DE3236148A1

DE3236148A1 - Schaltungsanordnung zum einstellen der verstaerkung eines verstaerkers

Info

Publication number: DE3236148A1
Application number: DE19823236148
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 8000 München Haas
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1984-03-29
Anticipated expiration: 2002-09-30
Also published as: DE3236148C2

Description

Schaltungsanordnung zum Einstellen der Verstärkung eines
Verstärkers Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Einstellen der Verstärkung eines Verstärkers mit Hilfe von digitalen Steuersignalen, durch welche Schalter steuerbar sind, die im Rückkopplungskreis des Verstärkers liegende Widerstände wirksam bzw. unwirksam zu schalten gestatten.
Eine Schaltungsanordnung der vorstehend bezeichneten Art ist bereits bekannt (DE-AS 27 22 311). Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung wird für die Verstärkungseinstellung ein im Dualcode auftretendes Steuersignal verwendet, mit dessen Hilfe Schalterkontakte gesteuert werden, die entweder durch Relaiskontakte oder durch elektronische Schaltmittel, vorzugsweise Optokoppler, gebildet sind. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung sind die im Rückkopplungskreis des Verstärkers liegenden Widerstände jeweils einem normalerweise vorhandenen Rückkopplungswiderstand parallel schaltbar. Dies bedeutet, daß der Ausgangswiderstand der betreffenden Verstärkeranordnung abhängig ist von den jeweils im Rückkopplungskreis wirksam geschalteten Widerständen. Damit eignet sich aber die bekannte Schaltungsanordnung nicht für solche Anwendungsfälle, bei denen stets ein gleichbleibender Ausgang widerstand der Verstärkeranordnung gefordert ist.
Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen, wie bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art auf relativ einfache Weise sicherge- stellt werden kann, daß der Ausgangswiderstand der betreffenden Schaltungsanordnung praktisch unabhängig vom jeweils eingestellten Verstärkungsgrad gleichbleibt.
Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß die Widerstände ein T-förmiges Widerstandsnetzwerk mit wenigstens zwei direkt miteinander verbundenen Längswiderständen und einem mit dem Verbindungspunkt der beiden Längswiderstände verbundenen Querwiderstand bilden, daß die Längswiderstände zwischen dem Ausgang des Verstärkers und entweder dem Eingang des Verstärkers oder einem ein vorgegebenes Potential führenden Schaltungspunkt in Reihe liegen, wobei dann der Verbindungspunkt zwischen den dem das vorgegebene Potential führenden Schaltungspunkt am nächsten liegenden beiden Längswiderständen mit dem Eingang des Verstärkers verbunden ist, daß jeder Querwiderstand zu einer Schaltstrecke eines gesondert steuerbaren Umschalters in Reihe liegt und daß jeder Umschalter mit einer weiteren Schaltstrecke zu demjenigen Längswiderstand parallel liegt, der mit dem über die genannte eine Schaltstrecke des betreffenden Umschalters in Reihe liegenden Querwiderstand verbunden und der Ausgangsseite des Verstärkers zuge- -wandt ist.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mit einem relativ geringen schaltungstechnischen Aufwand sichergestellt ist, daß der Ausgangswiderstand der gesamten Schaltungsanordnung bei unterschiedlichen Verstärkungsgraden gleich bleibt. Damit eignet sich die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise für die Schaffung eines sogenannten logarithmischen Verstärkers, das heißt eines Verstärkers mit einer Kennlinie, bei der zwischen der Eingangsgröße und der Ausgangsgröße ein logarithmischer Zusammenhang existiert. Eine derartige Schaltungsanordnung bzw. Verstärkeranordnung wird vor allem in Anlagen benötigt, die einen stets gleichbleibenden Ausgangswiderstand für an sie angeschlossene Auswerteeinrichtungen haben sollen. Eine derartige Anlage ist beispielsweise durch einen Modem gegeben, über den beispielsweise ein Datenendgerät an einer Fernsprechleitung anschließbar ist.
Zweckmäßigerweise ist jeder Umschalter durch einen CMOS-Analog-Umschalter gebildet. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß mit relativ einfach erhältlichen, dennoch aber definierte Widerstandsverhältnisse sowohl im durchgeschalteten Zustand als auch im gesperrten Zustand zeigenden elektronischen Schaltelementen ausgekommen werden kann.
Für den Fall, daß eine besonders hohe Verstärkung bzw.
ein besonders großer Verstärkungsregelbereich gefordert wird, ist zweckmäßigerweise eine Mehrzahl von Verstärkern mit jeweils gesondertem Rückkopplungskreis in Reihe geschaltet.
Um den Verstärker und den Rückkopplungskreis vor am Schaltungsausgang gegebenenfalls auftretenden großen Spannungsspitzen zu schützen, ist am Ausgang jedes Verstärkers eine Spannungsbegrenzungsanordnung vorgesehen.
Zweckmäßigerweise ist im Eingangskreis des die zu verstärkenden Signale aufnehmenden Verstärkers ein Hochpaßglied vorgesehen. Diese Maßnahme bringt den Vorteil mit sich, eine relativ einfache Verstärkeranordnung verwenden zu können. So ist es durch diese Maßnahmen ohne weiteres möglich, als Verstärker einen Operationsverstärker zu verwenden, ohne daß durch die zu verstärkenden Signale Probleme hinsichtlich des Auftretens bzw. der Verschiebung von Offset-Spannungen auftreten.
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung nachstehend beispielsweise naher erläutert.
Die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung weist als Verstärker V einen Operationsverstärker auf, der mit seinem einen Eingang, und zwar mit seinem nichtinvertierenden Eingang + über ein Hochpaßglied, bestehend aus einem Kondensator C und einem Widerstand R1, an einem Eingangsanschluß E angeschlossen ist, dem zu verstärkende Signale zugeführt werden. Mit seinem Ausgang ist der Operationsverstärker V an einem Ausgangsanschluß A angeschlossen. Zwischen diesem Ausgangsanschluß A und dem invertierenden Eingang - des Operationsverstärkers V ist ein Rückkopplungskreis vorgesehen, zu dem ein T-förmiges Widerstandsnetzwerk und eine Umschalteanordnung gehören. Das T-förmige Widerstandsnetzwerk besteht im vorliegenden Fall aus miteinander in Reihe geschalteten Längswiderständen R2, R3, R4, R5, die zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers V und einem Schaltungspunkt angeschlossen sind, der ein bestimmtes vorgegebenes Potential, im vorliegenden Fall Massepotential, führt. Mit dem Verbindungspunkt zwischen den beiden Längswiderständen R4 und R5 ist der invertierende Eingang - des Operationsverstärkers V verbunden.
Die Verbindungspunkte zwischen jeweils zweien der vorstehend betrachteten Längswiderstände R2 bis R5 sind über die eine Schaltstrecke jeweils eines gesonderten Umschalters S1, 52 bzw. S3 jeweils mit einem Querwiderstand R6, R7 bzw. R8 verbunden. Die von den Umschaltern S1, S2 bzw. S3 abgewandten Enden der Querwiderstände R6, R7 bzw. R8 liegen auf Massepotential.
Die vorstehend erwähnten Umschalter, die vorzugsweise CMOS-Analog-Umschalter sind, sind mit ihrer jeweils anderen Schalt strecke einigen der Längswiderstände parallel geschaltet. Dabei ist jeder Umschalter mit seiner weiteren Schaltstrecke zu demjenigen Längswiderstand parallel geschaltet, der mit'dem über die genannte eine Schaltstrecke des betreffenden Umschalters in Reihe liegenden Querwiderstand verbunden und an der Ausgangsseite des Operationsverstärkers V angeschlossen ist.
Dem gemäß ist der Umschalter S1 mit seiner anderen bzw.
weiteren Schaltstrecke dem Widerstand R2 parallel geschaltet, während der Umschalter S2 mit seiner weiteren Schaltstrecke dem Widerstand R3 parallel liegt. Der Umschalter S3 liegt schließlich mit seiner weiteren Schaltstrecke dem Widerstand R4 parallel.
Die Umschalter 51 bis S3 weisen jeweils einen eigenen Steuereingang auf, mit dem der jeweilige Umschalter an einem gesonderten Steuerungs- bzw. Dateneingang angeschlossen ist. So ist der Umschalter S1 mit seinem Steuereingang an dem Dateneingang D1 angeschlossen. Der Umschalter S2 ist mit seinem Steuereingang an dem Dateneingang D2 angeschlossen. Der Umschalter S3 ist mit seinem Steuereingang an dem Dateneingang D3 angeschlossen.
Die Anordnung mag dabei so getroffen sein, daß die Umschalter S1 bis S3 die in der Zeichnung dargestellten Schalterstellungen einnehmen, wenn den Dateneingängen D1 bis D3 jeweils ein Signal "O" zugeführt wird. Wird den betreffenden Eingängen hingegen ein Signal "1" zugeführt, so sollen die entsprechenden Umschalter in ihre jeweils andere Schalterstellung eingestellt sein.
Die erwähnten Dateneingänge D1 bis D3 können beispielsweise an einer Busleitungsanordnung angeschlossen sein, mit der ein Steuerwerk, beispielsweise ein Mikroprozessor, verbunden ist, das bzw. der entsprechende Steuersignale zur Einstellung des Verstärkungsgrades der betrachteten Schaltungsanordnung abzugeben vermag.
Neben den vorstehend betrachteten Elementen weist die in der Zeichnung dargestellte Schaltungsanordnung am Ausgang des Verstärkers noch eine Spannungsbegrenzeranordnung auf, die durch zwei Zenerdioden Dl, D2 gebildet ist, welche hinsichtlich der Polung entgegengesetzt zueinander in Reihe geschaltet sind. Wie oben bereits angedeutet, schützt diese Spannungsbegrenzungsanordnung die Schaltungsanordnung vor am Ausgang A auftretenden hohen Spannungsspitzen.
Durch den vorstehend erläuterten Schaltungsaufbau der in der Zeichnung dargestellten Schaltungsanordnung läßt sich digital gesteuert die Verstärkung der betreffenden Schaltungsanordnung einstellen. Durch entsprechende Dimensionierung der Widerstände R2 bis R8 kann dabei auf einfache Weise erreicht werden, daß die Verstärkungseinstellung entsprechend einer logarithmischen Kennlinie erfolgt, wobei die betreffende Schaltungsanordnung stets den gleichen Ausgangswiderstand zeigt. So können die erwähnten Widerstände beispielsweise folgende Widerstandswerte aufweisen: R2 = 40,2 KOhm R3 = 31,6 KOhm R4 = 21 KOhm R5 = 43,2 KOhm R6 = 3,09 KOhm R7 = 15 KOhm R8 = 44,2 KOhm Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung grundsätzlich mit einem einzigen T-Widerstandsglied und einem einzigen Umschalter verwendet werden kann, daß aber das T-förmige Widerstandsnetzwerk durchaus auch länger ausgebildet sein kann als dies in der Zeichnung dargestellt ist. Im übrigen kann die dargestellte Schaltungsanordnung in einer Mehrzahl vorgesehen und in Reihe geschaltet sein, wenn es darum geht, eine besonders hohe Verstärkung bzw. einen besonders großen Verstärkungsregelbereich von beispielsweise 0 bis 50 Dbm zu erzielen.
In Abweichung von den in der Zeichnung dargestellten Verhältnissen kann die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung auch so aufgebaut sein, daß die Längswiderstände R2 bis R5 des T-förmigen Widerstandsnetzwerks zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang - des Operationsverstärkers V liegen und daß die zu verstärkenden Signale bei auf Massepotential liegendem nichtinvertierenden Eingang + des Operationsverstärkers V dessen invertierenden Eingang - zugeführt werden.
6 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Einstellen der Verstärkung eines Verstärkers (V) mit Hilfe von digitalen Steuersignalen (DI, D2, D3), durch welche Schalter (ski, S2, S3) steuerbar sind, die im Rückkopplungskreis des Verstärkers (V) liegende Widerstände (R2 bis R8) wirksam bzw. unwirksam zu schalten gestatten, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Widerstände (R2 bis R8) ein T-förmiges Widerstandsnetzwerk mit wenigstens zwei direkt miteinander verbundenen Längswiderständen (R2 bis R5) und einem mit dem Verbindungspunkt der beiden Längswiderstände (R2 bis R5) verbundenen Querwiderstand (R6, R7 bzw. R8) bilden, daß die Längswiderstände (R2 bis R5) zwischen dem Ausgang des Verstärkers (V) und einem ein vorgegebenes Potential (Massepotential) führenden Schaltungspunkt in Reihe liegen, daß der Verbindungspunkt zwischen den dem das vorgegebene Potential (Massepotential) führenden Schaltungspunkt am nächsten liegenden beiden Längswiderständen (R4, R5) mit dem Eingang (-) des Verstärkers (V) verbunden ist, daß jeder Querwiderstand (R6, R7, R8) zu einer Schaltstrecke eines gesondert steuerbaren Umschalters (51, S2 bzw. S3) in Reihe liegt und daß jeder Umschalter (S1, S2, S3) mit einer weiteren Schaltstrecke zu demjenigen Längswiderstand (R2, R3 bzw. R4) parallel liegt, der mit dem-über die genannte eine Schaltstrecke des betreffenden Umschalters (S1, S2, S3) in Reihe liegenden Querwiderstand (R6, R7 bzw. R8) verbunden und der Ausgangsseite des Verstärkers (V) zugewandt ist.
2. Schaltungsanordnung zum Einstellen der Verstärkung eines Verstärkers (V) mit Hilfe von digitalen Steuersignalen (D1, D2, D3), durch welche Schalter (S1, 52, S3) steuerbar sind, die im Rückkopplungskreis des Verstärkers (V) liegende Widerstände (R2 bis R8) wirksam bzw. unwirksam zu schalten gestatten, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Widerstände (R2 bis R8) ein T-förmiges Widerstandsnetzwerk mit wenigstens zwei direkt miteinander verbundenen Längswiderständen (R2 bis R5) und einem mit dem Verbindungspunkt der beiden Längswiderstände (R2 bis R5) verbundenen Querwiderstand (R6, R7 bzw. R8) bilden, daß die Längswiderstände (R2 bis R5) zwischen dem Ausgang des Verstärkers (V) und dem Eingang (-) des Verstärkers (V) in Reihe liegen, daß jeder Querwiderstand (R6, R7, R8) zu einer Schaltstrecke eines gesondert steuerbaren Umschalters (S1, S2 bzw. S3) in Reihe liegt und daß jeder Umschalter (S1, S2, S3) mit einer weiteren Schaltstrecke zu demjenigen Längswiderstand (R2, R3 bzw. R4) parallel liegt, der mit dem über die genannte eine Schaltstrecke des betreffenden Umschalters (ski, S2, S3) in Reihe liegenden Querwiderstand (R6, R7 bzw. R8) verbunden und der Ausgangsseite des- Verstärkers (V) zugewandt ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jeder Umschalter (ski, S2, S3) durch einen CMOS-Analog-Umschalter gebildet ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Mehrzahl von Verstärkern (V) mit jeweils gesondertem Rückkopplungskreis in Reihe geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß am Ausgang des jeweiligen Verstärkers (V) eine Spannungsbegrenzungsanordnung (D1, D2) vorgesehen ist.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Eingangskreis des die zu verstärkenden Signale aufnehmenden Verstärkers (V) ein Hochpaßglied (C, R1) vorgesehen ist.