WO2021069071A1 - Elektrische schaltung - Google Patents

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Ansgar KIRK
Stefan Zimmermann
Cornelius WENDT
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Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
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Definitions

  • the invention relates to an electrical circuit in the form of a transimpedance amplifier stage and a method for operating this circuit.
  • the invention also relates to a circuit with at least one signal amplifier which has at least one output connection, at least one input connection or at least one pair of differential input connections and at least two voltage supply connections, one of which can also be a ground connection, the signal amplifier at least has an additional connection which is internally connected via at least one further component, for example a diode, to at least one of the input connections or the input connection.
  • the invention relates to the field of circuits for signal amplification of electrical signals.
  • Transimpedance amplifiers convert and amplify an input current into a dependent output signal, usually in the form of an output voltage.
  • the essential parameters of a transimpedance amplifier include the possible dynamic range of the input current, the bandwidth and the input current noise. Since the noise generally increases with the bandwidth, the construction of faster, low-noise transimpedance amplifiers requires particularly low noise.
  • transimpedance amplifiers are implemented resistively, logarithmically or, more rarely, capacitively.
  • Resistive transimpedance amplifiers have an ohmic resistance as a feedback element. In order to reduce the input current noise, the resistance must be increased. A low-noise, resistive transimpedance amplifier therefore has a large feedback resistance, which for a large dynamic range means that large output voltage amplitudes of a few hundred volts must be driven. The resulting circuitry effort is therefore impractical.
  • Logarithmic transimpedance amplifiers use a diode or a biopolar transistor as a feedback element and thus compress the output signal. This avoids the need for large output voltage amplitudes. In this case, however, the strong temperature dependence of the feedback properties of the semiconductor components and the relatively large leakage currents which limit the input current range downwards prove to be disadvantageous.
  • Capacitive transimpedance amplifiers have a capacitor as a feedback element.
  • the output voltage corresponds to the integral of the input current over time. Due to the very high insulation resistance of the capacitor, it adds practically no noise in contrast to the ohmic resistance of the resistive transimpedance amplifier.
  • the output voltage amplitude is limited by the integration time, which means that no expensive high-voltage supply is required for a low-noise transimpedance amplifier.
  • the temperature dependence is comparatively low in contrast to the logarithmic transimpedance amplifier. Therefore, the capacitive transimpedance amplifier architecture is ideally suited for a low-noise amplifier with an extremely high dynamic range with currents from a few fA up to a few mA.
  • the reset circuit for discharging the integration capacitor is crucial for a high-performance transimpedance amplifier. Ideally, this should not affect the input path of the transimpedance amplifier.
  • Leakage currents also flow through open switching elements and are often highly temperature-dependent. These cannot be compensated for in a trivial way and thus reduce the input current range significantly. Charge injection is caused by parasitic capacitances in the switching element, which shift charge to the input path when the switching element is opened or closed, thus causing parasitic input currents and possibly even saturating the integration capacitor. In addition, closed switching elements have a resistance greater than zero and thereby impede the flow of current and thus rapid discharge.
  • the invention is based on the object of specifying an electrical circuit in the form of a transimpendance amplifier stage with improved operating data and a method for operating such a circuit. Furthermore, an improved circuit with at least one signal amplifier of the type mentioned above is to be indicated.
  • an electrical circuit in the form of a transimpedance amplifier stage having an input node, an output node and a feedback node, with the following features: a) at least one signal amplifier, the at least one output connection and at least one input connection or at least one pair differential input connections, wherein an input signal applied to at least one input connection is converted into a multiply amplified output signal emitted at the output connection, the output connection directly or via at least one further component to the output node and at least one of the input connections directly or is connected or connectable to the input node via at least one further component, the reference potential of the signal amplifier in the case of a single input connection or the reference potential of the signal amplifier in the case of a pair of differential input connection e the potential of the other input terminal that is not or cannot be connected to the input node is referred to as the first reference potential, b) at least one feedback element which is connected to a first terminal directly or via at least one further component to the input node and to a second Connection is connected or connectable
  • the circuit according to the invention has the advantage that a capacitive or at least partially capacitive transimpedance amplifier architecture can be provided in which a very efficient resetting of the feedback element, for example a discharge of the feedback capacitor, is possible via the existing switches.
  • the circuit has practically no interference from leakage currents from the existing switches.
  • the existing switches can be switched at high speed with low charge injection. This is made possible by the fact that the feedback element is not short-circuited via the non-ideal switching element as in previous circuits, but rather the voltage across the feedback element is actively regulated to a certain value, for example zero.
  • the circuit allows a feedback capacitor to be discharged actively and extremely quickly without significantly affecting the input path.
  • the electrical circuit is suitable, for example, as a signal amplifier for highly sensitive measuring devices, for example for gas chromatographs, ion mobility spectrometers, mass spectrometers, other types of spectrometers or analyzers for electrical material parameters.
  • the signal amplifier usually has a high gain factor, for example at least 1000 or at least 10000 Example, be designed as an operational amplifier, advantageously as an electrometer amplifier with low leakage currents.
  • the first reference potential can be a fixed (unchangeable) voltage potential, in particular also the ground potential of the circuit.
  • a variable potential could also be used to change the properties of the circuit during operation.
  • an electrical circuit in the form of a transimpedance amplifier stage the circuit having an input node and an output node, with the following features: a) at least one signal amplifier, which has at least one output connection and at least one input connection or at least one pair of differential Ler input connections, wherein an input signal applied to at least one input connection is converted into a multiply amplified output signal emitted at the output connection, the output connection directly or via at least one further component to the output node and at least one of the input connections directly or via at least Another component is connected or connectable to the input node, the reference potential of the signal amplifier in the case of a single input connection or the potential in the case of a pair of differential input connections tial of the other input connection, which is not or cannot be connected to the input node, is referred to as the first reference potential, b) at least one feedback element which is connected to a first connection directly or via at least one further component to the input node and to a second connection directly or is connected or connectable to the output
  • the further output terminal being connected directly or via at least one further component to a second switch and at least one further input terminal is connected to the output node directly or via at least one further component, with the Reference potential of the further signal amplifier or, in the case of a further pair of differential input connections, the potential of the other further input connection, which is not connected to the output node or which can be closed, is referred to as the second reference potential, d) at least the second switch through which the further output connection un indirectly or can be connected to the input node via at least one further component.
  • the second signal amplifier can take over the control according to the invention, by means of which the feedback element is reset to the neutral state, without the first or second connection of the feedback element having to be directly connected to one another (short-circuited). Instead, the further signal amplifier is switched between the output node and the second switch.
  • the second reference potential can be a potential that is separate from the first reference potential or a potential that is connected (short-circuited) to the first reference potential.
  • These elements only represent the basic structure of the circuit. For example, additional signal amplifiers or multiple inverters of the signal can be inserted between these elements without changing the way the circuit works.
  • the feedback element can, for example, have a third connection which is at any reference potential.
  • the feedback element is formed by a resistor, a capacitor or a circuit composed of one or more resistors and / or one or more condensers. This allows a simple implementation of the feedback element as well as a particularly effectively working transimpedance amplifier high sensitivity. It is advantageous if the feedback element has at least one capacitive component.
  • the feedback control element is formed by a resistor, a capacitor or a circuit composed of one or more resistors and / or one or more capacitors.
  • This allows a simple implementation of the feedback control element and a particularly effective transimpedance amplifier with high sensitivity.
  • the feedback node can thus optionally, that is, when the first switch is brought into a certain switch position, be connected to the second reference potential and be separated from the second reference potential in another switch position.
  • the first switch can, for example, be designed as a simple on / off switch. The fact that the feedback node can in this case be connected to the output connection of the signal amplifier via the feedback control element does not affect the circuit as long as the impedance of the feedback control element is high compared to the impedance of the closed first switch, for example at least ten times as high.
  • the output connection of the signal amplifier can be connected to the input node when the switch is in a corresponding switch position or, when the switch is in a different switch position, separated therefrom.
  • the second switch can be designed, for example, as an on / off switch.
  • the circuit according to the invention makes it possible, through the arrangement of the first and the second switch, in particular that the feedback element is reset to a neutral state, for example by its first and second connection can be set to practically the same voltage potential without the first or second connection having to be directly connected to one another (short-circuited).
  • the first and the second switch can in particular be switches that can be controlled by electrical control signals.
  • the switches can have galvanic switching contacts, semiconductor switches, signal amplifiers with an output that can be switched off and / or signal amplifiers with an input hysteresis.
  • the first and / or second switch can be designed as an analog switch. Such analog switches allow reliable and fast switching. However, depending on the embodiment, this can generate additional interference effects, for example through leakage current and / or charge injection from the analog switch.
  • the second reference potential corresponds to the first reference potential.
  • the feedback element can be reset, for example discharging the capacitor, quickly and at the same time without impairing the input path.
  • the functionality of the signal amplifier can be used, which, due to its high gain factor, strives to keep the potential difference between its input terminal and the first reference potential low and accordingly to keep it practically at the same potential. This also compensates for voltage drops at the switches and other components in the discharge path that would otherwise impair discharge.
  • the first and the second connection of the feedback element are virtually short-circuited, so to speak, since the first and the second connection can be brought to the same voltage potential as a result by the first and the second switch.
  • the feedback element for example a capacitor
  • the feedback element can then be precharged to a predefined voltage which corresponds to the difference between these voltage potentials.
  • at least one current limiting element is connected in series to the second switch, which has a current transfer characteristic through which small currents, in particular leakage currents of the second switch, are prevented and larger currents are allowed to pass. In other words, when the voltage is low, practically no current flows, but when the voltage is higher, a current that is much greater than the ratio of these voltages is greater.
  • the current limiting element can, for example, be a diode or a circuit made up of diodes, for example two diodes connected in anti-parallel, or a corresponding circuit made up of JFETs (JFET - Junction Field Effect Transistor). Any interference effects of the first and / or second switch, for example leakage current and / or charge injection, can be further minimized here.
  • the cited parts of the circuit can each be designed as separate components, that is to say as discrete components.
  • the feedback element, the feedback control element, the current limiting element, the first switch and the second switch can be designed as separate components from the signal amplifier.
  • the current limiting element is formed by protective diodes integrated in the signal amplifier. This has the advantage that no additional components are required for the formation of the current limiting element. Another, particularly important advantage for a transimpedance amplifier stage with high sensitivity is that by using integrated protective diodes already present in the signal amplifier, the input path of the circuit is in no way affected by the current limiting element or the other parts connected to the first switch and / o connected to the second switch is affected. Only the input of the signal amplifier and the first connection of the feedback element then need to be connected to the input node.
  • the first and the second switch can be controlled by electrical control signals
  • the circuit has a control device for controlling the switching of the first and the second switch, wherein the control device is configured to switch the first and the second switch to switch positions in a first operating mode, through which a current flowing into the input node is converted into a ver stronger, integrated or otherwise dependent output signal is converted at the output node of the circuit, and in a second operating mode to switch the first and second switches to switch positions through which the circuit, in particular the feedback element, is actively regulated into a neutral state.
  • the control device thus emits the electrical control signals to the first and second switches in order to selectively activate the first operating mode or the second operating mode.
  • the control device can accordingly at regular or irregular time intervals, for example in a fixed cycle in the millisecond range, if this is specified from outside, if the last change of the operating mode was a certain time ago or if the output voltage of the signal amplifier exceeds a certain threshold value first and second switch switch from the first operating mode to the second operating mode, etc.
  • the circuit in particular the feedback element, is reset to the neutral state at certain times. Capacitive components of the feedback element can be discharged quickly in this way.
  • the second operating mode is only activated for a relatively short time, so that the circuit is operated in the first operating mode for most of the time, in which the input signals can be detected by means of the transimpedance amplifier stage and output as amplified output signals and measurements can be carried out accordingly.
  • the pulse duty factor with which the second operating mode is activated can be 10% or less.
  • the control device can, for example, be designed in terms of hardware as a clock generator, as configurable hardware such as FPGA or CPLD, or it can be a microprocessor-controlled device that executes a computer program by which the electrical control signals for controlling the first and second switches are generated and output .
  • an external control signal can be used to reset the transimpedance amplifier in a targeted manner, for example during a period in which disturbances are expected due to switching processes.
  • the control device is set up to switch the first and the second switch in the same way. If the first and the second switch are each designed as an on / off switch, the second switch is always in the “On” state when the first switch is in the “On” state, and the second switch is in the " Off "when the first switch is in the” Off “state.
  • the feedback control element is designed as a third switch which is switched by the control device opposite to the first switch.
  • the first and third switches can advantageously be implemented by a single changeover switch instead of two on / off switches, which takes over their switching function.
  • the aforementioned object is also achieved by a method for operating a circuit of the type explained above, in which the feedback element is reset by actively regulating the voltage across the feedback element to a certain value, for example zero.
  • the feedback element is not short-circuited via a non-ideal switching element as in previous circuits, but actively controlled, e.g. by means of the signal amplifier.
  • a current flowing in the input node is converted into an amplified, integrated or otherwise dependent output signal at the output node of the circuit and a second operating mode of the circuit, the circuit, in particular the Feedback element, is actively regulated into a neutral state, switching between the first and the second operating mode.
  • the first operating mode is thus a Häbe operating mode of the circuit
  • the second operating mode is a reset operating mode of the circuit.
  • the first signal amplifier is not unity gain stable, to insert an additional compensation network in the circuit path with the second switch or to give the second signal amplifier a special frequency response so that it is ensured that the noise gain of the circuit is sufficiently high for stable operation of the first signal amplifier in both cases.
  • the output node is coupled to a differentiator.
  • a final output signal can be provided that is adjusted for any integrating influence of the feedback element that may be present, for example if it has a capacitance.
  • the differentiator can, for example, be designed using analog technology, that is to say as an analog differentiator.
  • the differentiator can also be implemented digitally, for example with an analog-digital converter and a computer, microcontroller or FPGA connected to the analog-digital converter, on which the differentiation is carried out using digital computing steps.
  • conventional filter circuits are advantageously connected to limit the signal bandwidth between the transimpedance amplifier stage and the analog-digital converter.
  • the signal received from the output terminal of the signal amplifier is differentiated according to time.
  • the digitized signal can advantageously also be evaluated to trigger the control device.
  • the frequency of the reset signal generated when a certain output voltage is exceeded can also be evaluated in order to determine the average current that has flowed during this period.
  • a circuit with at least one signal amplifier which has at least one output connection, at least one input connection or at least one pair of differential input connections and at least two voltage supply connections, one of which ner can also be a ground or ground connection
  • the signal amplifier has at least one additional connection which is internally connected via at least one further component, for example a diode, to at least one of the input connections or the input connection
  • the Circuit we have at least one component connected to this connection, through which an electrical current is fed into this connection or an electrical voltage is applied to this connection.
  • connections can also be used here that are actually configured as an output for a signal, as is apparent to the person skilled in the art.
  • the component mentioned above can be, for example, a further signal amplifier or a line connected to a specific potential.
  • this additional connection can be a so-called guard connection, which normally serves to isolate input connections from leakage currents on or through a printed circuit board or die on which the signal amplifier is arranged.
  • the signal amplifier can, for example, have a guard circuit in which a pair of antiparallel-connected diodes are connected between the guard connection and the positive input connection and / or a pair of antiparallel-connected diodes are connected between the guard connection and the negative input connection .
  • the guard connection can also be connected to further components, for example to a guard buffer. According to the invention it has now been found that a signal amplifier with such a guard connection can also be applied in other ways, for example to eliminate components that would otherwise be necessary for external wiring of the signal amplifier and to replace them with parts of the guard circuit of the Signalver amplifier.
  • two diodes connected in anti-parallel can be used to reduce leakage current interference from the analog switches.
  • these externally connected diodes can be omitted, as will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment.
  • the invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments using drawings. Show it
  • Fig. 1 - a first embodiment of an electrical circuit
  • FIG. 4 - a third embodiment of an electrical circuit in a first and a second operating mode and FIG. 6 - a fourth embodiment of an electrical circuit and
  • Fig. 7 - a fifth embodiment of an electrical circuit
  • Fig. 8 - a sixth embodiment of an electrical circuit.
  • circuits shown in FIGS. 1 to 8 are each shown by way of example as a transimpedance amplifier stage. Other embodiments are also possible.
  • FIG. 1 shows the circuit with a signal amplifier V1, a feedback element RE, a first switch S1 and a second switch S2.
  • the signal amplifier V1 has a negative input connection 1, a positive input connection 2 and an output connection 3.
  • the first switch S1 and the second switch S2 are shown by way of example as on / off switches. They each have two switch positions. In one switch position a contact C is connected to a contact A of the respective switch S1, S2, in another switch position the switches are open.
  • An input signal to be measured is fed in at the input node IN, in this case an input current IIN.
  • the input node IN is connected to the negative input connection 1, a first connection of the feedback element RE and the contact C of the second switch S2.
  • the positive input connection 2 is connected to a fixed voltage potential, the first reference potential REF1, for example ground potential.
  • the output connection 3 is connected to the output node at which the output signal UOUT is provided. This is also connected to the contact A of the second switch S2 and the first connection of the feedback control element RSE.
  • the second connection of the feedback element RE, the second connection of the feedback control element RSE and the contact A of the first switch S1 are connected to the feedback node FB.
  • the contact C of the first switch S1 is connected to a second reference potential REF2, for example to the ground potential.
  • various exemplary embodiments of the feedback control element are shown, for example a resistor R1, a network N1 and an on / off switch S3.
  • the circuit is in a first operating mode in which the normal measurement and amplification function of the transimpedance amplifier stage can be carried out.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment in which a capacitor CF is used as the feedback element RE and a switch S3, which switches in the opposite direction to S1 and connects the contacts A and B, as the feedback control element.
  • the on / off switches S1 and S3 have advantageously been combined to form a changeover switch S1.
  • FIG. 2 shows the circuit in a first operating mode in which the normal measurement and amplification function of the transimpedance amplifier stage can be carried out.
  • a connection is established between the output connection 3 and the second connection of the feedback element CF via the first switch S1.
  • the output connection 3 is separated from the negative input connection 1 by the second switch S2.
  • the circuit can be operated, for example, as a conventional capacitive transimpedance amplifier stage.
  • the current / / w supplied on the input side is converted into a multiply amplified or integrated output signal UOUT via the transimpedance amplifier stage.
  • the feedback element CF may be discharged in order to avoid disruptive effects, if due to the integrating function, the maximum permissible voltage is reached at the feedback element CF.
  • the circuit is brought into a second operating mode, which is shown in FIG.
  • the first and the second switch S1, S2 are switched over in comparison to FIG.
  • the second connection of the feedback element CF is now connected via the first switch S1 to the contact C and thus to the second reference potential which is connected there.
  • a connection between the output connection 3 and the negative input connection 1 and thus also with the first connection of the feedback element CF is established via the second switch S2.
  • the feedback element CF is quickly discharged or charged by the signal amplifier V1 to a voltage which corresponds to the potential difference between the second reference potential at the contact C of the first switch S1 and the first reference potential at the positive input terminal 2. If the voltage difference between these voltage potentials is equal to zero, the feedback element CF is thus completely discharged.
  • FIGS. 4 and 5 show an embodiment of the circuit which differs from FIGS. 2 and 3 in that a current limiting element D1, D2 is connected in series in the connection from the output connection 3 via the second switch S2 to the negative input connection 1 .
  • the current limiting element D1, D2 can be designed as two anti-parallel connected diodes. In this way, interference effects from leakage currents and / or charge injections due to the first and second switches S1, S2 can be further minimized.
  • FIG. 4 shows the circuit in the first operating mode
  • FIG. 5 shows the circuit in the second operating mode. The mode of operation otherwise corresponds to the mode of operation of the circuit in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 6 shows a further variant of the circuit in which the feedback control element RSE has been replaced by a short circuit and which thereby removes over liquid switch S1.
  • the second connection of the feedback element RE in this case the capacitor C F , is thus connected directly to the output node OUT. Since the output of the signal amplifier V1 is now permanently connected to the second Connection of the feedback element is connected, it can no longer fulfill the control function according to the invention.
  • a second signal amplifier V2 is connected with its positive input to the output node, with its negative input to the second reference potential and with its output to contact A of switch S2. This also endeavors to minimize the potential difference between its inputs and now drives a current into the input node until the potential at the second connection of the feedback element corresponds to the second reference potential.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the circuit which, like the embodiment of FIGS. 4 and 5, has a current limiting element D1, D2 in series with the second switch S2.
  • the current limiting element D1, D2 is in this case not implemented by an external diode circuit, but rather by protective diodes integrated into the Signalver stronger V1.
  • a guard connection 4 of the signal amplifier V1 can be used.
  • the second switch S2 is then simply connected to the guard connection 4. Due to the internal wiring of the signal amplifier V1, the connection via the current limiting element D1, D2 to the negative input terminal 1 is already established.
  • FIG. 8 shows the circuit known from FIG. 6, likewise using a current limiting element implemented via protective diodes D1, D2 integrated in the signal amplifier V1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung in Form einer Transimpedanzverstärkerstufe sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Schaltung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schaltung mit wenigstens einem Signalverstärker, der wenigstens einen Ausgangsanschluss, wenigstens einen Eingangsanschluss oder wenigstens ein Paar differenzieller Eingangsanschlüsse sowie wenigstens zwei Spannungsversorgungsanschlüsse, von denen einer auch ein Masse bzw. Groundanschluss sein kann, aufweist, wobei der Signalverstärker wenigstens einen zusätzlichen Anschluss aufweist, der intern über mindestens ein weiteres Bauelement, z.B. eine Diode, mit wenigstens einem der Eingangsanschlüsse bzw. dem Eingangsanschluss verbunden ist.

Description

Elektrische Schaltung
Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltung in Form einer Transimpedanzverstär kerstufe sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Schaltung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Schaltung mit wenigstens einem Signalverstärker, der wenigstens ei nen Ausgangsanschluss, wenigstens einen Eingangsanschluss oder wenigstens ein Paar differenzieller Eingangsanschlüsse sowie wenigstens zwei Spannungsversor gungsanschlüsse, von denen einer auch ein Masse bzw. Groundanschluss sein kann, aufweist, wobei der Signalverstärker wenigstens einen zusätzlichen Anschluss aufweist, der intern über mindestens ein weiteres Bauelement, z.B. eine Diode, mit wenigstens einem der Eingangsanschlüsse bzw. dem Eingangsanschluss verbunden ist.
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der Schaltungen zur Signalverstärkung elektrischer Signale. Transimpedanzverstärker (TIA) wandeln und verstärken einen Eingangsstrom in ein davon abhängiges Ausgangssignal, meist in Form einer Aus gangsspannung. Zu den wesentlichen Kenngrößen eines Transimpedanzverstärkers zählen der mögliche Dynamikumfang des Eingangsstroms, die Bandbreite und das Eingangsstromrauschen. Da das Rauschen generell mit der Bandbreite wächst, er fordert die Konstruktion schneller, rauscharmer Transimpedanzverstärker ein beson ders geringes Rauschen. Üblicherweise werden Transimpedanzverstärker resistiv, logarithmierend oder seltener kapazitiv realisiert.
Resistive Transimpedanzverstärker besitzen als Rückkopplungselement einen ohm schen Widerstand. Um das Eingangsstromrauschen zu verkleinern, muss der Wider stand erhöht werden. Ein rauscharmer, resistiver Transimpedanzverstärker besitzt demnach einen großen Rückkopplungswiderstand, was für einen großen Dynamikbe reich bedeutet, dass große Ausgangsspannungsamplituden von einigen hundert Volt getrieben werden müssen. Der resultierende schaltungstechnische Aufwand ist da her unpraktikabel.
Logarithmierende Transimpedanzverstärker verwenden eine Diode oder einen Biopo lartransistor als Rückkopplungselement und komprimieren so das Ausgangssignal. Flierdurch wird die Notwendigkeit großer Ausgangsspannungsamplituden umgangen. Als nachteilig erweisen sich hierbei aber die starke Temperaturabhängigkeit der Rückkopplungseigenschaften der Halbleiterbauelemente und die relativ großen Leck ströme, die den Eingangsstrombereich nach unten hin begrenzen.
Kapazitive Transimpedanzverstärker besitzen als Rückkopplungselement einen Kon densator. Die Ausgangsspannung entspricht dem Integral des Eingangsstroms über der Zeit. Durch den sehr großen Isolationswiderstand des Kondensators fügt dieser im Gegensatz zum ohmschen Widerstand des resistiven Transimpedanzverstärker praktisch kein Rauschen hinzu. Gleichzeitig ist die Ausgangsspannungsamplitude durch die Integrationsdauer begrenzt, wodurch keine aufwendige Hochspannungs versorgung für einen rauscharmen Transimpedanzverstärker benötigt wird. Außer dem ist die Temperaturabhängigkeit im Gegensatz zum logarithmischen Transimpe danzverstärker vergleichsweise gering. Deshalb ist die kapazitive Transimpedanzver stärker-Architektur bestens für einen rauscharmen Verstärker mit einem extrem ho hen Dynamikbereich mit Strömen von einigen fA bis hin zu einigen mA geeignet. Ent scheidend für einen leistungsfähigen Transimpedanzverstärker ist neben den Eigen schaften des Integrationskondensators die Rücksetzschaltung zum Entladen des In tegrationskondensators. Diese sollte idealerweise den Eingangspfad des Transimpe danzverstärkers nicht beeinträchtigen.
Leckströme fließen auch durch geöffnete Schaltelemente und sind oftmals hochgra dig temperaturabhängig. Diese lassen sich daher nicht trivial kompensieren und re duzieren so den Eingangsstrombereich wesentlich. Ladungsinjektion entsteht durch parasitäre Kapazitäten im Schaltelement, die beim Öffnen oder Schließen des Schaltelements Ladung auf den Eingangspfad verschieben und so parasitäre Ein gangsströme verursachen und den Integrationskondensator u. U. sogar sättigen kön nen. Außerdem weisen geschlossene Schaltelemente einen Widerstand größer Null auf und behindern durch diesen den Stromfluss und damit das schnelle Entladen.
Da Relais sehr träge sind, werden als Schaltelemente in der Regel Analogschalter auf Halbleiterbasis verwendet, die aber höhere Leckströme aufweisen. Heutige Schaltelemente weisen zudem alle Ladungsinjektion auf. Aus diesen Gründen lassen sie sich als Schaltelement zum Zurücksetzen des Integrationskondensators nicht für Eingangsströme unterhalb von 100 fA verwenden, weshalb bestehende kapazitive Transimpedanzverstärker-Designs vergleichsweise schlechte Leistungsdaten aufwei sen.
Eine Schaltung mit einem kapazitiven Transimpedanzverstärker ist aus der US 9,324,546 B2 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltung in Form einer Transimpendanzverstärkerstufe mit verbesserten Betriebsdaten und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Schaltung anzugeben. Ferner soll eine verbesserte Schaltung mit wenigstens einem Signalverstärker eingangs genannter Art angege ben werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektrische Schaltung in Form einer Transim pedanzverstärkerstufe, wobei die Schaltung einen Eingangsknoten, einen Ausgangs knoten und einen Rückkoppelknoten aufweist, mit folgenden Merkmalen: a) wenigstens einen Signalverstärker, der wenigstens einen Ausgangsanschluss und wenigstens einen Eingangsanschluss oder wenigstens ein Paar differenziel- ler Eingangsanschlüsse aufweist, wobei ein an wenigstens einem Eingangsan schluss anliegendes Eingangssignal in ein vielfach verstärktes, an dem Aus gangsanschluss abgegebenes Ausgangssignal gewandelt wird, wobei der Aus gangsanschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Ausgangsknoten und wenigstens einer der Eingangsanschlüsse unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Eingangsknoten ange schlossen oder anschließbar ist, wobei bei einem einzelnen Eingangsanschluss das Bezugspotential des Signalverstärkers oder bei einem Paar differenzieller Eingangsanschlüsse das Potential des anderen Eingangsanschlusses, der nicht an den Eingangsknoten angeschlossen oder anschließbar ist, als erstes Refe renzpotential bezeichnet wird, b) wenigstens ein Rückkopplungselement, das mit einem ersten Anschluss unmit telbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Eingangsknoten und mit einem zweiten Anschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Rückkoppelknoten angeschlossen oder anschließbar ist, c) wenigstens ein Rückkopplungssteuerelement, das mit einem ersten Anschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Rückkoppel knoten und mit einem zweiten Anschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Ausgangsknoten angeschlossen oder anschließbar ist, d) wenigstens einen ersten Schalter, durch den der Rückkoppelknoten unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement mit einem zweiten Referenzpo tenzial verbindbar ist, e) wenigstens einen zweiten Schalter, durch den der Ausgangsknoten unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement mit dem Eingangsknoten verbind bar ist.
Die erfindungsgemäße Schaltung hat den Vorteil, dass eine kapazitive oder zumin dest teilweise kapazitive Transimpedanzverstärker-Architektur bereitgestellt werden kann, bei der über die vorhandenen Schalter ein sehr effizientes Zurücksetzen des Rückkopplungselements, zum Beispiel ein Entladen des Rückkopplungskondensa tors, möglich ist. Dabei weist die Schaltung praktisch keine Störungseinflüsse durch Leckströme der vorhandenen Schalter auf. Es ist zudem eine hohe Schaltgeschwin digkeit der vorhandenen Schalter bei zugleich geringer Ladungsinjektion möglich. Dies wird dadurch ermöglicht, dass das Rückkopplungselement nicht wie in bisheri gen Schaltungen überdas nichtideale Schaltelement kurzgeschlossen wird, sondern die Spannung über dem Rückkopplungselement aktiv auf einen bestimmten Wert, beispielsweise Null, geregelt wird. Die Schaltung erlaubt es, einen Rückkopplungs kondensator aktiv und extrem schnell zu entladen, ohne dabei den Eingangspfad sig nifikant zu beeinträchtigen.
Die elektrische Schaltung eignet sich beispielsweise als Signalverstärker für hoch sensitive Messgeräte, zum Beispiel für Gaschromatographen, lonenmobilitätsspekt- rometer, Massenspektrometer, andere Arten von Spektrometern oder Analysatoren für elektrische Materialparameter.
Der Signalverstärker weist üblicherweise einen hohen Verstärkungsfaktor auf, bei spielsweise wenigstens 1000 oder wenigstens 10000. Der Signalverstärker kann zum Beispiel als Operationsverstärker ausgebildet sein, vorteilhafterweise als ein Elektro- meterverstärker mit geringen Leckströmen.
Das erste Referenzpotential kann dabei ein festes (unveränderliches) Spannungspo tential sein, insbesondere auch das Massepotential der Schaltung. Alternativ könnte auch ein veränderliches Potential genutzt werden, um die Eigenschaften der Schal tung im Betrieb zu ändern.
Ferner wird die Aufgabe ebenfalls gelöst durch eine elektrische Schaltung in Form ei ner Transimpedanzverstärkerstufe, wobei die Schaltung einen Eingangsknoten und einen Ausgangsknoten aufweist, mit folgenden Merkmalen: a) wenigstens einen Signalverstärker, der wenigstens einen Ausgangsanschluss und wenigstens einen Eingangsanschluss oder wenigstens ein Paar differenziel- ler Eingangsanschlüsse aufweist, wobei ein an wenigstens einem Eingangsan schluss anliegendes Eingangssignal in ein vielfach verstärktes, an dem Aus gangsanschluss abgegebenes Ausgangssignal gewandelt wird, wobei der Aus gangsanschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Ausgangsknoten und wenigstens einer der Eingangsanschlüsse unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Eingangsknoten ange schlossen oder anschließbar ist, wobei bei einem einzelnen Eingangsanschluss das Bezugspotential des Signalverstärkers oder bei einem Paardifferenzieller Eingangsanschlüsse das Potential des anderen Eingangsanschlusses, der nicht an den Eingangsknoten angeschlossen oder anschließbar ist, als erstes Refe renzpotential bezeichnet wird, b) wenigstens ein Rückkopplungselement, das mit einem ersten Anschluss unmit telbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Eingangsknoten und mit einem zweiten Anschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Ausgangsknoten angeschlossen oder anschließbar ist, c) wenigstens einen weiteren Signalverstärker, der wenigstens einen weiteren Aus gangsanschluss und wenigstens einen weiteren Eingangsanschluss oder we nigstens ein weiteres Paar differenzieller Eingangsanschlüsse aufweist, wobei ein an wenigstens einem weiteren Eingangsanschluss anliegendes Eingangssig nal in ein vielfach verstärktes, an dem weiteren Ausgangsanschluss abgegebe- nes Ausgangssignal gewandelt wird, wobei der weitere Ausgangsanschluss un mittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement mit einem zweiten Schalter verbunden ist und wenigstens ein weiterer Eingangsanschluss derart unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement mit dem Ausgangs knoten verbunden ist, wobei bei einem einzelnen weiteren Eingangsanschluss das Bezugspotential des weiteren Signalverstärkers oder bei einem weiteren Paar differenzieller Eingangsanschlüsse das Potential des anderen weiteren Ein gangsanschlusses, der nicht an den Ausgangsknoten angeschlossen oder an schließbar ist, als zweites Referenzpotential bezeichnet wird, d) wenigstens den zweiten Schalter, durch den der weitere Ausgangsanschluss un mittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement mit dem Eingangskno ten verbindbar ist.
Auf diese Weise kann der zweite Signalverstärker die erfindungsgemäße Regelung übernehmen, durch die das Rückkopplungselement in den Neutralzustand zurückge setzt wird, ohne dass hierfür der erste oder zweite Anschluss des Rückkopplungsele ments unmittelbar miteinander verbunden (kurzgeschlossen) werden müssen. Statt- dessen wird der weitere Signalverstärker zwischen den Ausgangsknoten und den zweiten Schalter geschaltet.
Das zweite Referenzpotenzial kann ein von dem ersten Referenzpotential getrenntes Potential oder ein mit dem ersten Referenzpotential verbundenes (kurzgeschlosse nes) Potential sein. Dabei stellen diese Elemente nur das Grundgerüst der Schaltung dar. Beispielsweise können zusätzliche Signalverstärker oder mehrfache Invertierun gen des Signals zwischen diesen Elementen eingefügt werden, ohne die Funktions weise der Schaltung zu verändern. Das Rückkopplungselement kann z.B. einen drit ten Anschluss haben, der auf einem beliebigen Referenzpotential liegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rückkopplungselement durch einen Widerstand, einen Kondensator oder eine Schal tung aus einem oder mehreren Widerständen und/oder einem oder mehreren Kon densatoren gebildet ist. Dies erlaubt eine einfache Realisierung des Rückkopplungs elements sowie einen besonders wirksam arbeitenden Transimpedanzverstärker mit hoher Empfindlichkeit. Es ist vorteilhaft, wenn das Rückkopplungselement zumindest einen kapazitiven Anteil aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Rückkopplungssteuerelement durch einen Widerstand, einen Kondensator oder eine Schaltung aus einem oder mehreren Widerständen und/oder einem oder mehreren Kondensatoren gebildet ist. Dies erlaubt eine einfache Realisierung des Rückkopp lungssteuerelements sowie einen besonders wirksam arbeitenden Transimpedanz verstärker mit hoher Empfindlichkeit. Insbesondere ist es vorteilhaft, das Rückkopp lungssteuerelement so zu gestalten, dass es den durch das Rückkopplungselement erzeugten Frequenzgang der Transimpedanzverstärkerstufe verbessert. D.h. dass durch das Rückkopplungssteuerelement beispielsweise eine ungewünschte Tief passwirkung des Rückkopplungselements ausgeglichen werden kann.
Über den ersten Schalter kann somit der Rückkopplungsknoten wahlweise, das heißt wenn der erste Schalter in eine bestimmte Schaltstellung gebracht wird, mit dem zweiten Referenzpotenzial verbunden werden und in einer anderen Schaltstellung vom zweiten Referenzpotenzial getrennt werden. Der erste Schalter kann beispiels weise als einfacher Ein/Aus-Schalter ausgebildet sein. Dass der Rückkopplungskno ten in diesem Fall über das Rückkopplungssteuerelement mit dem Ausgangsan schluss des Signalverstärkers verbunden sein kann, beeinflusst die Schaltung nicht, solange die Impedanz des Rückkopplungssteuerelements gegenüber der Impedanz des geschlossenen ersten Schalters hoch ist, beispielsweise mindestens zehnmal so groß.
Durch den zweiten Schalter kann der Ausgangsanschluss des Signalverstärkers, wenn der Schalter in eine entsprechende Schaltstellung gestellt ist, mit dem Ein gangsknoten verbunden sein oder, wenn der Schalter in einer anderen Schaltstellung ist, davon getrennt sein. Der zweite Schalter kann beispielsweise als Ein/Aus-Schal ter ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Schaltung ermöglicht es durch die Anordnung des ersten und des zweiten Schalters insbesondere, dass das Rückkopplungselement in einen Neut ralzustand zurückgesetzt wird, zum Beispiel indem sein erster und zweiter Anschluss auf praktisch das gleiche Spannungspotenzial gesetzt werden, ohne dass hierfür der erste oder zweite Anschluss unmittelbar miteinander verbunden (kurzgeschlossen) werden müssen.
Der erste und der zweite Schalter können insbesondere durch elektrische Steuersig nale steuerbare Schalter sein. Die Schalter können galvanische Schaltkontakte, Halbleiterschalter, Signalverstärker mit einem abschaltbaren Ausgang und/oder Sig nalverstärker mit einer Eingangshysterese aufweisen. Beispielsweise kann der erste und/oder zweite Schalter als Analogschalter ausgebildet sein. Solche Analogschalter erlauben ein zuverlässiges und schnelles Schalten. Je nach Ausführungsform kön nen hierdurch jedoch zusätzliche Störeffekte erzeugt werden, zum Beispiel durch Leckstrom und/oder Ladungsinjektion des Analogschalters.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Referenzpotenzial dem ersten Referenzpotential entspricht. Auf diese Weise kann ein Rücksetzen des Rückkopplungselements, beispielsweise ein Entladen des Kondensators, schnell und zugleich ohne Beeinträchtigung des Eingangspfads erfol gen. Denn bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist es nicht erforderlich, das Rück kopplungselement über einen Schalter direkt zu überbrücken und dementsprechend kurzzuschließen. Stattdessen kann die Funktionalität des Signalverstärkers genutzt werden, der aufgrund seines hohen Verstärkungsfaktors das Bestreben hat, die Po tentialdifferenz zwischen seinem Eingangsanschluss und dem ersten Referenzpoten tial gering zu halten und diese dementsprechend praktisch auf gleichem Potenzial zu halten. Dadurch werden auch Spannungsabfälle an den Schaltern und weiteren im Entladepfad befindlichen Bauelemente ausgeglichen, die ansonsten das Entladen beeinträchtigen würden. Auf diese Weise werden der erste und der zweite Anschluss des Rückkopplungselements sozusagen virtuell kurzgeschlossen, da der erste und der zweite Anschluss im Ergebnis durch den ersten und den zweiten Schalter auf dasselbe Spannungspotenzial gebracht werden können.
Es ist auch möglich, als zweites Referenzpotenzial ein anderes Spannungspotenzial zu verwenden als erste Referenzpotential. Dann kann das Rückkopplungselement, zum Beispiel ein Kondensator, auf eine vordefinierte Spannung, die der Differenz zwischen diesen Spannungspotenzialen entspricht, vorgeladen werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigs tens ein Strombegrenzungselement in Reihe zum zweiten Schalter geschaltet ist, das eine Stromübertragungscharakteristik aufweist, durch die kleine Ströme, insbeson dere Leckströme des zweiten Schalters, unterbunden und größere Ströme durchge lassen werden. Anders ausgedrückt fließt bei kleiner anliegender Spannung prak tisch kein Strom, bei einer größeren Spannung jedoch ein Strom, der um weit mehr als das Verhältnis dieser Spannungen größer ist. Das Strombegrenzungselement kann zum Beispiel eine Diode oder eine Schaltung aus Dioden sein, zum Beispiel zwei antiparallel geschaltete Dioden, oder eine entsprechende Schaltung aus JFETs (JFET - Junction Field Effect Transistor bzw. Sperrschicht-Feldeffekttransistor). Hier durch können eventuelle Störeffekte des ersten und/oder zweiten Schalters, zum Bei spiel Leckstrom und/oder Ladungsinjektion, weiter minimiert werden.
Die genannten Teile der Schaltung können jeweils als separate Bauteile, das heißt als diskrete Bauteile ausgebildet sein. Insbesondere können das Rückkopplungsele ment, das Rückkopplungssteuerelement, das Strombegrenzungselement, der erste Schalter und der zweite Schalter als separate Bauteile von dem Signalverstärker ausgebildet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Strombegrenzungselement durch in dem Signalverstärker integrierte Schutzdioden gebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen Bauteile für die Bildung des Strombegrenzungselements erforderlich sind. Ein weiterer, besonders wesentlicher Vorteil für eine Transimpedanzverstärkerstufe mit hoher Empfindlichkeit besteht da rin, dass durch die Nutzung von in dem Signalverstärker bereits vorhandenen inte grierten Schutzdioden der Eingangspfad der Schaltung in keiner Weise durch das Strombegrenzungselement oder die übrigen Teile, die mit dem ersten Schalter und/o der dem zweiten Schalter verbunden sind, beeinträchtigt wird. Am Eingangsknoten ist dann lediglich der Eingang des Signalverstärkers und der erste Anschluss des Rückkopplungselements anzuschließen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Schalter durch elektrische Steuersignale steuerbar sind, wobei die Schaltung eine Steuereinrichtung zum Steuern des Schaltens des ersten und des zweiten Schalters aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, in einem ersten Betriebsmodus den ersten und den zweiten Schalter in Schaltstellun gen zu schalten, durch die ein in den Eingangsknoten fließender Strom in ein ver stärktes, integriertes oder anderweitig abhängiges Ausgangssignal am Ausgangs knoten der Schaltung gewandelt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus den ers ten und den zweiten Schalter in Schaltstellungen zu schalten, durch die die Schal tung, insbesondere das Rückkopplungselement, aktiv in einen Neutralzustand gere gelt wird. Die Steuereinrichtung gibt somit die elektrischen Steuersignale an den ers ten und den zweiten Schalter ab, um wahlweise den ersten Betriebsmodus oder den zweiten Betriebsmodus zu aktivieren.
Die Steuereinrichtung kann dementsprechend in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen, beispielsweise in einem festen Takt im Millisekunden-Bereich, wenn dies von außerhalb vorgegeben wird, wenn der letzte Wechsel des Betriebsmodus eine bestimmte Zeit zurückliegt oder wenn die Ausgangsspannung des Signalverstär kers einen bestimmten Schwellwert überschreitet, den ersten und den zweiten Schal ter vom ersten Betriebsmodus in zweiten Betriebsmodus u.s.w. schalten. Hierdurch wird zu bestimmten Zeitpunkten die Schaltung, insbesondere das Rückkopplungsele ment, in den Neutralzustand zurückgesetzt. Kapazitive Anteile des Rückkopplungs elements können auf diese Weise schnell entladen werden. Es ist vorteilhaft, wenn der zweite Betriebsmodus nur relativ kurz aktiviert wird, sodass die Schaltung in den überwiegenden Zeiträumen im ersten Betriebsmodus betrieben wird, in dem mittels der Transimpedanzverstärkerstufe die Eingangssignale erfasst und als verstärkte Ausgangssignale abgegeben werden können und dementsprechend Messungen durchgeführt werden können. So kann beispielsweise das Tastverhältnis, mit dem der zweite Betriebsmodus aktiviert wird, bei 10 % oder weniger liegen. Die Steue rungseinrichtung kann beispielsweise hardwaremäßig als Taktgeber ausgebildet sein, als eine konfigurierbare Hardware wie FPGA oder CPLD, oder sie kann eine mikroprozessorgesteuerte Einrichtung sein, die ein Computerprogramm ausführt, durch das die elektrischen Steuersignale zum Steuern des ersten und des zweiten Schalters erzeugt und ausgegeben werden. Insbesondere kann ein externes Steuersignal dazu genutzt werden, die Transimpe- danzverstärker gezielt zurückzusetzen, beispielsweise während eines Zeitraums, in dem aufgrund von Schaltvorgängen Störungen erwartet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den ersten und den zweiten Schalter gleich sinnig zu schalten. Wenn der erste und der zweite Schalter jeweils als Ein/Aus-Schal ter ausgebildet sind, ist somit der zweite Schalter immer dann im Zustand „Ein“, wenn der erste Schalter im Zustand „Ein“ ist, und der zweite Schalter ist im Zustand „Aus“ wenn der erste Schalter im Zustand „Aus“ ist.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Rückkopplungssteuerele ment als dritter Schalter ausgebildet, der von der Steuereinrichtung entgegengesetzt zum ersten Schalter geschaltet wird. Somit können erster und dritter Schalter vorteil hafterweise anstatt durch zwei Ein/Aus-Schalter durch einen einzigen Wechselschal ter umgesetzt werden, der deren Schaltfunktion übernimmt.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Verfahren zum Be treiben einer Schaltung der zuvor erläuterten Art, bei der das Rückkopplungselement zurückgesetzt wird, indem die Spannung über dem Rückkopplungselement aktiv auf einen bestimmten Wert, beispielsweise Null, geregelt wird. Somit wird das Rückkopp lungselement nicht wie in bisherigen Schaltungen über ein nichtideales Schaltele ment kurzgeschlossen wird, sondern aktiv geregelt, z.B. mittels des Signalverstär kers.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in ei nem ersten Betriebsmodus der Schaltung ein in den Eingangsknoten fließender Strom in ein verstärktes, integriertes oder anderweitig abhängiges Ausgangssignal am Ausgangsknoten der Schaltung gewandelt wird und einem zweiten Betriebsmo dus der Schaltung die Schaltung, insbesondere das Rückkopplungselement, aktiv in einen Neutralzustand geregelt wird, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus umgeschaltet wird. Der erste Betriebsmodus ist damit ein Arbeitsbe triebsmodus der Schaltung, der zweite Betriebsmodus ein Rücksetzbetriebsmodus der Schaltung. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, falls der erste Signalverstärker nicht unity- gain-stable ist, in dem Schaltungspfad mit dem zweiten Schalter ein zusätzliches Kompensationsnetzwerk einzufügen bzw. dem zweiten Signalverstärker einen spezi ellen Frequenzgang zu geben, so dass sichergestellt ist, dass der Noise Gain der Schaltung in beiden Fällen ausreichend hoch für einen stabilen Betrieb des ersten Signalverstärkers ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ausgangsknoten mit einem Differenzierer gekoppelt ist. Auf diese Weise kann ein endgültiges Ausgangssignal bereitgestellt werden, dass um einen gegebenenfalls vorhandenen integrierenden Einfluss des Rückkopplungselements, zum Beispiel, wenn dieses eine Kapazität aufweist, bereinigt ist. Der Differenzierer kann zum Bei spiel in Analogtechnik ausgebildet sein, das heißt als Analog-Differenzierer. Der Dif ferenzierer kann auch digitaltechnisch realisiert sein, beispielsweise mit einem Ana- log-Digital-Wandler und einem mit dem Analog-Digital-Wandler verbundenen Rech ner, Mikrocontroller oder FPGA, auf dem durch digitale Rechenschritte die Differen zierung durchgeführt wird. In diesem Fall werden vorteilhafterweise übliche Filter schaltungen zur Begrenzung der Signalbandbreite zwischen Transimpedanzverstär kerstufe und Analog-Digital-Wandler geschaltet. Durch die Differenzierung wird das vom Ausgangsanschluss des Signalverstärkers empfangene Signal nach der Zeit dif ferenziert. Vorteilhafterweise kann das digitalisierte Signal auch zum Auslösen der Steuereinrichtung ausgewertet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann auch die Häufigkeit des bei Über schreiten einer bestimmten Ausgangsspannung erzeugten Rücksetzsignals ausge wertet werden, um den in diesem Zeitraum geflossenen mittleren Strom zu bestim men.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch eine Schaltung mit we nigstens einem Signalverstärker, der wenigstens einen Ausgangsanschluss, wenigs tens einen Eingangsanschluss oder wenigstens ein Paar differenzieller Eingangsan schlüsse sowie wenigstens zwei Spannungsversorgungsanschlüsse, von denen ei- ner auch ein Masse bzw. Groundanschluss sein kann, aufweist, wobei der Signalver stärker wenigstens einen zusätzlichen Anschluss aufweist, der intern über mindes tens ein weiteres Bauelement, z.B. eine Diode, mit wenigstens einem der Eingangs anschlüsse bzw. dem Eingangsanschluss verbunden ist, wobei die Schaltung we nigstens ein mit diesem Anschluss verbundenes Bauelement aufweist, durch das ein elektrischer Strom in diesen Anschluss eingespeist oder eine elektrische Spannung an diesen Anschluss angelegt wird. Insbesondere können hierbei auch Anschlüsse genutzt werden, die für den Fachmann ersichtlich eigentlich als Ausgang für ein Sig nal konfiguriert sind. Das zuvor erwähnte Bauelement kann z.B. ein weiterer Signal verstärker oder eine mit einem bestimmten Potential verbundene Leitung sein.
Beispielsweise kann es sich bei diesem zusätzlichen Anschluss um einen sogenann ten Guard-Anschluss handeln, der normalerweise dazu dient, Eingangsanschlüsse gegenüber Leckströmen auf einer bzw. durch eine Leiterplatte oder Die, auf dem der Signalverstärker angeordnet ist, zu isolieren. Zudem wird hierdurch ein ESD-Schutz bereitgestellt. Der Signalverstärker kann beispielsweise eine Guard-Schaltung auf weisen, bei der ein Paar antiparallel geschalteter Dioden zwischen dem Guard-An schluss und positiven Eingangsanschluss geschaltet sind und/oder ein Paar antipa rallel geschalteter Dioden zwischen dem Guard-Anschluss und dem negativen Ein gangsanschluss geschaltet sind. In dem Signalverstärker kann der Guard-Anschluss noch mit weiteren Bauelementen verbunden sein, beispielsweise mit einem Guard- Buffer. Erfindungsgemäß wurde nun festgestellt, dass ein Signalverstärker mit einem solchen Guard-Anschluss auch anderweitig appliziert werden kann, beispielsweise um Bauelemente, die ansonsten zur externen Beschaltung des Signalverstärkers notwendig wären, zu eliminieren und durch Teile der Guard-Schaltung des Signalver stärkers zu ersetzen.
Beispielsweise können im zuvor beschriebenen Beispiel der Transimpedanzverstär kerstufe zwei antiparallel geschaltete Dioden zur Verringerung von Leckstrom -Störef fekten der Analog-Schalter eingesetzt werden. Durch Nutzung eines entsprechenden Teils der Guard-Schaltung innerhalb des Signalverstärkers können diese extern an geschlossenen Dioden entfallen, wie nachfolgend anhand eines Ausführungsbei spiels noch detaillierter erläutert wird. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwen dung von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 - eine erste Ausführungsform einer elektrischen Schaltung und
Fig. 2, 3 - eine zweite Ausführungsform einer elektrischen Schaltung in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus und
Fig. 4, 5 - eine dritte Ausführungsform einer elektrischen Schaltung in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus und Fig. 6 - eine vierte Ausführungsform einer elektrischen Schaltung und
Fig. 7 - eine fünfte Ausführungsform einer elektrischen Schaltung und
Fig. 8 - eine sechste Ausführungsform einer elektrischen Schaltung.
Die in den Figuren 1 bis 8 dargestellten Schaltungen sind jeweils beispielhaft als Transimpedanzverstärkerstufe dargestellt. Auch andere Ausführungsformen sind möglich.
Die Figur 1 zeigt die Schaltung mit einem Signalverstärker V1 , einem Rückkopp lungselement RE, einem ersten Schalter S1 und einem zweiten Schalter S2. Der Sig nalverstärker V1 weist einen negativen Eingangsanschluss 1, einen positiven Ein gangsanschluss 2 und einen Ausgangsanschluss 3 auf. Der erste Schalter S1 und der zweite Schalter S2 sind beispielhaft als Ein/Aus-Schalter dargestellt. Sie weisen jeweils zwei Schaltstellungen auf. In einer Schaltstellung ist ein Kontakt C mit einem Kontakt A des jeweiligen Schalters S1 , S2 verbunden, in einer anderen Schaltstel lung sind die Schalter offen.
An dem Eingangsknoten IN wird ein zu messendes Eingangssignal eingespeist, in diesem Fall ein Eingangsstrom IIN. Der Eingangsknoten IN ist mit dem negativen Ein gangsanschluss 1, einem ersten Anschluss des Rückkopplungselements RE und dem Kontakt C des zweiten Schalters S2 verbunden. Der positive Eingangsan schluss 2 ist mit einem festem Spannungspotenzial, dem ersten Referenzpotential REF1, z.B. Massepotenzial, verbunden. Der Ausgangsanschluss 3 ist mit dem Ausgangsknoten verbunden, an dem das Aus gangssignal UOUT bereitgestellt wird. Dieser ist weiterhin mit dem Kontakt A des zwei ten Schalters S2 und dem ersten Anschluss des Rückkopplungssteuerelements RSE verbunden. Der zweite Anschluss des Rückkopplungselements RE, der zweite An schluss des Rückkopplungssteuerelements RSE und der Kontakt A des ersten Schalters S1 sind mit dem Rückkopplungsknoten FB verbunden. Der Kontakt C des ersten Schalters S1 ist mit einem zweiten Referenzpotenzial REF2 verbunden, zum Beispiel mit dem Massepotenzial.
Im nebenstehenden Kasten sind verschiedene beispielhafte Ausführungsformen des Rückkopplungssteuerelements gezeigt, beispielsweise ein Widerstand R1 , ein Netz werk N1 sowie ein Ein/Aus-Schalter S3.
Die Schaltung befindet sich in einem ersten Betriebsmodus, in dem die normale Mess- und Verstärkungsfunktion der Transimpedanzverstärkerstufe durchgeführt werden kann.
Figur 2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform, bei der als Rückkopplungselement RE ein Kondensator CF genutzt wird sowie als Rückkopplungssteuerelement ein Schalter S3, der entgegengesetzt zu S1 schaltet und die Kontakte A und B verbindet. Die Ein/Aus-Schalter S1 und S3 wurden vorteilhafterweise zu einem Wechselschalter S1 kombiniert.
Die Figur 2 zeigt die Schaltung in einem ersten Betriebsmodus, in dem die normale Mess- und Verstärkungsfunktion der Transimpedanzverstärkerstufe durchgeführt werden kann. Im ersten Betriebsmodus ist überden ersten Schalter S1 eine Verbin dung zwischen Ausgangsanschluss 3 und dem zweiten Anschluss des Rückkopp lungselements CF hergestellt. Durch den zweiten Schalter S2 ist der Ausgangsan schluss 3 von dem negativen Eingangsanschluss 1 getrennt. Die Schaltung kann in diesem Zustand beispielsweise als übliche kapazitive Transimpedanzverstärkerstufe betrieben werden. Der eingangsseitig zugeführte Strom //w wird über die Transimpe danzverstärkerstufe in ein vielfach verstärktes bzw. integriertes Ausgangssignal UOUT gewandelt. Je nach Eingangssignal kann es erforderlich sein, dass das Rückkopp lungselement CF entladen werden muss, um störende Effekte zu vermeiden, wenn aufgrund der integrierenden Funktion die maximal zulässige Spannung am Rück kopplungselement CF erreicht wird. Hierzu wird die Schaltung in einen zweiten Be triebsmodus gebracht, der in Figur 3 dargestellt ist.
Im zweiten Betriebsmodus sind der erste und der zweite Schalter S1 , S2 im Ver gleich zu Figur 2 umgeschaltet. Der zweite Anschluss des Rückkopplungselements CF ist nun über den ersten Schalter S1 mit dem Kontakt C und damit mit dem zweiten Referenzpotenzial, das dort angeschlossen ist, verbunden. Über den zweiten Schal ter S2 ist eine Verbindung zwischen dem Ausgangsanschluss 3 und dem negativen Eingangsanschluss 1 und damit auch mit dem ersten Anschluss des Rückkopplungs elements CF hergestellt. In diesem Zustand wird das Rückkopplungselement CF durch den Signalverstärker V1 schnell auf eine Spannung entladen oder geladen, die der Potenzialdifferenz zwischen dem zweiten Referenzpotenzial am Kontakt C des ersten Schalters S1 und dem ersten Referenzpotenzial am positiven Eingangsan schluss 2 entspricht. Ist die Spannungsdifferenz zwischen diesen Spannungspotenzi alen gleich Null, wird das Rückkopplungselement CF somit vollständig entladen.
Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform der Schaltung, die sich von den Fi guren 2 und 3 dadurch unterscheidet, dass in der Verbindung von dem Ausgangsan schluss 3 überden zweiten Schalter S2 zu dem negativen Eingangsanschluss 1 ein Strombegrenzungselement D1 , D2 in Reihe geschaltet ist. Das Strombegrenzungs element D1, D2 kann als zwei antiparallel geschaltete Dioden ausgebildet sein. Hier durch können Störeffekte durch Leckströme und/oder Ladungsinjektionen aufgrund des ersten und des zweiten Schalters S1 , S2 weiter minimiert werden. Im Übrigen zeigt die Figur 4 die Schaltung im ersten Betriebsmodus, die Figur 5 zeigt die Schal tung im zweiten Betriebsmodus. Die Funktionsweise entspricht ansonsten der Funkti onsweise der Schaltung der Figuren 2 und 3.
Die Figur 6 zeigt eine weitere Variante der Schaltung, bei der das Rückkopplungs steuerelement RSE durch einen Kurzschluss ersetzt wurde und der dadurch über flüssige Schalter S1 entfernt. Somit ist der zweite Anschluss des Rückkopplungsele ments RE, in diesem Fall der Kondensator CF, direkt mit dem Ausgangsknoten OUT verbunden. Da der Ausgang des Signalverstärker V1 nun dauerhaft mit dem zweiten Anschluss des Rückkopplungselements verbunden ist, kann er die erfindungsge- mäße Regelfunktion nicht mehr erfüllen. Um dennoch die erfindungsgemäße Regel funktion bereit stellen zu können, wird ein zweiter Signalverstärker V2 mit seinem po sitiven Eingang an den Ausgangsknoten, mit seinem negativen Eingang an dem zweiten Referenzpotential und mit seinem Ausgang an den Kontakt A des Schalters S2 angeschlossen. Dieser hat ebenfalls das Bestreben, die Potentialdifferenz zwi schen seinen Eingängen zu minimieren und treibt nun so lange einen Strom in den Eingangsknoten, bis das Potential am zweiten Anschluss des Rückkopplungsele ments dem zweiten Referenzpotential entspricht.
Die Figur 7 zeigt eine Ausführungsform der Schaltung, die wie die Ausführungsform der Figuren 4 und 5 ein Strombegrenzungselement D1, D2 in Reihe zum zweiten Schalter S2 aufweist. Das Strombegrenzungselement D1, D2 ist in diesem Fall aber nicht durch eine externe Diodenschaltung realisiert, sondern durch in dem Signalver stärker V1 integrierte Schutzdioden. Flierzu kann beispielsweise ein Guard-Anschluss 4 des Signalverstärkers V1 genutzt werden. Es wird dann einfach der zweite Schalter S2 mit dem Guard-Anschluss 4 verbunden. Durch die interne Beschaltung des Sig nalverstärkers V1 ist damit bereits die Verbindung über das Strombegrenzungsele ment D1, D2 zum negativen Eingangsanschluss 1 hergestellt.
Die Figur 8 zeigt die aus Figur 6 bekannte Schaltung ebenfalls unter Nutzung eines über in dem Signalverstärker V1 integrierte Schutzdioden D1, D2 realisierten Strom begrenzungselement.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Schaltung in Form einer Transimpedanzverstärkerstufe, wobei die Schaltung einen Eingangsknoten (IN), einen Ausgangsknoten (OUT) und einen Rückkoppelknoten (FB) aufweist, mit folgenden Merkmalen: a) wenigstens einen Signalverstärker (V1 ), der wenigstens einen Ausgangs anschluss (3) und wenigstens einen Eingangsanschluss (1 , 2) oder we nigstens ein Paar differenzieller Eingangsanschlüsse (1 , 2) aufweist, wo bei ein, an wenigstens einem Eingangsanschluss (1, 2) anliegendes Ein gangssignal in ein vielfach verstärktes, an dem Ausgangsanschluss (3) abgegebenes Ausgangssignal (UOUT) gewandelt wird, wobei der Aus gangsanschluss (3) unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bau element an den Ausgangsknoten (OUT) und wenigstens einer der Ein gangsanschlüsse (1 , 2) unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Eingangsknoten (IN) angeschlossen oder anschließ bar ist, wobei bei einem einzelnen Eingangsanschluss (1, 2) das Bezugs potential des Signalverstärkers oder bei einem Paar differenzieller Ein gangsanschlüsse (1, 2) das Potential des anderen Eingangsanschlusses, der nicht an den Eingangsknoten (IN) angeschlossen oder anschließbar ist, ein erstes Referenzpotential (REF1) ist, b) wenigstens ein Rückkopplungselement (RE), das mit einem ersten An schluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Eingangsknoten (IN) und mit einem zweiten Anschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Rückkoppelkno ten (FB) angeschlossen oder anschließbar ist, c) wenigstens ein Rückkopplungssteuerelement (RSE), das mit einem ers ten Anschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauele ment an den Rückkoppelknoten (FB) und mit einem zweiten Anschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Aus gangsknoten (OUT) angeschlossen oder anschließbar ist, d) wenigstens einen ersten Schalter (S1 ), durch den der Rückkoppelknoten (FB) unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement mit ei nem zweiten Referenzpotenzial (REF2) verbindbar ist, e) wenigstens einen zweiten Schalter (S2), durch den der Ausgangsknoten (OUT) unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement mit dem Eingangsknoten (IN) verbindbar ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rückkopplungssteuerelement (RSE) durch einen Widerstand (R1), einen Kondensator oder eine Schaltungsanordnung (N1 ) aus einem oder mehreren Widerständen und/oder einem oder mehreren Kondensatoren gebildet ist.
3. Elektrische Schaltung in Form einer Transimpedanzverstärkerstufe, wobei die Schaltung einen Eingangsknoten (IN) und einen Ausgangsknoten (OUT) aufweist, mit folgenden Merkmalen: a) wenigstens einen Signalverstärker (V1 ), der wenigstens einen Ausgangs anschluss (3) und wenigstens einen Eingangsanschluss (1 , 2) oder we nigstens ein Paar differenzieller Eingangsanschlüsse (1 , 2) aufweist, wo bei ein an wenigstens einem Eingangsanschluss (1, 2) anliegendes Ein gangssignal in ein vielfach verstärktes, an dem Ausgangsanschluss (3) abgegebenes Ausgangssignal (UOUT) gewandelt wird, wobei der Aus gangsanschluss (3) unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bau element an den Ausgangsknoten (OUT) und wenigstens einer der Ein gangsanschlüsse (1 , 2) unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Eingangsknoten (IN) angeschlossen oder anschließ bar ist, wobei bei einem einzelnen Eingangsanschluss (1, 2) das Bezugs potential des Signalverstärkers oder bei einem Paar differenzieller Ein gangsanschlüsse (1, 2) das Potential des anderen Eingangsanschlusses, der nicht an den Eingangsknoten (IN) angeschlossen oder anschließbar ist, ein erstes Referenzpotential (REF1) ist, b) wenigstens ein Rückkopplungselement, das mit einem ersten Anschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement an den Ein gangsknoten und mit einem zweiten Anschluss unmittelbar oder über we nigstens ein weiteres Bauelement an den Ausgangsknoten angeschlos sen oder anschließbar ist, c) wenigstens einen weiteren Signalverstärker (V2), der wenigstens einen weiteren Ausgangsanschluss und wenigstens einen weiteren Eingangs- anschluss oder wenigstens ein weiteres Paar differenzieller Eingangsan schlüsse aufweist, wobei ein an wenigstens einem weiteren Eingangsan schluss anliegendes Eingangssignal in ein vielfach verstärktes, an dem weiteren Ausgangsanschluss abgegebenes Ausgangssignal gewandelt wird, wobei der weitere Ausgangsanschluss unmittelbar oder über we nigstens ein weiteres Bauelement mit einem zweiten Schalter (S2) ver bunden ist und wenigstens ein weiterer Eingangsanschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauelement mit dem Ausgangsknoten (OUT) verbunden ist, wobei bei einem einzelnen weiteren Eingangsan schluss das Bezugspotential des weiteren Signalverstärkers oder bei ei nem weiteren Paar differenzieller Eingangsanschlüsse das Potential des anderen weiteren Eingangsanschlusses, der nicht an den Ausgangskno ten angeschlossen oder anschließbar ist, als zweites Referenzpotential (REF2) bezeichnet wird, d) wenigstens einen zweiten Schalter (S2), durch den der weitere Aus gangsanschluss unmittelbar oder über wenigstens ein weiteres Bauele ment mit dem Eingangsknoten (IN) verbindbar ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Referenzpotenzial (REF2) dem ersten Re ferenzpotential (REF1) entspricht.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder der zweite Schalter (S1 , S2) durch elektrische Steuersignale steuerbar sind, wobei die Schaltung eine Steuer einrichtung zum Steuern des Schaltens des ersten und/oder des zweiten Schalters (S1, S2) aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerich tet ist, in einem ersten Betriebsmodus den ersten und/oder den zweiten Schalter (S1, S2) in Schaltstellungen zu schalten, durch die ein in den Ein gangsknoten (IN) fließender Strom (IIN) in ein verstärktes, integriertes oder anderweitig abhängiges Ausgangssignal (UOUT) am Ausgangsknoten (OUT) der Schaltung gewandelt wird, und in einem zweiten Betriebsmodus den ers ten und/oder den zweiten Schalter (S1 , S2) in Schaltstellungen zu schalten, durch die die Schaltung, insbesondere das Rückkopplungselement (RE), ak tiv in einen Neutralzustand geregelt wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den ersten und den zweiten Schalter (S1 , S2) gleichsinnig zu schalten.
7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass das Rückkopplungssteuerelement (RSE) als dritter Schalter (S3) ausgebildet ist, der von der Steuereinrichtung entgegengesetzt zum ers ten Schalter (S1 ) geschaltet wird, wobei der erste und der dritte Schalter (S1 , S3) als einzelne Schalter oder als ein gemeinsamer Wechselschalter ausge bildet sein können.
8. Verfahren zum Betreiben einer Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückkopplungselement (RE) in einen Neutralzustand zurückgesetzt wird, indem die Spannung über dem Rückkopplungselement (RE) aktiv auf einen bestimmten Wert, beispiels weise Null, geregelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebsmodus der Schaltung ein in den Eingangsknoten (IN) fließender Strom (IIN) in ein verstärktes, integriertes oder anderweitig abhängiges Aus gangssignal (UOUT) am Ausgangsknoten (OUT) der Schaltung gewandelt wird und einem zweiten Betriebsmodus der Schaltung die Schaltung, insbe sondere das Rückkopplungselement (RE), aktiv in einen Neutralzustand ge regelt wird, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebsmodus um geschaltet wird.
10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückkopplungselement (RE) durch einen Wider stand, einen Kondensator (CF) oder eine Schaltungsanordnung aus einem o- der mehreren Widerständen und/oder einem oder mehreren Kondensatoren gebildet ist.
11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Strombegrenzungsbauelement (D1, D2) in Reihe zum zweiten Schalter (S2) geschaltet ist, das eine Stromüber tragungscharakteristik aufweist, durch die bei kleiner anliegender Spannung an dem Strombegrenzungsbauelement (D1, D2) im Wesentlichen kein Strom fließt, bei einer größeren Spannung jedoch ein Strom fließt, der um mehr als das Verhältnis dieser Spannungen größer ist.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Strombegrenzungsbauelement (D1, D2) durch in dem Signalverstärker (V1) integrierte Eingangsschutzdioden gebildet ist.
13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsknoten (OUT) mit einem Differenzierer gekoppelt ist.
14. Schaltung mit wenigstens einem Signalverstärker (V1 ), der wenigstens einen Ausgangsanschluss (3), wenigstens einen Eingangsanschluss (1, 2) oder wenigstens ein Paar differenzieller Eingangsanschlüsse (1 , 2) sowie wenigs tens zwei Spannungsversorgungsanschlüsse, von denen einer auch ein Masse- oder Groundanschluss sein kann, aufweist, wobei der Signalverstär ker (V1) wenigstens einen zusätzlichen Anschluss (4) aufweist, der intern im Signalverstärker über mindestens ein weiteres Bauelement (D1, D2, D3, D4), z.B. eine Diode, mit wenigstens einem der Eingangsanschlüsse (1, 2) bzw. dem Eingangsanschluss (1, 2) verbunden ist, wobei die Schaltung wenigs tens ein mit diesem zusätzlichen Anschluss (4) verbundenes Bauelement (S2, V2) aufweist, durch das ein elektrischer Strom in diesen zusätzlichen Anschluss (4) eingespeist oder eine elektrische Spannung an diesen zusätz lichen Anschluss (4) angelegt wird.
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