DE2427327C2

DE2427327C2 - Meßvorrichtung zum Erzeugen eines sich mit der Amplitude eines Wechselstromsignals ändernden Gleichstroms

Info

Publication number: DE2427327C2
Application number: DE19742427327
Authority: DE
Inventors: Rudy Johan van de Eindhoven Plassche
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1974-06-06
Publication date: 1983-01-27
Also published as: GB1463108A; JPS551551B2; FR2233630A1; FR2233630B1; JPS5035627A; CA1000355A; NL7308321A; DE2427327A1

Description

stellt, daß der Meßfehler bei kleinen Signalen geringer als bei der bekannten Vorrichtung ]su

Die Erfindung wird für ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die bekannte Vorrichtung, und F i g, 2 die Vorrichtung nach der Erfindung.

Die in F i g, 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 Verfugung. Diese Klemme 2 ist mit einer Graetz-Brücke mit Dioden D₁, D₂, D₃ und D₄ 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 Beirag gleich dem Zweifachen der Diodenspannung höher als die Spannung an der Klemxie 3 der Brückenschaltung sein muß, bevor die Dioden A und D₄ leitend werden und ein Strom das Meßinstrument durchfließt Andererseits wird die Spannung an der Klemme 2 um mindestens einen Betrag gleich dem Zweifachen der Diodenspannung niedriger als die Spannung an der Klemme 3 sein müssen, bevor die Dioden D₂ und D₃ 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 A<oder »Klasse C«-Stufe, wie sie mit den Transistoren T₁ und T₂ 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 71 und T₂ (Klemme 4) mindestens gleich dem Dreifachen der Diodenspannung sein muß, um ein Meßergebnis zu erzielen.

F i gr 2 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, Die Brückenschaltung enthält nun statt der Dioden D\ und D₂ die Bipolartransistoren 71 und Ti, 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 Ti und Tu zuzuführende Strom nur ein Bruchteil des Stromes durch das Meßinstrument ist. Dies bedeutet, daß, wenn die Brückenschaltung vollständig, also zusammen mit den Transistoren 71 und T₂, mit dem Ausgang eines Verstärkers gekoppelt wird, dieser Verstärker viel geringer als bei der bekannten Vorrichtung belastet wird. Der Verr-Irker braucht dann ja nur den Basisstrom für die Transistoren 71 und Ti zu liefern.

Es kann aber auch ein anderer Vorteil angestrebt werden. Die Transistoren Ti und T₂ können nämlich zugleich als »Klasse ft<- oder »Klasse C«-Ausgangsstufe des Verstärkers A benutzt werden, wie in der Figur symbolisch dadurch angedeutet 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 F i g. 2 ist ja die mindestzulässige Amplitude des Wechselspannungssignals an der Klemme 4 (Basis-Elektroden der Transistoren T\ und Ti) gleich dem Zweifachen der Diodenspannung, während diese Amplitude bei der bekannten Schaltung gleich dem Dreifachen der Diodenspannung war.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Meßvorrichtung zum Erzeugen eines sich mit der Amplitude eines Wechselstromsignals ändernden Gleichstromes, wobei dieses Wechselstromsignal einem Verstärker zugeführt wird, dessen Ausgangswechselstrom eine Reihenschaltung eines Gleichrichterkreises zum Erzeugen des verlangten Gleichstromes und einer GegenkopplungrJmpedanz zum Erhalten eines Gegenkopplungswechselstromsignales für den Verstärker durchfließt, wobei der Gleichrichterkreis aus einer Brückenschaltung mit einem ersten Kreis mit einem ersten und einem dritten Gleichrichter und mit einem zweiten Kreis mit einem zweiten und einem vierten Gleichrichter !5 besteht und beide Kreise an einem Ende das Wechselstromsignal empfangen und am anderen Ende mit einem Anschluß der Gegenkopplungsimpedanz verbunden sind, deren anderer Anschluß an einem Punkt der Verstärkerschaltung liegt, wahrend der Verbindungspunkt des ersten Gleichrichters mit dem dritten Gleichrichter «inerseits und der Verbindungspunkt des zweiten Gleichrichters mit dem vierten Gleichrichter andererseits mit den beiden Enden eines eine Ausgangsimpedanz verkörpernden Meßinstruments verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gleichrichter durch einen ersten Transistor (7!) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und der zweite Gleichrichter durch einen zweiten Transistor fTj) vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ersetzt sind und d^ß die Emitter dieser Transistoren direkt mit der Ausgangsimpedanz (M) verbunden und die Kollektoren an je eine geeignete Bezugsspannung angelegt sind und daß dqs Wechselstromsignal ihren Basis-Elektroden zugeführt wi_td.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren außerdem einen Teil des Verstärkers bilden und als Endstufe dieses Verstärkers dienen.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ihre Ausführung in integrierter Schaltungstechnik.

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung zum Erzeugen eines sich mit der Amplitude eines Wechselstromsignals ändernden Gleichstromes, wobei dieses Wechselstromsignal einem Verstärker zugeführt wird, dessen Ausgangswechselstrom eine Reihenschaltung eines Gleichrichterkreises zum Erzeugen des verlangten Gleichstromes und einer Gegenkopplungsimpedanz zum Erhalten eines Gegenkopplungswechsel- stromsignales für den Verstärker durchfließt, wobei der Gleichrichterkreis aus einer Brückenschaltung mit einem ersten Kreis mit einem ersten und einem dritten Gleichrichter und mit einem zweiten Kreis mit einem zweiten und einem vierten Gleichrichter besteht und beide Kreise an einem Ende das Wechselstromsignal empfangen und am anderen Ende mit einem Anschluß der Gegenkopplungsimpedanz verbunden sind, deren anderer Anschluß an einem Punkt der Verstärkerschaltung liegt, während der Verbindungspunkt des ersten Gleichrichters mit dem dritten Gleichrichter einerseits und der Verbindungspunkt des zweiten Gleichrichters mit dem vierten Gleichrichter andererseits mit den beiden Enden eines eine Ausgangsimpedanz verkörpernden Meßinstruments verbunden sind.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der GB-PS 7 87 691 bekannt, wobei als Gleichriehterkreis 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 befnedigende 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 es 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 Maßnahmen führen selbstverständlich immer eine zusätzliche Verlustleistung herbei, und zusätzliche Elemente beanspruchen bei integrierten Schaltungen selbstverständlich zusätzlichen Raum auf dem Halbleiterkörper. Ein zweites Problem fet die Belastung, die der Gleichrichterkreis für den Verstärker bildet, weil ja der Verstärker den diesen Gleichriehterkreis durchfließenden Strom liefern können muß.

Die Erfindung bezweckt, eine Meßvorrichtung zu schaffen, bei der auf besonders einfache und günstige Weise eine Lösung für diese Probleme geschaffen wird. Die Meßvorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gleichrichter durch einen ersten Transistor von einem ersten Leitfähigkeitstyp und der zweite Gleichrichter durch einen •zweiten Transistor vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ersetzt sind und daß die Emitte,- dieser Transistoren direkt mit der Ausgangsimpedanz verbunden und die Kollektoren an je eine geeignete Bezugsspannung angelegt sind und daß 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 Halbleitertechnik in Anspruch genommen wird, wird erreicht, daß der Verstärker viel geringer als bei der bekannten Vorrichtung belastet wird. Der Verstärker braucht nun ja nur die Steuerströme für die Transistoren zu liefern.

Die erfindungsgemäße Maßnahme kann aber auch eine andere überraschende Folge haben. Wenn nämlich ein Verstärker verwendet wird, der als Endstufe eine »Klasse ß«- oder »Klasse C«-Verstärkerstufe enthält, erweist es sich als möglich, diese Verstärkerstufe zugleich als ersten und zweiten 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 heraus-