-
-
Diodennetzwerk als Stellglied eines geregelten
-
Verstärkers Stand der Technik Die Erfindung betrifft einen Zweipol
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
-
Ein derartiger Zweipol ist bekannt aus der DE-OS 25 16 328.
-
Er dient als Stellglied eines geregelten Verstärkers, der in einem
Frequenzbereich bis zu 60 MHz arbeitet. Als Dioden sind in diesem Netzwerk PIN-Dioden
verwendet. Diese arbeiten jedoch erst bei Frequenzen oberhalb von 10 MHz wie ein
ohmscher Widerstand und sind daher für ein Stellglied eines Verstärkers, der in
einem Frequenzbereich von 312 kHz bis 4028 kHz arbeiten soll, nicht zweckmäßig.
-
Aufgabe Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, einen Zweipol in Form
eines Diodennetzwerkes anzugeben, der als Stellglied für den oben angegebenen niedrigeren
Frequenzbereich geeignet ist.
-
Lösung Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln
gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Beschreibung Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig.1a das aus der DE-OS 25 16 328 bekannte Diodenstellglied,
Fig. 1b das Wechselstrom-Ersfiatzschaltbild zu Fig.1a, Fig.2a ein Diodenstellglied
gemäß der Erfindung, bei dem ein einziger Gleichstromkreis für alle Dioden vorhanden
ist, Fig. 2b das Wechselstrom-Ersatzschaltbild zu Fig.2a, Fig.3a ein Diodenstellglied
gemäß der Erfindung, bei dem zwei Gleichstromkreise zur Steuerung der Dioden vorhanden
sind, und Fig.3b das Wechselstrom-Ersatzschaltbild zu Fig.3a.
-
Das in Fig.1a gezeigte bekannte Diodenstellglied ist ein Zweipol,
dessen eine Klemme auf Masse liegt. Die andere Zweipolklemme ist die Klemme 1. Zwischen
diesen Zweipolklemmen liegt wechselstrommäßig eine Gegentaktschaltung oder Antiparallelschaltung
zweier Reihenschaltungen aus jeweils zwei Dioden, die in diesem Falle PIN-Dioden
P1, P2 bzw. P3, P4 sind. Die PIN-Dioden P1, P2, P3 und P4 sind in einem Gleichstromkreis
hintereinandergeschaltet, der von den Zweipol-Anschlüssen 1 und Masse durch Kondensatoren
C1 und C2 getrennt ist. Der Gleichstrom, der den differentiellen Widerstand des
Zweipols
bestimmt, fließt also von Masse über die PIN-Dioden P4,
P3, P1 und P2 in einem Gleichstromkreis, der nicht weiter gezeigt ist.
-
Das Wechselstrom-Ersatzschaltbild nach Fig.lb unterscheidet sich dadurch
von der Schaltung nach Fig. 1a, daß die beiden Kondensatoren weggelassen sind.
-
Die Verwendung einer Reihenschaltung zweier PIN-Dioden statt einer
einzigen PIN-Diode in jedem Zweig der Gegentaktschaltung, dient dazu, Klirrprodukte
zu reduzieren. Falls es erforderlich ist, die Klirrprodukte noch weiter zu reduzieren,
so können mehr als zwei Dioden in jedem Zweig hintereinandergeschaltet werden.
-
Ein solches Diodenstellglied mit gewöhnlichen Dioden statt mit PIN-Dioden
wäre nicht ausreichend, um die hohen Forderungen bezüglich der Klirrdämpfung des
geregelten Verstärkers zu erfüllen. Daher ist dieses Diodenstellglied, wie in den
Fig.2a und 2b und 3a und 3b gezeigt, erfindungsgemäß erweitert. Beide Ausführungsformen
(Fig.2a, Fig.3a) stimmen in ihrem Wechselstrom-Ersatzschaltbild (Fig.2b und Fig.3b)
überein.
-
Wechselstrommäßig ist der bekannten Antiparallelschaltung der beiden
Reihenschaltungen D1, D2 und D3, D4 aus gewöhnlichen Dioden D1 bis D4 eine Antiserienschaltung
zweier weiterer gewöhnlicher Dioden D5 und D6 parallel geschaltet. Wie aus Fig.4
ersichtlich ist, verringert sich der differentielle Widerstand der Antiparallelschaltung
(P4, P6), während sich der der Antiparallelschaltung (52) erhöht. Dies bewirkt,
daß der Aussteuerbereich vergrößert ist, d.h. daß Wechselspannungen mit größerer
Amplitude verarbeitet werden können, ohne daß die Klirrprodukte über das zulässige
Maß ansteigen.
-
Dieses Wechselstrom-Ersatzschaltbild ist in der Schaltung nach Fig.2a
auf folgende Weise realisiert.
-
Der bekannten gleichstrommäßigen Hintereinanderschaltung und wechselstrommäßigen
Antiparallelschaltung von vier Dioden nach Fig.lalin Fig.2a mit D7, D2, D3 und D4
bezeichnet, ist eine gleichstrommäßige Reihenschaltung aus einer Diode D6, einem
Widerstand R1, einer Diode D5 und einem Widerstand R2 vorgeschaltet. Dabei ist die
Anode der Diode D6 mit Masse verbunden, und der Widerstand R2 verbindet die Kathode
der Diode D5 mit der Anode der Diode D4. In bekannter Weise ist der Verbindungspunkt
21 der Dioden D3 und Di über einen Kondensator C4 mit der einen Zweipolklemme 2
wechselstrommäßig gekoppelt und die Kathode der Diode D2 über einen Kondensator
C5 mit der auf Masse gelegten anderen Zweipolklemme. Ein Kondensator C6, dessen
einer Anschluß auf Masse liegt, ist an seinem anderen Anschluß mit dem Verbindungspunkt
22 zwischen dem Widerstand R2 und der Anode der Diode D4 verbunden, und ein weiterer
Kondensator C7 liegt mit seinem einen Anschluß am Verbindungspunkt 23 zwischen dem
Widerstand R1 und der Anode der Diode D5 und mit seinem anderen Anschluß wie der
Kondensator C4 an der Zweipolklemme 2. Die beiden Dioden D5 und D6 sind dadurch
wechselstrommäßig im Gegentakt oder in Antiserienschaltung geschaltet, daß ihre
beiden Kathoden über einen Kondensator C8 miteinander gekoppelt sind. Dies ergibt,
wie leicht einzusehen ist, das in Fig.2b gezeigte Wechselstrom-Ersatzschaltbild,
bei dem der bekannten Antiparallelschaltung der Diodenpaare D1, D2 und D3, D4 eine
Antiserienschaltung der Dioden D5 und D6 parallel geschaltet ist. Der Gleichstrom,
der den differentiellen Widerstand des Zweipols bestimmt, durchfließt die Dioden
in der Reihenfolge D6, D5, D4, D3, D1, D2.
-
Ein besonderer Vorteil dieser Schaltungsanordnung nach Fig.2a außer
dem Vorteil, daß sie nur wenige Bauelemente enthält, besteht darin, daß die beiden
Zweige D1, D2 und D3, D4 der Antiparallelschaltung auch wechselstrommäßig genau
gleich aufgebaut sind. Beide Zweige sind nämlich einerseits über einen Kondensator
C4 mit der einen Zweipolklemme 2 und über gleiche Kondensatoren C5 und C6 an Masse
angekoppelt. Diese Gleichheit wirkt sich günstig auf den differentiellen Widerstand
und damit auf die Klirrprodukte aus.
-
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Fig.3a.
-
In diesem Diodenstellglied liegen die Dioden in getrennten Gleichstromkreisen.Im
ersten Gleichstromkreis liegt eine Reihenschaltung von Dioden D4, D3 und D5 und
einem Widerstand R3, wobei die Anode der Diode D4 mit Masse verbunden ist. Im zweiten
Gleichstromkreis liegt eine Reihenschaltung bestehend aus einem Widerstand R4, Dioden
D1, D2 und D6, und einem Widerstand R5, wobei ein Anschluß des Widerstandes R4 mit
Masse verbunden ist.
-
Zur Trennung der beiden Gleichstromkreise und zur wechselstrommäßigen
Gegeneinanderschaltung der beiden Dioden D5 und D6 dient ein Kondensator C10, dessen
einer Anschluß mit dem Verbindungspunkt 31 zwischen der Kathode der Diode D5 und
dem Widerstand R3 und dessen anderer Anschluß mit dem Verbindungspunkt 32 zwischen
der Kathode der Diode D6 und dem Widerstand R5 verbunden ist.
-
Die beiden anderen Anschlüsse der Widerstände R3 und R5 sind miteinander
und mit einer gemeinsamen Gleichstromquelle verbunden und gleichzeitig wechselstrommäßig
über einen Kondensator Cli an Masse angekoppelt. Die nicht gezeigte gemeinsame Gleichstromquelle
ist im vorliegenden Anwendungsfall des Stellgliedes ein pilotgesteuerter Pegelregler.
-
Wechselstrommäßig auf Masse gelegt ist außerdem der Verbindungspunkt
33 zwischen den Dioden D2 und DG über einen Kondensator C12. Die Verbindungspunkte
34 und 35 zwischen den Dioden D3 und D5 und zwischen dem Widerstand R4 und der Diode
Dl sind über Kondensatoren C13 und C14 parallel wechselstrommäßig an die Zweipolklemme
3 angekoppelt.
-
Diese Schaltung nach Fig.3a hat, wie leicht einzusehen ist, ein Wechselstrom-Ersatzschaltbild
nach Fig.3b, das mit dem der Schaltung nach Fig.2a übereinstimmt. Durch die getrennten
Gleichstronikreise ist eine Kompensation von Toleranzen der verwendeten Dioden möglich.
Falls Dioden mit geringen Toleranzen zur Verfügung stehen und daher keine Kompensation
erforderlich ist, so ist das Diodenstellglied nach Fig.2a vorzuziehen, da es weniger
Bauelemente aufweist und die gestellten Anforderungen vollkommen erfüllt.
-
Die Fig.4 zeigt die berechnete Änderung des differentiellen Widerstandes
in Abhängigkeit von der Aussteuerungsspannung bei einem Diodenstellglied nach der
Erfindung (P4/ß2) und bei zwei Diodenstellgliedern nach dem Stand der Technik (P4
und P6). Die Änderung des differentiellen Widerstandes des Diodenstellgliedes über
dem Aussteuerungsbereich ist, wie bereits erwähnt, in hohem Maße für das unerwünschte
Klirrverhalten des geregelten Verstärkers verantwortlich.
-
Die mit P4//S2 bezeichnete Kurve bedeutet, daß der differentielle
Widerstand eines Diodenstellgliedes gemäß der Erfindung, aus vier Dioden, die paarweise
antiparallel geschaltet sind und zwei Dioden, deren Antiserienschaltung zu der Antiparallelschaltung
parallel geschaltet ist, sich betragsmäßig um nur 0,05 % über einem Aussteuerungsbereich
von 0 bis 20 mV ändert.
Dagegen ändert sich der differentielle
Widerstand eines Diodenstellgliedes nach Fig.2 mit vier paarweise antiparallel geschalteten
Dioden bereits innerhalb eines Aussteuerungsbereiches von 0 bis 14 mV um mehr als
1 %, wie man der mit P4 bezeichneten Kurve entnimmt.
-
Ein Diodenstellglied aus 6 Dioden, von denen jeweils 3 in zwei antiparallel
geschalteten Reihenschaltungen liegen, zeigt nach der mit P6 bezeichneten Kurve
eine Änderung des differentiellen Widerstandes von immerhin 0,9 % über dem Aussteuerungsbereich
von 0 bis 20 mV.
-
L e e r s e i t e