DE3010856C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Gleichrichterschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Gleichrichterschaltung ist aus der DE-OS 26 31 161 bekannt.

Wenn diese Gleichrichterschaltung einen großen dynamischen Bereich aufweisen soll, darf der Nullfehler, d. h. das Ausgangssignal bei kurzgeschlossenem Eingang, nicht mehr als 10^-4 oder 10^-5 des vollen Skalenwertes sein. Es hat sich herausgestellt, daß diese Anforderung ohne eine automatische Nullfehlerkorrektur nicht erfüllt werden kann.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß der Nullfehler auf das zulässige Maß verringert ist.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Gleich­ richterschaltung mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß es durch die Tatsache, daß in der betreffenden Gleichrichterschal­ tung der positive Teil und der negative Teil des Wechsel­ stromsignals besondere Wege durchlaufen, möglich ist, in einer Vergleichsschaltung die zweite Werte miteinander zu vergleichen und ein Gleichspannungsdifferenzsignal zu messen, das in einer Gegenkopplungsschleife auf einen möglichst geringen Wert geregelt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild nach der Erfindung,

Fig. 2 ein einfaches Detailschaltbild, und

Fig. 3 ein näher ausgearbeitetes Schaltbild einer Gleichrichterschaltung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit dem Block 1 ein Spannungs/Strom-Umsetzer und mit dem Block 2 eine Gleichrichter­ schaltung bezeichnet, wie sie in der genannten DE-OS 26 31 161 beschrieben sind. Dem Ausgangspunkt 3, der den Schaltungsausgang darstellt, kann der gleichgerichtete Wechselstrom entnommen werden. In der bekannten Schaltung ist dieser Punkt mit den Kollektoren zweier Transistoren verbunden, die den dritten und den vierten Stromkreis bilden. In Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung sind diese Kollektoranschlüsse durch den Ausgang 4, der über einen ersten Eingang 5 an die Stromvergleichsvorrichtung 6 an­ geschlossen ist, und durch den Ausgang 4 des vierten Stromkreises im Block 2 dargestellt, der mit dem zweiten Eingang 7 verbunden ist. Ein erster Ausgang 9 der Vorrich­ tung 6 ist mit dem Schaltungsausgang 3 verbunden. Ein Steuerausgang 10 ist mit den Stromkreisen im Block 2 ge­ koppelt, um einen Ausgleichstrom zu liefern, so daß zwischen den Ausgängen 4 und 8 nahezu keine Gleichspannung mehr vorhanden sein kann. Die Stromvergleichsvorrichtung 6 enthält weiter zwei Stromdurchführungskreise 11 und 12, die in Form von Widerständen dargestellt sind. Als inte­ grierende Elemente sind die Kondensatoren 13 und 14 ange­ bracht, die durch den Kondensator 15 ersetzt werden können. Der Unterschied zwischen den Gleichspannungen über den Kondensatoren 13 und 14, der gleich der Gleichspannung über dem Kondensator 15 bei dessen Vorhandensein sein wird, wird den Klemmen 16 und 17 eines Differenzverstärkers 18 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Steuerausgang 10 ver­ bunden ist. Von diesem Verstärker, gegebenenfalls im Gegentakt ausgeführt, wird ein Ausgleichsstrom an die Gleichrichterschaltung 2 geliefert, so daß entweder der Ausgang 4 oder der Ausgang 8 oder im Gegentakt beide Aus­ gänge einen zusätzlichen Gleichstrom liefern, der die Gleichstromsymmetrie der Ströme ausgleicht, die die Aus­ gänge 4 und 8 infolge der Wirkung der Blöcke 1 und 2 bzw. infolge einer Gleichstromkomponente im angebotenen Wech­ selspannungssignal liefern. Für den Regelbereich der Schaltung 6 ist es empfehlenswert, die letztere Komponente dadurch zu beseitigen, daß ein Trennkondensator 19 zwi­ schen dem Spannungs-Strom-Umsetzer 1 und dem Eingang 20 der Schaltung angeordnet wird.

In Fig. 2 sind die Blöcke der Fig. 1 näher ausgearbeitet. Der Spannungs-Strom-Umsetzer 1 ist aus den Transistoren 23 und 24 aufgebaut. Die Emitter dieser Tran­ sistoren sind an je eine Stromquelle gleichen Wertes 26 bzw. 27 angeschlossen und sind über einen Widerstand 25 miteinander gekoppelt. Die Wechselspannung wird den Klem­ men 28 und 29 zugeführt, so daß die Schaltungseingänge 21 und 22 der Gleichrichterschaltung 2 Wechselströme im Gegentakt empfangen. Der erste Stromkreis wird durch den Transistor 30 und der zweite Stromkreis durch den Tran­ sistor 31 gebildet. Die Transistoren 30, 31, 32 und 33 bilden die genannte Stromspiegelschaltung. Ein Transistor 34 bildet den dritten Stromkreis und ein Transistor 35 den vierten Stromkreis.

Bekanntlich wird bei einer symmetrischen Einstellung der Gleichrichterschaltung 2, wobei z. B. die Eingänge 28 und 29 miteinander verbunden sind, der Strom I von der Quelle 27 durch den Transistor 30 und derselbe Strom I von der Quelle 26 durch den Transistor 31 fließen. Die Kollektorspannungen dieser Transistoren sind einander gleich, so daß die Transistoren 34 und 35 gesperrt sind und der Ausgang 3 keinen Strom führt. Wenn nun durch einen Spannungsunterschied an den Eingängen 28 und 29 der Strom durch den Transistor 30 I + i ist, führt auch der Transistor 31 wegen der Stromspiegelschaltung diesen Strom. Der Strom, den der Transistor 23 aufnimmt, ist aber I - i, so daß ein Überschuß von 2i vorhanden ist. Dadurch nimmt die Kollektor-Emitterspannung des Transistors 31 ab, wird der Transistor 33 gesperrt, steigt die Basis- Emitterspannung des Transistors 32 an und steigt die Kol­ lektor-Emitterspannung des Transistors 30 an. Dadurch wird der Transistor 35 leitend und nimmt den Strom 2i auf, der dem Ausgang 3 geliefert wird. Im Falle eines Polaritäts­ wechsels an den Eingängen 28 und 29 führt der Transistor 34 einen Strom 2i. In der bekannten Schaltung bildeten die Klemmen 4, 8 und 3 ein Ganzes. Nach der Erfindung ist eine Stromvergleichsvorrichtung 6 zwischen den Klemmen 4 und 8 und dem Ausgang 3 angeordnet. Diese Vorrichtung besteht aus den Widerständen gleichen Wertes 11 und 12, dem Konden­ sator 15 und dem Differenzverstärker 18, der durch die Transistoren 36 und 37 und die gemeinsame Emitterstrom­ quelle 38 gebildet wird. Wenn die Ströme, die die Tran­ sistoren 34 und 35, also der dritte bzw. der vierte Stromkreis, liefern, einen gleichen Mittelwert aufweisen, wird dem Kondensator 15 keine Gleichspannung zugeführt und ist der Verstärker 18 symmetrisch eingestellt, was bedeu­ tet, daß jeder Transistor, 36 sowie 37, den halben Quellen­ strom der Quelle 38 an die Klemme 10 b bzw. an die Klemme 10 a liefert. Diese gleichen Ströme werden von den Tran­ sistoren 31 bzw. 30 geliefert und üben weiter keinen Ein­ fluß auf die Stromspiegelwirkung dieser Transistoren aus. Wenn jedoch, z. B. durch eine Ungleichheit der Quellen 26 und 27 oder durch eine Asymmetrie in dem Mittelwert des positiven Teiles in bezug auf den negativen Teil der an­ gebotenen Wechselspannung, ein zusätzlicher Strom I ₀ z. B. am Eingang 22 in bezug auf den Eingang 21 vorhanden ist, wird dieser Strom über den Transistor 31 auch vom Transi­ stor 30 geliefert werden. Dieser Strom wird vom Transistor 34 weitergeleitet. Es wird ein Spannungsabfall über dem Widerstand 11 erhalten, der, über eine ziemlich lange Zeit betrachtet, nicht über dem Widerstand 12 vorhanden ist, so daß sich der Kondensator 15 auflädt. Die Kondensator­ spannung steht über den Eingängen 16 und 17 des Verstär­ kers 18, so daß letzterer asymmetrische Ströme in den Transistoren 36 und 37 führen wird. Der Transistor 37 wird einen Strom führen, der um einen gleichen Betrag höher ist als der vom Transistor 36 geführte Strom niedriger ist. Ein Gleichgewichtszustand wird erreicht, wenn mit einer möglichst niedrigen Spannung über dem Kondensator 15 der Transistor 37 einen Strom ¹/₂ I ₀ abführt, also über die Klemme 10 a vom Transistor 30 her. Der Transistor 31 liefert dann auch einen Strom ¹/₂ I ₀. Der Transistor 36 nimmt einen Strom -¹/₂ I ₀ auf oder liefert der Klemme 10 b einen Strom ¹/₂ I ₀, der zusammen mit dem Strom ¹/₂ I ₀ des Transistors 31 den ursprünglichen durch Unsymmetrie verursachten Strom I ₀ ergibt. Der Transistor 34 braucht diesen Strom nicht mehr aufzunehmen, wodurch die Unsymmetrie im Strom zwischen den Ausgängen 4 und 8 dazu beseitigt ist und der Ausgang 3 nahezu stromlos ist oder nur die reinen Wechselstromkompo­ nenten liefert. Dies ist von der Regelkreisverstärkung abhängig, die durch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 18 und die Werte der Widerstände 11 und 12 bestimmt wird. Um dafür zu sorgen, daß diese Verstärkung möglichst groß ist, ist die Schaltung nach Fig. 3 entstanden.

In Fig. 3 werden die Stromdurchführungskreise 11 und 12 zwischen den Klemmen 4, 5 und 3 bzw. zwischen den Klemmen 7, 8 und 3 durch eine Stromspiegelschaltung gebil­ det, die aus den Transistoren 39 und 40 besteht. Ein Strom von einem der Stromausgänge 7, 8 oder 4, 5 zu dem Ausgang 3 wird gleichmäßig über die Transistoren 39 und 40 verteilt. Dieser halbe Strom durchfließt den Kondensator 15. Im Falle eines zu messenden Wechselsignals wird der Kondensator 15 abwechselnd von diesem Strom aufgeladen und entladen werden, weil bald der Ausgang 7, 8, bald der Aus­ gang 4, 6 Strom liefert. Wenn eine Unsymmetrie in diesen Strömen auftritt, behält der Kondensator eine Restladung bei. Die zugehörige Kondensatorspannung wird vom Verstär­ ker 18 mit den Transistoren 36 und 37 gemessen, die je als Darlingtonschaltung und also mit zusätzlicher Stromver­ stärkung ausgeführt sind. Der dritte und der vierte Strom­ kreis, also die Transistoren 34 und 35 der Fig. 2, werden in Fig. 3 durch einen Emitterfolger 41 mit Stromquelle 42, die an den den Ausgangsstrom durchlassenden Transistor 43 angeschlossen ist, bzw. durch den Emitterfolger 44 mit der Stromquelle 45 und dem den Ausgangsstrom durchlassenden Transistor 46 gebildet. Außerdem können diese Emitter­ folger 41 und 44 benutzt werden, die Ausgleichsströme des Verstärkers 18 über die Klemmen 10 a und 10 b an die Strom­ spiegelschaltung 30-31 weiterzuleiten. Die Transistoren 32 und 33 der Fig. 2 sind in Fig. 3 ebenfalls mit Emitter­ folgern 47 bzw. 48 versehen, um die Eingangskreise der Schaltung in möglichst geringem Maße zu belasten. Die Spannungsabfälle über der Diode 49 und den Widerständen 50 und 51 ergeben eine Möglichkeit, die Stromspiegelschal­ tung genau einzustellen. Die Widerstände 52 und 53 des Verstärkers 18 können abgeglichen werden, um den Verstär­ kungsfaktor derart einzustellen, daß keine Schwingungen im Regelkreis auftreten.

Claims (6)

1. Gleichrichterschaltung mit einem ersten und einem zweiten Schaltungseingang, denen Wechselströme im Gegen­ takt zugeführt werden, mit einem ersten und einem zweiten Stromkreis, der zwischen den ersten bzw. den zweiten Schaltungseingang und einen Speisungsanschlußpunkt geschaltet ist, mit einer Stromspiegelschaltung, die die Stromkreise derart miteinander koppelt, daß in Abhängig­ keit von der Polarität des Unterschiedes zwischen den Strömen in den Stromkreisen der Strom von einem Stromkreis zu dem anderen Stromkreis mit einer Stromverstärkung von nahezu 1 übertragen wird, und mit einem dritten und einem vierten Stromkreis, der den ersten bzw. den zweiten Schaltungseingang mit einem Schaltungsausgang koppelt, dem der gleichgerichtete Wechselstrom entnommen wird, wobei der dritte und der vierte Stromkreis die Hauptstrombahn je eines Transistors enthalten, dessen Stromausgangselektrode mit dem Schaltungsausgang gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gleichstromunsymmetrie zwischen den Strömen des dritten (34) und des vierten (35) Stromkreises dadurch auf nahezu Null herabgesetzt wird, daß eine Stromvergleichsvorrichtung (6) mit einem ersten Eingang (5) an die Stromausgangselektrode (4) des dritten Stromkreises (34), mit einem zweiten Eingang (7) an die Stromausgangselektrode (8) des vierten Stromkreises (35) und mit einem ersten Ausgang (9) an den Schaltungsaus­ gang (3) angeschlossen und weiter mit mindestens einem Steuerausgang (10) versehen ist, der mit dem dritten oder vierten Stromkreis verbunden ist, daß die Stromvergleichs­ vorrichtung (16) zwei Stromdurchführungskreise (11, 12) enthält, die zwischen dem ersten (15) bzw. dem zweiten (7) Eingang und dem ersten Ausgang (9) angeordnet sind, und daß zu diesen Kreisen integrierende Elemente (13, 14, 15) parallel geschaltet und an diesen Elementen die zwei Eingangsklemmen (16, 17) eines Differenzverstärkers (18) angeordnet sind, dessen Ausgang mit dem Steuerausgang (10) verbunden ist, um einen Ausgleichsstrom als Funktion der Gleichstromunsymmetrie zwischen den Mittelwerten der obengenannten Ströme zu liefern.

2. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Stromdurchführungs­ kreise (11, 12) gleich aufgebaut sind und gleiche Ströme führen, und daß als integrierendes Element ein Kondensator (15) zwischen dem ersten (5) und dem zweiten (7) Eingang angeordnet ist, an dem der Eingang (16, 17) des Differenzverstärkers (18) angeschlossen ist.

3. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdurchführungskreise (11, 12) Widerstände sind, (Fig. 1, 2).

4. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromdurchführungskreise (11, 12) einen Stromspiegel bilden, der aus zwei Transi­ storen (39, 40) besteht, deren Emitter miteinander und mit dem ersten Ausgang (3) und deren Basen miteinander und mit einem Speisungspunkt (38) verbunden sind, während der eine Kollektor mit dem ersten Eingang (5) und der andere Kollektor mit dem zweiten Eingang (7) verbunden ist.

5. Gleichrichterschaltung nach einem der vor­ stehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (18) mit einem Differentialausgang (10 a, 10 b) versehen ist, dessen einer (10 a) sowie dessen anderer Ausgang (10 b) mit dem ersten (30) bzw. dem zweiten (31) Stromkreis gekoppelt sind.

6. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ausgang (10 a) mit dem dritten (34) und der andere Ausgang (10 b) mit dem vierten Stromkreis (35) gekoppelt ist.