SE448137B - Elektronisk analog omkopplingsanordning och sampel-och-hall-krets innefattande nemnda anordning - Google Patents

Description

448 137,, göras relativt stor vilket är en avsevärd nackdel inte bara vad gäller storle- ken utan också kostnaden. Vidare resulterar ökningen av strömställarens yta i större läckning och således i försämrad kretsfunktion.

Det är också möjligt att en ej önskad spänningstransient genereras vid den tidpunkt då strömställaren kopplas till. Under vissa omständigheter kan det också i praktiken uppstå överhörning eller överkoppling mellan operationsför- stärkarens båda ingångar (den inverterande och den ej inverterande).

De omständigheter, som leder eller kan leda till de nämnda nackdelarna, förklaras mera detaljerat i det efterföljande. Ändamålet med uppfinningen är att åtminstone minska dessa nackdelar.

Genom uppfinningen erhålles således en elektronisk analog omkopplingsan- ordning innefattande en ingångsklämma, en utgångsklämma, en differentialspän- ningsförstärkare med en inverterande ingång, en ej inverterande ingång och en utgång, en första till-från-strömställare som är ansluten mellan förstärkarut- gången och utgångsklämman, en återkopplingskrets från förstärkarens utgång till impedanserna för de båda strömställarna och som i de båda strömställarnas "från"- tillstånd är låg relativt den andra strömställarens "från"- impedans och även till ingångsimpedansen vid förstärkarens inyerterande ingång.

Den nämnda första återkopplingsbanan kan innefatta ett enda motstånd med kan således alternativt innefatta en tredje till-från strömställare som är styrd av styrorganen på sådant sött att den är ”till” då de båda andra ström- ställarna är "från" och omvänt. På detta sätt omkopplas den första återkopp- lingsbanans impedans från ett värde till ett annat samtidigt med varje ändring av de första och andra strömställarnas tillstånd.

'Iis ål p 448 137' De olika kännetecknen och fördelarna med uppfinningen framgår av den ef- terföljande diskussionen av en känd krets och den efterföljande beskrivningen av utföringsformer av uppfinningen under hänvisning till ritningarna, där_fig_} visar ett schematiskt kopplingsschema för den nämnda kända kretsen, fig_2 visar en förbättrad version av den i fig I visade kretsen, jjg_§ visar en förbättrad version av den i fig 2 visade kretsen, fig_§ visar en första utföringsform av en anordning enligt uppfinningen och jjg_§ visar en andra utföringsfonm av en anordning enligt uppfinningen. I _ Den kända kopplingen för en elektronisk analog omkopplingsanordning som är visad i fig 1, innefattar en differentialoperationsförstärkare 1 med en inver- terande (-) ingång, en ej inverterande (+) ingång och en utgång 2. En ingångs- klämma 3 till anordningen är ansluten till förstärkarens 1 ej inverterande in- D gång och utgången 2 är ansluten direkt till den inverterande ingången genom en_ återkopplingskrets. Utgången 2 är också ansluten till en utgångsklämma 4 för “ anordningen via en till- från-strömställare 5, vars momentana tillstånd är styrt genom styrorgan 6. g I Den i fig 1 visade kretsen innefattar vidare en belastningskondensator 7 I som är ansluten till anordningens utgångsklämma 4 på sådant sätt att hela kret sen bildar en sampel-och-hållkrets.

.Såsom är väl känt har differentialspänningsförstärkare av s.k. operations- förstärkartyp en mycket hög ingångsimpedans vid var och en av deras två ingång- ar (+ och -) och en låg utgångsimpedans. Genom att ansluta utgången 2 från en sådan förstärkare till dess inverterade (~) ingång genom en återkopplingskrets blir förstärkarens förstärkning lika med 1. Till följd härav får förstärkarens utgångsspänning samma momentana värde som ingångsspänningen, d.v.s. den bildar en följare med förstärkningen 1. .

Vid anordningens enligt fig 1 funktion kopplas spänningen på utgången 2, som är lika med spänningen på ingången, till utgångskläman 4 genom påverkan av strömställaren 5 av styrorganen 6 vid tidpunkter, som är bestämda av dessa styrorgan; Varaktigheten av strömställarens 5 påverkan till dess “till"-till- stånd är tillräcklig för att kondensatorn 7 skall laddas upp till ett värde som representerar den samplade spänningen. Den tid som det tar att ladda kondensa- torn 7 beror i huvudsak på kapacitansvärdet gånger summan av strömställarens 5 "till"-impedans plus förstärkarens 1 utgångsimpedans. Dessa båda impedanser skall därför vara mycket låga för att möjliggöra att signalspänningen samplas och lagras snabbt. Då strömställaren 5 omställes till dess från-tillstånd av styrorganen 6 skall kondensatorn 7 upprätthålla den samplade spänningen i hu- vudsak-konstant - generellt till nästa påverkan av strömställaren 5 - och läck- ningen över kondensatorn skall således vara minimal. Strömställaren 5 448 137 skall således ha en mycket hög läckningsimpedans i från-tillståndet. Strömstäl- laren 5 är en transistor i de flesta moderna tillämpningar och kravet på liten läckning innebär krav på en transistor med liten yta. Detta står emellertid i motsats till den mycket låga "till"-impedansen hos transistorn - vilket kräver en stor yta. , D Fig 2 visar en tänkbar förbättring av kretsen enligt fig 1, varvid den enda skillnaden är att återkopplingsbanan nu innehåller strömställaren 5, vari- genom "till"-impedansen reduceras genom förstärkarens återkopplingsförstärk- ning. En mycket mindre transistor kan således användas för strömställaren 5 för att erhålla samma uppladdningstidskonstant för kondensatorn 7 och användningen- av en mindre transistor reducerar läckningen.

Om en alltför stor stegändring sker i ingångssignalspänningen kommer för- stärkaren emellertid temporärt att mättas och detta kommer att begränsa den _ hastighet med vilken kondensatorspänningen kan följa ingångsspänningen medu' i strömställaren 5 i dess till-tillstånd. Med strömställaren 5 i dess från-till- stånd kommer spänningen på förstärkarens utgång 2 sannolikt att mättas - an- D tingen i positiv eller negativ riktning ~ om det uppträder en liten ändring i ingångssignalspänningen, emedan förstärkaråterkopplingsbanan (som begränsar dess förstärkning till 1) är bortkopplad. Detta betyder att det vid den tid- punkt, då strömställaren 5 åter kopplas till, uppträder en stor momentan spän-D ningsskillnad mellan spänningen på klämman 3 och spänningen på utgången 2. Det- ta kommer att förorsaka en ej önskad transient ändring i spänningen på klämman 4. En annan praktisk nackdel är att det kan uppträda överhörning eller över- koppling i förstärkaringångsstegen mellan de två ingângarna.

Detta sistnämnda problem kan lösas genom den i fig 3 visade kretsen, där en andra strömställare 8 är inkopplad i förstärkaråterkopplingsbanan. Ström- ställaren 8 påverkas av styrorganen 6 i synkronism med strömställaren 5 så att de båda kopplar "till" och "från" tillsammans - d.v.s. de arbetar i fas. Detta löser överhörningsproblemet utan att påverka funktionen i de båda strömställar- nas "till"-tillstånd. Återkopplingsbanan är emellertid återigen bortkopplad och därför kvarstår fortfarande transientspänningsproblemet.

Alla de nämnda nackdelarna reduceras åtminstone mycket väsentligt genom en anordning enligt uppfinningen, av vilken en första utföringsform är visad i fig 4. Återkopplingskretsen för förstärkaren 1 innefattar nu två återkopplingsba- nor, nämligen en första bana som innehåller ett motstånd 9 och en andra bana som innehåller de båda strömställarna 5 och 8. Emedan förstärkarens 1 återkopp- ling upprätthålles av motståndet 9, då de båda strömställarna 5 och 8 är i tillståndet "från" kan de nämnda transientspänningarna ej uppträda. D Motståndets 9 motståndsvärde skall vara lågt jämfört med ingångsimpedan- v; 5 5 448 137 sen vid förstärkarens 1 inverterande ingång, så att motståndet har försumbar inverkan på återkopplingssignalens nivå då strömställarna 5 och 8 är i 5 från-tillståndet. Det skall också ha ett lågt värde åtminstone relativt den andra strömställarens 8 "från"-impedans. Skälet till detta är att om det anta= ges, att strömställaren 8 har en ändlig ”till”-impedans, så kommer det att bli återkoppling till förstärkarens l inverterande ingång av en andel av varje spänning, som uppträder på belastningen - d.v.s. den spänning som är lagrad i kondensatorn 7. Denna ej önskade återkoppling göres försumbar jämfört med den önskade återkopplingsspänningen från förstärkarens 1 utgång 2 med strömställar- na 5 och 8 i från-tillståndet genom att göra motståndets 9 värde lågt jämfört med strömställarens 8 "från"-impedansÄ Motståndets 9 motståndsvärde skall vidare vara högt relativt strömställar- nas 5 och 8 kombinerade "till"-motstånd för att den återkoppling som tillföres förstärkaren i strömställarnas till-tillstånd, skall ske i huvudsak helt via' strömställarna. Detta är nödvändigt för att säkerställa att strömställarens 5 "till"-impedans reduceras effektivt med en faktor, som är lika med återkopp- lingsförstärkningen. 5 få För att uppnå mycket höga förstärkaringångsimpedanser användes vanligené fälteffekttransistorer i förstärkarkretsen, varvid ingångsimpedanserna typiskt ligger i området 108 till 109 ohm. Om sådana transistorer användes i ström-5 ställarna 5 och 8 kommer på samma sätt deras "från"-impedanser typiskt att lig- ga i samma område. I en praktisk utföringsform i en integrerad krets var ström- ställarnas 5 och 8 dynamiska "till"-impedanser omkring 5000 ohm. Det optimala motståndsvärdet för motståndet 9 skall således vara ungefär halvvägs mellan 103 och 108 Ohm, t.ex. if området 105 tm 106 ohm.

En förbättrad utföringsform av anordningen enligt uppfinningen är visad i fig 5, där motståndet 9 enligt fig 4 är ersatt med en impedans i form av en tredje strömställare 10. Strömställaren 10 påverkas av styrorganen 6 på sådant sätt att den befinner sig i "till"-tillståndet så snart strömställarna 5 och 8 befinner sig i "från"-tillståndet och omvänt. _ Styrorganen 6 i fig 1-4 kan t.ex. vara en klockpulsgenerator som alstrar pulser med den önskade samplingsperiodbredden och med en amplitud som är lika med hela matningsspänningen - t.ex. 10 volt. Sådana pulser kan t.ex. erhållasi från Q;utgången av en multivibrator eller en vippa som drivs av klockpulser.

Styrkretsen 16 i fig 5 kan likaledes.ha en Q-pulsutgång, varvid styrpulserna för strömställaren 10 tas från Q-utgången. Alternativt kan styrpulserna som matas till strömställarna 5 och 8 matas till strömställaren 10 via en inverte- rahde grind. Strömställarens 10 impedans har således ett värde, då strömstäl- lårna 5 och 8 befinner sig i "till"-tillståndet,och ett annat värde då de be- 4480137 0 (L 6 finner sig i "från"-tiïïståndet. Om strömstä11aren 10 generelït är 1ikadan som strömstäïïarna 5 och 8, såsom beskrivits ovan, så är dess "ti11"-impedans (5000 ohm) mycket avsevärt ïägre än ímpedansen vid_förstärkarens ínverterande ingång och strömstäïïarens 8 "från"-impedans (i varje fa11 108 ohm) och dess "från"-impedans (108 dhm) är mycket avsevärt större än strömstäïïarnas 5 och 8 kombinerade "tiïï"-impedanser (103 ohm). ß 4.5' ' '^-_.. th?

Claims (3)

en 7 448 137 Patentkrav

1. Elektronisk analog omkopplingsanordning innefattande en ingångsklämma (3), , en.utgångsklämma (H), en differentialspänningsförstärkare (1) med en inver- terande ingång (-), en ej inverterande ingång (+) och en utgång (2), en första till-från-strömställare (5) som är ansluten mellan förstärkarutgången och ut- gångsklämman, en återkopplingskrets från förstärkarens utgång (2) till dess in- verterande ingång (-) och styrorgan (6) för att styra den första strömställa- rens (5) till- och från-tillstånd, varvid ingångsklämman (3) är ansluten till förstärkarens ej inverterande ingång (+), k ä n n e t e c k n a d av att återkopplíngskretsen innefattar en första återkopplingsbana (9,l0) som är an- sluten direkt mellan förstärkarutgången (2) och dess inverterande ingång (-) och en andra återkopplíngsbana innefattande en andra till-från-strömställare (8) som är ansluten direkt mellan den inverterande ingången (-) och utgångskläm-_ _ man (Ä), vilken andra strömställare (8) är styrbar av styrorganen (6) så att den omställes mellan "till“ och "frånÜ synkront och i fas med den första ström- ställaren (5), och att den första återkopplingsbanan (9,l0) har en impedans, som i de båda strömställarnas (5,8) Wtill"-tillstånd, är hög relativt de båda strömställarnas kombinerade "till"-impedanser och som, i de båda strömställar- nas "från"-tillstånd, är låg relativt den andra strömställarens (8) "frân"- impedans och även till ingângsimpedansen vid förstärkarens (1) inverterande ingång (-).

2. Elektronisk analog omkopplingsanordníng enligt patentkravet 1, k ä n n e- t e c k n a d av att den första återkopplingsbanan innefattar ett motstånd (9) med ett fast värde.

3. Elektronisk analog omkopplingsanordning enligt patentkravet 1, k ä'n n e- t-e c k n a d av att den första återkopplingsbanan innefattar en tredje till- från-strömställare (10), som är styrbar av styrorganen (6) så att den befinner sig i tillståndet "till" då de båda andra strömställarna (5,8) är i tillstån- det "från" och omvänt. Å. Sampel-och-håll-krets k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar en anordning enligt något av patentkraven 1-3 samt en lagringskondensator (7), som är ansluten till nämnda anordnings utgångsklämma (Ä).