DE3721494C2 - - Google Patents
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- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
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- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/113—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum
Verstärken und Umwandeln einer Signalspannung, die aus der
Summe einer Wechselspannung und einer schwankenden
Gleichspannung besteht, in eine Rechteckspannung.
Es ist bekannt, bei Operationsverstärkern mit zwei
Eingängen dem einen Eingang eine Signalspannung und dem
anderen Eingang eine Referenzspannung zuzuführen, mit dem
der Arbeitspunkt des Verstärkers richtig eingestellt
werden kann. Das bereitet keine Probleme, solange der
Mittelwert der Signalspannung konstant ist oder sich im
Verhältnis zu ihrer Amplitude nur wenig ändert.
Soll jedoch eine Signalspannung verarbeitet werden, die
aus der Summe einer Wechselspannung und einer schwankenden
Gleichspannung besteht und die mit ihrer Amplitude den
Operationsverstärker nahezu vollständig aussteuert, dann
kann der Operationsverstärker die Signalspannung nur dann
richtig verarbeiten, wenn die Referenzspannung etwa der
Gleichspannung entspricht. Ist das nicht der Fall, wird
der Operationsverstärker durch die von der
Referenzspannung stark abweichende Gleichspannung in die
Begrenzung gefahren, wodurch die Wechselspannung
mindestens teilweise unterdrückt wird und diese am Ausgang
des Operationsverstärkers nicht mehr vollständig
erscheint.
Aus der JP-OS 57-61330 ist eine Schaltung bekannt, bei der
eine Signalspannung, die aus der Summe einer sinusförmigen
Wechselspannung und einer schwankenden Gleichspannung
besteht, sowohl dem nicht invertierenden Eingang (+) eines
Komparators als auch - über einen Tiefpaß - dem
invertierenden Eingang (-) dieses Komparators zugeführt
wird, um dem Ausgang eine Rechteckspannung zu entnehmen,
die von der schwankenden Gleichspannung befreit ist. Bei
geringerer Aussteuerung dieses bekannten Komparators
könnte seinem Ausgang auch eine von der schwankenden
Gleichspannung befreite sinusförmige Wechselspannung
entnommen werden.
Es gibt Anwendungsfälle, bei denen nach jedem Aussetzen
der Wechselspannung festgestellt werden soll, in welcher
Richtung die Wechselspannung im Zeitpunkt des Aussetzens
gerade verlief. Diese Möglichkeit bietet der bekannte
Komparator nicht, denn bei diesem hängt es nur von den
Streuungen der in ihm enthaltenen Halbleiterelemente ab,
auf welchen Pegel ("low" oder "high") sich der Ausgang
einstellt, wenn die Wechselspannung aussetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte
Komparatorschaltung so zu verbessern, daß sie folgende
Bedingungen gleichzeitig erfüllt:
- a) die zugeführte Signalspannung soll auch bei einem stark schwankenden Gleichspannungsanteil immer richtig verarbeitet werden, so daß am Ausgang eine Rechteckspannung erscheint, deren Frequenz der Frequenz der in der zugeführten Signalspannung enthaltenen Wechselspannung entspricht,
- b) für den Fall des Aussetzens der Wechselspannung soll an der Ausgangsspannung erkennbar sein, ob die Wechselspannung nach einem ansteigenden oder nach einem abfallenden Spannungsverlauf ausgesetzt hat.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen
insbesondere darin, daß der Arbeitspunkt des Komparators
selbsttätig immer in der Mitte der Kennlinie verbleibt,
auch wenn der Gleichspannungsanteil der zugeführten
Signalspannung stark schwankt, und daß dadurch die
abgegebene Rechteckspannung immer die gewünschte Form
aufweist und daß beim Aussetzen der Wechselspannung die
abgegebene Rechteckspannung je nachdem, ob das Aussetzen
nach einem ansteigenden oder nach einem abfallenden
Spannungsverlauf erfolgt ist, entweder auf dem maximalen
(high) oder auf dem minimalen (low) Spitzenwert
stehenbleibt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es
zeigt
Fig. 1 ein Schaltbild gemäß der Erfindung und
Fig. 2 Spannungsverläufe an verschiedenen Punkten des
Schaltbildes nach Fig. 1.
Ein Komparator 2 mit zwei Eingängen (+, -) und einem
Ausgang erhält an seinem invertierenden Eingang (-) über
einen Vorwiderstand 11 vom Ausgang einer niederohmigen
Spannungsquelle 1 eine zu verstärkende Signalspannung u₁,
deren Gleichspannungsanteil u₂ mit einer Amplitude
schwankt, die etwa so groß ist wie die Amplitude der
Wechselspannung u₀.
Die niederohmige Spannungsquelle 1 kann zum Beispiel ein
Emitterfolger oder ein über einen Spannungsteiler 12, 14
gegengekoppelter Operationsverstärker sein, an dessen
Eingang (+) die zu verstärkende Signalspannung anliegt,
die zum Beispiel von einem Spannungsteiler herrührt, der
aus einem temperaturabhängigen Widerstand 8 und einem
weiteren Widerstand 9 besteht. Die zu messende Temperatur
kann zum Beispiel die Temperatur der Atemluft eines
Menschen sein, wobei dieser temperaturabhängige Widerstand
8 neben den Schwankungen der Temperatur der Atemluft auch
der langsam sich ändernden Umgebungstemperatur ausgesetzt
ist, was zu der Signalspannung u₁ führt.
Der Ausgang der diese Signalspannung
u₁ = u₂+u₀
liefernden niederohmigen Spannungsquelle 1 ist nicht nur
mit dem invertierenden Eingang (-) des Komparators 2
verbunden, sondern auch über einen Tiefpaß 3, 4, 7 und
einen über einen Spannungsteiler 13, 15 gegengekoppelten
Trennverstärker 5 mit dem nicht invertierenden Eingang (+)
des Komparators 2, wobei der Tiefpaß 3, 4, 7 mindestens
den Gleichspannungsanteil u₂ der Signalspannung u₁
durchläßt. Durch Bildung der Differenz D zwischen den den
beiden Eingängen (+, -) des Komparators 2 zugeführten
Spannungen, also
D = u₁-u₂,
oder mit u₁ = u₂+u₀
D = u₂+u₀-u₂ = u₀,
wird in diesem nur die reine Wechselspannung u₀ verstärkt.
Für den Fall fehlender Rückkopplung würde dann am Ausgang
des Komparators 2 die entsprechend verstärkte
Wechselspannung u₃ erscheinen, die wegen des hohen
Verstärkungsfaktors oben und unten begrenzt wäre.
Über einen Rückkopplungswiderstand 10, der zusammen mit
einem Widerstand 6 einen Spannungsteiler bildet, wird ein
Teil der Ausgangsspannung u₃ an den nicht invertierenden
Eingang (+) des Komparators 2 zurückgeführt, so daß dieser
wie ein bistabiler Multivibrator mit Hysterese arbeitet
und dadurch an seinem Ausgang die gewünschte
Rechteckspannung liefert, deren Frequenz mit der Frequenz
der in der Signalspannung u₁ enthaltenen Wechselspannung
u₀ übereinstimmt und die zusätzlich in Abhängigkeit von
der Richtung des Verlaufs dieser Wechselspannung im
Zeitpunkt ihres Aussetzens entweder ihren maximalen oder
ihren minimalen Wert beibehält. Der durch den
Spannungsteiler 10, 6 entstehende Verlust für die Spannung
u₂ kann durch entsprechende Wahl des die Gegenkopplung des
Trennverstärkers 5 bestimmenden Spannungsteilers 13, 15
ausgeglichen werden.
Der Tiefpaß 3, 4, 7 ist aus einem Längswiderstand 3 und
einem Querzweig aufgebaut, der aus einer Serienschaltung
aus einem Kondensator 7 und einem weiteren Widerstand 4
besteht. Die Grenzfrequenz dieses Tiefpasses 3, 4, 7 liegt
zum Erzielen eines schnellen Einschwingens bei Änderung
des Gleichspannungsanteils u₂ in der Größenordnung der
Frequenz der in der Signalspannung u₁ enthaltenen
Wechselspannung u₀, wobei mit dem in Serie zum Kondensator
7 angeordneten Widerstand 4 die Phasenverschiebung
zwischen der Rechteckspannung u₃ und der Signalspannung u₁
bestimmt werden kann.
Zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung sind in Fig. 2 die sich an den
entsprechend gekennzeichneten Stellen des Schaltbildes
ergebenden Spannungsverläufe dargestellt.
Fig. 2a zeigt die aus der Wechselspannung u₀ und der
schwankenden Gleichspannung u₂ zusammengesetzte
Signalspannung u₁.
Fig. 2b zeigt die an den beiden Eingängen des Komparators
2 wirkende Spannungsdifferenz u₁-u₂, nämlich die reine
Wechselspannung u₀, sowie die Schwellenspannungen +U z und
-U z, die der Hysterese entsprechen und angeben, bei
welchem Spannungswert der Komparator 2 jeweils in die
andere Richtung umkippt.
Fig. 2c zeigt die Ausgangsspannung u₃ des Komparators 2.
Durch die gestrichelten Linien zwischen den Fig. 2b und
2c wird deutlich, daß die Impulsflanken der
Ausgangsspannung u₃ und die Schnittpunkte der Spannung
u₀ mit der Schwellenspannung +U z bzw. -U z zeitlich
zusammenfallen.
Ferner ist in Fig. 2b durch aus Kreisen und Kreuzen
gebildete Linien das Verhalten der Spannung u₀ beim
Aussetzen nach einem ansteigenden bzw. nach einem
abfallenden Verlauf dargestellt. Da die Spannung u₀ nach
dem Aussetzen weder die positive Schwellenspannung +U z
noch die negative Schwellenspannung -U z überschneiden
kann, wie in Fig. 2b zu sehen ist, kann der Komparator 2
seine Ausgangsspannung u₃ nicht mehr von dem negativen auf
den positiven Pegel oder umgekehrt umschalten und behält
seinen jeweils letzten Pegel bei. Die zugehörigen durch
Kreise und Kreuze gebildeten Linien in der Fig. 2c
zeigen, daß die Spannung u₃ beim Aussetzen der Spannung u₀
nach einem ansteigenden Verlauf einen negativen Pegel und
beim Aussetzen nach einem abfallenden Verlauf einen
positiven Pegel beibehält. Damit kann zum Beispiel bei
einer Atemüberwachung erkannt werden, ob ein etwaiger
Atemstillstand nach einem Einatmen oder nach einem
Ausatmen erfolgt ist.
Claims (5)
1. Schaltungsanordnung zum Verstärken und Umwandeln einer
Signalspannung (u₁), die aus der Summe einer
Wechselspannung (u₀) und einer schwankenden
Gleichspannung (u₂) besteht, in eine Rechteckspannung,
wobei der Ausgang einer die Signalspannung (u₁)
liefernden Spannungsquelle (1) sowohl mit dem
invertierenden Eingang (-) eines Komparators (2) als
auch über einen mindestens die schwankende
Gleichspannung (u₂) durchlassenden Tiefpaß (3, 4, 7)
mit dem nicht invertierenden Eingang (+) des
Komparators (2) verbunden ist und an dem Ausgang des
Komparators (2) die Rechteckspannung (u₃) abnehmbar
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Ausgang des Komparators (2) über einen
Rückkopplungswiderstand (10) mit dem nicht
invertierenden Eingang (+) des Komparators (2) und
dieser über einen Vorwiderstand (6) mit dem Ausgang des
Tiefpasses (3, 4, 7) verbunden ist und daß zwischen dem
Ausgang des Tiefpasses (3, 4, 7) und dem Vorwiderstand
(6) ein gegengekoppelter Trennverstärker (5) eingefügt
ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Tiefpaß (3, 4, 7) aus einem
Längswiderstand (3) und einem Querzweig aufgebaut ist,
der aus einer Serienschaltung aus einem Kondensator (7)
und einem weiteren Widerstand (4) besteht und daß die
Grenzfrequenz des Tiefpasses (3, 4, 7) in der
Größenordnung der Frequenz der Wechselspannung (u₀)
liegt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (1) ein
Emitterfolger oder ein gegengekoppelter
Operationsverstärker ist, an dessen Eingang (+) die zu
verstärkende Signalspannung anliegt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die zu verstärkende
Signalspannung einem Spannungsteiler (8, 9) entnehmbar
ist, der einen temperaturabhängigen Widerstand (8)
aufweist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der temperaturabhängige Widerstand
(8) der Atemluft eines Menschen ausgesetzt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19873721494 DE3721494A1 (de) | 1986-07-15 | 1987-06-30 | Schaltungsanordnung zum verstaerken und umwandeln einer signalspannung in eine rechteckspannung |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3623823 | 1986-07-15 | ||
DE19873721494 DE3721494A1 (de) | 1986-07-15 | 1987-06-30 | Schaltungsanordnung zum verstaerken und umwandeln einer signalspannung in eine rechteckspannung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3721494A1 DE3721494A1 (de) | 1988-08-04 |
DE3721494C2 true DE3721494C2 (de) | 1990-09-13 |
Family
ID=25845589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19873721494 Granted DE3721494A1 (de) | 1986-07-15 | 1987-06-30 | Schaltungsanordnung zum verstaerken und umwandeln einer signalspannung in eine rechteckspannung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3721494A1 (de) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2848733B2 (ja) * | 1992-03-04 | 1999-01-20 | 株式会社東芝 | 信号伝送回路 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5761330A (en) * | 1980-09-30 | 1982-04-13 | Toshiba Corp | Wave-form conversion circuit |
-
1987
- 1987-06-30 DE DE19873721494 patent/DE3721494A1/de active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE3721494A1 (de) | 1988-08-04 |
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