DE2123047A1

DE2123047A1 - Gleichstrom-Verstärkerschaltung

Info

Publication number: DE2123047A1
Application number: DE19712123047
Authority: DE
Inventors: Kozo Fussa Tokio Uchida (Japan). P H04r 29-00
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1970-05-13
Filing date: 1971-05-10
Publication date: 1971-11-18
Also published as: NL7106439A; FR2093486A5; GB1283172A; DE2123047B2

Description

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE 6 TEL. (0811) 222530-295192

10.Mai 1971 Unsere Zeichen: A 178 71/Pp/gb

Firma IWASAKI TSUSHINKI KABUSHIKI KAISHA, 1-7-41, Kugayama, Suginami-Ku, Tokyo-To, Japan

Gleichstrom-Verstärkerschaltung

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Verstärkerschaltung.

Gleichstrom-Verstärkerschaltungen werden bis heute gewöhnlich zum Verstärken von EingangsSignalen , eingeschlossen Gleichstrom-Signale, verwendet. In diesem Fall wird eine Stabilität und die Nicht-Drift im Gleichstrom-Verstärker verlangt. Um den Drift-Wert zu vermindern, werden häufig Chopper-Verstärker verwendet. Jedoch ist die Drift auch in einem Chopper-Verstärker nicht unbedeutend. Außerdem ist die Bandbreite eines Chopper-Verstärkers schmal. Die oben erwähnte Drift kann durch eine Drift-Kompensation ausgeschaltet werden, welche von Hand

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durch einen Null-Abgleich ausgeführt wird. Jedoch ist es äußerst schwierig, bei jeder Verstärkung einen solchen Abgleich von Hand zu erreichen. Außerdem ist es sehr schwierig, durch den Hand-Abgleich jeweils genaue Ergebnisse zu erhalten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Gleichstrom-Verstärkerschaltung zu schaffen, welche in der Lage ist, die oben erwähnten Nachteile der bisherigen Art auszuschalten, und welche geeignet ist, auf einfache Weise eine Null-Abstimmung mit Sicherheit und ohne Beeinträchtigung einer breiten Band-Charakteristik durchzuführen.

Eine Gleichstrom-Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung ist mit einer Eingangsklemme versehen, mit einer Verstärkerstufe, welche an die Eingangsklemme angekoppelt ist, und mit einer Ausgangsklemme, welche an diese Verstärkerstufe angeschlossen ist. Gemäß dem Merkmal dieser Erfindung ist ein erster Schalter zwischen Eingangsklemme und Verstärkerstufe vorgesehen, während die Verstärkerstufe einen ersten, an den Ausgang des ersten Schalters angeschlossenen Gleichstrom-Verstärker und einen Differential-Vastärker aufweist, von welchem ein Eingang mit dem Ausgang des ersten Gleichstrom-Verstärkers verbunden ist. Außerdem liegt ein Drift-Speicher-

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kreis zwischen Ausgang des Differentialverstärkers und dem anderen Eingang des Differentialverstärkers für eine Rückkopplung des Ausgangs des Differentialverstärkers, wenn der erste Schalter auf Masse liegt, und für die fortwährende Erzeugung einer Spannung als Rückkopplungsignal, welche im wesentlichen gleich den Driftspannungen des ersten Gleichstromverstärkers und des Differentialverstärkers ist, umgeformt entsprechend des Einganges des Differentialverstärkers.

Prinzip, Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung wird aus nachfolgender Beschreibung und den dazugehörigen Zeichnungen deutlicher.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt und zwar zeigen:

Fig. 1, 2 und 3 Blockdiagramme verschiedener

Ausführungsformen der Erfindung.

Eine in Pig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung besteht aus einem Eingangsstecker 1 für die Aufnahme des Eingangssignales, aus einem Schalter 2, welcher eine Verbindung zwischen einer Grund-Klemme 3 und einer der beiden Klemmen 4 oder 5 herstellt, aus

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einem ersten Gleichstrom-Verstärker 7 mit einer Eingangsklemme 6, aus einem zweiten Gleichstrom-Verstärker 10 mit zwei Eingangsklemmen 8 und 9 und einer Ausgangs-Klemme 11, aus einem dritten Verstärker 13 mit einer Eingangs-Klemme 12 und einer Ausgangs-Klemme l4, aus einem Schalter 15 zum Ein- oder Ausschalten des Ausganges des Gleichstrom-Verstärkers 13 und aus einem Kondensator 16 .In diesem Falle sind die entsprechenden Phasen der Klemmen 8 und zueinander umgekehrt, wogegen die entsprechenden Phasen der Klemmen 9 ^un<3 H gleich sind. Außerdem haben die Klemmen 12 und 14 das gleiche Phasenverhältnis.

In der in Pig. I gezeigten Ausführungsform wird angenommen, daß der Verstärkungsfaktor des ersten Gleichstrom-Verstärkers 7j ein in Abhängigkeit zur Eingangsklemme 6 umgeformter Wert der Drift, der Verstärkungsfaktor des zweiten Gleichstrom-Verstärkers 10, ein in Abhängigkeit der Eingangsklemme 8 umgeformter Wert der Drift, der Verstärkungsfaktor des dritten Gleichstrom-Verstärkers 13 und ein in Abhängigkeit der Eingangsklemme 12 umgeformter Wert der Drift die Bezeichnungen ^ul* ^Vl* ^U2'^V2* ^u"5 ^DezieilunSsweise V, haben.

Außerdem wird angenommen, daß die Spannungen an den

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Klemmen 9 und 11 die Werte V ₂ beziehungsweise V haben. Wenn der Schalter 2 in der Stellung ist, in welcher er die Klemmen 3 und 5 miteinander verbindet, werden folgende Gleichungen erfüllt:

ν = ν u + ν + (ι)

^Vgl ^V1^U1 ^{+ V}2 ^u;

V_e2 = (V + V,) u (2)

V₀ = U₂(V . - V ₂) (3)

In diesem Fall entspricht der Wert V- der Eingangs spannung der Klemme 8. Aus den obigen Gleichungen lassen sich die nachfolgenden Gleichungen ableiten:

1 +

(V₁U₁ - V₃U₃ + V₂)

U₂ u,
^vg2 ⁼ (V₁U₁ - V₃U₃ + V₂) + V₃U₃.(5)

Wenn das Produkt UgU-, derart bestimmt wird, daß es viel größer als eins ist, lassen sich die Gleichungen (4) und (5) demgemäß wie folgt schreiben:

V₂

V = -v, +
³

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Wenn außerdem der Verstärkungsfaktor u_. genügend groß gegen den Verstärkungsfaktor u. und ebenso bedeutend größer als eins ist, erhält man folgende Gleichung:

(8)

Mit anderen Worten ist die äquivalente Eingangsspannung V. der Klemme 8 gleich der Spannung der Klemme 9·

In diesem Fall wird der Schalter 15 abgeschaltet, während ein Eingangssignal V. an die Eingangsklemme 1 nach dem Umschalten des Schalters 2 gelegt wird, so daß nun die Klemmen 3 und 4 verbunden sind. Wenn eine Driftspannung, definiert durch die Gleichungen (5) oder (7)* im Kondensator 16 gespeichert wird, kann eine Spannung an der Ausgangsklemme 11 durch Hinzufügung einer durch die Gleichung (4), (6) oder (8) definierten Drift und eines Produktes U₁UpV. erhalten werden. Beispielsweise erhält man das nachfolgende Ausgangssignal V an der Ausgangsklemme 11 im Fall der Gleichung(8).

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^Vo - Wl * ^V3 .......(9)

In diesem Pall ist die Spannung (-V,) eine Drift in der Ausgangsspannung. Wenn in der in der Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ein Drift_rSpeicherkreis 17 (d. h. der Verstärker 13, der Schalter 15 und der Kondensator 16) und der Schalter 2 weggelassen werden und die Eingangsspannung V. an die Klemme 6 nach Erdung der Klemme 9 gelegt wird, erhält man einen üblichen Gleichstromverstärker. In diesem Fall erhält man eine Ausgangsspannung V an der Ausgangs-

OcL

klemme 11, wie folgt:

^Voa = ^Ul^U2^Vi ^{+ U}1^U2^V1 ^{+ U}2^V2

Dabei hat eine Drift in der Ausgangsspannung einen Wert von ( U₁Up V. + Up V). Demnach ist es leicht einzusehen, daß eine Driftspannung in der Ausgangsspannung gemäß der Erfindung wesentlich vermindert worden ist.

Als Beispiel dienen folgende Bedingungen: V₁ = Vp = V ; u. = 1; Up = 1000j und u., = 100. Die nach der eben genannten Art der Gleichstrom-Verstärkung erhaltene Ausgangsspannung ^v~_o läßt sich somit ausdrücken:

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^Voa ^{Ä 100}° ^Vi ^{+ 200}° ^Vi .....(H)

Dagegen ergibt sich eine Ausgangsspannung V am erfindungs· gemäI3en Glethstrom-Verstärker von :

V₀ = 1000 V₁-V₁ (12)

Wie aus den Gleichungen (ll) und (12) leicht zu ersehen ist, ist eine Drift in der Ausgangsspannung auf ein Zweitausendstel vermindert im Vergleich zu einer Drift bei den üblichen Verstärkern, während das Eingangssignal V₁ tausendfach verstärkt wird.

Wenn der Gleichstrom-Verstärker 13 » wie in Fig. 2 gezeigt ist, weggelassen wird und die Ausgangsklemme 11 an den Schalter 15 angeschlossen wird, erhält man folgende Bedinungen : V-, = 0 und u = 1 . Wenn demgemäß die nachfolgenden Bediifungen angenommen werden: V. - Y ; u. = 1 und Up = 1000 , kann nach Gleichung (6) die Ausgangsspannung V definiert werden als:

= 1000 V₁ + 2

In diesem Fäll nimmt eine Drift im Vergleich mit dem durch Gleichung (12) gezeigten Fall zweifach zu, während

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diese Drift um ein Tausendstel im Vergleich mit einem üblichen Gleichstrom-Verstärker, definiert durch Gleichung (ll), abnimmt. Wie oben erwähnt, kann der dritte Gleichstrom-Verstärker 13 also weggelassen werden.

Außerdem kann die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform zu der in Fig. 3 gezeigten abgewandelt werden, in welcher der dritte Gleichstrom-Verstärker 13 zwischen die Klemme 9 und den Kondensator 16 geschaltet ist, der Schalter 15 direkt mit der Ausgangsklemme 11 verbunden, die Klemme 9 an die Ausgangsklemme 14 des dritten Gleichstromverstärkers 13 angeschlossen und die Eingangsklemme 12 des Drift-Speicherkreises 17 über Schalter 15 mit dem Kondensator 16 verbunden ist.

Wenn außerdem der dritte Gleichstromverstärker 13 von der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, ist, daß die Klemmen 12 und 14 in einer umgekehrten Phasenbeziehung stehen, ist der Ausgang des ersten Gleichstromverstärkers 7 mit der Eingangsklemme 9 des zweiten Gleichstrom-Verstärkers 10 verbunden, während der Ausgang des Drift-Speicherkreises I7 mit der Eingangsklemme 8 des zweiten Gleichstrom-Verstärkers 10 verbunden ist.

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Wie oben erwähnt, wird eine Drift in der Ausgangsspannung des Gleichstrom-Verstärkers vor der Verstärkung und der Rückkopplung auf den Eingang des Gleichstromverstärkers angezeigt, so daß die Drift, welche in Bezug auf den Eingang des Gleichstromverstärkers umgeformt ist, ausgeglichen wird. Da demgemäß ein Drift-Ausgleich gemäß der Erfindung auf wirtschaftliche Weise und ohne Beeinträchtigung der breiten Band-Charakteristik des Gleichstrom-Verstärkers erzeugt werden kann, kann diese Erfindung in hohem Maße · auf Analog-Digitalwandler und Oszilloskope etc. angewendet werden.

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Claims

- 11 PATENTANSPRÜCHE

ι Ij/ Gleichstrom-Verstärkerschaltung mit einer Eingangsklemme, einer an diese Eingangsklemme gekoppelten Verstärker-Vorrichtung und einer mit dieser Verstärker-Vorrichtung verbundenen Ausgangsklemme , gekennzeichnet durch einen ersten Schalter (2) zwischen der Eingangsklemme

(1) und der Verstärker-Vorrichtung, durch die Verstärker-Vorrichtung bildenden Elemente, wie ein erster Gleichstrom-Verstärker (7), welcher an den Ausgang des ersten Schalters

(2) angeschlossen ist, und ein Differential-Verstärker (1O), von welchem ein Eingang (8) mit dem Ausgang des ersten Gleichstrom-Verstärkers (7) verbunden ist, und durch einen Drift-Speicherkreis (17) zwischen dem Ausgang des Differential-Verstärkers (lO) und dem anderen Eingang (9) des Differential-Verstärkers (10) für eine Rückkopplung des Ausganges des Differential-Verstärkers (10), wenn der erste Schalter (2) auf Masse gelegt ist, und für eine fortwährende Erzeugung einer wie ein Rückkopplungssignal wirkenden Spannung, welche im wesentlichen gleich den Driftspannungen des ersten Gleichstrom-Verstärkers (7) und des Differential-Verstärkers (10) und umgeformt im Bezug auf den Eingang des Differential-

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- 12 .Verstärkers (lO) ist.
2. Gleichstrom-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drift-Speicherkreis (17) aus einem zweiten Gleichstrom-Verstärker (13).einem zweiten Schalter (15)» welcher mit dem Ausgang des zweiten Gleichstrom-Verstärkers (I3) verbunden ist und dann eingeschaltet ist, wenn der erste Schalter (2) mit " Masse verbunden ist (3-5), während er geöffnet ist, wenn der erste Schalter (2) mit der Eingangsklemme (l) verbunden ist (3 - 4), und aus einem Kondensator (l6) besteht, welcher über den Ausgang des zweiten Schalters (15) und der Masse (Pig, l) geschaltet ist.
3. Gleichstrom-Verstärkerschaltuang nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drift-Speicherkreis (17) aus einem zweiten Schalter (15) besteht, welcher dann geschlossen ist, wenn der erste Schalter (2) an Masse liegt (3 - 5)» während er geöffnet ist, wenn der erste Schalter (2) an der Eingangsklemme (l) liegt (3-4), und eus einem Kondensator (l6), welcher über den Ausgang des zweiten Schalters (15) und Masse (Pig. 2) geschaltet ist.

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4. Gleichstrom-Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drift-Speicherkeis (17) aus einem zweiten Schalter (15) besteht, welcher dann geschlossen ist, wenn der erste Schalter (2) an Masse liegt ( 3 - 5) * während er dann geöffnet ist, wenn
der erste Schalter (2) an der Eingangsklemme (l) liegt (3-4) * aus einem Kondensator (16), welcher über den Ausgang des zweiten Schalters (15) und Masse geschaltet ist, und aus einem zweiten Gleichstrom-Verstärker (l]5), welcher mit dem Ausgang des zweiten Schalters (15) verbunden ist (Fig. 3).

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