DE3041582A1

DE3041582A1 - Elektronischer verstaerker

Info

Publication number: DE3041582A1
Application number: DE19803041582
Authority: DE
Inventors: Julian Malcolm Elsworth Cambridge Coles
Original assignee: Crosfield Electronics Ltd
Current assignee: Crosfield Electronics Ltd
Priority date: 1979-11-05
Filing date: 1980-11-04
Publication date: 1981-05-14
Also published as: DE3041582C2; JPH0142527B2; US4384258A; JPS56125103A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker zur Eildung einer Steuerspemnung mit einer sehr hohen lvechselx*ate. Die Erfindung ist beispielsv;eise anwendbar auf e.inen Stromkreis zum Steuern eines Lichtmodulationskristalls in einer elektrooptischen Bildreproduktionsanlage.

Eine Schwierigkeit bei der Auslegung eines Verstärkers zur Bildung eines annehmbaren Ausgangsstromes bei Spannungen voxi etwa 3 kV besteht darin, dcß einzelne Transistoren mit diese" Klassifizierungen nicht erhältlich und Techniken wie Reihenschaltung einer Anzahl von Transistoren erforderlich sind. Die an diese Ausgangstransitoren gekoppelten Schaltkreise müssen bis zu 3 kV Gleichstromisolierung haben, dürfen den Verst-ürkerausgang nicht nennenswert aufladen und dürfen nicht gegenüber Signalen empfänglich sein, die durch Sctinellnachführung der Ausgangsspannung induziert werden. Herkömmliche Kopplungstechniken genügen nicht diesen Kriterien. Außerdem ist die Gestalt jedes Ausgangselements kritisch, da die hohen Schnellnachführungsraten der Ausgangsspannung recht erhebliche Ströme zum Hindurchströmen durch selbst kleine kapazitive Lasten verursachen.

In dem Anwendungsbeispiel, für welches ein die vorliegende Erfindung verkörpernder Verstärker ausgelegt wurde, war es erforderlich, eine kapazitive Last, effektiv etwa 30 pf, von 0 bis 6 kV in zwei Mikrosekunden bei einer Wiederholfrequenz von 100 kHz zu steuern. Es kam eine Brückenanordnung zur Anwendung mit ins-

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UGINAL INSPECTED

gesamt 20 Ausgangsvorrichtungen in Doppelgegentaktschaltung.

Jede Ausgangsvorrichtung kann bis zu 3 kV Gleichstrom zwischen ihrem Eingang und ihrer Erdung haben, und es würde jegliche kapazitive Kopplung infolge der Eingangskreise als zusätzliche Last auf dem Ausgang erscheinen. Bei einigen Anwendungsfällen wäre es möglich gewesen, den erforderlichen Strom über eine Grenzfläche mit 3 kV Gleichstromisolierung bei Verwendung einer Transformatorkopplung zu erzeugen. Zum STeuern des Lichtroorhilatorkristalls in dem oben erwähnten Anwendungsfall war es erforderlich, daß der Verptärker auch bei Gleichstrom arbeitete.

Es wurde auch ein Opto-Isolator in Betracht gezogen, wurde jedoch als nicht geeignet gefunden, da zur Erlangung einer annehmbaren Übertragungsleistung und Linearität ein Fototransistor hätte als Empfänger benutzt werden müssen,- und die Streukupplungskapazität in die Basis des Transistors hinein verursachte Schwierigkeiten bei der Schnellnachführung bei 1500

Ein elektronischer Verstärker gemäß der Erfindung zum Steuern einer Last in Abhängigkeit von einem Befehlssignal enthält: Einrichtungen zur Erzeugung eines Hochfrequenzträgers, einen auf das Befehlssignal ansprechenden Modulator zum Modulieren des Hochfrequenzträgers, Ausgangseinrichtungen einschließlich einer schwimmenden Ausgangsstufe mit einem Demodulator zum De modulieren des Trägers, sowie eine Kapazitanz von einem sehr

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niedrigen Wert, durch welche der modialf.erte Tr'lger auf die schwimmende Ausgangsstufe Übertrager, v/ird, wobt-i die Ausgar>gseinrichtung das resultierende Signal auf die Last überträgt. Vorzugsweise hat die Kapazitanz einer. Wert von 1 pf.

Die Ausgangseinrichtung des Verstärkers enthält vorzugsweise eine Anzahl Ausgangsstufen, die in Reihenschaltung verbunden sind, wobei jede den modulierten Träger über eine Kapazitanz von sehr geringem Wert empfängt und alle zusammen das resultierende Signal für die Last vorsehen. Eine Seite der Last kann an den Mittelpunkt der Ausgangsstufenreihe angeschlossen sein, wobei die Ausgangsstufen auf der einen Seite des Mittelpunktes über ihre Kapazitanzen mit Signalen versorgt werden, die in der Phase den den Ausgangsstufen auf der anderen Seite des Mittelpunktes über deren Kapazitanzen zugeführten Signalen entgegengesetzt sind.

In der bevorzugten Ausführungsführungsform des die Erfindung verkörpernden Verstärkers wird die Rückkopplung von dem demodulierten Ausgangssignal zum Verstärkereingang geführt, wo das Befehlssignal empfangen wird. In dieser bevcrziigten Ausführungsform wird die Hochspannung durch 20 Ausgangsschaltkreise in Brückenschaltung oder Doppelgegentaktschaltung erzeugt. In dieser Anordnung nimmt die Spannung bei einem Anstieg axif der einen Seite des Kristalls, welches die Last bildet, auf der anderen Seite ab. Die Differentialrückkopplung wird von beiden Seiten

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BAD

des Kristalls zu dem Verstärkereingang geführt.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nunmehr die bevorzugte Ausführungsform des die Erfindung verkörpernden Verstärkers mit bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Ks zeigen:

Fig. 1 die Form des bevorzugten Verstärkers,

Fig. 2 eine vereinfachte Form einer Ausgangsstufe des bevorzugten Verstärkers,

Fig. 3a die Art und Weise, in v/elcher die Steuersignale für die Ausgangsstufen abgenommen werden,

Fig. 3b die Art und Weise, in welcher die Steuersignale auf die Ausgangsstufen übertragen werden,

Fig. 4 den Schaltkreis einer Ausgangsstufe,

Fig. 5 eine Vorrichtung der Art,auf die die Erfindung vorteilhaft Anwendung finden kann.

Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen zeigt zwei Gegenphasenfdierspannungen 0 und 0, die Außen- bzw. Irmenpaare von Modulen 8 steuern, die in Reihenschaltung zwischen einer positiven 3 kv

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Spannungsleitung und einer negativen 3 kv Spennungsleitung verbunden sind. Die kapazitive Last ist von der Verbindung, der ersten und zweiten Module an die Verbindung der dritter, und vierten Module angeschlossen. Es ist zu beachten, dai3 dieser Schaltkreis als eine Brückenanord.^ung umgezeichnet werden kann. Jedes Modul enthält fünf reihengeschaltete Transistoren.

Fig. 2 zeigt die grundlegende Form für jede der zwanzig Ausgangsstufen zusammen mit der Eingangskupplungskapazitanz. Ls wird 'ά-χη in der Amplitude moduliertes rf-Signr.l über einen Kondensator 10 von einem pf auf ein abgestimmtes Filter 12 übertragen, welches das induzierte Signal aufgrund der Schnellnacnführung zurückweist. I'as resultierende Signal steuert eine Stromquelle 14 in Reihenschaltung mit einem Transistor 16, wobei die Stromquelle und der Transistor in Paral.1 elsci a.ltung mit einem Verstärkerkreis 18 liegen. Der 1 pf Kondensator 10 überträgt auf den Verstärker eine sehr geringe zusätzliche Last und stellt dennoch eine ziemlich niedrige Impedanz gegenüber dem modulierten rf-Signal dar, welches in diesem Falle eine Trägerfrequenz von 20 MHz hat.

Fig. 3 zeigt die Art und Weise, in v/elcher die Gegenphasenfehiersignale abgenommen werden, zusammen n.it den Ausgangsstufen des Lastkreises, der hier als Brückenanordnung nachgezeichnet ist.

In Fig. 3a wird ein Befehlssignal mit einer Amplitude von 3 Volt auf eine Anschlußklemme des Verstärkers 24 übertragen. Es werden

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-V-

-AO-

außerdem zwei Rückkoj,-^ lungs verbindungen 20 und 22 von entgegengesetzten Seiten der Last auf den Verstärker 24 übertragen. Das resultierende Fehlersignal, das als ein Wechselssignal· mit eine/. Amplitude von plus oder minus 1 Volt gezeigt ist, steuert einen Amplitudenmodulator 26, der auch die 20 MHz von einem Oszillator 28 empfängt. Der Ausgang ist ein modulierter Träger, v/elcher auf jeden von zwei Multiplierkreisen 30 und 32 übertragen wird, die als Trägerschalter arbeiten.

Das FEhlersignal wird auch auf einen Komparator 34 überLragen,

und welcher die Polarität des Fehlers feststellt/entsprechende in der Phase versetzte Signale auf seinen beiden Ausgangsleitungen 36 und 38 erzeugt. Diese Ausgangsleitungen bilden zweite Eingänge zu den Muitipliern oder Trägerschaltern 30 bzw. 32, die demzufolge Halbperioden eines in der Amplitude modulierten Trägers erzeugen, wobei ein MultipUerausgang einen positiven Fehler und der andere einen negativen Fehler darstellt und die beiden Ausgänge in der Phase versetzt sind.

Diese Fehlersignale steuern nach Verstärkung die Demodulatoren über die 1 pf Kondensatoren.

Das Kristall ,40 (Fig. 3b) ist zwischen den Mittelpunkten der zwei Ketten der Ausgangsstufen 42 über Entkopplungswiderstände 44 angeschlossen. Wenn das Kristall 40 in einem Sinne gesteuert werden soll, dann strömt durch die beiden oberen Stufen der links-

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seitigen Kette und die unteren Stufen der rechtsseitigen Kette ein verstärkter Strom. Dieser Strom, oder wenigstens ein Teil von ihm, strömt in die Last ein. Die Lage ist umgekehrt, wenn das Kristall in dem anderen Sinne gesteuert werden soll.

Fig. 4 zeigt eine einzige Ausgangsstufe in größeren Einzelheiten . Das modulierte Trägerfehlersignal mit einer Frequenz von 20 MHz und einer Amplitude voix Spitze zu Spitze von 14 Volt geht durch den 1pf Kondensator 10 hindurch zu dem abgestimmten Filterkreis 12 einschließlich des Transformators 46 mit der angezapften Ausgangswicklung,die das induzierte Signal aufgrund der Ausgangsschneilnachführung zurückweist. Die gegenüberliegenden Enden dieser Wicklung erstrecken sich zu den Basen von zwei parallelen Transistoren 48 und 50 in einem Fünftransistoren-Reihenschaltkreis (Type SL3¹45), die so angeordnet sind, daß der Stift 3 des Schaltkreises eine Vollweggleichrichtuhg des Trägers aufweist. Das gleichgerichtete Signal wird durch den Kondensator 52 und den Widerstand 54 geglättet und an dem Stift 6 auf die Basis des ersten Transistors 56 des Rechenverstärkers übertragen, welcher den Differentialverstärker einschließlich des genannten Transistors 56 und der Transistoren 58 und 60 enthält. Diese Verstärkerforra ist derart, daß das Signal bei dem Stift 9 gezwungen wird, gleich dem an dem Stift 6 zu sein und somit ein STrom proportional zu der Amplitude des modulierten Trägers in den Hochspannungstransistor G2 (BU 206) eingesteuert wird, v/elcher dem Transistor 16 in Fig. 2 entspricht. Der Kiderstand 64 ist ein

.../12

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68 k Verstärkungswiderstand, und der Transistor 66 bildet eine
Gegensättigungsgrenze für den Transistor 62.

Fig. 5 zeigt eine Bildreproduktionsvorrichtung einschließlich
eines elektronischen Verstärkers der hier beschriebenen Art, sowie auch eines Modulatorkristalls.

In Fig. 5 empfängt das Modulatorkristall 40 eine planpolarisierte elektromagnetische Strahlung von einem Laseroszillator 70. Der
Block 72 stellt den Hochspannungsmodulatorverstärker dar, v/elcher bereits i'n Verbindung mit den Figuren 1 bis 4 beschrieben wurde
und das Modulationssignal auf das Kristall 40 überträgt. Die resultierende modulierte planpolarisierte Strahlung erreicht einen Brewster-Piatten-Analysator 74, von welchem der reflektierte
Strahl durch eine Viertel-Wellenplatte 76 und oin Schmalbandfilter 78 zu einem v/eiteren Reflektor 80 in Form eines Goldspiegels geht. Die Strahlung geht nun durch einen Lagerverstärker 82 zu
einem Teilübertragungsspiegel 84. Das reflektierte Licht von dem Spiegel 84 wird weiter durch einen Goldspiegel 86 über eine Zinkselenlinse 88 auf einen Tiefdruckzylinder 90 reflektiert, der eine Bildempfangsfläche trägt. Der Zylinder 90 ist auf einer ^T,\elle 9 2 gelagert, welche in einer Drehbewegung angetrieben wird, und die Elemente 86 und 88 sind auf einer Leitspindel 94 zur langEsraen
axialen Bewegung gelagert, wobei die Kombination der Drehbewegung der Welle 92 und der die -langsamen axialen Bewegungen die modulierte elektromagnetische Strahlung zum Abtasten der Bildempfangsfläche in einer Reihe eng beabstandeter^inien veranlaßt.

ff

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Der Rückkopplungsdetektor 96 empfängt durch den Teilübertragungsspiegel 84 hindurchgehendes Licht und überträgt ein Rückkopplungssignal auf einen Kreis 98, in welchem es mit dem Videosignal zur Übertragung auf den Verstärker 72 kombiniert wird. Der Teil de^ Laserstrahls, welcher durch den Analysator 74 hindurchgeht, wird durch eine Laserstrahlablaßvorrichtung 100 ("dump") absorbiert.

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Claims

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UiFi,.-IiVG. ff. HAUCK · Dirr„-i>iiY£5. Vv. SCHMITZ · im\r..-iNG. E. GRAALX-S TJIPJ..-IXG. M'. WEIIN?OJi.T ■ mi-x,-νtiys. W. CARSTENS · «b.-kntg. W. DÖRING

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TELEFON + HiKCOWEH (010) 30 6V 53

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_ _ ^ , . - - _. , CABLE NEGEBAPATENT HAMHURG

765 Holloway Roaa

IIAUCK- WEHNERT- CARSTENS

GB-Londop N 193 JG mozartstkasse23-8000Münchens

U J31.EFON + TELECOPIER (080) 53 02 36

TELEX 05 210 S53 PAMU D

CABI.E NEGEDAPATENr MÜNCHEN'

DÖRING

K.-WILIT.-RI^G -11-4000 DÜSSELDOKF11

TELEFON (0211) 57 50 27

CABLE NEGEDAPATENT DÜSSELDORF

ZUSTELLUNGSANSCHHIFT ·' PLEASE KEPLY TO: HAMBURG, 3. November 1980

Elektronischer Verstärker

Ansprüche

\\j Elektronischer Verstärker zur Steuerung einer Last in Abhängigkeit von einem Befehlssignal, gekennzeichnet durch Einrichtungen zur Erzeugung eines Hochfrequenzträgers, einen Modulator, der anspricht auf das Befehlssignal zum Modulieren des Hochfrequenz trägers, Ausgangseinrichtungen einschließlich einer schwimmenden Ausgangsstufe mit einem Demodulator zum Demodulierer. des Trägers und einer Kapazitanz von sehr niedrigem Wert, durch welche der modulierte Träger auf die schwimmende Ausgangsstufe übertragen wird, wobei "die Ausgangseinrichtungen das resultierende Signal auf die Last übertragen.
2. Vex stärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitanz einen Wert von v/eniger als 3pf hat.

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ZUGELASSENE VERTHKi¹ER MEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT PROFESSIONAL HKI'UESli.VTA ΓΙ \ Ks HIiIORK THK EUROPEAN PATENT OFFICE

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ORIGINAL

S-
3. Verstärker nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazitanz einen Wert von im wesentlichen gleich 1pf hat.
4. Elektronischer Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangseinrichtung eine Anzahl von in Reihe ge- . schalteten Ausgangsstufen enthält, die jeweils den modulierten Träger über eine Kapazitanz von sehr niedrigem Wert empfangen und gemeinsam das resultierende Signal für die Last vorsehen.
5. Verstärker ndch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Seite de.r Last mit dem Mittelpunkt der Ausgangsstufenreihe verbunden ist, die Ausgai.gsstufen auf einer Seite des Mittelpunkts durch deren Kapazitanzen mit Signalen versorgt werden, die sich mit den zu den Ausgangsstufen auf der anderen Jeite des Mittelpunktes über deren Kapazitanzen gelieferten Signalen in entgegengesetzter Phase befinden. ' ,
6. Verstärker nach jedem der vorhergehenden Ansprüche gekennzeichnet durch einen Rückkopplungskreis zur Übertragung eines Rückkopplungssignals, welches von dem resultierenden, auf die Last übertragenen demodulierten Ausgangssignal abgenommen wird, auf den Verstärkereingang.
7. Verstärker nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangseinrichtung eine Anzahl Ausgangsstufen enthält, die in einer Brückenform angeordnet sind und je-

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Γ)

·3·

weils das modulierte Träger signal über eine Kapazitanz von sehr geringem Wert in einer solchen Phase empfangen, daß bei einem Anstieg der demodulierten Spannung auf einer Seite der Last diese auf der anderen Seite abnimmt.
8. Verstärker nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialrückkopplung von beiden Seiten der Last zu dem verstärk,¹-on Eingang geführt wird.
9. Verstärker nach Anspruch 7 oder 3 zur Erzeugung von Signalen

in geeigneten Phasen für den Brückenschaltkreis, gekennzeichnet durch einen Schaltkreis, der auf das Befehlssig'nal anspricht, um auf seinen beiden Ausgangsleitungen Signalt· entgegengesetzter Phase zu erzeugen, sowie zv7ei Trägerschaltkreise, auf die jeweils die Signale von entgegengesetzter Phase übertragen werden, wobei der Trägerschaltkreis jeweils in Abhängigkeit von den Signalen entgegengesetzter Phase Gegenphasenhalbperioden eines in der Amplitude modulierten Trägersignals vorsieht, wobei der Ausgang eines Schaltkreises einen positiven Fehler und der Ausgang des anderen einen negativen Fehler darstellt.
10. Verstärker nach jedem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Kapazitanz und der Ausgangseinrichtung ein abgestimmtes Filter zur Zurückweisung jeglichen infolge einer schnellen Nachführung des Ausgangs induzierten Signals.
11. Verstärker nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe eine Stromquelle in Reihe

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mit einem Transistor umfasst.
12. Verstärker nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzträger eine Frequenz in der Größenordnung von 20 MHz hat.
13. Verstärker nach jedem der vorhergehenden Ansprüche, in Kombination mit einer Last in Form eines elektrooptischen Kristalls.
14. Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor sich in einem Stromkreis ir.it geerdeter Basis befindet.
15. Bildreproduktionsvorrichtung mit einem Laseroszillator, ge-

■ kennzeichnet durch ein Kristall zur Modulation von dem Laseroszillator abgenommener elektromagnetischer Strahlung, eine Lagerung für eine Bildaufnahmefläche, sowie Einrichtungen, durch welche der modulierte Strahl der elektromagnetischen Strahlung die Bildaufnahmefläche abtastet, sowie einen Verstärker gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Heranführung eines Modulationssignals an das Kristall·!'·

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