DE4104714C2 - Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von elektrischen Signalen - Google Patents

Description

Eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung physiologischer Meß­ signale ist beispielsweise aus der DE-OS 24 29 954 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung sind die invertierenden Eingänge von Verstärkern über Widerstände miteinander verbunden. Dem nicht-invertierenden Eingang wird jeweils ein Meßsignal zuge­ führt. Eine Widerstandsbeschaltung zur Einstellung des Verstär­ kungsfaktors der Verstärker ist vorgesehen. Über einen Pro­ grammwähler können die Ausgänge der Verstärker einem Differenz­ verstärker zugeführt werden, dessen Ausgangssignal einer EKG- Schreibeinrichtung zugeführt wird. Durch diese Schaltungsanord­ nung wird erreicht, daß Gleichtaktsignale am Eingang der Ver­ stärker nicht verstärkt, also unverändert an den Ausgängen der Verstärker erscheinen, während das Differenzsignal verstärkt am Ausgang erscheint. Im nachgeschalteten Differenzverstärker wer­ den die Gleichtaktsignale unterdrückt, so daß an dessem Ausgang das Differenzsignal verstärkt ansteht.

Aus SICHLA, F.; Instrumentationsverstärker, in: Radio Fernseh Elektronik, 1988, Nr. 10, Seiten 633 bis 634, ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die es gestattet, einen Strom zwischen zwei Meßpunkten A, B zu messen, ohne dort einen Spannungsabfall zu verursachen. Hierzu wird das Signal am Meßpunkt A, dem nicht invertierenden Eingang eines ersten Verstärkers zugeführt, dessen Ausgangssignal nicht invertiert auf den Meßpunkt B und somit den nicht invertierenden Eingang eines zweiten Verstärkers eingekoppelt wird. Das Ausgangssignal des zweiten Verstärkers wird nicht invertiert auf den Meßpunkt A und den nicht invertierenden Eingang des ersten Verstärkers eingekuppelt. Das Ausgangssignal des ersten und zweiten Verstärkers wird dem Eingang eines nachgeschalteten Differenzverstärkers zugeführt. Die maximale Gleichtaktsignalunterdrückung dieser Schaltungsanordnung ist nicht höher als die des Differenzverstärkers.

Soll ein Meßsignal erfaßt werden, das ein hohes Potential gegenüber einem Bezugspotential einer Meßschaltung hat, so muß die Meßschaltung die, durch dieses Potential bedingte hohe Gleichtaktspannung verarbeiten können und das Meßsignal ohne Verfälschung am Ausgang liefern. Diese Problematik tritt bei­ spielsweise auf, wenn eine Spannung über einem Shunt durch eine Meßschaltung erfaßt werden soll, bei der das Ausgangssignal am Ausgang der Meßschaltung gegen das Bezugspotential ansteht. Hierbei darf, wenn die Meßschaltung mit Operationsverstärkern aufgebaut ist, die Gleichtaktspannung am Eingang der Opera­ tionsverstärker nicht größer sein als die an die Operations­ verstärker angelegte Versorgungsspannung, da eine höhere Gleichtaktspannung zu einer Übersteuerung der Operationsver­ stärker führt. Die Meßsignalerfassung ist somit nicht mehr möglich. Bei einer bekannten Meßschaltung werden daher die Gleichtaktspannung und das Meßsignal am Eingang der Meßschal­ tung über einen Spannungsteiler so stark heruntergeteilt, daß die Gleichtaktspannung von der Meßschaltung verarbeitet werden kann. Hierbei besteht jedoch das Problem, daß auch das Meß­ signal im gleichen Maße heruntergeteilt wird, so daß nach der Differenzbildung eine sehr hohe Verstärkung des Differenz­ signales erfolgen muß.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszuführen, daß die obengenann­ ten Meßsignale bei geringem schaltungstechnischem Aufwand gut erfaßt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung zur Verarbeitung von elektrischen Signalen gelöst, wobei die Schaltungsanordnung eine erste und eine zweite Beschaltung auf­ weist die so ausgeführt sind, daß ein Eingangssignal invertiert an deren Ausgang ableitbar ist und wobei der Ausgang der ersten Beschaltung mit dem Eingang der zweiten Beschaltung sowie mit einem ersten Eingang eines Differenzverstärkers und der Ausgang der zweiten Beschaltung mit dem Eingang der ersten Beschaltung sowie mit einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers ver­ bunden ist.

Vorteil der Erfindung ist, daß diese Schaltung eine hohe Gleichtaktspannungsunterdrückung aufweist, so daß auf einen Spannungsteiler im Eingang der Schaltung verzichtet werden kann. Das Meßsignal wird durch keinen Spannungsteiler ge­ dämpft, so daß eine nachfolgende hohe Verstärkung des Meß­ signales nicht erforderlich ist.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Unteransprüchen.

In der Figur ist eine Schaltungsanordnung 1 zur Verarbeitung von elektrischen Signalen gezeigt, wobei zum Verständnis der Schaltungsanordnung eine erste Spannungsquelle 2 eine hohe Gleichtaktspannung gegenüber einem Bezugspotential und eine zweite Spannungsquelle 3 ein, der Gleichtaktspannung überla­ gertes Meßsignal erzeugt. Das Meßsignal ist der Schaltungsan­ ordnung 1 über einen ersten und zweiten Anschluß 4, 5 zuführ­ bar. Die Schaltungsanordnung 1 besitzt eine erste und eine zweite Beschaltung 6, 7, wobei der Eingang der ersten Be­ schaltung 6 mit dem ersten Anschluß 4 und der Eingang der zweiten Beschaltung 7 mit dem zweiten Anschluß 5 verbunden ist. Beide Beschaltungen 6, 7 sind so ausgeführt, daß an derem Aus­ gang das jeweilige Eingangssignal invertiert ansteht. Schal­ tungstechnisch wird das Ausgangssignal der ersten Beschaltung 6 dem Eingang der zweiten Beschaltung 7 und das Ausgangssignal der zweiten Beschaltung 7 dem Eingang der ersten Beschaltung 6 zugeführt.

Die im Ausführungsbeispiel gewählte erste und zweite Beschal­ tung 6, 7 ist identisch und soll am Beispiel der ersten Be­ schaltung 6 erläutert werden. Die Bezugszahlen der Elemente der zweiten Beschaltung 7, die den Elementen der ersten Beschaltung 6 entsprechen, werden hierbei in Klammern gesetzt.

Ein invertierender Eingang 8 (9) eines ersten bzw. zweiten Verstärkers 10 (11) ist über einen Eingangswiderstand 12 (13) mit dem ersten Anschluß 4 bzw. dem zweiten Anschluß 5 verbun­ den. Der Ausgang 14 (15) des ersten bzw. zweiten Verstärkers 10 (11), der dem Ausgang der Beschaltung 6 bzw. 7 entspricht, ist über einen ersten Widerstand 16 (17) mit dem invertierenden Eingang 8 (9) verbunden. Das Ausgangssignal des Ausgangs 14 ist über einen ersten Rückführungswiderstand 18 dem invertierenden Eingang (9) und das Ausgangssignal des Ausgangs (15) über einen zweiten Rückführungswiderstand 19 dem invertierenden Eingang 8 zuführbar. Der nicht-invertierende Eingang 20 (21) des ersten bzw. zweiten Verstärkers 10 (11) ist über einen zweiten Wider­ stand 22 (23) auf ein Bezugspotential gelegt.

Die Schaltungsanordnung 1 weist zusätzlich einen Differenzver­ stärker 24 zur Bildung eines Differenzsignales aus den Signa­ len am Ausgang 14 bzw. (15) auf. Es ist gezeigt, daß dem inver­ tierenden Eingang 25 des Differenzverstärkers 24 über einen dritten Widerstand 26 das Ausgangssignal vom Ausgang 14 und dem nicht-invertierenden Eingang 27 des Differenzverstärkers 24 über einen vierten Widerstand 28 das Ausgangssignal des Ausgan­ ges (15) zugeführt ist. Der nicht-invertierende Eingang 27 ist über einen fünften Widerstand 29 auf Bezugspotential gelegt. Ein sechster Widerstand 30 verbindet den invertierenden Eingang 25 mit dem Ausgang 31 des Differenzverstärkers 24. Am Ausgang 31 ist das Differenzsignal, d. h. das Meßsignal, gegen Bezugs­ potential abnehmbar.

Durch die widerstandsmäßige Bestückung der Schaltungsanordnung 1 kann die Verstärkung der Beschaltung 6 bzw. 7 sowie die Ver­ stärkung des Differenzverstärkers 24 eingestellt werden.

Zur Erläuterung der Funktion der Schaltungsanordnung 1 sei dem ersten Anschluß 4 der Schaltungsanordnung 1 ein erstes Poten­ tial P₁ und dem zweiten Anschluß 5 der Schaltungsanordnung 1 ein zweites Potential P₂ zugeführt. Das erste Potential P₁ wird durch die erste Beschaltung 6 verstärkt und am Ausgang 14 invertiert erhalten. Das invertierte Potential P₁ wird über den Rückführungswiderstand 18 dem Eingang der zweiten Beschaltung 7 zugeführt, so daß hier ein Differenzpotential aus dem inver­ tierten Potential P₁ und dem Potential P₂ ansteht. Das zweite Potential P₂ wird durch die zweite Beschaltung 7 verstärkt und am Ausgang 15 invertiert erhalten. Das invertierte Potential P₂ wird über den Rückführungswiderstand 19 dem Eingang der ersten Beschaltung 6 zugeführt, so daß sich hier ein Differenzpoten­ tial aus dem Potential P₁ und dem invertierten Potential P₂ einstellt. Durch die Rückführungswiderstände 18, 19 werden also Gleichtaktsignale vorteilhaft voneinander subtrahiert, so daß die Gleichtaktverstärkung der Meßschaltung reduziert und Gegen­ taktsignale vorteilhaft verstärkt werden. Die Gegentaktsignal­ verstärkung der Meßschaltung ist also erhöht. Am Ausgang der Beschaltung 6 bzw. 7 steht somit nicht nur ein für den nach­ folgenden Differenzverstärker 24 verarbeitbares Signal zur Verfügung, sondern auch ein Signal, bei dem der Gegentakt­ signalanteil der Eingangsspannungen weniger stark reduziert wurde als der Gleichtaktsignalanteil. Durch die erste und zweite Beschaltung 6, 7 wird somit die Gleichtaktspannung der Potentiale P₁ und P₂ zumindest teilweise kompensiert. Aufgeho­ ben wird diese Gleichtaktspannung durch den, den Beschaltungen 6, 7 nachgeschalteten Differenzverstärker 24. Am Ausgang 31 des Differenzverstärkers 24 steht somit das Differenzsignal der Potentiale P₁ und P₂ als Meßsignal an.

Aufgrund der hohen Gleichtaktspannungsunterdrückung der erfin­ dungsgemäßen Schaltungsanordnung können Potentiale erfaßt werden, die einen hohen Unterschied zu einem Bezugspotential aufweisen. Insbesondere eignet sich diese Schaltungsanordnung als Meßschaltung zur Erfassung des Röhren- und Heizstromes von Röntgenröhren sowie zur Drehzahlerfassung bei Drehanodenanlaß­ geräten, da sie eine hohe Gleichtaktspannungsunterdrückung und gleichzeitig eine hohe Verstärkung für Gegentaktsignale auf­ weist.

Im Rahmen der Erfindung können die Beschaltungen 6, 7 auch Verstärker aufweisen, die nicht als Invertierverstärker aus­ geführt sind, denen aber dann ein Invertierglied nach- bzw. vorgeschaltet ist.

Claims (9)

1. Schaltungsanordnung (1) zur Verarbeitung von elektrischen Signalen,
wobei die Schaltungsanordnung eine erste und eine zweite Be­ schaltung (6, 7) aufweist, die so ausgeführt sind, daß ein Ein­ gangssignal invertiert an deren Ausgang (14, 15) ableitbar ist und
wobei der Ausgang (14) der ersten Beschaltung (6) mit dem Ein­ gang (9) der zweiten Beschaltung (7) sowie mit einem ersten Eingang (25) eines Differenzverstärkers (24) und der Ausgang (15) der zweiten Beschaltung (7) mit dem Eingang (8) der ersten Beschaltung (6) sowie mit einem zweiten Eingang (27) des Dif­ ferenzverstärkers (24) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Beschaltung einen ersten und die zweite Be­ schaltung (6, 7) einen zweiten Verstärker (10, 11) und eine Widerstandsbeschaltung zur Einstellung des Verstärkungsfaktors aufweist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschaltung (6, 7) ein Invertierglied aufweist, wel­ ches dem ersten bzw. zweiten, nichtinvertierenden Verstärker vorgeschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Beschaltung (6, 7) ein Invertierglied aufweist, wel­ ches dem ersten bzw. zweiten nichtinvertierenden Verstärker nachgeschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste und der zweite Verstärker (10, 11) als inver­ tierende Verstärker ausgeführt sind, derem invertierenden Eingang (8, 9) das Eingangssignal über einen Eingangswider­ stand (12 bzw. 13) zuführbar ist, und dessen nicht-invertie­ render Eingang auf ein Bezugspotential gelegt ist, wobei der Ausgang (14) des ersten Verstärkers (10) über einen ersten Rückführungswiderstand (18) mit dem invertierenden Eingang (9) des zweiten Verstärkers (11) und über einen dritten Widerstand (26) mit dem ersten Eingang (25) des Differenzver­ stärkers (24) und der Ausgang (15) des zweiten Verstärkers (11) über einen zweiten Rückführungswiderstand (19) mit dem invertierenden Eingang (8) des ersten Verstärkers (10) und über einen vierten Widerstand (28) mit dem zweiten Eingang (27) des Differenzverstärkers (24) verbunden ist und wobei die Verstärkung des Differenzverstärkers (24) durch eine Beschaltung (29, 30) eingestellt ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schaltungsanordnung zur Signalverarbeitung bei einem medizinischen Gerät eingesetzt ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schaltungsanordnung zur Verarbeitung eines von der Drehzahl einer Drehanodenröntgenröhre abhängigen Signales dient.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Schaltungsanordnung zur Verarbeitung eines vom Röhrenstrom einer Röntgenröhre abhängigen Signales dient.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schaltungsanordnung zur Verarbeitung eines vom Heiz­ strom einer Röntgenröhre abhängigen Signales dient.