DE3337697A1 - Trigger-schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Trigger-Schaltungsanordnung und speziell eine derartige Schaltungsan-Ordnung zur Steuerung der Frequenz- und Verstärkungscharakteristik eines Triggersignals.

Zur Ansteuerung von triggerbaren Elementen oder Schaltungen, beispielsweise von Ablenk-Sägezahnsignalgeneratoren für Oszillographen werden unterschiedliche Trigger-Schaltungsanordnungen verwendet. Um Vielseitigkeit derartiger Instrumente zu gewährleisten, enthalten Trigger-Schaltungsanordnungen gewöhnlich eine Trigger-Koppelschaltung zur Auswahl der gewünschten Frequenzcharakteristik oder Signaldämpfung.

Ein Beispiel einer bekannten Trigger-Schaltungsanordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Bei dieser speziellen Ausführungsform werden drei Triggersignale, welche Eingangssignale für einen Kanal 1 und einen Kanal 2 eines Zweikanal-Oszillographen sowie ein externes Triggersignal darstellen können, in Eingangsanschlüsse 10a bis 10c eingespeist. Eine Auswahl derartiger Triggersignale erfolgt durch Auswahlschalter 12a-12d zur Auswahl ent-

²^ weder eines der Signale für den Kanal 1 und 2, des externen Triggersignals oder des durch ein RC-Dämpfungsglied 14 geteilten externen Triggersignals. Das ausgewählte Triggersignal wird sodann über eine vier Schalter 20a bis 2Od, Kondensatoren 22-26 sowie Widerstände

28 und 30 enthaltende Koppelschaltung in den Eingang eines Eingangsverstärkers 18 eingespeist. Die Schalter 20a-20d wählen entsprechende Betriebsarten, nämlich eine Hochfrequenzausblendung, eine Wechselspannungskopplung, eine Niederfrequenzausblendung oder eine Gleichspannungskopplung aus. Der Eingangsverstärker 18 enthält einen als Source-Folger geschalteten Feldeffekttransistor 32, einen

Stromquellen-Feldeffekttransistor 34 und einen Eingangswiderstand 36. Das Äusgangssignal des Eingangsverstärkers 18 wird sodann mit einem steuerbaren Triggerpegel von einem Potentiometer 40 mittels einer Differenzvergleichsstufe 38 verglichen, um an einem Ausgangsanschluß 42 ein Ausgangstriggersignal zu erzeugen.

Das Dämpfungsglied 14 dämpft das externe Triggersignal beispielsweise im gesamten Frequenzbereich um einen Faktor 10. Der Wechselspannungs-Kopplungskondensator 22 besitzt einen relativ großen Kapazitätswert von beispielsweise 0,02 7 uF, um Gleichspannungs- und Niederfrequenz-Signalkomponenten zu eliminieren, wenn der Wechselspannungs-Kopplungsbetrieb gewählt wird. Wird der Schalter 20a zur Auswahl des Hochfrequenzausblend-Kopplungsbetriebs geschlossen, so bilden der Widerstand 28 und der Kondensator 26 ein Tiefpaßfilter mit einer oberen Grenzfrequenz von etwa 30 kHz. Der Kondensator 24 besitzt einen sehr kleinen Kapazitätswert von beispielsweise 100 pF, um Niederfrequenzkomponenten bis zu etwa 50 kHz auszublenden.

Ein Nachteil derartiger bekannter Trigger-Schaltungsanordnungen ist u.a. die Verwendung einer großen Anzahl von Schaltern in Serie zu Hochfrequenz-Signalpfaden, wodurch die Schaltung im Hochfrequenzbetrieb, insbesondere bei Ausbildung in integrierter Schaltungstechnik, sehr kritisch wird. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform müssen die Pfade für Gleichspannungskopplung, Wechselspannungskopplung, Niederfrequenzausblendung und Hochfrequenzausblendung hochfrequente Signalpfade über der gesamten Bandbreite (100 MHz oder höher) sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Triggerschaltungsanordnung mit weniger Hochfre- ° quenzsignalpfaden anzugeben.

Dabei soll eine Auswahl verschiedener Trigger-Kopplungsfrequenzcharakteristiken ohne Verwendung eines großen Koppelkondensators in Serie zum Hochfrequenzsignalpfad möglich sein.

Weiterhin soll auch eine Dämpfung des Eingangstriggersignals möglich sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Trigger-Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs gelöst .

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 die bereits diskutierte bekannte Trigger-Schaltungsanordnung;

Fig. 2 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform

der erfindungsgemäßen Trigger-Schaltungsanordnung; Fig. 3 ein Schaltbild einer praktischen Ausführungsform des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3; Fig. 4 Einzelheiten des Hochfrequenz-Verstärkerteils für einen Hochfrequenzausblend-Betrieb;

Fig. 5 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trigger-Schaltungsanordnung; und

³^ Fig. 6 eine praktische Ausgestaltung der Ausführungsform nach Fig. 5.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Trigger-Schaltungsanordnung besitzt eine selektive Frequenz-³^ Charakteristik. In einen Eingangsanschluß 10 wird ein Eingangstriggersignal eingespeist, dessen hochfrequente

Komponenten durch einen Hochfrequenz-Differenzverstärker 44 über einen Koppelkondensator 50 relativ großer Kapazität von beispielsweise 0,002 uF und dessen niederfrequente Komponenten durch einen Niederfrequenz-Operationsverstärker 46 verstärkt werden. Die Signalkopplung zu dem einen Rückkoppelwiderstand 58 aufweisenden Niederfrequenzverstärker 46 erfolgt über Eingangswiderstände 52 und 54 sowie' einen Schalter 56. Dieser Schalter 56 dient bei dieser Ausführungsform zur Auswahl entweder eines Gleichspannungs- oder eines Wechselspannungs-Kopplungsbetriebs. Ein großer Koppelkondensator 5 7 von beispielsweise 1 V-F liegt im Wechselspannungs-Kopplungsbetrieb zwischen den Widerständen 52 und 54 und dient zur Gleichspannungstrennung. Der Widerstand 52 trennt den Kondensator 5 7 vom Hochfrequenz-Signalpfad ab, so daß eine große Streukapazität vermieden wird. Der Ausgang des Niederfrequenzverstärkers 46 ist über ein durch einen Widerstand 60 und einen Kondensator 62 gebildetes Tiefpaßfilter auf den invertierenden Eingang des Hochfrequenzverstärkers 44 gekoppelt. Das resultierende Ausgangssignal wird an einem Ausgangsanschluß 48 abgenommen.

Wird durch den Betriebsartschalter 56 der Gleichspannungs-Kopplungsbetrieb ausgewählt, so werden die über den Hochfrequenz-Koppelkondensator 50 laufenden hochfrequenten Signalkomponenten des Eingangssignals durch den Differenzverstärker 44 mit vorgegebener Verstärkung verstärkt. Niederfrequente Komponenten werden durch den Operationsverstärker 46 mit der Verstärkung 1 verstärkt, die durch den Ausdruck R 58/(R 52 -f R 54) festgelegt ist, worin R 52, R 54 und R 58 die Widerstandswerte der Widerstände 52, 54 und 58 bedeuten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist R 52 + R 54 = R 58 = 10 K. Da die Signalpolarität des Ausgangssignals des Operationsverstärkers 46 in be-

³^ zug auf das Eingangssignal invertiert wird, bewirkt die Ausgangsverbindung des invertierenden Eingangs des Differenzverstärkers 44, daß dieser Verstärker 44 als Addierer arbeitet. Wird der Wechselspannungs-Kopplungsbetrieb

ausgewählt, so wird verhindert, daß Gleichspannungs- und Niederfrequenz-Signalkomponenten zum Niederfrequenz-Operationsverstärker gelangen. Am Eingang des Operationsverstärkers 46 kann ein steuerbarer Triggerpegel eingestellt werden, so daß der Differenzverstärker 44 auch als Triggerpegel-Vergleichsstufe arbeitet. Ein derartiger Triggerpegel kann unabhängig vom Eingangstriggersignal sein oder auch beispielsweise als steuerbarer Bruchteil der Spitzenamplitude des Eingangstriggersignals von diesem abhängen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3, bei der es sich um eine praktische Ausgestaltung der Ausführungsform nach Fig. 2 handelt, enthält der Hochfrequenz-Differenzverstärker 44 ein Paar von Transistoren Q₁, Q„, deren Emitter über einen Koppelwiderstand R₁ miteinander gekoppelt sind und die jeweils über einen entsprechenden Widerstand R- bzw. R₃ an eine negative Spannung angekoppelt sind. Die Kollektoren der Transistoren Q₁ und Q„ liegen über einen Kollektorwiderstand R. bzw. R₁. an einer positiven Spannung. Die Ausgangssignale an den Kollektoren der Transistoren Q. und Q„ werden in eine Nutzschaltung eingespeist , bei der es sich beispielsweise um einen durch einen schnellen Impulsgenerator angesteuerten triggerbaren Sägezahngenerator handeln kann. Die Basis des Transistors Q₁ ist über einen Widerstand 70 auf eine negative Vorspannung zurückgeführt. Die Eingangskopplung zum Niederfrequenzverstärker 46 unterscheidet sich geringfügig von der Ausführungsform nach Fig. 2 durch einen zu-

^O sätzlichen Schalter 64 und einen Widerstand 65 für den Niederfrequenzausblend-Koppelbetrieb. Von einem Potentiometer 66 ist weiterhin eine Triggerpegel-Steuerspannung über einen Widerstand 68 auf einen invertierenden Eingang

des Operationsverstärkers 46 geführt. 35

ft *

ο Φ 4

-7-

Wird der Schalter 64 in seine rechte Schaltstellung geschaltet, so ist das untere Ende des Eingangswiderstandes 54 über einen Widerstand 65, der im wesentlichen den gleichen Wert wie der Widerstand 52 hat, nach Masse zurückgeführt, wodurch das Eingangssignal für den Operationsverstärker 46 abgeschaltet wird, der nunmehr als Pufferverstärker für den steuerbaren Triggerpegel vom Potentiometer 66 arbeitet« Fig. 4 zeigt Einzelheiten des Hochfrequenz-Differenzverstärkers 44 in Form eines Verstärkers 44', um zusätzlich zur normalen Führung der Hochfrequenzkomponente des Triggersignals die Auswahl des Hochfrequenzausblend-Betriebs möglich zu machen. Der Verstärker 44' enthält einen zusätzlichen, parallel zum Transistor Q₁ liegenden Transistor Q-. (mit Verbindung der Kollektoren bzw. der Emitter). Die Basis des Transistors Q₁ liegt an der Ausgangsseite des Kondensators 50, um hochfrequente Signale aufnehmen zu können, und weiterhin über eine Serienschaltung von Widerständen R_c und R_ an einer nega-

D /

tiven Vorspannung. Die Basis des Transistors Q-, liegt über eine Serienschaltung von Widerständen R₀ und R_n an

ο y

der negativen Vorspannung. Für den Normalbetrieb, d.h., für die Weiterleitung hochfrequenter Signale, steht ein Schalter SW in seiner linken Stellung, wodurch der Verbindungspunkt der Widerstände R, und R- geerdet wird. D_er Transistor Q₁ wird aufgrund einer positiveren Spannung an seiner Basis in bezug auf den Transistor Q₃ durchgeschaltet, während der Transistor Q₃ gesperrt wird.

Sollen Hochfrequenzsignale gedämpft werden (Hochfrequenz-

Ausblendbetrieb), so wird der Schalter SW in seine rechte Schaltstellung geschaltet, wodurch der Verbindungspunkt der Widerstände R_fl und R_n geerdet wird. Damit wird der Transistor Q₁ gesperrt und der Transistor Q-, durchgeschaltet. Der Transistor Q-. hält einen Stromabgleich im Ver-

or -J

stärker 44' aufrecht, während der Transistor Q. gesperrt ist, so daß das hochfrequente Signal ausgeblendet wird.

-δι Mit der in Fig. 5 dargestellten weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trigger-Schaltungsanordnung ist eine Änderung des Dämpfungsfaktors des Eingangstriggersignals möglich. Diese Ausführungsform eignet sich speziell als externe Trigger-Schaltungsanordnung. Ein in den Eingangsanschluß 10 eingespeistes Eingangssignal wird über einen Eingangswiderstand 77' und einen ersten Hochfrequenz-Koppelkondensator 50a in einen ersten Impedanzwandlerverstärker 75a eingespeist. Entsprechend wird das Signal am Verbindungspunkt des Widerstandes 77' und des Kondensators 50a über einen Widerstand 77 und einen Kondensator 50b in einen zweiten Impedanzwandlerverstärker 75b eingespeist. Die Spannung am Verbindungspunkt des Widerstandes 77 und des Kondensators 50b wird weiterhin in einen invertierenden Verstärker eingespeist, der durch einen Operationsverstärker 82, einen Eingangswiderstand und einen Rückkoppelwiderstand 80 gebildet wird. An den Ausgang des Operationsverstärkers 82 sind ein Koppel-Auswahlschalter 84, ein Widerstandsteiler 86, ein Schalter 88 und ein Eingangswiderstand 90 für einen Operationsverstärker 92 angekoppelt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 92 ist selektiv über einen Schalter 96 sowie einen großen Widerstand 94a bzw. 94b an einen der Verstärker 75a oder 75b ankoppelbar. Die Ausgänge der Verstärker 75a und 75b sind zusammengeschaltet und über einen Rückkoppelwiderstand 99 auf den invertierenden Eingang des Verstärkers 92 sowie auf den Eingang einer Differenz-Vergleichsstufe 44 gekoppelt.

Die miteinander gekoppelten Schalter 88 und 96 stehen für eine Triggersignalkopplung mit minimaler Dämpfung vorzugsweise in der dargestellten Schaltstellung. Das bedeutet, daß das Eingangstriggersignal am Eingangsanschluß 10 über ein durch die Widerstände 77', 77 und 78 gebildetes Widerstandsdämpfungsglied und weiterhin über den Koppel-

Kondensator 50a auf den dann wirksam-geschalteten Hochfrequenzverstärker 75a gekoppelt wird. Es ist zu bemerkken, daß der invertierende Eingang des Niederfrequenz-Operationsverstärkers 82 ein virtueller Massepunkt ist, und daß der Dämpfungsfaktor durch die Größe R 77'/(R 77' +R 77 + R 78) gebildet wird, worin R 77', R77 und R 78 die Widerstandswerte der Widerstände 77', 77 und bedeuten» Der zweite Hochfrequenzverstärker 75b ist unter diesen Bedingungen unwirksam. Wird der Gleichspannungs-Kopplungsbetrieb gewählt, so steht der Schalter 84 in der dargestellten Schaltstellung. Durch richtige Wahl des Rückkopplungswiderstandes 80 gemäß der Bedingung >' R 80 = R 77 + R 78, ist das Ausgangssignal des Verstärkers 82 in der Amplitude im wesentlichen gleich dem Hochfrequenzsignal am Eingang des Verstärkers 75a. Die hochfrequenten und niederfrequenten Signalkomponenten xverden am Eingang des Verstärkers 75a kombiniert, um am Ausgangswiderstand 98 eine breitbandige Ausgangsspannung zu erzeugen. Diese Ausgangsspannung wird am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 92 summiert, wobei nach ausreichender Verstärkung durch den Fehlerverstärker 92 jeder Fehler in den Verstärker 75a eingespeist wird. Die Rückkopplung unterstützt die Stabilisierung der Schaltung „

Ein Dämpfungsbetrieb ergibt sich durch Umschaltung der beiden Schalter 88 und 96 in ihre andere Schaltstellung. Dabei wird dann der Hochfrequenzverstärker 75b wirksamgeschaltet, wobei das Ausgangssignal des Verstärkers 82

ebenfalls durch den Widerstandsteiler 86 gedämpft wird. Die dem Verstärker 75b zugeführten Hochfrequenzkomponenten werden um den Faktor R 78/(R 77' +R 77 + R 78) gedämpft. Der Widerstandsteiler 86 ist weiterhin für eine Dämpfung der Niederfrequenzkomponenten um den gleichen Betrag durch geeignete Auswahl der Schaltungsparameter ausgelegt. Die anderen Schaltungsteile arbeiten im wesentlichen in gleicher Weise und liefern wiederum das

-ΙΟΙ gedämpfte breitbandige Triggerausgangssignal am Widerstand 98. Die Schaltungsparameter sind so gewählt, daß das Dämpfungsverhältnis auf einen gegebenen Faktor (beispielsweise 10) reduziert ist, wenn die Schalter 88 und 96 zwischen den beiden Schaltstellungen geschaltet werden.

Für den Wechselspannungs-Kopplungsbetrieb wird der Schalter zur Abschaltung der Gleichspannungskomponenten auf Masse zurückgeschaltet. In diesem Kopplungsbetrieb werden lediglich Wechselspannungskomponenten verstärkt. Es ist darauf hinzuweisen, daß der Verstärker 92 auch in dieser Betriebsart zur Stabilisierung der Schaltung ausgenutzt wird. Über dem Rückkopplungswiderstand 80 des Operationsverstärkers 82 kann auch ein elektronischer Schalter verwendet werden, um diesen Widerstand im Wechselspannungs-Kopplungsbetrieb kurzzuschließen, wodurch die Verstärkung auf Null reduziert wird.

Fig. 6 zeigt eine praktische Ausführungsform der Trigger-Schaltungsanordnung nach Fig. 5. Da die Schaltungsauslegung und die Funktion der Schaltungsanordnung nach Fig. gleichartig mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 5

ist, werden im folgenden lediglich Unterschiede erläutert. 25

Bei dieser speziellen Ausführungsform besitzen die Widerstände 76, 77 und 78 einen Wert von 825 KjQ., 158 κΛ und 17,4 Κ.Ω., und die Kondensatoren 50a und 50b einen Wert von 180 pF. Um eine breitbandige Dämpfung zu reali-

sieren, liegen den Widerständen 76 und 77 in an sich bekannter Weise Kondensatoren parallel. Der Hochfrequenzverstärker 75 enthält als Source-Folger geschaltete Feldeffekttransistoren Q₁₂# Qi₃ ^als Eingangsstufe, als Emitterfolger geschaltete Transistoren Q₁ ., Q_{1 K} als Ausgangsstufe sowie Schutzdioden D₃, D. zwischen diesen Stufen.

Der Schalter 96 gemäß Fig. 5 ist durch Dioden D., D₂ ersetzt, die durch eine zwei Transistoren Q₁₀, Q₁₁ enthaltende Schaltersteuerschaltung 100 gesteuert werden. Von einem Steueranschluß 102 wird ein Schaltersteuersignal

g in die Basis des Transistors Q₁₀ eingespeist.

Wenn das Schaltersteuersignal einen tiefen Pegel besitzt, wird der Transistor Q_1n durchgeschaltet und der Transistor Q₁₁ gesperrt, wodurch die Diode D_? und der FeId-

IQ effekttransistor Q₁^ durchgeschaltet und die Diode D₁ und der Feldeffekttransistor Q_1? gesperrt werden. Besitzt das Steuersignal einen hohen Pegel, so wird ein unterschiedlicher Dämpfungsbetrieb zur Wirksamschaltung der Diode D₁ und des Feldeffekttransistors Q₁₉ gewählt,

IQ wodurch das Eingangssignal mit einem unterschiedlichen Dämpfungsfaktor verstärkt wird.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Trigger-Schaltungsanordnung ist die Anzahl von erforderlichen Hochfrequenz-Signalpfaden gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen reduziert, wobei auch in den Hochfrequenz-Signalpfad kein Koppelkondensator mit großer Kapazität eingekoppelt ist. Darüber hinaus kann im Hochfrequenz-Signalpfad jeder Schalter entfallen, so daß die Schaltungsanordnung sich für eine elektronische Steuerung und eine Fernsteuerung eignet.

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L θ e r s e i t e

Claims (1)

1. Trigger-Schaltungsanordnung

   Patentanspruch

   Trigger-Schaltungsanordnung,

   gekennzeichnet durch

   einen Niederfrequenzverstärker (46; 82) zur Verstärkung niederfrequenter Komponenten eines Eingangstriggersig-

   05 nals,

   einen Hochfrequenzverstärker (44; 44'; 75a, 75b; 75) zur Verstärkung hochfrequenter Komponenten des Eingangstriggersignals sowie zur Addition seines Ausgangssignals und des Ausgangssignals des Niederfrequenzverstärkers (46; 82) -

   und eine Schalteranordnung (56; 56, 64; SW; 84, 88, 96; 84, 88, D., D„) zur Steuerung der Verstärkung des Niederfrequenzverstärkers (46; 82).