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Dokumentenidentifikation DE3404191C2 07.06.1990
Titel Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des Frequenzgangs von Dämpfungsimpedanzen
Anmelder Tektronix, Inc., Beaverton, Oreg., US
Erfinder Diller, Calvin Dean, Beaverton, Oreg., US
Vertreter Weickmann, H., Dipl.-Ing.; Fincke, K., Dipl.-Phys. Dr.; Weickmann, F., Dipl.-Ing.; Huber, B., Dipl.-Chem.; Liska, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Prechtel, J., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 8000 München
DE-Anmeldedatum 07.02.1984
DE-Aktenzeichen 3404191
Offenlegungstag 16.08.1984
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 07.06.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.06.1990
IPC-Hauptklasse H03H 11/24
IPC-Nebenklasse H03G 1/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des Frequenzgangs von Dämpfungsimpedanzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine nach der US-PS 33 69 173 bekannte Schaltungsanordnung dieser Art weist zur Beeinflussung des Frequenzgangs der Dämpfungsimpedanzen Kondensatoren veränderbarer Kapazität auf. Solche Kondensatoren sind auch in der Massenherstellung verhältnismäßig teuer und arbeiten überdies nicht zuverlässig unter extremen Umgebungsbedingungen.

Nach der japanischen Offenlegungsschrift 56-32 816 ist es bekannt, einen Ausgangsverstärker einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs mit wahlweise einzuschaltenden Rückkopplungskondensatoren fester Kapazität zu überbrücken. Hierdurch läßt sich nur eine sehr grobe Beeinflussung des Frequenzgangs der Dämpfungsimpedanzen erzielen.

Nach der DE-OS 29 21 639 ist eine Dämpfungsschaltung bekannt, die einen Rückkopplungskreis zur Konstanthaltung des Pegels gedämpfter Signale aufweist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die mit in Massenfertigung billig herstellbaren Bauelementen aufzubauen ist und eine Beeinflussung des Frequenzgangs in Abhängigkeit von der jeweils gewählten Dämpfung nach einer vorherigen Abstimmung in einfacher Weise gestattet.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Es ist zur Ausführung der Lehre der Erfindung nicht notwendig, den Verstärkungsgrad des Verstärkers selber zu ändern. Vielmehr kann stattdessen oder zusätzlich eine Änderung der effektiven Verstärkungswirkung des Verstärkers gemäß Anspruch 2 vorgenommen werden. Besonders flexibel ist eine Ausbildung gemäß Anspruch 3.

Die Erfindung wird im folgenden an zwei Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer ersten Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des Frequenzgangs und

Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer zweiten Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des Frequenzgangs.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 1 weist eine Dämpfungsschaltung auf, in der ein zu dämpfendes Signal VIN über eine Signaleingangsleitung 102 einem ausgewählten von vier Schaltern 109, 113, 117, 125 einer Leitung 129 und von dort über einen nicht-invertierenden Verstärker 130 mit dem Verstärkungsgrad Eins einer Signalausgangsleitung 135 zugeführt wird. Wird der Schalter 109 geschlossen, so wird das Signal VIN zwischen der Leitung 102 und der Leitung 129 nicht gedämpft. Schrittweise stärkere Dämpfungen des Signals zwischen der Leitung 102 und der Leitung 129 treten auf, wenn einer der Schalter 113, 117, 125 (in dieser Reihenfolge) geschlossen und dadurch zunehmend ein aus Widerständen 106, 110, 114 und 120 gebildeter Teiler zugeschaltet wird. Die stärkste Dämpfung tritt auf, wenn der Schalter 125 geschlossen wird. Die Dämpfungsgrade sind durch die Widerstandswerte der Widerstände 106, 110, 114 und 120 festgelegt.

Den Widerständen 106, 110, 114 und 120 parallel geschaltete Kapazitäten 108, 112, 116, 124 bilden mit den Widerständen 106, 110, 114 und 120RC-Netzwerke zur Dämpfung hoher Signalfrequenzen.

Da der Frequenzgang dieser Dämpfungsschaltung von Wechselwirkungen zwischen den Bauelementen 106, 108, 110, 112, 114, 116, 120, 124 abhängig ist, ist es erforderlich, diesen Frequenzgang zu beeinflussen, wenn ein vorgegebener Frequenzgang das Ergebnis sein soll.

Hierzu ist als Kompensationsschaltung die Signalausgangsleitung 135 über einen nicht-invertierenden Verstärker 140 mit einem einstellbaren Verstärkungsgrad K, eine Parallelschaltung von drei Potentiometern 160, 162, 164 mit ihnen zugeordneten Schaltern 150, 154, 158 an einer Ausgangsleitung 142 des Verstärkers 140, eine Leitung 152 und eine Kapazität 118 an einen Verbindungspunkt 119 zwischen den Widerständen 114 und 120 bzw. den Kapazitäten 116 und 124 rückgekoppelt.

Eine Beeinflussung des Frequenzgangs der Dämpfungsschaltung erfolgt mit dieser Kompensationsschaltung bevorzugt wie folgt: Zuerst wird der Schalter 150 beschlossen und der Widerstandswert R des Potentiometers 160 zwischen den Leitungen 142 und 152 auf Null eingestellt. Dann hängt die effektive Verstärkung des Verstärkers 140 allein von seinem Verstärkungsgrad K ab. Wird K auf Null eingestellt, so ist das Ausgangssignal des Verstärkers 140 auf seiner Ausgangsleitung 142 ebenfalls Null, so daß die Kapazität 118 effektiv parallel zur Kapazität 124 wirkt und dementsprechend der Frequenzgang der Dämpfungsschaltung beeinflußt wird. Wird der Verstärkungsgrad K des Verstärkers 140 auf Eins eingestellt, so hat das Signal auf den Leitungen 142 und 152 die Amplitude des Signals am Eingang des Verstärkers 140und diese ist wiederum, da der Verstärker 130 den Verstärkungsgrad Eins hat, gleich der Amplitude des Signals auf der Leitung 129. An der Kapazität 118 fällt daher keine Spannung ab, so daß der Frequenzgang der Dämpfungsschaltung nicht beeinflußt wird. Wird die Verstärkung des Verstärkers 140 auf Zwei eingestellt, so wird die Wirkung der Kapazität 124 um die Wirkung der Kapazität 118 vermindert. Generell gilt:

Kapazität 124 effektiv

= Kapazität 124 + Kapazität 118 (1-K)

Daher kann durch Änderung des Verstärkungsgrads K des Verstärkers 130 eine Änderung der effektiven Kapazität der Kapazität 124 herbeigeführt und dadurch der Frequenzgang der Dämpfungsschaltung beeinflußt werden. Eine Beeinflussung des Frequenzgangs der Dämpfungsschaltung kann aber auch durch Einstellen nur des effektiven Verstärkungsgrads des Verstärkers 140, nämlich durch Verstellen der Potentiometer 160, 162, 164 nach Schließen der ihnen zugeordneten Schalter 150, 154, 158 erfolgen. Dabei wird zusammen mit einem der Schalter 150, 154, 158 ein ihm zugeordneter Schalter 109, 113, 117 geschlossen.

Wird beispielsweise ein Dämpfungszweig durch Schließen des Schalters 117 ausgewählt und dabei auch der Schalter 154 geschlossen, so ist der Frequenzgang in diesem Dämpfungszweig durch Verstellen des Potentiometers 162 beeinflußbar. In diesem Falle bleibt der Verstärkungsgrad K des Verstärkers 140 fest auf einem Wert, der hoch genug ist, um mit dem Potentiometer 162 ein zur Beeinflussung des Frequenzgangs ausreichendes Signal auf der Leitung 152 zu erhalten. Entsprechendes gilt für die Potentiometer 160, 164. Die Einstellung der Potentiometer 160, 162, 164 hat genau die gleiche Wirkung wie die Änderung des Verstärkungsgrads K des Verstärkers 140. Die Widerstandswerte der Potentiometer 160,162, 164 sind so klein, daß die Kapazität 118 auch bei Frequenzen oberhalb des vorgesehenen Betriebsfrequenzbereichs aufgeladen wird.

Wird einer der Dämpfungszweige durch Schließen eines der Schalter 125, 117, 113, 109 ausgewählt, so läuft das von der Kapazität 118 kommende Signal als ein den Frequenzgang der Dämpfungsschaltung beeinflussendes Kompensationssignal zu allen jeweils an die Kapazität 118 angeschlossenen Bauelementen und hat nur dann keinen Einfluß, wenn durch Schließen des Schalters 109 die Dämpfung Null ausgewählt wurde.

Um zu erläutern, daß bei Schließen eines jeden der anderen Schalter 113, 117, 125 das von der Kapazität 118 kommende Signal einen erheblichen Einfluß hat, sei angenommen, daß die Dämpfungsschaltung in Dekadenschritten dämpft, daß die RC-Zeitkonstanten der einzelnen Abschnitte der Dämpfungsschaltung im wesentlichen untereinander gleich sind und daß der Eingangsleitung 102 kein Signal zugeführt wird. Ein (fiktives) Kompensationssignal von 1 V gelange nun von der Leitung 152 über die Kapazität 118 zum Verbindungspunkt 119.

Dann tritt am Verbindungspunkt zwischen den Kapazitäten 112 und 116 ein Signal von 0,99 V und am Verbindungspunkt zwischen den Kapazitäten 108 und 112 ein Signal von 0,9 V auf. Am entferntesten Verbindungspunkt ist also immer noch 90% der Spannung des Kompensationssignals wirksam.

Der Einstellbereich des Kompensationssignals an jedem der Verbindungspunkte genügt annähernd der Formel:



in der K der Verstärkungsgrad des Verstärkers 140, für C&sub1;&sub1;&sub8; der Wert der Kapazität 118 und für C&sub1;&sub2;&sub4; der Wert der Kapazität 124 einzusetzen ist.

Parasitäre Kapazitäten beeinflussen natürlich die tatsächliche Charakteristik der Schaltungsanordnung.

Die Schaltungsanordnung kann mit für Halbleiterbauelemente geeigneten Spannungen betrieben werden, so daß also die Schalter 109, 113, 117, 125, 150, 154, 158 in Halbleitertechnologie als CMOS-Elemente ausgebildet sein können.

In der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 wird das Ausgangssignal des Verstärkers 140 durch einen das Kompensationssignal der Leitung 152 zuführenden, über eine Leitung 362 mittels eines digitalen Steuerworts gesteuerten Digital-Analog-Wandler 360 gedämpft. Das digitale Steuerwort kann durch einen Mikroprozessor oder einen digitalen Regler geliefert werden und dient zur Änderung des Verstärkungsgrads des Digital-Analog-Wandlers 360 zwischen Null und Eins. Das vom Verstärker 140 abgegebene Signal wird daher mit einem durch das digitale Steuerwort festgelegten proportionalen Betrag vervielfacht. Der gleiche Mikroprozessor oder digitale Regler kann auch festlegen, welcher der Schalter 109, 113,117, 125 geschlossen werden soll, so daß jedem Dämpfungszweig der Dämpfungsschaltung ein entsprechendes digitales Steuerwort zugeordnet wird.

Für die Auswahl der Werte der Bauelemente der beschriebenen Schaltungsanordnungen gilt: Der Einstellbereich ist durch die oben angegebene Formel festgelegt. Er sollte dadurch eingestellt werden, daß K (die feste Verstärkung des Verstärkers 140) so groß wie praktisch möglich gemacht wird und daß die Kapazität 118ausreichend groß gewählt wird, um einen annehmbaren Einstellbereich zu erhalten.

Die Zeitkonstanten der einzelnen Dämpfungszweige sollten so gewählt werden, daß die Kompensationskapazität 118 den Frequenzgang der Dämpfungsschaltung bei Frequenzen beherrscht, welche unterhalb derjenigen Frequenzen liegen, bei denen Streukapazitäten die Funktion der Dämpfungsschaltung beeinflussen. Der Wert der Kapazität 124 wird gegenüber dem für die Dämpfungsschaltung vorausberechneten Wert um einen Wert gemindert, der gleich dem für die Kompensationskapazität 118 gewählten Wert ist. Dadurch bleibt die vorberechnete Gesamtzeitkonstante wegen der parallel an den unteren Verbindungspunkt 119 angeschlossenen Kapazitäten 118, 124 erhalten. Streukapazitäten, Lastimpedanzen und - im Falle der Verwendung von Relais - Relaisüberbrückungskapazitäten können durch entsprechende Wahl von Kompensationsbauelementwerten berücksichtigt werden. Da die Änderung eines Bauelementwertes den geraden Verlauf der Charakteristik in Bandmitte an allen Verbindungspunkten beeinflußt, ist es zweckmäßig, eine in Betracht gezogene Konfiguration zunächst unter Verwendung eines Computermodells oder einer anderen Netzwerkanalysetechnik zu analysieren, um den Einfluß von Bauelementeänderungen auf die Charakteristik an den Verbindungspunkten vorherzusagen. Sodann ist eine schnelle Optimierung möglich.


Anspruch[de]
  1. 1. Schaltungsanordnung zur Beeinflussung des Frequenzgangs von mittels Schaltern (109, 113, 117, 125) wahlweise zwischen eine Signaleingangsleitung (102) und eine Signalausgangsleitung (135) schaltbaren Dämpfungsimpedanzen (106, 108, 110, 112, 114, 116), dadurch gekennzeichnet, daß in einen Rückkopplungspfad (152) von der Signalausgangsleitung (135) zu einem Anschlußpunkt (119) an die Dämpfungsimpedanzen (106, 108, 110, 112, 114, 116) eine Kompensationsimpedanz (118) geschaltet ist und daß in diesen Rückkopplungspfad (152) ein Verstärker (140) geschaltet ist, dessen effektive Verstärkungswirkung abhängig von den durch einen der Schalter (109, 113, 117, 125) ausgewählten effektiven Dämpfungsimpedanzen (106, 108, 110, 112, 114, 116) ist.
  2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Verstärkungswirkung des Verstärkers (140) durch wahlweise zwischen die Kompensationsimpedanz (118) und den Verstärker (140) schaltbare einstellbare Potentiometer (160, 162, 164) bestimmt ist.
  3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die effektive Verstärkungswirkung des Verstärkers (140) durch einen zwischen den Verstärker (140) und die Kompensationsimpedanz (118) geschalteten Digital-Analog-Wandler (360) digital einstellbarer Dämpfung bestimmt ist.






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