DE3213506C1

DE3213506C1 - Schaltungsanordnung mit einem Differenzverstaerker

Info

Publication number: DE3213506C1
Application number: DE3213506A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl-Ing Harlos; Karl-Heinz Ing Matthies
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1982-04-10
Filing date: 1982-04-10
Publication date: 1983-10-06
Also published as: CA1194151A; US4511853A; GB2120032A; FR2525049A1; JPS58187011A; JPH0370931B2; GB2120032B; FR2525049B1; HK9286A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, insbesondere in integrierter Halbleitertechnik, mit einem ersten Differenzverstärker, an dessen Ausgang eine erdsymmetrische Wechselspannung in zwei Teilspannungen gegenüber Erde auftritt, bei der die in der erdsymmetrischen Wechselspannung enthaltene Gleichstromkomponente verstärkt, von dem Wechselspannungsanteil mittels eines Tiefpasses befreit und zur Gegenregelung wenigstens einem Zweig des Differenzverstärkers zugeführt wird.

Eine derartige Schaltungsanordnung ist bekannt aus VALVO Berichte Band XVIII, Heft 1/2, Seiten 32 bis 37. Dort wird auch die am Wechselstromausgang auftretende Differenzgleichspannung symmetrisch zur Regelung an den ersten Differenzverstärker zurückgeführt. Zur Siebung dieser Regelspannung sind daher zwei Kondensatoren nach Erde und/oder ein Kondensator zwischen beiden Regelspannungsleitungen erforderlich. Da große Kapazitäten benötigt werden, die nicht mit in die übrige Schaltung einbezogen werden können, müssen beide Regelspannungsleitungen nach außen geführt werden, so daß zwei Klemmen erforderlich sind. Das ist insbesondere dann erwünscht, wenn die Schaltung in integrierter Halbleitertechnik ausgeführt werden soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Siebung für die Regelgröße, eine Regelspannung und/oder einen Regelstrom, mit nur einem größeren Kondensator und damit mit nur einer nach außen führenden Klemme vorzunehmen. Wenn die symmetrisch vorliegende Regelgröße zu einer unsymmetrischen Regelgröße zusammengefaßt wird, können einseitige Störspannungen, z.B. aus der Speisequelle, wirksam werden, die in einer erdsymmetrisch ausgeführten Schaltung nicht in Erscheinung treten. Es sind daher zusätzliche Maßnahmen zu treffen.

Die erwähnte Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Teilspannungen je über einen ersten bzw. einen zweiten Tiefpaß einem zweiten Differenzverstärker zugeführt werden, der einen erdunsymmetrischen Ausgang aufweist und eine Gleichstrom-Regelgröße liefert, die über einen dritten Tiefpaß dem ersten Differenzverstärker zugeführt wird.

Durch den ersten und den zweiten Tiefpaß wird eine Vorsiebung vorgenommen, so daß der die erdunsymmetrische Gleichstrom-Regelgröße liefernde zweite Differenzverstärker durch das Wechselstromsignal nur zu einem Bruchteil ausgesteuert und so insbesondere nicht übersteuert wird. Am dritten Tiefpaß erfolgt dann die erforderliche starke Siebung, insbesondere mit einem einzigen nach Erde eingeschalteten Siebkondensator.

Der erste und der zweite Tiefpaß können nach einer Ausführungsform der Erfindung durch einen Miller-Integrator gebildet werden. Im Hinblick auf den Verstärkungsfaktor des dabei verwendeten Verstärkerelementes ist nur eine sehr kleine Kapazität von z. B. einigen pF erforderlich, die ohne große Schwierigkeiten auch in integrierter Halbleitertechnik realisiert werden kann.

Der zum dritten Tiefpaß gehörende Kondensator kann an den erdunsymmetrischen Ausgang des zweiten Differenzverstärkers unmittelbar angeschlossen sein. Der Innenwiderstand des Differenzverstärkers, der z. B. durch eine Stromspiegelschaltung auf einen hohen Wert gebracht sein kann, bildet dann die Längsimpedanz des Tiefpasses. Der mittels des Kondensators 32 gesiebte Regelstrom wird, zweckmäßig über einen Widerstand, dem ersten Differenzverstärker zugeführt Durch Dimensionierung dieses Widerstandes kann der Einfluß einer von der Betriebsspannung eingekoppelten unsymmetrischen Störspannung vermindert werden.

Durch Wahl eines niederohmigen Einspeisepunktes für den erdunsymmetrischen Regelstrom wird die Symmetrie der Netzsignale praktisch nicht gestört

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Ein erster Differenzverstärker wird durch vier npn-Transistoren gebildet, wobei die Emitter der Transistoren 1 und 2 bzw. 3 und 4 miteinander und je über eine Stromquelle 5 bzw. 6, die je 1,1 mA liefern, mit Erde verbunden sind. Der Strom der Stromquellen 5 und 6 wird von einem den Klemmen 7 bzw. 8 zugeführten Wechselstromsignal gegenläufig gesteuert Die Basen der Transistoren 1 und 4 bzw. 2 und 3 sind miteinander verbunden und an die Pole zweier Gleichspannungsquellen 9 und 10 angeschlossen. Die Spannungen der

Quellen 9 und 10 betragen je 4 V gegen Erde, sie sind gegenläufig einstellbar, so daß damit die Verstärkung des Differenzverstärkers aus dem ersten, zweiten, dritten und vierten Transistor 1, 2, 3, 4 eingestellt werden kann. Die Kollektoren der Transistoren 2 und 3 sind miteinander und über Widerstände 11 bzw. 12 von je 680 Ohm je mit dem Kollektor des Transistors 1 bzw. 4 verbunden. An die Kollektoren der Transistoren 1 und 4 sind die Emitter eines fünften bzw. eines sechsten Transistors 13 bzw. 14 angeschlossen, deren Basen miteinander und mit einer gegenüber Erde eingeschalteten Spannungsquelle von 6 Volt verbunden sind. Diese Spannungsquelle wird durch einen npn-Transistor 15 dargestellt, der als Emitterfolger ausgebildet ist dadurch, daß sein über einen Widerstand 15a mit Erde verbundener Emitter an die Basis des Transistors 13 angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 15 liegt an der Speisequelle + U, und seine Basis ist mit dem Anzapfungspunkt eines Spannungsteilers aus den Widerständen \5b und 15c verbunden, der zwischen + i/und Masse eingeschaltet ist.

Die Kollektoren der Transistoren 13 und 14, die über Arbeitswiderstände 17 bzw. 18 von je 3 kOhm an der Speisequelle + U von 12 Volt liegen, sind mit den Ausgangsklemmen 21 bzw. 22 verbunden, denen das im ersten Differenzverstärker 1, 2, 3, 4 verstärkte Wechselstromsignal entnommen werden kann.

Der zwischen den Ausgangsklemmen 21 und 22 auftretende Gleichspannungswert (Offset) wird über Entkopplungs- und Siebwiderstände 23 bzw. 24 den Basen eines von zwei npn-Transistoren 25 und 26 gebildeten zweiten Differenzverstärkers zugeführt. Die Emitter der Transistoren 25 und 26 sind miteinander verbunden und liegen über eine Stromquelle 27 von 0,2 mA an Erde. Die Kollektoren der Transistoren 25 und 26 sind über eine durch zwei npn-Transistoren 29 und 30 gebildete Stromspiegelschaltung an die Speisequelle + U angeschlossen, wobei weiter der Verbindungspunkt der Kollektoren der Transistoren 25 und 29 über eine Klemme 31 an einem andererseits geerdeten Kondensator 32 von 22 nF liegt. Der mit dem Kondensator 32 geglättete Regelstrom wird über einen Widerstand 33 von 5,6kOhm dem Emitter des Transistors 13 zugeführt und so in einen Zweig des symmetrischen Verstärkers eingespeist.

Wenn infolge irgendwelcher Einflüsse im Wechselstromsignal am Ausgang 21,22 eine Gleichstrom-Differenzspannung auftritt, so wird diese dem zweiten Differenzverstärker 25, 26 zugeführt. Dieser liefert am Kollektor des Transistors 25 ein erdunsymmetrisches Regel-Ausgangssignal, durch Kondensatoren 35 und 36 von je 3 pF, die zwischen Basis und Kollektor jedes der Transistoren 25 und 26 angeschlossen sind, wirken diese Transistoren innerhalb des zweiten Differenzverstärkers als Miller-Integratoren und bewirken so eine Vorsiebung. Das Wechselstromsignal, das zwischen den Ausgangsklemmen 21 und 22 20OmV von Spitze zu Spitze betragen kann, wird dadurch schon stark vorgesiebt, so daß es an den Basen der Transistoren 25 und 26 nur noch etwa 10 mV beträgt und so eine Übersteuerung des zweiten Differenzverstärkers 25,26 nicht mehr zu befürchten ist Das dem Differenzverstärker 25, 26 zugeführte Gleichstromsignal tritt als Regelsignal am Ausgang auf; es wird dort sehr stark geglättet, wobei der Kondensator 32 mit dem ausgangsseitigen Innenwiderstand des zweiten Differenzverstärkers 25,26 als Tiefpaß wirkt, und schließlich dem ersten Differenzverstärker (1, 2, 3, 4) am Emitter des Transistors 13 zur Nachstellung des Gleichstromwertes zugeführt. Damit wird die gewünschte Verkleinerung der Gleichspannungskomponente im Ausgangssignal an den Klemmen 21 und 22 auf wenige Millivolt erreicht.

Der Kondensator 32 hat einen sehr niedrigen Wechselstromwiderstand. Da am Emitter des Transistors 13 ein Nutz-Wechselspannungssignal auftritt, ist eine Entkopplung durch den Widerstand 33 erforderlich, um einen Kurzschluß des Nutzsignals zu verhindern.

Eine möglicherweise der Betriebsspannung + U überlagerte Störspannung wird über den Vorspannungsteiler 156,15c geteilt und über den Emitterfolgertransistor 15 der Basis des Transistors 13 zugeführt. Das Verhältnis des Wertes des Widerstandes 17 zum Wert des Widerstandes 33 bestimmt die Auswirkung des Störsignals. Das bedeutet, daß durch Einsatz eines möglichst hochohmigen Widerstandes 33 der Einfluß der Störspannung vermindert werden kann. Die Größe dieses Widerstandes 33 wird allerdings dadurch begrenzt, daß der Spannungs-Aussteuerbereich der Stromquelle 25, 29 durch die Speisespannung + U eingeschränkt ist. Im Beispiel nach der Figur ist das Verhältnis der Widerstände 17 und 33 etwa 1/2, so daß die Störspannung an der Basis des Transistors 13 um 1/2 abgeschwächt wird.

Der Einspeisepunkt für den Regelstrom, nämlich der Emitter des Transistors 13, ist sehr niederohmig und damit unkritisch. Eine unsymmetrische Einspeisung in den Differenzverstärker 13, 14 stört daher praktisch nicht die Symmetrie der Nutzsignale.

Zur Verbesserung der Verstärkung des Wechselspannungssignals und/oder der Regelsteilheit können dabei in an sich bekannter Weise weitere Verstärkerstufen eingeschaltet sein.

In der Schaltung nach der Erfindung wird nur ein großer Kondensator 32 zur Abschwächung von im symmetrischen Signal enthaltenen Schwankungen benutzt. Durch die Einspeisung des Regelstromes am niederohmigen Emitter des Transistors 13 wird die Signalsymmetrie praktisch nicht beeinträchtigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung, insbesondere in integrierter Halbleitertechnik, mit einem ersten Differenzverstärker, an dessen Ausgang eine erdsymmetrische Wechselspannung in zwei Teilspannungen gegenüber Erde auftritt, bei der die in der erdsymmetrischen Wechselspannung enthaltene Gleichstromkomponente verstärkt, von dem Wech- jq selspannungsanteil mittels eines Tiefpasses befreit und zur Gegenregelung wenigstens einem Zweig des Differenzverstärkers zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen je über einen ersten bzw. einen zweiten Tiefpaß (35; 36) einem zweiten Differenzverstärker (25, 26) zugeführt werden, der einen erdunsymmetrischen Ausgang aufweist und eine Gleichstrom-Regelgröße liefert, die über einen dritten Tiefpaß (32) dem ersten Differenzverstärker (1,2,3,4) zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Tiefpaß durch einen Miller-Integrator gebildet werden.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erdsymmetrische Ausgang des zweiten Differenzverstärkers (25, 26) mit Hilfe eines Stromspiegels (29, 30) erhalten wird und daß an diesem Ausgang ein den dritten Tiefpaß bildender, auf der anderen Seite an Erde liegender Kondensator (32) angeschlossen ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Kondensator (32) über einen Widerstand (33) ein Einstellstrom für den ersten Differenzverstärker (1 bis 4) entnommen wird.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilspannungen erhalten werden an den Kollektoren zweier Transistoren (13, 14), deren Emitter an die Ausgänge des ersten Differenzverstärkers (1 bis

4) angeschlossen sind und deren Basen an einer festen Gleichspannung (9) liegen, wobei der Regelstrom vom dritten Tiefpaß (32) dem Emitter eines der genannten Transistoren (13; 14) zugeführt wird.