DE2242013C2

DE2242013C2 - Sine wave converter

Info

Publication number: DE2242013C2
Application number: DE19722242013D
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr.-Ing. 1000 Berlin Schulz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-23
Filing date: 1972-08-23
Publication date: 1974-10-03
Also published as: DE2242013B1

Description

In der Meßtechnik tritt mitunter das Problem auf, aus einer vorhandenen Sinusspannung ein Rechtecksignal mit einem konstanten Tastverhältnis von 1 : 1 zu bilden. Dies gilt beispielsweise für an Wechselspannungsbrücken angeschlossene Meßverstärker, von denen häufig ein phasenempfindlicher Gleichstromausgang gefordert wird, weil sich dieser in vieler Hinsicht vorteilhaft ausnutzen läßt.In measurement technology, the problem sometimes arises of converting an existing sinusoidal voltage into a square-wave signal with a constant duty cycle of 1: 1. This applies, for example, to AC voltage bridges connected measuring amplifiers, of which often a phase-sensitive direct current output is required because this can be used advantageously in many ways.

Man könnte zur Bildung einer Rechteckspannung aus einer Sinusspannung zunächst daran denken, eine Rechteckspaiinung durch Kennlinienübersteuerung eines Transistors aus einer Sinusspannung zu gewinnen. Für meLtechnische Anwendungen ist diese Art der Gewinnung einer Rechte kspannung jedoch ungeeignet, da sich damit ein Tastverhältnis von 1 : 1 nicht exakt einhalten läßt.To create a square wave voltage from a sinusoidal voltage, one could first think of using a Rectangular voltage can be obtained by overdriving a transistor's characteristic curve from a sinusoidal voltage. However, this way of obtaining a square voltage is unsuitable for metrological applications. because a pulse duty factor of 1: 1 cannot be kept exactly with this.

Besser geeignet für meßtechnische Anwendungen ist die Bildung einer Rechteckspannung aus einer Sinusspannung mit Hilfe eines Verstärkers, in dessen Gegenkopplungszweig zwei Dioden in Antiparallelschaltung angeordnet sind (K. S t e i η b u c h »Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung«, 2. Auflage, 1967, S. 1150 und 1151). Nachteilig ist eine solche Anordnung zur Rechteckumwandlung einer Sinusspannung jedoch vor allem insofern, als wegen des ungenügenden Schaltverhaltens der Dioden sowohl die Flankensteilheit gering wie auch das Dach der Rechteckimpulse gewölbt ist.The formation of a square wave voltage from a sinusoidal voltage is more suitable for metrological applications with the help of an amplifier, in its negative feedback branch two diodes in anti-parallel connection are arranged (K. S t e i η b u c h »Taschenbuch der Nachrichtenverarbeitung«, 2nd edition, 1967, pp. 1150 and 1151). Such an arrangement for converting a rectangle is disadvantageous Sinus voltage, however, mainly insofar as both because of the inadequate switching behavior of the diodes the slope is low, as is the roof of the rectangular pulses.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabenstellung zugrunde, einen Sinus-Rechteckwandler zu schaffen, der ein Tastverhältnis von 1 :1 exakt gewährleistet, Rechteckimpulse mit verhältnismäßig großer Flankensteilheit und geringer Neigung des Daches erzeugt und dabei mit verhältnismäßig geringem Schaltaufwand herstellbar ist.The invention is therefore based on the object of creating a sine-wave converter, which precisely guarantees a pulse duty factor of 1: 1, square-wave pulses with a relatively large edge steepness and low inclination of the roof generated and with relatively little switching effort can be produced.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung liegt bei einem Sinus-Rechteckwandler mit einem Verstärker, in dessen Gegenkopplungszweig zwei Dioden in Antiparallelschaltung angeordnet sind, erfindungsgemäß in Serie mit jeder Diode ein Kondensator, gemeinsame Schaltungspunkte jeweils einer Diode und des mit ihr in Reihe liegenden Kondensators sind über eine Zenerdiode oder einen Widerstand miteinander verbunden.To solve this problem, a sine-wave converter with an amplifier, in its negative feedback branch two diodes in anti-parallel connection are arranged, according to the invention in series with each diode, a capacitor, common Circuit points each of a diode and the capacitor in series with it are over a zener diode or a resistor connected together.

Der erfindungsgemäße Sinus-Rechteckwandler ist vor allem insofern vorteilhaft, als eine Zenerdioden- oder Widerstandsänderung keinen Einfluß auf das Tastverhältnis hat. Eine Symmetrie der beiden mit den Dioden in Serie liegenden Kodensatoren ist nicht erforderlich, da sie bei ausreichender Bemessung keinen Einfluß auf die Gleichrichtung haben. Der Temperatureinfluß beschränkt steh allein auf die beiden Diodenstrecken,, ist jedoch gegenüber der bekannten Schaltung mit lediglich zwei in Antiparallelschaitung im Gegenkopplungszweig angeordneten Dioden im Verhältnis des Quotienten aus der Spannung an einer Diodii dividiert durch die Summe der Spannung an einer Diode und der an einem Kondensator verringert. Daraus ergibt sich dann auch, daß sich mit grö-The sine-wave converter according to the invention is particularly advantageous in that a Zener diode or the change in resistance has no influence on the duty cycle. A symmetry of the two with The capacitors in series with the diodes are not required, as they do not have any Have an influence on the rectification. The influence of temperature is limited to both of them Diode lines, however, are opposite to the known circuit with only two in anti-parallel connection in the negative feedback branch arranged diodes in the ratio of the quotient of the voltage on a Diodii divided by the sum of the voltage across a diode and that across a capacitor decreased. From this it follows that with the greatest

*o ßer werdender Amplitudenhöhe der unerwünschte Diodeneinfluß standig verringert. Dabei ist es bei dem erfindungsgemäßtfn Sinus-Rechteckwandler zur Erzielung eines temperaturstabilen Tastverhältnisses von 1: 1 nicht erforderlich, daß die verwendeten Dioden paarig sind. Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Sinus-Rechteckwandlers wird darin gesehen, daß er auch zum Betrieb mit verhäftnismäßig niedrigen Betriebsspannungen unter 10 Volt geeignet ist.* As the amplitude increases, the undesirable Constantly reduced diode influence. It is with that sine-wave converter according to the invention to achieve this a temperature-stable duty cycle of 1: 1 does not require the diodes used are paired. Another very important advantage of the sine-wave converter according to the invention is seen in the fact that he is also to operate with a contractually agreed upon low operating voltages below 10 volts.

ao Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Fig. I ein Ausführungsbeispiel eines Verstärkers mit einer im Gegenkopplungszweig angeordneten Zenerdiode dargestellt; in der Fig. 2 ist eine andere Ausführung des Gegenkopplungszweiges für den in der F i g. 1ao To explain the invention, FIG an embodiment of an amplifier with a Zener diode arranged in the negative feedback branch shown; in Fig. 2 is another embodiment of the negative feedback branch for the one shown in FIG. 1

as gezeigten Verstärker wiedergegeben.as shown amplifier.

Der in der Fig. 1 dargestellte Verstärker enthält einen Transistor f, dessen Basisanschluß in bekannter Weise über einen Widerstand R 1 und einen Koppelkondensator C1 an eine Wechselspannung Uw angeschlossen ist. Der Transistor T ist ferner über einen Kollektonviderstand R 2 an eine Betriebsspannungsquelle Ub angeschlossen und ferner in üblicher Weise über einen Emitterwiderstand R 3 mit parallel geschaltetem Kondensator Cl mit Masse verbunden.The amplifier shown in Fig. 1 contains a transistor f, the base terminal of which is connected in a known manner via a resistor R 1 and a coupling capacitor C1 to an alternating voltage Uw. The transistor T is also connected to an operating voltage source Ub via a collector resistor R 2 and is also connected in the usual manner to ground via an emitter resistor R 3 with a capacitor C1 connected in parallel.

An die: Betriebsspannung Ub ist außerdem ein aus Widerständen R 4 und R 5 bestehender Spannungsteiler angeschlossen, dessen Abgriff mit dem Basisanschluß des Transistors T verbunden ist. Über einen an den Kollektor des Transistors T angeschlossenen Kondensator C 3 läßt sich eine Rechteckspannung Ur abnehmen. A voltage divider consisting of resistors R 4 and R 5 is also connected to the operating voltage Ub , the tap of which is connected to the base terminal of the transistor T. A square-wave voltage Ur can be picked up via a capacitor C 3 connected to the collector of the transistor T.

Bei dem dargestellten Verstärker handelt es sich um einen gegengekoppelten Verstärker, der in seinem Gegenkopplungszweig zwischen bchaltungspunk-The amplifier shown is a negative feedback amplifier, which is in his Negative feedback branch between connection point

ten A und B zwei Dioden D1 und D 2 in Antiparallelschaitung enthält. Mit den Dioden D 1 und Dl ist jeweils ein Kondensator CA bzw. C5 in Reihe geschaltet. Gemeinsame Schaltungspunkte 51 und Sl der Diode Dl und des Kondensators C 4 sowie der Diode D 2 und des Kondensators C 5 sind über eine Zenerdiode Z miteinander verbunden.ten A and B contains two diodes D1 and D 2 in anti-parallel connection. A capacitor CA or C5 is connected in series with the diodes D 1 and Dl. Common circuit points 51 and S1 of the diode Dl and the capacitor C 4 as well as the diode D 2 and the capacitor C 5 are connected to one another via a Zener diode Z.

Im Gegenkopplungszweig des dargestellten Sinus-Rechteckwandlers arbeiten die Dioden D 1 und D 2 getrennt auf die beiden Kondensatoren C 4 und C 5, wodurch eine Spannungsverdoppelung eintritt. Dies hat den Vorteil, daß auch bei Betriebsspannungen unter 10 Volt eine Zenerdiode eingesetzt werden kann; ohne eine Spannungsverdoppclung ist bei niedrigen Betriebsspanungen die Verwendung einer Zenerdiode nicht möglich, da es so niedrige Zenerspannungen nicht gibt.In the negative feedback branch of the sine-wave converter shown, the diodes D 1 and D 2 work separately on the two capacitors C 4 and C 5, which results in a doubling of the voltage. This has the advantage that a Zener diode can also be used for operating voltages below 10 volts; Without doubling the voltage, it is not possible to use a zener diode at low operating voltages, since there are no such low zener voltages.

In der F i g. 2 ist eine andere Ausbildung des Gegenkopplungszweiges für den erfindungsgemäßen Sinus-Rechteckwandler dargestellt; die Schaltungsan-Ordnung ist wiederum mit ihren Anschlußpunkten A undo mit den entsprechenden Schaltungspunkten des Verstärkers nach F i g. 1 zu verbinden, wenn die in der F i g. 1 dargestellte Ausbildung des Gegen-In FIG. 2 shows another embodiment of the negative feedback branch for the sine-wave converter according to the invention; the circuit arrangement is in turn with its connection points A undo with the corresponding circuit points of the amplifier according to FIG. 1 to be connected if the in the F i g. 1 illustrated training of the counter

kapplungszweiges keine Anwendung finden soll. Man erkennt, daß wiederum zwei Dioden D 3 und D 4 in Antiparallelschaltung in Reihe mit jeweils einem Kondensator C6 bzw. Cl angeordnet sind. In Abweichung von dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 sind Schaltungspunkte 53 und 54 zwischen der Diode D 3 und dem Kondensator C 6 bzw. der Diode P4 und dem Kondensator Cl über einen Widerstand R 6 miteinander verbunden. Die Verwendung des Widerstandes Λ 6 an Stelle der Zenerdiode Z capping branch should not be used. It can be seen that two diodes D 3 and D 4 are again arranged in anti-parallel connection in series with a capacitor C 6 and C1 , respectively. In a departure from the exemplary embodiment according to FIG. 1, circuit points 53 and 54 between the diode D 3 and the capacitor C 6 or the diode P4 and the capacitor Cl are connected to one another via a resistor R 6. The use of the resistor Λ 6 instead of the Zener diode Z

nach F i g. I hat den Vorteil, daß man sich bei beliebiger Betriebsspannung optimal an den Aussteuerungsbereich anpassen kann.according to FIG. I has the advantage that you can look at any Can optimally adapt the operating voltage to the modulation range.

Mit der Erfindung wird ein Sinus-Rechteckwandler mit einem Verstärker vorgeschlagen, bei dem mit verhältnismäßig einfachen SchaltungsmUteln ein temperaturstabiles Tastverhältnis von 1:1 exakt eingehalten werden kann, und zwar auch dann, wenn der Sinus-Rechteckwandler rait verhältnismäßig niedrigen Betriebsspannungen betrieben wird.With the invention, a sine-wave converter with an amplifier is proposed in which with relatively simple circuit mUtels a temperature-stable one Duty cycle of 1: 1 exactly adhered to can be, even if the sine-wave converter rait relatively low Operating voltages is operated.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Sine-wave converter with an amplifier, in whose negative feedback branch two diodes in AntiparatleJschalttmg are arranged, characterized in that in series with a capacitor is arranged for each diode and that common junction points each have one Diode and the capacitor lying in series with it via a Zener diode or a Resistance are interconnected.