DE1138847C2 - Phasenempfindliche Gleichrichterschaltung - Google Patents

Description

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tungsanordnung nur dann in einem eindeutigen Be- die Schaltung nach F i g. 2 durch die Schaltung nach triebszustand, wenn die Signaleingangsspannung in F i g. 4 ersetzen. Auch hier sind beide Transistoren ihrer Amplitude nicht größer wird als die Amplitude gesperrt, da die Basiselektroden sich auf dem Potender Bezugsspannung. Wird nämlich die Eingangs- tial der jeweiligen Emitterelektroden befinden,
spannung amplitudenmäßig größer als die Bezugs- 5 Bei einer Steuerung der Transistoren ([Z₆₇=J=O) erspannung, so ist die Gefahr gegeben, daß der jeweils geben sich die nachfolgend beschriebenen Verhältsperrende Transistor nicht mehr blockiert. Für diesen nisse:

Fall fließt jedoch, abhängig von der Stromrichtung, Es sollen im betrachteten Augenblick die ungeklam-

ein unterschiedlicher Strom im Lastwiderstand. merten Vorzeichen für die Polarität von Bezugs- und

Zur weiteren Vervollkommnung der phasen- io Signalspannung gelten. Es gilt dann die Ersatzschalempfindlichen Gleichrichterschaltung nach der Haupt- tung nach Fig. 5. Die im Basiskreis von T₁ auftrepatentanmeldung wird die Schaltungsanordnung ge- tende Signalspannung ist so gepolt, daß Transistor T₁ maß der Erfindung so ausgebildet, daß in den Basis- noch weiter gesperrt wird. Hingegen steuert die im kreis jedes Transistors in Reihe zu zwei sekundär- Basiskreis von T₂ auftretende Spannung diesen Transeitigen Wicklungen des Signalübertragers je eine 15 sistor in Durchlaßrichtung aus. Transistor T₂ arbeitet Kompensationsspannungsquelle eingeschaltet ist und in diesem Fall in Kollektorschaltung. Bei kleinen der Basissteuerkreis derart ausgebildet ist, daß die Werten des Lastwiderstandes R_L ist der über R_L Reihenschaltung aus einer sekundärseitigen Wicklung fließende Strom i_L gegeben durch die Beziehung und der zugehörigen Kompensationsspannungsquelle i_L = K- i_B. Hierin bedeuten i_B den durch die Auseinerseits mit der Basiselektrode des zugehörigen 20 steuerung hervorgerufenen Basisstrom von T₂ und K Transistors und andererseits mit einer Mittelanzap- den Kurzschlußstromverstärkungsfaktor in Kollektorfung der entsprechenden Hälfte der Sekundärwick- schaltung. Der durch den Strom i_L hervorgerufene lung des Bezugsspannungsübertragers verbunden ist, Spannungsabfall an R_L ist für Transistor T₁ ohne Bewobei die Kompensationsspannung im Sinne einer deutung, da dieser nur die wirksame Kollektorspan-Sperrung des Transistors wirkt und deren Größe in 25 nung von T₁ vergrößert.

jedem Augenblick gleich einem Viertel des Betrages In einem späteren Augenblick sollen die geklam-

der an der Sekundärwicklung des Bezugsspannungs- merten Vorzeichen für die Polarität von Bezugs- und

Übertragers auftretenden Wechselspannung ist. Signalspannung gelten. Dann haben beide Spannun-

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß ohne gen ihr Vorzeichen gewechselt. Die relative Phasen-Signalspannung jede Basis in jedem Augenblick je- 30 lage zwischen Bezugs- und Signalspannung ist jedoch weils (scheinbar) mit derjenigen Elektrode des be- erhalten geblieben. Es gilt dann das Ersatzschaltbild treffenden Transistors verbunden ist, die gerade in nach Fig. 6, wobei der Transistor T₁ (in Kollektordemselben Augenblick als Emitter fungiert. Der KoI- schaltung) Strom führt, während der Transistor T₂ lektorstrom ist also ohne Signalspannung sehr klein gesperrt ist. Der Laststrom ist gleichfalls gegeben (angenähert gleich Null). Dadurch erübrigt sich auch 35 durch i_L = K · i_B.

die Einführung von Basiswiderständen. Um die Signal- Gelten im betrachteten Augenblick die ungeklam-

leistung möglichst klein zu halten, ist es zweckmäßig, merten Vorzeichen für die Polarität der Bezugsspan-

die Innenwiderstände der Kompensationsspannungs- nung, die geklammerten Werte für die Polarität der

quellen möglichst klein zu halten. Die Kompensations- Signalspannung, so ergibt sich das Ersatzschaltbild

spannungen können durch Doppelweggleichrichtung 4° nach F i g. 7. Diesmal wird der Transistor T₁ in Emit-

einer entsprechenden, der Vergleichsspannung pro- terschaltung ausgesteuert. Der über den Lastwider-

portionalen Wechselspannung gesponnen werden. stand R_L fließende Strom i_L ist dann gegeben durch

Die Erfindung wird an Hand des in der F i g. 2 dar- i_L = β ■ i_B. Die Kurzschlußstromverstärkung β in gestellten Ausführungsbeispieles und an Hand der Emitterschaltung ist jedoch annähernd gleich der Fig. 3 bis 8 näher erläutert. In einem betrachteten 45 KurzschlußstromverstärkungK in Kollektorschaltung, Augenblick haben die an den Sekundärwicklungen so daß man auch hier schreiben kann i_L£si K ■ i_B. Der des Übertragers U₁ der Schaltungsanordnung nach Transistor T₂ wird durch die im Basiskreis wirksame F i g. 2 liegenden Bezugsspannungen die eingezeich- Signalspannung gesperrt. Der an R_L auftretende neten Polaritäten (ungeklammerte Zeichen). Die Si- Spannungsabfall wirkt der Sperrung von T₂ entgegen, gnalspannung sei Null. Dann wird durch die Kompen- 5° Bei kleinen Lastwiderständen ist dieser Effekt jedoch sationsspannungen die Basis des Transistors T₁ auf zu vernachlässigen. Die Erfindung soll jedoch nicht das Potential der zur Zeit als Emitter arbeitenden auf die Verwendung kleiner Lastwiderstände beElektrode α angehoben. Ebenfalls wird die Basis des schränkt sein.

Transistors T₂ auf das Potential der augenblicklichen " Gelten im betrachteten Augenblick die geklammer-

Emitterelektrode c angehoben. Für den betrachteten 55 ten Vorzeichen für die Polarität der Bezugsspannung,

Augenblick läßt sich die Schaltung nach F i g. 2 durch die ungeklammerten Vorzeichen für die Polarität der

die Schaltung nach F i g. 3 ersetzen. Ein Transistor, Signalspannung, so ist die relative Phasenlage die

■dessen Basis auf Emitterpotential liegt, ist bekannt- gleiche wie bei dem unmittelbar vorher betrachteten

lieh gesperrt. In der Anordnung nach F i g. 3 fließt Fall. F i g. 8 zeigt die entsprechende Ersatzschaltung,

deshalb weder ein Strom durch den Lastwiderstand 60 wobei der Transistor T₂ in Emitterschaltung Strom

noch durch die Transistoren. leitet und der Transistor T₁ gesperrt ist. Bei kleinen

Bei umgekehrter Polarität der Bezugsspannung, Werten des Lastwiderstandes wird dieser von einem

also in der nächsten Halbwelle, gelten die in F i g. 2 Strom i_L— β · i_B^nK ■ i_B durchflossen,

in Klammern eingetragenen Vorzeichen. Durch die Damit ist die Wirkungsweise bei den möglichen

Kompensationsspannungen wird die Basis von T₁ auf 65 Aussteuerungsfällen erläutert. Die Kompensations-

das Potential der Elektrode b angehoben, während Spannungsquelle hat, unter der Voraussetzung, daß

die Basis von T₂ auf das Potential von d gebracht die Signalspannung gleich Null ist, die Aufgabe, das

wird. Für den jetzt betrachteten Augenblick läßt sich Basispotential auf das Potential derjenigen Elektrode

anzuheben, die gerade als Emitter fungiert. Bisher wurde angenommen, daß Bezugs- und Signalspannung einen sinusförmigen zeitlichen Verlauf besitzen. Unter diesen Umständen ist es zweckmäßig, die Kompensationsspannung durch Doppelweggleichrichtung einer Wechselspannung zu erzeugen, deren Augenblickswerte denen der Vergleichsspannung proportional sind. Die in F i g. 2 eingezeichneten Widerstände R₁, R₂ sind vorgesehen, um dem bei der Aussteuerung auftretenden Basisstrom einen Weg über die Kompensationsspannungsquelle zu ermöglichen. Diese Widerstände ,R₁ und ..R₂ werden zweckmäßig klein bemessen, damit in ihnen möglichst wenig Signalleistung vernichtet wird. Die in F i g. 2 angegebene Schaltung zur Erzeugung der Kompensationsspannung ist auch bei anderen als sinusförmigen Kurvenformen 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 F i g. 2 angegebenen Kompensationsspannungsquellen K₁, K₂ werden dann vorteilhafterweise Batterien eingeschaltet. DieseBatterien haben praktisch unbegrenzte Lebensdauer, da sie

ίο 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Patentansprüche- pensationsspannungsquellen Batterien oder elek- p ' trolytisch wirkende Stabilisationszellen verwen-

1. Phasenempfindliche Gleichrichterschaltung det sind, zur Umformung eines Wechselspannungssignals

in einen Gleichstrom, der einen Lastwiderstand 5

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 In der Hauptpatentanmeldung (deutsche Patent-Wechselspannungssignals ist, bei der der Last- io schrift 1130 898) ist eine phasenempfindliche Gleichwiderstand im Nullzweig einer Brückenschaltung richterschaltung zur Umformung eines Wechselspanliegt, von der zwei Zweige durch einen mit seiner nungssignals in einen Gleichstrom, der einen Last-Mittelanzapfung an das eine Ende des Nullzweiges widerstand durchfließt und dessen Richtung durch geführten Spannungsteiler und die beiden anderen die Phase des Wechselspannungssignals im Vergleich Brückenzweige durch die Emitter-Kollektor- 15 zu der Phase einer Bezugsspannung bestimmt ist und Strecken zweier gleichartiger Transistoren, die dessen Größe proportional zur Amplitude des Wechsowohl normal als auch invers betreibbar sind, ge- selspannungssignals ist, beschrieben, bei der der Lastbildet sind, die mit je einer Elektrode an das widerstand im Nullzweig einer Brückenschaltung andere Ende des Nullzweiges und mit ihren freien liegt, von der zwei Zweige durch einen mit seiner Elektroden jeweils an ein freies Ende des Span- ao Mittelanzapfung an das eine Ende des Nullzweiges nungsteilers angeschlossen sind und deren Basis- geführten Spannungsteiler und die beiden anderen spannung über einen Übertrager eingeführt ist, Brückenzweige durch die Emitter-Kollektor-Strecken bei der nach dem Hauptpatent 1130 898 der zweier gleichartiger Transistoren, die sowohl normal Spannungsteiler aus den beiden Teilen einer als auch invers betreibbar sind, gebildet sind, die mit r mittelangezapften sekundärseitigen Wicklung eines 25 je einer Elektrode an das andere Ende des Nullzwei-1 Bezugsspannungsübertragers besteht, dem primär- ges und mit ihren freien Elektroden jeweils an ein j seitig die Bezugsspannung zugeführt ist, bei der freies Ende des Spannungsteilers angeschlossen sind das Wechselspannüngssignal über einen Signal- und deren Basisspannung über einen Übertrager einÜbertrager mit zwei voneinander getrennten Se- geführt ist, bei der der Spannungsteiler aus den kundärwicklungen mit gegenläufigem Wicklungs- 30 beiden Teilen einer mittelangezapften sekundärseisinn jeweils zwischen der Basis und der am Null- tigen Wicklung eines Bezugsspannungsübertragers bezweig liegenden Elektrode des einen Transistors steht, dem primärseitig die Bezugsspannung zugeführt bzw. zwischen der Basis und der dem Nullzweig ist, bei der das Wechselspannungssignal über einen , abgewandten Elektrode des anderen Transistors Signalübertrager mit zwei voneinander getrennten 1. zugeführt ist und bei der in die Verbindung der 35 Sekundärwicklungen mit gegenläufigem Wicklungs- ·, Sekundärwicklung des Signalübertragers zur Basis sinn jeweils zwischen der Basis und der am Nullzweig , des zugehörigen Transistors außer einem Wider- liegenden Elektrode des einen Transistors bzw. zwi- r stand noch je eine Zenerdiode mit jeweils gleicher sehen der Basis und der dem Nullzweig abgewandten Polung eingefügt ist, deren Zenerspannung U_z ^ Elektrode des anderen Transistors zugeführt ist und dem Betrag der sekundärseitigen Bezugsspan- 40 bei der in die Verbindung der Sekundärwicklung des nung ist, dadurch gekennzeichnet, daß Signalübertragers zur Basis des zugehörigen Tranin den Basiskreis jedes Transistors in Reihe zu sistors außer einem Widerstand noch je eine Zenerzwei sekundärseitigen Wicklungen des Signalüber- diode mit jeweils gleicher Polung eingefügt ist, deren tragers (V₂) je eine Kompensationsspannungs- Zenerspannung U₂ ^ dem Betrag der sekundärseitigen quelle (K₁, K₂) eingeschaltet ist und der Basis- 45 Bezugsspannung ist. 1 steuerkreis derart ausgebildet ist, daß die Reihen- Die F i g. 1 zeigt eine derartige, in der Hauptpatentschaltung aus einer sekundärseitigen Wicklung anmeldung beschriebene phasenabhängige Gleichrich- und der zugehörigen Kompensationsspannungs- terschaltung ohne Einschaltung von Dioden in den quelle einerseits mit der Basiselektrode des züge- Basiskreis. Bei dieser Schaltung führen bei fehlenhörigen Transistors und andererseits mit einer 50 der Steuerspannung während einer Halbwelle der Mittelanzapfung der entsprechenden Hälfte der Bezugsspannung U₁₂ beide Transistoren Strom. Neben Sekundärwicklung des Bezugsspannungsübertra- einer Erwärmung der Transistoren erfolgt auch eine gers (V₁) verbunden ist, wobei die Kompen- Vormagnetisierung des Eisenkernes von U₁. Um die sationsspannung im Sinne einer Sperrung des Transistoren nicht zu überlasten, sind Basiswider-Transistors wirkt und deren Größe in jedem 55 stände R₁, R₂ vorgesehen. Andererseits wird bei einer Augenblick gleich einem Viertel des Betrages der Aussteuerung der Transistoren in diesen Widerstänan der Sekundärwicklung des Bezugsspannungs- den auch Steuerleistung verbraucht. Durch Einschalübertragers (V₁) auftretenden Wechselspannung ist. tung von Dioden in den Basiskreis werden diese

2. Phasenempfindliche Gleichrichterschaltung Nachteile bereits weitgehend vermieden.

nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 60 Ferner können nach »Handbook of Semiconductor

die Kompensationsspannung durch Doppelweg- Electronics» von Hunter, 1965, S. 16-26,

gleichrichtung einer Wechselspannung erzeugt ist, Fig. 16.41, bei dieser Schaltung die Transistoren in-

deren Augenblickswerte denen der Bezugsspan- vers betrieben werden. Die Einspeisung der Signal-

nung proportional sind. spannung wird hierbei über einen Eingangsspannungs-

3. Phasenempfindliche Gleichrichterschaltung, 65 teiler vorgenommen, während die Bezugsspannung in bei der die Bezugs- und Signalspannung zeitlich die Basiskreise der beiden Transistoren eingekoppelt rechteckförmigen Verlauf besitzen, nach An- wird. Wie aus dieser Literaturstelle, S. 16-27, zweispruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Korn- ter Absatz, zu entnehmen ist, ist die bekannte Schal-