DE1487527A1 - Schaltung eines Wechselspannungsverstaerkers mit elektronisch einstellbarem passivem Vierpol - Google Patents

Description

• Schaltung einen Wechselspannungsverstärkers mit elektroniech einstellbarem passiven Vierpol #In der Menntechnik sind zur genauen Bestimmung oder zum Vergleich von Vochnelspannungegrössen Wochoelopgnnungsveretärker mit definiert ummehaltbarem Verstärkungsgrad notwendig. Um eine vielfach verlangte kurze Menszeit, wie z.B. für automatische M3saung, erfüllen zu können, müssen an solche Verstärker etunserdem hohe Anforderungen an die Schnelligkeit der Umschaltung ge- stellt werden.
• 39 ist bekannt# dann zur Umschaltung der Verstärkung in definier-. ten Stuten Spannungoteiler oder Dämpfungsvierpole (Eichleitungen) benutzt worden. Diene sind jedoch mechanisch oder elektromechanisch zu betätigen und sind deshalb für viele Anwendt,-ngen. nicht genftgeni »haall.
• Es ist ferner bekamt,-den Verstärkungegrad durch Umschalten der Arbeitspunkte der Verstärkerelemente zu verändern. Diese Methode ist zwar genÜgend schnell, ergibt jedoch nicht dic genügende Genauigkeit hinsichtlich den Verstärkungsgraden. Auaserdem Ist in Vielen rälleal insbesondere bei Hochfrequenzverstärkern, mit der Umschaltung den Arbeitzpunkten der Verstärkerelemente und der damit verbundenen Ändarung der VierpolkoelAfizienten eine unerwünechte Ämt»rung z.B. der Bandbreitel des PhanenZanges u.ä. möglich. Der Brtiadung liegt die Aufgabe zugrundet etze elektronisch be. tätigbare Verstärkerschaltung miR findeng die die Anforderungen hinsichtlich denauigkeit und Schnelligkeit den umzuschaltenden VorstärkunSagrades ermöglicht, wobei die Verntärkereigenschaften, wie z.B. Bandbreite und Frequensgang, nicht oder nur unbedeutend von der Umachaltung beeinflußt worden.
• Ausgehend von der Schaltung einen Wochse14pannungsverstärkers, insbesondere für Hochfrequenz, mit elektronisch einschaltbaren passiven Vierpol, wobei die bei der elektronischen Einschaltung den Vierpolen auftretende Änderung der Verstärkereigenschaften nur oder nahezu nur von der Bemessung oder Einstellung des passiven Vierpols bestimmt ist mit unbedeutender Änderung der Verstärkerein- und -ausgangswiderstände wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlageng daß die Signalquelle die Steueralektroden von zwei aktiven Verstärkerelementen gleichzeitig steuert und durch die Ausgangsolektrode den einen Vorstärkerelementen wechselstrommäßig mit dem Eingang den Vierpols und die Ausgangselektrode den anderen Verstärkerelemente mit dem Ausgang den Vierpoln, von dem das verstärkte Ausgangseignal entnommen wird, verbunden ist und daß zwecks Binachaltung den Vierpolen den Steueralektroden eine solch unterschiedlich* Steuerspannung zugeführt wird, daß die verstärkende Wirkung den den Vierpoleingang zugeordneten Veretärkerelementen entfällt und die verstärkende Wirkung den den Vierpolausgang zugeordneten Verstärkerelementen einsetzt und daß die Gegenkopplung der Vortärkerelementen tür die Signaltroqtt*nz einander gleich und so grope benennen Lot@ dann durch Änderung der Betriebsparameter der Verätirkerolommte im leitend geschalteten Zustand keine etö» rende Änderung der Veretärkereit1..,nochatten hervorgerufen worden. Zu Pia. 1 tmd 2 sind die GrundochülLtungen der Brtindung mit Traneintoren als Veretärkerelemente gestigt@ wobei in der Pia. 1 die Transistoren in 2mitternehaltung und in der Pige 2 in Dasieschaltung betrieben worden& Der Signalgentrator 1 der Pia. 1 mit der Quellenimpedens R otouert die Steuerolektroden der Wanstotoren 2 und 3 gleichzeitig* Die Ausgangsklemme von der das Vvrotärkte Signal abgebomelt worden kann@ ist mit dem Kollektor den Transistors 3 vorbui#oße Zwischen den Kollektor« der Tranntstoren 2 und 3 einerseits und den Kollektoren der Tra»intoren und den Pluspol der Batterie 5 andererseits ist ein Dämpfungerierpol eingenchaltet..Mit dem Schalter 7 worden die Sante-Smittergleichepannungen der Trausteforen so umgeschaltet@ dann entweder Transistor $'leitend Und Transistor 3 gesperrt ist (geseicbäete Schälterstellung) oder Transistor 3 leitend und ea»totpr*t gotoperrt,t4t. tu wird'eine

  sehr gronne Gegenkoppluna tur die eigualtrequem aftgewohdit uad

  die gewünschte Veretäriuagsgra C.94 aderung beim Unaob4lLten dur

  den Vierpol 6 bestimmt* Dabe& ernbgltobt'dte

  Grad in der Schaltung naob Pia, 1 durch den utdeirotoa$ ünd

  in der Schaltung rAoh-Ptge. 8 durch den Widerätm#dOwert der Pal

  ein,

  rollelschaltung.a»

  aeite und andererseits dem Arbeitspunkt des jeweils leitenden Trannistors bestimmt wird, die Ausschaltung den Einflusses der Tran,nietorparameter auf die Vex;stärkung.
• Wird die Umachaltung der Transistoren 2 und so vorgenommen# da*& die KollektorstrÖme im leitenden Zustand den gleichen oder nahezu den gleichen Wort haben# so ist auch der GegenkopplunZograd einander gleich und ebenso der veratärkte Signalwechaeletrom der jeweils eingeschalteten Tranzietcro. Durch die Betätigung cLes mechanischen Schaltern 7 kann damit der'verstärkte Signalstron entweder zum ßingang des Dämptungsvierpols (Ilrannictor 2 leit'end) oder zum Ausgang den Dämptungevierpoles (Trameistor 3 leitemd) gelätet worden& Die beim Umschalten auftretende Änderung den Veretärkungegraden, bezogen auf die Auagangekleme 4 in t damit nur V der Bemessung den Dämptungsvierpolen 6 abhängig,-Vird ein symmetrischer, umschaltbarer Dämptungavierpol 6 in die gollektoretromkreine der Transistoren 2 und 3 eingeschaltet und dieser Dämpfungsvierpol mit seinem Velienwideretand auf der Unm 4angeseite (Kollektorstromkrein von Transistor 2.) abgeschlossene so entspricht die elektronisch umschaltbare VerstärkungeändGrug genau dem Nase der eingestellten Dämptung den Dämpfungsvierpolne

  Dabei ändert sich bei der Umachaltung den Dämpfungewerten fMe-

  tätigung den Schaltern 7) der der Stutc- i417d

  der'aungangeaeitige £=enwiderntand (bezogen auf die Klemme 4)

  der Stufe nur unbedeutend, wenn der Wellenwiderstand des Dämpm fungsvieepols im Vergleich zum wirksamen Innenwiderstand der Transistoren in der Schaltung sehr klein getjÄhlt wird (je nach Frequenzbereich bis zu einigen kg) Die Erfindung gestattet de'ahalb die definierte Umschaltung der Verstärkung bei geringer Beeinflussung der übrigen übertrostlugeeigenschaften wie z.B. Bendbreite und Phasengang# Der besondere Vorteil der Basieschaltung, wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist bei Verwendung gleicher Bezugszeichen, wie in der Fig. 1 besteht darin, daso gegenüber der Emitterschaltung ein grosser DämpfunSowert den Vierpole 6 bzw. elektronisch umschaltbare Verstärkungsänderung fÜr einen bestimmten zulässigen 7ohler erzielt worden kann, inabesoneero für hÖhere Fraquenzen.. DI.ose Tatsache beruht auf dem unterschiedlichen Verhältnis der Signalströme im Kollektorstromkreis des Transistors 3 bei Umschaltung vom leitenden in den gesperrten Zustand, Bei der Schaltung nach Fig. 1 (Emitterschaltung) wird dieses Verhältnis durch die Arbeitenteilheit den Transistors 3, sie ist wegen der Gegenkopplung durch 8 relativ klein, einerseits und andererseits durch die Kollektorbaniskapazität bestimmt-, In der Schaltung nach Fig. 2 (Baeinschaltung) ist dieses Verhältnis durch die volle Steilheit den Transistors 3 in Basisschaltung einerseits und andererseits durch die Kollektor-Emitterkapazität im gesperrten Zustand bestimmt. Da diesen Verhältnis in ga»ingehaltung üblicherweine bedeutend grögeor ist als in amitterschaltung# ist die Dasieschaltung fUr grau»gre umachaltm bare VoratärkungsäudOrmußeu geeigneter als, die Emitterschaltunge insbesondere fUr höhere Frequenzen. Die EmitterschaltUUS ist jedoch für viele Anwendungszwecke, insbesondere tUr geringere Signaltrequenzen oder kleinere schaltbare Verntgrkungaänderungeng gleichwertig. Sie besitzt jedoch den Vorteil einen grÖnneren Bingangewiderstanden bzw. einer grökooren Leistungsverstärkung. Eine Erweiterung der erfindungegemännen Schaltung für beliebig viele Schaltstuten, wie in Ag. 3 dargestellt, ist durch Unterteilung den Dampfungsvierpolen 6 und 6& und Zuordnung entsprom chend tIeler Transistoren 3, 2 und 2a möglich. Hierbei wird durch Steuerung der Basis-Emittergleichspannungen jeweils nur ein Transistor mit dem zugehörigen Dämpfungswert den Teilvierpolen eingeschaltete Ebenso ist die Erfindung auch auf mehrere Verstärkerstuten anwendbar, was insbesondere hinsichtlich Rauschzahländerung bei Umschaltung den Verstärkungsgrades von Vorteil sein kann. Hierzu muns bei Verminderung der Verstärkung mit der Umechaltung in der letzten Verstärkerstufe begonnen worden, während die erste Verstärkerstufe zuletzt, d.h. bei Einachaltung der gröseten Dämpfuns umzuschalten ist. Eine v»6J"aohte Ausführung der Erfindung zeigt Fig- 4- Hier wird ein unay etrischer Vierpol 6 in Form eines Potentiom4tOrs verwendete wobeg der Rollektor den Transistors 2 mit den Schleifkontakt den Potbattomotbre verbunden ist und den Grad der Vorm stärkungsverminderung beim Umschalten durch die Betätigung den Schleifern vorgadert worden kam Vagen den relativ gronsen wirk-samen Inneawiderstanden des Transistors 2 ändern sich bei Betätig=& den Schlottern die sonstigen tigenschatten der Voretärkerstufo# wie Bin- und Ausgangewiderstandf nur unwesentlich, wenn der Geormtwideretand den PotentiometerÄ gegenüber den wirk* samen Inneawideretänden der Transistoren klein gewählt wird.
• In der Fig. A tot entsprechend der Fig. 1 bzw. 2 der zweite Trannistor mit 3 böstiohnet.-Die Ausgaiiiakleme 4 istg wie bei den bis bisherigen Schaltungen, durch Minfügen einen nicht näher beseichneten Kondensator* glavantech getrennt* Die Spannungezuflihrung flir den rierpol 6 ist durch ein-Plusseichen angedeutet. Trotz der oben erwähnten Bedingung bezüglich Gesamtwiderstand den Potentiometern und wirksamen Innenwideretänden, der Transistoren ist eine hohe Stufenverstärkunf möglich bei in eielen Fallen Außtei. chender Genaü$Skoit der zu schaltenden Veretärkungeänderunge in Fig. 5 ist eine-orfinduhgegemänne Schaltuaß'darasätellto'bei der zusätzlich zur Schaltung somKen Fig. 1 die Transistoren tt und 12, die nicht vom Signal angenteuert wordeng so in die Schaltung eingefügt sind@ dann beim tl»ebalten durch den Schalter oder durch ein entsprechenden Umachaltnignal die Summe der Kol-, lektorströme der Twansietoren 2 und 11 sowie von 3 und 12 erhalten bleibt. Für optimale Funktion ist hierzu ein symmetrischer Aufbau der Schaltung# deh. Gleichheit der Widerstände 8 und 109 der Koppolkondensatoren 9 und 14 sowie eine Nachbildung 13 den Quellwiderstanden R Q u*U. erforderlich. Diene Version der Erfind=& verhindert weitgehend am Verstärkerausgang den bei der UmschaltunS in den Schaltungen =eh Fig, 1 @.A entstehenden ßp-amm seprung. Sie eignet sich deshalb auch für Anwendungen in Niederfrequenzbareich. Ein weiterer Vorteil der Schaltung besteht in dem Ausgleich der beim Umschalten sieh ändernden Belastung den Vierpole 6 durch die.wirksamen Innenwideretände der Transistoren 2 %md Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemännen HF-Veretärkerschaltung mit elektronisch umschaltbarer Veretärkungeändoroffl und extern an uschlitonendem Dämpfunsorierpol 6 (SichloitWM) ist in Pia, 6 dargestellt. Bie entspricht dem in Fige 2 aufge. zeigten Prinzip# wobei der Dämpfungsvierpol aui dessen Einganisseit* (Kollektor von Transistor 2) mit einem Widerstand Zwg der gleich dem Vollenwiderstand ist, abgeschlossen wurde. Um eine Mtadestmann an Gegenkopplung zu erhalten - im Falle eines sehr kleinen Quällwiderstandes R Q des Generators 1 ist ein Vorwiderstand RV zur Eingangsklemme 9 geschaltete Di* Transistoren 15 und 169 mit deren nicht einzelen mmmerterter Beschaltung, erfUlen die Funktion den mechanischen Schaltern in Fige 19294 und 5. Ausgelöst wird die Umschaltung durch eine positive Span.» nung U an der Suchse 17 mit folgender Durchschaltung den Tran. nietors 15 und gleichzeitiger Sperrung den Transistors 16. Die Didde 209 die zwischen dem Baniavorwiderstand den Transistors 16 einersieits und dem Kollektor den Transistors 15 andererseito ein«etUat ist, verhindert dabei die sonst mögliche teilweise Öffnuafp, den Transistors 16 durch die Kollekto:-reutspan-.nun& den I%ransietors 15. Beim Anschalten einer positiven Spannung an die Buches 17 wird an der Gegenparallelschaltung der Sili-'ziumdioden 18 und 19v die zwischen den beiden Kollektorwiderständen der Transistoren 15 und 16 eingefümt sind# die Polarität der Spannung umgeschaltet. Der'Jeweile an diesen Dioden auftretende Spannungswert wird durch die Flunakonnlinie der jeweils eingeschalteten Diode bestimmt und beträgt etwa 600 mV. Dieser Spannungswert ist gleichzeitig die Baeinspannungedif.&-o---#-i--# der Verstärkertrannistoren 1 und 3 und garantiert damit die völlige Sperrung den jeweils Sow-*7-uochten Transistors und verhindert gleichzeitig, aufgrund der Konstanz dieser Spannung, das Auftreten unzulässig grosser Basis-Emitter-SperrspannunSene Wie Untersuchungen gezeigt habeng ist die Anwendung dieser Schaltung bis zu der a-Grenzfrequenz der Transistoren 2 und 3 mÖglieh. Mit der ausgeführten Schaltung wurden Umschaltzeiten von eao 095 pe realisiert.

Claims (1)

1. P a t o a t a x a p r U a h o Schaltung eines Wochselapaamangsverstärkern, insbesondere für Hochfrequenng mit elektronisch einschaltbarem passiven Vierpolt wobei die bei der elektroainchen Zinachaltung den Vierpolen auftretende Änderung der Verstärkereigenschaften nur oder nahezu nur von der Bemessung oder Einstellung den passiven Vierpolen bestimmt ist, dagegen aber keine oder zur eine unbedeutende Änderung der Verstärkerein- und-ausgangsw-Iderstände auftreten, dadurch gekennzeichnet$ daß die Signalquelle (1) die Steuerelektroden von zwei aktiven Verstärkerelementen (2, 3) gleichzeitig steuert und durch die Ausgangselektrode den einen Verstärkerelenenten (2) mit einer Eingangselektrode den Vierpolen (6) und die Ausgangselektrode den anderen Verstärkerelementen (3) mit einer Ausgangselektrode den Vierpolen (6) vorbunden istg während die anderen Elektroden den Vierpolen (6) wochselstromäßig mit der Bezugzelektrode verbunden sind und daß zwecks Minschaltung den Vierpolen (6) den Steuerelektroden eine solch unterschiedlich* Steuerapannung zugeführt wird, daß die verstärkende Wirkung den den Vierpoleingang zugeordneten Verstärkerelementen entfällt und die verstärkende Wirkung den den Vierpolausgang zugeordneten Verstärkerelementen einsetzt und daß die Gegenkopplung der Verstärkerelemente für die Signalfrequenz einander gleich und so groß benennen ist, daß durch Änderung der Betriebsparameter der Verstärkerelemente im leitend geschalteten Zustand keine störendeAnderung der Verstärkereigenschaften hervorgerufen worden* 2) Schaltung nach Anspruch Iv dadurch gekennzeichnet, daso der elektronisch einschaltbare Vierpol (6) veränderbar ist. 3)-Behaltung nach Anspruch 1 und 2 mit mehreren Schaltetufen, dadurch &*kennzeichnet,- dann der Vierpol aus mehreren Teilen (69 Ga) besteht und denn zu jedem Teil ein Verstärkerelement zugeordnet ist (Fig. 3)o - Schaltung nach Anspruch 1 und 2 oder 3 mit Unterdrückung den Gleichspannungasprungs beim Umschalten der Verstärkerelemente# dadurch gekennzeichnet, dann der Vierpol (6) zusätzlich von Verstärkerelementen (11 und 12) angenteuert wird, die in sol-. eher Weine gesteuert worden# dann die durch den -Vierpol fliensenden Ströme beim Umschalten konstant bleiben und dann diene zusätzlichen Verstärkerelemente vom Signalgenerator (1) nicht angesteuert worden (FIS. Schaltung nach Auspruch,1 bis 48 dadurch gekennzeichnet# dann der (die) Vierpol(e) als separate Baugruppen von auseen' anschaltbar sind. 6) Schaltung nach Anspruch 1 bis r. dadurch gekennzeichnet# denn der Schalter (7) (Fig. 19295) als elektronischer Schalter derart ausgebildet Lot, dann durch einen Steuerimpulz (U) die Arbeit»p7mkto der Verstärkerelemente (393) aleichseitigg je- doch gegensinnig genteuert# worden (Fige 09 Schaltung nach Anspruch 6, bei der bei Umschaltung der Ar. beitzpunkte der Verstärkerelemente eine Sperrung der nicht veratärkendon Verstärkerelemente garantiert und eine Überachreitung der zulässigen Sperrspannung an den Steuerstrecken der Verstärkerelemente verhindert wird, dadurch gekonnzeich» net, daus die Gleichopannungsdifferenz zwischen der Steuerelektrode der gespenten und der leitenden Verstärkerelemente für beide Polaritäten durch Dioden (189 19) bestimmt wird.