DE2801896A1

DE2801896A1 - Schaltung zur gleichrichtung eines wechselstrom-eingangssignals

Info

Publication number: DE2801896A1
Application number: DE19782801896
Authority: DE
Inventors: David E Blackmer; C Rene Jaeger
Original assignee: Dbx Inc
Current assignee: THAT CORP MARLBOROUGH MASS US
Priority date: 1977-01-17
Filing date: 1978-01-17
Publication date: 1978-07-27
Also published as: CA1091295A; GB1582315A; JPS5927185B2; DE2801896C2; JPS5389940A; US4097767A; AU508762B2; AU3238378A

Description

PatenianvväJte Dipl.-lng. Curt Wallach Dipl.-lng. Günther Koch Dipl.-Phys.Dr.Tino Haibach S Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 17- Januar I978

Unser Zeichen: l6 1^4 - Fk/Ne

DBX, Inc.
Newton, Massachusetts, USA

Schaltung zur Gleichrichtung eines Wechselstrom-Eingangs-

s ignaIs

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Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach 2801898 Dipl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

Datum: Y( . Januar 1978

Unser Zeichen: χ 5

DEX, Inc.
Newton, Massachusetts, USA

Schaltung zur Gleichrichtung eines V/echseIstrom-Eingangssigna Is

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Gleichrichtung eines Wechselstrom-Eingangssignals, das dem Eingangsanschluß der Schaltung zugeführt wird, deren Ausgangsanschluß als Gleichstromquelle geschaltet ist.

Gleichrichterschaltungen unter Verwendung von zumindest einem Operationsverstärker sind gut bekannt, insbesondere im Bereich der Informationsübertragung, bei dem Gleichrichterbrücken, d ie anderenfalls zur Leistungsübertragung geeignet sind, dazu neigen, ein Informationen enthaltendes Signal zu verzerren. Es ist eine Vielzahl von derartigen Gleichrichterschaltungen uter Verwendung von Operationsverstärkern bekannt, um eine Vollweggleichrichtung eines Wechselstromeingangssignals zu erzielen. Eine bekannte Schaltung weist eine Operationsverstärkerstufe mit einem Gegenkopplungswiderstand auf, der zwischen dem Ausgang der Verstärkerstuf'= und dem invertierenden Eingangsanschluß eingeschaltet ist. Der nichtinvertierende Eingangsanschluß dieser Verstär-

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kerstufe ist direkt über einen Schalter mit Erde verbunden, wobei das Öffnen und Sehließen dieses Schalters durch den Ausgang eines Umschaltgatters, beispielsweise eines Sehwellwertverstärkers gesteuert wird. Das !eingangssignal wird über La s tv; id erstände jedem der Eingangsanschlüsse der Verstärkerstufe und dem Eingang dos Schwellwertverstärkers zugeführt. Der Schwellwertverstärker ist so eingestellt, daß, wenn das Eingangssignal eine positive Peterität aufweist, der Schalter offen ist, so daß über die Lastwiderstände dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß der Verstärkerstufe ein größerer Spannungspegel zugeführt wird, als der Spannungspegel, der dem invertierenden Eingangsanschluß der Stufe augeführt wird. Die Verstärkungseinstellung der Stufe ist derart, daß wenn das Eingangssignal eine positive Polarität aufweist, der momentane Pegel des Ausgangsstromes in seiner Größe und Polarität gleich dem momentanen Pegel des Eingangsstrcnies ist.

Wenn das Eingangssignal eine negative Polarität aufweist, ist der Ausgang des Schwellwertverstärkers derart, daß der Schalter schließt und den nichtinvertiercnden Eingang der Verstärkers tufe nach Erde hin kurzschließt. Hierdurch ergibt sich ein größerer Spannungspegel am invertierenden Eingangsanschluß der Stufe, so daß diese zu einem invertierenden Verstärker wird. In diesem Fall ist der momentane Pegel des Ausgangsstromes in seiner Größe gleich dem momentanen pegel des Eingangsstromes doch v/eist der Ausganges tr orn eine entgegengesetzte Polarität auf, so daß sich eine Voliweggleichriohtung des r.ingangc-Signalstrorncs ergibt.

Eine zweite bekannte Schaltung, die zur Informationsübertragung geeignet ist und eine Vcllweggleichrichtung eines Wechselstrom-Eingangssignals ergibt, schließt zwei Operationsverstärkerstufen ein. Die erste Verstärkerstufe ist mit ihrem nichtinvertierenden Eingang mit Erde verbunden,

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uüir.'rnd der iin'er tierende Eingang über einen Lastv;iderstand /üit Jen. Eir.gr-iigsencohiuij der schaltung verbunden ist. Der _;ιχ-:;;:η_;; der ersten "erstarkerstufc ist über eine erste Gegenkopplung:} g ;-!-:a It ung mit der Kathode einer ersten Diode verbunden, deren ,.node ni t deir, invertierenden Eingang der 7erstürkerstufe verbunden ist. L-er Ausgang der ersten Verstärker- :";tu*'e Ist v:citerhin mit der Anode einer zweiten Diode verbunden, deren Kathode ücer einen ersten Gegenkopplungswiderstand mit eiern invertierenden Eingang des ersten Verstärkers verbunden ist, urn eine zweite Gegenkopplungsschleife zu bilden. Wie dies gut bekannt ist, ist bei einer Anpassung des Lastwiderütandes und des ersten Gegenkopplungswiderstandes das an dem Aungangsverbindungspunkt (zwischen der Kathode der zweiten I;iod.c und de:r. ersten Gegenkopplungswiderstand) auftretende Signal das .jignal, das sich durch Halbwellengleichrichtung des Eingangssignal ergibt. Dieser Ausgangsverbindungspunkt ist über einen Zwischenwiderstand, der an den Lastwiderstand und den ersten Oegenkopplungswiderstand angepaßt ist, mit dem invertierenden Eingang der zweiten Verstärkerstufe verbunden, der invertierende Ausgang des zweiten Verstärkers ist weiterhin über einen zweiten Las tv: id erstand (mit dem doppelten Widerstandswert verglichen mit den erwähnten Last- und Gegenkopplungswiderständen) mit dem Eingangsanschluß der Schaltung verbunden. Schließlich ist der Ausgang der zweiten Verstärkerstufe über einen zweiten Gegenkopplungswiderstand (der an den zweiten Lastwiderstand angepaßt ist) mit dem invertierenden Eingang dieser Verstärkerstufe verbunden, während der nichtinvertierende Eingangsanschluß der zweiten Stufe mit Erde verbunden ist.

Während des Betriebs ist, wenn das Eingangssignal eine positive Polarität aufweist, der Ausgang der ersten Verstärkerstufe negativ, so daß die erste Diode leitend ist, während die zweite Diode nichtleitend ist. Daher erscheint kein Strcmausgangssignal am Ausgangsverbindungspunkt des Halbwellengleichrichters. Gleichzeitig wird jedoch das Eingangssignal über den zweiten Lastwiderstand dem invertierenden Eingang

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der zweiten Verstärkerstufe zugeführt, so daß der momentane Strompegel, der am Ausgang der zweiten Verstärkerstufe auftritt, im wesentlichen gleich dem momentanen Pegel des Eingangsstromes ist, jedoch eine entgegengesetzte Folai ität aufweist.

Wenn jedoch das Eingangssignal an die Schaltung eine negative Polarität aufweist, ist der Ausgang des ersten Verstärkers positiv, so daß die erste Diode nichtleitend ist, während die zweite Diode leitend ist. Die zweite Diode leitet daher einen Strom zum Ausgangsverbindungspunkt des Kalbwellengleichrichters Der Strom wird dann gleichmäßig zwischen dem ersten Gegenkopplungswiderstand und dem Zwischenwiderstand aufgeteilt (weil die letzteren beiden Widerstände aneinander angepaßt sind). Der über den Zwischenwiderstand übertragene Strom wird dem invertierenden Eingangsanschluß der zweiten Verstärkerstufe zugeführt, während ein entgegengesetzt gerichteter Strom gleichzeitig über den zweiten Lastwiderstand dem invertierenden Eingangsanschluß zugeführt wird, so daß der momentane Pegel des Strom-Ausgangssignals der Stufe im wesentlichen die gleiche Größe und Polarität aufweist, wie der momentane Pegel des Eingangssignalstromes.

Diese bekannten Schaltungen weisen jedoch unbefriedigende Eigenschaften insbesondere bei einen niedrigen Pegel aufweisenden hochfrequenten EingangsSignalen auf. Beide Schaltungen hängen von angepaßten Widerständen oder genauen Widerstandsverhältnissen ab, die unter Verwendung heutiger integrierter Schaltungstechniken schwer zu erzielen sind. Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich aus der Tatsache, daß jeder

an Operationsverstärker von Natur aus eine Offset-SpannungYseinen beiden Eingangsanschlüssen aufweist. Die Offset-Spannung ruft

einen Offset-Strom in dem Ausgangssignal jeder der beschrieen
benen Schaltung'hervor. Wenn die EingangssignaIe relativ niedrige Pegel aufweisen, kann dieser Offset-Strom einen beträchtlichen Differenzfehler zwischen dem bei einem Eingangssignal einer Polarität auftretenden Ausgang und dem

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bei e ine:;· Eingang ...it entgegengesetzter Polarität auftretenden Au-gang her''oi-ruf-:r;.

Es rinJ /er.:; ihiedenc Möglichkeiten zur Verringerung der durch die C '".*'.:· t-Spannung hervorgerufenen Fehler bekannt. Beispielsweise könnte bei der :r..^-eiter. beschriebenen Schaltung der Offsei Str^rn Lr.i wesentlichen dadurch beseitigt werden, daß die beiden Operationsverstärker entsprechend einer Technik aneinander angepaßt werden, die als "Trirnmung" bezeichnet wird. Diese Technik ist jedoch sehr arbeitsaufwendig und kann beträchtlich zu den Kosten der Schaltung beitragen und weiterhin sind die Forderungen an die Nachlaufgeschwindigkeit von zumindest der ersten Verstärkerstufe der Schaltung ziemlich hoch wenn die Schaltung im IMlasse-A-Betrieb arbeiten soll, d.h. als Schaltung, bei der der Ausgan-'sstrom über die vollen 36c⁰ der Periode des Eingangssignals fließt. Wenn beispielsweise das Eingangssignal von einer positiven Polarität auf eine negative Polarität beim Kulidurchgang wechselt, hört die erste Diode zu leiten auf, während die zweite Diode zu leiten beginnt. Die letztere Diode benötigt jedoch eine kleine Vorspannung, bevor sie leitend wird. Wenn der Ausgang der ersten Verstärkerstufe diese Vorspannung schnell liefern soll, damit das Intervall zwischen der Zeit, zu der die erste Diode zu leiten aufhört und der Zeit, zu der die zweite Diode zu leiten beginnt, so klein wie möglich gemacht wird, so muß die Nachlaufgeschwindigkeit dieser Verstärkerstufe sehr groß sein. Diese Forderung ist von noch größerer Bedeutung wenn das Eingangssignal eine relativ niedrige Amplitude und eine hohe Frequenz aufweist, v/eil der Teil des Eingangssignals in der Nähe des Nulldurchgangs am Ausgang der Schaltung verlorengeht, wenn keine Diode leitend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die ober erwähnten Nachteile beseitigt und die in einfacher Weise in integrierter Schaltungstechnik hergestellt werden kann, wobei keine angepaßten Widerstände oder genaue Widerstands-

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Verhältnisse erforderlich sind und lediglich ein operationsverstärker verwendet wird, so daß keine Anpassung oder Trimrnung von Verstärkern erforderlich ist und die Schaltung soll nicht durch irgendwelche Gffset-Spannungen beeinflußt werden, die zwischen den Eingangsansehlüssen der; Operationsverstärkers auftreten. Weiterhin soll die Schaltung vorzugsweise·:- eine breitbandige Gleichrichtung in einen von lianoanpere bis I-Üliiampere reichenden Bereich ermöglichen und leicht so mcdifizierbar sein, daß die Schaltung im maase-A-ILe tr leb arbeitet, inabesondere für Eingänge ir.it niedrigen Spannungen und hohen Frequenzen, ohne daß die Forderungen an die llachiaufgesehwindigkeit des Operationsverstärkers sehr hoch sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer Ausführungoforrn der Schaltung zur Gleichrichtung eines Wechselstrom-Eingangssignals;

Fig. 2 eine abgeänderte Ausführungsform der Schaltung nach Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung gezeigt, die entsprechend üblicher integrierter Schaltungstechniken hergestellt werden kann. Liese Schaltung weist eine invertierende Verstärkerstufe 10 mit hoher Verstärkung auf. Die Verstärkerstufe 10 ist mit ihrem nichtinvertiercnden Eingangoanschluß 12 mit der System-Erde verbunden, während der

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— Ii. -

lriYiri. l^rcr/ic LJK^an^an^ehluL; 14 mi-, dein liingangsancohluß ]6 of.· Lihr:! tun,;; verbunden trt, ur., ^in 'n'echselstrom-Eingangs-.j!._t_?ial 7..,, £■;. «π^ρ fangen. Li- 7( > xtür^erstufe IG v;irc! als Verrt-irk-ri: ^J;uiY In i.pr.iationsvcre tärkc-r -Anordnung verwendet.

;iüß v.'ird dur?h den Transistor Q,l ge-Li.I.det, der in der.i dargestellten Aucführungsbeispiel ein NPN-Ti anrjiKtor ist, derben Pasia Io direkt mit dem Ausgangsan-L-'ihluii ^C dec Verstärkers IC verbunden ist, während der Emitter ,dc: diet-en Transistors direkt mit dem Eingangsanschluß der o'jiialtun-j verbunden int und|der kollektor 24 ist mit dem AuFgangsanschluß 2.6 der Schaltung verbunden. Es sind Einrichtungen zur Ankopplung des Ausgangsanschlusses 26 mit einer Stromquelle I-, vorgesehen, die durch eine Sekundarstromquelle gebildet ist, wie ζ.E. die scheinbare Erdverbindung eines Operationsverstärkers, die schematisch bei 28 gezeigt i"t und die auf eine vorgegebene Gleichspannung bezüglich der System-Erde eingestellt ist. Vorzugsweise ist der Gleichspannungspegel ein positiver Wert in der Nähe des Erdpotentials. Ein Wert des Spannungspegels für die sekundäre Stromquelle 28, der sich beispielsweise als befriedigend herausgestellt hat, beträgt +0,5 V Gleichspannung. Der Transistor Ql ist aus noch zu erläuternden Gründen vorzugsweise ein Transistor mit hoher Verstärkung. Beispielsweise ist eine Verstärkung von 100 befriedigend, obwohl höhere Verstärkungen von bis zu 300 unter Verwendung üblicher integrierter Schaltungstechniken erzielt werden können.

Ein zweiter Übertragungsweg ist durch die Transistoren Q2 und Q3 gebildet, die jeweils als NPN-Transistoren dargestellt sind, deren jeweilige Basen 30 und 3² mit der System-Erde verbunden sind, während ihre Emitter 3^ und 36 miteinander und mit dem Ausgang des Verstärkers 10 verbunden sind. Der Kollektor des Transistors Q.2 ist mitdem invertierenden Eingangsanschluß 14 der Verstärkerstufe 10 verbunden, während der Kollektor 40 des Transistors Q3 mit dem Ausgangsanschluß 26 verbunden ist. Vorzugsweise sind die Transistoren Q2 und

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Q3 geometrisch genau aneinander angepaßt, un; eine gleiche Verstärkung, Größe usw. zu erreichen, so daß die Leiden Transistoren immer auf ungefähr der gleichen Easis-Lraitter-opannunr. gehalten werden und sieh gleiche Kollektors trörne ergeben.

Wenn der Strom I. eine positive Polarität aufweist, so ist der Ausgang des Verstärkers 10 eine negative opannung. L·!? Basis des Transistors 02 ist dann bezüglich seines Emitters positiv, so daß der Transistor 02 einen Strom Ι·_η(+) '-On dem invertierenden Eingangsanschluß 14 des Verstärkers 10 zum Ausgangsanschluß 20 des Verstärkers leitet. V/eil die äußere Stromquelle, die den Strom I₀ liefert, einen positiven GIeiohspannungspegel aufweist und die Basis 52 des Transistors ^r\'j positiv bezüglich des Emitters >6 ist, leitet der Transistor Q5 ebenfalls einen Strom Ip,. Weil die Transistoren 0.2 und OJ5 aneinander angepaßt sind und immer die gleiche Basis-/ Emitterspannung aufweisen, ist der momentane Pegel von I (+) gleich dem momentanen Pegel von Ip* · Daher ist I das gespiegelte Stromsignal von !*„(+)j d.h. I₀. ist In seiner Größe im wesentlichen gleich I-_n(⁺) · Weil das Kirchhoff' sehe Gesetz aussagt, daß die in einen Verknüpfungspunkt fließenden Ströme gleich den aus diesem Verknüpfungspunkt herausfließenden Strömen sind, ist der momentane Pegel des dem Ausgang des Verstärkers 10 zufließenden Stromes gleich der Summe der Momentanwerte von I_in(+) und Ι₂λ· Weil der momentane Pegel von I_in(+) gleich dem momentanen Pegel von I ist, folgt der Ausgangsstrom dem Eingangsstrom, wenn dieser eine positive Polarität aufweist. Während dieser Periode leitet der Transistor Ql nicht, weil das Ausgangssignal des Verstärkers 10, das der Basis des Transistors Ql zugeführt wird, negativ ist.

Wenn der Wechselstrom-Eingangsstrom I. eine negative Polarität aufweist, liefert der Verstärker 10 eine positive Ausgangsspannung. Der Emitter ^4 des Transistors Q2 ist dann bezüglich seiner Basis J50 positiv und der Emitter J>6 des Transistors Qj5 ist positiv bezüglich seiner Basis 32, scjdaß

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weder der Transistor ·'·,_ n;er, der Transistor 03 leiten. 3er Kollektor 24 des Transistors '^: 1 ist jedoch bezüglich seines Emitters 2:'c positiv, 30 daß ein ^ollektor-limitter-Strorii durch den Transistor ^Ml fließt, lieser Ltrot.-:f laß ist derart, daß der Emitterrrtrcr.. ~._n(-;, der von den. Emitter des Transistors "¹I zum invertierenden llingangscnschl-iü i4 fließt, gleich dem von den ausgangsanr.chiaß .jG des Verstärke rc IC zur Basis des Transistors "1 fließenden Baslsstrou Z\ zuzüglich des Kollektorstromes I._)r. int, der von der äußeren Stromquelle 28 fließt. Der V/ert des Basisstrcms I, hängt von der Verstärkungßes Transistors ^!~U ab und durch Auswahl eines eine hohe Verstärkung aufweisenden Transistors für den Transistor Ql wird der durch I, hervorgerufene Fehler vernachlässigbar. Beispielsweise ist für eine Verstärkung von lc-ü der Strom I^ ungefähr 1 ρ von I (-), oder I.._r. trägt 99 ,3 von !·„(-)· Daher ist für das angegebene Beispiel der momentane Pegel des Ausgangsstromes, der an. Anschluß 2o erscheint, im wesentlichen gleich dem momentanen pegel des Eingangsstromes I. wenn dieser positiv ist und er beträgt ungefähr 99 ;5 des momentanen Pegels des Eingangsstromes I. (wobei er eine entgegengesetzte Polarität aufweist, wenn der Eingangsstrom negativ ist.)

Wenn dieser !deine Fehler zwischen den beiden Ausgangsströmen, die durch die positiven und negativen Halbperioden des Eingangsstromes I. hervorgerufen werden, nicht annehmbar ist, kann dieser Fehler durch Modifikation der Schaltung nach Fig. 1 derart beseitigt werden, daß ein Vorspannungspotential zwischen die Basen der Transistoren ⁿ<2. und 03 angelegt wird. Wie es im einzelnen aus Fig. 2 zu erkennen ist, bleibt die Basis 30 des Transistors 0.2 auf System-Erde, doch ist diese Basis weiterhin über einen Widerstand 42 mit der Basis 32 des Transistors QjJ verbunden. Die Basis 32 des Transistors Q3 ist weiterhin über einen Widerstand 44 mit dem Schleifer eines Potentiometers 46 verbunden. Das Potentiometer ist in üblicher Weise längs einer Gleichspannungsquelle angeschaltet. Durch geeignete Einstellung des Schleifers des Potentiometers 46 wird eine ausreichende Basisspannung in den Tran-

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sistor Oi eingeführt (der zu der Lasif'-iufiittrr-^pannung der:· Transistors ^r·^ hinzuadciert wird, um dessen Lmittcrstrorn bezüglich des Transinters ⁿ-'L· zu verringern) , um den momentanen Pegel von Z,, zu verringern. Durch geeignete J-: ins te 1-

c.h

lung des Potentiometers 46 kann eine exakte Veistärkun^ssymrnetrie erzielt werden.

In der Schaltung nach Fig. I wird die Nachlaufgeschwincigkeit des Verstärkers durch die Zeitperiode zwischen den Zeiten bestimmt, zu denen ein Übertragungsweg aufhört zu leiten, v;ährend der andere Übertragungsweg zu leiten beginnt. Die Nachlauf geschwindigkeit kann von relativ geringer Bedeutung sein, wenn das Eingangssignal I. zwischen relativ großen positiven und negativen Pegeln schwankt. Wenn jedoch das Eingangssignal I. eine relativ geringe Größe und eine relativ hohe Frequenz aufweist, kann die Zeit, die das Ausgangssignal benötigt, um von einer ausreichenden Größe mit einer Polarität, die es ermöglicht, daß der eine Übertragungsweg zu leiten beginnt, auf eine ausreichende Amplitude mit der anderen Polarität überzuwechseln, damit der andere Übertragungsweg zu leiten beginnt, von Bedeutung werden, weil irgendeine Information, die während dieser Zeit in dem Informationssignal enthalten ist, verlorengeht.

Entsprechend kann die Schaltung nach Fig. 1 ebenfalls in der in Fig. 2 gezeigten Weise modifiziert werden, um geringere Nachlaufgeschwindigkeitsanforderungen zu erreichen. Im einzelnen ist eine Gleichspannungsquelle zwischen der Basis 18 des Transistors Ql und dem Ausgangsanschluß 20 des Verstärkers 10 vorgesehen. Diese Spannungsquelle kann einfach eine Batterie sein oder vorzugsv/eise wird ein kleiner Strcmfluß I_o mit Hilfe eines festen Widerstandes 48 gewonnen, der zwisehen dem Anschluß 50 (an dem eine geeignete Spannung angelegt werden kann) und dem Verbindungspunkt 52 zwischen der Das ir:; des Transistors Ql und der Anode einer Diode 54 eingeschaltet ist. Die Kathode der Diode 54 ist mit dem /-.usgangsanschluß 20 des Verstärkers 10 verbunden. Diese Spannungs-

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quelle ergiet im Ergebnis eine positive Verspannung V,, an der Lc-i-ln ."oc ^r/ranrIr.·tors ^r\l und eine negative "crrpannung 7. .. an den l-.mittcrn der Transistoren Q,2 und QJ. Die Vorspannung v.irkt Ir.i Linie der Erzeugung eines kleinen Stromes Z-. d ;r.ⁱh die Kollektor-Enitter-Grenzcchicht des Transistors •1 ur.-J dieser Strom I- wird über die Kollektor-Emitter-Grenz-

.■,:.'}:i?l:t O'ir, Trannirtorc ^r-;<- und die Einitter-Kollektor-Grenz-ί 2.'.'.::h': de^ Transistors Q^ übertragen. Dies führt zu einem uialtufcnffn Strom, der keine Auswirkung auf den Wert des Signale hat, dar- arr: Eingang der Schaltung am Anschluß 16 angelegt wird, der .jedoch mit der doppelten Größe am Ausgang der S .'haltung a;r. Anschluß 26 erscheint. Durch die Verwendung dieser llulldurchgangs-Vorspannung oder Überwechsel-Vorspannung arbeitet die Schaltung mehr im A-Eetrieb wenn das Eingangssignal von einer Polarität zur anderen wechselt, so daß ein besserer Ilochfrequenzbetrieb ermöglicht wird, weil die an-I'ängliche Leitfähigkeit durch entweder den Transistor Ql oder die Transistoren Q.2, Q3> nicht so stark vom Spannungspegel am Ausgang des Verstärkers 10 abhängt.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist zu erkennen, daß verschiedene Kodifikationen ohne Verlassen der Grundgedankens der Erfindung durchgeführt werden können. Beispielsweise sind die Transistoren Ql, Q2 und Q3 als NPN-Transistoren dargestellt. Alternativ können alle diese Transistoren PNP-Trans is tor-en sein, solange die Transistoren Q2 und Qj5 aneinander angepaßt sind. In diesem Fall würde der Ausgangsanschluß 26 auf eine etwas negative Gleichspannung vorgespannt, beispielsweise auf -0,5 V und die Polarität des dem Anschluß 26 zugeführten Stromes würde entgegengesetzt zu der Polarität des Stromes sein, der in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel mit NPN-Transistoren fließt.

Die vorstehend beschriebene Gleichrichterschaltung unter Verwendung eines Operationsverstärkers weist verschiedene Vorteile auf. Die Schaltung kann einfach entsprechend integrier-

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ter Schaltungsteehniken hergestellt werden. Die Genauigkeit der Betriebsweise hängt nicht von angepaßten V/id erständen oder genauen Widerstandsverhältnissen ab. Weil lediglieh ein Operationsverstärker in der Schaltung verwendet wird, ist eine Anpassung oder ein Abgleich von Verstärkemnicht erforderlich. Irgendeine Offset-Spannung, die zwischen den Eingängen des Verstärkers 10 vorhanden sein kann, führt nicht zu einem Fehler-Ausgangsstrom, selbst wenn sie einen Fehler-Eingangsstrom hervorruft, wenn der Eingang aus einer (nicht gezeigten) Gleichspannungsquelle über einen ebenfalls nicht gezeigten Eingangswiderstand gespeist wird. Durch Beseitigen des Fehlers auf Grund einer Offset-Spannung ergibt die beschriebene Schaltung eine Breitband-Gleichrichtung über einen großen Amplitudenbereich von Eingangssignalen. Zusätzlich kann die Schaltung im wesentlichen als Schaltung im Α-Betrieb arbeiten, insbesondere für eine niedrige Spannung und eine hohe Frequenz aufweisende Eingänge, wobei relativ geringe Nachlaufgeschwindigkeitsforderungen gestellt werden müssen, wenn die Vorspannung am Verbindungspunkt 52 verwendet wird.

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i te

Claims

Patentanwälte Die!.-Ing. Curt Wallach

Dipl.-Ing. Günther Koch

2801898 Dipl.-Phys.Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: YJ. Januar 19?8

Unser Zeichen: \β

Patentansprüche

f 1. !Schaltung zur Gleichrichtung eines Wechselstrom-Eingangs-—-"signals, das dem Eingangsanschluß der Schaltung zugeführt wird, deren Ausgangsanschluß als Gleichstromquelle geschaltet ist, dadurch gekennzeichne t, daß die Schaltung eine Verstärkerstufe (10) mit einem mit dem Eingangsanschluß (l6) der Schaltung verbundenen invertierenden Eingangsanschluß (14) und einem Ausgangsanschluß (2C) aufweist, daß ein erster übertragungsweg vorgesehen ist, der erste steuerbare stromleitende Einrichtungen (öl) aufweist, die zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen (16, 25) der Schaltung eingeschaltet und durch das Ausgangssignal der Verstärkerstufe (10) derart steuerbar sind, daß ein Strom (Iggj I-) zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen (16, 26) der Schaltung entlang des ersten Übertragungsweges nur dann fließt, wenn das Wechselstrom-Eingangssignal eine erste Polarität aufweist, und daß ein zweiter Übertragungsweg mit zweiten steuerbaren stromleitenden Einrichtungen (Q2, Qj5) zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen (16, 26) der Schaltung eingeschaltet

• - und von dem Ausgangssignal der Verstärkerstufe (10) derart steuerbar ist, daß ein zweiter Strom (1+) zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen (14, 20) der Verstärkerstufe (1O) entlang des zweiten ÜBertragungsweges fließt, während ein invertierter Strom mit im wesentlichen der gleichen Amplitude, jedoch zum zweiten Strom entgegen-

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('■" ^r VerctiLi'r-zerstui'e '1./ und dem Ausranrsar.-

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i> in.ran^cs i^na"^:. e Ln^ zur erster. Polarität ent^egenr^oetzte Polarität au \:c*..?*:.

ϋτ-haltun.-; nac:: ^nsprucii i, daciurcin ge kennte ion net, csj der erste Ücertra^ungsv.-eg einen erster. C ran 31GtG; ('-'.I) aur,.'eiot, dessen Lasis (Ib) mit dem Ausgan_r-sansahlu3 (2ü) der Verstärkerstufe <'5) verbunden ist und dencen Emitter (22) und IlC'lleictor (24) zviischen den r.ingangü und Ausgarigsanschlüse^n (Id, 26) der Schaltung eingeschaltet sind, u:n einen Ctron; von der Stromquelle (23) zur:; £inganrsaris?hluß (14) der Verstärkerstufe (10) mit einer;] ;.iomentanen Pegel zu leiten, der proportional zum momentanen Pegel des ^Tti'e2nsel8trori.-r_JinganirsEigna]s (I_ir.)

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ist, wenn dieses eine erste Polarität auf\-;eist, daß der zweite Übertragungsv.^:eg einen zweiten und dritten Transistor (02, Pj5) einschließt, daß der zv;eite Transistor (Q2) mit seinem Emitter (;54) und Kollektor (^S) zwischen dem invertierenden Eingangsansohluß (14) und dem Ausgangs anschluß (20) der Verstärkerstufe (IC) angeschaltet ist, daß der dritte Transistor (.0) nut seinem Emitter (36) und seinem Kollektor (40) zwischen dem Ausgangsanschluß (20) der Verstärkerstufe (10) und dem Ausgangsanschluß (26) der Schaltung eingeschaltet ist, so daß der zweite Transistor (Q2) das Wechselstrom-Eingangssignal (1^_n) und der dritte Transistor (03) einen Strom von der Gleich stromquelle (28) zum Ausgangsanschluß (20) der Verstärker stufe (10) mit einem momentanen Pegel leiten, der proportional zum momentanen Pegel des V/e chse Istrom-Eingangs signals ist, wenn dieses eine zweite zur ersten Polarität en gegengesetzte Polarität aufweist.

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^. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e leh net, daß die zweiten und dritten Transistoren {'-2, '-^) aneinander angepaßt sind, se. da3 sie im vienentlichen die gleiche Bas is-Emitter-Spannung bei gleicher. Kollektor-Strömen aufweisen.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der zweiten und dritten Transistoren (/-'•2, 'i.5) beide mit der oyntem-Erde verbunden sind.

. Schaltung nach Anspruch j5, dadurch gekennze leh net, daß die Basen der zweiten und dritten Transistoren ('^Λ2, 0J5) beide mit einem konstanten Bezugspotential verbunden sind .

6. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennze ich n e t , daß die Yerstärkerstufe (IG) einen nichtinvertierenden Eingangsanschluß (12) aufweist, der mit der Systemerde verbunden ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 und 6, gekennzeichnet durch Einrichtungen (42, 44, 46) zur Erzielung einer Verstärkungssymmetrie zwischen den von den ersten und zweiten Übertragungswegen gelieferten Ausgangssignalen.

8. Schaltung nach Anspruch 'J, dadurch gekennze ichn e t , daß die Einrichtungen zur Erzielung einer Yerstärkungssymmetrie Einrichtungen (42, 44, 46) zur Änderung der Basisspannungen der zweiten und dritten Transistoren (02, 03) relativ zueinander einschließen.

9. Schaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeiehn e t , daß die zweiten und dritten Transistoren (o2, QJJ) im wesentlichen aneinander angepaßt sind und daß die Einrichtungen zur Änderung der Basisspannungen einen ersten zwischen den Basen (j50, 32) der zweiten und dritten Tran-

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sistoren {\2, O.j>) eingeschalteten Widerstand (42) und eine mit der Basis des dritten Transistors (QJ) verbundene veränderliche opannungsquelle (44, 46) einsehließen.

10. οchaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (48, 50, 54) zur Erzeugung einer Nulldurchgangs-Vorspannung zwischen der Basis (18) des ersten Transistors (Ql) und dem Ausgang (20) der Verstärkerstufe (10).

11. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (48, 50) zur Verringerung der Nulldurchgangs-Ausgangsspannung der Verstärkerstufe, die erforderlich ist, damit der eine Übertragungspfad zu leiten beginnt, nachdem der andere Übertragungspfad nichtleitend geworden ist.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennze ich net, daß die Einrichtungen zur Verringerung der NuIldurchgangs-Aucgangsspannung eine Spannungsquelle (48, 50, 54) zviicchen der Basis (18) des ersten Transistors (ni) und den zweiten und dritten Transistoren (Q2, 03) einschließen.

IJ. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichne t, daß die Spannungsquelle eine Diode (54) mit einer Anode und einer Kathode sowie eine Stromquelle (48, 50) einschließt, daß die Anode mit der Basis (18) des ersten Transistors (Ql) verbunden ist, daß die Kathode mit dem Ausgang (20) der Verstärkerstufe (10) verbunden ist und daß die Stromquelle einen Strom an die Basis (18) des ersten Transistors (Ql) und die Anode der Diode (54) liefert.

809830/0763