DE19913338A1

DE19913338A1 - Ein- oder Mehrweg-HF-Diodengleichrichterschaltung

Info

Publication number: DE19913338A1
Application number: DE19913338A
Authority: DE
Inventors: Thomas Reichel
Original assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Current assignee: Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-09-28
Anticipated expiration: 2019-03-25
Also published as: US6597228B1; DE19913338B4; JP2000324840A; JP4566324B2

Abstract

Bei einer Ein- oder Mehrweg-HF-Diodengleichrichterschaltung mit mindestens einer Gleichrichterdiode und mindestens einem ausgangsseitigen Ladekondensator ist der Ausgang mit einem etwa den gleichen relativen Temperaturkoeffizienten wie der Nullpunktwiderstand der Gleichrichterdiode aufweisenden und derart nichtlinearen Lastwiderstand belastet, daß eine Liniearisierung des Verhältnisses von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung über den quadratischen Bereich hinaus bewirkt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ein-, Zwei- oder Mehrweg-HF-Diodengleichrichterschaltung mit mindestens einer Gleichrichterdiode und mindestens einem ausgangsseitigen Ladekon densator.

Diodengleichrichterschaltungen dieser Art auf der Basis von Sperrschicht- oder Schottky- Dioden sind in den verschiedenartigsten Ausführungsformen bekannt. Fig. 1 zeigt das all diesen Schaltungen gemeinsame Prinzipschaltbild mit einer Diode V und einem Ladekon densator C_r. Sie lassen sich mit sehr kleinen Zeitkonstanten herstellen und werden wegen der dadurch möglichen höheren Meßgeschwindigkeit häufig anstelle von thermischen Sen soren für die Leistungsmessung benutzt. Auch für die Effektivwertmessung werden solche Gleichrichterschaltungen eingesetzt. Erforderlich für die Leistungsmessung und die Effek tivwertmessung ist ein eindeutiger, von der Art des Signals unabhängiger Zusammenhang zwischen dem Mittelwert der Ausgangsspannung und dem Effektivwert U_in der Eingangs spannung, so daß sich über die Gleichung

die im Abschlußwiderstand Z₀ eines Leistungssensors umgesetzte Leistung berechnen läßt. Aufgrund der exponentiellen Strom-Spannungs-Kennlinie der Halbleiterdiode sind dem Diodengleichrichter bezüglich des Dynanamikbereichs enge Grenzen gesetzt. So ist nur in einem relativ kleinen Bereich der Eingangsspannung, dem sogenannten quadratischen Be reich, die Ausgangsspannung ausschließlich vom Effektivwert der Eingangsspannung ab hängig, so daß streng genommen nur dort Leistungsmessungen für beliebige Signalformen und Modulationsarten möglich sind. Außerhalb des quadratischen Bereichs bestimmt in zunehmendem Maße der Spitzenwert der Eingangsspannung die Höhe der Ausgangsspan nung, so daß der eindeutige Zusammenhang zwischen Ausgangsspannung und Eingangs leistung verloren geht. Lediglich wenn man sich auf einen bestimmten Signaltyp - zum Bei spiel unmodulierte spektralreine Sinussignale - beschränkt, kann der dafür spezifische Zu sammenhang zwischen dem Effektivwert der Eingangsspannung und der Ausgangsspan nung dazu verwendet werden, um auch außerhalb des quadratischen Bereichs genaue Lei stungsmessungen durchzuführen. Sobald aber das Eingangssignal von der Kurvenform abweicht, für die der Gleichrichter kalibriert wurde (z. B. Messung an Sinussignal mit Oberwellen anstelle eines spektralreinen Sinus), oder die Hüllkurve des Meßsignals modu liert ist (AM, π/4-DQPSK, QAM etc.), treten außerhalb des quadratischen Bereichs Meß abweichungen auf.

Zur Erweiterung des Proportionalitätsbereiches zwischen Ausgangsspannung und Ein gangsleistung über den quadratischen Kennlinienteil hinaus ist es bekannt, den Ausgang des Gleichrichters mit einem ohmschen Widerstand R_p (Heißleiter) zu belasten, der passend zum Nullpunktwiderstand R_o, der Gleichrichterdiode gewählt ist (Hoer, C. A., Roe, K. C., Allread, C. M.: Measuring and Minimizing Diode Detector Nonlinearity, IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. Vol. IM-25, No. 4, December 1976, pp. 324-329). Bei geeigneter Dimensionierung von R_p = 0,4 × R_o wird gegenüber einer unbelasteten Gleichrichterdiode eine Verbesserung des Dynamikbereichs von 17 dB erreicht, aufgrund der Belastung mit dem ohmschen Widerstand geht aber gleichzeitig die Ausgangsspannung auf etwa 1/3 des Leerlaufwertes zurück, so daß von einer effektiven Vergrößerung des Proportionalitätsbereiches von etwa nur 12 dB ausgegangen werden kann. Diese bekannte Schaltung ist wegen der unzureichenden Paarung zwischen Gleichrichter und Lastwider stand außerdem stark temperaturabhängig und daher für eine Serienfertigung nur bedingt geeignet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Diodengleichrichterschaltung zu schaffen, deren Dyna mikbereich mit einfachen schaltungstechnischen Mitteln über den quadratischen Bereich hinaus vergrößert werden kann und die ein verbessertes Temperaturverhalten aufweist, so daß z. B. auch Leistungsmittelwertmessungen an modulierten Sinussignalen möglich sind, und zwar bis in den GHz-Bereich.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Ein- oder Mehrweg-HF- Diodengleichrichterschaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kenn zeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran sprüchen.

Gemäß der Erfindung wird anstelle eines linearen ohmschen Widerstandes (Heißleiter) ein nichtlinearer Lastwiderstand mit einem relativen Temperaturkoeffizienten, der gleich dem des Nullpunktwiderstandes der Gleichrichterdiode gewählt ist, benutzt. Auf Grund der Nichtlinearität des Lastwiderstands wird eine höhere Ausgangsspannung als bei linearem Lastwiderstand erreicht, durch den Temperaturgleichlauf von Lastwiderstand und Null punktwiderstand entspricht der Temperaturkoeffizient der Ausgangsspannung dem eines unbelasteten Gleichrichters und die Vergrößerung des Proportionalitätsbereiches liegt bei etwa 10 dB. Mit relativ geringem schaltungstechnischem Aufwand wird so eine Diodengleichrichterschaltung geschaffen, mit der auch Messungen des Leistungsmittel wertes bzw. des Effektivwertes von modulierten Sinussignalen außerhalb des quadrati schen Bereiches der Kennlinie der Gleichrichterdiode möglich sind. Auch die Eingangsim pedanz bleibt außerhalb des quadratischen Bereiches weitgehend gleich.

Unter einem nichtlinearen Lastwiderstand wird ein Widerstand verstanden, bei dem das Verhältnis von anliegender Spannung und Strom nicht linear ist und wie er beispielsweise durch eine übliche Strom-Spannungs-Kennlinie einer Diode repräsentiert wird. Aus diesem Grunde wird der nichtlineare Lastwiderstand vorzugsweise auch durch eine solche Diode realisiert.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbei spielen näher erläutert

Für die in Fig. 1 dargestellte Grundschaltung eines Einweg-Gleichrichters gilt unter An nahme einer idealen Diode V folgender Zusammenhang zwischen Spannung u_v und Strom i_v:

Dabei ist i_s der Sperrsättigungsstrom der Diode, für den im Falle einer Schottky-Diode

gilt. n ist ein von der verwendeten Technologie beeinflußter Korrekturfaktor, der auch als Idealitätsfaktor bezeichnet wird und sich zwischen 1,0 und 1,5 bewegt. u_T wird als Tempe raturspannung bezeichnet und hängt - außer von zwei Naturkonstanten - nur noch von der absoluten Temperatur T ab:

A: Querschnittsfläche, R^*: modifizierte Richardson-Konstante, k: Boltzmann-Konstante (1,38.10^-23 J/K), e₀: Elementarladung (1,60.10^-19 C), T: Temperatur in K, e₀Φ_Bn: Potential barriere.

Wie aus Gl. (2) ersichtlich ist, läßt sich die Strom-Spannungs-Kennlinie einer Gleichrich terdiode durch Sperrsättigungsstrom i_s und Idealitätsfaktor n vollständig charakterisieren. Anstelle von i_s wird jedoch häufiger der Nullpunktwiderstand der Diode verwendet, der über die Beziehung

mit Idealitätsfaktor n und i_s verknüpft ist. R₀ hat eine unmittelbare physikalische Bedeu tung, und zwar handelt es sich um den ohmschen Widerstand der Diode bei kleiner Aus steuerung, der sich als Eingangs- und Ausgangswiderstand des Gleichrichters bemerkbar macht. Wegen der Verknüpfung mit i_s hat der Nullpunktwiderstand dieselbe starke Tempe raturabhängigkeit, und zwar ist - abhängig von der Barrierenhöhe e₀Φ_Bn - mit einer Ver doppelung bzw. Halbierung etwa alle 15 K zu rechnen.

Der Gleichrichter nach Fig. 1 wird aus einer Quelle mit dem Innenwiderstand R_i und einer sinusförmigen EMK mit dem Effektivwert U_in, gespeist, die Ausgangsspannung u_out wird in einer Schaltung weiterverarbeitet, deren Eingang durch die Kapazität C₁ dargestellt ist (der ohmsche Eingangswiderstand der nachfolgenden Schaltung soll so groß sein, daß er ver nachlässigt werden kann). Dem Widerstand R_d fällt die Aufgabe zu, den Eingang der nachfolgenden Schaltung hochfrequenzmäßig vom Gleichrichter zu entkoppeln. Weit oberhalb der unteren Frequenzgrenze des Gleichrichters, die durch den Nullpunktwider stand der Diode und die Ladekapazität C_r bestimmt ist, und unter Vernachlässigung von R_i fällt die gesamte Eingangsspannung U_in über der Diode ab, so daß sich die Ausgangsspan nung u_out des Gleichrichters durch die Gleichung

beschreiben läßt. Aus Gl. (6) ist ersichtlich, daß bei dem zugrunde liegenden einfachen Diodenmodell lediglich ein Dioden-spezifischer Parameter, der Idealitätsfaktor n, die Höhe der Leerlauf-Ausgangsspannung bestimmt.

I0(. . .) ist die modifizierte Besselsche Funktion erster Gattung und nullter Ordnung, die sich in eine Potenzreihe bezüglich U_in entwickeln läßt. Unter Vernachlässigung der Glieder hö herer Ordnung erhält man im quadratischen Bereich

und für sehr große Eingangsspannungen

Für Ausgangsströme weit unterhalb des Sperrsättigungsstroms der Diode, wie sie bei pas siver Last und Aussteuerung innerhalb des quadratischen Bereichs auftreten können, ist der Ausgangswiderstand gleich dem Nullpunktwiderstand R₀ der Diode, und es gilt das lineare Ersatzschaltbild nach Fig. 2. Wegen der linearen Schaltungsparameter und der Proportio nalität zwischen der Leerlauf-Ausgangsspannung und U 2|in ist gewährleistet, daß bei zeit veränderlicher Amplitude des Eingangssignals der Mittelwert der Ausgangsspannung u_out stets proportional zum Mittelwert von U 2|in, d. h. proportional zum Leistungsmittelwert des Meßsignals ist.

Im Ersatzschaltbild für beliebig große Eingangsspannungen gemäß Fig. 3 muß an die Stelle von R₀ die Gleichrichterdiode V treten, und die Leerlauf-Ausgangsspannung ist entspre chend Gl. (6) nicht mehr linear von der Eingangsleistung abhängig. Die nichtlineare Aus gangsimpedanz des Geichrichters macht sich dann störend bemerkbar, wenn die Lastimpe danz C_r// (R_d + C₁) nicht mehr gegenüber R₀ zu vernachlässigen ist, d. h. für höherfrequente Komponenten der gleichgerichteten Spannung. Für diese tritt eine aussteuerungsabhängige Spannungsteilung auf, die zu einer Art zweiter Gleichrichtung führt und die Ausgangs spannung über den Mittelwert der Leerlaufspannung hinaus erhöhen kann. Der Effekt macht sich insbesondere bei breitbandigen HF-Signalen mit hohem Scheitelfaktor (z. B. W- CDMA) bemerkbar, die - der hohen Bandbreite entsprechend - höherfrequente Anteile großer Amplitude in der gleichgerichteten Spannung enthalten.

Um den Meßbereich des Gleichrichters zu vergrößern, in welchem ein Verhalten entspre chend Fig. 2 erzielt wird, sind zwei Maßnahmen nötig: Zum einen muß die Leerlaufspan nung über einen größeren Umfang als durch den quadratischen Bereich gegeben propor tional zu U 2|in sein, zum anderen muß der Ausgangswiderstand der Schaltung linearisiert werden, wobei die zweite Maßnahme dann unterbleiben kann, wenn für alle spektralen Komponenten der gleichgerichteten Spannung gewährleistet ist, daß die zugehörige La stimpedanz groß gegenüber dem Nullpunktwiderstand der Diode ist, also keine aussteue rungsabhängige Teilung zu erwarten ist.

Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Einweg- Gleichrichterschaltung und zwar zeigt Fig. 4a eine Anordnung der Diode V für positive Ausgangsspannung und Fig. 4b die Anordnung für negative Ausgangsspannung. Gemäß der Erfindung ist zwischen Gleichspannungsausgang A und Massebezugspunkt M der Ein gangsspannung ein nichtlinearer Lastwiderstand R_p geschaltet. Für die Strom-Spannungs- Kennlinie eines optimalen Lastwiderstandes R_p kann aus den Gleichungen (2) und (6) die Beziehung

abgeleitet werden. Abhängig vom Teilungsfaktor ν, dem Verhältnis der Ausgangsspannung zur Leerlauf-Ausgangsspannung des Gleichrichters im quadratischen Bereich, liefert sie den optimalen Verlauf der Strom-Spannungs-Kennlinie, die sich dann auf verschiedene Weise approximieren läßt.

Wie aus (9) hervorgeht, muß der Lastwiderstand R_p stets dieselbe relative Temperaturab hängigkeit wie der Nullpunktwiderstand der Gleichrichterdiode V besitzen, damit die Line arisierung über größere Temperaturbereiche erhalten bleibt. Vorzugsweise wird daher der Lastwiderstand als einzelne zum Gleichrichter gepaarte Diode oder als Netzwerk gepaarter Dioden ausgebildet, welche dieselbe Temperaturabhängigkeit wie die Gleichrichterdiode V besitzen.

Der nichtlineare Ausgangswiderstand einer erfindungsgemäßen Schaltung kann zusätzlich durch einen in Serie geschalteten nichtlinearen Widerstand R_s nach Fig. 4 kompensiert werden, so daß sich das lineare Ausgangs-Ersatzschaltbild nach Fig. 5 mit linearem Aus gangswiderstand R_out und leistungsproportionaler Leerlaufspannung ergibt.

Mit einem erfindungsgemäßen nichtlinearen Lastwiderstand R_p, der vorzugsweise in ther mischem Kontakt mit der Diode V steht und damit auf gleichem Temperaturniveau wie die Diode V liegt, wird der Proportionalitätsbereich um etwa 10 dB vergrößert, also im we sentlichen um den gleichen Wert wie bei einer bekannten Schaltung mit linearem Lastwi derstand, jedoch mit wesentlich verbessertem Temperaturverhalten, günstigerem Verhalten des Eingangsleitwertes außerhalb des Proportionalitätsbereiches sowie höherer Ausgangs spannung bei gleicher Leistung.

Als nichtlinearer Lastwiderstand R_p wird vorzugsweise eine Diode V₁ benutzt, deren Null punktwiderstand und Idealitätsfaktor möglichst gut mit den entsprechenden Parametern der Gleichrichterdiode V übereinstimmt. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit Serien widerstand R_s, Fig. 7 ohne Serienwiderstand.

Bei Verwendung von gepaarten Dioden für die Gleichrichterdiode V und die Lastdiode V₁ z. B. von benachbarten Stellen eines Wafers (im Handel in Form von Dioden-Paaren oder -Quartetten erhältlich), kann sogar von einem Temperaturgleichlauf aller Parameter ausge gangen werden. Es muß dann nur noch dafür gesorgt werden, daß alle Dioden auf glei chem Temperaturniveau angeordnet sind. Die Funktion der Schaltung wird dann über ei nen sehr großen Temperaturbereich gewährleistet sein. Beide Eigenschaften, d. h. Tempe raturgleichlauf der Parameter und annähernd gleiches Temperaturniveau, sind automatisch gegeben, wenn die Dioden als Bestandteile einer monolithisch integrierten Schaltung aus geführt werden.

Gegenüber der Schaltung mit linearer ohmscher Belastung (Heißleiter) ist der Eingangs leitwert einer erfindungsgemäßen Schaltung außerhalb des Proportionalitätsbereiches we niger stark von der Höhe der Eingangsspannung abhängig als bei einer Schaltung mit linea rer ohmscher Belastung. Das ist besonders bei Schaltungen vorteilhaft, bei denen es sich nicht vermeiden läßt, daß zumindest ein Gleichrichter weit über den Proportionalitätsbe reich hinaus ausgesteuert wird. Je weniger der übersteuerte Gleichrichter dabei seine Ein gangsimpedanz ändert, umso weniger wird die restliche Schaltung davon beeinflußt wer den, und umso weniger wird sich die eingangsseitige Anpassung der Schaltung verändern. Außerdem verringert sich in einer erfindungsgemäßen Schaltung der Eingangsleitwert bei Verlassen des Proportionalitätsbereichs - die Schaltung wird hochohmiger - während er in einer Schaltung mit linearem Lastwiderstand zunimmt. Dadurch werden die vom Gleich richter in das Meßobjekt emittierten Störungen minimiert, während sie in der Schaltung mit linearem Lastwiderstand zunehmen.

Wegen der Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie der Lastdiode kann eine erfin dungsgemäße Schaltung eine höhere Ausgangsspannung als eine Schaltung mit linearem Lastwiderstand liefern. Wenn Gleichrichter- und Lastdiode denselben Nullpunktwiderstand besitzen, beträgt die Ausgangsspannung einer erfindungsgemäßen Schaltung im quadrati schen Bereich genau die Hälfte der Ausgangsspannung des leerlaufenden Gleichrichters, während die Schaltung mit Heißleiter auf lediglich 29% der Leerlaufspannung kommt. Deswegen gestattet die erfindungsgemäße Schaltung das Messen etwas kleinerer Leistun gen als eine Schaltung mit Heißleiter.

Bei breitbandig modulierten Signalen kann es außerhalb des quadratischen Bereichs zu Meßabweichungen durch dynamische Spannungsteilung mit der Ladekapazität (C_r) und der Eingangskapazität der angeschlossenen Schaltung (C₁) kommen. Während sich die Lade kapazität meist ausreichend klein halten läßt - breitbandig modulierte Signale werden übli cherweise bei Frequenzen über 500 MHz eingesetzt und dafür genügen Ladekapazitäten von einigen pF - sind der Reduktion von C₁ gewisse Grenzen gesetzt. Die Probleme lassen sich deutlich reduzieren, wenn zwischen den Ausgang des Gleichrichters und den Eingang der nachfolgenden Verstärkerschaltung gemäß Fig. 4 ein passender nichtlinearer Wider stand R_s geschaltet wird, mit dem sich der Ausgangswiderstand linearisieren läßt. Dann ist auch der Einfluß von C₁ vernachlässigbar. Der hinzugefügte nichtlineare Widerstand R_s besteht im einfachsten Fall gemäß Fig. 9 aus zwei parallelgeschalteten, zu Gleichrichter- und Lastdiode hinsichtlich des Nullpunktwiderstands gepaarten Dioden V₂ und V₃ oder gemäß Fig. 8 aus nur einer zu Gleichrichter- und Lastdiode hinsichtlich des Nullpunktwi derstands gepaarten Diode V₄ und einem parallelgeschalteten Heißleiter R₁. Der Wider stand des Heißleiters sollte etwas größer als der Nullpunktwiderstand der Diode, z. B. 1,55fach, gewählt werden. Der Temperaturkoeffizient des Heißleiters R₁ ist an den Tempe raturkoeffizienten des Nullpunktwiderstands der Dioden anzupassen.

Die besten Ergebnisse hinsichtlich der Erweiterung des Proportionalitätsbereichs werden zwar dann erzielt, wenn Gleichrichter- und Lastdiode absolut identische Eigenschaften aufweisen. Es kann unter Umständen aber sinnvoll sein, den Nullpunktwiderstand der Lastdiode V₁ etwas kleiner als den der Gleichrichterdiode zu wählen, weil dann sogar noch eine weitere Vergrößerung des Proportionalitätsbereichs (auf Kosten der Linearität bei kleinen Leistungen) möglich wird. Eine solche unsymmetrische Dimensionierung ist auf dreierlei Weise möglich: durch geeignete Paarung, durch die Fertigung von Dioden unter schiedlicher Geometrie (dem Verhältnis der Nullpunktwiderstände entsprechend) auf ei nem Wafer oder als Bestandteile einer monolithisch integrierten Schaltung oder durch die Parallelschaltung einer Diode mit einem Vielfachen des Nullpunktwiderstands der Gleich richterdiode parallel zur Lastdiode. Wenn der Nullpunktwiderstand der parallelgeschalte ten Diode zum Beispiel 10mal so groß wie der der Gleichrichterdiode gewählt wird, ent spricht dies einem Verhältnis r = 0,9 der Nullpunktwiderstände. Wenn also von Paarung gesprochen wird, so sollte eine definierte kleine Abweichung von absoluter Gleichheit mit eingeschlossen sein.

Die Anforderungen an die Paarung der anderen Parameter sind unterschiedlich. Wesentlich ist, daß Idealitätsfaktor n und relativer Temperaturkoeffizient des Nullpunktwiderstands von Gleichrichter- und Lastdiode gut übereinstimmen.

Fig. 10 bis 14 zeigen weitere Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Gleich richterschaltung, die ähnlich günstige Eigenschaften hinsichtlich der Erweiterung des Pro portionalitätsbereichs aufweisen wie die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 6 bis 9. In der Schaltung nach Fig. 10 wird der nichtlineare Widerstand durch drei Dioden V₅, V₆ und V₇ gebildet, ebenso im Ausführungsbeispiel nach Fig. 11. In Fig. 10 ist die eine Diode V₅ wie die Einzeldiode V₁ wieder zwischen Gleichspannungsausgang A und Masse M geschaltet, die beiden anderen Dioden V₆ und V₇ sind gegensinnig in Serie parallel dazu zwischen Ausgang A und Masse M angeordnet. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 sind diese beiden Dioden V₆ und V₇, in gleicher Richtung gepolt in Serie geschaltet und zwi schen Ausgang A und Masse M angeordnet. Der nichtlineare Lastwiderstand könnte auch durch eine noch größere Anzahl von gepaarten Dioden gebildet sein, wesentlich ist eine möglichst gute Übereinstimmung der relativen Temperaturkoeffizienten der Nullpunktwi derstände all dieser Dioden.

Bei den bisher besprochenen Schaltungen handelte es sich ausnahmslos um Einweg- Gleichrichter, d. h. Anordnungen mit einer Gleichrichterdiode, die abhängig von deren Ori entierung eine positive oder negative Ausgangsspannung liefern. Selbstverständlich lassen sich alle erfindungsgemäßen Merkmale auf Zweiweg-Gleichrichterschaltungen übertragen. Im einfachsten Fall besteht ein Zweiweg-Gleichrichter gemäß Fig. 12a aus zwei quasi identischen Gleichrichterdioden V_a und V_b, die von derselben HF-Spannung gespeist wer den und sich lediglich in der Orientierung der Diode unterscheiden, wodurch die eine Gleichrichterdiode eine positive und die andere eine negative Ausgangsspannung liefert (Zweiweg-Gleichrichter mit bipolarer Ausgangsspannung). Jeder der beiden Gleichrichter dioden kann ein entsprechender nichtlinearer Lastwiderstand zugeordnet werden. Häufig ist es jedoch so, daß nur die Differenz-Ausgangsspannung zwischen den beiden Ausgängen weiterverarbeitet wird, um den Gleichtakt-Anteil zu unterdrücken. In diesem Fall werden die beiden Lastwiderstände miteinander verbunden bzw. es wird nur ein Lastwiderstand zwischen den beiden Ausgängen A_a und A_b angeordnet, der doppelt so groß wie für einen entsprechend dimensionierten Einweg-Gleichrichter gewählt wird (Fig. 12b). Die Serien widerstände R_sa und R_sb zur Linearisierung des Ausgangswiderstandes bleiben unverändert.

Daneben sind Dimensionierungen des Lastwiderstandes für Zweiweg-Gleichrichter mög lich, die sich nicht auf Einweg-Gleichrichter-Schaltungen übertragen lassen, wie dies Fig. 13 zeigt. In dieser Schaltung sind jeweils zwei Dioden V₈ und V₉ bzw. V₁₀ und V₁₁ gegen polig in Serie zwischen den Ausgängen A_a und A_b angeordnet.

Fig. 14 zeigt eine Zweiweg-Diodengleichrichterschaltung mit unipolarer Ausgangsspan nung. Die Eingangsspannung wird über einen Koppelkondensator C_k den beiden Gleich richterdioden V_a und V_b zugeführt, denen ein gemeinsamer Ladekondensator C_r zugeordnet ist. Auch hier ist wieder ein nichtlinearer Lastwiderstand R_p und ein Serienwiderstand R_s vorgesehen, die beide wieder doppelt so groß wie für eine entsprechend dimensionierte Einweg-Diodengleichrichterschaltung dimensioniert sind, ansonsten aber entsprechend den vorhergehenden Ausführungsbeispielen ausgebildet sind.

Die Erfindung ist auch bei Spannungsvervielfacher-Schaltungen anwendbar, im einfachsten Fall wird auch hier die Dimensionierung einer Einweg-Diodengleichrichterschaltung über nommen und sowohl der Lastwiderstand R_p als auch der Serienwiderstand R_s entsprechend N × so groß wie für die Einwegschaltung gewählt, wobei N der Spannungsvervielfa chungsfaktor ist.

Claims

1. Ein- oder Mehrweg-HF-Diodengleichrichterschaltung mit mindestens einer Gleichrichterdiode (V) und mindestens einem ausgangsseitigen Ladekondensator (C_r), dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Gleichrichterschaltung mit einem etwa den gleichen relativen Tempe raturkoeffizienten wie der Nullpunktwiderstand (R_o) der Gleichrichterdiode (V) aufweisen den und derart nichtlinearen Lastwiderstand (R_p) belastet wird, daß eine Linearisierung des Verhältnisses von Ausgangsspannung zu Eingangsleistung über den quadratischen Bereich hinaus bewirkt wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der relative Temperaturkoeffizient des nichtlinearen Lastwiderstandes höchstens um ±25%, vorzugsweise höchstens um ±2% von dem des Nullpunktwiderstandes der Gleichrichterdiode (V) unterscheidet.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand aus mindestens einer Diode (V₁; V₅ bis V₇; V₈ bis V₁₁) besteht.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der relative Temperaturkoeffizient des Nullpunktwiderstands der den nichtlinea ren Lastwiderstand bildenden Diode bzw. Dioden höchstens um ±25%, vorzugsweise höchstens um ±2% von dem des Nullpunktwiderstandes der Gleichrichterdiode (V) unter scheidet.

5. Schaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Idealitätsfaktor (n) der den nichtlinearen Lastwiderstand bildenden Diode bzw. Dioden höchstens um ±25%, insbesondere höchstens um ±2% vom Idealitätsfaktor der Gleichrichterdiode (V) unterscheidet.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den nichtlinearen Lastwiderstand bildende Diode bzw. Dioden und die Gleichrich terdiode (V) bzw. Gleichrichterdioden (V_a, V_b) auf gleichem Temperaturniveau angeordnet sind.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den nichtlinearen Lastwiderstand bildende Diode bzw. Dioden und die Gleichrich terdiode (V) bzw. Gleichrichterdioden (V_a, V_b) Teil einer monolithisch integrierten Schal tung sind.

8. Einweg-Diodengleichrichterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprü che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand (R_p) zwischen Gleichspannungsausgang (A) und Mas sebezugspunkt (M) der Eingangsspannung geschaltet ist (Fig. 4).

9. Zweiweg-Diodengleichrichterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprü che 1 bis 7 mit bipolarer Ausgangsspannung, bestehend aus zwei Gleichrichterdioden (V_a und V_b) mit je einem zugeordneten ausgangsseitigen Ladekondensator (C_ra und C_rb), dadurch gekennzeichnet, daß je ein nichtlinearer Lastwiderstand (R_pa, R_pb) zwischen die beiden Gleichspannungsaus gänge (A_a, A_b) und den Massebezugspunkt (M) der Eingangsspannung geschaltet ist (Fig. 12a).

10. Zweiweg-Diodengleichrichterschaltung nach einem der vorhergehenden An sprüche 1 bis 7 mit bipolarer Ausgangsspannung, bestehend aus zwei Gleichrichterdioden (V_a und V_b) mit je einem zugeordneten ausgangsseitigen Ladekonensator (C_ra und C_rb), dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand (R_p) zwischen den beiden Gleichspannungsausgängen (A_a, A_b) geschaltet ist (Fig. 12b).

11. Zwei- oder Mebrweg-Diodengleichrichterschaltung nach einem der vorherge henden Ansprüche 1 bis 7 mit unipolarer Ausgangsspannung, bestehend aus einem Kop pelkondensator (C_k), einer oder mehreren Gleichrichterdioden (V_a, V_b) sowie einem oder mehreren Ladekondensatoren (C_r), dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand (R_p) zwischen Gleichspannungsausgang (A) und Mas sebezugspunkt (M) der Eingangsspannung geschaltet ist (Fig. 14).

12. Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand (R_p, R_pa, R_pb) aus einer einzigen Diode (V₁) besteht, deren Nullpunktwiderstand höchstens um -50%/+100%, insbesondere höchstens um ±10% vom Nullpunktwiderstand der Gleichrichterdiode (V, V_a, V_b) abweicht, und die so gepolt ist, daß sie durch die gleichgerichtete Spannung in Sperrrichtung angesteuert ist (Fig. 6).

13. Schaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand (R_p, R_pa, R_pb) aus der Parallelschaltung einer einzelnen in Sperrichtung angesteuerten Diode (V₅) mit der Reihenschaltung zweier weiterer Dioden (V₆, V₇) gebildet wird, von denen mindestens eine in gleicher Richtung und die andere in gleicher oder entgegengesetzter Richtung wie die einzelne Diode (V₅) gepolt ist, und der Nullpunktwiderstand jeder Diode höchstens um -50%/+100%, insbesondere höchstens um ±10% vom Nullpunktwiderstand der Gleichrichterdiode (V, V_a, V_b) abweicht (Fig. 10 bzw. 11).

14. Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand (R_p) aus der Serienschaltung zweier Lastwiderstände nach den Ansprüchen 12 und 13 besteht, die jeweils nach dem Mittelwert aus den beiden Nullpunktwiderständen der Gleichrichterdioden (V_a, V_b) bemessen sind.

15. Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand (R_p) aus einem Lastwiderstand nach den Ansprüchen 12 und 13 besteht, der nach der Summe der Nullpunktwiderstände der beiden Gleichrich terdioden (V_a, V_b) bemessen ist.

16. Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand (R_p) aus vier Dioden (V₈ bis V₁₁) besteht, deren Null punktwiderstände höchstens um -50%/+100%, insbesondere höchstens um ±10% vom Mittelwert aus den beiden Nullpunktwiderständen der Gleichrichterdioden (V_a, V_b) abwei chen, und von denen jeweils zwei gegensinnig in Serie angeordnet und diese Serienschal tungen ihrerseits parallel geschaltet sind (Fig. 13).

17. Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Lastwiderstand (R_p) aus zwei gegensinnig in Serie geschalteten Dioden besteht, deren Nullpunktwiderstände halb so groß wie der Mittelwert der beiden Nullpunktwiderstände der Gleichrichterdioden (V_a, V_b) sind und die davon um höchstens -50%/+100%, insbesondere höchstens um ±10% abweichen.

18. Schaltung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Schaltungen mit unipolarer Ausgangsspannung jeweils in Serie zum einzigen Aus gang (A) bzw. bei Mehrweg-Schaltungen mit bipolarer Ausgangsspannung jeweils in Serie zu jedem der Ausgänge (A_a bzw. A_b) ein zusätzlicher nichtlinearer Widerstand (R_s, R_sa, R_sb) geschaltet ist, der zu einer Linearisierung des Ausgangswiderstands führt und dessen rela tiver Temperaturkoeffizient an den relativen Temperaturkoeffizienten des Nullpunktwider standes der Gleichrichterdiode (V) bzw. der Gleichrichterdioden (V_a, V_b) angepaßt ist.

19. Schaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß als nichtlinearer Widerstand (R_s, R_sa, R_sb) ein Netzwerk aus Dioden benutzt wird, bei denen der Temperaturkoeffizient der Nullpunktwiderstände in etwa dem Temperatur koeffizienten des Nullpunktwiderstands der Gleichrichterdiode (V) bzw. der Gleichrichter dioden (V_a, V_b) entspricht.

20. Schaltung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß sich der relative Temperaturkoeffizient des nichtlinearen Widerstandes (R_s, R_sa, R_sb) höchstens um -50%/+100%, vorzugsweise höchstens um ±10% von dem des Null punktwiderstandes der Gleichrichterdiode (V) bzw. der Gleichrichterdioden (V_a, V_b) unter scheidet.

21. Schaltung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand (R_s, R_sa, R_sb) aus einem Netzwerk aus mindestens einer Diode (V₄) und mindestens einem Heißleiter (R₁) besteht (Fig. 8).

22. Schaltung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand (R_s, R_sa, R_sb) durch zwei gleichsinnig parallel geschaltete Dioden (V₂, V₃) gebildet ist, deren Kathoden bei Schaltungen mit positiver Ausgangsspan nung (Fig. 9) bzw. deren Anoden bei Schaltungen mit negativer Ausgangsspannung an den Verbindungspunkt von Gleichrichterdiode (V, V_a, V_b) und nichtlinearem Lastwiderstand (R_p, R_pa, R_pb) geschaltet sind und deren Nullpunktwiderstände höchstens um -50%/+100%, vorzugsweise höchstens um ±10% vom Nullpunktwiderstand der Gleichrichterdiode (V) bzw. dem Mittelwert der Nullpunktwiderstände der Gleichrichter dioden (V_a, V_b) abweichen.

23. Schaltung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der nichtlineare Widerstand (R_s, R_sa, R_sb) durch die Parallelschaltung einer Diode (V₄) und eines Heißleiters (R₁) gebildet ist, wobei der Kathodenanschluß der Diode bei einer Schaltung mit positiver Ausgangsspannung (Fig. 8) bzw. der Anodenanschluß bei einer Schaltung mit negativer Ausgangsspannung an den Verbindungspunkt von Gleichrichter diode (V, V_a, V_b) und nichtlinearem Lastwiderstand (R_p, R_pa, R_pb) geschaltet ist und der Nullpunktwiderstand der Diode (V₄) höchstens um -50%/+100%, vorzugsweise höch stens um ±10% vom Nullpunktwiderstand der Gleichrichterdiode (V) bzw. dem Mittel wert der Nullpunktwiderstände der Gleichrichterdioden (V_a, V_b) abweicht und der Wider stand des Heißleiters vorzugsweise 55% ± 25% größer als der Nullpunktwiderstand der Gleichrichterdiode (V) bzw. der Mittelwert der Nullpunktwiderstände der Gleichrichter dioden (V_a, V_b) gewählt wird.