DE2110654A1 - Spitzenwert-Detektorschaltung - Google Patents

Description

DR. MÖLLER-BORG Dl PL-PHYS. DR. MAN ITZ DIPL-CHEM. DR. DEU FEL DIPL-ING. FINSTERWALD DIPL-ING. GRAMKOW 21 1 O 6 5 ^* PATENTANWÄLTE

München, den 5. März 1971 We/Fö - M 2097

THE MARCONI COMPAUY LIMITED Busli House, Aldwych, London W.C.2 England

Spitzenwert-Detektorschaltung

Die Erfindung betrifft Spitzenwert-Detektorschaltungen, insbesondere Wechselspannungs-Spitzenwert-Voltmeter, in welchen ein für eine zu messende Spitzenspannung repräsentatives Potential kapazitiv zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsspitzen gespeichert wird.

Um Spitzendetektor-Schaltungen dieser Art zufriedenstellend zu betreiben., besteht eine Grundvoraussetzung darin, daß das für die zu messende Spitzenspannung repräsentiative Potential zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsspitzen nicht nennenswert abfällt. Dieses Erfordernis kann harte Auslegungsanforderungen an Spitzendetektor-Schaltungen stellen, welche eine zufriedenstellende Arbeitsweise bei sehr niedrigen EingangsSignalfrequenzen (z.B. unter 20 Hz) und/ oder bei geringen Eingangspegeln aufweisen. Um zu gewähr-

109849/0991

Or. MM«4of4 Dr. MmHs · Dr. DwM · Dipl-Ina. nnttorwaM Dtpl.-Ing. Grflmkow IraunidnMig, A* Μ*·*·* ■ 8 MOndmi 22, «obwMCod»*!»·· 1 7 Shltgort -Iod <*""·»·»

Tffo, (C₈JI) 7»V _{T#Ww| m)} Jj₃₁₄₅, ΤΛ« SJ20M »fcp-t Mortt**. J. IM. »71U «Ti«

iMkt ZiMflNiil leyw. VelkibankM, MOndtwt, Kto.-Nr. M23 otliddi: JMMhM tf4fS

leisten, daß die kapazitiv gespeicherte Ladung zwischen aufeinanderfolgenden Spannungsspitzen nicht wesentlich abfällt, ist es erforderlich, sicherzustellen, daß ein beliebiger Entladepfad für den Speicherkondensator eine sehr hohe Impedanz aufweist und dafür Sorge zutragen, daß im Betrieb der Kondensator durch eine beliebige nachfolgende Stufe der Spitzendetektorschaltung nur leicht aufgeladen wird.

Während Schaltungen dieser Art entworfen werden können, welche bei niedrigen Frequenzen gut arbeiten, haben solche Schaltungen im allgemeinen den Nachteil, daß dann, wenn ein Eingangssignal (beispielsweise eine zu messende Spannung) ent- tk fernt oder reduziert wird, der Speicherkondensator eine extrem lange Entladezeit aufweist. Die Entladezeit kann viele Sekunden betragen, und während dieser Zeit ist es nicht ratsam, die Spitzendetektor-Schaltung dazu zu verwenden, um andere Signale zu messen, da eine fehlerhafte Spitzenspannungs-Anzeige unter diesen Umständen erreicht werden könnte. Allgemein läßt sich feststellen, je besser die Leistung der Spitzendetektorschal tung ist, um so länger braucht der Ladungs-Speicherkondensator, um sich zu entladen und um so größer ist der oben genannte Nachteil.

Ein Ziel der Erfindung besteht darin, eine Spitzendetektor-Schaltung zu schaffen, welche die oben genannten Nachteile w auf ein Minimum reduziert, ohne die Leistung der Schaltung zu beeinträchtigen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine Spitzendetektor-Schaltung derart vor, welche eine kapazitive Speicheranordnung zur Speicherung eines für den Spitzeneingangs-Signalpegel repräsentativen Potentials umfaßt, die sich dadurch auszeichnet, daß eine erste kapazitive Speicherstufe vorgesehen ist, um ein repräsentatives Potential zu speichern, daß eine zweite kapazitive Speicherstufe mit der ersten

109849/0991

£110654

Stufe verbunden ist, welche ebenfalls zur Speicherung eines repräsentativen Potentials dient, daß die zweite Stufe eine Entlade-Zeitkonstante aufweist, welche im Verhältnis zu derjenigen der ersten lang ist und daß weiterhin eine Einrichtung vorgesehen ist, um diese Entlade-Zeitkonstonte zu reduzieren, wenn das durch die erste Stufe gespeicherte Potential unter einen ausgewählten Pegel gesunken ist, welcher nied.riger ist als derjenige, welcher durch die zweite Stufe gespeichert ist.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Entlade-Zeitkonstante, auf Vielehe die zweite kapazitive Sp eicher stuf e reduziert ist, wenn das durch die erste Stufe gespeicherte Potential ' unter einen ausgewählten Pegel gesunken ist, welcher niedriger ist als derjenige, welcher durch die zweite Stufe gespeichert ist, im Verhältnis zu der Entlade-Seitkonstante er ersten Stufe kurz ist.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Einrichtung zum Reduzieren der Entlade-Zeitkonstanten der zv/eiten kapazitiven Speicherstufe, wenn das durch die erste Stufe gespeicherte Potential unter einen ausgev/älilten Pegel gesunken ist, welcher niedrigerist als derjenige, der durch die zweite Stufe gespeichert ist, einen Transistor umfaßt, v/elcher in Abhängigkeit von dem durch die erste Stufe gespeicherten Potential einen Entlade-Pfad verhältnisnäßig niedriger Impedanz für die zweite Stufe bildet.

Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Transistor durch den Ausgang eines Komparators mit zwei Eingängen gesteuert ist, dessen einer Eingang mit einem Potential gespeist ist, welches für dasjenige, welches durch die erste kapazitive Speicherstufe gespeichert ist, repräsentativ ist und daß der andere Eingang des Komparators mit einen Bezugspotential "* ist.

umfaßt vorzugweise die Spitzendetektor-SchaTbung 109849/0991

eine Eückfuhrschleife, um einen für das durch die zweite kapazitive Speicherstufe gespeicherte Potential repräsentativen Signal-Pegel an die erste kapazitive Speicherstufe rückzuführen, wodurch die Ladeschaltung für die erste Stufe nichtladend wird, wenn der für das durch die zweite Stufe gespeicherte Potential repräsentative Signalpegel den Eingangssignalpegel übersteigtβ

' Vorzugweise ist bei der erfindungsgemäßen Spitzendetektor-Schaltung weiterhin vorgesehen, daß ein Komparator mit zwei Eingängen vorgesehen ist, daß die Rückführschleife und der Eingang für das Eingangssignal jeweils mit einem entsprechenfe den Eingang des !Comparators verbunden sind, daß der Komparator mit einer Einrichtung verbunden ist, um den Ladestrom der ersten kapazitiven Speicherstufe derart zu steuern, daß dann, wenn das Eingangssignal größer ist als der Signalpegel auf der Eückführschleife, die Einrichtung den Ladestrom fließen läßt, während dann, wenn das Eingangssignal geringer ist eis das Rückführsignal, die Einrichtung den Ladestrom unterbricht.

Vorzugsweise ist schließlich vorgesehen, daß die Einrichtung zur Steuerung des Ladestromes einen Schalttransistor aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand.der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

die einzige Figur in schematischer Darstellung eine Ausführungsform gemäß der Erfindung.

Ein Wechselspannungssignal dessen Spitzenspannung durch die Spitzendetektorschaltaig gemessen werden soll, wird im Betrieb über eine Eingangskiemne I.P. der Schaltung an einen Eingang . eines DifferentialVerstärkers Gi gelegt. Der Ausgang des Verstärkers G1 ist mit der Βεείε eines p.n.p.-Transistors T1 verbunden, dessen Emitter mit einen positiven Versor-

109849/0991

gungspotential von +V Volt verbunden ist und dessen Kollektor mit der einen Seite eines ersten Speicherkondensators 01 verbunden ist, während die andere Seite desselben mit dem Erdpotential verbunden ist. Der Kollektor des !Transistors T1 ist auch mit dem Eingang eines zweiten Verstärkers 02 ver-

• bunden, dessen Ausgang mit der einen Seite eines zweiten Speicherkondensators 02 über eine Diode D verbunden ist. Die andere Seite des Kondensators 02 ist ebenfalls mit dem Erdpotential verbunden. Die Verbindung zwischen der Diode D und dem Kondensator 02 ist mit dem Eingang eines dritten Verstärkers GJ verbunden, dessen Ausgang das Ausgangssignal der gesamten Spitzendetektorschaltung liefert und außerdem dazu verwendet wird, um ein Rückführsignal zu dem verbleibenden Eingang des Differentialverstärkers G1 zu bilden. Parallel zu dem Verstärker G2 und der Diode D sind ein vierter Verstärker G4 und ein n.p.n-Transisistor T2-geschaltet. Der Verstärker G4 ist ein Differentialverstärker, von welchem ein Eingang mit dem Kollektor des Iransisistors T1 und über einen Widerstand R auch mit einer Potential quelle von -V Volt verbunden ist und von dem der andere Eingang mit einer Bezugspotential quelle von V-p·^ Volt verbunden ist. Der Widerstand R bildet in Kombination mit dem Kondensator 01 eine erste kapazitive Speicherstufe. Der Ausgang des Verstärkers G4 ist mit der Basis des Transisitors T2 verbunden, dessen Emitter mit dem Erdpotential verbunden ist und dessen Kollektor mit dem Eingang des Verstärkers G3 verbunden ist. Die vier Verstärker G1, G2, GJ und G4 haben alle eine sehr hohe Eingangsimpedanz, und der Entladungspfad des Kondensators 01 ist daher hauptsächlich durch den Widerstand R gebildet, dessen Wert effektiv die Entlade-Zeitkonstante bestimmt, weihe einem gegebenen Wert des Kondensators 01 zugeordnet ist. In ähnlicher Weise ist die Entladecharakteristik des Kondensators 02 durch die Impedanz des Kollektor-Emitter-Pfades des Transistors T2 und durch einen beliebigen Leckstrom aufgrund der Diode D bestimmt (unter der Annahme, daß die Verstärker-Impedanz -extrem groß ist im Vergleich zu dem Kollektor-Emitter-

109849/0991

Kurzschlußwiderstand), und der Kondensator 02 in Kombination mit seinem Entladepfad stellt eine zweite kapazitive Speicherstufe dar.

Im Betrieb wird angenommen, daß der Kondensator 01 zunächst entladen ist und folglich das Eingangssignal, welches dem einen der Eingänge des Verstärkers G4 zugeordnet ist, im wesentlichen auf Erdpotential liegt. Die Polarität der Bezugsspannung Yp-ppy ist so gewählt, daß unter diesen Bedingungen der Transistor T2 im leitenden Zustand gehalten ist. Dies ist notwendig, um zu gewährleisten, daß der Kondensator 02 anfänglich ebenfalls entladen ist.

Wenn ein Eingangssignal (welches eine Wechselspannung darstellt, deren Spitzenwert gemessen werden soll) an den Verstärker G1 geführt wird, wird das Signal verstärkt und an die Basis des Transistors T1 geführt und bewirkt, daß der Kondensator 01 von der positiven Versorgungsspannung von +V Volt über diesen Transistor aufgeladen wird. Die Entlade-Zeitkonstante dieses Kondensators Ot ist durch den Wert des Kondensators 01 und des Widerstandes E bestimmt und ist so ausgelegt, daß eine hinreichende Glättung gewährleistet ist, um sicherzustellen, daß das resultierende Ausgangssignal des Verstärkers G4 eine hinreichende Größe besitzt, um den Transistor T2 zu schalten und diesen Transistor in einem nichtleitenden Zustand zu halten. Das teilweise geglättete Signal wird an den Eingang des Verstärkers G2 geführt, dessen Ausgang den Kondensator 02 über die Diode D auflädt. Da der Transistor T2 in einem nichtleitenden Zustand gehalten ist, wird, unter der Annahaie, daß die Eingangsimpedanz des Verstärkers G3 sehr hoch ist, kein Entladepfad niedriger Impedanz für den Kondensator 02 gebildet, und deshalb ist ihm eine sehr große Zeitkonstante zugeordnet. Somit liefert der Kondensator 02 ein hohes Maß an Glättung und hält die ßpitzenspannung mit einem Minimum an Welligkeit. Diese Spannung wird durch den Verstärker G3 verstärkt

109849/0991

und wird über die Ausgangsklemme OJP, den Erfordernissen entsprechend verwendet, beispielsweise für ein geeignetes Meßgerät zur Anzeige oder für andere Ablesezwecke. Das Verstärkersystem ist mit einer Rüekführschleife vom Ausgang des Verstärkers G3 zu einem Eingang des Verstärkers G1 ausgestattet.

Wenn das Eingangssignal entfernt oder reduziert wird, liefert die vom Kondensator 02 gehaltene Ladung ein Rückführsignal über den Verstärker GJ zum Verstärker G1, welcher den Transistor Φ1 abschaltet und gestattet, daß sich der Kondensator 01 über den Widerstand R entlädt. Dies wiederum bewirkt ein Signal über den Verstärker G4-, welcher den Transistor T2 in einen leitenden Zustand versetzt, und deshalb stellt der Transistor T2 daß Mittel dar, um die Entlade-Zeitkonstante des zweiten ßpeicherkondensators zu reduzieren. Der Kondensator 02 wird dadurch rasch entladen, und das Ausgangssignal an der Klemme O.P. wird in gleicher Weise schnell reduziert. Somit wird die minimale Zeitspanne zwischeiiaufeinanderfolgenden Messungen der Spitzenspannung ohne Risiko eines Fehlers durch die Entlade-Zeitkonstante der Kombination aus dem Kondensator C1 und dem Widerstand R bestimmt. Wie oben bereits festgestellt wurde, kann diese Zeitkonstante so kurz gehalten werden, wie es erwünscht ist, vorausgesetzt, daß das Maß an Glättung dadurch erreicht wird, welches ausreicht, um zu vermeiden, daß der Differentialverstärker G4 und folglich der Transistor T2 entgegengesetzt durch negativ verlaufende Abschnitte des Eingangssignals geschaltet werden.

- Patentansprüche -

Claims (1)

1. Patentansprüche

   Γ Λ Λ ßpitzendetektor-Schaltung mit einer kapazitiven Speicheranordnung zum Speichern eines Potentials, welches für den 'Spitzeneingangs-ßignalpegel repräsentativ ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste kapazitive ßpeicherstufe vorgesehen ist_t um ein repräsentatives Potential zu speichern, daß eine zweite kapazitive Speicherstufe mit der ersten Stufe verbunden ist, welche ebenfalls zur Speicherung eines repräsentativen Potentials dient, daß die zweite Stufe eine Entlade-Zeitkonstante aufweist, welche im Verhältnis zu derjenigen der ersten lang ist und daß weiterhin eine Einrichtung vorgesehen ist, um diese Entlade-Zeitkonstante zu reduzieren, wenn das durch die erste Stufe gespeicherte Potential unter einen ausgewählten Pegel gesunken ist, welcher niedriger ist als derjenige, welcher durch die zweite Stufe gespeichert ist.

   Spitzendetektor-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch g e kennz eichnet, daß die Entlade-Zeitkonstante, auf welche die zweite kapazitive Speicherstufe reduziert ist, wenn das durch die erste Stufe gespeicherte Potential unter einen ausgewählten Pegel gesunken ist, welcher niedriger ist als derjenige, welcher durch die zweite Stufe gespeichert ist, im Verhältnis zu der Entlade-Zeitkonstante der ersten Stufe kurz ist.

   J. Spitzendetektor-Schaltung nach Anspruch 2, dadurch g e kennz eichnet, daß die Einrichtung zum Reduzieren der Entlade-Zeitkonstanten der zweiten kapazitiven Speicherstufe, wenn das durch die erste Stufe gespeicherte Potential unter einen ausgewählten Pegel .gesunken ist, welcher niedriger ist als derjenige, der durch die zweite Stufe gespeichert ist, einen Transistor umfaßt, welcher in Abhängigkeit von dem durch die erste Stufe gespeicherten Potential einen Entlade-Ffad verhältnismäßig niedriger Impedanz für die zweite Stufe bildet. 109849/0991

   4. Spitzendetektor-Schaltung nach den Ansprüchen 2 oder J, dadurch gekennz eichnet, daß eine Bückführschleife vorgesehen ist, um ein für das durch die zweite kapazitive Speicherstufe gespeicherte Potential repräsentativen Pegel zurersten kapazitiven Speicherstufe zurück-

   ' zuführen, wodurch die Iiadeschaltung für die erste Stufe nichtladend wird, wenn der für das durch die zweite Stufe gespeicherte Potential repräsentative Pegel den Eingangs-Signalpegel übersteigt.

   5. Spitzendetektor-Schaltung nach Anspruch 4, dadurch g e .kennz eichnet, daß ein Komparator mit zwei Eingängen vorgesehen ist, daß die Rückführschleife und der Eingang für das Eingangssignal jeweils mit einem entsprechenden Eingang des !Comparators verbunden sind, daß der Komparator mit einer Einrichtung verbunden ist, um den Ladestrom der ersten kapazitiven Speicherstufe derart zu steuern, daß dann, wenn das Eingangssignal größer ist als der Signalpegel auf der Bückführschleife, die Einrichtung den Ladestrom fließen läßt, während dann, wenn das Eingangssignal geringer ist als das Rückführsignal, die Einrichtung den Ladestrom unterbricht.

   6. Spitzendetektor-Schaltung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung des Ladestromes einen Transistorschalter aufweist.

   7- Spitzendetektor-Schaltung nach Anspruch 3> dadurch gekennz eichnet, daß der Transistor durch den Ausgang eines Komparators mit zwei Eingängen gesteuert ist, dessen einer Eingang mit einem Potential gespei st· is1j welches für dasjenige, welches durch die erste kapazitive Speicherstufe gespeichert ist, repräsentativ ist und daß der andere Eingang des Komparators mit einem Bezugspotential gespeist ist.

   109849/0991

   Leerseite