DD133178B1

DD133178B1 - Schaltungsanordnung zur bildung des effektivwertes

Info

Publication number: DD133178B1
Application number: DD20171377A
Authority: DD
Inventors: Lothar Dipl-Ing Benke
Original assignee: Benke Lothar Dipl Ing
Priority date: 1977-10-27
Filing date: 1977-10-27
Publication date: 1984-12-05
Also published as: FR2407528A1; DD133178A1; FR2407528B3; DE2834052A1; DK475378A

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Bildung des Effektivwertes einer Wechselgröße, wobei die Ausgangsgröße dew Effektivwert oder dessen Logarithmus proportional ist. Schaltungen dieses Typs finden in Meßtechnik und Betriebsüberwachung breite Verwendung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Von den schaltungstechnischen Lösungen zur Bildung des Effektivwertea einer Wechaelgröße erlangten solche Verfahren Bedeutung, welche die in einem sehr großen Bereich gültige exponentielle Charakteristik von bipolaren Transistoren oder Dioden ausnutzen, um eine quadratische Kennlinie zu erzeugen. Derartige Schaltungen zeichnen sich durch geringen Aufwand, unkomplizierte Dimensionierunp; und vor allem durch einen großen Dynamikbereich aus. Der Scheitelfaktor der Wcchselgröße kann mit abnehmender Aussteuerung zunehmen. Es ist bereits eine Anordnung bekannt (DD-V/P 11 43 09), bei der mit bekannten Mitteln eine gleichgerichtete und mittels zweier Dioden logarithmierte Wechsclspanrfung der Reihenschaltung von zwei gleichsinnig in Flußrichtung gepolten Dioden mit exponentieller Spannungs-Strom-Charakteristik, die an den invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers angeschlossen ist, zugeführt ist« Weiterhin ist zwischen Ausgang und invertierendem Eingang des Operationsverstärkers ein Widerstand und zwischen Ausgang und dem Verbindungspunkt der beiden Dioden ein Kondensator eingefügt. Das effektivwertproportionale Signal kann am Ausgang

des Operationsverstärkers entnommen werden.

Die Zeitkonstante der Anordnung ist allerdings nur für hinreichend große Effektivwerte aussteuerungsunabhängig. Dieser Nachteil tritt besonders dann in Erscheinung, wenn, beispielsweise bei Batteriebetrieb, mit geringen Spannungen gearbeitet werden muß. In der Praxis treten zwischen Logaritlimier- und Delogarithmierdioden in der Regel Plußspannungsdifferenzen auf, die sich auf die Ausgangsspannung wie ein von Eins verschiedener Paktor auswirken. Eine Kalibrierung der Schaltungsanordnung ist zv/ar auf einfache Weise möglich, indem der vom Ausgang zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers führende Widerstand korrigiert wird, jedoch v/ird dabei im gleichen Maße der Viert der Zeitkonstante verändert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Kachteile zu.beseitigen.

Рагіеяяшд des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung mit geringem Baueleraenteaufwand zur Bildung des Effektivwertes zu schaffen, deren Zeitkonstante auch bei kleinen Effektivwerten von der Aussteuerung unabhängig ist und eine einfache, bezüglich der Zeitkonstante rückwirkungsfreie Kalibrierung gestattet.

Wesentliche Merlanale der Erfindung bestehen darin, daß eine Spannung, die proportional der mit bekannten Mitteln gleichgerichteten und logarithmlerten V/echselgröße ist, der Basis eines ersten Transistors zugeführt v/ird, dessen Emitter mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers und der Basis eines zweiten Transistors vom gleichen Leitfähigkeitstyp, dessen Emitter an Masse liegt, verbunden istc Weiterhin führt die Anschlußklemme einer Versorgungsspannungsquelle sowohl über die Parallelschaltung eines Kondensators und eines ersten Widerstandes zum Verbindungspunkt von invertierendem Eingang

des Operationsverstärkers und Kollektor des ersten Transistors als auch über einen Widerstand zum Verbindungspunkt von nichtinvertierendem Eingang des Operationsverstärkers und Kollektor des zweiten Transistors. Die über dem ersten Widerstand abfallende Spannung stellt die effektivwertproportionale Ausgangsgröße dar.

Um eine dem Logarithmus des Effektivwertes proportionale Ausgangsgröße zu bilden, wird zweckmäßigerweise die Basisspannungdes zweiten Transistors genutzt. Das geschieht vorzugsweise mittels eines dritten Transistors des gleichen Leitfähigkeitstyps, dessen Kollektor mit einer geeigneten Versorgungsspannungsquelle, dessen Basis mit der Basis des zweiten Transistors und. dessen Emitter mit einer Gleichstromquelle verbunden ist. Die Emitterspannung des dritten Transistors stellt die dem Logarithmus des Effektivwertes proportionale Ausgangsgröße dar.

Sieht man von der Bildung einer logarithraischen Ausgangsgröße ab, so läßt sich die dynamische Belastung des Operationsverstärkerausgangs vermindern, indem der Kollektor des ersten Transistors und der Kollektor des zweiten Transistors bzw. der invertierende und der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers jeweils miteinander vertauscht angeschlossen werden.

Ausführunpisbeispiel

Die Erfindung зоіі nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Pig. 1: Bekannte Schaltung zur Logarithm!erung der gleichgerichteten Wechselgröße

Pig. 2: Schaltung zur Bildung einer effekti-vwertproportionalen Ausgangsgröße

Pig, 3: Schaltung zur Bildung einer dem Logarithmus des Effektivwertes proportionalen Ausgangsgroße

Aus Fig. 1 erkennt man eine bekannte Schaltung zur Logarithmierung des gleichgerichteten Eingangsstromes. I . Entsprechend dem exponentiellen Zusammenhang von Basis-Emitter-Spannung und Kollektorstrom ist bei Vernachlässigung der Baaisströrne die Ausgangsapannung

U_ = 2 υ_φ In γ-2— , (I)

^a ^l ¹CES

wobei U_rp die Temperaturspannung und Iq_Eo den der Einfachheit halber für alle Transistoren als gleich angenommenen Transfersättigungsstrom bezeichnen. Die derart gebildete Spannung U wird der Schaltung gemäß Fig. 2 als Eingangsspannung U zugeführt. Für den Kollektorstrom I_C1 des Transistors Ts1 erhält man

¹CI ^{β 1}CES* ^ΘΧΡ ^((U-^UT ^{ln I}C2^/ICES^)/UT⁾

mit I_C2 als Kollektorstrom des Transistors Ts2 und unter Ver wendung von Gleichung I ergibt sich

I ²

Der l.littelvvert des liollektorstromes Ip₁ ist bei stationärer Eingangsgröße- der Strom I₁ durch den Widerstand R₁, das heißt

T T

Лис Pig· 2 liest man

¹C₂

Daraus folgt, daß der Strom

wie auch der Str^m j und die entsprechenden Spannungsabfälle U₁ und U dem Effektivwert

4 f

t~^J -ι/ ^ г о

lj dt . (VII)

O des gleichgerichteten Eingangsstromes I proportional sind.

Die Zeitkonstant^ des Effektivwertbildners wird ausschließlich durch den Widerstand R₁ und Kondensator C bestimmt. Die rückwirkungsfrei^ Kalibrierung ist daher mittels des zweiten Widerstandes R^

In der Schaltung nach Pig· 3 wird die Basis-Emitterspannung ^UBE2 ^des ^^ransi^s"bors Ts2 zur Bildung einer dem Logarithmus des Effektivwert^a proportionalen Spannung genutzt. Mit,

Tv*;

_β u_T in (viii)

¹CES

findet man für d^_e Emitterspannung U- des Transistors Ts3

in . (ix)

wobei Ij₁ den eingespeisten konstanten Emitterstrom des Transistors Ts3 b_ezeichnet.

V/erden in Piß» 1 die Transistörfunktionen ausgetauscht, wird erreicht, daß die quadrierten Wechselstroinanteile nicht vom Ausgang des Operationsverstärkers OV aufgenommen werden müssen; somit vermindert sich dessen dynamische Belastung.

Die erfindungsgemäße Lösung gewährleistet bei geringein Bauelementeaufwand außer einer einfachen, rückwirkungsfreien Kalibrierung mittels des zweiten Widerstandes eine von der Aussteuerung unabhängige Zeitkonstante auch bei kleinen Effektivwerten.

Claims

Erfindungsansprüche

1. Schaltungsanordnung zur Bildung des Effektivwertes einer Wechselgröße unter Benutzung eines mittelwertbildenden RC-Gliedes und wobei mit bekannten Mitteln eine Spannung gebildet wird, die proportional der gleichgerichteten und logarithinierten Wechselgröße ist, gekennzeichnet dadurch, daß diese Spannung (U) der Basis eines ersten Transistors (TsD zugeführt ist, dessen Emitter mit dem Ausgang eines Operationsverstärkers (OV) und der Basis eines zweiten Transistors (Ts2) vom gleichen Leitfähigkeitstyp, dessen Emitter an Masse liegt, verbunden ist und daß weiterhin die Anschlußklemme einer Versorgungsspannungsquelle (U, ) sowohl über die Parallelschaltung eines Kondensators (C) und eines ersten Widerstandes (R-), die zusammen das RC-Glied bilden, zum Verbindungspunkt von invertierendem Eingang des Operationsverstärkers (OV) und Kollektor des ersten Transistors (TsD als auch über einen zweiten Widerstand (R_?) zum Verbindungspunkt von nichtinvertierendem Eingang des Operationsverstärkers (OV) und. Kollektor des zweiten Transistors (Ts2) führt, wobei die über dem ersten Widerstand (R₁) abfallende Spannung (U₁) die effektivwertproportionale Ausgangsgröße- darstellt.
2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Emitterspannung (U-) des dritten Transistors (Ts3), dessen Kollektor mit einer geeigneten Versorgungsspannungsquelle (U^), dessen Basis mit der Basis des zweiten Transistors (Ts2) und dessen Emitter mit einer Gleichstromquelle (Ij₁) verbunden ist, als dem Logarithmus 'des Effektivwertes proportionale Ausgangsgröße genutzt wird.
3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Kollektor de3 ersten Transistors (TsD und. der Kollektor des zweiten Transistors (Ts2) bzw. der invertierende und. der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers (OV) jeweils miteinander vertauscht angeschlossen sind.

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