DE2545535B2 - Schaltung zum Erzeugen einer dem Logarithmus einer Eingangswechselspannung entsprechenden Ausgangsgleichspannung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Erzeugen einer dem Logarithmus einer Eingangswechselspannung entsprechenden Ausgangsgleichspannung mit mehreren in Kaskade geschalteten, jeweils bei Überschreiten eines vorbestimmten Eingangsspannungswertes jeweils begrenzenden Gegentakt-Verstärkerstufen, deren Ausgänge über Gleichrichter in einer Ausgangssammelleitung zusammengefaßt sind.

Eine Schaltung dieser Art ist bekannt (RCA-Datenblatt CA 3089E, Linear Integrated Circuits vom 17.6.71). Sie besitzt gegenüber gleichwertigen Schaltungen dieser Art mit Eintakt-Verstärkern (z. B. nach DP 12 01480) zwar den Vorteil eines exakten Begrenzungseinsatzes, wegen der hier verwendeten Einweggleichrichter jedoch eine relativ geringe Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsgleichspannung, d. h. da nur jede zweite Halbwelle gleichgerichtet wird, kann die logarithmische Ausgangsspannung der angelegten Eingangswechselspannung nicht sofort folgen. Bei einer Einweggleichrichtung ist die Sammelleitung außerdem nicht frei von Wechselspannung, und es ist eine unerwünschte Rückkopplung auf die vorhergehenden Verstärkerstufen zu befürchten, selbst wenn wie bei dieser bekannten Schaltung zwischen den Einweg-Gleichrichtern und der Sammelleitung zusätzliche Transistortrennstufen eingeschaltet sind.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schaltung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche die bekannten Vorteile des exakten Begrenzungseinsatzes mit dem zusätzlichen Vorteil in sich vereinigt, daß die logarithmische Ausgangsgleichspannung unmittelbar der angelegten Eingangswechselspannung folgt, bei der also die Änderungsgeschwindigkeit der Ausgangsgleichspannung nicht begrenzt ist.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des

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65 Hauptanspruches.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Vollweggleichrichtung wird eine unerwünschte Rückkopplung von der Sammelleitung auf andere Stufen vermieden, da bei der Doppelweggleichrichtung ja nicht mehr die Grundwelle der angelegten Wechselspannung auf der Sammelleitung auftritt. Es sind daher auch zusätzliche Schaltungsmaßnahmen zur Unterdrückung einer solchen Rückkopplung wie Entkopplungskondensatoren, Trennstufen od. dgl. überflüssig. Die logarithmische Ausgangsgleichspannung folgt außerdem unmittelbar der angelegten Wechselspannung, auch wenn diese sehr hochfrequent ist, was die erfindungsgemäße Schaltung insbesondere für die Verwendung bei Oszillographen geeignet macht, bei denen solche Änderungen sofort sichtbar sein sollen.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltung ist es wesentlich, daß die beiden Gleichrichter je Stufe jeweils exakt symmetrisch angesteuert werden. Sofern dies nicht bereits mit einer Gegentaktschaltung erreicht werden kann, deren Summe der Ströme in den beiden Zweigen konstant ist, hat es sich gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, hierzu zusätzliche Arbeitspunkt-Stabilisierungsmaßnahmen nach Unteranspruch 2 vorzusehen. Außerdem stört bei der erfindungsgemäß sehr präzise arbeitenden Schaltung u. U. noch die Temperaturabhängigkeit der Dioden der Doppelweg-Gleichrichterschaitung. Auch dies kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung durch eine zusätzliche Temperaturkompensationsmaßnahme nach Unteranspruch 3 gelöst werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Figur zeigt eine Schaltung zum Erzeugen einer dem Logarithmus einer Eingangswechselspannung Uhf entsprechenden Ausgangsgleichspannung LOc bestehend aus mehreren in Kaskade geschalteten Begrenzerstufen 1, deren gleichgerichtete Ausgangsströme /1 bis Jx in einer Sammelleitung 2 in bekannter Weise summiert werden. Mit ansteigender Eingangswechselspannung Uhf werden nacheinander die gleich aufgebauten Begrenzerstufen in den begrenzenden Zustand überführt, und es wird so annähernd eine logarithmische Kennlinie gebildet, deren Genauigkeit von der Anzahl der einzelnen Verstärkerstufen abhängt. Die Kennlinie dieser Schaltung entspricht also in bekannter Weise Udc = k ■ log Uhf-

Sämtliche Begrenzerstufen 1 sind identisch aufgebaut. Nachfolgend wird deshalb nur eine dieser Stufen im einzelnen erläutert. Jede Begrenzerstufe 1 besteht aus einem Gegentaktverstärker 3 und einem damit angesteuerten Doppelweggleichrichter 4. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Gegentaktverstärker 3 aus zwei emittergekoppelten Transistoren 5 und 6, denen über einen Transistor 7 ein konstanter Strom eingeprägt ist. Die Eingangswechselspannung wird über einen Kondensator 8 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im Eintakt dem Gegentaktverstärker zugeführt. Selbstverständlich ist auch eine unmittelbare Gegentaktansteuerung dieser Verstärkerstufe möglich. Zwischen den Kollektoren der beiden Transistoren 5 und 6 tritt die Gegentaktausgangswechselspannung auf. Bei einer eingangsseitigen Wechselspannungs-Übersteuerung nähert sich diese Ausgangsspannung der Rechteckform und die Amplitude dieser Rechteckspannung entspricht dem eingeprägten Strom aus dem Transistor 7. Damit wird der genaue Begrenzungspunkt allein

durch die Beschattung der Gegentaktschaltung festgelegt und es sind keine komplizierten Abgleichmaßnahmen wie bei bekannten Schaltungen dieser Art nötig. Die Gleichstromversorgung der Gegentaklstufe erfolgt durch die nicht näher bezeichneten Schalielemente.

Der Vollweggleichrichter 4 besteht aus zwei Dioden 9 und 10, an deren Widerständen 11 bzw. 12 und 13 die der Eingangsspannung entsprechende Gleichspannung abfällt, die über einen Widerstand 14 der Sammelleitung 2 zugeführt wird. Die Dioden 9 und 10 sind mit den ic Kollektoren der Transistoren 5 und 6 unmittelbar gleichstromgekoppelt, was wegen der vorgesehenen Gegentaktansteuerung und Doppelweggleichrichtung möglich ist. Die Einspeisung der darauffolgenden Stufe 1 erfolgt über den Ausgang 15, der am Spannungsteiler 12/13 angeschaltet ist und unmittelbar mit dem Eingang 16 der nächstfolgenden Stufe verbunden ist.

Zur Stabilisierung des der Gegentaktverstärkerstufe eingeprägten Stromes ist noch eine zusätzliche, allen Begrenzerstufen 1 gemeinsame Regelschaltung 20 vorgesehen, die den eingeprägten Strom und damit den Begrenzereinsatz der Verstärkerstufen 3 stabilisiert. Da sämtliche Begrenzerstufen 1 identisch aufgebaut sind, genügt eine einzige gemeinsame Regelschaltung 20. Sie besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem Regelverstärker 21, dessen Regelausgang 22 mit sämtlichen Begrenzerstufen 1 in der für den Verstärker 3 gezeigten Weise zusammengeschaltet ist. Der Regelverstärker 21 vergleicht die an einem Widerstand 23 einer der Begrenzerstufen 1 abfallende und dem eingeprägten Strom des Verstärkers 3 proportionale Spannung mit einer konstanten Referenzspannung 24. Wenn der Strom durch den Widerstand 23 vom Sollwert abweicht, ändert sich die Spannung auf der Regelleitung 22 und es werden damit die Basisspannungen der Transistoren 7 sämtlicher Begrenzerstufen 1 solange geändert, bis der Sollwert wieder erreicht ist. Damit ist gewährleistet, daß der maximale Spannungshub an den Widerständen 11 bis 13 konstant gehallen wird.

Um diese Stabilität voll ausnutzen zu können, ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zweckmäßig, auch noch eine zusätzliche Temperaturkompensation der Dioden 9 und 10 vorzusehen. An sich könnte jedem einzelnen Gleichrichter 4 jeder Begrenzerstufe 1 eine entsprechende bekannte Temperaturkompensationsschaltung zugeordnet werden. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, wiederum sämtlichen Stufen 1 eine gemeinsame Temperaturkompensationsschaltung 25 zuzuordnen, die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine Diode 26 umfaßt, die vom gleichen Typ wie die Dioden 9 und 10 des Doppelweggleichrichters 4 ist und über die Widerstände 27 und 28 auch auf dem gleichen Arbeitspunkt wie diese Dioden 9 und 10 gehalten ist. Die gemeinsame Sammelleitung 2 ist mit dem einen Eingang 29 und die Diode 26 mit dem anderen Eingang 30 eines Addierverstärkers 31 zusammengeschart. Die zusätzlich noch gezeichneten Widerstände dienen zur Arbeitspunkteinstellung des Verstärkers 31. Wenn sich nunmehr durch Temperatureinfluß der Arbeitspunkt der Dioden 9 und 10 der einzelnen Begrenzerstufen 1 ändert, ändert sich in entsprechender Weise auch der Arbeitspunkt der Diode 26, und die störende Temperaturänderung wird damit im Verstärker 31 ausgeglichen. Durch den dem Verstärker 31 zugeordneten einstellbaren Widerstand 32 kann die Steilheit der Schaltung auf einfache Weise eingestellt werden.

Hierzu 1 Blatt ZeichnuDgeu

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltung zum Erzeugen einer dem Logarithmus einer Eingangswechselspannung entsprechenden Ausgangsgleichspannung mit mehreren in Kaskade geschalteten, bei Überschreiten eines vorbestimmten Eingangsspannungswertes jeweils begrenzenden Gegentakt-Verstärkerstufen, deren Ausgänge über Gleichrichter in einer Ausgangssammelleitung zusammengefaßt sind, gekennzeichnet durch die Verwendung von Doppelweggleichrichtern (4), die mit den zugeordneten Gegentaktverstärkerstufen (3) gleichstromgekoppelt und durch diese symmetrisch angesteuert sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eingeprägten Ströme sämtlicher Gegentaktverstärkerstufen (3) durch eine gemeinsame und von einer dieser Verstärkerstufen angesteuerten Regelschaltung (20) auf einen konstanten Wert geregelt sind.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperaturkompensation die Sammelleitung (2) mit dem einen Eingang (29) eines Addierverstärkers (31) verbunden ist, an dessen anderen Eingang (30) eine den Gleichrichtern (9,10) des Doppelweggleichrichters (4) entsprechende Diode (26) angeschaltet ist.

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