DE1817059A1

DE1817059A1 - Circuit arrangement for multiplying two electrical quantities

Info

Publication number: DE1817059A1
Application number: DE19681817059
Authority: DE
Inventors: Gerd Kuligowski
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-12-20
Filing date: 1968-12-20
Publication date: 1970-06-25

Description

Sehaltungsanordnung zum Multiplizieren zweier elektrischer Größen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Multiplizieren zweier elektrischer Meßgrößen ohne Verwendung von Hilfsspannungen, insbesondere zur elektrischen Leistungsmessung, bei der einem aktiven Halbleiter-Bauelement mit nachgeordnetem Arbeitswiderstand unter Bildung einer Brückenschaltung ein weiteres aktives Halbleiter-Baurlement mit nachgeordnetem Arbeitswiderstand parallel geschaltet ist, wobei an die die Eingangsdingonale der Brückenschaltung bildenden Endpunkte der Parallelschaltung die eine Meßgröße und an die Steuerelektroden der beiden aktiven Halbleiter-Bauelemente die andere Meßgröße angeschlossen ist, so daß an der von den Anschlußpunkten der beiden Arbeitswiderstände an die Halbleiter-Bauelemente gebildeten Ausgangsdiagonalen eine dem Produkt der Meßgrößen proportionale Spannung entsteht, Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art sind als aktive Halbleiter-Bauelemente Feldeffekttransistoren verwendet, da sie die vorteilhafte Eigenschaft aufweisen, sich wie ein ohmscher Widerstand zu verhalten, dessen Wert sich durch die zwischen Gate- und Source-Elektrode angelegte Spannung praktisch léistungslos stouorn läßt.Posture arrangement for multiplying two electrical quantities The invention relates to a circuit arrangement for multiplying two electrical ones Measured variables without the use of auxiliary voltages, in particular for measuring electrical power, in the case of an active semiconductor component with a downstream working resistance another active semiconductor component forming a bridge circuit is connected in parallel with a downstream working resistor, with the input thingonale the end points of the parallel circuit forming the bridge circuit form the one measured variable and the other to the control electrodes of the two active semiconductor components Measured variable is connected, so that at the of the connection points of the two load resistors Output diagonals formed on the semiconductor components are the product of the Measured quantities proportional voltage arises, in a known circuit arrangement of this type field effect transistors are used as active semiconductor components, because they have the advantageous property of being like an ohmic resistor to behave, the value of which is determined by the value applied between the gate and source electrodes Tension can be stouorn practically without power.

Von wesentlichem Einfluß auf die Genauigkeit einer solchen Schaltungsanordnung sind die Eigenschaften der beiden Peldeffekttransistoren. Zur Erzielung einer möglichst großen Meßgenauigkeit müesen nämlich die beiden Feldeffokttransistoren möglichst gleiche Kennlinien und gleiche Temperatursigznschaften aufweisen; die zu jeweils einer Schaltungsanordnung gehörenden Feldeffekttransistoren müssen demzufolge sorgfältig ausgewählt werden. Trotzdem läßt sich nicht erreichen, daß die beiden Peldeffekttransistoren hinsichtlich ihror Kennlinien und ihrer Temperatureigenschaften übereinstimmen. Die Folge davon ist, daß die Meßgenauigkeit einer Schaltungsanordnung mit Feldeffekttransistoren nur mäßig ist.Of considerable influence on the accuracy of such a circuit arrangement are the properties of the two pelt effect transistors. To achieve a possible That is to say, the two field effect transistors must be as accurate as possible have the same characteristics and the same temperature characteristics; the to each field effect transistors belonging to a circuit arrangement have to carefully selected accordingly. Nevertheless it cannot be achieved that the two pelde effect transistors with regard to their characteristics and their temperature properties to match. The consequence of this is that the measurement accuracy of a circuit arrangement with field effect transistors is only moderate.

Diesbezüglich lassen sich bei einer Schaltungsanordnung zum Multiplizieren zweier elektrischer Meßgrößen Verbesserungen dadurch erzielen, daß gemäß der Erfindung die aktiven Halbleiter-Bauelemente bipolare Transistoren sind und zur Erzielung gleicher Kennlinien und gleicher Temperatureingenschaften e einen gemeinsamen Halbleiter-Grundkörper haben, Durch eine derartige Ausbildung der beiden aktiven Halblciter- Bauelemente ist eine gute Übereinstimmung der beiden Transistoren hinsichtlich ihrer Kennlinien und ihrer Temperntureigenschaften erreicht, wodurch die Meßgenauigkeit einer solchen Schaltungsanordnung gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen mit Feldeffekttransistoren wesentlich verbessert ist.In this regard, in a circuit arrangement for multiplying two electrical measured variables achieve improvements in that, according to the invention the active semiconductor components are bipolar transistors and to achieve the same characteristics and the same temperature properties e a common semiconductor base body Have, by designing the two active half-liter components in this way is a good match between the two transistors in terms of their characteristics and their tempering properties achieved, whereby the measurement accuracy of such Circuit arrangement compared to known circuit arrangements with field effect transistors is much improved.

Die beiden bipolaren Transistoren der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung sind vorteilhafterwoise als Doppeltransistor ausgebildet oder sind Teil einer integrierten Schaltung, die in an sich bekannter Weise zusätzliche Komponenten zur Temperaturstabilisierung aufweist. Durch die zuletzt genannte Ausbildung der Transistoren lassen sich Temperatureinflüsse überhaupt weitgehend von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung fernhalten.The two bipolar transistors of the circuit arrangement according to the invention are advantageously designed as a double transistor or are part of an integrated Circuit which, in a manner known per se, has additional components for temperature stabilization having. The last-mentioned formation of the transistors allows temperature influences at all largely keep away from the circuit arrangement according to the invention.

Zur Linearisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zwischen dem Emitter und der Steuerelektrode sowie zwischen der Steuerelektrode und dem Kollektor eines jeden Transistors Widerstände anzuordnen.To linearize the circuit arrangement according to the invention, it has Proven to be useful between the emitter and the control electrode as well resistors between the control electrode and the collector of each transistor to arrange.

Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn zwischen der Steuerelektrode und dem Emitter jedes Transistors ein Kondensator angeordnet ist. Durch einen solchen Kondonsator lassen sich nämlich Einflüsse von Berührungsspannungen auf das Meßergebnis der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ausschalten.It has also been found to be advantageous if between a capacitor is arranged between the control electrode and the emitter of each transistor is. Such a condenser allows the effects of contact voltages to switch off the measurement result of the circuit arrangement according to the invention.

Zweckmäßig ist es ferner, den Anschluß der anderen Keßgröße an die Stenorelcktroden der bipolaren Transistoren über Vorwiderstände vorzunehmen.It is also useful to connect the other Keß size to the Carry out stenorelcktroden the bipolar transistors via series resistors.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur ein Ausführungsboispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zum Multiplizieren zweier elektrischer Größen dargestellt.To explain the invention, an exemplary embodiment is shown in the figure the circuit arrangement according to the invention for multiplying two electrical Sizes shown.

Die Schaltungsanordnung enthält als wesentliches Bauelement einen Doppeltransistor T, der die beiden Transistoren Tl und T2 enthalt. An dem Kollektor jedes der beiden Transistoren T1 und T2 ist ein Arbeitswiderstand R1 bzw.The circuit arrangement contains an essential component Double transistor T, which contains the two transistors T1 and T2. At the collector each of the two transistors T1 and T2 is a working resistor R1 or

R2 angeschlossen; beide Arbeitswiderstände R1 und R2 sind mit cinem Spannungsteiler ST verbunden, mit dessen Abgriff A der elektrische Nullpunkt eingestellt wird. Die Emitter der beiden Transistoren T1 und T2 sind direkt miteinander verbunden und gemeinsam an Masse angeschlossen. Außerdem sind sie on einen Schaltungspunkt 91 herangeführt, der zusammen mit dem Abgriff A des Spannungsteilers ST die Eingangsdiagonale der von den Transistoren T1 und T2 sowie den Widerständen R1 und R2 und den beiden Teilwider-Stüfldcn des Spannungsteilers ST geschaffenen Brückenscheltung bildet. zum die Eingangsdiagonale A - S1 ist über einen Widerstand R3 mit dazu in Serie geschaltetem Gleichrichter G1 eine der beiden miteinander zu multiplizierenden Meßgrößen angeschlossen. Im allgemeinen wird man im Falle einer elektrischen Leistungsmessung als diese Meßgröße die Spannung U verwenden. Die Spannung U ist dann demzufolge an den Schaltungspunkt Si sowie an einen weiteren Schaltungspunkt 82 angeschlossen.R2 connected; both load resistors R1 and R2 are with cinem Voltage divider ST connected, with whose tap A the electrical zero point is set will. The emitters of the two transistors T1 and T2 are directly connected to one another and connected together to ground. They are also on a switching point 91 which, together with tap A of the voltage divider ST, forms the input diagonal that of transistors T1 and T2 and resistors R1 and R2 and the two Teilwider-Stüfldcn of the voltage divider ST forms the bridge circuit created. for the input diagonal A - S1 is connected to it in series via a resistor R3 connected rectifier G1 one of the two measured variables to be multiplied with one another connected. Generally one will in the case of an electrical power measurement use the voltage U as this measured variable. The voltage U is then accordingly connected to the circuit point Si and to a further circuit point 82.

Da die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung bei der elektrischcn Wechsolstromloistungsmessung nur während jeweils einer Halbwelle der Wechselspannung U eine Multiplikation durchführen konn, ist an einen Schaltungspunkt 83, der zwischen dem Widerstand R3 und dem Gleichrichter G1 liegt, ein weiterer Gleichrichter G2 angeschlossen; über den Gleichrichter G2 und den mit ihm in Reihe liegenden Widerstand R4 wird die jeweils andere Halbwelle der Wechsclspannung ü kurzgeschlossen.Since the circuit arrangement according to the invention is used in electrical alternating current measurement perform a multiplication only during one half cycle of the alternating voltage U. konn, is to a node 83, which is between the resistor R3 and the rectifier G1 is connected to another rectifier G2; via the rectifier G2 and the resistor R4 in series with it becomes the other half-wave the AC voltage ü short-circuited.

Die weitere Meßgröße, im Falle einer elektrischen Leistungsmessung ein Strom J. wird über einen Übertrager Ü in die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eingeführt.The further measured variable, in the case of an electrical power measurement a current J. is fed into the circuit arrangement according to the invention via a transformer Ü introduced.

Zu diesem Zwecke ist an die Sekundärwicklung w des übertragers U ein Widerstand R5 angeschlossen, der über zwei Widerstände R6 und R7 mit den Steuerelektroden der beiden Transistoren Ti und T2 verbunden ist. Die Steuerelektroden der beiden Transistoren T1 und 22 sind außerdem jeweils über einen Widerstand R8 bzw. R9 mit dem jeweiligen Kollektor der beiden Transistoren T1 und T2 verbunden und sind über Widerstände R10 bzw. Rll auch an den jeweiligen Emitter der beiden Transistoren Ti und T2 angeschlossen.For this purpose, U is connected to the secondary winding w of the transformer Resistor R5 connected to the control electrodes via two resistors R6 and R7 of the two transistors Ti and T2 is connected. The control electrodes of the two Transistors T1 and 22 are also connected via a resistor R8 and R9, respectively the respective collector of the two transistors T1 and T2 and are connected via Resistors R10 and Rll also to the respective emitter of the two transistors Ti and T2 connected.

Die Widerstände R6, R8 und R10 bzw. R7, R9 und R11 dienen zur Linearisierung der Schaltung Parallel zu den Widerständen R10 und R11 liegt jeweils ein Kondonsator C1 bzw. C2; die beiden Kondensatoren vermeiden eine Beainflussung der Schaltungsanordnung durch Berührungsspannungen.The resistors R6, R8 and R10 or R7, R9 and R11 are used for linearization of the circuit In parallel to the resistors R10 and R11 there is a capacitor C1 or C2; the two capacitors avoid influencing the circuit arrangement through contact voltages.

Die Ausgangsdiagonale der von den Transistoren T1 und T2 mit den ihnen nachgeordneten Widerständen R1 und R2 sowie den Teilwiderständen des Spannungeteilers ST gebildeten Brückenschaltung besteht aus den AnschluSpunkten 84 und S5, die mit den Emitteranschlüssen der beiden Transistoren T1 und T2 verbunden sind.The output diagonal of that of transistors T1 and T2 with them downstream resistors R1 and R2 and the partial resistances of the voltage divider ST formed bridge circuit consists of the connection points 84 and S5, which with the emitter connections of the two transistors T1 and T2 are connected.

An der Ausgangsdiagonalen 84-85 der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung entsteht eine Spannung9 die dem Skala ren Produkt der beiden angeschlossenen Meßgrößen U und J prortional ist . Dieses Produkt entspricht, wenn es sich bei den miteinander zu multiplizierenden Meßgrößen um einen Wechselstrom und um einc Wechselspannung handelt, genau der elektrischen Wirkleistung, unter der meist erfüllten Vorraussetzung, daß die beiden Wechselgrößen symmetrisch zur Null linie verlaufen.At the output diagonal 84-85 of the circuit arrangement according to the invention the result is a voltage9 which is the product of the two connected measurands on the scale U and J is proportional. This product corresponds when it comes to each other Measured quantities to be multiplied by an alternating current and by an alternating voltage acts, exactly of the electrical active power, under the most frequently fulfilled prerequisite, that the two alternating quantities are symmetrical to the zero line.

Der schaltungstechnische Aufbau der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ermöglicht gegebenenfalls eine Aus führung als integrierter Schaltkreis.The circuit design of the circuit arrangement according to the invention enables implementation as an integrated circuit if necessary.

Durch die Efindung ist eine Schaltungsanordnung zum Multiplizieren zweier elektrischer Größen gescheffen, die infolge der Verwendung von auf einem gemeinsemen Halbleiter Grundkörper angeordneten bipolaren Transistoren eine Pro duktbildung bzw. Leistungsbestimmung mit verhältnismäßig großer Genauigkeit ermöglicht.The invention provides a circuit arrangement for multiplying two electrical quantities created as a result of the use of on one common semiconductor body arranged bipolar transistors a pro enables product formation or performance determination with relatively great accuracy.

7 Patentansprüche 1 Figur7 claims 1 figure

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1 .. Circuit arrangement for multiplying two electrical measured quantities without the use of auxiliary voltages, in particular for electrical power measurement with an active semiconductor component downstream working resistance with the formation of a bridge circuit another active semiconductor component connected in parallel with a downstream working resistor is, where at the end points forming the input diagonal of the bridge circuit the parallel connection the one measured variable and to the control electrodes of the two active ones Semiconductor components, the other measured variable is connected, so that at that of Anachlußpunkte the two work resistance to the semiconductor Bauolementc formed Output diagonals a voltage proportional to the product of the measured variables is created, d a d u r c h e k e it n z e i c h n e t that the active semiconductor components Bipolar transistors are and to achieve the same characteristics and the same temperature properties have a common semiconductor base body.

2. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the two bipolar transistors are designed as double transistors are.

3. Circuit arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z z e i c h n e t that the two bipolar transistors are part of an integrated Circuit. are the additional components for temperature stabilization in a manner known per se having

4. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that between the emitter and the control electrode and between the control electrode and the collector of each transistor Resistances used for linearization lie.

5. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, d a D u r c h e k e nn n n z e i n e t that between the tax policy electrode and the A capacitor is arranged on the emitter of each transistor.

6. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, d a it is indicated that the other measured variable is via series resistors is ongwschlossen to the control electrodes of the bipolar transistors.

7. Circuit arrangement according to one of the preceding claims, d a D u c h g e k e n n n n e i c h n e t, that in the case of too multiplicable Wechmelgrüß @@ by means of a rectifier arrangement, only one bellows wave of the one measured variable at a time is used.

L e r s e i t e