DE1095321B

DE1095321B - Circuit arrangement for symmetrical voltage limitation of voltages of alternating polarity

Info

Publication number: DE1095321B
Application number: DES64224A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Werner Haase
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1959-07-31
Filing date: 1959-07-31
Publication date: 1960-12-22
Also published as: BE593485A; CH384735A

Description

Schaltungsanordnung zur symmetrischen Spannungsbegrenzung von Spannungen wechselnder Polarität Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur symmetrischen Spannungsbegrenzung von sinusförmigen Wechselspannungen oder von Impulsen unterschiedlicher Polarität. Unter Impulsen sind auch Strom- oder Spannungsschritte wechselnder Polarität, z. B. Telegrafiezeichen usw., zu verstehen.Circuit arrangement for symmetrical voltage limitation of voltages alternating polarity The invention relates to a circuit arrangement for symmetrical voltage limitation of sinusoidal alternating voltages or pulses different polarity. Pulses also include current or voltage steps alternating polarity, e.g. B. Telegraphic characters etc. to understand.

Es ist bekannt, einen Amplitudenbegrenzer für die genannten Zwecke unter Verwendung von zwei nichtlinearen Schaltgliedern aufzubauen, die entweder gegeneinander oder aber auch entgegengesetzt parallel geschaltet sind. Für den Aufbau eines symmetrischen Amplitudenbegrenzers muß hierbei gefordert werden, daß die nichtlinearen Glieder möglichst gleiche Kennlinien besitzen, da sonst die Amplituden je nach Polarität verschieden begrenzt werden.It is known to use an amplitude limiter for the purposes mentioned using two non-linear switching elements to build either are connected in parallel against each other or in opposite directions. For building a symmetrical amplitude limiter must be required here that the non-linear Members have the same characteristics as possible, otherwise the amplitudes will depend on the polarity be limited differently.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist eine bekannte Begrenzerschaltung wiedergegeben. Die am Eingang E auftretende Wechselspannung soll für beide Polaritäten am Ausgang A auf einen genau definierten Amplitudenwert begrenzt werden. Hierzu sind die beiden Zenerdioden Z, die in entgegengesetzter Polung in Reihe geschaltet sind, hinter dem Begrenzerwiderstand B im Querzweig zwischen den Punkten a und b angeordnet. Die Eigenschaft der Zenerdiode besteht bekanntlich darin, daß sie auch von einer bestimmten in Sperrichtung angelegten Spannung an durchlässig wird. Die Sperrichtung einer Zenerdiode entspricht bei der gewählten Hintereinanderschaltung gleichzeitig der Durchlaßrichtung der anderen Zenerdiode. Somit fließt beim Auftreten einer Spannung, die größer ist als die Sperrspannung einer der Zenerdioden, ein Strom über die Zenerdioden Z und ruft an dem Widerstand B einen Spannungsabfall hervor. Da für alle Spannungen, die die Zenerspannung einer der Zenerdioden Z übersteigen, die beiden Zenerdioden praktisch einen Kurzschluß darstellen, wird die zwischen den Punkten a, b auftretende Spannung auf diesen Wert begrenzt.In Fig. 1 of the drawing, a known limiter circuit is shown. The alternating voltage occurring at input E should be limited to a precisely defined amplitude value for both polarities at output A. For this purpose, the two Zener diodes Z, which are connected in series with opposite polarity, are arranged behind the limiter resistor B in the shunt arm between points a and b . As is well known, the property of the Zener diode is that it also becomes conductive from a certain voltage applied in the reverse direction. The reverse direction of a Zener diode corresponds with the selected series connection at the same time to the forward direction of the other Zener diode. Thus, when a voltage occurs that is greater than the reverse voltage of one of the Zener diodes, a current flows through the Zener diodes Z and causes a voltage drop across the resistor B. Since the two Zener diodes practically represent a short circuit for all voltages which exceed the Zener voltage of one of the Zener diodes Z, the voltage occurring between points a, b is limited to this value.

Aus den Erläuterungen ergibt sich, daß für die eine Polarität der angelegten Spannung die eine der Zenerdioden maßgebend ist, während für die andere Polarität die Zenerspannung der anderen Diode entscheidend ist. Sofern also die beiden Dioden unterschiedliche Zenerkennlinien besitzen, wird die angelegte Spannung je nach der angelegten Polarität auf verschiedene Werte begrenzt. Praktisch können aber an die Kennlinien der Zenerdioden keine hohen Anforderungen gestellt werden, so daß auch an die Symmetrie der Begrenzung bei einer derartigen Schaltung keine großen Anforderungen gestellt werden können.From the explanations it follows that for one polarity the applied voltage one of the Zener diodes is decisive, while for the other Polarity the Zener voltage of the other diode is decisive. So if the the two diodes have different Zener characteristics, the applied voltage is limited to different values depending on the polarity applied. Practically can but no high requirements are placed on the characteristics of the Zener diodes, so that the symmetry of the limitation in such a circuit does not have any great demands can be made.

Die Schwierigkeiten der Symmetrie ergeben sich auch bei anderen bekannten Schaltungen, bei denen zwei nichtlineare Glieder verwendet werden müssen.The difficulties of symmetry also arise with other known ones Circuits in which two non-linear elements must be used.

Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Die Erfindung besteht darin, daß bei Schaltungsanordnungen zur symmetrischen Spannungsbegrenzung ein einziges Spannungsbegrenzerglied über eine Doppelweggleichrichterschaltung derart angeschaltet ist, daß dieses einzige Spannungsbegrenzerglied unabhängig von der Polarität der an die Anordnung angelegten Spannung in der gewünschten Richtung wirksam wird.With the circuit arrangement according to the invention, these disadvantages become avoided. The invention consists in that in circuit arrangements for symmetrical Voltage limitation a single voltage limiter element via a full-wave rectifier circuit is turned on in such a way that this single voltage limiter element is independent of the polarity of the voltage applied to the device in the desired direction takes effect.

Auch bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist die Verwendung einer Zenerdiode besonders vorteilhaft. Einzelheiten der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sowie deren Vorteile werden an Hand von drei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden erläutert.The circuit arrangement according to the invention is also used a Zener diode is particularly advantageous. Details of the circuit arrangement according to the invention and its advantages are illustrated by means of three in the drawing Embodiments explained in the following.

Die Fig. 2 zeigt die Grundschaltung der neuen Schaltungsanordnung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt wiederum die über den Widerstand B zu begrenzende Wechselspannung am Eingang E. Als Vergleichsspannung dient die Zenerspannung der Zenerdiode Z. Diese ist gemäß der Erfindung über den aus den Gleichrichtern Grl bis Gr4 bestehenden Brückengleichrichter angeschaltet. Wie diese Figur ohne weiteres erkennen läßt, wird die Symmetrie der Begrenzung in diesem Fall nur noch durch die Streuungen der Durchlaßkennlinien der Gleichrichter Gyl bis Gr4 bestimmt. Diese Streuungen in den Durchlaßkennlinien lassen sich aber bekanntlich auch ohne besondere Aussortierung der Gleichrichter erheblich geringer halten als die Streuungen der Zenerkennlinien im Sperrbereich.2 shows the basic circuit of the new circuit arrangement. In the illustrated embodiment, again, the resistor is located B AC voltage to be limited at input E. The Zener voltage of the Zener diode Z. According to the invention, this is above that of the rectifiers Grl to Gr4 existing bridge rectifiers are switched on. Like this figure without further reveals, the symmetry of the boundary in this case only becomes determined by the spread of the transmission characteristics of the rectifiers Gyl to Gr4. However, as is known, these scatter in the transmission characteristics can also be avoided Keep special sorting out of the rectifier considerably lower than the scatter the Zener characteristics in the restricted area.

Auch der Aufwand für diese Schaltungsanordnung ist nicht größer, da für den Brückengleichrichter einfache Gleichrichter verwendet werden können, während als Zenerdioden mit Rücksicht auf die im Begrenzer umgesetzte Leistung im allgemeinen kostspielige Leistungszenerdioden zu verwenden sind. Wie schon erwähnt, kann bei einer derartigen Schaltungsausführung jedes spannungsbegrenzende Schaltelement vorgesehen werden. So ist es beispielsweise bei Begrenzungen für höhere Spannungen denkbar, an dieser Stelle einen Glimmstabilisator vorzusehen. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann dann gleichzeitig die Hilfsspannung für die Zündelektrode eines derartigen Glimmstabilisators über weitere Gleichrichter von der zu begrenzenden Spannung entnommen werden.The expense for this circuit arrangement is not greater either simple rectifiers can be used while for the bridge rectifier as Zener diodes with regard to the power converted in the limiter in general expensive power zener diodes are to be used. As already mentioned, In such a circuit design, any voltage-limiting switching element can be used are provided. This is the case, for example, with limits for higher voltages conceivable to provide a glow stabilizer at this point. According to a further training of the inventive idea can then simultaneously the auxiliary voltage for the ignition electrode such a glow stabilizer via further rectifiers from the to be limited Voltage can be removed.

Eine Schaltungsausführung hierzu zeigt die Fig. 3. Bei dieser Schaltungsausführung ist als spannungsbegrenzendes Glied die Glimmstabilisatorröhre St vorgesehen, die ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Zenerdiode über die Brückengleichrichter Grl bis Gr4 angeschlossen ist. In dem Stromkreis zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A sind die Widerstände B vorgesehen. Die der Zündelektrode C über den Widerstand W zuzuführende Spannung wird von der Speisespannung über die Gleichrichter Gr5 bzw. Gr6 entnommen.A circuit design for this is shown in FIG. 3. In this circuit design the glow stabilizer tube St is provided as a voltage-limiting element, the just as in the embodiment according to FIG. 2, the Zener diode via the bridge rectifier Grl to Gr4 is connected. In the circuit between input E and the Output A, the resistors B are provided. The ignition electrode C via the resistor The voltage to be supplied to W is derived from the supply voltage via the rectifier Gr5 or Taken from Gr6.

Die an Hand der Fig. 2 und 3 erläuterten Schaltungsausführungen können zur Begrenzung von Wechselstromimpulsen, z. B. von Telegrafiezeichen, verwendet werden, also für Spannungen, bei denen Rechteckwechsel mit unterschiedlicher oder auch gleicher Breite der einzelnen Schritte aufeinanderfolgen. Sollen jedoch reine Wechselspannungen entsprechend begrenzt werden, so kann die Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit Hilfe von zwei Gleichrichtern und einer Mittelpunktschaltung ersetzt werden. Ein Ausführungsbeispiel hierzu zeigt die Fig. 4, in der die Zenerdiode Z an den gemeinsamen Punkt der entgegengesetzt in Reihe geschalteten Gleichrichter Gr7 und Gr8 sowie an den Mittelabgriff des Übertragers U sekundärseitig angeschlossen ist.The circuit designs explained with reference to FIGS. 2 and 3 can to limit alternating current pulses, e.g. B. Telegraphic characters used be, so for voltages where rectangle changes with different or also follow one another with the same width of the individual steps. However, they should be pure AC voltages are limited accordingly, so the circuit arrangement according to the invention with the help of two rectifiers and a midpoint circuit be replaced. An exemplary embodiment for this is shown in FIG. 4, in which the Zener diode Z to the common point of the rectifiers connected in opposite series Gr7 and Gr8 and connected to the center tap of the transformer U on the secondary side is.

Die Anwendung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise an Stelle der Zenerdiode in Fig. 2 oder 4 bzw. des Glimmstabilisators in Fig. 3 ein anderes nichtlineares Glied eingesetzt werden. Hierdurch wird es möglich, die gesamte Schaltung zur nullpunktsymmetrischen Verzerrung von Wechsel-oder Gleichspannungen zu verwenden. Derartige Vierpole könnten in logarithmischen Verstärkern, als Funktionsgeneratoren mit nullsymmetrischer Kennlinie, in Analogierechengeräten oder in Dynamikdehnern und -pressern, d. h. in Kompandern, verwendet werden, wobei nur wenige geradzahlige Oberwellen erzeugt werden.The application of the circuit arrangement according to the invention is not limited to the exemplary embodiments described. For example, at Set the Zener diode in Fig. 2 or 4 or the glow stabilizer in Fig. 3 other non-linear element can be used. This makes it possible to use the entire Circuit for zero point symmetrical distortion of AC or DC voltages to use. Such quadrupoles could be used in logarithmic amplifiers as function generators with zero-symmetrical characteristic, in analog computing devices or in dynamic stretchers and pressers, d. H. in companders, with only a few being even-numbered Harmonics are generated.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Circuit arrangement for the symmetrical voltage limitation of alternating voltages and of pulses of different polarity, z. B. telegraphic characters, with the help of a non-linear member, e.g. B. a Zener diode, characterized in that a single non-linear element is connected via a full wave rectifier circuit in such a way that this element is effective in the desired direction regardless of the polarity of the voltage applied to the arrangement.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that a Zener diode (Z) is provided as a voltage-limiting element, which is connected as a shunt branch via four rectifiers (Grl ... Gr4) connected to form a bridge so that the Zener diode loads the bridge rectifier circuit ( Fig. 2).

3. Circuit arrangement according to Claim 1, characterized in that a glow stabilizer is used as the voltage-limiting member (St) is provided, its auxiliary voltage for the ignition electrode via rectifier (Gr5, Gr6) is branched off from the voltage to be limited (Fig. 3).

4. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that for the limitation of pure, sinusoidal AC voltages a voltage-limiting element, preferably in the form of a Zener diode (Z), between the center tap of the secondary winding of a transformer (tJ) and connected to the intermediate point of two diodes (Gr7, Gr8) connected in series against one another which are connected to the secondary winding of the transformer (Fig. 4).