DE2827972A1 - Gleichrichter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichrichter und insbesondere einen Gleichrichter, der genau definierbare Lade- und/oder Entlade-Zeitkonstanten besitzt. Der Bedarf für solche Gleichrichter ergibt sich beispielsweise in Verbindung mit Geräten, die strenge Rauschmessungs-Spezifikationen erfüllen sollen, und in solchen Anwendungsfällen ist es wichtig, daß die Lade- und Entladecharakteristiken des Gleichrichters über einen weiten dynamischen Bereich von Eingangssignalpegeln hinweg vorhersehbar bzw. bekannt sind.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Gleichrichter eine gleichrichtende Vorrichtung, die so angeordnet ist, daß sie in Antwort auf ein an den Gleichrichter angelegtes Eingangssignal einen Kondensator ladt, sowie eine Vorrichtung zum Abtasten bzw. Erfassen der Größe der am Kondensator anliegenden Spannung und zum Treiben eines zur Differenz zwischen der Größe des Eingangssignals und der momentanen Spannung am Kondensator direkt proportionalen Stroms durch die gleichrichtende Vorrichtung hindurch.

Vorzugsweise ist die gleichrichtende Vorrichtung ein Transistor, dessen Basis durch das Ausgangssignal einer Komparatorschaltung mit zwei Eingängen angesteuert wird, deren einer Eingang das Eingangssignal empfängt und einen Reihenwiderstand umfaßt und deren anderer Eingang ein Signal empfängt, das für die momentane Spannung am Kondensator repräsentativ ist, wobei die Ladezeitkonstante des Kondensators vom Wert des Serienwiderstandes abhängt .

Vorzugsweise ist der Transistor ein p.n.p.-Transistor, dessen Emitter ebenfalls so angeordnet ist, daß er das Eingangssignal empfängt, und ist eine Diode zwischen den Emitter und die Basis dieses Transistors geschaltet, die so abgetastet wird, daß sie nur dann leitet, wenn der Transistor nichtleitend ist.

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κ -

Vorzugsweise ist eine Stromspiegelungsvorrichtung zwischen dem Transistor und dem Kondensator vorgesehen, die dazu dient, die Sichtung des an den Kondensator angelegten Stromflusses umzukehren. Weiterhin bietet bei der bevorzugten Ausführungsform die Stromspiegelungsvorrichtung dem Kondensator eine hohe Ausgangsimpedanz dar und weiterhin ist vorzugsweise eine Diode zwischen die Stromspiegelungsvorrichtung und den Kondensator geschaltet, um zu verhindern, daß sich der Kondensator durch die Stromspiegelungsvorrichtung hindurch entlädt.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 einen Gleichrichter gemäß der Erfindung und

Figur 2 einen Teil des Gleichrichters noch mehr im Detail.

Gemäß Fig. 1 wird ein Eingangssignal über einen Eingangsanschluß 1 und einen Widerstand 2 an den invertierenden bzw. negativen Eingang 3 eines Differenzverstärkers Zf und an den Emitter eines p.n.p.-Transistors 5 angelegt, der für die Gleichrichterschaltung als gleichrichtendes Bauelement wirkt. Die Basis des Transistors ist mit dem Ausgangsanschluß des Verstärkers k verbunden und eine Diode 6 ist in der dargestellt ten V/eise zwischen den Emitter und die Basis des Transistors 5 geschaltet. Der Kollektor des Transistors 5 ist über eine Stromspiegelungsvorrichtung bzw. einen Stromumkehrer 7 und eine weitere Diode 8 mit einem Kondensator 9 und einem Widerstand 10 verbunden. Der Kondensator 9 und der Widerstand 10 speisen den nicht-invertierenden bzw. positiven Eingang eines Differenzverstärkers 11, der eine sehr hohe Eingangsimpedanz besitzt. Typischerweise besitzt der Verstärker 11 MOSFET-Ein-

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gangsstufen (MOS-Feldeffekttransistor-Eingangsstufen) um eine möglichst hohe Eingangsimpedanζ zu erzielen. Der Verstärker 11 besitzt eine Rückkopplungsschleife von seinem Ausgang zu seinem invertierenden Eingang, so daß er als Impedanz-Puffer

crleich.
mit einem Gewinn ι arbeitet, und sein Ausgang ist mit einem weiteren Differenzverstärker 12 verbunden, der so geschaltet ist, daß er als Inverter mit einem Gewinn ^ei T arbeitet; die Werte der Widerstände 13 und IZ₄. sind gleich gewählt, um einen Gewinn bzw. eine Verstärkung ^ex T sicherzustellen. Der Ausgang dieses Verstärkers ist mit dem Ausgangsanschluß 15 des Gleichrichters und ebenso mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß 16 des Verstärkers l\. verbunden.

Die Eingangs-Wechselspannung V- am Anschluß 1 bewirkt, daß ein Strom I. im Widerstand 2 fließt. Wenn der Widerstand 2 einen Wert R besitzt, dann gilt I = (V. - V )/R , wobei

C Xi JLxI O C

V die am Anschluß 15 erhaltene Ausgangsspannung ist. Die Beschaffenheit der Rückkopplungsschleife um den Verstärker l± herum bewirkt, daß bei den positiven Halbwellen der Eingangs-Wellenform ein Strom durch die Emitter-Kollektorstrecke des Transistors 5 fließt, der im wesentlichen gleich I. ist. Bei den negativen Halbwellen wird die Diode 6 leitend gemacht und es zeigt sich, daß das Vorhandensein dieser Diode die Einschalt-Charakteristiken des Transistors 5 erhöht und die Form der durch die Stromspiegelungsvorrichtung 7 hindurchfließenden positiven Halbwellenform verbessert. Die Stromspiegelungsvorrichtung ist eine Schaltung, die so beschaffen ist, daß sie an ihrem Anschluß 17 einen Strom aufnimmt, der genau gleich dem durch den transistor 5 an den Anschluß 18 angelegten Strom ist, und ihre Verwendung macht es möglich, die Polarität des Stroms ^ in ^umzu^^:eh^renj ^{um s}i-^e so auf einfachere Weise mit den Verstärkern 11 und 12 kompatibel zu machen. Die Stromspiegelungsvorrichtung 7 besitzt am Anschluß 17 eine hohe Eingangsimpedanζ

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und eine Art einer solchen Stromspiegelungsvorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Strom 1. wird verwendet, um den Kondensator 9 mit einer Anstiegszeit zu laden, die eine Zeitkonstante von C.R besitzt, wobei C die Kapazität des Kondensators 9 und R der Wert des Widerstandes 2 ist.

Die Entladezeitkonstante des Kondensators wird durch C.R, gegeben, wobei R, der Wert des Widerstandes 10 ist; R, ist wesentlich größer als R .

Die hohe Eingangsimpedanz am Anschluß 17 der Stromspiegelungsvorrichtung 7j die Diode 8 und die hohe Eingangsimpedanz des Verstärkers 11 stellen gemeinsam sicher, daß der Entladungsweg des Kondensators 9 durch den Widerstand 10 verläuft.

Die Spannung V , die am Kondensator 9 vorhanden ist, wird durch den Verstärker 11 geleitet, der als Impedanz-Puffer arbeitet,sowie durch den Verstärker 12, der ein Inverter •mit einer Verstärkung 1 ist, und wird dann als Rückkopplungssignal an den nicht-invertierenden Anschluß 16 des Verstärkers Zf angelegt.

Die Eigenschaften des oben beschriebenen Gleichrichters sind so, daß die Lade- und die Entlade-Zeitkonstanten von den Werten C, R und R, der passiven Komponenten, nämlich des Kondensators 9j des Widerstandes 2 und des Widerstandes 10 abhängen. Die Verwendung der Rückkopplungsschleife verringert beträchtlich die effektive Offset-Spannung der vom Transistor 5 gebildeten gleichrichtenden Vorrichtung, und hat somit einen linearen Betrieb des Gleichrichters über einen sehr weiten dynamischen Bereich der Eingangssignalpegel hinweg zur Folge. Dies steht im Gegensatz zu einigen bekannten Gleichrichtern, die Rückkopplungsschleifen verwenden und die mit Ausnahme eines sehr schmalen bzw. kleinen dynamischen Eingangssignal-Bereiches kein wirklich

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lineares Ansprechverhalten zeigen. Da die Lade- und Entlade-Zeitkonstanten vollständig von passiven Schaltungselement en abhängen, besitzen die Lade- und die Entladekennlinie zusätzlich ein genau exponentielles Profil.

Die StromspiegelungsVorrichtung ist eine bekannte Schaltung und eine mögliche Ausführungsform ist in Fig. 2 dargestellt. Der innere Aufbau ist so gewählt, daß der an den Anschluß 18 angelegte Strom bewirkt, daß ein gleicher Strom in der gleichen Richtung am Anschluß 17 aufgenommen wird.

Es wird angenommen, daß der Gleichrichter aus einer Quelle gespeist wird, die mit dem Anschluß 1 verbunden ist und eine niedere Ausgangsimpedanz besitzt, so daß die Lade-Kennlinie durch den Wert R des Widerstandes 2 bestimmt wird. Nötigen-

falls kann ein Impedanz-Puffer zwischen den Anschluß 1 und den Widerstand 2 eingefügt werden, wenn der Gleichrichter aus einer Quelle gespeist werden soll, die eine Impedanz besitzt, die nicht beträchtlich kleiner als R ist.

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Leerseite

Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE

   MANITZ, FINSTERWALD <&. G RAM KOW

   Eddystone Radio Limited, München, den 26. Juni 1978

   Marconi House, New Street,
   Chelmsford, Essex, England

   Gleichrichter

   Patentansprüche :

   1.j Gleichrichter mit einer gleichrichtenden Vorrichtung, die so angeordnet is^, daß sie in Antwort auf ein an. den Gleichrichter angelegtes Eingangssignal einen Kondensator lädt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung (TI, 12, it) zum Erfassen der Größe der Spannung an dem Kondensator (9) und zum Treiben eines zur Differenz zwischen der- Größe des Eingangssignals und der momentanen Spannung am Kondensator (9) direkt proportionalen Stromes durch die gleichrichtende Vorrichtung (5) vorgesehen ist.

   2. Gleichrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichrichtende Vorrichtung ein Transistor ist, dessen Basis durch das Ausgangssignal einer Komparatorschaltung mit zwei Eingängen getrieben wird, deren einer Eingang das Eingangssignal empfängt und einen Serienwiderstand umfaßt und deren anderer Eingang ein Signal empfängt, das für die momentane Spannung am Kondensator repräsentativ ist, wobei die Ladezeitkonstante des Kondensators vom Wert des Serienwiderstandes abhängt.

   909847/0520

   DR. G. MÄNITZ · DtPL.-ING. M. FINSTERWALD DIPL.-ING. W. G R A M K O W ZENTRALKASSE BAYER. VOLKSBANKEN

   MÖNCHEN 22. ROBERT-KOCH-STRASSE I 7 STUTTGART 50 (BAD CANNSTATTI MÖNCHEN. KONTO-NUMMER 72

   TEL. (089) 22 42 11. TELEX 05-29672 PATMF SEELBERGSTB. 23/25. TEL.(07ll>56 72 61 POSTSCHECK: MÖNCHEN 77062-805

   3· Gleichrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor vom p.n.p.-Typ ist, daß sein Emitter ebenfalls das Eingangssignal empfängt und daß eine Diode zwischen seinem Emitter und seiner Basis angeschlossen ist, die so abgetastet bzw. angesteuert wird, daß sie nur dann leitet, wenn der Transistor nichtleitend ist.

   k. Gleichrichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromspiegelungsvorrichtung zwischen dem Transistor und dem Kondensator vorgesehen ist, um die Richtung des an den Kondensator angelegten Stroms umzukehren.

   5. Gleichrichter nach Anspruch ^, dadurch g e k e η η -

   ζ ei chnet, daß die Stromspiegelungsvorrichtung dem Kondensator eine hohe Ausgangsimpedanz darbietet.

   6. Gleichrichter nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß eine Diode zwischen der Stromspiegelungsvorrichtung und dem Kondensator angeschlossen ist, um weiterhin zu verhindern, daß sich der Kondensator durch die Stromspiegelijings vorrichtung hindurch entlädt,,

   309847/0528