CH662222A5

CH662222A5 - Verstaerkerschaltung.

Info

Publication number: CH662222A5
Application number: CH4510/83A
Authority: CH
Inventors: Martin Maschek
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1983-08-18
Filing date: 1983-08-18
Publication date: 1987-09-15
Also published as: FR2550899A1; DE3427061A1; US4547742A

Description

Die Erfindung geht aus von einer Verstärkerschaltung gemäss dem ersten Teil des Anspruchs 1.

Derartige Verstärkerschaltungen werden zur Verstärkung von Signalen eingesetzt, welche mit störenden Stromstössen (glitches) überlagert sind. Solche ein Signal überlagernde Stromstösse entstehen z.B. beim Schalten von Halbleiterschaltern durch kapazitives Einkoppeln der Steuerspannung in den Signalpfad oder durch Nichtgleichzeitigkeit mehrerer paralleler Schaltvorgänge. Sie treten z.B. am Ausgang von Digital-Ana-log-Wandlern auf oder auch am Eingang von Operationsverstärkern bei Umschaltung der Rückkopplungsimpedanz.

Es ist bekannt, Verstärkerschaltungen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zur Weiterverarbeitung des Ausgangssignals eines Digital-Analog-Wandlers mit Abtasthaltegliedern (sample and hold) aufzubauen, welche dem Signalverstärker vorgeschaltet sind und, gesteuert von einem clock-Signal, das am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers abgenommene Signal während jener Zeitintervalle, in denen Stromstösse auftreten können, ausblenden (S. Kirby: Deglitcher circuit refines d-a-converter output; Electronics vom 21.4.1983, S. 151-152).

Bei derartigen Verstärkerschaltungen ist eine externe Steuerung der der Stromstossunterdrückung dienenden Schaltkreise erforderlich, was die Einsatzmöglichkeiten der Schaltung einschränkt und ausserdem auch im Rahmen des möglichen Einsatzbereichs meist erheblichen zusätzlichen Schaltungsaufwand bedingt. Dazu kommt, dass die bei hohen Abtastraten erforderlichen schnellen Abtasthalteglieder selber störende Stromstösse erzeugen, was sich z.B. bei der Verstärkung des Ausgangssignals schneller Digital-Analog-Wandler als sehr störend erweist.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie im unabhängigen Anspruch gekennzeichnet ist, schafft eine Verstärkerschaltung mit einem der Stromstossunterdrückung dienenden zusätzlichen Schaltkreis, welche störende Stromstösse automatisch, d.h. ohne externe Steuerung, und ohne unerwünschte Nebeneffekte unterdrückt.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor allem darin zu sehen, dass, da eine externe Steuerung entfallen kann, bei herkömmlichen Anwendungen der Schaltungsaufwand gegenüber bekannten Verstärkerschaltungen wesentlich reduziert ist, zudem der Bereich der Einsatzmöglichkeiten auch jene Fälle einschliesst, wo ein Steuersignal für ein Abtasthalteglied nicht oder nur mit wirtschaftlich nicht vertretbarem Schaltungsaufwand erzeugt werden könnte. Ausserdem können erfindungsge-mässe Verstärkerschaltungen bis zu hohen Grenzfrequenzen ausgelegt werden, ohne dass sie selber Störsignale erzeugen. Sie eignen sich dann u.a. zur Verstärkung des Ausgangssignals schneller Digital-Analog-Wandler. Die Kompensationsschaltung ist sogar imstande, vom Signalverstärker selbst erzeugte Stromstösse zu kompensieren, wenn derselbe im ganzen als invertierender Verstärker mit umschaltbarer Gegenkopplung aufgebaut ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von nur einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer erfindungsgemässen Verstärkerschaltung und

Fig. 2 in der erfindungsgemässen Verstärkerschaltung auftretende Strom- und Spannungsverläufe.

In Fig. 1 ist eine Verstärkerschaltung dargestellt, welche in ihrem grundsätzlichen Aufbau einen Signalverstärker 1 aufweist, dessen Eingang über eine gleichstromdurchlässige Impedanz, die vorzugsweise als Widerstand 2 ausgebildet ist, an einen Signaleingang 3 gekoppelt ist und dessen Ausgang an einem Signalausgang 4 liegt, sowie eine der Stromstossunterdrückung dienende zusätzliche Schaltung. Der Signalverstärker ist in bekannter Weise mit einem invertierend geschalteten Operationsverstärker 5 aufgebaut, welcher jeweils mittels mindestens einer von zwei mit Schaltern 6, 7 in Serie liegenden Rückkopplungsimpedanzen 8, 9 rückgekoppelt ist.

Erfindungsgemäss ist die der Stromstossunterdrückung dienende Schaltung als Kompensationsschaltung 10 ausgebildet, mit einem invertierenden Verstärker 11, der schneller ist als der Signalverstärker 1 und dessen Eingang über einen Hochpass 12 und einen Impedanzwandler 13 an den Signaleingang 3 gekoppelt ist, während sein Ausgang über einen spannungsbegrenzen-den Zweipol 14 mit dem Eingang des Signalverstärkers 1 verbunden ist. Die Kompensationsschaltung 10 liegt parallel zum Widerstand 2. Zum Zweck der Stromversorgung des invertierenden Verstärkers 11 und des Impedanzwandlers 13 weist sie zwei Speiseeingänge 15a, b auf zum Anschluss des positiven bzw. negativen Pols einer Gleichspannungsquelle (nicht dargestellt). Der invertierende Verstärker 11 ist mit zwei Transistoren aufgebaut, deren Basen mit seinem Eingang verbunden sind, einem pnp-

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Transistor 16a und einem npn-Transistor 16b, deren Kollektoren mit dem Ausgang des invertierenden Verstärkers 11 verbunden sind und deren Emitter jeweils über Widerstände 17a, b mit dem positiven Speiseeingang 15a bzw. mit dem negativen Speiseeingang 15b verbunden und über Kondensatoren 18a, b, die zur Vergrösserung der Verstärkung höherfrequenter Anteile dienen, an Erde gekoppelt sind. Dem Ausgang des invertierenden Verstärkers 11 ist ein Widerstand 19 parallel geschaltet. Diese Ausführungsform des invertierenden Verstärkers 11 ist zwar sehr zweckmässig und kostengünstig, aber es sind natürlich auch andere Ausführungen, z.B. ähnlich dem Signalverstärker 1, möglich.

Der spannungsbegrenzende Zweipol 14 ist mit zwei antiparallel geschalteten Dioden 20a, b realisiert. Es sind hier jedoch auch, je nach Spannungsbereich, andere Lösungen möglich. Das spannungsbegrenzende Widerstandselement soll die Aufgabe erfüllen, in beiden Richtungen Strom wenigstens annähernd zu sperren, bis die Spannung vom Nullpunkt her einen vorgegebenen Grenzwert Ug erreicht und dann mindestens so lange zu leiten, als die Spannung oberhalb des Grenzwerts UG bleibt. Dafür kommen etwa auch Begrenzerdiodenpaare in Frage.

Der Hochpass 12 ist als RC-Hochpass mit einem Widerstand 21 und einem Kondensator 22 ausgebildet. Er dient zur Festlegung der unteren Grenzfrequenz des Arbeitsbereichs der Kompensationsschaltung 10.

Der Impedanzwandler 13, der verhindern soll, dass sich der Kondensator 22 mit Strom vom Eingang 3 auflädt und auf den Signal Verstärker 1 zurückwirkt, ist mit einem zwischen die Speiseeingänge 15a, b geschalteten Feldeffekttransistor 23, dessen Gate am Signaleingang 2 liegt, aufgebaut.

Unter Zuhilfenahme von Fig. 2 soll nun die Funktion der erfindungsgemässen Verstärkerschaltung näher erläutert werden.

Der am Signaleingang 3 anliegende Eingangsstrom Ie habe etwa die in Fig. 2 dargestellte Form einer von einem Stromstoss überlagerten positiven Stufe. Er bewirkt ein rasches Ansteigen der Eingangsspannung Ue, bis diese den Wert UG/kK, wobei kK 5 der Verstärkungsfaktor der Kompensationsschaltung 10 ist, erreicht. Dann beginnt die Kompensationsschaltung 10 einen Kompensationsstrom Ir in den Summationspunkt des Signalverstärkers 1 abzugeben, welcher den Eingangsstrom Ie annähernd kompensiert, so dass die Eingangsspannung UE rasch auf io den Wert Uo/kx absinkt und denselben beibehält, bis sie durch den Signalverstärker 1, dessen Ausgangsspannung Ua vergleichsweise langsam sinkt und über die Rückkopplung auf die Spannung am Summationspunkt Us und weiter auf die Eingangsspannung Ue einwirkt, unter diesen Wert gedrückt wird, 15 worauf der Kompensationsstrom Ik abbricht. Aufgrund der weitgehenden Kompensation des Stromstosses durch die Kompensationsschaltung 10 entspricht der Verlauf der am Signalausgang 4 anliegenden Ausgangsspannung Ua des Signalverstärkers 1 weitgehend dem Verlauf bei ungestörtem Eingangs-20 signal.

Der Widerstand 2 ist zur Erzielung der Kompensationswirkung nicht erforderlich. Er kann jedoch dazu benützt werden, die Wirkung der Kompensationsschaltung im Hinblick auf bestimmte Einsatzbedingungen, z.B. die zu erwartende Form und 25 Höhe der Stromstösse zu optimieren. Er kann dabei so eingestellt werden, dass sich aufgrund des an ihm entstehenden Spannungsabfalls der zeitliche Verlauf der Spannung am Summationspunkt Us besonders günstig gestaltet und in der Folge die Abweichung des Verlaufs der Ausgangsspannung Ua vom 30 ungestörten Verlauf minimal wird.

Die Ausgangsspannung Ua ist in Fig. 2 in wesentlich kleinerem Massstab dargestellt als die beiden anderen Spannungen. Sie liegt normalerweise in der Grössenordnung von einigen Volt, die Spannungen Ue, Us von einigen Millivolt.

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2 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Verstärkerschaltung mit einem Signaleingang (3), einem Signalverstärker (1), welcher an seinem an den Signaleingang gekoppelten Eingang einen invertierenden, gleichstromgegenge-koppelten Verstärker enthält, einem Signalausgang (4), an welchem der Ausgang des Signalverstärkers liegt und einem der Unterdrückung von Stromstössen dienenden zusätzlichen Schaltkreis, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Schaltkreis als Kompensationsschaltung (10) ausgebildet ist mit einem invertierenden Verstärker (11), dessen Eingang an den Signaleingang (3) gekoppelt ist und dessen Grenzfrequenz grösser ist als die des Signalverstärkers (1), sowie mit einem span-nungsbegrenzenden Zweipol (14), der in beiden Richtungen bei vom Nullpunkt aus steigender Spannung wenigstens annähernd stromundurchlässig ist, solange dieselbe unterhalb eines vorgegebenen Grenzwerts (UG) liegt und mindestens dann leitet,

wenn sie oberhalb des vorgegebenen Grenzwerts (Ug) liegt, und über welchen der Ausgang des invertierenden Verstärkers (11) mit dem Eingang des Signalverstärkers (1) verbunden ist.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschaltung (10) einen Hochpass (12) aufweist, welcher dem invertierenden Verstärker (11) vorgeschaltet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochpass (12) als RC-Hochpass ausgebildet ist.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschaltung (10) einen Impedanzwandler (13) mit hohem Eingangswiderstand aufweist, welcher dem Hochpass (12) vorgeschaltet ist.

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Impedanzwandler (13) mit einem Feldeffekttransistor (23) aufgebaut ist.

6. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einer gleichstromdurchlässigen Impedanz (2), welche zwischen dem Signaleingang (3) und dem Eingang des Signalverstärkers (1) liegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsschaltung (10) zur Impedanz (2) parallel liegt.

7. Verstärkerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der invertierende Verstärker (11) einen pnp-Transistor (16a) und einen npn-Transistor (16b) enthält, deren Basen mit dem seinem Eingang und deren Kollektoren mit seinem Ausgang verbunden sind sowie einen Widerstand (19), welcher dem Ausgang des invertierenden Verstärkers (11) parallelgeschaltet ist.

8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der invertierende Verstärker (11) eine erste Kapazität (18a) und eine zweite Kapazität (18b) aufweist, über welche der Emitter des pnp-Transistors (16a) bzw. des npn-Tran-sistors (16b) an Erde gekoppelt ist.