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Synchrongleichrichter Zusatz zur Patentanmeldung P 2153191.9.
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Die Hauptanmeldung betrifft einen Synchrongleichrichter, der durch
die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet ist: In einem Verstärker sind
ein erster Widerstand und ein zweiter Widerstand an einem ersten Verbindungspunkt
verbunden. Der erste Widerstand ist an seinem anderen Ende mit einem dritten Widerstand
in einem zweiten Verbindungspunkt verbunden. Der zweite Widerstand ist mit seinem
anderen Ende mit einem vierten Widerstand in einem dritten Verbindungspunkt verbunden.
Der vierte Widerstand liegt mit seinem anderen Ende an Masse. Ein Operationsverstärker
ist mit seinem negativen Eingang mit dem zweiten Verbindungspunkt, mit seinem positiven
Eingang mit dem dritien Verbindungspunkt und mit seinem Ausgang mit den anderen
Ende des dritten Widerstandes verbunden Ein Eingangssigiial wird zwischen dem ersten
Verbindungspunkt und Masse zugeführt. Ein Ausgangssignal wird zwischen dem Ausgang
des Operationsverstärkers und Masse abgenommen. Zwischen dem ersten Widerstand und
dem ersten Verbindungspunkt befindet sich eine elektrische oder elektronische Schalteranordnung.
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Im allgemeinen werden Synchrongleichrichter als Signal-Diskriminatoren
in automatischen Steuervorrichtungen verwendet. Dabei müssen zumeist Eingangssignale
mit sehr schlechtem Signal-Rausch-Verhältnis verarbeitet werden.
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In einem in Fig. 1 dargestellten bekannten Synchrongleichrichter müssen
die Dioden D1-D4 einander angepaßt sein, und die Schaltung muß durch einen variablen
Widerstand VR justiert werden. Da Transformatoren T1 und T2 verwendet werden, werden
die Eigenschaften des Gleichrichters bei hohen und tiefen Frequenzen verringert
und verschlechtert. Überdies ist wegen der Nichtlinearität der Dioden D1-D4 und
der Sättighung der Transformatorenkerne eine erwünschte Linearität zwischen Eingangs-
und Ausgangssignal nicht erhältlich.
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Zusätzlich zu dtn obigen Nachteilen hat der Synchrongleichrichter,
wie er@n Fig. zu gezeigt ist, zahlreiche andere Nachteile, wie Fachleuten auf diesem
Gebiet bekaiint ist.
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Der Hauptanmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, einen neuen und verbesserten
Synchrongleichrichter zu s haffen dei eirie ausge/.eitiiiete Linearität und dieselben
Eigenschaften über scine gesamte Bandbreite von den niederen bis zu den hohen Frequenzen
aufweist, und der keine Justierung benötigt.
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Inzwischen hat es sich für das Hauptpatent als Vorteil herausgestellt,
wenn die Bedingungen
erfüllt ist, wobei R4- der erste Widerstand, R6 der zweite Widerstand, R5 der dritte
Widerstand und R7 der vierte Widerstand ist.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Weiterbildung des Hauptpatentes.
Sie besteht darin, daß sich die Schalteranordnung zwischen dem ersten Verbindungspunkt
und dem zweiten Widerstand befindet, und daß die vier Widerstände R4, R5' R6 und
R7 die Bedingung
erfüllen.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ergibt sich, wenn
die weitere Bedingung
erfüllt ist.
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Im folgenden soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand
von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm
eines bekannten Synchrongleichrichters; Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm eines bekannten
bipolaren Verstärkers mit variabler Verstärkung; Fig. 3 ein Schaltungsdiagramm zur
Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung, Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm
zur Darstellung des größeren Teiles eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
Fig. 5 die Form der Eingangs- und Ausgangssignale und die Referenz spannung der
in Fig. 4 gezeigten Schaltung Fig. 6 ein Schaltungsdiagramm eines erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispieles, dessen größerer Teil in Fig. 4 gezeigt ist, Fig. 7 eine grafische
Darstellung der Abhängigkeit zwischen
Eingangs- und Ausgangssignal
der in Fig. 6 gezeigten Schaltung; Fig. 8 Variationen von Halbleiter-Schalteranordnungen,
wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden; und Fig. 9 die Form der
in Fig. 6 benötigten Referenzspannung und der von Operationsverstärkern normalerweise
zur Verfügung gestellten Rechteck-Wellenformen.
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird eine kurze
Bezugnahme auf den Stand der Technik hilfreich sein. Deshalb sei zunächst die in
Fig. 2 gezeigte bipolare Verstärkerschaltung mit variabler Verstärkung betrachtet,
bei der ein Widerstand R1 in einem Verbindungspunkt P1 mit einem variablen Widerstand
R3 und in einem Verbindungspunkt P2 mit einem Widerstand R2 verbunden ist. Ein Gleit-
oder Schleifarm des variablen Widerstandes R3 ist mit einem positiven Eingang (f)
eines Operationsverstärkers OPL verbunden, das andere Ende des variablen Widerstandes
R3 ist geerdet. Der negative Eingang (-) des Operationsverstärkers OPL ist mit dem
Verbindungspunkt P2, der Ausgang des Operationsverstärkers mit dem
anderen
Ende des Widerstandes R2 verbunden. Das Eingangs signal V. wird zwischen Verbindungspunkt
P1 und Masse zugeführt. Das Ausgangssignal V wird zwischen dem Ausgang des Operationsver-0
stärkers OP1 und Masse abgenommen. Ist der Widerstand zwischen dem positiven Eingang
(+) des Operationsverstärkers OP1 und der Masse #R3, und der Widerstand zwischen
dem positiven Eingang (+) des Operationsverstärkers OP, und dem Verbindungspunkt
Pl (l-p)R3, wie in Fig. 2 gezeigt, so ist das Ausgangssignal V gegeben 3, durch
In einfacherer Form: m - n Vo = Vi (2) m + 1 wobei n 1 R2/R1 und m PR #R3/(1 P)R3
ist.
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In Fig. 3 ist das Prinzip der vorliegenden Erfindung gezeigt. Ein
Widerstand R6 ist mit einem beweglichen Kontakt eines Schalters SW verbunden, während
er mit seinem anderen Ende in einem Verbindungspunkt P3 mit einem Widerstand R7
verbunden ist, dessen anderes Ende geerdet ist. Ein positiver Eingang (+) eines
Operationsverstärkers
OP2 ist mit dem Verbindungspunkt P3 verbunden.
Ein Widerstand R4 ist auf einer Seite mit dem festen Kontakt des Schalters SW in
einem Verbindungspunkt P1, auf der anderen Seite in einem Verbindungspunkt 2' mit
einem Widerstand R verbunden. Der negative Eingang (-) des Operationsverstärkers
OP2 ist mit dem Verbindungspunkt P2,, der Ausgang des Operationsverstärkers OP2
mit dem anderen Ende des Widerstandes R5 verbunden. Das Eingangssignal V. wird zwischen
dem Verbindungspunkt P11 und Masse zugeführt, das Ausgangssignal Vo wird zwischen
dem Ausgang des Operationsverstärkers OP2 und Masse abgenommen.
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Das Ausgangssignal V ergibt sich durch m - n Vo = Vi (3) m + 1 wobei
m = R7/R6 und n = R5/R4 ist.
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Ist der Schalter SW geöffnet, liegt kein Eingangssignal an dem positiven
Eingang (+) des Operationsverstärkers OP2, so daß der Wert des Widerstandes R6 als
unendlich betrachtet werden kann.
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Folglich ist m s R IR 1 0 und somit Vo = - nVi (4)
Ist
der Schalter SW geschlossen und nimmt man m 1 2n/(1 - n) an, so wird Gleichung (3)
zu
Nimmt man an, daß R5/R4 g n und R7/R6 2 2 nl(l - n)
ist, dann ergibt sich folgende Beziehung zwischen Ausgangssignal V 0 und Eingangssignal
V.
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Schalter geschlossen: Vo = nVi (6) Schalter offen: V 1 n V.
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o 1 Um eine erfindungsgemäße Synchrongleichrichtung durchzuführen,
muß sich die Polarität des Ausgangssignals V gemäß der Ein-Aus-Steuerung des Schalters
SW umkehren. Ist die Bedingung m 1 n erfüllt, ergibt sich die folgende Beziehung
zwischen dem Ausgangssignal V und 0 dem Eingangssignal Vi:
m -
n Schalter geschlossen: Vo = Vi # 0 (M # P) m + 1 (7) Schalter offen: Vo w - nV.
t 0 Ein erfindungsgemäßer Synchrongleichrichter basiert auf einer Schaltung, die
einen Schalter oder Halbleiterschalter aufweist und Gleichung (6) oder Gleichung
(7) erfüllt.
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Im folgenden wird ein erläuterndes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf Fig. 4 ausführlich beschrieben, das Gleichung (6) erfüllt.
Drain D oder Source S eines Feldeffekttransistors FET ist mit einem Widerstand R61
verbunden, dessen anderes Ende in einem Verbindungspunkt P31 mit einem Widerstand
R7' verbunden ist. Das andere Ende des Widerstandes R7 ist geerdet. Der positive
Eingang (+) eines Operationsverstärkers OP3 ist mit dem Verbindungspunkt P31 verbunden.
Source S oder Drain D des Feldeffekttransistors FET ist mit einem Widerstand R41
in einem Verbindungspunkt P1" verbunden, dessen anderes Ende in einem Verbindungspunkt
P211 mit einem Widerstand R X verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers
5 OP3 ist mit dem anderen Ende des Widerstandes R5, der negative 5, Eingang (-)
des Operationsverstärkers OP3 ist mit dem Verbindungspunkt P2" verbunden. Eine in
Fig, 5 dargestellte Referenzspannung
ER wird der Steuerelektrode
G des Feldeffekttransistors FET zugeführt.
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Das Eingangssignal Vi wird zwischen dem Verbindungspunkt P1" und Masse
zugeführt, wogegen das Ausgangssignal V zwischen dem 0 Ausgang des Operationsverstärkers
OP3 und Masse abgenommen wird.
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Wenn eine Referenzsspannung ER anliegt und ein Eingangs Signal, das
mit der Referenzspannung ER in Phase ist (s. Fig. 5) ist der Feldeffekttransistor
FET während des ersten Halbzyklus (O - T/2) ein.
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geschaltet, so daß der Operationsverstärker OP das Eingangssignal
V, mit
Polarität verstärkt. Als Folge davon ist die Phase des Ausgangssignales Vo der des
Eingangssignales Vi
Während des zweiten ilaibzyklus ( T/2 T) ist der Feldeffekttransistor FET ausgeschaltet,
so daß der Operationsverstärker OP, das Eingangssignal V. mit
Polarität verstflkkt. Als Folge davon ist das Ausgangssignal V mit dem Eingangssignal
V. in GeSevt -0 1 Phase. Somit das in Fig. 5 dargestellte Ausgangssignal V auf.
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0 Ist die Phase des Eingangssignals der Bezugsspannung entgegengesetzt,
wie in Fig. 5 unter V1' gezeigt, tritt das als V 8 gezeigte Ausgang
signal
auf. Wenn das Eingangssignal kezüglich der Referenzspannung um 900 phasenverschoben
ist, wie unter V." dargestellt, tritt das unter V " darge-stellte Ausgangssignal
auf. In diesem Fall 0 wird der Mittelwert des Ausgangssignals null.
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In Fig. 7 ist das Verhältnis zwischen Eingangs- und Ausgangssignal
des in Fig. 4 dargestellten Synchrongleichrichters gezeigt, und man kann sehen,
daß der Gleichrichter eine ausgezeichnete Linearität aufweist.
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Um die Referenzspannung ER von einer Rechteckwelle ER' zu erhalten,
die dieselbe Periodendauer und denselben Spitze-Spitze-Wert aufweist wie die in
Fig. 5 gezeigte Bezugsspannung ER wohingegen das Potential unterschiedlich ist (s.
Fig. 9), wird eine Diode D5 parallel zu einem Widerstand R8 geschaltet, wie in Fig.
6 gezeigt.
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Die Kathode der Diode D5 ist mit der Steuerelektrode G des Feldeffekttransistors
FET, die Anode ist mit der negativen Spannungsquelle -E' verbunden. Ein Kondensator
C, über den die Rechteckwelle ER! zugeführt wird, ist mit der Steuerlektrode G verbunden.
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Anstelle des in Fig. 4 gezeigten Schaltelementes FET können die in
Fig. 8 gezeigten FET-Schalterelemente verwendet werden.
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Fachleute auf diesem Gebiet werden erkennen, daß das Konzept, auf
welchem diese Darlegung aufbaut, ohne weiteres als Grundlage für den Entwurf anderer
Anordnungen verwendet werden kann, um die verschiedenen Ziele der Erfindung auszuführen.