DE2207990A1

DE2207990A1 - Schaltung zur umsetzung einer wechselspannung in eine gleichspannung

Info

Publication number: DE2207990A1
Application number: DE2207990A
Authority: DE
Inventors: Heinz-Dieter Dipl Ing Goeldner
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1972-02-21
Filing date: 1972-02-21
Publication date: 1973-09-06
Also published as: JPS4896061A; US3787755A; FR2172954B1; GB1362639A; FR2172954A1

Description

Hartmann & Braun 6 Prankfurt a/M, den 18.2.1972

Aktiengesellschaft Gräfstraße 97 Tu/Ro

Schaltung zur Umsetzung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Umsetzung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung mit einem gegengekoppelten Verstärker, bei dem im Gegenkopplungszweig ein Diodennetzwerk aus mindestens zwei antiparallel geschalteten Dioden angeordnet ist.

Derartige Netzschaltungen mit Dioden im Gegenkopplungszweig des Verstärkers sind bereits bekannt, so z.B. aus der deutschen Auslegeschrift 1.473.9^jS. Bei diesen Anordnungen dienen die Dioden zur Einweggleichrichtung der zu messenden Wechselspannung. Durch Einschaltung der Dioden in den Rückkopplungszweig des Verstärkers sind die gleichgerichteten Signale im wesentlichen unabhängig von dem Durchlaßwiderstand der Dioden, und zwar aufgrund der stabilisierenden Rückkopplungswirkung auf den Verstärker. Die bekannten Schaltungen haben jedoch den Nachteil, daß sich d.ie.Gle.ichspannungsdrift „des, verwendet en Verstärkers unmittelbar auf das gleichgerichtete Ausgangssignal überträgt, so daß sich diese Schaltung zur Messung sehr kleiner Wechselspannungssignale nicht eignet. Das Ziel der Er-

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findung besteht demnach darin, unter Ausnutzung der Vorteile der genannten Schaltung eine Schaltung anzugeben, mit der aus insbesondere sehr kleinen Wechselspannungssignalen eine driftarme proportionale Gleichspannung gewonnen werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Verstärkerausgang Über die Reihenschaltung aus dem Diodennetzwerk und einem Trennkondensator mit einem elektrischen Speicher verbunden ist und daß parallel zum Ladekreis des Speichers ein steuerbarer Schalter liegt, der von der Ausgangsspannung des Verstärkers ein- und ausgeschaltet wird.

Bei einem bevorzugten AusfUhrungsbeisplel der Erfindung 1st der steuerbare Schalter ein Transistor, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum Ladekreis des Speichers liegt und dessen Basis mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden ist·

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus der folgenden ins einzelne . gehende Beschreibung eines Ausfuhrungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung. Das AusfUhrungsbeispiel nach der Zeichnung weist einen Verstärker 6 mit hoher innerer Verstärkung und einem Gegenkopplungszweig auf. Dieser Gegenkopplungszweig besteht aus den antiparallel geschalteten Dioden Io bzw. 11 und 12 sowie den Widerständen 7 und 8 und er verbindet den Ausgang 9 mit dem Eingang des Verstärkers. Eine Quelle 1, deren Wechselspannung gemessen

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werden soll, ist durch einen Kondensator 2 mit dem Eingang 4 des Verstärkers verbunden und ruft am Widerstand 3 gegen Masse die Eingangswechselspannung u hervor. Die Wechselspannungsquelle kann über einen Widerstand auch mit dem invertierenden Eingang 5 des Verstärkers verbunden sein. In Reihe mit dem Diodennetzwerk lo, 11, 12 liegt ein Trennkondensator 13, der einen elektrischen Speicher 17 mit Ladewiderstand 16 galvanisch vom Verstärkerausgang trennt. Parallel zum Ladekreis des Speichers ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines im Schalterbetrieb arbeitenden Transistors 14 geschaltet, dessen Kollektor mit Masse verbunden ist. Die Basis dieses Transistors ist durch einen Vorwiderstand 15 mit dem Ausgang 9 des Verstärkers verbunden. Zwischen der Klemme 18 und Masse entsteht eine geglättete HaIbwellengleichspannung U., die der Amplitude der EingangsWechselspannung u streng proportional ist.

Zur Funktion des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles ist folgendes zu sagen:

Die Eingangswechselspannung u wird zunächst im Verstärker 6, dessen innere Verstärkung wesentlich größer als die durch das Gegenkopplungsnetzwerk bestimmte äußere Verstärkung ist, verstärkt. Das verstärkte Wechselspannungssignal gelangt vom Ausgang 9 auf das Diodennetzwerk, anschließend wird es zur Gegenkopplung auf den Eingang 5 über den Widerstand 7 zurückgeführt und über den Trennkondensator 13 zur Gleichrichtung mit dem Transistor 14 ausgekoppelt. Die Dioden lo, 11,,12 haben bei der

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Schaltung nach der Erfindung nicht die Aufgabe, das verstärkte Wechselspannungssignal wie bei den bekannten Gleichrichterschaltungen gleichzurichten, sondern sie dienen dazu, die Steuerspannung für den im Schalterbetrieb arbeitenden Transistor zu liefern. Zu diesem Zweck erhält der Transistor über den Widerstand 15 an seiner Basis ein Steuersignal, das neben der Ausgangswechselspannung noch aus einem überlagerten Rechtecksignal besteht, welches durch die Schwellenspannung der Diodenkombination bestimmt ist. Erst mit der überlagerten, konstanten Rechteckspannung kann der Schalttransistor bei der einen Wechselspannungspolarität sicher in den Durchjaßzustand gesteuert und bei der anderen Wechselspannungspolarität sicher gesperrt werden. Das gewünschte Rechtecksignal entsteht folgendermaßen: zu Beginn der positiven Halbwelle, also im Spannungsnulldurchgang, ist u_e gleich Null und der Verstärker liefert demnach auch keine Ausgangsspannung. Sowohl die Diode Io als auch die Dioden 11 und 12 befinden sich somit in einem sehr hochohmigen Zustand. Das Gegenkopplungsnetzwerk 1st praktisch unwirksam und der Verstärker arbeitet mit seiner vollen inneren Verstärkung. Sobald u_e den Nulldurchgang nach positiven Werten hin überschreitet, liefert der Verstärker infolge der hohen inneren Verstärkung eine so große positive Ausgangsspannung, daß die Schwellspannung der Dioden 11 und 12 fast schlagartig überwunden wird, während die Diode Io sperrt. Nunmehr wirkt das Gegenkopplungsnetzwerk auf den zweiten Eingang des Verstärkers und die positive Halbwelle von u_ wird mit dem durch

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die Widerstände 7 und 8 festgelegten Faktor verstärkt, über den Dioden 11 und 12 entsteht ein Spannungssprung in Höhe der doppelten Flußspannung, dein die allmählich ansteigende Wechselspannung überlagert ist. Dieser Spannungssprung reicht aus, den Transistor 14 sicher in den Durchlaßzustand zu steuern. Der leitende Transistor verhindert, daß sich der Speicher durch die positive Halbwelle auflädt.

Während der nächstfolgenden negativen Halbwelle kehrt auch die Ausgangsspannung des Verstärkers ihr Vorzeichen um, so daß die Diode Io leitet und die Dioden 11 und 12 gesperrt sind. Jetzt entsteht über der Diode Io ein negativer Spannungssprung, der den Transistor sperrt. Der Speicher 17 wird über den Widerstand 16, dessen Wert ausreichend groß ist, um eine unerwünschte Entladung des Speichers zu verhindern, auf die Amplitude äer negativen Halbwelle aufgeladen. Die nächstfolgenden beiden Halbwellen liefern erneut die rechteck!"örmige Steuerspannung in der beschriebenen Weise, so daß der Schalter 14 schließt und öffnet und der Speicher 17 auf- oder entladen wird, je nachdem ob die Amplitude von u_e größer oder kleiner als die der. vorangegangenen ist, bzw. bei gleicher Meßarcplitude die zuvopnaufgenommene Ladung hält.

Die.an der Klemme 18 anstehende...,Ausjg^ngsgleichSßannung^U^^.ist^ dem Elngangswechselspannungsslgnal u_ß streng proportional, wobei beide Spannungen das gleiche Bezugspotential, Massepotential besitzen.

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Damit die Oleichspannung nicht durch temperaturabhängige Rest- · spannungen und -ströme des Schalttransistors verfälscht wird, wird der Transistor zweckmäßigerweise in inverser Schaltung betrieben. Im Gegensatz zu üblichen Diodengleichrichtungen mit nichtlinearer Oleichrichtercharakteristik arbeitet der Transistor praktisch als idealer Schalter, der die angebotene Wechselspannung exakt gleichrichtet, wobei seine Ein- und Ausschaltphasen von der gleichen Wechselspannung bestimmt werden.

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Claims

Patentansprüche:

( 1.J Schaltung zur Umsetzung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung mit einem gegengekoppelten Verstärker, bei dem im Gegenkopplungszweig ein Diodennetzwerk aus mindestens zwei antiparallel geschalteten Dioden angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerausgang (9) über die Reihenschaltung aus dem Diodennetzwerk (lo, 11, 12) und einem Trennkondensator (15) mit einem elektrischen Speicher (17) verbunden ist, und daß parallel zum Ladekreis des Speichers ein steuerbarer Schalter liegt, der von der Ausgangsspannung des Verstärkers ein- und ausgeschaltet wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der steuerbare Schalter ein Transistor (14) ist, dessen Kollektor-Emitter-Strecke parallel zum·Ladekreis des Speichers liegt und dessen Basis mit dem Ausgang (9) des Verstärkers verbunden ist.

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