DE1233442B - Transistor-Chopperverstaerker - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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

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 R_c.

Die Eingangsspannung V₁ wird kontinuierlich mit der durch den Ausgangsstrom I₀ über R_c 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 R_L und ebenfalls über den Kompensationswiderstand R_c 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 · R_c 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 ■ R_c zu Null wird, wird durch den Widerstand R_c ein Gegenstrom i_b geschickt. Mit Hilfe des Potentiometers P₁ (Nulleinstellungsvorrichtung) wird dieser Gegenstrom derart eingestellt, daß i_b ■ R_c 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 i_b · R_c die gleiche Temperatur-;, verschiebung aufweist wie die obenerwähnte Restspannung.

Durch die Einführung eines Gegenstromes i_b 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 R_L und durch den Kompensationswiderstand R_c geschickt.

Ein positiver Gegenstrom '_b gestattet es, den Ausgangsstrom i₀ zu Null zu machen, ohne daß der Kollektorstrom i_c 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)

Patentansprüche:

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 (R_c) 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 (R_c) 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;

»Proceedings of the IEE«, Part B, Mai 1958,
S. 253 bis 255 und S. 258 und 259.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 507/265 1.67 © Bundesdruckerei Berlin