DE1233442B - Transistor-Chopperverstaerker - Google Patents
Transistor-ChopperverstaerkerInfo
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/38—DC amplifiers with modulator at input and demodulator at output; Modulators or demodulators specially adapted for use in such amplifiers
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Description
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
H 03 t
Deutsche Kl.: 21 a2 -18/02
Nummer: 1233 442
Aktenzeichen: G 31992 VIII a/21 a2
Anmeldetag: 6. April 1961
Auslegetag: 2. Februar 1967
Die Erfindung betrifft einen Chopperverstärker mit Transistoren zur Umwandlung einer kleinen Gleichspannung
in einen proportionalen Gleichstrom nach dem Prinzip der Kompensationsmethode, der die
Differenz zwischen der Eingangsspannung und der Spannung, die von dem proportionalen Gleichstrom
an einem Kompensationswiderstand in der Ausgangsschaltung gebildet wird, ermittelt und der einen
Transistor in Kollektor-Basis-Schaltung aufweist, bei
dem eine Steuerspannung über eine Diode, die bei dem Mindestwert der Steuerspannung noch gesperrt
ist, an die Basis gelegt wird und bei dem zwischen Emitter und Kollektor die umzuwandelnde Gleichspannung
in Reihe mit der am Kompensationswiderstand erzeugten Spannung liegt.
Derartige Chopperverstärker werden häufig bei Transmittern verwendet, die in elektronischen Regeleinrichtungen
vorgesehen sind, um kleine Ausgangsgleichspannungen von Meßelementen, wie beispielsweise
Thermoelementen, Widerstandsthermometern mit der dazugehörigen Brückenschaltung, Dehnungsmeßstreifen,
Weggebern auf Potentiometergrundlage usw., in proportionale Gleichströme umzuwandeln.
Auf diese Weise werden die Meßinformationen von den im Versuchsfeld angebrachten
Transmittern zu einem zentralen Kontrollraum übertragen, in dem die Empfangsinstrumente, wie Anzeigegeräte,
Schreibgeräte, Kontrollgeräte usw., eingebaut sind.
Es sind Chopperverstärker für derartige Einrichtungen bekannt, aber diese bekannten Schaltungen
haben den Nachteil, daß sie zur Erzielung einer guten Schaltcharakteristik eine verhältnismäßig komplexe
Gegentaktschaltung erfordern.
Es ist ferner ein Transistor-Chopperverstärker für Gleichspannung bekannt, bei dem der auf Grund der
Restspannung des im Chopperverstärker vorgesehenen Transistors auftretende Fehler nach dem Prinzip
der Kompensationsmethode beseitigt wird. Auch diese Schaltung ist jedoch relativ kompliziert und
weist außerdem den Nachteil auf, daß auf Grund einer in eine Steuerleitung eingeschalteten Diode die
Gefahr besteht, daß sich die Eigenschaften dieser Diode mit der Zeit ändern und dadurch eine Veränderung
der Amplitude des Korrektursignals auftritt. Ein weiterer Nachteil ist in der Temperaturabhängigkeit
der Eigenschaften dieser Diode begründet. Ferner kann sich das Vorhandensein der Diode
ungünstig auf die Flankensteilheit des Kompensationssignals auswirken.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines eine gute Schaltcharakteristik aufweisenden Chopperver-Transistor-Chopperverstärker
Anmelder:
Gevaert Photo-Producten N. V.,
Mortsel, Antwerpen (Belgien)
Vertreter:
Dr. W. Müller-Bore und Dipl.-Ing. H. Gralfs,
Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8
Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 8
Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 6. April 1960 (250 239)
stärkers von möglichst einfachem und betriebssicherem Aufbau.
Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Spannung am Kompensationswiderstand teilweise
durch einen fest eingestellten Gegenstrom erzeugt wird, der die an der Kollektor-Emitter-Strecke
entstehende Restspannung in geschlossener Stellung kompensiert.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Chopperverstärkers besitzt der durch
den Kompensationswiderstand geschickte feste Gegenstrom einen Wert, der von dem Kompensationsstrom
der in geschlossener Stellung an der Kollektor-Emitter-Strecke entstehenden Restspannung
verschieden ist, wodurch der Verstärker mit Nullpunktunterdrückung arbeitet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Chopperverstärkers fließt der
Gleichstrom, der zur Verringerung der Restspannung des Transistors durch den Kompensationswiderstand
geschickt wird, durch ein Potentiometer und einen temperaturabhängigen Widerstand, der zum Teil parallel
zu diesem Potentiometer liegt und eine Kompensation für die Temperaturabhängigkeit der Restspannung
in der geschlossenen Stellung darstellt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Chopperverstärkers bestehen in dem sehr einfachen Schaltungsaufbau und dem damit erzielten Kompensationssignal
mit großer Flankensteilheit.
In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise beschrieben dargestellt, die
im folgenden im einzelnen erläutert wird.
709 507/265
F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Transmitters, der einen Chopperverstärker aufweist; der gemäß der
Erfindung arbeitet;
F i g. 2 zeigt die Ausgangsspannung des Multivibrators;
.
Fig. 3 zeigt die Spannung an der Basis des Transistors
des Chopperverstärker;.
F i g. 4 ist die vollständige Schaltung des Transmitters der Fig. 1.
F i g. 1 zeigt das Blockschaltbild des Transmitters, ίο
Es enthält einen Wechselstromverstärker WV, einen DemodulatorFD, einen Rechteckspannungsgenerator
RG, einen Transistor Q1, einen Belastungswiderstand
R1 und den Kompensationswiderstand Rc.
Die Eingangsspannung V1 wird kontinuierlich mit
der durch den Ausgangsstrom I0 über Rc erzeugten
Spannung verglichen. Mit Hilfe des Transistors Q1
wird jede Differenz dieser beiden Spannungen in eine Rechteckspannung umgewandelt, deren Amplitude
und Phase durch die Spannungsdifferenz und die Polarität der beiden Spannungen bestimmt wird. :
Nach der Verstärkung durch den Wechselstromverstärker WV wird das Rechtecksignal entsprechend
der Phase von Demodulator FD gleichgerichtet.
Der Ausgangsstrom des Demodulators FD stellt den Ausgangsstrom der Vorrichtung dar. Er wird
über den Belastungswiderstand RL und ebenfalls über
den Kompensationswiderstand Rc geschickt, wie es
bereits erwähnt wurde. Demzufolge ist die Schaltung selbstkorrigierend, und infolge der großen Verstärkung
des Wechselstromverstärkers WV ist die Diffe- ; renz zwischen V1 und i0 · Rc unbedeutend und kann
vernachlässigt werden.
Der Transistor Q1 und der Demodulator FD werden
durch den Rechteckspannungsgenerator RG geregelt.
Das Ausgangssignal von RG ist in Fig. 2 dargestellt.
Wenn dieses Signal den Wert B erreicht, wird der Transistor Q1 durch die negative Spannung B' an
der Basis in geschlossener Stellung gehalten (F i g. 3).
Wegen des Leckstromes der Basis entsteht zwischen dem Kollektor und dem Emitter von Q1 während
der geschlossenen Stellung eine Restspannung. Um zu erreichen, daß das Rechtecksignal, das dem
Wechselstromverstärker WV zugeführt wird, im Fall V1 — i0 ■ Rc zu Null wird, wird durch den Widerstand
Rc ein Gegenstrom ib geschickt. Mit Hilfe des
Potentiometers P1 (Nulleinstellungsvorrichtung) wird
dieser Gegenstrom derart eingestellt, daß ib ■ Rc in
der geschlossenen Stellung gleich der Restspannung von O1 ist. Ein Potentiometer P9 und ein temperaturabhängiger
Widerstand R2, der teilweise parallel zu P2 liegt, sind bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgesehen, um die Temperaturverschiebung der Gegenspannung von Q1 zu kompensieren. Die Wirkung
von R2 auf die Schaltung wird mit Hilfe von P2 so eingestellt, daß ib · Rc die gleiche Temperatur-;,
verschiebung aufweist wie die obenerwähnte Restspannung.
Durch die Einführung eines Gegenstromes ib kann
die Einrichtung auch mit unterdrückter Nullspannung betrieben werden. In einem solchen Fall entspricht
eine Nullspannung am Eingang einem Strom, der vom Nullstrom am Ausgang verschieden ist. In diesem
Fall kann die Größe der Nullunterdrückung mit F1 eingestellt werden. Diese Nullunterdrückung ist sehr
nützlich, wenn die vorliegende Einrichtung als Meßwandler in Steuereinrichtungen verwendet wird, die
in einem Gleichstrombereich mit Nullpunktunterdrückung arbeiten.
Um den Transistor Q1 in die offene Stellung zu
steuern, muß die Basisspannung auf Null verringert werden (F i g. 3, Ä'= 0). Zu diesem Zweck muß verhindert
werden, daß die vom RG erzeugte Restspannung A zur Basis von Q1 gelangt. Dieses wird durch
eine Halbleiterdiode D1 erreicht, die mit der Basis von Q1 in Reihe liegt. Diese Diode ist nur ab einer
bestimmten Spannung A1 leitend. Siliziumdioden, die
ab Spannungen von 200 bis 300 mV leitend werden, sind für diesen Zweck besonders geeignet. Da
der Spannungspegel A des Rechteckgenerators RG ( + 60 mV) unter dem Pegel A1 liegt, ist die Diode
bei der Spannung Λ gesperrt.
Der Wechselstromverstärker WV ist ein fünf stufiger Transistorverstärker mit hoher Verstärkung und
einer direkten Kopplung zwischen den Stufen, um eine beträchtliche Gegenkopplung zu ermöglichen,
wodurch eine sehr gute Stabilität erreicht wird. Die thermische Stabilität der Betriebspunkte der einzelnen
Stufen wircl· durch eine kräftige Gleichstromgegenkopplung
mit Hilfe der Widerstände R3 und jR4
vom Kollektor der fünften Stufe Q6 zur Basis der
ersten Stufe Q2 sichergestellt.
Ein Widerstand R6, der in Reihe mit einem Entkopplungskondensätör
C1 liegt, liefert die Wechselstromgegenkopplung, wodurch die Verstärkung unabhängig
von der Transistorcharakteristik gemacht wird. Um diese Gegenkopplung ohne Instabilitäten
zu erreichen, ist im Verstärker nur ein einziges wichtiges
Merkmal erförderlich, daß in den ersten vier Stufen Transistoren Q2, Q3, Q4, Q5 mit hoher Grenzfrequenz
und in der letzten Stufe der Transistor Q6 mit niedriger Grenzfrequenz vorgesehen sind. Die
Tiefpaßcharakteristik der letzten Stufe wird weiter dadurch vergrößert, daß zwischen dem Kollektor und
der Basis des Transistors eine Kapazität vorgesehen ist.
Im Demodulator FD werden zwei Transistoren Q7
und Q8 verwendet. Diese Transistoren werden durch
das Bezugssignal des Rechteckspannungsgenerators RG gesteuert, der die Transistoren Q9 und Q10 enthält.
Am Ausgang dieses Demodulators liegt eine Gleichspannung, die in ihrer Größe und Polarität der
Amplitude und Phase des Ausgängssignals des Verstärkers WV entspricht. Das Ausgangssignal von FD
steuert einen Zweistufenverstärker Q11, Q12, dessen
Ausgangsstrom gleichzeitig den Ausgangsstrom der Vorrichtung darstellt. Dieser Ausgangsstrom wird
durch den Belastungswiderstand RL und durch den
Kompensationswiderstand Rc geschickt.
Ein positiver Gegenstrom 'b gestattet es, den Ausgangsstrom
i0 zu Null zu machen, ohne daß der Kollektorstrom
ic des Gleichstromverstärkers Null sein
müßte.
Die Kompensierung der Restspannung von Q1, die
von der Temperatur abhängig ist, und/oder die Einstellung einer Nullpunktunterdrückung, wie sie mit
Bezug auf F i g. 1 beschrieben wurde, werden durch die Einstellung des Gegenstromes mit Hilfe von F1, F2
und R2 erreicht.
Claims (3)
1. Chopperverstärker mit Transistoren zur Umwandlung einer kleinen Gleichspannung in
einen proportionalen Gleichstrom nach dem Prin-
zip der Kompensationsmethode, der die Differenz zwischen der Eingangsspannung und der Spannung,
die von dem proportionalen Gleichstrom an einem Kompensationswiderstand in der Ausgangsschaltung
gebildet wird, ermittelt und der einen Transistor in Kollektor-Basis-Schaltung aufweist, bei dem eine Steuerspannung über eine
Diode, die bei dem Mindestwert der Steuerspannung noch gesperrt ist, an die Basis gelegt wird
und bei dem zwischen Emitter und Kollektor die umzuwandelnde Gleichspannung in Reihe mit der
am Kompensationswiderstand erzeugten Spannung liegt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannung am Kompensationswiderstand teilweise durch einen fest eingestellten Gegenstrom
erzeugt wird, der die an der Kollektor-Emitter-Strecke entstehende Restspannung in geschlossener
Stellung kompensiert.
2. Chopperverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch den Kornpensationswiderstand
(Rc) geschickte feste Gegenstrom einen Wert besitzt, der von dem Kompensationsstrom
der in geschlossener Stellung an der Kollektor-Emitter-Strecke entstehenden Restspannung
verschieden ist, wodurch der Verstärker mit Nullpunktunterdrückung arbeitet.
3. Chopperverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrom, der
zur Verringerung der Restspannung an der Kollektor-Emitter-Strecke (O1) durch den Kompensationswiderstand
(Rc) geschickt wird, durch ein Potentiometer (P2) und einen temperaturabhängigen
Widerstand (R2) fließt, der zum Teil parallel
zu diesem Potentiometer liegt und eine Kompensation für die Temperaturabhängigkeit der
Restspannung in der geschlossenen Stellung darstellt.
In Betracht gezogene Druckschriften:
»Funk und Ton«, Nr. 5, 1952, S. 274 bis 277;
»ETZ«, 1941, S. 493 bis 497;
»Elektronik«, 1960, S. 59;
»Elektronik und Maschinenbau«, 1956, S.559
und 560;
und 560;
»Proceedings of the IEE«, Part B, Mai 1958,
S. 253 bis 255 und S. 258 und 259.
S. 253 bis 255 und S. 258 und 259.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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