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Schaltungsanordnung zur Spitzenwertgleichrichtung von Wechsel-
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spannungssignalen unterschiedlicher Frequenz Die Erfindung betrifft
eine Schaltungsanordnung zur Spitzenwertgleichrichtung von Wechselspannungssignalen
unterschiedlicher Frequenz mit einem Speicher, der auf den jeweiligen Spitzenwert
aufgeladen ist und von dem die gleichgerichtete Spannung abgenommen wird.
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Aus der Zeitschrift "Elektrotechnik", 51 (1969), Heft 11, Seite 18
und 19 ist es bekannt, in Zusammenhang mit einem phasenabhängigen Gleichrichter
ein Ausgangssignal zu erzeugen, das gleich der Umhüllenden eines Wechselspannungssignals
ist. Diese Wechselspannung entsteht dadurch, daß eine Brücke von einem Oszillator
gespeist ist und sich Brückenverstimmungen im Auftreten eines Wechselspannungssignals
an einer Brückendiagonale auswirken. Die Amplitude des Wechselspannungssignals ist
abhängig von der Brückenverstimmung. Wird dieses Wechselspannungssignal einem phasenabhängigen
Gleichrichter zugeführt, der von dem die Brücke speisenden Oszillator geschaltet
ist, so treten an dessen Ausgang Gleichspannungssignale auf, welche die Form von
doppelweggleichgerichteten Wechselspannungssignalen haben, mit dem Unterschied,
daß diese Gleichspannungssignale je nach dem Brückensignal positiv oder negativ
sind. In einem Siebglied können sie geglättet werden, wobei der Ladekondensator
verhindert, daß das Ausgangssignal rasch abklingt. Es ist zwar möglich, durch Verkleinern
der Entladezeit des Kondensators die Ausschwingzeit zu verkürzen. Eine solche Maßnahme
bewirkt aber
eine Verzerrung bei tiefen Frequenzen des gleichgerichteten
signals.
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In der DT-OS 20 54 120 ist ein Verfahren zur Gleichrichtung einer
Wechsel spannung beschrieben, bei dem im Takt der Halbperioden der Eingangswechselspannung
abwechselnd einer von zwei Speichern auf den Wert der Eingangswechselspannung aufgeladen
wird und der andere Speicher den vorher aufgenommenen Wert an den Ausgang abgibt.
Jeder Speicher wird zu Beginn derjenigen Halbperiode der Eingangswechselspannung,
während der er auf den Wert der Eingangswechselspannung aufgeladen werden soll,
kurzzeitig entladen. ein derartiges Verfahren eignet sich nur zum Gleichrichten
einer Wechselspannung mit einer einzigen bestimmten Frequenz, nicht aber eines Signalgemischs
mit verschiedenen Frequenzen.
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Dieser Nachteil wird mit einer Anordnung behoben, die aus der DT-OS
21 63 399 bekannt wurde. Auch diese Anordnung enthält einen Gleichrichter und zwei
diesem nachgeschaltete Ladekondensatoren. Eine Schalteinrichtung entlädt mit einer
Frequenz, die höchstens gleich der niedrigsten Frequenz des Wechselspannungssignals
ist, abwechselnd einen der beiden Ladekondensatoren und fragt die Ladespannung des
jeweils nicht entladenen Kondensators oder eine davon abgeleitete Spannung ab. Diese
Anordnung weist aber trotz des großen Aufwandes noch den Nachteil auf, daß das Ausgangssignal
verzögert den Spitzenwerten des Bingangssignals folgt und daß diese Verzögerung
umso größer ist, je breitbandiger das Eingangssignal ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der die Nachteile der bekannten
Anordnungen vermieden sind und die bei guter Genauigkeit und geringem Aufwand vielseitig
einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil
des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
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Abtast- und Halteschaltungen sind bekannt. Mittels eines einem
Steuereingang
zugeführten Signals können sie in zwei Zustände geschaltet werden, einen Abtastzustand,
bei dem das Eingangssignal übernommen wird und einen Haltezustand, in dem das übernommene
Eingangssignal stets am Ausgang anliegt. Die erfindungsgemäße Anordnung ist so ausgebildet,
daß während der Signalspitzen der Abtastzustand eingenommen wird, daß also die Spitzenwerte
der Eingangswechselspannungen übernommen und ausgegeben werden.
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Hierzu ist ein Differenzierglied vorgesehen, dem das Eingang signal
zugeführt ist und an das ein Vergleicher angeschlossen ist, der feststellt, wann
das Ausgangssignal des Differenziergliedes, also die zeitliche Ableitung des Eingangssignals
Null ist. Mit dem Ausgangssignal dieses Vergleichers oder einem davon abgeleiteten
Signal wird die Abtast- und Halteschaltung gesteuert.
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Das Ausgangssignal des Vergleichers kann dadurch modifiziert werden,
daß es einer monostabilen Kippstufe zugeführt ist, deren Zeitkonstante an die Zeit
angepaßt ist, die die Abtast- und Halteschaltung braucht, um das Eingangssignal
zu übernehmen.
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Im Falle sehr langsam sich verändernder Eingangssignale kann es unerwünscht
sein, wenn sich das Ausgangssignal nur dann ändert, wenn das Eingangssignal einen
Spitzenwert erreicht hat. Um dies zu verhindern, kann eine zweite monostabile Kippstufe
vorgesehen sein, deren Zeitkonstante etwa gleich der kürzesten gewünschten Periodendauer
der Ausgangssignale ist und die die Abtast- und Halteschaltung in den Abtastzustand
steuert, wenn sie im stabilen Zustand ist. Die beiden monostabilen Kippstufen können
bei geeigneter logischer Verknüpfung ihrer Ausgangssignale gleichzeitig eingesetzt
werden.
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Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere
Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
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Figur 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung.
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In Figur 2 sind Diagramme zur Verdeutlichung der Funktion der Anordnung
nach Figur 1 dargestellt.
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Linem Eingang E der Anordnung nach Figur 1 ist ein Wechselspannungssignal
unterschiedlicher Frequenz zugeführt, das einerseits auf eine Abtast- und Halteschaltung
AH und andererseits auf den Eingang eines Differenziergliedes DF, das die zeitliche
Ableitung des Eingangssignals bildet, gelangt. An den Ausgang des Differenziergliedes
DF ist der eine Eingang eines Vergleichers K angeschlossen, dessen anderer Eingang
an Masse liegt.
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Der Vergleicher K steuert eine erste monostabile Kippstufe M1 an,
welcher der Rücksetzeingang CL und der Setzeingang einer zweiten monostabilen Kippstufe
M2 nachgeschaltet ist. An deren Ausgang ist der Steuereingang ST der Abtast- und
Halteschaltung angeschlossen, welche einen Ausgang A speist. Das oberste Zeitdiagramm
der Figur 2 zeigt den Verlauf einer Eingangsspannung Ue, welche zunächst etwa den
Verlauf einer abklingenden Wechselspannung hat und später einen kleinen langsamen
Anstieg und einen flachen Abfall aufweist. Von dieser Spannung wird im Differenzierglied
DF die zeitliche Ableitung ### gebildet, deren zeitlicher Verlauf im zweiten Diagramm
dargestellt ist.
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Der Vergleicher K bildet daraus ein binäres Signal (Diagramm k), das
bei jedem Vorzeichenwechsel der Ausgangsspannung des Differenziergliedes seinen
Signalzustand ändert, so daß die Impulsflanken das Auftreten von Extremwerten anzeigen.
Zum Erfassen des Spitzenwertes wird nur der Wechsel von Positiv auf Negativ, also
die oberen Spitzenwerte des Eingangssignals U Ue berücksichtigt, indem die monostabile
Kippstufe M1 so gewählt ist, daß ihre Zeitkonstante t1 klein im Vergleich zur Periodendauer
der Eingangssignale ist und daß sie nur auf negative Impulsflanken reagiert. Den
zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals der monostabilen Kippstufe M1 zeigt Diagramm
ml. Die Ausgangsimpulse der monostabilen Kippstufe M1, die auf den Eingang CL der
Kippstufe M2 gelangen, setzen diese zurück. Mit den negativen Flanken wird die Kippstufe
wieder gesetzt, so daß die im Diagramm m2 gezeigten Impulse entstehen, die dem Steuereingang
ST der Abtast- und Halteschaltung zugeführt sind. Beim Signalzustand Null wird die
Abtast- und Halteschaltung AH im Zustand "Abtasten" betrieben, beim Signalzustand
1 im Zustand "Halten". Liegt eine Wechselspannung ausreichend hoher Frequenz am
Eingang, wird die Abtast- und Halteschaltung AH nur während der verhältnismäßig
kurzen Zeiten t1 in den Abtastzustand gesteuert.
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Am Ausgang A erscheint daher das im Diagramm Ua gezeigte Ausgangssignal.
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Fällt das Wechselspannungssignal aus, kippt die monostabile Kippstufe
M2 nach einer Zeitdauer t2 in den stabilen Zustand zurück und setzt damit die Abtast-
und Halteschaltung AH in den Abtastzustand, in dem sie das dem Eingang E zugeführte
Signal unverändert zum Ausgang A durchschaltet, wie im rechten Drittel der Diagramme
der Figur 2 zu sehen ist Erreicht aber die Eingangsspannung Ue einen Maximalwert,
geht die zeitliche Ableitung dUe/dt durch Null, der Vergleicher K spricht an und
setzt die monostabile Kippstufe M1 in den astabilen Zustand.
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Damit wird auch die Kippstufe M2 gesetzt, bis sie nach ihrer Zeitkonstante
t2 wieder zurückkippt. In dieser Zeit ist die Eingangsspannung um einen kleinen
Betrag gefallen, der in der Ausgangsspannung Ua als Sprung erscheint. Danach sinkt
die Ausgangsspannung wie die Eingangsspannung langsam ab. Die Zeitkonstante t2 ist
etwa gleich der gewünschten kürzesten Periodendauer des Ausgangssignals.