DD133178B1

DD133178B1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR FORMING THE EFFECTIVE VALUE

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; DK475378A; FR2407528B3; DE2834052A1; DD133178A1

Description

Field of application of the invention

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.The invention relates to a circuit arrangement for forming the effective value of an alternating variable, wherein the output dew rms value or its logarithm is proportional. Circuits of this type are widely used in metrology and plant monitoring.

Characteristic of the known technical solutions

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 AusgangFrom the circuit solutions for the formation of the RMS of a Wechaelgröße obtained such methods, which exploit the valid in a very large range exponential characteristic of bipolar transistors or diodes to produce a quadratic characteristic. Such circuits are characterized by little effort, uncomplicated Dimensionierunp; and above all by a large dynamic range. The crest factor of the change size may increase with decreasing modulation. There is already an arrangement known (DD-V / P 11 43 09), in which by known means a rectified and logarithmierte by two diodes Wechsclspanrfung the series connection of two poles in the same direction in the direction of poled diodes with exponential voltage-current characteristics to the Furthermore, a resistor is inserted between the output and the inverting input of the operational amplifier, and a capacitor is inserted between the output and the connection point of the two diodes. The effective value proportional signal can be at the output

des Operationsverstärkers entnommen werden.be removed from the operational amplifier.

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.However, the time constant of the arrangement is independent of the control only for sufficiently large RMS values. This disadvantage occurs especially when, for example, in battery operation, must be operated with low voltages. In practice, slip voltage differences between logarithmic and delogarithmic diodes usually have an effect on the output voltage as a factor different from one. A calibration of the circuit arrangement is zv / ar in a simple manner possible by the leading from the output to the inverting input of the operational amplifier resistance is corrected, but v / ird while the fourth of the time constant changed.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die genannten Kachteile zu.beseitigen.The aim of the invention is to remedy the mentioned Kachteile.

Рагіеяяшд des Wesens der ErfindungРагіеяяшд the essence of the invention

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.The invention has for its object to provide a circuit arrangement with low Baueleraenteaufwand to form the effective value whose time constant is independent of the modulation even with small effective values and a simple, with respect to the time constant feedback-free calibration allows.

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 EingangSubstantial merlanals of the invention are that a voltage which is proportional to the rectified and logarithmized change in magnitude with known means is supplied to the base of a first transistor whose emitter is connected to the output of an operational amplifier and the base of a second transistor of the same Conductor type whose emitter is connected to ground, c Furthermore, the terminal of a supply voltage source via both the parallel connection of a capacitor and a first resistor leads to the connection point of inverting input

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.the operational amplifier and collector of the first transistor and via a resistor to the connection point of the non-inverting input of the operational amplifier and the collector of the second transistor. The voltage drop across the first resistor represents the effective value proportional output.

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.In order to form an output variable proportional to the logarithm of the effective value, it is expedient to use the base voltage of the second transistor. This is preferably done by means of a third transistor of the same conductivity type, whose collector with a suitable supply voltage source whose base with the base of the second transistor and. whose emitter is connected to a DC power source. The emitter voltage of the third transistor represents the output proportional to the logarithm of the rms value.

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.Apart from the formation of a logarithmic output, so the dynamic load of the operational amplifier output can be reduced by the collector of the first transistor and the collector of the second transistor and the inverting and the non-inverting input of the operational amplifier are connected to each other interchanged.

Ausführunpisbeispiel

Die Erfindung зоіі nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention зоіі be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing show:

Pig. 1: Bekannte Schaltung zur Logarithm!erung der gleichgerichteten WechselgrößePig. 1: Known circuit for logarithming the rectified alternating quantity

Pig. 2: Schaltung zur Bildung einer effekti-vwertproportionalen AusgangsgrößePig. 2: circuit for forming an output proportional to the output value

Pig, 3: Schaltung zur Bildung einer dem Logarithmus des Effektivwertes proportionalen AusgangsgroßePig, 3: circuit for forming an output variable proportional to the logarithm of the RMS value

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 AusgangsapannungFrom Fig. 1 shows a known circuit for logarithmizing the rectified input current. I. In accordance with the exponential relationship between base-emitter voltage and collector current, neglecting the Baaisströrne is the output voltage

U_ = 2 υ_φ In γ-2— , (I)U_ = 2 υ _φ In γ-2, (I)

^a ^l ¹CES ^a ^l ¹ CES

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 manwhere U _r p designate the temperature voltage and Iq _E o for the sake of simplicity for all Transistors assumed to be the same transfer saturation current. The voltage U thus formed is supplied to the circuit of FIG. 2 as an input voltage U. For the collector current I _{C1 of} the transistor Ts1 is obtained

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

mit I_C2 als Kollektorstrom des Transistors Ts2 und unter Ver wendung von Gleichung I ergibt sichwith I _C2 as the collector current of the transistor Ts2 and Ver use of equation I results

I ² I ²

Der l.littelvvert des liollektorstromes Ip₁ ist bei stationärer Eingangsgröße- der Strom I₁ durch den Widerstand R₁, das heißtThe l.littelvvert the liollektorstromes Ip ₁ is at stationary Eingangs- the current I ₁ through the resistor R ₁ , that is

T TT T

Лис Pig· 2 liest manYou can read Лис Pig · 2

¹C₂ ¹ C ₂

Daraus folgt, daß der StromIt follows that the current

wie auch der Str^m j und die entsprechenden Spannungsabfälle U₁ und U dem Effektivwertas well as the Str ^ m j and the corresponding voltage drops U ₁ and U the RMS value

4 f4 f

t~^J -ι/ ^ г о t ~ ^ J -ι / ^ г о

lj dt . (VII) lj dt. (VII)

O des gleichgerichteten Eingangsstromes I proportional sind.O of the rectified input current I are proportional.

Die Zeitkonstant^ des Effektivwertbildners wird ausschließlich durch den Widerstand R₁ und Kondensator C bestimmt. Die rückwirkungsfrei^ Kalibrierung ist daher mittels des zweiten Widerstandes R^The time constant of the rms value generator is determined exclusively by the resistor R ₁ and capacitor C. The non-reactive ^ calibration is therefore by means of the second resistor 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,In the circuit of Pig x 3, the base-emitter voltage ^U is a voltage proportional to ^the used BE2 ^ran ^ si ^s "to form a boron Ts2 the logarithm of the RMS ^. With,

Tv*;Tv *;

_β u_T in (viii) _β u _T in (viii)

¹CES ¹ CES

findet man für d^_e Emitterspannung U- des Transistors Ts3we find for d ^ _e emitter voltage U of the transistor Ts3

in . (ix)in . (Ix)

wobei Ij₁ den eingespeisten konstanten Emitterstrom des Transistors Ts3 b_ezeichnet.wherein Ij ₁ h _{ezeic the} injected constant emitter current of the transistor Ts3.

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.If the transistor functions are exchanged in P 1, it is achieved that the squared alternating current components do not have to be picked up by the output of the operational amplifier OV; thus reducing its dynamic load.

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.The solution according to the invention ensures a time constant that is independent of the modulation, even at low rms values, with little outlay on components, apart from a simple, feedback-free calibration by means of the second resistor.

Claims

invention claims

1. Circuit arrangement for forming the effective value of an alternating quantity using a mean value-forming RC element and wherein a voltage is formed by known means, which is proportional to the rectified and logarithmized alternating size, characterized in that this voltage (U) of the base of a first transistor ( TsD is supplied, whose emitter is connected to the output of an operational amplifier (OV) and the base of a second transistor (Ts2) of the same conductivity type whose emitter is connected to ground, and further that the terminal of a supply voltage source (U,) both via the parallel circuit a capacitor (C) and a first resistor (R-), which together form the RC element, to the connection point of the inverting input of the operational amplifier (OV) and collector of the first transistor (TsD and via a second resistor (R _? ) to Connection point of noninverting input of Operat Amplifier (OV) and. Collector of the second transistor (Ts2) leads, wherein the above the first resistor (R ₁ ) falling voltage (U ₁ ) represents the effective value proportional output.

2. A circuit arrangement according to item 1, characterized in that the emitter voltage (U) of the third transistor (Ts3), whose collector with a suitable supply voltage source (U ^) whose base with the base of the second transistor (Ts2) and whose emitter a DC power source (Ij ₁ ) is connected, is used as the logarithm 'RMS proportional output variable.

3. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the collector de3 first transistor (TsD and the collector of the second transistor (Ts2) or the inverting and the non-inverting input of the operational amplifier (OV) are each interchanged with each other.

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