DE1275614B

DE1275614B - Circuit arrangement for in-phase demodulation of a low-frequency signal, forced by a reference oscillation, in particular for use in a DC voltage amplifier

Info

Publication number: DE1275614B
Application number: DE1966T0031699
Authority: DE
Inventors: Dr Ulrich Weber
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-07-28
Filing date: 1966-07-28
Publication date: 1968-08-22

Description

Schaltungsanordnung zur durch eine Bezugsschwingung erzwungenen phasenrichtigen Demodulation eines niederfrequenten Signals, insbesondere zur Verwendung in einem Gleichspannungsverstärker Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur -durch eine Bezugsschwingung erzwungenenphasenrichtigen Demodulation eines niederfrequenten Signals.Circuit arrangement for the correct phase forced by a reference oscillation Demodulation of a low frequency signal, especially for use in a DC voltage amplifier The invention relates to a circuit arrangement for -by a reference oscillation forced in-phase demodulation of a low frequency Signal.

Bekannte Schaltungsanordnungen dieser Art arbeiten nach verschiedenen Prinzipien, von denen die meistgebräuchlichen in den F i g. 1 bis 3 gezeigt sind.Known circuit arrangements of this type operate according to different Principles, the most common of which are shown in Figs. 1 to 3 are shown.

F i g. 1 stellt das Prinzipschaltbild eines bekannten Zerhackerverstärkers dar, mit dem sehr kleine Gleichspannungen polaritätsgetreu und/oder sehr niederfrequente Schwingungen phasengetreu verstärkbar sind. Die zu verstärkenden Signale werden den Klemmen 1 und 2 zugeführt und mittels des Relaiskontakts 2 des Relais 3 in eine meanderförmige, durch den beispielsweise RC-gekoppelten Verstärker 4 verstärkbare Wechselspannung mit der Frequenz des Relais-Steuergenerators 5 umgeformt. Der Widerstand 6 ist zum Vermeiden eines Kurzschlusses des nicht gezeigten Signalgenerators durch den Relaiskontakt 2 vorgesehen. Die verstärkte meanderförmige Spannung steht zwischen den Klemmen 7 und 8 zur Verfügung und ist mittels des Relaiskontakts 9 wieder gleichrichtbar. Der Relaiskontakt 9 gehört zum Relais 10, das gleichfalls aus dem Relais-Steuergenerator 5 gespeist wird, wodurch der Relaiskontakt 9 synchron mit dem Relaiskontakt 2 arbeitet. Selbstverständlich ist der Relaiskontakt 9 aber auch mit dem Relaiskontakt 2 als gesonderter Kontakt auf einem gemeinsamen Relais montierbar, wodurch dann eins der beiden Relais 3 und 10 eingespart werden kann. Weiterhin sind die Relais 3 und 10 mit ihren Kontakten bei geringeren geforderten Empfindlichkeiten des Verstärkers auch durch andere an sich bekannte Schaltmittel ersetzbar, beispielsweise durch Schaltdioden oder Schalttransistoren. Der Widerstand 11 dient zum Vermeiden eines Kurzschlusses durch den Relaiskontakt 9. Zwischen den Ausgangsklemmen 12 und 13 des gezeigten Zerhackerverstärkers ist die verstärkte Signalspannung abgreifbar; häufig wird sie anschließend noch durch einen Tiefpaß gefiltert, der beispielsweise aus dem Kondensator 14 und dem Widerstand 15 besteht. Die gefilterte verstärkte Signalspannung ist daraufhin an den Klemmen 16 und 17 entnehmbar.F i g. 1 shows the basic circuit diagram of a known chopper amplifier represents, with the very small DC voltages true to polarity and / or very low frequency Vibrations can be amplified true to phase. The signals to be amplified are the terminals 1 and 2 and by means of the relay contact 2 of the relay 3 in a meander-shaped, amplifiable by the, for example, RC-coupled amplifier 4 AC voltage with the frequency of the relay control generator 5 converted. The resistance 6 is through to avoid a short circuit of the signal generator, not shown relay contact 2 is provided. The intensified meandering tension stands between terminals 7 and 8 available and can be rectified again by means of relay contact 9. The relay contact 9 belongs to the relay 10, which is also from the relay control generator 5 is fed, whereby the relay contact 9 works synchronously with the relay contact 2. Of course, the relay contact 9 is also with the relay contact 2 as separate contact can be mounted on a common relay, which then makes one of the both relays 3 and 10 can be saved. Also relays 3 and 10 are with their contacts at lower required sensitivities of the amplifier can also be replaced by other switching means known per se, for example by Switching diodes or switching transistors. The resistor 11 is used to avoid a Short circuit through relay contact 9. Between output terminals 12 and 13 of the chopper amplifier shown, the amplified signal voltage can be tapped; often it is then filtered by a low-pass filter, for example consists of the capacitor 14 and the resistor 15. The filtered reinforced The signal voltage can then be taken from terminals 16 and 17.

F i g. 2 zeigt eine weitere bekannte Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, die an Stelle des Relaiskontakts 9 und des Widerstandes 11 bei der Anordnung nach F i g. 1 verwendbar ist, wie durch die gleichnumerierten Eingangs- und Ausgangsklemmen 7, 8 und 12, 13 angedeutet ist, und mit der die Wiedergleichrichtung durch einen Diodenschalter erfolgt. Dieser Schalter besteht aus zwei gegensinnig gepolten Dioden 18 und 19, die durch die Ausgangsspannung des Generators 5 abwechselnd gesperrt und geöffnet werden. Der Generator 5 ist hierzu an die Klemmen 20 und 21 des Gegentakttransformators 22 anschließbar.F i g. 2 shows a further known circuit arrangement from the introduction mentioned type, which in place of the relay contact 9 and the resistor 11 in the Arrangement according to FIG. 1 can be used, as indicated by the same numbered input and output terminals 7, 8 and 12, 13 is indicated, and with which the rectification done by a diode switch. This switch consists of two opposing directions polarized diodes 18 and 19, which alternate by the output voltage of the generator 5 locked and opened. The generator 5 is connected to terminals 20 and 21 for this purpose of the push-pull transformer 22 can be connected.

F i g. 3 zeigt die bekannte Möglichkeit der Wiedergleichrichtung der zwischen den Klemmen 7 und 8 der Anordnung nach F i g. 1 auftretenden Schwingungen mittels eines Transistorschalters mit dem Transistor 23 und dessen Basis-Vorwiderstand 24. Der Generator 5 ist hierbei zwischen den Klemmen 25 und 26 anschließbar.F i g. 3 shows the known possibility of re-rectification of the between the terminals 7 and 8 of the arrangement according to FIG. 1 occurring vibrations by means of a transistor switch with the transistor 23 and its base series resistor 24. The generator 5 can be connected between the terminals 25 and 26.

Die nach den bisher beschriebenen bekannten Prinzipien arbeitenden Anordnungen der eingangs genannten Art sind für viele praktische Anwendungsfälle zum Demodulieren extrem kleiner Spannungen, insbesondere bei hohen Modulationsfrequenzen, wegen ihrer nicht ausreichenden Driftfreiheit ungeeignet oder zumindest nachteilig.Those working according to the known principles described so far Arrangements of the type mentioned are for many practical applications for demodulating extremely small voltages, especially at high modulation frequencies, unsuitable or at least disadvantageous because of their insufficient freedom from drift.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine diese Nachteile vermeidende Schaltungsanordnung anzugeben, die außer der Demodulation gleichzeitig eine Signalverstärkung ermöglicht.The invention is based on the object of avoiding these disadvantages Specify circuit arrangement which, in addition to demodulation, also provides signal amplification enables.

Die Erfindung besteht bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art darin, daß die Schaltvorrichtung zwei bezüglich ihrer Ausgangsstromstrecken gegensinnig in Serie geschaltete Transistoren enthält, zwischen deren Kollektoren die demodulierten Schwingungen abgreifbar sind, daß zwischen die Kollektoren zwei gleich große ohmsche Widerstände geschaltet sind, daß zwischen die Verbindungspunkte dieser Widerstände und der Ausgangsstromstrecken der Transistoren die Steuerwechselspannung angelegt wird und daß das zu demodulierende Signal den zwei Transistoren gleichphasig zugeführt wird.The invention consists in a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning Kind in that the switching device has two with respect to its output current paths Contains transistors connected in series in opposite directions, between their collectors the demodulated vibrations can be tapped that between the collectors two equal ohmic resistances are connected that between the connection points these resistors and the output current paths of the transistors the AC control voltage is applied and that the signal to be demodulated is the two transistors is fed in phase.

Bei der Erfindung wird der bekannte Vorteil in Gegentakt- oder Differentialverstärkern gegeneinandergeschalteter Transistoren ausgenutzt, der in der kompensierenden Wirkung auf deren Temperaturverhalten besteht. Gegenüber dem Stand der Technik treten als hervorstechende Vorteile des Erfindungsgegenstandes eine weitgehende Kompensation der Restspannungen der Transistoren, eine extrem kleine Drift und ein Verstärkungsgrad auf, der wesentlich über demjenigen liegt, den bekannte Anordnungen nach Art der in F i g. 3 gezeigten besitzen.The invention has the known advantage in push-pull or differential amplifiers opposed transistors exploited in the compensating effect insists on their temperature behavior. Compared to the state of the art, as salient advantages of the subject matter of the invention extensive compensation of the residual voltages of the transistors, an extremely small drift and a gain on, which is significantly higher than that of the known arrangements of the type in Fig. 3 shown.

An Hand der F i g. 4 und 5 seien im folgenden Ausführungsbeispiele der Erfindung zu deren näheren Erläuterung beschrieben.On the basis of FIG. 4 and 5 are exemplary embodiments in the following of the invention to explain it in more detail.

Beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 4 sind zwei Transistoren 27 und 28 vorgesehen, die bezüglich ihrer Ausgangsstromstrecken - im gezeigten Beispielsfall bezüglich ihrer Emitter-Kollektor-Strecken - gegensinnig in Serie geschaltet sind und deren Außenwiderstände 29 und 30 gleich groß gewählt sind. Als Steuerwechselspannung wird diesen Transistoren die Spannung eines an die Klemmen 31 und 32 anschließbaren, nicht gezeigten Bezugsschwingungsgenerators über einen Transformator 33 zugeführt. Der Bezugsschwingungsgenerator ist bei Verwendung der Anordnung nach F i g. 4 in einer Anordnung nach F i g. 1 (dort an Stelle der Bauelemente 9 und 11) der Generator 5. Mit 34 und 35 sind beim Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 4 zwei in Serie liegende Spannungsteilerwiderstände bezeichnet, die der Erzeugung der Basisvorspannungen für die Transistoren 27 und 28 dienen. Die Basis des Transistors 27 ist mit dem Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände über den Widerstand 36 verbunden, während die Basis des Transistors 28 mit dem Verbindungspunkt der Spannungsteilerwiderstände direkt verbunden ist.In the embodiment of the invention according to FIG. 4, two transistors 27 and 28 are provided, which are connected in opposite directions in series with regard to their output current paths - in the example shown with regard to their emitter-collector paths - and whose external resistances 29 and 30 are selected to be the same size. The voltage of a reference oscillation generator (not shown) that can be connected to terminals 31 and 32 is fed to these transistors as control alternating voltage via a transformer 33. When using the arrangement according to FIG. 4 in an arrangement according to FIG. 1 (there in place of the components 9 and 11) the generator 5. With 34 and 35 in the embodiment of the invention according to FIG. 4 denotes two series-connected voltage divider resistors which are used to generate the base bias voltages for transistors 27 and 28. The base of the transistor 27 is connected to the connection point of the voltage divider resistors via the resistor 36, while the base of the transistor 28 is connected directly to the connection point of the voltage divider resistors.

In F i g. 5 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, das weitgehend mit demjenigen nach F i g..4 übereinstimmt, zu dessen Weiterbildung jedoch zusätzliche Elemente vorgesehen sind und die deshalb eine geringfügige Schaltungsabänderung enthält. So ist in an sich bekannter Weise zwischen den Transistoren 27 und 28 ein Symmetrierwiderstand 37 zum Ausgleich von Exemplarstreuungen bezüglich der elektrischen Eigenschaften der Transistoren 27 und 28 und der Toleranzen der übrigen Bauelemente vorgesehen, wodurch die Restspannungen der Transistoren und der Schaltungsunsymmetrien, die besonders bei Temperaturschwankungen störend auftreten, noch besser kompensiert werden als bei der Anordnung nach F i g. 4.In Fig. 5 is shown an embodiment of the invention, the largely coincides with that according to F i g..4, but for its further development additional elements are provided and therefore a slight circuit modification contains. Thus, in a manner known per se, there is a between the transistors 27 and 28 Balancing resistor 37 to compensate for specimen deviations with regard to the electrical Properties of transistors 27 and 28 and the tolerances of the other components provided, whereby the residual voltages of the transistors and the circuit asymmetries, which are particularly disturbing when there are temperature fluctuations, compensated even better are than in the arrangement according to FIG. 4th

Um die Basisvorspannung der Transistoren 27 und 28 weitgehend von den Schwankungen der synchron mit der Bezugsschwingung variierenden Steuerwechselspannung unabhängig zu machen, ist bei der Anordnung nach F i g. 5 eine zusätzliche Halbleiterdiode 38 eingefügt. Außerdem ist der Spannungsteilermittelpunkt der Widerstände 34 und 35 durch einen Kondensator 39 abgeblockt.To the base bias of transistors 27 and 28 largely from the fluctuations in the alternating control voltage, which varies synchronously with the reference oscillation to make independent, is with the arrangement according to Fig. 5 an additional semiconductor diode 38 inserted. In addition, the voltage divider is the midpoint of resistors 34 and 35 blocked by a capacitor 39.

Bei einem in der Praxis bewährten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach F i g. 5 sind als Transistoren 27 und 28 solche des Typs 0C 602 vorgesehen, deren Außenwiderstände 29 und 30 sind je 5 kS2 groß. Als Diode 38 ist eine Halbleiterdiode vom Typ A0 1$0 vorgesehen. Der Symmetrierwiderstand 37 hat eine Größe von 200 9. Die gleich großen Widerstände 35 und 36 sind je 5 k9 groß, während der Widerstand 34 500 S2 besitzt und die Kapazität des Kondensators 39 bei einer Betriebsfrequenz des Bezugsschwingungsgenerators von 50 kHz etwa 10 000 pF beträgt. Die Größe dieses Kondensators ist abhängig von der gewählten Betriebsfrequenz immer so zu wählen, daß der Spannungsteilermittelpunkt wechselspannungsmäßig praktisch geerdet ist. Die Aussteuergrenze dieses erprobten Ausführungsbeispiels der Erfindung liegt bei größenordnungsmäßig ± 5 V Gleichspannung zwischen den Klemmen 12 und 13. Die Frequenz der Bezugsschwingung ist zu 50 kHz gewählt. Hierbei ergibt sich eine Verstärkung, die größer als 5 ist im Vergleich zum Diodenschalter nach F i g. 2. Die Drift wurde mit kleiner als 5 mV/' C bestimmt.In an embodiment of the invention according to FIG. 5, transistors 27 and 28 are of the type 0C 602, the external resistances 29 and 30 of which are each 5 kS2. A semiconductor diode of type A0 1 $ 0 is provided as diode 38. The balancing resistor 37 has a size of 200 9. The resistors 35 and 36 of the same size are each 5 k9, while the resistor 34 has 500 S2 and the capacitance of the capacitor 39 is about 10,000 pF at an operating frequency of the reference oscillation generator of 50 kHz. Depending on the selected operating frequency, the size of this capacitor must always be selected so that the voltage divider center point is practically earthed in terms of alternating voltage. The control limit of this tried and tested embodiment of the invention is of the order of magnitude of ± 5 V DC voltage between terminals 12 and 13. The frequency of the reference oscillation is selected to be 50 kHz. This results in a gain that is greater than 5 in comparison to the diode switch according to FIG. 2. The drift was determined to be less than 5 mV / 'C.

Besonders vorteilhaft ist die Erfindung als Demodulator in einem Gleichspannungsverstärker an sich bekannter Art verwendbar, bei dem eingangsseitig die zu verstärkende Gleichspannung mit der Frequenz der Steuerwechselspannung zerhackt, darauf in einem Wechselspannungsverstärker verstärkt und anschließend in einem durch die Steuerwechselspannung gesteuerten Demodulator polaritätsgetreu wieder gleichgerichtet wird.The invention is particularly advantageous as a demodulator in a DC voltage amplifier can be used of a known type, with the DC voltage to be amplified on the input side chopped at the frequency of the AC control voltage, then in an AC voltage amplifier amplified and then in a controlled by the AC control voltage Demodulator is rectified true to polarity again.

Claims

Claims: 1. Circuit arrangement for a reference oscillation forced in-phase demodulator of a low-frequency signal by means of a transistorized switching device, characterized in thatthe switching device two transistors connected in series in opposite directions with regard to their output current paths (27, 28) contains, between the collectors of which the demodulated vibrations can be tapped are that between the collectors two equal ohmic resistances (29, 30) are connected that between the connection points of these resistors and the output current paths the transistors the control AC voltage is applied and that the demodulated Signal is fed to the two transistors in phase.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that in a known manner in series A balancing resistor (37) is switched on between the two transistors (27, 28) is.

3. Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the output current paths of the two transistors (27, 28) are their collector-emitter paths, that a voltage divider is provided for generating the base biases of the two transistors, which consists of two between the reference potential , for example ground potential, the AC control voltage and the electrical center point of the connection of the two transistors connected resistors (34, 35), there is another resistor (36) between the connection point of the voltage divider resistors and the base of one (27) of the two transistors, that the base of the other (28) of the two transistors is connected directly to the connection point of the two voltage divider resistors and that the control AC voltage is placed between the electrical midpoints of the external resistors (29, 30) on the one hand and the connection of the two transistors (27, 28) on the other .

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that the connection point of the voltage divider resistors (34, 35) is blocked from the reference potential (ground) by a capacitor (39).

5. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized characterized in that its use as a demodulator in a DC voltage amplifier of a known type, in which the DC voltage to be amplified is on the input side chopped at the frequency of the AC control voltage, then in an AC voltage amplifier amplified and then in a controlled by the AC control voltage Demodulator is rectified true to polarity again. Considered publications: U.S. Patent No. 3188,576.