DE2427327A1

DE2427327A1 - Vorrichtung zur gleichrichtung eines wechselstromsignals

Info

Publication number: DE2427327A1
Application number: DE19742427327
Authority: DE
Inventors: Rudy Johan Van De Plassche
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1974-06-06
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2233630A1; JPS551551B2; DE2427327C2; JPS5035627A; FR2233630B1; CA1000355A; NL7308321A; GB1463108A

Description

PIlN. 6983 Ya/VR/Beck

11-3-197'* Dr. Herbert Scholz

Patcniaau-clt . 2£27327

Anmelder: N. V. PH-UPS' IkQEIUMPENFABRICKEN

Akte: PM 6983

Anmeldung vom: 5 ♦ O · 74

Voirichtung zur Gleichrichtung eines Wechselstromsignals

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung

zum Erzeugen eines sich mit der Amplitude eines Vechselstromsignals ändernden Gleichstroms, wobei dieses Wechselstromsignal einem Verstärker zugeführt wird, dessen Ausgangswechselstrom eine Reihenschaltung eines Gleichrichterkreises zum Erzeugen des benötigten Gleichstroms und einer Gegenkopplungsimpedanz zum Erhalten eines Gegenkopplungssignals für den Verstärker durchläuft, wobei der Gleichrichterkreis aus einer Brückenschaltung mit einem ersten Kreis mit einem ersten Gleichrichter und einer ersten Impedanz und mit einem zweiten Kreis mit einem zweiten Gleichrichter und einer zweiten Impedanz besteht, welche beiden Kreise an einem Ende das Wechselstromsignal empfangen und am anderen Ende mit der Gegenkopplungsimpedanz verbunden sind, während der Verbindung: punkt des ersteh Gleichrichters mit der ersten Impedanz einer-

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seits und der Verbindungspunkt des zweiten Gleichrichters mit der zweiten Impedanz andererseits mit den beiden Enden einer Ausgangsimpedanz, z.B. eines Messinstruments, verbunden sind.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der britischen Patentschrift 787*691 bekannt, wobei als Gleichrichterkreis die sogenannte Graetzschaltung mit vier Dioden benutzt wird. Diese Vorrichtung wird z.B. in Messgeräten zum Messen kleiner Wechselstromsignale verwendet. Dabei wird die genannte Gegenkopplung vorgesehen, um eine lineare Wirkung des Verstärkers zu erhalten.

Bei dieser Vorrichtung ergeben sich verschiedene Probleme und muss eine Anzahl Bedingungen erfüllt sein, um eine befriedigende Wirkung zu erhalten. So ist es bekannt, dass infolge des Schwellwertes der Dioden Fehler beim Messen kleiner Wechselstromsignale auftreten. Wenn nämlich infolge einer sehr kleinen Wechselspannung am Eingang des Verstärkers an einer Diode eine Spannung liegt, die den Schwellwert unterschreitet, bleibt die Diode gesperrt und kann diese Wechselspannung nicht gemessen werden. Eine bekannte Lösung für dieses Problem besteht darin, dass eine geeignete Vorspannung an diese Diode z.B. mit Hilfe einer zusätzlichen Diode, durch die ein Gleichstrom geschickt wird, angelegt wird. Derartige Hassnahmen führen selbstverständlich immer eine zusätzliche Verlustleistung herbei, und zusätzliche Elemente beanspruchen bei integrierten Schaltungen selbstverständlich zusätzlichen Raum auf dem Halbleiterkörper. Ein zweites Problem ist die Belastung, die der Gleichrichterkreis für den Verstärker bildet, weil ja der Verstärker den-diesen Gleichrichterkreis durchfliessenden Strom, liefern können muss.

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Die Erfindung bezweckt, eine Vorrichtung zu

schaffen, bei der auf besonders einfache und günstige Veise eine Lösung für diese Probleme geschaffen wird. Die Vorrichtur. nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichrichter -aus einem ersten Transistor von einem ersten Leitfähigkeitstyp und der zweite Gleichrichter aus einem zweiten Transistor vom zweiten Leitfähigkeitstyp besteht, wobei die Emitter dieser Transistoren mit der Ausgangsimpedanz verbunden und ihre Kollektoren an je eine geeignete BezugsSpannung angelegt sind, während das Wechselstromsignal ihren Basis-Elektroden zugeführt wird.

Dabei können diese Transistoren sowohl vom bipolaren als auch vom unipolaren Typ sein. Feldeffekttransistoren ohne sowie mit isolierter Gate—Elektrode können Anwendung finden, wobei die Bezeichnungen "Emitter" und "Kollektor" bei Transistoren dieses Typs sich naturgemäss auf die Source- und die Drain-Elektrode beziehen.

Durch die Massnahme gemäss der Erfindung, bei der bei Ausführung in integrierter Schaltungstechnik nahezu kein zusätzlicher Raum auf der Halbleiterscheibe in Anspruch genommen wird, wird erreicht, dass der Verstärker viel geringe als bei der bekannten Vorrichtung belastet wird. Der Verstärke braucht nun ja nur die Steuerströme für die Transistoren zu liefern.

Die erfindungsgemässe Massnahme kann aber auch eir. andere überraschende Folge haben. Venn nämlich ein Verstärker verwendet wird, der als Endstufe eine "Klasse B"~ oder "Klasse C"-Verstärkerstufe enthält, erweist es sich als möglich, diese Verstärkerstufe zugleich als ersten und zweiten

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Gleichrichter des Gleichrichterkreises wirken zu lassen. Einerseits ergibt dies direkt eine Ersparnis in der Anzahl der Halbleiterbauelemente und somit eine Raumersparnis auf der Halbleiterscheibe, während sich andererseits herausstellt, dass der Messfehler bei kleinen Signalen geringer als bei der bekannten Vorrichtung ist.

Die Erfindung wird für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die bekannte Vorrichtung, und Pig. 2 die Vorrichtung nach der Erfindung.

Die in Fig. 1 gezeigte bekannte Vorrichtung enthält einen Verstärker A, dessen Aufbau nicht wesentlich ist und der daher nur schematisch dargestellt ist. Das zu messende Wechselstromsignal wird einer Eingangsklemme 1 zugeführt und steht in verstärkter Form an einer Ausgangsklemme 2 des Verstärkers zur Verfügung. Diese Klemme 2 ist mit einer Graetz-Brücke mit Dioden D₁, D„, D_ und Dl verbunden. Der diese Brückenschaltung durchfliessende Wechselstrom wird einem Widerstand R zugeführt, wodurch, wie allgemein üblich ist, eine Gegenkopplung des Verstärkers erhalten werden kann. Der gleichgerichtete Strom durchfliesst ein Messinstrument M, an dem der Messwert abgelesen werden kann.

Aus der Figur ist deutlich ersichtlich, dass die Spannung an der Klemme 2 um mindestens einen Betrag gleich dem Zweifachen der Diodenspannung höher als die Spannung an der Klemme 3 der Brückenschaltung sein muss, bevor die Dioden D und Dk leitend werden und ein Strom das Messinstrument durchfliesst. Andererseits wird die Spannung an der Klemme 2 um mindestens einen Betrag gleich dem Zweifachen der Dioden-

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spannung niedriger als die Spannung an der Klemme 3 sein müssen, bevor die Dioden D_p und D^ leitend werden. Dies bedeutet, dass Wechselspannungen an der Klemme 2 mit einer Amplitude, die kleiner als das Zweifache der Diodenspannung ist, nicht mehr gemessen werden können.

Wie aus der Figur auch deutlich ersichtlich ist, belastet der vollständige Strom durch den Gleichrichterkreis den Ausgang des Verstärkers. Die Ausgangsstufe eines derartigen Verstärkers besteht oft aus einer "Klasse B"- oder "Klasse C"-Stufe, wie sie mit den Transistoren T₁ und T„ angegeben ist. Diese Transistoren müssen also den benötigten Strom für den Gleichrichterkreis liefern können. Weiter ist wieder deutlich ersichtlich,, dass die Amplitude des Wechselspannungssignals an den Basis-Elektroden dieser Transistoren T₁ und T (Klemme k) mindestens gleich dem Dreifachen der Diodenspannung sein muss, um ein Messergebnis zu erzielen.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung· nach der Erfindung. Die Brückenschaltung enthält nun statt der Dioden D₁ und D die Bipolartransistoren T₁ und T„, ■ deren Basis-Elektroden miteinander verbunden sind und eine Klemme der Brückenschaltung bilden, während ihre Emitter mit dem betreffenden Anschluss des Messinstruments M und ihre Kollektoren mit geeigneten Klemmen der Speisespannungsquelle verbunden sind.

Durch die erfindungsgemässe Massnahme wird

erreicht, dass der den Basis-Elektroden der Transistoren T₁ und T_ zuzuführende.; Strom nur ein Bruchteil des Stromes durch das Messinstrument ist. Dies bedeutet, dass, wenn die Brückenschaltung vollständig, also zusammen mit den Transis-

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toren T und T , mit dem Ausgang eines Verstärkers gekoppelt wird, dieser Verstärker viel geringer als bei der bekannten Vorrichtung belastet wird. Der Verstärker braucht dann ja nur den Basisstrom für die Transistoren T₁ und T„ zu liefern.

Es kann aber auch, ein anderer Vorteil angestrebt werden. Die Transistoren T₁ und T_p können nämlich zugleich als "Klasse B"- oder "Klasse C"-Ausgangsstufe des Verstärkers A benutzt werden, wie in der Figur symbolisch dadurch angedeut ist, dass diese Transistoren innerhalb des Blocks A angeordnet sind. Die beiden Transistoren erfüllen nun also eine doppelte Funktion. Der Vorteil dieser Schaltweise ist neben der Einsparung an Elementen die Tatsache, dass die minimale an der Klemme 4 erforderliche Amplitude kleiner als bei der bekannten Schaltung ist. Bei der Schaltung nach. Fig. 2 ist ja die mindestzulässige Amplitude des liechselspannungssignals an der Klemme 4(Basis-Elektroden der Transistoren T₁ und T" ) gleich dem Zweifachen der Diοdenspannung, während diese Amplitude bei der bekannten Schaltung gleich dem Dreifachen der Diodenspannung war.

Selbstverständlich sind viele Abwandlungen der dargestellten Brückenschaltung möglich und die Erfindung beschränkt sich keineswegs auf die beschriebene Ausführungsform. So können die Dioden D und D^ ohne weiteres durch Widerstände oder Kondensatoren, je nach der gewünschten Funktion, ersetzt werden. Veiter sind selbstverständlich Massnahmen möglich, durch die die mindestzulässige Amplitude des Wechselstromsignals weiter herabgesetzt werden kann, zu welchem Zweck zwischen den Basis-Elektroden der Transistoren T₁ und T„ eine geeignete Gleichspannungsquelle angeordnet isx,

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die z.B. eine oder mehrere Dioden D enthält, die mit einem Gleichstrom gespeist werden (siehe.den gestrichelten Teil in Fig. 2).

Wie bereits erwähnt wurde, beschränkt sich die

Erfindung keineswegs auf die Anwendung von Bipolartransistorei sondern können auch Feldeffekttransistoren T₁ und T„ verwende' werden. Die Anwendung von Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode weist den Vorteil auf, dass die Belastung für den Verstärker dabei minimal ist.

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Claims

PATENTANS PRUCHE:

Λί Vorrichtung zum Erzeugen eines sich mit der

Amplitude eines Wechselstromsignals ändernden Gleichstroms, wobei dieses Vechselstromsignal einem Verstärker zugeführt wird, dessen Ausgangswechselstrom eine Reihenschaltung eines Gleichrichterkreises zum Erzeugen des verlangten Gleichstroms und einer Gegenkopplungsimpedanz zum Erhalten eines Gegenkopplungssignals für den Verstärker durchläuft, wobei der Gleichrichterkreis aus einer Brückenschaltung mit einem ersten Kreis mit einem ersten Gleichrichter und einer ersten Impedanz und mit einem zweiten Kreis mit einem zweiten Gleichrichter und einer zweiten Impedanz besteht, welche beiden Kreise an einem Ende das Wechselstromsignal empfangen und am anderen Ende mit der Gegenkopplungsimpedanz verbunden sind, während der Verbindungspunkt des ersten Gleichrichters mit der ersten Impedanz einerseits und der Verbindungspunkt des zweiten Gleichrichters mit der zweiten Impedanz andererseits mit den beiden Enden einer Ausgangsimpedanz, z.B. eines Messinstruments, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleichrichter aus einem ersten Transistor (T₁) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und der zweite Gleichrichter aus einem zweiten Transistor (Τ_) vom zweiten Leitfähigkeits— typ besteht, wobei die Emitter dieser Transistoren mit der Ausgangsimpedanz verbunden und die Kollektoren an je eine geeignete Bezugsspannung angelegt sind, während das Wechselstromsignal ihren Basis-Elektroden zugeführt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne"

dass die beiden Transistoren ausserdem einen Teil des Verstärkers bilden und als Endstufe dieses Verstärkers dienen.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die in

integrierter Schaltungstechnik ausgeführt ist.

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