DD210993A1 - Schaltungsanordnung zur spitzenwert-gleichrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spitzenwert-Gleichrichtung, insbesondere eine Wechselspannungsspitzen-Detektorschaltung, die am Ausgang ein dem mittleren Basis-zu-Spitzenwert entsprechendes Gleichspannungspotential abgibt. Sie kann zur Messung und Registrierung periodischer Vorgaenge aus den Gebieten der Forschung, der Betriebsueberwachung und Prozesssteuerung eingesetzt werden. Ein bevorzugter Anwendungsfall ist die Bewertung der Wiedergabespannung magnetisch aufgezeichneter Signale mit dem Ziel einer verbesserten Leistungsfaehigkeit der Messapparatur. Geloest wird diese Aufgabe durch eine Spitzenwert-Detektorschaltung, die ueber einen weiten Frequenzbereich und insbesondere bei hohen Frequenzen und bei Eingangsspannungen von einigen Millivolt bis hin zu mehreren Volt sowohl einen linearen Amplituden- und Frequenzgang gewaehrleistet als auch eine hohe Zeitkonstante ermoeglicht. Erfindungsgemaess geschieht das dadurch, dass eine erste kapazitive Spitzenwertspeicherung mit sehr kleiner Zeitkonstante verwendet wird, die mit einem Integrator verbunden ist, der eine zweite kapazitive Speicherstufe mit nahezu beliebiger Zeitkonstante laedt.

Description

Titel der Erfindung

Schaltungsanordnung zur Spitzenwert-Gleichrichtung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Pie Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erfassung eines mittleren Spitzenwertes zeitveränderlicher Spannungen, wobei das Ausgangssignal als repräsentatives Gleichspannungspotential ansteht· In der Meßtechnik und in Betriebsüberwa» chungssystemen finden Schaltungen dieses Typs breite Anwendung«

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Um Spitzenwertgleichrichter höherer Genauigkeit zufriedenstellend zu betreiben, besteht eine Grundvoraussetzung darin, daß das für die zu messende Spitzenspannung repräsentative Potential zwischen aufeinanderfolgende Spannungsspitzen nicht nennenswert abfällt· Dieses Erfordernis ist um so schwerer erfüllbar, je größer die gewünschte Zeitkonstante für den lade« bzw. Entladevorgang ist und je kleiner die Eingangspegel werden· Damit die kapazitiv gespeicherte Ladung zwischen aufeinanderfolgen· den Spannungsspitzen nicht wesentlich abfällt, darf der Speicherkondensator nur mit einer sehr hohen Impedanz für den Entladepfad belastet werden. Bekanntwerweisβ werden derartige Schaltungen so realisiert, indem an einem Summierpunkt die Differenz zwischen dem gespeicherten und dem angelegten Signal gebildet wird. Übersteigt die Amplitude des angelegten Signals den gespeicherten ufert, so wird unter Benutzung verstärkender Mittel der Speicherkondensator nachgeladen· Vorzugsweise benutzt man dabei den Eingang eines Operationsverstärkers als Summierpunkt und lädt mit Hilfe des Operationsverstärkers über eine Diode eine kapazitive Speicherstufe· Deren repräsentativer Wert gelangt über einen zweiten Operationsverstärker auf den Eingang des ersten und veranlaßt die Differenzbildung, so wie es beispielsweise in "Analoge integrierte Schaltungen" von M*Herpy (AKADEMIAI KIADO - Budapest 1976) auf den Seiten 351 - 361

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beschrieben wird· Zur Erzielung großer Zeitkonstanten - bezogen auf den zeitlichen Spitzenabstand aufeinanderfolgender Signale sind Schaltungen bekanntgeworden, die dadurch gekennzeichnet sind, daß eine erste kapazitive Speicherstufe vorgesehen ist, um ein repräsentatives Potential zu speichern, daß eine zweite kapazitive Speicherstufe mit der ersten verbunden ist, welche ebenfalls zur Speicherung eines repräsentativen Potentials dient, und daß die zweite Stufe eine Bntlade-Zeitkonstante aufweist, die im Verhältnis zu derjenigen der ersten lang ist bzw. veränderlich, so wie es in der DE OS 21 10 654 "Spitzenwert-Detektorschaltung¹¹, Int· Cl· G 01 R 19/04, charakterisiert wurde. Durch die Verwendung mehrerer Operationsverstärker hintereinander in einer geschlossenen Schleife kommt es wegen der endlichen Spannungsanstiegegeschwindigkeit der Operationsverstärker zu Regelschwingungen, die als Brummspannung dem repräsentativen Gleichspannungspotential überlagert sind, und die besonders für geringe Eingangspegel in Nähe des Nullpotentials sehr stören·

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Spitzenwert-Gleichrichterschaltung höherer Leistungsfähigkeit zu schaffen, die die oben erwähnten Nachteile nicht aufweist·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Spitzenwertgleichrichtung zu schaffen, die die Vorteile hohe Linearität und große Entladezeitkonstante bekannter Schaltungen besitzt und die im Gegensatz zu bekannten Lösungen eine sehr glatte repräsentative Gleichspannung liefert. Der zur Linearisierung der Gleichrichterdiodenkennlinie benutzte Operationsverstärker arbeitet zusammen mit einem zweiten Operationsverstärker, der die hohe Belastungsimpedanz für den Entladepfad der kapazitiven Speicherstufe realisiert, in einer geschlossenen Schleife. Auf Grund der begrenzten Spannungsanstiegsg®*·

schwindigkeit insbesondere des zweiten Operationsverstärkers kommt es dabei zu Begelschwingungen, deren Amplitude den Wert sehr geringer Eingangsspannungen oftmals übersteigt· Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß in einer ersten Stufe eine Spitzenwertgleichrichtung vorgenommen wird, wobei die Kennlinie der Gleichrichterdiode linearisiert wird und wobei ein sehr kleiner Kondensator sehr schnell möglichst vollständig aufgeladen wird, dessen Ladungspotential einem Integrator zugeführt wird, der mit einem Gleichstrom eine kapazitive Speicherstufe lädt, und daß das Gleichspannungspotential der zweiten Speicherstufe mit dem Eingang eines Spannungsfolgers verbunden ist, an dessen Ausgang schließlich das dem mittleren Eingangsspitzenwert repräsentative Potential zur Verfügung steht, wobei eine Rückführung über die geschlossene Anordnung nicht erfolgt·

Dabei können in der zweiten kapazitiven Speicherstufe durch die Größe des Speicherkondensators und durch den Wert der Lade» bzw· Entladewiderstände sehr große, voneinander unabhängige Lade- resp· Entladezeitkonstanten realisiert werden, ohne daß der Frequenzgang oder die Linearität der gesamten

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Spitzenwert-Gleichrichterschaltung in gewohnter Weise nachteilig beeinflußt werden·

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert werden·

Ein Wechselspannungssignal, dessen mittlerer Spitzenwert ge» messen werden soll, gelangt an den Eingang E des ersten Operationsverstärkers Vi. Der Ausgang des Operationsverstärkers V1 ist mit der Gleichrichterdiode D verbunden, deren Katode mit dem Kondensator 01 und dem Widerstand R1· Außerdem führt von der Katode der Gleichrichterdiode D eine Verbindung zurück zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers VI· Das Bezugspotential für d®n Kondensator 01 ist Maas®* Mit der anderen

Seite des Widerstandes R1 ist der Eingang eines zweiten Operationsverstärkers V2 verknüpft· Über den Widerstand R2 liegt der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers V2 auf Massepotential· Die Ausgangsspannung gelangt einmal über die Parallelschaltung des Widerstandes R3 und des Kondensators C3 zurück auf den invertierenden Eingang und zum anderen an die Widerstände R4 und R5· Mit dieser Beschaltung ergibt der Operationsverstärker V 2 einen modifizierten Integrator· Die andere Seite des Widerstandes R5 ist mit dem Speicherkondensator C2 und dem Spannungsfolger V3 verbunden· Der Speicherkondensator 02 und der Widerstand R4 sind mit ihren anderen Anschlüssen auf Masse gelegt· Am Ausgang A des Spannungsfolgers V3 kann eine den Erfordernissen entsprechende Spannung abgenommen werden, beispielsweise für eine geeignete Anzeige, oder für Überwachungszwecke·

Wenn im Betrieb ein Eingangssignal über E an den Operationsverstärker gelangt, lädt dessen Ausgang über die Diode D den Kondensator 01 auf den positiven Spitzenwert auf· Die Entladezeitkonstante resultiert aus den Werten der Kondensator-Widerstandskombination C1-R1 und kann entsprechend den Erfordernissen sehr klein ausgelegt werden, ohne daß eine hinreichende Glättung gewährleistet, sein muß· Das teilweise geglättete Signal gelangt über R1 an den Integrator Y2« Die auf diese Weise über mehrere Eingangsspannungaimpulse gemittelte Spitzenwert-Gleichspannung lädt die kapazitive Speicherstufe C2 Über den Widerstand R5· Unter der Annahme, daß die Eingangsimpedanz des Verstärkers sehr hoch ist, der Widerstand R3 größer als R4 ist, bzw· durch schaltungstechnische Maßnahmen eine Entladung von C2 und R3 vermieden wird, kann dem Lade- und/oder dem Entladepfad eine sehr große Zeitkonstante zugeordnet werden· Damit liefert ein hinreichend großer Kondensator C2 ein hohes Maß an Glättung und hält die Spitzenspannung mit einem Minimum an Welligkeit·

Claims (4)

1. Erfindungsanspruch

   1· Schaltungsanordnung zur Spitzenwert-Gleichrichtung einer Spannung, gekennzeichnet dadurch, daß die Spitzenwert-Gleiohrichtung in einer ersten Stufe (V1; Du· 01) vorgenommen wird, und daß mit einer zweiten nachfolgenden Integrierstufe eine dritte kapazitive Speicherstufβ beaufschlagt wird, in der beliebige Lade- und Entladezeitkonstanten gebildet werden können, und daß der kapazitiven Speicherstufe ein Spannungsfolger nachgeschaltet ist·
2. 2. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die Spitzenwertbildung in der ersten Stufe ein sehr kleiner Wert für den Kondensator (C1) eingesetzt wird·
3. 3. Schaltungsanordnung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die der ersten Stufen folgenden Integrierstufe vorzugsweise ein aktiver. Integrator (V2) zur Anwendung kommt·
4. 4. Schaltungsanordnung nach Punkt 1; 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang der Integratorschaltung die kapazitive Speicherstufe (02) speist, der ein Spannungsfolger (V3) nachgeschaltet ist, und daß die Stufen Spitzenwertbildung, Integrator und Spitzenwertspeicherung nicht in einer geschlossenen Schleife arbeiten·

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