DE1303795C2

DE1303795C2 - TRANSMITTERS FOR LOW DC VOLTAGES

Info

Publication number: DE1303795C2
Application number: DE19641303795D
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Knick, Dipl.-Ing. Ulrich,1000 Berlin
Priority date: 1964-01-29
Filing date: 1964-01-29
Publication date: 1973-06-14
Also published as: DE1303795B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßumformer zur Umformung kleiner Gleichspannungen in Wechselspannungen mittels Kapazitätsdioden, die von einer unsymmetrischen in deren Sperrbercich verschobenen Wechselspannung gesteuert werden. Solche Meßumformer dienen zur Messung und Verstärkung kleiner Gleichspannungen, wobei die zu messende Gleichspannung in eine leichter zu verstärkende Wechselspannung umgewandelt wird. Diese Meßumformer enthalten eine oder mehrere Kapazitätsdioden, deren Kapazität von der an der Diode anliegenden Steuerwechselspannung abhängig ist. Wenn die Diodenspannung durch die angelegte Steuerwechselspannung periodisch geändert wird, so ändert sich auch die Kapazität der Diode im Takte der Steuerwcchselspannung. Eine über einen Vorwiderstand zugeführte Meßgleichspannung wird daher durch eine solche periodisch schwankende Diodenkapazität moduliert. The invention relates to a transducer for converting small DC voltages into AC voltages by means of capacitance diodes, which are from an asymmetrical in their blocking area shifted AC voltage can be controlled. Such transducers are used for measurement and amplification smaller DC voltages, whereby the DC voltage to be measured is converted into an easier one to amplify AC voltage is converted. These transducers contain one or more capacitance diodes, the capacitance of which differs from that of the diode Control AC voltage is dependent. When the diode voltage by the applied control AC voltage is changed periodically, the capacitance of the diode also changes in the cycle of the control alternating voltage. A DC measuring voltage supplied via a series resistor is therefore by a such periodically fluctuating diode capacitance is modulated.

Ein solcher bekannter Meßumformer ist in Fig. 1 dargestellt. Dieser Meßumformer weist einen Transformator mit einer Primärwicklung 1 und einer Sekundärwicklung 2 auf, dessen Primärwicklung 1 die Steuerwechselspannung zugeführt wird. Die Sekundärwicklung 2 dieses Transformators steht mit zwei gleichen hintereinandergeschaiteten Brückenwider- <;t;inrlen 3 und mit zwei hintereinandergeschaiteten Kapazitätsdioden 4 in Verbindung. Die beiden Kapazitätsdioden sind mittels zweier Gleichspannungs quellen 11 in Sperrichtung vorgespannt. Die zu messende Gleichspannung wird über einen Vorwiderstand 5 dem Verbindungspunkt der beiden Kapazitälsdioden 4 zugeführt. Die hierbei entstehende modulierte Wechselspannung kann über einen Kondensator 6 entnommen werden.Such a known transmitter is shown in FIG. 1 shown. This transmitter has a transformer with a primary winding 1 and a secondary winding 2, the primary winding 1 of which is supplied with the AC control voltage. The secondary winding 2 of this transformer stands with two identical bridge resistors connected one behind the other. <; t; inrlen 3 and with two cascaded Capacitance diodes 4 in connection. The two capacitance diodes are by means of two direct voltages sources 11 biased in the reverse direction. The DC voltage to be measured is supplied via a series resistor 5 fed to the connection point of the two capacitive diodes 4. The resulting modulated alternating voltage can be taken from a capacitor 6.

Dieser bekannte Meßumformer hat den Nachteil,This known transmitter has the disadvantage

ίο daß infolge der Gleichrichterwirkung der Kapazitätsdioden und der Vorspannung 11 in dem Sperrbereich ein Si-Om erzeugt wird, der über den Gleichspannungseingang fließt. Die von den beiden Kapazitätsdioden 4 erzeugten Ströme sind zwar entgegengesetzt ίο that as a result of the rectifier effect of the varactor diodes and the bias voltage 11 in the blocking range a Si-Om is generated via the DC voltage input flows. The currents generated by the two capacitance diodes 4 are in opposition

gerichtet, so daß sie sich zum Teil aufheben. Es ist jedoch schwierig, über einen größeren Temperaturbereich eine ausreichende Kompensation der beiden DiodenströTie zu erreichen. Es ist daher notwendig, die Steuerwechselspannung klein zu halten, um in einem annähernd linearen Gebiet der Stromspannungs-Kennlinie der Kapazitätsdioden zu bleiben Mit kleinen Steuerspannungen läßt sich aber nur eine kleine Kapazitätsänderung der Dioden und damit tun ein niedriger Modulationsgrad sowie ein schlechterdirected so that they partially cancel each other out. However, it is difficult to cover a wider temperature range to achieve sufficient compensation of the two diode currents. It is therefore necessary to keep the control alternating voltage small in order to be in an approximately linear area of the current-voltage characteristic of the capacitance diodes to stay With small control voltages only one small change in capacitance of the diodes and thus a lower degree of modulation and a worse one

Wirkungsgrad des Meßumformers erreichen.Achieve converter efficiency.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Meßumformer der οίκ·η bezeichneten Art so aus zubilden, daß er einen hohen Wirkungsgrad aufweis! Gleichzeitig soll auch der über den Gleichspannungseingang fließende Slörstroin möglichst klein gehalten werden.The invention is based on the object of designing the measuring transducer of the type designated οίκ · η zubilden that it has a high efficiency! At the same time, the one via the DC voltage input should also be used flowing slörstroin should be kept as small as possible.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Unsymmetrie der Steucrwechsclspannung durch ein nichtlinca.es Glied (Diode oder gv-This object is achieved according to the invention in that the asymmetry of the control alternating voltage by a non-linear element (diode or gv-

steuerter Transistor) derail erzeugt wird, daß dL· Dioden in den Durchlaßbereich insoweit ausgesteuert werden, daß r'ie Durchlaß- und Spcrrteilströme einander wenigstens annähernd kompensieren.controlled transistor) derail is generated that dL Diodes in the transmission range are controlled to the extent that the transmission and partial flow currents are mutually exclusive at least approximately compensate.

Durch eine Vergrößerung der in Sperrichtung anliegenden Spannung wird der Diodenstrorn nur geringfügig vergrößert, so daß die unsymmetrische Steucrwechselspannung wesentlich größer bemessen werden kann, ohne d^n Diodenstrom zu vergrößern. Dadurch wird ein höherer Modulationsgrad und damit ein größerer Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Meßumformers erreicht. Durch eine kleine Aussteuerung der Kapazitätsdioden in deren Durchlaßbereich läßt sich eine weitgehende Beseitigung des über den Gleichspannungseingang fließenden Stör-Stroms durch Kompensation erreichen.By increasing the voltage applied in the reverse direction, the diode current is only slightly enlarged, so that the asymmetrical control alternating voltage dimensioned significantly larger can be without increasing the diode current. This results in a higher degree of modulation and thus a higher degree of efficiency of the invention Transmitter reached. With a small modulation of the capacitance diodes in their pass band the interference current flowing through the DC voltage input can be largely eliminated achieve through compensation.

Es sind bereits Meßumformer mit zwei Kapazitätsdioden bekannt (»Nachrichtentechnik«, 1962, Heft 12, S. 465, 466, Bild 3 und Bild 6), deren Kapazitätsdioden durch eine kleine Steuerwechselspannung von 0,5 V effektiv, also 0,7 V Spitzenspannung pro Diode lediglich im Sperrbereich ausgesteuert werden, so daß im Durchlaßbereich der Dioden keine Spannungen auftreten. Zur Einstellung des Arbeitspunktes im Sperrbereich ist eine konstante Gleichspannung notwendig. Wegen dieser Vorspannung fließt durch die Kapazitätsdioden ein Störstrom, da ihre Leitfähigkeit auch im Sperrbereich nicht vernachlässigbar klein ist. Im Gegensatz dazu werden beim erfindungsgemäßen Meßumformer die Kapazitätsdioden sowohl im Sperrbereich als auch im Durchlaßbereich durch die Steuerwechselspannung ausgesteuert, die im Sperrbereich wesentlich größer als im Durchlaßbereich ist. Es ist ferner ein Meßumformer ohne Kapazitäts-There are already transducers with two capacitance diodes known ("Nachrichtenentechnik", 1962, Issue 12, pp. 465, 466, Fig. 3 and Fig. 6), whose capacitance diodes are controlled by a small alternating control voltage of 0.5 V effective, i.e. 0.7 V peak voltage per diode can only be controlled in the blocking range, so that no voltages occur in the pass band of the diodes. To set the operating point in In the blocking range, a constant DC voltage is necessary. Because of this bias it flows through the Capacitance diodes generate an interference current, as their conductivity is not negligibly small, even in the blocking range. In contrast, in the transmitter according to the invention, the capacitance diodes are both in Blocked range as well as in the pass band controlled by the alternating control voltage, which is in the blocked range is much larger than in the pass band. It is also a transmitter without capacitance

dioden bekannt (deutsche Patentschrift 1 025 983), bei dem die durch die Steuerwechselspannung modulierte Gleichspannung einem Verstärker zugeführt und danach die verstärkte Wechselspannung zur Erzielung einer der zu messenden Gleichspannung proportionalen Spannung demoduliert wird. Hierbei muß dafür gesorgt werden, daß die Ausgangsspannung die gleiche Polarität wie die zu messende Spannung hat. Zu dienern Zweck hat die Steuerwechselspannung eine stark unsymmetrische Wellenform.diodes known (German Patent 1 025 983), in which the modulated by the control AC voltage DC voltage fed to an amplifier and then the amplified AC voltage to achieve it a voltage proportional to the DC voltage to be measured is demodulated. Here must ensure that the output voltage has the same polarity as the voltage to be measured. For this purpose, the AC control voltage has a highly asymmetrical waveform.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die Stcuerwechselspannung rechteckförmig sein. Hierdurch wird erreicht, daß bei vorgegebenem Spitzenwert der die Kapazität der Dioden modulierenden Spannung der Effektivwert und damit die wirksame Amplitude der vom Meßumformer erzeugten Wechselspannung möglichst groß wird.According to a further feature of the invention, the control alternating voltage can be square-wave. In this way it is achieved that at a given peak value of the modulating the capacitance of the diodes Voltage is the rms value and thus the effective amplitude of the alternating voltage generated by the transducer becomes as large as possible.

Zui Erzeugung unsymmetrischer Steuerwechselspannungen kann eine Diode oder ein gesteuerter Transistor als Vor- oder Parallelwiderstand zum Lastwiderstand vorgesehen sein.To generate asymmetrical alternating control voltages can use a diode or a controlled transistor as a series or parallel resistor to the Load resistance can be provided.

Ebenso wie bekannte Meßumformer kann auch der ertindungsgemäße Meßumformer mit zwei hintereinandeigeschaheten Kapazitätsdioden und zwei ihnen parallelgeschalteten, hintereinanderliegenden Brükkenwiderständen, deren beide äußere Enden mit je einem Pol einer Sleuerwechselspannungsquelle in Verbindung stehen, und mit einem Vorwiderstand versehen sein, der an den Verbindungspunkl beider Kapazitätsdioden angeschlossen ist und dem die zu messende Gleichspannung zugeführt wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in die eine Verbindungsleitung der Steuerweehselspannungsquelle mit den beiden hintereinandergesehalteten Brückenwiderständen die mit einem Widerstand überbrückte Kollektor-Emitierstreckc eines Transistors eingeschaltet und die Basis des Transistors mit der anderen Verbindungsleitung verbunden sein. Hierbei ermöglicht der Übcrbrückungswiderstand einen kleinen Stromfluß im Durchlaßbereich der Kapazitätsdioden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt, die eine Schaltung eines erlindunnsg'imäßen Meßumformers zeigt. Der Meßumformer gemäß F i g. 2 unterseil' Jet sich vom bekannten Meßumformer gemäß F i g. 1 dadurch, daß er einen Transistor 7, einen Basis-Vorwiderstand 8, einen Vorwiderstand 9 und einen Widerstand 10 aufweist, der die Kolleklor-Emitter-Slrecke des Transistors 7 überbrückt. Der Transistor 7 wird über den Basis-Vorwiderstand 8 bei jeder Halbwelle der Steuerwechselspannung ein- bzw. ausgeschaltet, so daß er bei einer Halbwelle einen kleinen und bei der anderen Halbwelle einen großen Durchlaßwiderstand /wischen Emitter und Kollektor aufweist.As well as known measuring transducers, the measuring transducer according to the invention can also be provided with two consecutive capacitance diodes and two parallel-connected, one behind the other bridge resistors, the two outer ends of which are each connected to one pole of an alternating voltage source, and with a series resistor which is connected to the connection point of both capacitance diodes and to which the DC voltage to be measured is fed. In a further embodiment of the invention, the collector-emitting section of a transistor, bridged with a resistor, can be connected to the one connecting line of the control alternating voltage source with the two bridge resistors connected in series, and the base of the transistor can be connected to the other connecting line. The bridging resistor enables a small current to flow in the pass band of the capacitance diodes.
An embodiment of the invention is shown in FIG. 2, which shows a circuit of an inventive measuring transducer. The transmitter according to FIG. 2 untereil 'Jet differs from the known transmitter according to FIG. 1 in that it has a transistor 7, a base series resistor 8, a series resistor 9 and a resistor 10 which bridges the collector-emitter section of the transistor 7. The transistor 7 is switched on or off via the base series resistor 8 at each half-cycle of the AC control voltage, so that it has a small on-resistance for one half-cycle and a large on-resistance for the other half-cycle / between emitter and collector.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Transmitter for converting small DC voltages into AC voltages using Capacitance diodes, which are shifted by an asymmetrical alternating voltage into its blocking range are controlled, characterized in that the asymmetry of the control alternating voltage generated in this way by a non-linear element (diode or controlled transistor) is that the diodes in the pass band graze so far that the pass and reverse partial currents at least approximately compensate one another.

2. Transmitter according to claim I, characterized pekeiuizeichnet, since the control AC voltage is rectangular.

3. Transmitter according to claim I or 2, with to ei capacitance diodes connected one behind the other and / w_m connected in parallel to them, one behind the other Bridge resistors, the two outer ends of which each have a pole of a control AC voltage source are connected, and with a series resistor, which is connected to the connection point of the two capacitance diodes and v'uin is the DC voltage to be measured is supplied, characterized in that in the one connecting line of the control alternating voltage source (Secondary winding 2) with the two bridge resistors connected in series (3) the collector-F.mittersireeke one bridged with a resistor (10) The transistor (7) is switched on and the base of the transistor (7) is connected to the other connecting line connected is.