-
Die Erfindung bezieht sich auf Tast- und
Halteschaltungen für elektrische Analogsignale.
-
Ein Anwendungsbeispiel, für das die Erfindung
besonders geschaffen ist, besteht in der Bearbeitung von
elektrischen Analogsignalen aus lichtempfindlichen Sonden vom
Ladungstransfertyp oder aus anderen
Ladungstransfervorrichtungen.
-
Wenngleich die Erfindung auch auf andere Fälle
anwendbar ist, wird hier als Beispiel von Signalen ausgegangen, die
von lichtempfindlichen Ladungstransfersonden stammen.
-
Die Probleme in der Verarbeitung dieser Signale liegen
in der Geschwindigkeit und der Genauigkeit der Messung der
Signale aus diesen Sonden.
-
Die Signal liegen in Form von aufeinanderfolgenden
Rechteckimpulsen vor, die durch Bezugspegel-Lücken getrennt
sind. Dies entspricht der Tatsache, daß die Signale aus der
Umwandlung von lichtempfindlichen Ladungspaketen stammen, die
von Schieberegistern transportiert werden. Der Spannungspegel
eines Impulses entspricht einer Ladungsmenge, die die
Beleuchtung eines Punktes wiedergibt. Der Spannungspegel eines
nächstfolgenden Impulses entspricht der Beleuchtung des
nächsten Punktes. Der Spannungspegel der Lücke zwischen den
Impulsen entspricht einem Schwarzpegel.
-
Der Schwarzpegel kann langsam während einer
Bildanalyse variieren, aber der Pegel des Nutzsignals der Impulse muß
stets auf diesen Schwarzpegel bezogen sein.
-
Um eine Bearbeitung des Punkt für Punkt empfangenen
Bilds durchzuführen, muß man den Pegel jedes Impulses tasten
und solange wie möglich halten, d.h. praktisch während der
ganzen Dauer bis zum nächstfolgenden Impuls. Um zahlreiche
Punkte rasch zu bearbeiten, müssen die Impulse rasch
aufeinanderfolgen, so daß nur sehr wenig Zeit für die Signalverar
beitung bleibt. Die Verarbeitung besteht beispielsweise in
einer Analog-Digital-Umwandlung.
-
Die Probleme der Signalverarbeitung liegen daher
einerseits beim Tasten und Halten des Signals über eine volle
Periode und andererseits bei der Herstellung eines festen
Bezugsspannungspegels des getasteten und gehaltenen
Ausgangssignals, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß das
Bezugssignal des Eingangssignals variieren kann. Andere Probleme
liegen in der Geschwindigkeit der Verarbeitung und der
Genauigkeit.
-
Figur 1 zeigt beispielsweise das Eingangssignal S1 in
Form von Impulsen mit den Bezugspegeln (der Pegel Vr1 kann
zeitlich auswandern) und den Impulsen dem Nutzsignals V1,
wobei der Wert des Nutzsignals von der Differenz V1-Vr1
zwischen dem Impulspegel und dem Lückenpegel kurz vorher oder
kurz nachher gebildet wird. Figur 1 zeigt auch das gewünschte
Ausgangssignal S2, nämlich ein getastetes und während einer
Zeitdauer entsprechend der Zeit zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Impulsen des Eingangssignals gehaltenes Signal. Das
Signal S2 ist eine Folge von Treppenstufen unterschiedlicher
Pegel V2, die bezüglich einer festen Bezugsspannung V0 defi
niert sind. Der Pegel jeder Treppenstufe V2 im Vergleich zu
diesem Bezugspegel stellt den Pegel des Nutzsignals V1 im
Vergleich zum Bezugspegel Vr1 dar. Zur Vereinfachung wird
angenommen, daß der Tastkreis, der S2 erzeugt,
Einheitsverstärkung besitzt.
-
Die üblichen verwendeten Lösungen für die Tastung sind
folgende: Der Signaleingang kann an einen Eingang eines
Differentialverstärkers und auch an einen anderen Eingang des
Verstärkers angelegt werden, aber mit einer Verzögerung
entsprechend einer halben Periode des Eingangssignals (die
Verzögerung wird durch eine Verzögerungsleitung erzeugt). Auf diese
Weise empfängt einer der Eingänge einen Nutzsignalpegel V1,
während der andere den unmittelbar vorausgehenden oder
nachfolgenden Bezugspegel Vr1 empfängt. Der Ausgang des
Verstärkers ist an einen Tast- und Haltekreis angeschlossen, dessen
Bezugsspannung V Null ist. Der Tast- und Haltekreis hält einen
Pegel V2-V0 = V1 - Vr1 vom Tastzeitpunkt bis zur nächsten
Tastung.
-
Diese Schaltung arbeitet nur richtig, wenn die
Frequenz der Impulse konstant ist, damit die durch die
Verzögerungsleitung erzeugte Verzögerung einer halben Periode der
Eingangsimpulse entspricht. Ändert man die Frequenz, dann muß
man auch die Verzögerungsleitung ändern. Außerdem ist der
Differentialverstärker relativ schwierig herzustellen, da er
eine sehr gute Gleichtaktunterdrückung bei der Signalfrequenz
besitzen muß, denn sonst läßt sich die Abwanderung des
Bezugspegels des Eingangssignals nicht eliminieren. Eine gute
Gleichtaktunterdrückung ist aber schwierig zu erreichen, wenn
die Frequenz hoch ist.
-
Eine andere verwendete Lösung besteht darin, zwei
Tast- und Haltekreise zu verwenden, die parallel das
Eingangssignal empfangen und von denen der eine während der
Bezugspegel und der andere während der Impulse des Nutzsignals
getastet wird. Ein Differentialverstärker erzeugt die Differenz
zwischen den beiden getasteten und gehaltenen Pegeln und
stellt diese Differenz in Bezug zu einem Bezugspegel V0. Auch
hier muß der Verstärker eine gute Gleichtaktunterdrückung
besitzen. Außerdem erfordert der Kreis zwei Tast- und
Haltekreise, was die Kosten erhöht.
-
Eine Lösung mit nur einem Tast- und Haltekreis ist in
Betracht gezogen worden. Sie enthält einerseits einen
Tastund Haltekreis und andererseits eine periodische
Verriegelungsschleife des Bezugspegels am Eingang des
Tastund Haltekreises. Die Schaltung ist in Figur 2 dargestellt.
Der Eingang der Schaltung führt über einen Kondensator C1 an
den Eingang eines elementaren Tast- und Haltekreises EBI. Der
Ausgang des Tast- und Haltekreises EBI bildet den Ausgang 52
der Schaltung. Am Eingang und am Ausgang des Tast- und
Haltekreises EB1 ist hier je ein Pufferspeicher B1 bzw. B2
dargestellt, deren Aufgabe nur in der Impedanzanpassung liegt, um
zu vermeiden, daß die Kondensatoren der Schaltung durch zu
große Ströme geladen werden. Der eigentliche Tast- und
Haltekreis besteht schematisch aus einem Unterbrecherschalter
gefolgt von einem Kondensator. Der Schalter kann, wenn er
während eines Tastzeitpunkts geschlossen ist, den Kondensator auf
den Spannungspegel am Eingang des Tast- und Haltekreises
aufladen. Die Tastung erfolgt während der Impulse des
Nutzsignals.
-
Eine Verriegelungsschleife für den Bezugspegel ist
vorgesehen. Sie ist symbolisch in Figur 2 angedeutet und
enthält einen Differentialverstärker AD1, dessen einer Eingang an
eine Bezugsspannung V0 und dessen anderer Eingang an den
Ausgang des Verstärkers angeschlossen ist. Dieser Ausgang ist
über einen Schalter K1 an den Eingang des Tast- und
Haltekreises EBI angeschlossen (entweder vor oder hinter B1). Der
Schalter wird periodisch von einem Verriegelungssignal Sv
geschlossen, das während der Bezugspegel des Eingangssignals
und nicht während der Nutzsignalimpulse ausgesandt wird.
-
Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: Das
Verriegelungssignal legt durch Schleifenbildung des Verstärkers AD1
den Bezugsspannungspegel V0 an den Eingang des Tast- und
Haltekreises. Da das Verriegelungssignal Sv anliegt, während das
Eingangssignal auf seinem Bezugspegel Vr1 ist, lädt sich der
Kondensator C1 auf die Spannung V0-Vr1 auf.
-
Am Ende des Verriegelungssignals hält der Kondensator
C1 diese Ladung, da die Verriegelungsschleife durch Öffnen von
K1 vom Eingang des Tast- und Haltekreises abgetrennt wurde.
Das dann an den Tast- und Haltekreis angelegte Eingangssignal
ist somit das Nutzsignal V1, dem die Spannung aufgrund der
Ladung des Kondensators hinzuaddiert werden muß. Das an den
Tast- und Haltekreis angelegte Signal ist also V1-Vr1+V0.
Dieses Signal stellt das Nutzsignal des Impulses bezüglich des
Bezugspegels Vr1, aber bezogen auf V0 dar.
-
Dies ist der Pegel, der im Kondensator C2 des
Tastund Haltekreises RB1 getastet wird und der dann bis zur
nächsten
Tastung gespeichert wird. Der Kondensator C2 hat einen
Bezugsanschluß, der beispielsweise an eine Masse mit Potential
null Volt angeschlossen ist. Der nächstfolgenden Tastung geht
eine neue Verriegelung des Eingangspegels bezüglich der
Bezugsspannung V0 voraus.
-
Mit anderen Worten ist, wenn das Nutzsignal dem
Bezugspegel gleicht, das getastete Signal gleich V0, unabhängig
vom Pegel des Bezugssignals, da letzterer variieren kann. Wenn
das Nutzsignal sich vom Bezugssignal unterscheidet, wird die
Differenz im getasteten Signal dem Pegel V0 hinzuaddiert.
-
Der Vorteil besteht darin, daß es nicht notwendig ist,
einen Differentialverstärker mit besonderen Eigenschaften zu
realisieren. Es gibt nämlich kein Problem der
Gleichtaktunterdrückung, da dieser Verstärker nur ein Fehlersignal empfängt.
-
Ein anderer Vorteil besteht in der Tatsache, daß das
Ausgangssignal auf eine Spannung V0 ungleich Null bezogen sein
kann, d.h. eine Spannung, die der Spannung nicht gleicht,
bezüglich der der Kondensator C2 des Tast- und Haltekreises
aufgeladen wurde. In diesem Fall kann beispielsweise der
Bezugspegel V0 abhängig vom Nullwert des Analog-Digital-Wandlers
gewählt werden, der sich oft hinter dem Tast- und Haltekreis
befindet.
-
Eine praktische Schwierigkeit in der Herstellung des
Schaltbilds gemäß Figur 2 beruht auf der Tatsache, daß der
Tast- und Haltekreis EB1 einerseits eine Spannungsverschiebung
einführen kann, insbesondere aufgrund der Übergänge in den
Transistoren, die den Kreis bilden, beispielsweise im Fall von
Realisierungen in bipolarer Technik. Um dies zu vermeiden,
wäre es möglich, dafür zu sorgen, daß der rückgeschleifte
Ausgang des Differentialverstärkers (und der entsprechende
Eingang) an den Ausgang des Tast- und Haitekreises EB1 und
nicht an dessen Eingang angeschlossen wird. Während des
Verriegelungssignals lädt sich der Eingangskondensator C1 auf
einen Wert auf, derart, daß der Ausgang während der Lücke auf
V0 liegt. Dies erfordert aber eine zusätzliche Tastung während
der Lücke im Eingangssignal, um die Pegelverriegelung während
dieser Lücke durchzuführen. Man möchte aber, daß die Haltezeit
des Nutzsignals möglichst lang dauert, d.h., wenn möglich,
über die ganze Dauer zwischen zwei Impulsen des Nutzsignals.
-
Die Erfindung schlägt eine neue Tast- und
Halteschaltung vor, mit der ein möglichst zufriedenstellender Kompromiß
hinsichtlich der Gesamtheit der schwierigen Probleme bei
derartigen Schaltungen erreicht wird und insbesondere
hinsichtlich der Probleme, die oben im einzelnen dargelegt wurden.
-
Erfindungsgemäß wird eine Tastschaltung vorgeschlagen,
wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.
-
Im Prinzip wird das Eingangssignal der
erfindungsgemäßen Schaltung an den Tast- und Haltekreis über einen
Kondensator angelegt. Dieser Kondensator speichert eine Spannung
entsprechend der Differenz zwischen der Bezugsspannung des
Verstärkers und dem Bezugspegel des Eingangssignals, vergrößert
um die von den Elementen der Rückkopplungsschaltung
eingeführte Spannungsverschiebung.
-
In einer praktischen Ausführungsform enthält der
elementare Tast- und Haltekreis einen Signaleingang, der an die
Basis eines ersten als Spannungsfolger geschalteten
Transistors angelegt ist, einen Ausgang, der an den Emitter dieses
ersten Transistors angeschlossen ist, einen Kondensator, der
mit diesem Ausgang verbunden ist, um eine Ausgangsspannung
zwischen zwei Tastzeitpunkten zu speichern, und einen
Taststeuereingang, um den Folgeschaltungstransistor zu sperren
oder leitend zu machen. Die Schaltungselemente, die eine
Spannungsverschiebung herbeiführen, enthalten einen zweiten
Transistor, der genauso wie der erste Transistor geschaltet und
gespeist wird und dessen Basis-Emitter-Übergang in Reihe in
der Rückkopplungsschleife liegt.
-
Vorzugsweise enthält der Tast- und Haltekreis weiter
einen dritten Transistor in Reihe zwischen dem Emitter des
ersten Transistors und einer Emitterstromspeisequelle, wobei
die Taststeuerung insbesondere an die Basis dieses dritten
Transistors angelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Schaltungselemente, die eine Spannungsverschiebung einführen,
einen vierten Transistor in Reihe zwischen dem Emitter des
zweiten Transistors und einer Emitterspeisestromquelle
enthalten, die der erstgenannten Quelle gleicht, wobei die Basis
dieses Transistors so gesteuert wird, daß die Ströme im
zweiten und im vierten Transistor identisch sind, damit die
Basis-Emitterspannungen des ersten und zweiten Transistors
ebenfalls gleich werden.
-
Die Merkmale und Vorzüge der Erfindung gehen aus der
nachfolgenden Beschreibung anhand der beiliegenden Zeichnungen
hervor.
-
Figur 1 zeigt die zu tastenden Eingangssignale und
getastete Ausgangssignale, die beispielsweise von einem
lichtempfindlichen Detektor stammen.
-
Figur 2 zeigt das Prinzipschaltbild einer Tast- und
Halteschaltung, die sowohl einen Tast- und Haltekreis als auch
einen Verriegelungskreis für den Eingangsbezugspegel enthält.
-
Figur 3 zeigt ein Übersichtsbild der Erfindung.
-
Figur 4 zeigt ein detailliertes Schaltbild eines
Ausführungsbeispiels der Erfindung.
-
Das Übersichtsschaltbild gemäß Figur 3 enthält einen
Signaleingang S1, der an eine Klemme eines Kondensators C1
angeschlossen ist, dessen andere Klemme mit dem Eingang eines
Tast- und Haltekreises EB1 verbunden ist. Die Tast- und
Halteschaltung enthält, wenn nötig, eingangs- oder ausgangsseitig
Pufferverstärker B1 und B2, die hohe Eingangsimpedanzen
erzeugen können, um die Entladung der Kondensatoren zu verhindern,
die ganz bestimmte Spannungen an ihren Klemmen
aufrechterhalten sollen.
-
Der eigentliche Tast- und Haltekreis enthält
schematisch einen Unterbrecherschalter, der während eines
Tastzeitpunkts geschlossen ist und während der nachfolgenden Haltezeit
bis zum nächsten Tastzeitpunkt geöffnet ist. Dieser Schalter
kann einen Kondensator C2 auf die am Eingang des Tastkreises
vorliegende Spannung aufladen. Beim Öffnen des Schalters
behält der Kondensator C2 seine Ladung bis zum nächst folgenden
Tastzeitpunkt bei, sofern die Eingangsimpedanz von B2
ausreichend groß ist. Der Kondensator C2 ist mit einer Bezugsklemme
beispielsweise an eine elektrische Masse angeschlossen,
bezüglich der alle Spannungswerte gemessen werden.
-
Das Schaltbild enthält einen Verriegelungskreis für
den Bezugsspannungspegel. Dieser Kreis enthält einen
rückgeschleiften Differentialverstärker und hat die Aufgabe, während
der Pegelnachregelzeitpunkte eine Spannung an den Klemmen des
Kondensators C1 abhängig von einem Bezugsspannungspegel V0 der
Schaltung und abhängig von einem eigenen Bezugspegel Vr1 des
Eingangssignals S2 herzustellen. Zwischen zwei
aufeinanderfolgenden Pegelnachführungszeitpunkten behält der Kondensator C1
an seinen Klemmen dieser Pegelnachführungsspannung bei.
-
Die Nachführungszeitpunkte, die von einem
Verriegelungssignal Sv definiert werden, werden gewählt, während man
an den Signaleingang S1 einen Spannungspegel entsprechend dem
Bezugsspannungspegel des Eingangssignals anlegt. Im
beschriebenen Beispiel, das sich auf Figur 1 bezieht, in der das
Nutzsignal aus Impulsen besteht, die durch Lücken entsprechend dem
Bezugspegel getrennt sind (der sich ggf. langsam verschiebt),
erzeugt man das Pegelverriegelungssignal während der Lücken
zwischen den Nutzimpulsen.
-
Das Verriegelungssignal steuert einen
Unterbrecherschalter K1, der den Ausgang eines Differentialverstärkers AD1
mit dem Eingang des Tast- und Haltekreises verbinden soll. In
der Praxis muß der Schalter nicht unbedingt zwischen einem
Ausgang des Verstärkers und dem Eingang des Tastkreises
liegen. In der bipolaren Technik der Herstellung bipolarer
integrierter Schaltkreise ist es nämlich einfacher, die
Stromversorgung des Verstärkers beispielsweise zu unterbrechen und
wiederherzustellen. In jedem Fall muß das Verriegelungssignal
so wirken, daß erst ein Kreis zum Aufladen des Kondensators
auf die gewünschte Spannung angeschlossen und dann abgetrennt
wird, damit der Kondensator dieser Ladung nicht mehr verliert.
-
Der Differentialverstärker AD1 enthält zwei Eingänge,
nämlich einen nicht invertierenden Eingang (als Beispiel), der
an eine Bezugsspannungsquelle V0 angeschlossen ist, und einen
invertierenden Eingang, der über eine Rückkopplungsschleife an
den Eingang des Tast- und Haltekreises EB1 angeschlossen ist.
-
Die Rückkopplungsschleife enthält Schaltungselemente,
die zwischen dem Ausgang des Verstärkers (der an eine Klemme
des Kondensators während der Pegelnachführung angeschlossen
ist) und dem invertierenden Eingang eine
Spannungspegelverschiebung hervorrufen, die genau der Verschiebung gleicht, die
durch Konstruktion zwischen die gleiche Klemme des
Kondensators und den Ausgang S2 der Tast- und Halteschaltung
eingeführt wurde.
-
Der Ausgang S2 der Tastschaltung erfolgt
beispielsweise am Ausgang des Pufferverstärkers B2. Unter diesen
Bedingungen können Verschiebungen des Spannungspegels vom
Pufferverstärker B1, dann vom Tastkreis EB1 und dann vom
Pufferverstärker B2 eingeführt werden.
-
Die Rückkopplungsschleife enthält dann zwischen der
Klemme des Kondensators C1 und dem invertierenden Eingang des
Verstärkers AD1 hintereinander die folgenden Elemente: Zuerst
den Pufferverstärker B1 (dies könnte ein Verstärker gleich dem
Verstärker B1 sein, aber am einfachsten nimmt man den
Verstärker B1 selbst), dann ein Schaltungselement EB2, das die
gleiche Spannungsverschiebung wie EB1 hervorruft, und dann ein
Pufferverstärker B3 gleich dem Verstärker B2 (zumindest was
die Verschiebung des Spannungspegels angeht). Das Element EB2
könnte, wie später klar wird, ein einfacher Transistorschalter
analog dem Schalter des Tastkreises EB1 sein, der aber keine
Steuerung erfordert.
-
Mit dieser Schaltung kann die Tast- und Halteschaltung
wie nachfolgend beschrieben arbeiten. Es werden dieselben
Begriffe für die Spannungen wie anhand der Figuren 1 bis 3
beschrieben verwendet, indem außerdem mit dV die globale
Verschiebung
des Spannungspegels bezeichnet wird, die von der
Folge der Elemente B1, EB1 und B2 eingeführt wird, oder die
gleich große Verschiebung, die durch die Folge B1, EB2, B3
eingeführt wird.
-
Während der Pegelnachregelzeitpunkte, die durch das
Signal Sv definiert werden, liegt das Bezugssignal auf seinem
variablen Lückenpegel Vr1 und wird an eine Klemme des
Kondensators C1 angelegt. Der rückgekoppelte Verstärker überträgt
über den Schalter K1 eine Spannung V0+dV an die andere Klemme
des Kondensators C1, wobei die Offsetspannung des Verstärkers
als vernachlässigbar angenommen wird. Die Rückkopplung des
Verstärkers bringt nämlich notwendigerweise den invertierenden
Eingang des Verstärkers auf V0, um die am nicht invertierenden
Eingang anliegende Spannung V0 auszugleichen. Damit V0 am
invertierenden Eingang unter Berücksichtigung der durch die
Schleife eingeführten Spannungsverschiebung dV vorliegt, ist
es notwendig, daß an der zweiten Klemme des Kondensators G1
die Spannung V0+dV anliegt.
-
Der Kondensator C1 lädt sich also auf eine Spannung
Vr1-V0-dV.
-
Nach dem Ende des Signals Sv bleibt der Kondensator
vom Verstärker isoliert und kann sich nicht entladen.
-
In einem Tastzeitpunkt des Eingangsnutzsignals, dessen
Wert mit V1 angenommen wird, beträgt die tatsächlich an die
zweite Klemme des Kondensators übertragene Spannung nicht V1,
sondern V1-Vr1+V0+dV.
-
Der Pufferverstärker B1, der Tast- und Haltekreis EB1
und der Pufferverstärker B2 führen zu einer
Spannungsverschiebung dV, so daß die am Ausgang des Verstärkers B2 und damit am
Ausgang der erfindungsgemäßen Schaltung vorliegende getastete
und gehaltene Spannung den Wert V1-Vr1+V0 hat. Dies ist also
der gewünschte Wert, der die Differenz zwischen dem
Eingangsnutzsignal V1 und seinem eigenen ggf. variablen Bezugssignal
Vr1 darstellt und auf den Bezugspegel V0 bezogen ist.
-
Der Ausgangsbezugspegel V0 kann frei gewählt werden,
da dieser Pegel an den Eingang eines Differentialverstärkers
angelegt wird. Wenn beispielsweise das Ausgangssignal der
Tast- und Halteschaltung gemäß der Erfindung an den Eingang
eines Analog-Digital-Wandlers angelegt wird, dann kann als
Pegel V0 ein Pegel entsprechend dem digitalen Wert Null des
Wandlers genommen werden. So wählt man in einem Wandler, der
zwischen -1V und +1V arbeitet und einen digitalen Wert Null
einer analogen Eingangsspannung von -1V zuordnet, vorzugsweise
den Pegel V0 bei -1V.
-
Nun wird ein detailliertes Ausführungsbeispiel
erläutert, das zeigt, daß die Tast- und Halteschaltung, auch wenn
sie sehr einfach ausgeführt ist, um schnell zu sein, eine
Spannungsverschiebung einführt, die die Erfindung vollständig
kompensiert.
-
Dieses Beispiel ist in Figur 4 dargestellt.
-
Die mit unterbrochenen Linien eingerahmten Blöcke
entsprechen den allgemeinen Funktionen aus Figur 3 und sind
mit denselben Bezugszeichen versehen.
-
Der Signaleingang S1 ist über einen Kondensator C1 an
den Eingang E1 eines Verstärkers B1 in Folgeschaltung
angeschlossen, der üblicherweise aus einem differentiellen Paar
zweier Transistoren T1 und T2 und einer Ausgangsstufe in
Folgeschaltung mit einem Transistor T3 gebildet wird, dessen
Basis an den Kollektor des Transistors T2 angeschlossen und
dessen Emitter an den zweiten Eingang des differentiellen
Paares, d.h. an die Basis von T2, rückgeschleift ist. Der
Eingang E1 liegt an der Basis von T1. Der Ausgang der Stufe B1
erfolgt am Emitter von T3. Das differentielle Paar T1, T2 wird
aus einer Stromquelle SC1 gespeist. Der Transistor T3 wird von
einer Quelle SC2 gespeist.
-
Der Ausgang der Stufe B1 ist an den Eingang E2 des
Tast- und Haltekreises EB1 angeschlossen. Letzterer besteht
aus drei Transistoren, T4, T5, T6, einer Stromquelle SC3 und
einem Widerstand R1. Der Eingang E2 ist über den Widerstand R1
an die Basis des Transistors T4 angeschlossen, der als
Folgeschaltungstransistor
geschaltet ist und mit seinem Kollektor
an die allgemeine Stromversorgungsklemme Vcc der Schaltung
angeschlossen ist. Der Ausgang des Tast- und Haltekreises EB1
erfolgt am Emitter von T4. Dieser Ausgang ist über einen
Kondensator C2 mit Masse verbunden. Der Transistor T5 ist
zwischen den Transistor T4 und die Stromquelle SC3 eingefügt.
Sein Kollektor ist mit dem Emitter von T4 und sein Emitter mit
der Stromquelle verbunden, die ihrerseits an Masse liegt. Die
Basis von T5 wird von einem ersten Leiter Sp1 einer
Taststeuerung gesteuert, die zwei Leiter Sp1 und Sp2 enthält. Der
zweite Leiter Sp2 steuert die Basis des Transistors T6, dessen
Kollektor mit der Basis von T4 und dessen Emitter wie der
Emitter von T5 mit der Stromquelle SC3 verbunden ist.
-
Die Taststeuerung erfolgt durch Anwendung eines
differentiellen Signals zwischen die Leiter Sp1 und Sp2, so daß der
Transistor T6 gesperrt wird und der Transistor T5 leitend wird
während des Tastzeitpunkts. Der Transistor T4 ist dann leitend
und der Kondensator C2 kann sich auf die Emitterspannung von
T4 aufladen. Während der Haltezeit zwischen zwei
Tastzeitpunkten steuert die differentielle Steuerung Sp1, Sp2 den
Transistor T6 leitend und sperrt den Transistor T5, wodurch T4
gesperrt wird, da sein Emitterstrom Null und seine Basisspannung
kleiner als die Emitterspannung ist. Der Kondensator C2 bleibt
aufgrund der Sperrung von T4 und T5 isoliert und behält die
getastete Ladung.
-
Der Leiter Sp2 kann auf einer festen Spannung liegen,
wobei dann das differentielle Signal aus einer Veränderung der
Spannung des Leiters Sp1 besteht. Es ist wichtig, daß der
Transistor T5 sperrt, ehe der Transistor T6 leitend wird, um
jeden Ladungsverlust des Kondensators C2 zu Beginn der
Halteperiode nach einem Tastzeitpunkt zu vermeiden.
-
Der Pufferverstärker B2 ist ein Transistor T7 in
Folgeschaltung, der von einer Stromquelle SC4 gespeist wird. Der
Ausgang S2 der Tastschaltung liegt am Emitter von T7. Selbst
wenn die Lastimpedanz am Ausgang S2 verhältnismäßig niedrig
ist, verhindert der Pufferverstärker B2 eine allzu schnelle
Entladung des Kondensators. Die Entladung des Kondensators
erfolgt nämlich über die Basis von T7 und nicht unmittelbar
über die an den Ausgang S2 angeschlossene Impedanz.
-
Diese Struktur eines Tast- und Haltekreises mit drei
Transistoren und einer Stromquelle ist interessant, da sie
einen sehr schnellen Betrieb erlaubt. Die geringe Anzahl von
verwendeten Transistoren und die Tatsache, daß alle diese
Transistoren vom NPN-Typ sein können, fördert diese
Geschwindigkeit im Fall von monolithischen Ausführungsformen.
-
Man kann aber bemerken, daß bezüglich der an den
Eingang E2 des Tast- und Haltekreises angelegten Spannung (die
man wirklich tasten und halten will) die tatsächlich am
Ausgang S2 erhaltene Spannung wegen der Spannungsabfälle im
Basis-Emitter-Übergang von T4 und im Basis-Emitter-Übergang von
T7 verschoben ist. Es sei bemerkt, daß auch eine Verschiebung
zwischen der Eingangsspannung der Schaltung (bei S1) und der
Eingangsspannung des Tastkreises (bei E2) vorliegen kann.
-
Die Verriegelungsschleife für den Pegel der
Bezugsspannung ist in der Lage, diese Verschiebung zu kompensieren.
-
Diese Schleife enthält den Differentialverstärker AD1
und den Schalter K1, der periodisch den Ausgang des
Verstärkers AD1 an den Kondensator C1 während einer
Spannungsnachregelperiode anschließen kann, um ihn dann wieder zu trennen,
damit die Kondensatorladung bis zum nächst folgenden
Spannungsnachführungszeitpunkt erhalten bleibt.
-
Die Zeitpunkte der Spannungsnachführung werden durch
ein Verriegelungssignal definiert, das ein differentielles
Signal ist und zwischen zwei Leitern Sv1 und Sv2 empfangen
wird.
-
Wie bereits erwähnt, ist es nicht notwendig, daß der
Schalter K1 wirklich in Form eines Unterbrecherschalters
vorliegt, der zwischen einem Ausgang des Verstärkers und einer
Klemme des Kondensators 01 eingefügt ist. Im dargestellten
Beispiel, das in Bipolartechnik ausgeführt ist, ist es
einfacher,
wenn der Schalter den Speisestrom des
Differentialverstärkers unterbricht, da diese Unterbrechung den Kondensator
C1 wirksam isolieren kann und die Ladung konservieren kann,
die er während des Spannungsnachführungssignals erhalten hat.
-
Daher enthält der Differentialverstärker eine
klassische Differentialstruktur mit zwei Eingangstransistoren TB und
T9, Ladetransistoren T10, T11, T12 und einer Stromquelle SC5
zur Speisung der beiden Differentialzweige.
-
Ein Transistor T13, der vom Leiter Sv2 gesteuert wird,
kann das differentielle Paar an die Stromquelle SC5 (während
der Spannungsnachführungszeitpunkte) anschließen oder
(zwischen den Spannungsnachführungszeitpunkten) von ihr isolieren.
Ein Transistor T14, der vom Leiter Svl gesteuert wird, kann
den Strom der Quelle SC5 zwischen den Nachführungszeitpunkten
ableiten. Er ist leitend, wenn T13 gesperrt ist und umgekehrt.
-
Der nicht invertierende Eingang des Verstärkers wird
von der Basis des Transistors T8 gebildet. Er ist mit einer
Bezugsspannungsquelle V0 verbunden, die die Bezugsgröße
bildet, der gegenüber man das Ausgangssignal erzeugen will.
-
Der invertierende Eingang ist die Basis des
Transistors T9. Er ist an das Ende einer Rückkopplungsschleife
angeschlossen, deren anderes Ende vom Ausgang des
Differentialverstärkers gebildet wird. Dieser Ausgang ist hier der Kollektor
des Transistors T9. Er ist auch an eine Klemme des
Kondensators C1 angeschlossen (nämlich diejenige, die nicht mit dem
Signaleingang S1 verbunden ist). Der Ausgang ist daher auch an
den Eingang E1 des Pufferverstärkers B1 angeschlossen.
-
Die Rückkopplungsschleife enthält in Serie ausgehend
von diesem Eingang E1 erstens den Pufferverstärker B1 selbst,
dann eine Stufe EB2, die an den Ausgang des Pufferverstärkers
B1 (Emitter des Transistors T3) angeschlossen ist und nur dazu
da ist, eine gleich große Spannungsverschiebung wie die zu
erzeugen, die vom Tast- und Haltekreis EB1 hervorgerufen wird,
und schließlich eine Stufe B3, die eine gleich große
Spannungsverschiebung wie B2 erzeugen soll. In diesem Beispiel
enthält die Stufe EB2 einen Widerstand R2, der den Widerstand
R1 kompensiert und somit vorzugsweise dem Wert von R1 gleicht,
einen Transistor T15, der die Wirkung des Transistors T4
kompensiert und vorzugsweise dem Transistor T4 gleicht, genauso
beschaltet ist oder so beschaltet ist, daß zwischen seiner
Basis und seinem Emitter ein gleich großer Spannungsabfall wie
der an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors T4 entsteht,
und einen Transistor T16, der den Transistor T5 kompensiert
und vorzugsweise diesem gleicht. Es ist nicht notwendig, den
Transistor T6 zu kompensieren, der nur während der
Halteperiode leitend ist und nicht während der Tastperiode.
-
So enthält die Simulationsstufe EB2 vorzugsweise einen
Transistor T15, dessen Basis an den Ausgang der Stufe B1 über
einen Widerstand R2 und dessen Emitter über einen Transistor
T16 an eine Stromquelle SC6 angeschlossen ist, die
vorzugsweise der Quelle SC3 gleicht.
-
Der Ausgang der Stufe EB2 befindet sich am Emitter von
T15 (wie der Ausgang EB1 sich am Emitter von T4 befindet).
Dieser Ausgang ist an den Eingang eines Pufferverstärkers B3
angeschlossen, der genau die Spannungsverschiebung simuliert,
die von der Stufe B2 eingeführt wird. Der Verstärker B3
gleicht vorzugsweise völlig dem Verstärker B2 und enthält
somit einen Transistor T17 in Folgeschaltung, dessen Emitter
von einer Stromquelle SC7 gespeist wird. Der Eingang liegt an
der Basis von T17. Der Ausgang liegt am Emitter von T17 und
ist an den invertierenden Eingang des Differentialverstärkers
AD1 angeschlossen, d.h. an die Basis des Transistors T9.
-
Wenngleich die oben beschriebene Ausführungsform
besondere Vorteile bringt, insbesondere was den Tast- und
Haltekreis EB1 angeht, können andere Ausführungsformen in Betracht
gezogen werden, wobei dann der Aufbau der Schaltung abhängig
von den Spannungsverschiebungen angepaßt werden muß, die
ausgeglichen werden sollen.