DE3315621C2 - Gegengekoppelter Verstärker - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen gegengekoppeiten Verstärker gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Verstärker der vorgenannten Art sind hinreichend bekannt. Insbesondere im Einsatz als Vorverstärker ist es von Bedeutung, daß das Eigenrauschen des Verstärkers möglichst gering ist. Eine wesentliche Komponente stellt das thermische Rauschen dar, das zum überwiegenden Teil durch den Widerstand im Gegenkopplungszweig verursacht wird. Je höher der Wert dieses Widerstandes ist, um so geringer ist der durch ihn erzeugte Rauschstrom, um so kleiner ist jedoch der vom Verstärker übertragbare Frequenzbereich bzw. dessen Aussteuergrenze und umgekehrt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen gegengekoppelten Verstärker mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Der Unteranspruch zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes auf.

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Rauschstrom bei unverändertem Übertragungsbereich wesentlich geringer wird, und daß die Aussteuerung des Verstärkers um das Übersetzungsverhältnis des Übertragers verringert werden kann, wodurch ein Betrieb im linearen Kennlinienteil möglich ist.

Anhand von zwei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die Grundschaltung eines gegengekoppelten Verstärkers bekannter Ausführung,

F i g. 2 die Grundschaltung eines gegengekoppelten Verstärkers gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine Variante des Verstärkers gemäß F i g. 2.

F i g. 1 zeigt die Grundschaltung eines gegengekoppelten Verstärkers bekannter Ausführung. Das aktive Element ist ein Operationsverstärker OP, dessen Ausgang Λ'über einen Widerstand R auf den invertierenden Eingang gegengekoppelt ist. Der Eingangsstrom i_c wird z. B. von einer an den Signaleingang Fangeschlossenen Avalanche-Photodiode geliefert. Die Eingangsspannung Ue ist wegen des virtuellen Kurzschlusses zwischen den beiden Eingangsklemmen des Operationsverstärkers OPpraktisch Null. Die am Ausgang A'des Operationsverstärkers OPauftretende Spannung Uo ist gleichzeitig die Aüsgangsspannung Ua. Durch das von der Temperatur und dem übertragenen Frequenzbereich abhängige thermische Rauschen des Widerstandes R erfolgt eine Rauscheinströmung auf den Eingang des Verstärkers, die sich dem Eingangsstrom /,. überlagert.

folgt, durch einen entsprechend hohen Wert des Widerstandes R klein gehalten werden. Dieses hat aber zur Folge, daß der übertragbare Frequenzbereich kleiner wird.

Fig.2 zeigt die Grundschaltung eines gegengekoppelten Verstärkers, der im Vergleich zur Schaltung gemäß F i g. 1 bei gleichem übertragbaren Frequenzbereich wesentlich weniger rauscht.

Bei dieser Schaltung ist ein Gegenkopplungswiderstand R 1 über einen Übertrager Tr 1 mit dem Ausgang Λ'des Operationsverstärkers OP verbunden. Der Übertrager TrI hat ein Übersetzungsverhältnis ö>l. Bei gleichem Operationsverstärker OP wie bei F i g. 1 ist die rückgekoppelte Spannung um den Faktor ü größer als die Spannung Uo am Ausgang Λ'des Operationsverstärkers OP. Bei gleichem Eingangsstrom i_e hat somit der Widerstand R 1 den Wert if ■ R. Damit reduziert sich der Rauschstrom i_r gemäß der vorstehenden Beziehung um /— . Andererseits ist die am Ausgang A des

• ü
Verstärkers auftretende Spannung Ua= Uo ■ ü, d. h. sie ist um den Faktor des Übersetzungsverhältnisses ü größer als beim Verstärker gemäß Fig. 1.

Ist keine höhere Ausgangsspannung erforderlich, so kann diese durch Reduzieren der Aussteuerung des Operationsverstärkers OP auf den gewünschten Wert verringert werden. Dieses hat den Vorteil, daß das zuvor voll ausgesteuerte aktive Element OP im Bereich des linearen Kennlinienteils beschrieben werden kann. Es besteht andererseits die Möglichkeit, einen Operationsverstärker OP mit geringerer Aussteuergrenze zu verwenden.

Beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 wird ein Übertrager Tr 1 mit zwei getrennten Wicklungen verwendet, wodurch der Ausgang Λ'des Operationsverstärkers OPgalvanisch vom Ausgang A des Verstärkers getrennt ist.

Wenn dies nicht gefordert wird, kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 ein sogenannter Spartransformator Tr 2 verwende·* werden. Die

ü-1
Wicklung ist im Verhältnis —:—unterteilt. Am Abgriff

ist der Ausgang A'des Operationsverstärkers OP angeschlossen. Die Funktionsweise ist die gleiche wie zu Fig. 2 beschrieben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Gegengekoppelter Verstärker mit einem aktiven Element und einem Gegenkopplungspfad zwischen Verstärkereingang und -ausgang, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang (A') des aktiven Elements (OP) und dem Verstärkerausgang (A) ein Übertrager (Tr 1) mit einem Übersetzungsverhältnis größer 1 geschaltet ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager ein Spartransformator (TV 2) ist.

Wie eingangs bereits erwähnt, kann der Rauschstrom, der der Beziehung