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Phasenempfindliche Gleichrichterschaltung, JD Zusatz zur Patentanmeldung
S 60115 VIII b f 21 c (Auslegeschrift 1130 898)
In der Hauptpatentanmeldung
(deutsche Auslegeschrift 1130 898) ist eine phasenernpfindliche Gleichrichterschaltung
zur Umforrnung eines Wechselspannun 'gssignals in einen Gleichstrom, der einen Lastwiderstand
durchfließt und dessen Richtung durch die Phase des Wechselspannungssignals im Vergleich
zu der Phase einer Bezugsspannung bestimmt ist und dessen Größe proportional zur
Amplitude des Wechselspannungssignals ist, beschrieben, bei der die beiden Teile
einer mittelangezapften sekundärseitigen Wicklung eines Bezugsspannungsübertragers,
dem primärseitig die Bezugsspannung zugeführt ist, Zweige einer Brückenschaltung
und die Kollektor-Emitter-Strecke je eines Transistors die jOgenüberliegenden
Zweige dieser Brückenschaltung bilden, in derem Nullzweig zwischen der Mittelanzapfung
und der kollektor- bzw. ernitterseitigen Verbindung der beiden Transistoren der
Lastwiderstand liegt und bei der das Wechselspannungssignal über einen Signalübertrager
den Basiskreisen derart zugeführt ist, daß die Transistoren gegenphasig gesteuert
werden.
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Dir, Fig. 1 zeigt eine derartige in der Hauptpatentanmeldung
beschrieben-- phasenabhängige Gleichrichterschaltung. Bei dieser Schaltung führen
bei fehlender Steuerspannung während einer Halbwelle der BezugsspannungU"beideTransistorenStrom.
Neben einer Erwärmung der Transistoren erfolgt auch eine Vormagnetisierung des Eisenkernes
von U,. Urn. die Transistoren nicht zu überlasten, sind Basiswiderstände
Rj, R., vorgesehen. Andererseits wird bei einer Aussteuerung der Transistoren
in diesen Widerständen auch Steuerleistung verbraucht.
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Zur weiteren Vervollkommnung der phasenempfindlichen Gleichrichterschaltung
nach der Hauptpatentanmeldung wird die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung so
ausgebildet, daß in den Basiskreis jedes Transistors in Reihe zu zwei sekundärseitigen
Wicklungen des Signalübertragers je eine ,squelle eingeschaltet ist und Kompensationsspannung
der Basissteuerkreis derart ausgebildet ist, daß die Reihenschaltung aus einer sekundärseitigen,
Wicklung und der zugehörigen Kompensationsspannungsquelle einerseits mit des Basiselektrode
des zugehörigen Transistors und andererseits mit einer Mittelanzapfung der -entsprechenden
Hälfte der Sekundärwicklung des Bezugsspannungsübertragers verbunden ist, wobei
die Kompensationsspannung im Sinne einer Sperrung des Transistors wirkt und deren
Größe in jedem Augenblick gleich einem Viertel des Betrages der an der Sekundärwicklung
des Bezugsspannungsübertragers auftretenden Wechselspannung ist.
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Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß ohne Signalspannung jede
Basis in jedem Augenblick jeweils (scheinbar) mit derjenigen Elektrode des betreffenden-
Transistors verbunden ist, die gerade in demselben Augenblick als Emitter fungiert.
Der Kollektorstrom ist also ohne Signalspannung sehr klein (angenähert gleich Null).
Dadurch erübrigt sich auch die Einfügung von Basiswiderständen. Um die Signalleistung
möglichst klein zu halten, ist es zweckmäßig, die Innenwiderstände der Kompensationsspannungsquellen
möglichst klein zu halten. Die Kompensations.-spannungen können durch Doppelweggleichrichtung
einer entsprechenden, der Vergleichsspannung proportionalen Wechselspannung geponnen
werden.
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Die Erfindung wird an Hand des in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispieles
und an Hand der Fig. 3 bis 8 näher erläutert. In einem betrachteten
Augenblick haben die an den Sekundärwicklunge'n des übertragers ü, der Schaltungsanordnung
nach Fig. 2 liegenden Bezugsspannungen die eingezeichnet ten Polaritäten (ungeklammerte
Zeichen). Die Signalspannung sei Null. Dann wird durch die Kompensationsspannungen
die Basis des Transistors T, auf das Potential der zur Zeit als Emitter arbeitenden
Elektrode a angehoben. Ebenfalls wird die Basis des Transistors T., auf das
Potential der augenblicklichen Emitterelektrode c angehoben. Für den betrachteten
Augenblick läßt sich die Schaltung nach Fig. 2 durch die Schaltung nach Fig.
3 ersetzen. Ein Transistor. dessen Basis auf Ernitterpotential liegt, ist
bekanntlich gesperrt. In der Anordnung nach Fig. 3 fließt deshalb weder ein
Strom durch den Lastwiderstand noch durch die Transistoren.
Bei
umgekehrter Polarität der Bezugsspannung, also in der nächsten Halbwelle, gelten
die in Fig. 2 in Klammern eingetragenen Vorzeichen. Durch die Kompensationsspannungen
wird die Basis von Ti auf das Potential der Elektrodeb angehoben, während die Basis
von T, auf das Potential von d gebracht wird. Für den jetzt betrachteten
Augenblick läßt sich die Schaltung nach Fig. 2 durch die Schaltung nach Fig. 4 ersetzen.
Auch hier sind beide Transistoren gesperrt, da die Basiselektroden sich auf dem
Potential der jeweiligen Emitterelektroden befinden.
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Bei einer Steuerung der Transistoren (UM * 0) ergeben
sich die nachfolgend beschriebenen Verhältnisse: Es sollen im betrachteten Augenblick
die ungeklammerten Vorzeichen für die Polarität von Bezugs- und Signalspannung gelten.
Es gilt dann die Ersatzschaltung nach Fig. 5. Die im Basiskreis von Ti auftretende
Signalspannung ist so gepolt, daß TransistorT, noch weiter gesperrt wird. lüngegen
steuert die im Basiskreis von T2 auftretende Spannung diesen Transistor in Durchlaßrichtung
aus. Transistor T2 arbeitet in diesem Fall in Kollektorschaltung. Bei kleinen Worten
des Lastwiderstandes RL ist der über RL fließende Strom iL gegeben durch die Beziehung
'L = K - iB. Hierin bedeuten iB den durch die Aussteuerung hervorgerufenen
Basisstrom von T, und K den Kurzschlußstromverstärkungsfaktor in Kollektorschaltung.
Der durch den Strom iL hervorgerufene Spannungsabfall an RL ist für Transistor T,
ohne Bedeutung, da dieser nur die wirksame Kollektorspannung von T, vergrößert.
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In einem späteren Augenblick sollen die geklammerten Vorzeichen für
die Polarität von Bezugs- und Signalspannung gelten. Dann haben beide Spannungen
ihr Vorze-ichen gewechselt. Die relative Phasenlage zwischen Bezugs- und Sigaalspannung
ist jedoch erhalten geblieben. Es gilt dann das Ersatzschaltbild nach Fig.
6, wobei der Transistor T, (in Kollektorschaltung) Strom führt, während der
Transistor T.,
gesperrt ist. Der Laststrom ist gleichfalls gegeben durch 'L
= K - iB.
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Gelten im betrachteten Augenblick die ungeklammerten Vorzeichen für
die Polarität der Bezugsspannung, die geklammerten Werte für die Polarität der Signalspannung,
so ergibt sich da& Ersatzschaltbild nach Fig. 7. Diesmal wird der Transistor
Ti in Emitterschaltung ausgesteuert. Der über den Lastwiderstand RL fließende Strom
iL ist dann gegeben durch IL = ß ' iB. Die Kurzschlußstromverstärkung
ß in Emitterschaltung ist jedoch annähernd gleich der Kurzschlußstromverstärkung
K in Kollektorschaltung, so daß man auch hier schreiben kann iL 5z-- K
- iB. Der Transistor T2wird durch die im Basiskreis wirksame Signalspannung
gesperrt. Der an RL auftretende Spannungsabfall wirkt der Sperrung von, T, entgegen.
Bei kleinen Lastwiderständen ist dieser Effekt jedoch zu vernachlässigen. Die Erfindung
soll jedoch nicht auf die Verwendung kleiner Lastwiderstände beschränkt sein.
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Gelten im betrachteten Augenblick die geklammerten Vorzeichen für
die Polarität der Bezugsspannung, die ungeklammerten Vorzeichen für die Polarität
der Signalspannung, so ist die relative Phasenlage die gleiche wie bei dem unmittelbar
vorher betrachteten Fall. Fig. 8 zeigt die entsprechende Ersatzschaltung,
wobei der Transistor T , in Emitterschaltung Strom 'leitet und der Transistor T,
gesperrt ist. Bei kleinen Werten des Lastwiderstandes wird dieser von einem Strom
'L = ß - iB ## K - iB durchtlossen.
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Damit ist die Wirkungsweise bei den möglichen Aussteuerungsfällen
erläutert. Die Kompensationsspannungsquelle hat, unter der Voraussetzung, daß die
Signalspannung gleich Null ist, die Aufgabe, das Basispotential auf das Potential
derjenigen Elektrode anzuheben, die gerade als Emitter fungiert. Bisher wurde angenommen,
daß Bezugs- und Signalspannung einen sinusförmigen zeitlichenVerlauf besitzen. Unter
diesen Umständen ist es zweckmäßig, die Kompensationsspannung durchDoppelweggleichrichtungeiner
Wechselspannung zu erzeugen, deren Augenblickswerte denen der Vergleichsspannung
proportional sind. Die in Fig. 2 eingezeichneten Widerstände RJ, R, sind vorgesehen,
um dem bei der Aussteuerung auftretenden Basisstrom einen Weg über die Kompensationsspannungsquelle
zu ermöglichen. Diese Widerstände Ri und R., werden zweckmäßig klein bemessen,
damit in ihnen möglichst wenig Signalleistung vernichtet wird. Die in Fig. 2 angegebene
Schaltung zur Erzeugung der Kompensationsspannung ist auch bei anderen als sinusförmigen
Kurvenforinen für Bezugs- und Signalspannung brauchbar. Ein Sonderfall tritt ein
bei zeitlich rechteckförmigem Verlauf von Bezugs- und Signalspannung. In diesem
Fall kann man eine zeitlich konstante Kompensationsspannung verwenden. An Stelle
der in Fig. 2 angegebenen Kompensationsspannungsquellen Kl, K2 werden dann
vorteilhafterweise Batterien eingeschaltet. Diese Batterien haben praktisch unbegrenzte
Lebensdauer, da sie bei der Aussteuerung aufgeladen werden. An- Stelle der Batterien
kann man auch elektrolytisch wirkende Stabilisationszellen verwenden. Bei, der Darstellung
der übertrager wurde, wo dies zum Verständnis der Schaltung angebracht erschien,
der Wicklungsanfang durch einen Punkt markiert.