaltungsanordnung verbilligt werden kann, durch die Möglichkeit der Verwendung billiger Bauteile und durch die Verringerung des Einstellaufwandes.

Die zur Lösung der gestellten Aufgabe notwendigen, wesentlichen Merkmale sind im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannt, die Unteransprüche nennen Ausführungsarten der Erfindung.

Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird die Offsetspannung des Operationsverstärkers im Gleichspannungsverstärker getaktet auf einen der Eingänge des Operationsverstärkers im Demodulator zurückgeführt, und es wird durch geeignete Wahl der verschiedenen Widerstände erreicht, daß die Offsetspannung nur mit dem Faktor 1 verstärkt am Ausgang des Operationsverstärkers im Gleichspannungsverstärker errscheint. während die Meßspannung um den für den Gleichspannungsverstärker gewählten Verstärkungsfaktor vergrößert erscheint. Hieraus ergibt sich, daß, je größer die Verstärkung im Gleichspannungsverstärker gewählt wird, desto kleiner der Anteil der Offsetspannung am Ausgang im Verhältnis zur Ausgangsspannung ist. Zwar ändert sich diese Offsetspannung weiterhin bei Temperaturänderungen, jedoch ist diese Änderung im gleichen Maße vernachlässigbar wie die ursprünglich·; Offsetspannung, da auch die driftbedingte Veränderung nicht im Gleichspannungsverstärker verstärkt wird. Es ergibt sich somit, daß bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kein Trimmer mehr im Gleichspannungsverstärker erforderlich ist, um die Offsetspannung abzugleichen und daß somit auch der Abgleicharbeitsgang entfällt. Weiterhin ist es möglich, entweder im Gleichspannungsverstärker einen einfacheren Operalionsverstärker zu verwenden mit einer verhältnismäßig hohen Offsetspannung, wodurch die Schaltungsanordnung verbilligt werden kann, oder aber die Genauigkeit der Schaltungsanordnung bei Weiterverwendung eines hochwertigen Operationsverstärkers erheblich zu erhöhen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung schematisch dargestellt.

Innerhalb eines TriL^erfrequenz-Meßverstärkers ist nur ein mit der Trägerfrequenz-Meßspannung beaufschlagter Demodulator 2, ein Tiefpaß 4 und ein Gleichspannungsverstärker 6 dargestellt. Der Demodulator 2 besteht im wesentlichen aus einem Operationsverstärker /Cl, dessen invertierender Eingang E\ - mit dem Hingang der Trägerfrequenz-Meßspannung Ue über einen Widerstand R 1 und mit dem Ausgang A 1 des Operationsverstärkers ICi über einen Rückkopplungswiderstand /?2 verbunden ist. Der nichtinvertierende Eingang Ei+ des Operationsverstärkers ICi ist mit dem F.ingang der Trägerfrequenz-Meßspannung Ue über in Keihe geschaltete Widerstände /?3 und R 4 verbunden. An den Verbindungspunkt der Widerstände R 3, R 4 ist ein Feldeffekttransistor FETt angeschlossen, der andererseits mil der Masse verbunden ist und dessen Gate mit einer RechtecKspannung angesteuert wird, die frequenz- und phasengle^:rh mit der Trägerfrequenz-Meßspannung ist und den Feldeffekttransistor FETi taktweise während der Dauer einer Haibwelle der Trägerfrequenz-Meßspannung Uein den leitenden bzw. nichtleitenden Zustand überführt. Weiterhin ist an den niehtinvertierenden Eingang £", + des Operationsverstärkers ICi ein weiterer Feldeffekttransistor FET2 angeschlossen, dessen Gate ebenfalls mit der Rechteckspannung beaufschlagt ist. Der invertierende Eingang E₁ — des Operationsverstärkers ICi ist über einen Widerstand /?5 mit der Masse verbunden. Der Ausgang A\ des Operationsverstärkers ICi ist über den Tiefpaß 4 und einen Widerstand R mit dem invertierenden Eingang £2— eines Operationsverstärkers IC2 im Gleichspannungsverstärker 6 verbunden. Dieser invertierende Eingang £2 — ist weiterhin über einen Widerstand Ry mit dem Ausgang A^ und über einen Widerstand Rz mit dem Feldeffekttransistor FET2 verbunden. Der nichtinvertierende Eingang £2 + des Operationsverstärkers IC2 ist mit der Masse verbunden Am Ausgang Ai des Operationsverstärkers IC2 erscheint die Ausgangsgleichspannung Ua. Die Ausgangsgleichspannung Ua isi

Ry gegenüber der Eingangsspannung um den Faktor ~-

verstärkt.

Durch die Verbindung des invertierenden Eingangs £2— des Operationsverstärkers IC 2 über den Widerstand Rz und den Feldeffekttransistor FET2 mit dem nichtinvertierenden Eingang E\ + des Operationsverstärkers ICi wird die Offsetspannung des Operationsverstärkers IC2 an den Operationsverstärker /Cl zurückgeführt. Wird nun die Summe aus dem doppelten Wert des Widerstandes R 4 und des Widerstandes Rz sehr viel größer gewählt als der Wert des Widerstandes Rx, so läßt sich zeigen, daß am Ausgang des Operationsverstärkers /C2 eine Offsetspannung erscheint, die gleich der zwischen den Eingängen £2 — und £2+ liegenden Offsetspannung ist und völlig unabhängig von durch die Widerstände Rx und Ry bestimmten Verstärkungsfaktor ist. Je größer daher dieser Verstärkungsfaktor gewählt wird, desto kleiner ist der Anteil der Offsetspannung an der Ausgangsspannung und desto k'einer ist damit der durch die Offsetspannung bedingte Fehler. Dies wirkt sich unmittelbar auch auf die Drift der Offsetspannung aus, da auch Änderungen der Offsetspannung nur mit dem Verstärkungsfaktor 1 an den Ausgang gelangen und somit die Genauigkeit der Ausgangsspannung nur geringfügig beeinflussen.

Ein zwischen dem Feldeffekttransistor FET2 und dem Widerstand Rz einerseits und der Masse andererseits angeordneter Kondensator C verhindert, daß eventuelle Trägerfrequenz-Spannungsreste oder Schaltspitzen der Feldeffekttransistoren FETi und FET2 auf den Eingang des Gleichspannungsverstär'/ers 6 gelangen können. Der Feldeffekttransistor FETi verhinaeri, daß das am Eingang des Demodulators 2 anliegende Signal direkt auf den Gleichspannungsverstärker 6 gelangen kann, da die beiden Feldeffekttransistoren FET\ und FET2 jeweils gleichzeitig leitend bzw. gesperrt sind und die Trägerfrequenz-Meßspannung im leitenden Zustand der Feldeffekttransistoren FETi und FET2 über den Widerstand R 3 und den Feldeffekttransistor FETl an Masse abgeleitet wird, wobei gleichzeitig die Offsetspannung des Operationsverstärkers /C2 am Operationsverstärker /Cl anliegt. Im gesperrten Zustand der Feldeffekttransistoren FfTl und FET2 liegt die Trägerfrequenz-Meßspannung Ue am nichtinvertierenden Eingang E\ + des Operationsverstärkers IC 1 an, kann jedoch wegen des gesperrten Feldeffekttransistors FET2 nicht an den Eingang des Gleichspannungsverstärkers 6 gelangen.

Die dargestellte Schaltung des Demodulators 2 bewirkt in bekannter Weise die Gleichrichtung der Trägerfrequenz-Meßspannung Ue, welche durch den Tiefpaß 4 noch geglättet wird. Um am Ausgang des Demodulators 2 unter Berücksichtigung der aufgegebenen Offseispannung einen Verstärkungsfaktor = I zu erreichen, werden vorteilhafterweise die Widerstände R I₁ R 2, R 3. R 4, R 5 so aufeinander abgestimmt, daß für die aufgegebene Trägerfrequenz-Meßspannung allein ein Verstärkungsfaktor > I auftritt. Statt über den Felderfekttransistor FET2 die Offsetspannung vom Operationsverstärker IC2 zurückzuführen, kann über diesen Feldeffekttransistor FET2 auch eine andere Gleichspannung dem Demodulator 2. ζ. B. für Abgleichzwekke. zugeführt werden. Diese Gleichspannung kann auch V betragen, also Massepotential besitzen. Der Vorteil dieser Anordnung liegt in einer Verbesserung der ■sihalipigpnsrhaftpn pine·, herkömmlichen Demodulators, da die Eingangsspannung Uc im leitenden Zustand der beiden Feldeffekttransistoren FfTl, FET2 zweifach heruntergeteilt wird und dadurch der Durchgangswiderstand der Feldeffekttransistoren FETX, FET2 gegenüber der bisherigen bekannten Lösung mit nur einem Feldeffekttransistor praktisch vernachlässigt werden kann.

Bezugszeichen liste

2 Demodulator

4 Tiefpaß

6 Gleichspannungsverstärker

ICX Operationsverstärker

IC2 Operationsverstärker

Ue Trägerfrequenz-Meßspannung

Ua Gleichspannungsausgang

R 1 Widerstände

R 2 Widerstände

/?3 Widerstände

R 4 Widerstände

R 5 Widerstände

Rx Widerstände

Ry Widerstände

Rz Widerstände

FETi Feldeffekttransistoren

FEJ 2 Feldeffekttransistoren

C Kondensator

Ε,- invertierender Eingang

Ε- -t- nichtinvertierender Eingang

A; Ausgang

Ei — invertierender Eingang

E₂+ nichtinvertierender Eingang

A₂ Ausgang

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Synchrondemodulator zum Reduzieren der Ausgangs-Offsetspannung einer Gleichspannungsverstärkerstufe eines Trägerfrequenz-Meßverstärkers, bei dem eine Trägerfrequenz-Meßspannung ggf. nach einer Vorverstärkung einem Demodulator in Form eines Operationsverstärkers über Widerstände dessen beiden Eingängen zugeleitet wird, wobei einer der Eingänge über ein Schalterelement frequenz- und phasengleich mit der Trägerfrequenz-Meßspannung taktweise während der Dauer einer Halbwelle mit der Masse verbunden wird und der Ausgang des Operationsverstärkers ggf. über einen Tiefpaß sowie einen Widerstand mit einem Eingang eines als Gleichspannungsverstärker ausgebildeten, weiteren Operationsverstärkers verbunden ist, gekennzeichnet durcneine Verbindung zwischen dem invertierenden Eingang (E-_L —) des Operationsverstärkers (IC 2) des Gleichspannungsverstärkers (6) und dem nichtinvertierenden Eingang (Ei+) des Operationsverstärkers (Id) des Demodulators (2) über einen Widerstand (Rz) sowie ein Schalterelement (FET2) und durch eine Verbindung zwischen dem gleichen, nichtinvertierenden Eingang (Ei+) des Operationsverstärkers (ICX) des Demodulators (2) und der Masse über einen weiteren Widerstand (R 4) und das Schalterelement (FETi).

2. Synchrondemodulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen der Masse und dem Verbindungspunkt des Schalterelements (FET2) und des Wider Standes (Rz) angeordneten Kondensator (C).

3. Synchrondemodulator nach Anspruch 1 oder 2. gekennzeichnet durch Feldeffektransistoren als Schalterelemente (FET 1, FET2).

4. Synchrondemodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände so gewählt sind, daß die Summe aus dem doppelten Widerstand (R 4) am nichtinvertierenden Eingang (Ei +) des Operationsverstärkers (ICi) des Demodulators (2) und dem Widerstand (Rz) zwischen dem invertierenden Eingang (E₂-) des Operationsverstärkers (IC2) des Gleichspannungsverstärkers (6) und dem Schalterelement (FET2) sehr viel größer als der Widerstand (Rx) am invertierenden Eingang (Ei-) des Operationsverstärkers (IC2) des Gleichspannungsverstärkers (6) ist.

5. Synchrondemodulator nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingang der Trägerfrequenz-Meßspannung (Ue) und dem invertierenden Eingang (E\ -) des Operationsverstärkers (Id) des Demodulators (2) und zwischen diesem und der Masse je ein Widerstand (R 1, R 5) geschaltet ist, daß zwischen dem invertierenden Eingang (Ei -) und dem Ausgang (A 1) des Operationsverstärkers (IC 1) des Demodulators (2) ein weiterer Widerstand (R 2) geschaltet ist, daß zwischen dem Eingang der Trägerfrequenz-Meßspannung (Ue) und dem nichtinvertierenden Eignang (E\+) des Operationsverstärkers (ICi) des Demodulators (2) zwei Widerstände (R 3, R 4) in Reihe geschaltet sind, daß das Schalterelement (FETi) an den Verbindungspunkt der beiden in Reihe geschalteten Widerstände (R 3, R 4) abgeschlossen ist und daß diese Widerstände (R 1, R 2. R 3, R 4. R 5) so aufeinander abgestimmt sind, daß der Demodulator (2) bezüglich

der Trägerfrequenz-Meßspannung (Ue) unter Berücksichtigung der angelegten Offsetspannung des Operationsverstärkers (IC 2) des Gleichspannungsverstärkers (6) einen Verstärkungsfaktor ä 1 aufweist.

6. Synchrondemodulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine an das zweite Schalterelement (FET2) angelegte Gleichspannung von einer anderen Spannungsquelle statt der Offsetspannung vom Operationsverstärker IC2.