DE3334304C2 - Anpaßschaltung für ein hochohmiges Dämpfungsglied - Google Patents

Abstract

Es wird eine Anschlußschaltung für den Eingang eines hochohmigen Abschwächers vorgestellt. Bei der Anschlußschaltung sind ein Abschlußwiderstand (20), ein Verzögerungsglied (34) und ein Induktor (36) in Reihe geschaltet, so daß negative Reflexionen aufgrund der Kapazität am Ausgang des Abschwächers (12) aufgehoben werden, wobei die Eingangs-Impedanz über einen weiten Frequenzbereich gleich gehalten wird (Fig. 3).

Description

2. Anpaßschaltung nach Anspruch 1, dadurch ge- chen, bevor es in den Pufferverstärker 14 eingegeben kennzeichnet, daß der erste und der zweite Wider- wird, welcher eine Eingangs-Eigenkapazität 18 aufweist stand (32 bzw. 20) gleiche Widerstandswerte aufwei- 20 Das Ausgangssignal des Pufferverstärkers 14 wird mitsen und daß die charakteristischen Impedanzen der tels weiterer Verstärker verstärkt, welche mit dem Ausbeiden Signalwege und die Verzögerungszeiten des gangsanschluß 16 verbunden sind. Bei dem Dämpfungs-Dämpfungsgliedes (12) und des Verzögerungsglie- glied 12 kann es sich um ein Hochfrequenz-Dämpfungsdes (34) einander gleich sind. glied handeln, das durch eine Dickschichtauftragung auf

3. Anpaßschaltung nach Ansprüche 1 oder 2, da- 25 einem Keramiksubstrat hergestellt wird, wie es in der durch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert US-PS 37 51170 beschrieben ist Der Schalter 22 und bzw. die charakteristische Impedanz des ersten und der Anschlußwiderstand 20 sind zwischen dem Eingang des zweiten Widerstandes (32 bzw. 20), des Dämp- des Dämpfungsgliedes 12 und dem Massepotential in fungsgliedes (12) und des Verzögerungsgliedes (34) Reihe geschaltet Der Schalter 22 ist normalerweise ofjeweils gleich 50Ω gewählt sind. 30 fen, um die Last zu reduzieren, jedoch geschlossen,

4. Anpaßschaltung nach einem der vorangehen- wenn über einen Widerstand abgeschlossene Endleitunden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gen oder Breitband-Signalquellen niedriger Impedanz Verzögerungsglied (34) ein Streifenleiter ist vermessen werden.

5. Anpaßschaltung nach einem der Ansprüche 1 Ein anderer herkömmlicher Versuch (DE-PS bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungs- 35 27 47 282) zur Lösung der eingangs genannten Probleglied (12) ein umschaltbares 1 -ΜΩ-Dämpfungsglied me ist in F i g. 2 gezeigt, wobei ein umschaltbares Dämpist fungsglied 24 geringer Eingangsimpedanz und Dämp-

6. Eingangsschaltung für ein elektrisches Breit- fungsglied 26 hoher Eingangsimpedanz mit einem Impebandmeßinstrument mit einer Anpaßschaitung nach danz-Dämpfungsglied 25 und einem Impedanzwandler einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- 40 27 vorgesehen sind. Das am Eingang 10 anliegende Einnet, daß der mit dem Dämpfungsglied (12) in Reihe gangssignal wird einem gemeinsamen Dämpfungsglied geschaltete Pufferverstärker (14) einen an das 30 mit geringer Impedanz entweder über das Eingangs-Dämpfungsglied angeschlossenen Wechselspan- Dämpfungsglied 24 oder 26 in Abhängigkeit von der nungsverstärker (42), einen, bezüglich seines einen Stellung des Auswahlschalters 28 übertragen, bevor es Eingangs zu diesem in Reihe geschalteten Summier- 45 über den Pufferverstärker 14 den Anschluß erreicht. Die verstärker (44) und einen am Ausgang des Summier- Dämpfungsglieder 23, 25 und 30 sind typischerw'eise Verstärkers ebenfalls in Reihe geschalteten Aus- miteinander gekoppelt, um eine Steuerung mittels eines gangsverstärker (46) aufweist, wobei das Eingangssi- einzigen Schalters zu ermöglichen.

gnal des Wechselspannungsverstärkers (42) und das Die Nachteile dieses Standes der Technik sind große

invertierte Ausgangssignal des Ausgangsverstärkers 50 Reflexionen und eine aufwendige mechanisch-elektri-

(46) jeweils über einen Verbindungswiderstand (48 sehe Konstruktion, das heißt, das Dämpfungsglied 12

bzw. 50) an den anderen Eingang des Summierver- befindet sich in einer Übertragungsleitung mit gleich-

stärkers (44) angelegt sind. förmiger charakteristischer Impedanz. Wird am Ein-

7. Anpaßschaitung nach einem der Ansprüche 1 gang 10 ein Stufenimpuls A gemäß F i g. 4 eingegeben, bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß der Anpaßschal- 55 so wird der Impuls reflektiert und erzeugt eine negative tung, eine mit einer kapazitiven Last verbundene Reflexion aufgrund der Eigen-Kapazität 18, wie es in Übertragungsleitung, vorgeschaltet ist. F i g. 4B gezeigt ist. Die Zeit Γ ist die Verzögerungszeit

der Übertragungsleitung des Dämpfungsgliedes 12. Dies verursacht eine Belastung der Signalquelle.

60 Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Anpaßschaltung für ein die Aufgabe zugrunde, die bekannten Anpaßschaltunhochohmiges Dämpfungsglied, gemäß dem Oberbegriff gen für hochohmige Dämpfungsglieder derart weiterzudes Patentanspruchs 1. bilden, daß die Belastung der Signalquelle reduziert Elektrische Vielzwecktest- und -Meßinstrumente, wie wird, wobei gleichzeitig die Schaltungsanordnung so beispielsweise Oszillographen, sind üblicherweise so 65 einfach wie möglich gehalten werden soll. Insbesondere aufgebaut, daß als Teil der Eignangsschaltung einstell- soll durch die Erfindung auch eine umschaltbare Einbarc Dämpfungsglieder vorgesehen sind, um einen wei- gangsimpedanzschaltung für ein Test- und -Meßinstruten Bereich von Eingangsspannungen verarbeiten zu ment, wie beispielsweise ein Oszilloskop oder ein Logik-

I ^{3 4}

I Prüfgerät, geschaffen werden. Diese Aufgabe wird bei Dämpfungswiderstand 32 schwächt diese Reflexionen i einem Gegenstand nach dem Oberbegriff des Patentan- ab. Die durch die Kapazität 18 erzeugte Reflexion kann ¥ Spruchs 1 mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil die in F i g. 4B gezeigte Form annehmen, wenn sie inii- t gelöst tels eines Zeit-Reflektometers beobachtet wird. Ahnlich

Um also die Signalreflexionen an der Eingangsschal- 5 wird das Signal am Ausgang des Verzögerungsgliedes tung eines hochohmigen Dämpfungsgliedes zu reduzie- 34 im zweiten Signalweg mit der Verzögerungszeit T ren, wird gemäß der Erfindung eine positive Reflexion positiv reflektiert aufgrund der hoher Impedanz L der erzeugt, die die eingangs erwähnten negativen Ref!exio- Induktivität 36. Das reflektierte Signal wird zum Ein-• nen aufhebt, ,wodurch die störende Belastung des über gang 10 über das Verzögerungsglied 34 und den Abeinen Widerstand abgeschlossenen Ausgangs oder einer ίο schlußwiderstand 20 zurückübertragen, wobei die , hochfrequenten Signalquelle auf ein Minimum reduziert Dämpfung derjenigen im ersten Signalweg entspricht. i wird, mit welcher das Dämpfungsglied hoher Impedanz Die Zeitfunktion dieser positiven Reflexion entspricht verbunden ist Die negativen und positiven Reflexionen dann beispielsweise der Wellenform C in F i g. 4. Die ; werden sorgfältig so bemessen, daß ein hohes Maß ge- positive und die negative Reflexion benötigen etwa eine 'f. genseitiger Aufhebung erfolgt Es sei darauf hingewie- 15 Zeitspanne von 2T, um den Eingang nach Anlegen eines *> sen, daß trotz der positiven Reflexionen die Abschluß- Stufenpulses A wieder zu erreichen. Das Gesamtergeb-

II impedanz über einen weiten Frequenzbereich konstant nis ist in der Wellenform D in F i g. 4 gezeigt und es f bleibt versteht sich, daß hier zum Zeitpunkt t₀ keine Reflexion <;; Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfin- auftritt

i dung an hand der Zeichnung näher beschrieben. Dabei 20 Es sei vermerkt, das der Abschlußwiderstand 20 allein ti zeigt bzw. zeigen den Eingangswiderstand bei Gleichstrom oder niedri- % Fig. 1 und 2 Beispiele herkömmlicher Anpaßschal- gen Frequenzen bestimmt. Die Impedanz des zweiten I tungen; Signalweges mit dem Abschlußwiderstand 20 wächst I F i g. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung mit steigender Signalfrequenz. Allerdings sinkt dann die Γ, des Prinzips der vorliegenden Erfindung; 25 Impedanz des ersten Signalweges mit dem Dämpfungs- % F i g. 4 eine Reihe von Wellenformen zur Erläuterung glied 12, wodurch die Eingangs-Impedanz über einen ■i des Abschlusses des hochohmigen Dämpfungsgliedes weiten Frequenzbereich etwa gleich 50Ω gehalten wird. (i gemäß F ig. 3; Für die Induktivität 36 wird der richtige Wert dadurch % F i g. 5 einen detaillierten Schaltkreis eines bevorzug- ermittelt, daß das Produkt aus der Impedanz Z_c der Katen Ausführungsbeispieles; 30 pazität 18 und der Impedanz Z_L der Induktivität 36 F i g. 6 den Schaltkreis eines anderen Ausführungs- gleichgesetzt wird dem Quadrat der charakteristischen I beispieles der Erfindung. Impedanz Zo. Das heißt, es gilt: |j Ein Vergleich der F i g. 1 und 3 ergibt, daß sich die
% vorliegende Erfindung vom Stand der Technik u. a. da- _ ~ _ jo)L % durch unterscheidet, daß ein Dämpfungs-Widerstand 32 35 lc- ^q ■ auf der Eingangsseite eines Dämpfungsgliedes 12 mit

■ diesem in Reihe geschaltet ist und daß zwischen dem So daß,

■■ Abschlußwidestand 20 und Erdpotential ein Verzögerungsglied 34 und eine Induktivität 36 in Reihe geschal- L
let sind. Vorzugsweise haben beide Widerstände 20 und 40

i 32 gleiche Werte, z. B. 50 Ω. Dieser kleine Widerstand Gemäß dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbei-

32 beeinträchtigt das Dämpfungsglied kaum, wenn der spiel der Erfindung wird das Verzögerungsglied 34

Schalter 22 offen ist, da dieser Widerstand im Vergleich durch eine sogenannte Bandleitung 34' vorbestimmter

zum Eingangswiderstand (z. B. ein ΜΩ) des hochohmi- Länge gebildet, um die gewünschte Signalverzögerung

gen Dämpfungsgliedes 12 vernachlässigbar ist Deshalb 45 zu erzeugen. Das Dämpfungsglied 12 weist hier zwei in

ist die Anpaßschaltung bei der Messung niederfrequen- Reihe geschaltete, schaltbare Stufen 12a und 12b auf. Es

ter Signale einem herkömmlichen hochohmigen Dämp- versteht sich, daß mehr als zwei Dämpfungs-Stufen mit

fungsglied vergleichbar. verschiedenen Dämpfungsfaktoren verbunden sein

Bei geschlossenem Schalter 22, d. h. bei geringer Im- können, um eine unterschiedliche Dämpfung zu ermög-

pcdanz der Schaltung mit Abschlußwiderstand, sind die 50 liehen. Jede Dämpfungs-Stufe weist zwei Paare mitein-

zwei Signalwege mit dem Dämpfungswiderstand 32 ander gekoppelter Schalter 38a—38t/und 40a—40c/und

bzw. dem Abschlußwiderstand 20 parallel in Bezug auf ein /?C-Dämpfungsglied hoher Impedanz mit zumindest

' den Eingang 10 geschaltet. Für hochfrequente Signal- einem Reihenwiderstand Ru einem Parallel-Widerstand

komponenten ist das Dämpfungsglied 12 als Obertra- Ri und Kapazitäten Ci, Ci auf, welche zu den Wider-

■ gungsleitung geringer Impedanz mit einer Verzöge- 55 ständen R\ bzw. Ri parallel geschaltet sind. Hochohmi- ; < rungszeit ^anzusehen. Beträgt die charakteristische Im- ge Dämpfungsglieder sind dem Fachmann gut bekannt ;: pedanz Zq des Dämpfungsgliedes 12 und des Verzöge- und werden deshalb hier nicht näher beschrieben. Jede ί rungsgliedes 34 jeweils 50Ω, so beträgt die zum Zeit- Dämpfungs-Stufe 12a, 126 bewirkt eine vorgegebene \j. punkt to in F i g. 4 gezeigte Impedanz für das am Ein- Dämpfung in Abhängigkeit von der Stellung der Schallt gang 10 anliegende Signal 50Ω weil in jedem Signalweg 60 ter 38 und 40. Bei Schließen der Schalter 38a—3Sb oder ft jeweils ein 50Ω-Widerstand 32,20 und ein SOO-Ba-teil 40a—40i? wird das betreffende Dämpfungsglied über

12,34 in Reihe geschaltet sind. Das Eingangssignal wird den Nebenschluß-Signalweg S überbrückt, welcher

deshalb in den beiden Signalwegen in zwei gleiche Teile durch einen Bandleiter gebildet ist, wodurch das Signal

aufgeteilt. Erreicht das Signal den Ausgang der Über- ohne Dämpfung übertragen wird. Bei geschlossenen

tragungsleitung, so wird aufgrund der Kapazität 18 das 65 Schaltern 38c— 3Sd oder 40c—40</ wird das betreffende

■ Signal am Ausgang des Dämpfungsgliedes 12 reflektiert Dämpfungsglied eingefügt, um die gewünschte Dämp-

und gelangt über das Dämpfungsglied 12 und den fung des Signals zu bewirken. Der Bandleiter 34'kann

ί Dämpfungswiderstand 32 zum Eingang 10 zurück. Der im wesentlichen die gleiche Länge aufweisen, wie die

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5 6

Summe der Übertragungsleitungen der Dämpfungs-Stufen 12a und 126.

Beträgt die Kapazität 18 1,5 ρ F und die charakteristi- '

sehe Impedanz Zo 50Ω, so ergibt sich die gewünschte
Induktivität Laus: ₅ ι

L - 2b² C-2500X 1^x 10-'2=3,75xl0-« = 3,75nH

Bei dem in Fig.6 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht die Schaltung derjenigen der F i g. 5 bis auf die Einzelheiten des Dämpfungs-

gliedes 12 und des Pufferverstärkers 14. Das Dämp- |,

fungsglied 12 weist nur eine einzige einschaltbare Stufe |

mit gekoppelten Schaltern Si, S₂ auf, sowie einen Rei- ^f

henwiderstand R₁, einem Parallelwiderstand A₂ und vier Kapazitäten Q bis C₄. Das Signal wird nicht gedämpft, wenn Si geschlossen und S₂ offen ist, während es um den vorbestimmten Faktor gedämpft wird, wenn Si offen und S₂ geschlossen ist Es ist auch möglich, mehr als eine schaltbare Stufe in Reihe zu schalten.

Der Pufferverstärker 14 unterscheidet sich von QbIichen Pufferverstärkern und weist einen Wechselspannungsverstärker 42 mit einem Koppelkondensator geringer Kapazität an der Eingangsseite, einen Summierverstärker 44 und einen Ausgangsimpedanzwandler 46 auf, welcher zwei Ausgangssignale entgegengesetzter Polarität erzeugt Das Eingangssignal des Wechselspannungsverstärkers 42 und der invertierte Ausgang des Ausgangsverstärkers 46 werden jeweils über im wesentlichen gleiche Widerstände 48 und 50 an den Eingang des Summierverstärkers 44 gegeben. Die Spannung an der Verbindungsstelle der beiden Widerstände 48 und 50 bleibt gleich null solange das Ausgangssignal am Ausgang 16' genau dem Eingangssignal mit entgegengesetzter Polarität entspricht Mit anderen Worten: Jeder Unterschied in den Gleichspannungs- und Niederfrequer.zsignalkomponenten zwischen den Eingangsund den Ausgangssignalen wird durch den Summierverstärker 44 und den Ausgangsverstärker 46 verstärkt Bei dem Wechselspannungsverstärker 42 kann es sich um einen FET-Verstärker in Sourcefolgerschaltung mit einem Transistor mit geerdeter Basis handeln, die mit der Source-Elektrode des Feldeffekt-Transistors verbunden ist Der Summier-Verstärker 44 kann ein Operationsverstärker sein, dessen Ausgangssignal zu dem Emitter des Transistors mit geerdeter Basis übertragen wird. Bei dem Ausgangsverstärker 46 kann es sich um einen Emitterfolger handeln mit einem Transistorverstärker mitgeerdeter Basis, die mit dem Kollektor des Emitterfolger-Transistors verbunden ist Der nicht invertierte Ausgang 16 kann mit dem Emitter des Emitterfolgertransistors verbunden sein, während der invertierte Ausgang 16' mit dem Kollektor des Transistors mit geerdeter Basis verbunden sein kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Anpaßschaltung für ein hochohmiges Dämpfungsglied eine günstige Anpassung über einen weiten Frequenzbereich bietet ohne daß jegliche meßbare Signalreflexionen auftreten, welche Störung, wie beispielsweise Signa !Verzerrungen, an der Signalquelle verursachen.

Die Schaltung ist höchst einfach und mit jeder bekannten Schaltung kompatibel. Das richtige Verzögerungsglied und die entsprechende Induktivität werden für eine wirksame Aufhebung der Reflexionen für jeden Schaltkreis besonders bestimmt so daß eine Eichung oder Justierung nicht erforderlich ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 2 können. Solche Dämpfungsglieder haben vorzugsweise Patentansprüche: hohe Eingangswiderstände von etwa 1 ΜΩ, wodurch sie die Belastung der zu vermessenden Signalquelle redu-

1. Anpaßschaltung für ein hochohmiges Dämp- zieren. Solche Eingangsschaltungen weisen hohe Eigenfungsglied, das in einem ersten Signalweg zwischen 5 kapazitäten (C) auf, welche zusammen mit den hohen einem Eingang und einer Piifferschaltung (14) in Rei- Eingangswiderständen (R) der Dämpfungsglieder ein he geschaltet ist, wobei in einem zweiten Signalweg ÄC-Netz bilden, welches die Bandbreite begrenzt, woder Eingang über einen zweiten Widerstand (20) durch das Meßinstrument nicht mehr in der Lage ist, das wahlweise mit Bezugspotential verbindbar ist, da- über einen Widerstand angeschlossene Ende einer durchgekennzeichnet, 10 Breitband-Übertragungsleitung mit einer typischen Imdaß im ersten Signalweg zwischen dem Eingang (10) pedanz von 50 Ohm (Z₀) zu vermessen.

und dem Dämpfungsglied (12) ein erster Widerstand Ein herkömmlicher Versuch, diese Probleme zu lösen,

(32) vorgesehen ist und besteht darin, einen umschaltbaren Abschlußwiderstand

daß im zweiten Signalweg ein Verzögerungsglied (von z. B. 50 Ohm) an der Eingangsseite des Dämpfungs-

(34) und eine Induktivität zwischen dem zweiten Wi- 15 gliedes vorzusehen (Fig. 1). Ein am Eingang 10 anlie-

derstand (29) und dem Bezugspotential in Reihe ge- gendes Eingangssignal wird das umschaltbare Dämp-

schaltet sind. fungsglied 12 auf die gewünschte Amplitude abschwä-