DE2361715C3 - Synchronous rectifier and amplifier - Google Patents
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Description
V _V _
2020th
und eines Gegenkopplungskondensators (Q, s. F i g. 6) bestehen kann, wobei auf genaue gegenseitige Kompensation der Verstärker-Eingangsströme verzichtet werden muß.and a negative feedback capacitor (Q, see Fig. 6) may exist, with exact mutual Compensation of the amplifier input currents must be dispensed with.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur vorzeichenrichtigen Synchron-GIeichrichtung und gleichzeiti- jo gen einstellbaren Verstärkung einer Wechselspannung vorzugsweise in Kombination mit einer vorherigen Trennung dieser Wechselspannung von einer ihr überlagerten Gleichspannung.The invention relates to an arrangement for synchronous alignment with the correct sign and at the same time with adjustable amplification of an alternating voltage, preferably in combination with a previous one Separation of this alternating voltage from a superimposed direct voltage.
Diese Aufgabe besteht bei vielen Meßgeräten, z. B. J5 bei synchronisierten Wechselspannungsverstärkern (sog. >■ 'ock '::%<-Verstärkern) oder bei der Wiedergleichrichtung des modulierten Signals in Gleichspannungs-Zerhackerverstärkern. Die gleichzurichtende Wechselspannung ist im letzten Fall meist klein und annähernd w rechteckförmig.This task exists in many measuring devices, e.g. B. J5 for synchronized AC voltage amplifiers (so-called> ■ 'ock' ::% <amplifiers) or for the rectification of the modulated signal in DC voltage chopper amplifiers. In the latter case, the alternating voltage to be rectified is usually small and approximately w rectangular.
Neben selbstverständlichen, allgemein gewünschten Eigenschaften wie einfachem und zuverlässigem Aufbau usw. wird von derartigen Synchron-Gleichrichtern vor allem gefordert, daß die Eingangswechselspannung in a; der einen Periodenhälfte nach Möglichkeit unabhängig von ihrer Amplitude proportional ohne Vorzeichenumkehr, in der anderen Periodenhälfte mit dem gleichen Proportionalitätsfaktor, aber mit vertauschtem Vorzeichen übertragen wird Eine Ungleichheit der beiden Verstärkungsfaktoren hätte insbesondere im häufigsten Fall des Zusammenfallen der Nulldurchgänge der Eingangswechselspannung mit dem Wechsel von einer Gkichrichter-Schaltperiodenhälfte zur anderen verstärkte Restwechselspannung am Ausgang zur Folge, die nachträglich meist nicht ohne Nachteile — etwa für die Grenzfrequenz des Geräts — beliebig stark ausgesiebt werden kann. Die Forderung nach einer auch von der Eingangsamplitude möglichst unabhängigen Proportionalität bis zur Amplitude Null herunter *>o bedeutet, daß der Gleichrichter selbst möglichst keine Spannung an seinem Ausgang erzeugen soll, wenn das Eingangssignal Null ist. Vor allem die Veränderungen einer solchen Störspannung mit der Zeit oder der Temperatur ist schädlich. *'In addition to self-evident, generally desired properties such as simple and reliable construction, etc., the main requirement of such synchronous rectifiers is that the AC input voltage in a; one half of the period is transmitted proportionally, regardless of its amplitude, without a sign reversal, in the other half of the period with the same proportionality factor but with reversed sign -Switching period half to the other result in increased residual alternating voltage at the output, which can subsequently be sifted out as much as required, usually not without disadvantages - for example for the cut-off frequency of the device. The requirement for a proportionality that is as independent as possible of the input amplitude down to amplitude zero *> o means that the rectifier itself should not generate any voltage at its output when the input signal is zero. Above all, the changes in such an interference voltage over time or temperature are harmful. * '
Es gibt zahlreiche Lösungen für dieses Problem, meist recht aufwendige und/ixjer unvollkommene, z. B. Ringmodulatoren und Zweiweg-Transistorzerhackerschaltungen mit nachgeschaltetem Verstärker. In der deutschen Offentegungsschrift 21 50 888 ist bereits ein Gleichrichter vorgeschlagen, der mit einem restspannungsfreien Schalter, z. B, einem Feldeffekttransistor, und einem gegengekoppelten Operationsverstärker arbeitet Diese Schaltung hat jedoch folgende Nachteile:There are numerous solutions to this problem, mostly quite complex and / ixjer imperfect, z. B. Ring modulators and two-way transistor chopper circuits with a downstream amplifier. In the German Disclosure Document 21 50 888 a rectifier is already proposed, which is free of residual voltage Switch, e.g. B, a field effect transistor, and a negative feedback operational amplifier However, this circuit has the following disadvantages:
1. Es ist bei dieser Schaltung unzulässig, die Eingangs-Wechselspannung von der ihr überlagerten Gleichspannung, die in elektronischen Wechselspannungsverstärkern praktisch stets auftritt, durch einen Koppelkondensator — als einfachste Möglichkeit — im Eingang dieser Gleichrichter-Schaltung zu trennen. Die Gleichrichterschaltung würde nämlich diesen Kondensator bei Auftreten einer Eingangs-Wechselspannung entsprechend der vorliegenden Zeitkonstante mehr oder weniger schnell um einen der Wechselspannungsamplitude proportionalen Betrag aufladen. Die so am Eingang der GJeichrichterschaltung entstandene Gleichspannung wird zerhackt und ereilt z. B. im Falle einer rechteckförmigen Eingangswec'-iselspannung am Ausgang zusätzlich zur erwünschten Gleichspannung eine überlagerte Wechselspannung gleicher Amplitude, d.h. resultierend eine zwischen Null in der einen Periodenhälfte und dem doppelten Wert der Wechselspannungsamplitude in der anderen Periodenhälfte pulsierende Spannung (Einweggleichrichtung). Der naheliegende Ausweg, hinter den Koppelkondensutor zur Ableitung des Gleichstroms einen Widerstand nach Masse zu schalten, hätte ebenfalls schwere Nachteile: Diese Maßnahme kann prinzipiell keine Beseitigung, sondern nur eine Milderung des störenden Aufladungseffekts bewirken. Damit diese Verbesserung praktisch ausreicht, muß der Ableitwiderstand sehr klein gegen die mit Rücksicht auf die Verstärkerstörströme nicht beliebig großen Operationsverstärker-Beschaltungsw sderstände sein. Damit wird ein sehr großer (teurer) Koppelkondensator erforderlich, und der Ausgang des Wechselspannungsvorverstärkers wird durch den niederohmigen Ableitwiderstand sehr stark belastet1. With this circuit it is impermissible to divert the input AC voltage from the superimposed one DC voltage, which occurs almost always in electronic AC voltage amplifiers, by a coupling capacitor - as the simplest possibility - in the input of this rectifier circuit to separate. Namely, the rectifier circuit would remove this capacitor when it occurs an input AC voltage according to the present time constant more or less charge quickly by an amount proportional to the alternating voltage amplitude. The one at the entrance the DC voltage generated by the rectifier circuit is chopped up and overtaken z. B. in the case a rectangular input alternating voltage a superimposed alternating voltage of the same at the output in addition to the desired direct voltage Amplitude, i.e. one resulting between zero in one half of the period and that double the value of the alternating voltage amplitude in the other half of the period pulsating voltage (Half-wave rectification). The obvious way out, behind the coupling condenser for discharge Switching a resistor to ground of the direct current would also have been difficult Disadvantages: In principle, this measure cannot eliminate, but only alleviate the cause disturbing charging effect. In order for this improvement to be sufficient in practice, the Leak resistance very small compared to the not arbitrary with regard to the amplifier interference currents large operational amplifier wiring resistances be. This means that a very large (expensive) coupling capacitor is required, and so is the output of the AC voltage preamplifier becomes very strong due to the low-ohmic leakage resistance burdened
2. Das Verhältnis der beiden mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers verbundenen Widerstände muß einen bestimmten Wert nahe 1 — bei idealem Schalter genau 1 — haben, damit eine Zweiweggleichrichtung mit gleichem Verstärkungsfaktor für beide Periodenhälften erreicht wird. Dieser Verstärkungsfaktor ist dann aber 1, d.h. die Schaltung verstärkt nicht Die bei den meisten Anwendungen erforderliche Verstärkung de·" gleichgerichteten Spannung muß durch einen weiteren nachgeschalteten Verstärker besorgt werden. Erster, ι steigt dadurch der Aufwand, zweitens addiert sich die Fehlspanuung (Offsetspannung) des Nachverstärkers und seine Drift ungeschwächt zu den entsprechenden Werten des Gleichrichter-Operationsverstärkers.2. The ratio of the two connected to the inverting input of the op amp Resistances must have a certain value close to 1 - with an ideal switch exactly 1 - so that a full-wave rectification is achieved with the same gain factor for both halves of the period will. This amplification factor is then 1, i.e. the circuit does not amplify the Most applications require amplification of the rectified voltage must by a further downstream amplifiers can be obtained. First, ι increases the effort, secondly, the incorrect voltage (offset voltage) of the post-amplifier and its drift add up not weakened to the corresponding values of the rectifier operational amplifier.
3. Eine Kompensation der Operationsverstärker-Eingangsströme (durch gleiche Quellwiderstände an beiden Operationsverstärkereingängen) des Gleichrichter-Operationsverstärkers in beiden Periodenhälften ist nicht möglich. Eine störende Restwechselspannung am Ausgang der Gleichrichterschaltung auch bei fehlender oder kleiner, genau rechteckförmiger Eingangswechselspannung ist die Folge.3. A compensation of the operational amplifier input currents (through the same source resistances at both operational amplifier inputs) of the rectifier operational amplifier in both halves of the period can not. A disturbing residual AC voltage at the output of the rectifier circuit even if there is no or small, precisely square-wave AC input voltage is the consequence.
Mit der vorliegenden Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, unter Vermeidung der eben genannten Nachteile I bis 3 mit möglichst geringem technischem Aufwand eine phasengesteuerte Gleichrichtungs- und Verstärkungs-Schaltung aufzubauen.The object of the present invention is to be achieved while avoiding those just mentioned Disadvantages I to 3 with the lowest possible technical effort a phase-controlled rectification and Build amplification circuit.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Operationsverstärker mit einem Netzwerk aus Widerständen und einem oder mehreren elektronischen oder mechanischen Schaltern so zu schalten, daß der Operationsverstärker nicht nur mit gleichem Verstärkungsfaktor abwechselnd invertierend (in der einen) und nicht invertierend (in der anderen Periodenhälfte) betrieben wird und dadurch das Eingangssignal gleichrichtet", sondern auch noch gleichzeitig bei Bedarf verstärkt (Verstärkungsfaktor V durch Dimensionierung wählbar zwischen 1 und hohen, von den Operationsverstärkereigenschaften begrenzten Werten), die ohmsche Belastung des Schaltungseinganges in beiden Periodenhäiften gieich groB hält (was eine kapazitive Ankopplung des Eingangs erlaubt) und eine möglichst vollkommene Kompensation seiner beiden Eingangsströme erfährt (gleiche ohmsche Last an beiden Eingängen des Operationsverstärkers), um die drei vorgenannten Nachteile der bekannten Schaltung zu vermeiden. Die Umschaltung zwischen dem invertierenden und dem nicht-invertierenden Betrieb des in beiden Arbeitsphasen gegengekoppelten Operationsverstärkers kann auf verschiedene Weise und durch mechanische oder vorzugsweise elektronische Schalter. 7. B. mit Rechteckspannungen angesteuerte Feldeffekttransistoren, erfolgen.The basic idea of the present invention is to provide an operational amplifier with a Network of resistors and one or more electronic or mechanical switches so too switch that the operational amplifier not only alternately inverting with the same gain factor (in one half of the period) and non-inverting (in the other half of the period) and thus the Input signal rectified ", but also amplified at the same time if necessary (gain factor V by dimensioning selectable between 1 and high, limited by the operational amplifier properties Values), the ohmic load of the circuit input in both period halves keeps the same (which is a capacitive coupling of the input allowed) and the most complete possible compensation of both of them Input currents (same ohmic load on both inputs of the operational amplifier) to the to avoid three aforementioned disadvantages of the known circuit. Switching between the inverting and the non-inverting operation of the operational amplifier with negative feedback in both working phases can be done in various ways and through mechanical or preferably electronic switches. 7. B. field-effect transistors controlled with square-wave voltages.
Eine einfache und vorteilhafte Realisierungsmöglichkeit zeigt Fig. 1. Die Eingangsspannung u'e wird über den Kondensator C zur Abtrennung der Gleichspannungskomponente an die Gleichrichterschaltung gelegt. Diese wird gesteuert durch einen Schalter mit dem Durchlaßwiderstand r, z.B. in Form eines Feldeffekttransistors, dessen gate an einer passend gewählten Rechteckspannung gewünschter Phasenlage zum Eingangssignal u, liegt. Ist der Schalter geöffnet (Widerstand praktisch als unendlich groß anzusehen, auch beiA simple and advantageous implementation possibility is shown in FIG. 1. The input voltage u ' e is applied to the rectifier circuit via the capacitor C to separate the direct voltage components. This is controlled by a switch with the forward resistance r, for example in the form of a field effect transistor, the gate of which is connected to a suitably selected square-wave voltage of the desired phase position relative to the input signal u. If the switch is open (resistance can be regarded as infinitely large, even with
stärkt der Operationsverstärker OP invertierend, d. h. unter Vorzeichenumkehr, mit dem Faktor V = ■-*» .the operational amplifier OP amplifies in an inverting manner, ie reversing the sign, with the factor V = ■ - * ».
Beide Eingänge des Operationsverstärkers OPIiegen an Masse, der invertierende virtuell. Die Widerstände R. und R- sind nahezu stromlos und ohne wesentlichen Einfluß auf die Schaltung. Lediglich die richtige Kompensation der OP-Eingangsströme erfolgt unter Mitwirkung dieser Widerstände. Ist der Schalter geschlossen, so liegt der nichfc-invertierende OP-Eingang über den Spannungsteiler aus rund R^ mit r < R-nahezu an der Eingangsspannung u* Durch die Gegenkopplung des jetzt nicht-invertierend arbeitenden OP kommt dessen invertierender Eingang auf die gleiche Spannung, so daß nunmehr der Widerstand Re bis auf den geringen Spannungsabfall an r als fastBoth inputs of the operational amplifier OPI are connected to ground, the inverting one is virtual. The resistors R. and R- are almost currentless and have no significant influence on the circuit. Only the correct compensation of the OP input currents takes place with the help of these resistors. If the switch is closed, the non-inverting OP input is almost at the input voltage u * via the voltage divider from around R ^ with r <R-. The negative feedback of the now non-inverting OP has the same voltage , so that now the resistance R e except for the small voltage drop at r than almost
Dieser Betrieb eines Operationsverstärkers ist in Form eines nicht verstärkenden reinen Gleichrichters (mit andersartiger Beschaltung) bereits aus der erwähnten deutschen Offenlegungsschrift Nr. 21 50 888 bekannt Daß es sich auch bei derThis operation of an operational amplifier is in the form of a non-amplifying pure rectifier (with a different Wiring) already from the aforementioned German Offenlegungsschrift No. 21 50 888 known that it is also with the
1 ^Hf1 ^ Hf
abwechselnd invertierenden und nicht-invertierenden Operationsverstärkerbetriebs handelt ist dort allerdings nicht angegeben und offenbar so abstrahiert nicht erkannt worden.alternating inverting and non-inverting operational amplifier operation is, however, not specified there and evidently not recognized in such an abstract way.
stromloser, lediglich den Differenzeingangswiderstand des OP verringernder Shut zwischen den beiden OP-Eingängen eine untergeordnete Rolle gespielt. Eine längere Rechnung zeigt erstens, daß die ohmsche •i Belastung des Kondensators C in beiden Periodenhälften bei idealem OP exakt gleich ist, d. h. daß dieser Kondensator keine Gleichstromaufladung durch Änderung der Amplitude des Wechselspannungssignals u(. erfährt, wennelectroless, only the differential input resistance of the OP decreasing Shut between the two OP inputs played a minor role. A longer calculation shows, first, that the ohmic load on the capacitor C is exactly the same in both halves of the period with an ideal OP , that is, that this capacitor does not experience any direct current charging due to the change in the amplitude of the alternating voltage signal u (
R . ~ R1. R. ~ R 1 .
gewählt wird, und zwar unabhängig von den übrigen Widerständen R . Rg und vor allem auch von r. is chosen, regardless of the other resistors R. R g and especially from r.
·-. Zweitens zeigt diese Rechnung, daß auch bei Berücksichtigung eines endlichen Schalter-Durchlaßwiderstands r bei idealem Operationsverstärker die Forderung nach wählbar, für beide Periodenhälften gleicher Verstärkung V verschiedenen Vorzeichens ebenfalls· -. Secondly, this calculation shows that, even if a finite switch on-state resistance r is taken into account in the case of an ideal operational amplifier, the requirement for selectable, for both period halves of the same gain V of different signs
:■' exakt erfüllt ist. wenn man dimensioniert:: ■ 'is exactly fulfilled. when dimensioning:
undand
D D.
I -I -
2r2r
Drittens zeigt sie. daß mit dieser Dimensionierung zusammen mit R* = Re bereits automatisch in guter, praktisch ausreichender Näherung die dritte Forderung nach richtiger Eingangsstromkompensation des OP. also nach gleichen ohmschen Quellwiderständen an seinen beiden Eingängen, in beiden Periodenhälften erfüllt ist. Die relative Abweichung der beiden Quellwiderstände von ihrem Mittelwert beträgt nur etwa ^ ,also z. B. 1% bei r = 100 Ω und Rr = Third, it shows. that with this dimensioning, together with R * = R e , the third requirement for correct input current compensation of the OP is automatically in a good, practically sufficient approximation. that is, according to the same ohmic source resistances at its two inputs, is fulfilled in both halves of the period. The relative deviation of the two source resistances from their mean value is only about ^, i.e. z. B. 1% at r = 100 Ω and R r =
was angesichts üblicher mindestens so hoher Abweichungen der beiden OP-Eingangsströme voneinander keine wesentliche Verschlechterung bedeutet.what in view of the usual at least as high deviations of the two OP input currents from each other means no significant deterioration.
in Kaenn/loin Kaenn / lo
nach verstärkung benötigt, kann der Widerstand /?_ als Sonderfall unendlich groß gewählt, d. h. weggelassen werden. Obige Formeln ergeben nach entsprechender Umformung für den Gegenkopplungswiderstand:after reinforcement is needed, the resistance /? _ as Special case chosen to be infinitely large, d. H. be omitted. The above formulas result from the corresponding Transformation for the negative feedback resistance:
R.R.
und für die Verstärkung:
1and for reinforcement:
1
V =V =
Ir R.Ir R.
also einen Wert dichter unter 1 (geringfügige Signalschwächung bei der Gleichrichtung).i.e. a value closer to 1 (slight signal weakening during rectification).
Eine andere im ganzen ungünstigere Ausführungs-Another, on the whole, less favorable execution
bO möglichkeit zeigt F i g. 2. Diese ähnelt der Schaltung in der erwähnten Offenlegungsschrift 21 50 888, unterscheidet sich aber in der Funktion von dieser durch die wählbare Verstärkung > 1 und durch gleiche ohmsche Belastung des Eingangs (des Koppelkondensators Q in beiden Periodenhälften. Im Gegensatz zur Schaltung nach F i g. 1 ist hier allerdings keine auch nur angenäherte Gleichhaltung der ohmschen Quellwiderstände der beiden OP-Eingänge zur Emgangsstrom-bO possibility shows F i g. 2. This is similar to the circuit in the above-mentioned laid- open specification 21 50 888, but differs in function from this by the selectable gain> 1 and by the same ohmic load on the input (of the coupling capacitor Q in both halves of the period. In contrast to the circuit according to F i g. 1, however, does not mean that the ohmic source resistances of the two OP inputs to the input current
kompensation für beide Periodenhälften möglich. Man muß daher je nach Qualität des OP möglichst niedrige Beschaltungswiderstände wählen, soweit das andererseits möglichst groß gewünschte Verhältnis dieser Widerstände zu den nicht beliebig wählbaren exemplar- und umweltabhängigen Schalter-Durchlaßwiderstände η und ο (Widerstand je eines Feldeffekttransistors im eingeschalteten Zustand) dies zuläßt.compensation possible for both halves of the period. Therefore, depending on the quality of the OP, the lowest possible wiring resistances must be selected, provided that the ratio of these resistances to the exemplary and environment-dependent switch resistances η and ο (resistance of one field effect transistor when switched on) allows this.
Die Funktionsweise dieser Schaltung nach Fig. 2 ist der zu F i g. I erläuterten ähnlich, kann daher hier abgekürzt erklärt werden. Die invertierende Arbeitsphase liegt vor im eingeschalteten Zustand des Schalters 1 mit dem Durchlaßwiderstand n. Beide OP-Einpänge haben dann nahezu Erdpotential bis auf den Bruchteil n/(Ri + n) der Eingangsspannung u,s der am Spannungsteiler aus R1 und r· abgegriffen wird. R ist wieder fast stromlos und in dieser Phase von untergeordneter Bedeutung. Die Verstärkung V ist infolge des Spannungsabfalls an Γ: hier etwas kleiner als Κ,ν/ί,. (gen.iue Formel s. u.). In der nicht-invertierenden Phase ist Schalter 1 geöffnet, so daß die Eingangsspannung (/,· bis auf den geringen Spannungsabfall des OP-Eingangs Stroms an /?, am nicht-invertierenden OP-Eingang liegt. Die Verstärkung beträgtThe mode of operation of this circuit according to FIG. 2 is that of FIG. I explained similarly, can therefore be explained here in abbreviated form. The inverting working phase is when the switch 1 is switched on with the on -state resistance n. Both OP inputs then have almost ground potential except for the fraction n / (Ri + n) of the input voltage u, s from the voltage divider consisting of R 1 and r will. R is again almost no current and is of minor importance in this phase. The gain V is due to the voltage drop at Γ: here somewhat smaller than Κ, ν / ί ,. (Gen. iue formula see below). In the non-inverting phase switch 1 is open, so that the input voltage (/, · apart from the small voltage drop of the OP input current at / ?, at the non-inverting OP input. The gain is
Die Widerstände R, und /?, sind fast stromlos und wm untergeordneter Bedeutung in dieser Arbeitsphase. Der synchron, aber gegenphasig zu Schalter I geschaltete Schalter 2 mit dem Durchlaßwiderstand r- ist in dieser Phase geschlossen und sorgt durch Anschalten des richtig bemessenen Ableitwiderstandes R, zwischen Masse und Ausgangsseite des Koppelkondensators Γ dafür, daß dieser in beiden Arbeitsphasen (Periodenhälften) an die gleiche ohmsche Last angeschlossen ist. sich also nicht unzulässig gleichstrommäßig auflädt abhang·? von der Amplitude der Eingangswechselspannung u,-Ohne Rq wäre der Koppelkondensator C in dieser nicht-invertierenden Phase nahezu stromlos, währendThe resistors R, and / ?, are almost currentless and wm of subordinate importance in this work phase. The switch 2, which is switched synchronously but out of phase with switch I, with the on-resistance r- is closed in this phase and, by connecting the correctly dimensioned bleeder resistor R, between the ground and the output side of the coupling capacitor Γ ensures that it is connected to the in both working phases (halves of the period) same ohmic load is connected. So not inadmissibly charged DC-like dependency ·? of the amplitude of the AC input voltage u, -Without Rq , the coupling capacitor C would be almost currentless in this non-inverting phase, while
Null) in der invertierenden Phase der Kondensatorstrom angenähert gleich dem Quotienten aus u.. und der Parallelschaltung aus R,- und R, ist. um dann in den nachfolgenden invertierenden Phasen so lange bis Null abzuklingen, bis der Kondensator C ausgangsseitig aufgeladen ist auf den arithmetischen Mittelwert des Wechselspannungsanteils von u',-. genommen über die zur invertierenden Phase gehörende Periodenhälfte. Diese Gleichspannung würde von der als Zerhacker arbeitenden Gleichrichterschaltung in eine schädliche Ausgangs-Wechselspannung verwandelt. Die beiden Forderungen nach gleicher Verstärkung Vund gleicher ohmscher Belastung des Koppelkondensators C in beiden Halbperioden werden, idealer OPvorausgesetzt. exakt erfüllt bei folgender Dimensionierung:Zero) in the inverting phase the capacitor current is approximately equal to the quotient of u .. and the parallel connection of R, - and R,. in order to then decay to zero in the subsequent inverting phases until the capacitor C is charged on the output side to the arithmetic mean value of the alternating voltage component of u ', -. taken over the half of the period belonging to the inverting phase. This DC voltage would be converted into a harmful output AC voltage by the rectifier circuit, which works as a chopper. The two requirements for the same gain V and the same ohmic load on the coupling capacitor C in both half-periods are assumed, ideally OP. exactly fulfilled with the following dimensions:
R. = (I - Il R R. = (I - Il R
R. =R. =
R1, =R 1 , =
R1 R 1
Rr - Zr1 R r - Zr 1
Rr - Rr R r - R r
R11 - R- R 11 - R-
Besonders bei Anwendung der Gleichrichterschaltung nach F i g. I oder 2 als Demodulator in Gleichspannungs-Zerhackerverstärkern kann eine gemischt proportional-integrierend wirkende Gegenkopplung des Gleichrichter-Operationsverstärkers OP ein wesentlicher Vorteil sein, weil dadurch die Fehlspannungen und Driften nachfolgender Gleichspannungsverstärkerbausteine praktisch vollständig unschädlich gemacht werden — ohne daß Zerhackerreste und ähnliche höherfrequente Eingangs-Störspannungen unnötig verstärkt werden — und weil dadurch ohne Mehraufwand die Schleifenverstärkung des Zerhackerverstärkers für niedrige Frequenzen und besonders für Gleichspannung auf extrem, hohe Werte gebracht werden kann zugunsten der Linearität und bei üblicher Elektrometergegenkopplung auch zuungunsten des Eingangswiderstandes des Zerhackerverstärkers. Um diese gemisch' proportional-integrierende Wirkung zu erreichen, genügt es, mit dem Gegenkoppiungswiderstand A\. (siehe Fig. I und 2) einen Kondensator C\- in Reihe zu schalten, Rf also durch die Anordnung nach F i g. 3 /u ersetzen. Der Proportionalanteil der Verstärkung bleibt in beiden Halbperioden gleich, die Integrationskonstante unterscheidet sich etwas.(In der invertierenden Phase lädt der höhere Strom = JJ' den Gegenkopplungskon-Especially when using the rectifier circuit according to FIG. I or 2 as a demodulator in DC voltage chopper amplifiers, a mixed proportional-integrating negative feedback of the rectifier operational amplifier OP can be a significant advantage, because this makes the false voltages and drifts of subsequent DC voltage amplifier modules practically completely harmless - without chopper residues and similar higher-frequency input interference voltages are unnecessarily amplified - and because the loop gain of the chopper amplifier for low frequencies and especially for DC voltage can be brought to extremely high values without additional effort, in favor of linearity and, with conventional electrometer negative feedback, also to the detriment of the input resistance of the chopper amplifier. In order to achieve this mixed proportional-integrating effect, it is sufficient to use the negative feedback resistance A \. (see Fig. I and 2) a capacitor C \ - to be connected in series, so R f by the arrangement according to F i g. Replace 3 / u. The proportional part of the gain remains the same in both half-periods, the constant of integration differs somewhat (in the inverting phase the higher current = JJ 'charges the negative feedback con-
dcnsator Cf schneller auf als der kleinere Strom = R' indcnsator C f on faster than the smaller current = R 'in
der nicht invertierenden Phase.) Diese Effekt ist jedoch harmlos und ergibt bei konstantem Rechtecksignal u,-keine zusätzliche Ausgangs-Rechteckspannung. sondern lediglich anstelle eines linearen Anstiegs von u, eine zwar geknickte, aber sprungreife Ausgangsspannunp »., aus Stücken unterschiedlicher Steigung, also eine 'etige, nur nicht überall differenzierbare Funktion. Fig. 4 zeigt ein Beispiel. Im Falle der Schaltung nach F ι g. I muß zusätzlich in Kauf genommen werden, daß die OP-Stromkompensation weniger genau wird bei Zwischenschaltung eines Gegenkopplungskondensators Cf, denn der Gleichstrom-Quellwiderstand d?s invertierenden Eingangs steigt von etwa R R? nahezu auf Hpn Wpri ß nhnp rlaR sirh Her Oiiellwiderstand des nicht-invertierenden Eingangs ändert. Sollte eine stärkere Begrenzung der Gleichspannungsverstärkung erwünscht sein, als die durch die endliche offene Verstärkung des Gleichrichter-Operationsverstärkers OP bewirkte, kann noch ein (relativ hochohmiger) Widerstand Rn nach F i g. 5 parallel zu Q oder nach Fig. 6 parallel zur Reihenschaltung aus Q und einem Widerstand R\- gelegt werden. (Es ist dann Rf Rr = Rf zu dimensionieren.) Liegt keine äußere Gleichstromgegenkopplung vor. so muß bei integrierender Beschallung ein solcher Parallelwiderstand R: oder ein anderer Gleichspannungs-Gegenkopplungsweg vorgesehen werden.the non-inverting phase.) This effect is harmless and results in a constant square wave signal u, - no additional output square wave voltage. instead, instead of a linear increase in u, a kinked, but ready-to-jump output voltage, made up of pieces with different slopes, that is, a certain function that cannot be differentiated everywhere. Fig. 4 shows an example. In the case of the circuit according to FIG. I must also accept that the OP current compensation is less accurate when a negative feedback capacitor Cf is interposed, because the direct current source resistance of the inverting input increases from approximately RR? almost to Hpn Wpri ß nhnp rlaR sirh Her Oiiellharz of the non-inverting input changes. If a greater limitation of the DC voltage amplification is desired than that brought about by the finite open amplification of the rectifier operational amplifier OP , a (relatively high-resistance) resistor R n according to FIG. 5 parallel to Q or, according to FIG. 6, parallel to the series connection of Q and a resistor R \ - . (In this case, R f R r = R f must be dimensioned.) If there is no external DC negative feedback. with integrating sound, such a parallel resistor R : or another direct voltage negative feedback path must be provided.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere in der Möglichkeit, mit einfachen Mitteln eine wählbare Verstärkung und/oder Integration und gleichzeitig Synchron-Gleichrichtung bei einfacher kapazitiver Abtrennung der Eingangswechselspannung von einer ihr überlagerten Gleichspannung zu erreichen und im Falle einer Ausführung nach F i g. 1 die Fehler durch Eingangsströme des benutzten Operationsverstärkers exemplarunabhängig weitgehend kompensie- ; ren zu können.The advantages that can be achieved with the invention are in particular the possibility of using simple means to achieve selectable amplification and / or integration and, at the same time, synchronous rectification with simple capacitive separation of the input AC voltage from a DC voltage superimposed on it, and in the case of an embodiment according to FIG. 1 largely compensates for errors caused by input currents of the operational amplifier used, regardless of the model; to be able to.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732361715 DE2361715C3 (en) | 1973-12-12 | 1973-12-12 | Synchronous rectifier and amplifier |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19732361715 DE2361715C3 (en) | 1973-12-12 | 1973-12-12 | Synchronous rectifier and amplifier |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2361715A1 DE2361715A1 (en) | 1975-06-19 |
DE2361715B2 DE2361715B2 (en) | 1980-09-11 |
DE2361715C3 true DE2361715C3 (en) | 1981-07-16 |
Family
ID=5900502
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19732361715 Expired DE2361715C3 (en) | 1973-12-12 | 1973-12-12 | Synchronous rectifier and amplifier |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2361715C3 (en) |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2150888A1 (en) * | 1971-10-13 | 1973-04-19 | Elan Schaltelement Kurt Maecke | MODULATOR IN CARRIER FREQUENCY MEASURING AMPLIFIER |
-
1973
- 1973-12-12 DE DE19732361715 patent/DE2361715C3/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2361715B2 (en) | 1980-09-11 |
DE2361715A1 (en) | 1975-06-19 |
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Legal Events
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |