DE1945347A1 - Scheitelwertgleichrichter - Google Patents

Scheitelwertgleichrichter

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DE1945347A1
DE1945347A1 DE19691945347 DE1945347A DE1945347A1 DE 1945347 A1 DE1945347 A1 DE 1945347A1 DE 19691945347 DE19691945347 DE 19691945347 DE 1945347 A DE1945347 A DE 1945347A DE 1945347 A1 DE1945347 A1 DE 1945347A1
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DE
Germany
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voltage
peak value
capacitor
amplifier
storage capacitor
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DE19691945347
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English (en)
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Hans Foerster
Hans-Jakob Dipl-Ing Ohm
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/22Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/04Measuring peak values or amplitude or envelope of ac or of pulses

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Rectifiers (AREA)

Description

  • Scheitelwertgleichricher Die Erfindung betrifft einen Scheitelwertgleichrichter zur Bestimmullg des Scheitelwertes von periodischen Wechselspannungen oder periodisch auftretenden Impulsen für einen größeren Bereich der Wiederholfrequenz.
  • Bekannt sid Scheitelwertgleichrichterschaltungen, die einen Speicherkondensator 1, einen Gleichrichter 2 und einen Entladewiderstand 1s besitzen (nach Fig. 1a). Gemessen wird mit dem Meßinstrument 3 die Spannung aus der Spannungsquelle 5 am Speicherkonden sator 1.
  • Wenn diese Gleichrichter über einen größeren Frequenzbereich betrieben werden soilen, muß auf den "Entladefchler" geachtet werder Der Entladefehler entsteht dadurch, daß der Speicherkondensator 1 über den Widerstand 4 entladen wird. Fig. 1 b zeigt den Spannungsverlauf am Speicherkondensator. Der Fehler ist etwa gloich h dem halben Betrag der durch das periodische Laden und Entladen entstehenden Sägezahnspannung. Die Neigung der Entladekurve wird durch die Zoitkonstante R . C bestimmt. Dieser Entladefehler ist bei gegebener Dimonsioniorung von R C der Frequenz der Wochzoizpannung bzw. der der Pulsfolge umgekehrt proportional.
  • Für dio praktische Anwendung darf die Zeitkonstante R . C nicht zu groß gemacht werden, weil die Zeitkonstante gleichzeitig bestimmt, mit welcher Geschwindigkeit die Scheitelspannungsanzeige einer fallenden Meßgröße folgt.
  • Der zwischen Frequenzabhängigkeit und Anzeigegeschwindigkeit zu schließende Kompromiß soll an einem Zahlenbeispiel erläutert werden. Die Meßgröße U ist mit dem relativen Entladefehler E behaftet: U =# (1-E) Der Entladefehler bei der Frequenz f ist #### Die relative Anzeigegeschwindigkeit bei fallender Meßgröße ist dU 1 Udt=RC Ein Scheitelspannungsmesser für Frequenzen zwischen f X 16 2/3 Hz und f = 300 Hz, der mit einem Anzeigefehler von i 1 % davon E = 0,5 % Frequenzabhängigkeit, bemessen werden soll, also mit E = 5 10-3, bekommt eine Zeitkonstante R#C#2f#E =6= Derartig große Zeitkonstanten erschweren die Benutzung von Einrichtungen erheblich.
  • Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine Scheitelwertgleichrichteranordnung zu schaffen, die ein günstigeres Verhältnis von Frequenzeifluß und Anzeigegeschwindigkeit aufweist.
  • Im folgenden werden einander entsprechend. Bauelemente mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Die Erfindung geht aus von einem Scheitelwertgleichrichter mit Verstärker nach Fig. 2. Diese Schaltung hat gegenüber der Schalt tung in Fig. 1 a zwei Vorteile: 1. Sie kann an hochohmige Quellen angeschlossen werden, denu die Speicherenergie des Kondensators 1 wird von der Verstärkerschaltung 6 geliefert.
  • 2, Sie kann auch sehr genau Spannungen gleichrichter die voll gleicher Größe wie die Schwellspannung des Gleichrichters 2 sind.
  • Das liegt daran, daß der Verstärker 6 mit der am Kondensator 1 liegenden Spannung gegengekoppelt wird. Der im Verstärkerzweig liegende Gleichrichter 2 hat scheinbar eine um den Verstärkungsfehler kleinere Schwellspannung. Der Kompromiß zwischen froquenzabhängigem Entladefehler und Anzeigegeschwindigkeit muß für diese Schaltung genau so eingegangen werden wie für die nach Fig. 1 a.
  • Von dieser Schaltung ausgehend, gibt die Erfindung einen Weg an, wie das Verhältnis von Fehlergrenze und Entladegeschwindigkeit wesentlich, mindestens um den Faktor 10, verbessert werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch den Scheileiwertgleichrichter zur Bestimmung des Sdieitelwertes von veriodischen Wechsel spannungen oder periodisch auftrenden Impulsen fiir einen größeren Bereich der Wiederholfrequenz nach der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel zur zweimaligen Gleichrichtung und Speicherung der Scheitelspan nung vorgesehen sind1 derart, daß ein Verstärker oder ein Gleichrichter einen Speicherkondensator lädt1 solange die Kondensator~ spannung unter der Eingangsspannung liegt, und daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers fällt, sobald Gleichheit erc rcicht ist, Anhand der Fig. 3 wird die Erfindung näher erläutert.
  • Der Speicherkondensator 1 wird über den Gleichrichter 2 aus dem Differenzverstärker 6 geladen. Der Entladekreis wird aus einem Widerstand 12 und einem Transistor if gebildet. Zur Anzeige des Scheiteiwertes ist hier ein Verstärker 23 mit d.m nachgeschalteten Anzeigeinstrument 3 vorgesehen. Vom Ausgang des Verstärkers 23 führt die Gegenkopplung auf den Minus-Elngang des Differenzverstärkers 6 - am PluseEingang liegt die zu messende Spannung der Spannungsquelle 5. Diese Schaltung ist für die Gleicht richtung positiver Signale eingerichtet (für negative Signale muß der Gleichrichter 2 umgepolt werden) und arbeitet folgen.
  • dermaßen: Ein positives Signal auf dem Plus-Eingang des Differenzverstärkers 6 erzeugt ein positives Ausgangssignal. Unter Umständen ist dabei der Verstärker positiv übersteuert. Über den Gleichrichter 2 wird der Speicherkondensator 1 aufgeladen. Seine Spannung wird über den Verstärker 23 auf den Minus-Eingang des Differenzverstärkers 6 zurückgeführt. Wenn diese Spannung gleich der am Minus-Eingang liegenden Spannung wird1 fällt die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 6, und der Ladevorgang am Speicherkondensator 1 hört auf. Er beginnt erst wieder, wenn der Plus-Eingang des Differenzverstärkers 6.positiver als der MinusEingang wird Dieser Teil der Schaltung ist bekannt und wird oft zum schnellen und genauen Gleichrichten kleiner Spannungen verwendet. Gemäß der Erfindung wird diese -Schaltung mit weiteren Teilen zum verzögerten schnellen Entladen des Speicherkondensators 1 ausgestattet. Dazu gehörten der schon erwähnte Transistor 11 und der Widerstand 12 als Entladeschalter, ein weiterer Gleichrichterkreis mit der Diode 8, dem Kondensator 7 und dem Widerstand 9, ein parallel zum Anzeigeinstrument liegender Spannungsteiler 249 25 und eia weiterer Differenzverstärker 10.
  • Die Kondensatoren 1 und 7 sind während einer Ladeperiode, wie oben beschrieben1 auf annähernd gleiche Spannung aufgeladen. Am Verstärker 10 ist dann der Minus-Eingangm positiv gegenüber dein Plus-Eingang, sein Ausgang also negativ. Dadurch wird der Transistor 11 gesperrt, eine merkbare Entladung des Speicherkondensators 1 findet nicht statt. Solange die Spannung der Spannungsquelle 5 steigt werden beide Kondensatoren l und 7 geladen; fällt si, so verschwindet sofort die Ausgnngsspannung des Dif ferenzverstärkers 6 vollständig, und der Kondensator 7 kann sich über den Widerstand 9 entladen. Wenn die Spannung am Kondensator 7 etwas -unter den durch den Spannungsteiler 24, 25 gegebenen Bruchteil gefallen ist, gibt der Verstärker 1-0 ein positives Ausgangssignal der Transistor 11 wird leitend und entlädt über den Widerstand 12 dei Speicherkondensator 1 derart, daß über die Steuerung durch len Verstärker 10 beide Kondensatorspannungen dem Verhältnis entsp-echen, das der Spannungsteiler aus den Wider ständen 24 und 23 vorgibt. Diese Entladung geht solange vor sich, bis die Spannung der Spannungsquelle 5 gleich oder etwa größer als die Spannung des Speicherkondensators 1 ist. Der dann einsetzende Ladestof lädt die Kondensatoren i und 7 wieder auf. Da= durch wird über cen Verstärker 10 der Transistor 11 gesperrt. Es hat also nur ein kleiner kurzzeitiger Spannungseinbruch stattgefunden.
  • Fig. 4 a zeigt der zugehörigen Spannungsverlauf in der Schaltung nach Fig. 1 a, Fig. Ii b den Verlauf in der Schaltung nach der Erfindung (Fig. 3).
  • Von den beiden Var. äufen sind nur die Spitzen der gleichzurichtenden Spannungswellen als senkrechte Striche gezeichnet die Nullinien sinf unterdrückt.
  • In Fig. i a ist die Veitkonstanta R . C des Entladekreises aus Speicherkondensator 1 und Entladewidorstand 4 so gewähl t, daß der Speicherkondensator 1 während einer Periode um t % entladen wird. Der Entladefehler E beträgt also 0,5 %.
  • In Fig. 4 b ist die Zeitkonstante R , C des Entladekreises aus Speichlorkondensator 1 und Entladewiderstand 4 sehr groß, die Ent-Ladezaitkonstante des zweitek aus dem Kondensator 7 und dem Widerstand 9 gebildeten Kreises dagegen auf 10 % je Periode eingestellt.
  • Der Verstärker 10 in Fig. 3 bleibt für zehn Perioden nach dem letzten Ladestoß gesperrt. Die dann einsetzende schnelle Entladung erreicht maximal 10 % des ursprünglichen Kondensatorwertes (l), dann setzt mit einem neuen Ladestoß der Zyklus von neuem an. Da sich die Entladung auf zehn Perioden erstreckt, ist auch hier der Entladefehler E n 0,5 %.
  • Wenn nach dem ersten Ladestoß eine Spannungsabsenkung um z. B.
  • 20 % stattgefunden hat, folgt die Schaltung nach Fig. 1 a ihr so fort mit 1 % je Periode, hat also nach ca. 20 Perioden den neuen Wert erreicht. In der Schaltung nach Fig. 3 ändert sich in den ersten zehn Perioden praktisch gar nichts. Dann aber beginnt eine schnelle Entladung, die nach zwei Perioden auf den neuen Wert führt, alzo nur etwa die halbe Einstollzeit benötigt Bei Spannungsabsenkung von z. B. 10 % ist bei der gewählten DiS mcnsionierung praktisch Gleichheit zwischen beiden Schaltungen erreicht.
  • Der Vorteil der Schaltung nach der Erfindung liegt darin, daß statt einer Zeitkonstante, die zur Erreichung eines kleinen Maß= fehlers E groß seil muß, zwei elnander ablösende Zeitkonstanten wirksam werden, eine sehr große zu Beginn der Entladung und eine kleine, die nach einer gewissen Zeit wirksam wird.
  • Die Schaltung nachFig. 3 ist nicht die einzige mögliche, die die oben beschriebene Funktion zeigt. Statt die Kondensatoren 1 und 7 auf gleiche Spannung aufzuladen und den Spannungsteiler 24 25 einzuführen, kann auch flach Fig. 5 der Kondensator 7 aus einer höheren Spannung geladen werden. Der Verstärken 10 und der Transistor lt können dann durch eine Diode 15 ersetzt werden.
  • Die beiden unterschiedlichen Ladespannungen können auch durch einen Transfermtor 16 erzeugt werden.
  • Fig. 6 zeigt eine Variante1 die ohne den Verstärker 23 arbeitet.
  • Der Spannungsteiler 24, 25 tritt an die Stelle des Entladewider= standes 4.
  • Die Wafil der zweckmäßigen Variante hängt von der Eingangs spannung und deren Belastbarkeit1 der Art der zu verwendenden Verstärker (oft durch andere Teile im Gerät vorgegeben) usw. ab. Allen gean meinsam ist die Funktion1 daß sie zweimal die Scheitelspannung gleichrichten und speichern5 einmal mit hoher Präzision und großer Zeitkonstante auf der Speicherkondensator 1 und ein zweites Mal auf dem Kondensator 7 mit geringerer Genauigkeit und kleinerer Zeitkonstante. Der Spannungsabfall am zweiten Kondensator 7 wird dabei durch Vergleich mit der Spannung am Speicherkondensator 1 beim Unterschreiten eines bestimmten vorgebbaren Verhältnisses und durch den Übergang von der langsamen Entladung des Kondensators 1 zur schnellen Entladung bewirkt.
  • 7 Seiten Beschreibung 9 Patentansprüche

Claims (9)

  1. Patentansprüche Scheitelwertgleichrichter zur Bestimmung des Scheitelwertes von periodischen Wechselspannungen oder periodisch auftretenden Impulsen für einen größeren Bereich der Wiederholfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur zweimaligen Gleichrichtung und Speicherung der Scheitelspannung vorgesehen sind, derart, daß ein Verstärker oder ein Gleichrichter einen Speicherkondensator lädt, solange die Kondensatorspannung unter der Eingangsspannung liegt, und daß die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers fällt, sobald Gleichheit erreicht ist.
  2. 2. Scheitelwertgleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem ersten Gleichrichterkreis (1,2, 4.) ein zweiter Gleichrichterkreis (8, 7, 9) angeordnet ist, der aus dem gleichen Differenzverstärker (6) gespeist wird und dessen gleichgerichtete Spannung der Ausgangsspannung proportional ist.
  3. 3. Scheitelwertgleichrichter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gleichrichterkreis (8,7,9) eine kleine-re Entladezeitkonstante hat als der erste Gleichgrichterkreis (1,2,4).
  4. 4.Scheitelwertgleichrichter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstabsfaktor zwischen den beiden Gleichrichterkreizen größer als 1 ist so daß Kondensator (7) auf eine höhere Spannung geladen wird als der Speicherkondensator (1), und daß zwischen den heiden Kondensatoren (1 und 7) eine Diode (8) liegt.
  5. 5. Scheitelwertgleichrichter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstabsfaktor gleich 1 ist und daß der Entladewiderstand (4) aus zwei Teilen (24 und 25) basteht.
  6. 6. Scheitelwertgleichrichter nach den Ansprüchen 11 2, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Speicherkondensator (i) ein Transistor (11) liegt, der von einem Differenzverstärker (10), dessen Minus-Eingang am zweiten Kondensator (7) und dessen PlusEingang an der Verbindungsstelle zwischen den Teilwiderständen des Spannungieilers (24 25) liegt, so gesteuert wird daß der Transistor (it) den Speicherkondensator (i) entlädt, wenn die Spannung am Kondensator (7) unter die Spannung an der Verbindungsstelle zwischen den Teilviderständen des Spannungsteilers (24, 25) gefallen ist.
  7. 7. Scheitelwertgleichrichter nach den Ansprüchen 1, 2, 3, 4 oder 5 und 6, dadurch gekennzeichnet1 daß zwischen dem Speicherkondensator (i) einerseits und dem Spannungsteiler (24, 25) sowie das Anzeigeinstrument (3) ein weiterer Verstärker (23) geschaltet ist, der den Entladekreis des Speicherkondensators (1) hochohmig macht und der in die Gegenkopplung vom Ausgang des Differenzverstärkers (6) mit einbezogen ist.
  8. 8. Scheitelwertgleichrichter nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Ungleichheit der gleich gerichteten Spannungen durch einen Spannungsteiler am Ausgang des Verstärkers erzeugt wird.
  9. 9. Scheitelwertgleichrichter nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Üngleichheit der gleichgerichteten Spannungen durch einen Übertrager am Verstärkerausgang erzeugt wird.
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