DE1015866B - Ringmodulatorschaltung mit Gleichrichtern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ringmodulatorschaltung mit Gleichrichtern, insbesondere zur Messung der Phasenverschiebung zwischen zwei Signalen der gleichen Frequenz, wobei jeder Brückenzweig wenigstens ein entsprechend gepoltes Gleichrichterelement enthält.

Bei der üblichen Schaltung eines derartigen Modulators enthält jeder Brückenzweig nur ein Gleichrichterelement unter Ausschluß jeder anderen Impedanz. Es ist bekannt, daß die gleiche Anordnung als Demodulator verwendet werden kann. Eine derartige Schaltung führt eine Multiplikation der angelegten Spannungen mit guter Annäherung durch, solange die zu multiplizierenden Spannungen klein sind. Bei der Anwendung für die Messung einer Phasenverschiebung erweist sich diese Einschränkung als Nachteil, da das Ausgangssignal ebenfalls klein ist und dadurch die Empfindlichkeit der Schaltung herabgesetzt wird.

Es sind bereits verbesserte Gleichrichtermodulatoren bekannt, bei welchen in jedem Brückenzweig ein gleicher Widerstand in Serie mit dem Gleichrichterelement geschaltet ist. Dieser Widerstand ist so groß, daß die Spannung an den Klemmen jedes Gleichrichters klein bleibt. Dann können zwar höhere Eingangsspannungen an die Schaltung gelegt werden, doch wird andererseits ihre Wirkung bei geringen Eingangsspannungen verschlechtert.

Das Ziel der Erfindung liegt in der Beseitigung der geschilderten Nachteile. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß in jedem Brückenzweig ein gleicher richtungsunabhängiger, nichtlinearer Widerstand, dessen Widerstandswert mit wachsender Spannung steigt, in Serie mit dem Gleichrichter geschaltet ist.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat den Vorteil, daß die angelegten Spannungen sehr viel höhere Pegel besitzen können, wobei ein Signalfrequenzspektrum erhalten wird, welches die zuvor genannten Größen gleichfalls mit sehr viel höheren Pegeln enthält, ohne daß ihre Wirksamkeit bei niedrigen Eingangsspannungen wesentlich verschlechtert wird. Dadurch ergibt sich ein erweiterter Meßbereich, und die Empfindlichkeit der Phasenmessung wird dadurch beträchtlich erhöht.

Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar ist

Fig. 1 eine übliche Schaltung eines Gleichrichtermodulators und

Fig. 2 die Darstellung der gemäß der Erfindung abgeänderten Schaltung.

Fig. 1 zeigt die übliche Brückenschaltung eines Gkichrichtermodulators M₁ welcher in jedem Brückenzweig eine Diode d enthält. Die beiden miteinander zu multiplizierenden Spannungen e_x und e₂ werden über die beiden Übertrager T₁ und T₂ angelegt, und zwar Ringmodulatorschaltung mit Gleichrichtern

Anmelder:

Compagnie pour la Fabrication

des Compteurs et Materiel d'Usines ä Gaz, Montrouge, Seine (Frankreich)

ίο Vertreter: Dipl.-Ing. E, Prinz, Patentanwalt,

Gräfelfing bei München, Aribostr. 14

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 7. Juni 1955

Jean Delibrias, Clamart, Seine (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

die eine zwischen die Punkte A und C, die andere zwischen die Punkte B und D.

Das Ausgangssignal wird an den Klemmen des Widerstandes r abgenommen, welcher zwischen die Mittelabgriffe der Sekundärwicklungen der Übertrager T₁ und T₂ eingeschaltet ist.

Es ist bekannt, daß der Ausgangsstrom im Widerstand r dem Produkt der Wechselspannungen e_± und e₂ proportional ist. Diese Eigenschaft ist unabhängig von der Frequenz der angelegten Signale. Die genannte Beziehung wird unter bestimmten Bedingungen tatsächlich erreicht, nämlich dann, wenn der Innenwiderstand der Spannungsquellen vernachlässigbar klein gegen die Impedanz der Dioden und der Lastimpedanz ist, und wenn die vier Dioden die gleiche Strom-Spannungs-Charakteristik aufweisen.

Wenn beispielsweise e_t und e₂ zwei Sinusspannungen der gleichen Frequenz sind, dann besteht das Spektrum des Ausgangssignals aus einer Gleichkomponente, deren Amplitude proportional dem Cosinus der Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen e_± und e₂ ist_; und aus einer Sinusspannung, deren Frequenz doppelt so groß wie die der angelegten Spannungen ist.

Die Vorrichtung kann demnach als Phasenmesser verwendet werden, da die Gleichkomponente des Ausgangssignals gleich Null ist, wenn die angelegten Spannungen eine Phasenverschiebung ±90° besitzen. Man kann erreichen, daß die Gleichkomponente der Ausgangsspannung dann Null wird, wenn die beiden Spannungen, deren Phasenverschiebung gemessen werden soll, gleichphasig oder in Gegenphase sind. Zu

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dem Zweck dreht man zuvor die Phase von einer der beiden Spannungen um ± 90°.

Wenn jedoch die angelegten Spannungen e_t und e₂ klein sind, dann ist auch die Gleichkomponente des Ausgangssignals selbst sehr schwach. Bei der Messung der Phasenverschiebung hat dies die unangenehme Folge, daß die gesamte Empfindlichkeit der Vorrichtung beseitigt wird, wobei es schwierig wird, unerwünschte äußere Störungen auszuschalten.

In Fig. 2 ist die gemäß der Erfindung abgeänderte Schaltung dargestellt, wobei die gleichen Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Man erkennt, daß jeder Brückenzweig in Serie mit dem Gleichrichter d einen Widerstand R enthält. Dieser Widerstand ist nichtlinear, beispielsweise von der Art R = Wⁿ, wobei V die Potentialdifferenz an den Klemmen darstellt, während k und η Konstanten sind. Zweckmäßigerweise wird ein V.D.R.-Widerstand verwendet, auch als Varistance oder Thyritwiderstand bezeichnet. Dieser besitzt eine exponentielle Strom- ao Spannungs-Charakteristik. Wenn man also in einem logarithmischen Koordinatensystem die Spannungen auf der Ordinate und die Ströme auf der Abszisse aufträgt, so stellt diese Kennlinie eine Gerade mit positivem Neigungswinkel dar. Obwohl bisher nur elektronische Dioden in Betracht gezogen wurden, ist die Schaltung auch zur Verwendung von Trockengleichrichtern geeignet, oder ganz allgemein zur Verwendung jedes Elements, welches eine nichtlineare Widerstandscharakteristik mit asymmetrischer Leitfähigkeit besitzt.

Es läßt sich zeigen, daß unter folgenden Voraussetzungen :

a) der Strom durch jeden Brückenzweig ist eine exponentiell Funktion der Spannung V an dessen Klemmen nach der Formel i = A(ey^v— 1), wobei A und γ konstant und unabhängig von der Richtung der Spannung sind;

b) die Impedanzen der Stromquellen sind klein im Verhältnis zu den Impedanzen der Brückenzweige und der Impedanz des Verbrauchers;

c) die vier Brückenzweige haben identische Stromspannungskennlinien ;

der durch den Verbraudherwiderstand fließende Strom i_Q als Funktion der Spannungen e_v e_z, die an den Sekundärwicklungen der Übertrager T₁, T₂ erscheinen, unter Weglassen der vernachlässigbaren Größen folgendermaßen angegeben werden kann:

i₀ =

(el

50

Die getroffene Vernachlässigung ist unter folgenden Bedingungen zulässig:

1. Ohne Verwendung von nichtlinearen Widerständen in Serie mit den Gleichrichtern:

Der Wert von γ liegt je nach der Art des verwendeten Gleichrichters zwischen 3 und 20. Die obige Gleichung gilt dann nur für Spannungswerte von VZ 0,1 Volt.

2. Bei Verwendung von nichtlinearen Widerständen gemäß der Erfindung in Serie mit den Gleichrichtern:

Die grundsätzlichen Voraussetzungen bleiben gültig, da diese Widerstände eine exponentielle Kennlinie besitzen. Der Wert von γ für die Kombination des Gleichrichters mit dem nichtlinearen Widerstand liegt dann zwischen 0,3 und 0,5. Die obige Gleichung gilt dann für Spannungswerte von VZlO Volt.

Es können daher sehr viel höhere Spannungen angelegt werden, als dies beim Fehlen der nichtlinearen Widerstände der Fall wäre, wobei alle sich daraus ergebenden Vorteile auftreten.

Es ist zu bemerken, daß die hier beschriebene beispielsweise Ausführungsart die Erfindung in keiner Weise beschränkt und daß Abänderungen vorgenommen werden können, ohne daß dabei der Rahmen der Erfindung überschritten wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann, außer zur Verwendung bei der Phasenmessung, in gleicher Weise wie die üblichen Gleichrichtermodulatoren angewendet werden: als Modulator, Demodulator, zur Realisierung einer Autokorrelationsfunktion usw. Dabei besteht der Vorteil, daß die Pegel der angelegten Spannungen sehr viel höher sein können, wobei die zuvor erwähnten Komponenten des Frequenzspektrums des Ausgangssignals gleichfalls sehr viel höhere Pegel aufweisen.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Ringmodulatorschaltung mit Gleichrichtern, insbesondere zur Messung der Phasenverschiebung zwischen zwei Signalen der gleichen Frequenz, wobei jeder Brückenzweig wenigstens ein entsprechend gepoltes Gleichrichterelement enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Brückenzweig ein gleicher richtungsunabhängiger, nichtlinearer Widerstand, dessen Widerstandswert mit wachsender Spannung steigt, in Serie mit dem Gleichrichter geschaltet ist.

2. Gleichrichtermodulatorschaltung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand eine exponentielle Strom-Spannungs-Charakteristik besitzt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1 076 993.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©709 697/283. 9.57