DE3043124A1

DE3043124A1 - Gleichrichterschaltung

Info

Publication number: DE3043124A1
Application number: DE19803043124
Authority: DE
Inventors: Wolfgang 7100 Heilbronn Heinecke
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-11-15
Filing date: 1980-11-15
Publication date: 1982-07-01

Description

Gleichrichterschaltung
Bei der Entwicklung von Gleichrichtern ist darauf zu achten, daß der Gleichrichter die erforderliche Linearität, die erforderliche Temperaturstabilität sowie die erforderliche Geschwindigkeit aufweist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichrichterschaltung anzugeben, die diese Bedingungen erfüllt. Diese Aufgabe wird bei einer Gleichrichterschaltung nach der Erfindung dadurch gelöst, daß sie eine erste Schaltungsanordnung aufweist, die aus dem gleitchzurichtenden Wechselsignal ein Impulssignal erzeugt, dessen Impulse nur während einer Halbwelle des gleichzurichtenden Wechselsignals auftreten, daß eine zweite Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die durch das Ausgangssignal der ersten Schaltungsanordnung getriggert wird und ein Impulssignal liefert, dessen Impulse nur während einer Viertelwelle des gleichzurichtenden Wechselsignals auftreten, und daß eine dritte Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die vom Ausgangssignal der zweiten Schaltungsanordnung getriggert wird und ein Impulssignal liefert, dessen Impulse nur während der Zeit auftreten, in denen das gleichzurichtende Signal sein Maximum bzw. Minimum durchläuft. Anstelle der ersten und zweiten Schaltungsanordnung kann auch ein Differenzierglied vorgesehen sein. In diesem Fall wird die dritte Schaltungsanordnung vom Ausgangssignal des Differenziergliedes getriggert.
Die Gleichrichterschaltung ist vorzugsweise so ausgebildet, daß die von den Schaltungsanordnungen erzeugten Impulse nicht während der Nulldurchgänge des gleichzurichtenden Wechselsignals auftreten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung treten die von der ersten Schaltungsanordung gelieferten Impulse nur während der positiven Halbwelle des gleichzurichtenden Wechselsignals auf.
Die erste Schaltungsanordnung ist vorzugsweise ein Komparator. Die zweite und dritte Schaltungsanordnung sind vorzugsweise Monoflops. Durch Anlegen einer geeigneten Gleichspannung an den einen Eingang des Komparators erreicht man, daß der Komparator nicht im Nulldurchgang des gleichzurichtenden Wechselsignals, sondern in einem definierten Zustand schaltet.
Die zweite Schaltungsanordnung wird durch die Vorderflanke des Ausgangssignals der ersten Schaltungsanordnung getriggert.
Die dritte Schaltungsanordnung wird dagegen durch die Rückflanke des Ausgangssignals der zweiten Schaltungsanordnung getriggert.
Bei Verwendung eines Differenziergliedes ist eine Diode vorgesehen, die verhindert, daß auch bei Anliegen der negativen Halbwelle des gleichzurichtenden Wechselsignals eine Differentiation stattfindet.
Soll die Wechselspannung nicht nur gleichgerichtet sondern auch ihre Frequenz gemessen werden, so wird der dritten Schaltungsanordnung eine Sample und Hold-Schaltung nachgeschaltet. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist in diesem Fall ein Spannungsteiler vorgesehen, dessen Teilerpunkt mit dem Eingang der Sample und Hold-Schaltung verbunden ist. Das Teilerverhältnis dieses Spannungsteilers wird derart gewählt, daß die Ausgangs-Gleichspannung der Sample und Hold-Schaltung dem Spitzenwert oder dem Effektivwert des gleichzurichtenden Wechselsignals entspricht.
Der Spannungsteiler wird zwischen den Eingang der Gesamtschaltung und Masse geschaltet.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Die Figur 1 zeigt eine Gleichrichterschaltung nach der Erfindung mit einem Komparator 1 als erster Schaltungsanordnung, mit einem Monoflop 2 als zweiter Schaltungsanordnung und mit einem Monoflop 3 als dritter Schaltungsanordnung. Das gleichzurichtende hochfrequente Wechselspannungssignal wird dem einen Eingang 4 des Komparators 1 zugeführt. Der Komparator 1 schaltet jeweils kurz nach bzw. vor dem Nulldurchgang der Wechselspannung, und zwar nur bei deren positiven Halbwelle, die Schaltschwelle des Komparators 1 wird absichtlich nicht auf den Nulldurchgang des Wechselsignals gelegt, um einen definierten Schaltpunkt des Komparators zu erreichen. Diese Einstellung der Schaltschwelle des Komparators 1 erreicht man durch die Gleichspannung U am zweiten Eingang (5) des Komparators 1.
Die Ausgangs impulse des Komparators 1 triggern das Monoflop 2. Mit der Rückflanke des Ausgangssignals des Monoflop 2 wird das Monoflop 3 getriggert. Der zeitliche Ablauf der einzelnen Impulssignale ist der Figur 2 zu entnehmen.
Wie die Figur 2 zeigt, ist die Wechselspannung 6 sinusförmig.
Am Ausgang des Komparators 1 entsteht das Impulssignal 7, dessen Impulse während der positiven Halbwellen des Wechselsignals 6 auftreten. Die Vorder- und Rückflanken der Impulse des Signals 7 fallen jedoch nicht mit dem Nulldurchgang des Wechselsignals 6 zusammen, sondern die Vorderflanken treten kurz nach dem Nulldurchgang und die Rückflanken kurz vor dem Nulldurchgang auf.
Die Vorderflanken der Impulse des Impulssignals 8 (am Ausgang des Monoflop 2) treten gleichzeitig mit den Vorderflanken der Impulse des Signals 7 auf. Das Monoflop 2 hat die Aufgabe, die Impulse des Impulssignals 7 schmäler zu machen, und zwar derart, daß die Rückflanken der Impulse des Impulssignals 8 kurz vor Erreichen des Maximums der positiven Halbwelle der Wechselspannung 6 auftreten. Wird das Monoflop 3 mittels der Rückflanken der Impulse des Impulssignals 8 getriggert, so entstehen am Ausgang des Monoflops 3 gemäß der Figur 2 Impulse (9), die zeitgleich mit den Rückflanken des Impulssignals 8 und damit unmittelbar vor dem Maximum der positiven Halbwelle der Wechselspannung 8 einsetzen. Wie die Figur 2 weiter zeigt, handelt es sich bei den Impulsen 9 um sehr schmale Impulse, die kurz nach Durchlaufen des Maximums (Maximum der positiven Halbwelle der Wechselspannung) wieder verschwinden.
Nach der Figur 1 ist noch eine Sample und Holdschaltung 10 vorgesehen. Diese Schaltung hat die Aufgabe, den Maximalwert der positiven Halbwelle der Eingangswechselspannung abzuspeichern. Die Samnle und Holdschaltung 10 besteht aus dem Verstärker 11, dem Feldeffekttransistor 12 und dem Operationsverstärker 13. Dem einen Eingang (14) wird die Wechselspannung 6 zugeführt, und zwar über den aus den Widerständen R1 und R2 bestehenden Spannungsteiler, dessen Teilerpunkt mit dem Eingang 14 der Sample und Hold-Schaltung 10 verbunden ist. Dem anderen Eingang 15 der Sample und Hold-Schaltung 10 wird das Ausgangssignal des Monoflop 3 zugeführt.
Da das Monoflop 3 zeitlich sehr kurz eingestellt ist (schmale Impulse 9), wird die Sample und Hold-Schaltung 10 jeweils nur für einen kurzen Augenblick leitend gemacht, und zwar in dem Zeitpunkt, in dem am Eingang 14 das Maximum der positiven Halbwellen der Wechselspannung 6 anliegt. Dadurch wird der Spitzenwert der Wechselspannung 6 eingespeichert.
Das Ausgangssignal der Sample und Hold-Schaltung 10 wird durch einen DC-Verstärker 16 verstärkt, an dessen Ausgang als Gleichspannung je nach dem Teilerverhältnis des aus den Widerständen R1 und R2 bestehenden Spannungsteilers der Spitzenwert oder der Effektivwert der zu messenden Wechselspannung erhalten wird.
Die Schaltung der Figur 1 ist nur für eine definierte Frequenz der Wechselspannung ausgelegt, da bei einer Frequenzänderung eine Änderung der Monoflopzeiten erforderlich ist. Dies erübrigt sich, wenn gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Figur 3 an Stelle des Komparators 1 und des ersten Monoflops 2 ein Differenzierglied 17 vorgesehen ist.
Das Differenzierglied 17 besteht aus den Widerständen R3 und R4, den Kondensatoren C1 und C2 und dem Verstärker 18.
Die Funktionsweise des Differenzierglieds 17 besteht darin, die positive Halbwelle des Eingangssignals zu differenzieren.
Es entsteht dadurch im Maximum der positiven Halbwelle ein Spannungssprung, der zur Triggerung des Monoflops 2 verwendet werden kann.
Die Diode der Figur 3 verhindert, daß auch bei Anliegen der negativen Halbwellen der Wechselspannung eine Differentiation stattfindet. Die Differentiation soll vielmehr nur bei den positiven Halbwellen erfolgen. Die Breite der Impulse des vom Monoflop 3 gelieferten Signals 9 wird so eingestellt, daß die höchste auftretende Frequenz noch sicher gemessen werden kann. Die Meßzeit des Gleichrichters wird durch die Frequenz der zu messenden Wechselspannung bestimmt und bedingt z. B. bei einer Frequenz von 1 MHz nur etwa 0,5 usec.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1)Gleichrichterschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Schaltungsanordnung aufweist, die aus dem gleichzurichtenden Wechselsignal ein Impulssignal erzeugt, dessen Impulse nur während einer Halbwelle des gleichzurichtenden Wechselsignals auftreten, daß eine zweite Schaltungsanordnung vorgesehen ist,. die durch das Ausgangssignal der ersten Schaltungsanordnung getriggert wird und ein Impulssignal liefert, dessen Impulse nur während einer Viertelwelle des gleichzurichtenden Wechselsignals auftreten, oder daß an Stelle der ersten und zweiten Schaltungsanordnung ein Differenzierglied vorgesehen ist, und daß eine dritte Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die vom Ausgangssignal der zweiten Schaltungsanordnung oder vom Ausgangssignal des Differenziergliedes getriggert wird und ein Impulssignal liefert, dessen Impulse nur während der Zeit auftreten, in denen das gleichzurichtende Signal sein Maximum bzw.

Minimum durchläuft.
2) Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Schaltungsanordnungen erzeugten Impulse nicht während der Nulldurchgänge des gleichzurichtenden Wechselsignals auftreten.
3) Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der ersten Schaltungsanordnung gelieferten Impulse nur während der positiven Halbwelle des gleichzurichtenden Wechselsignals auftreten.
4) Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnung ein Komparator ist.
5) Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite und dritte Schaltungsanordnung Monoflops sind.
6) Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am einen Eingang des Komparators eine Gleichspannung liegt, die dafür sorgt, daß der Komparator nicht im Nulldurchgang des gleich zu richtenden Wechselsignals sondern in einem definierten Zustand schaltet.
7) Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltungsanordnung durch die Vorderflanke des Ausgangssignals der ersten Schaltungsanordnung getriggert wird.
8) Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schaltungsanordnung durch die Rückflanke des Ausgangssignals der zweiten Schaltungsanordnung getriggert wird.
9) Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines Differenziergliedes eine Diode vorgesehen ist, die verhindert, daß auch bei Anliegen der negativen Halbwelle des gleichzurichtenden Wechselsignals eine Differentiation stattfindet.
10) Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sample und Hold-Schaltung vorgesehen ist, die von der dritten Schaltungsanordnung gespeist wird.
11) Gleichrichterschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler vorgesehen ist, dessen Teilerpunkt mit dem Eingang der Sample und Hold-Schaltung verbunden ist, und daß das Teilerverhältnis des Spannungsteilers derart gewählt ist, daß die Ausgangs-Gleichspannung der Sample und Hold-Schaltung dem Spitzenwert oder dem Effektivwert des gleichzurichtenden Wechselsignals entspricht.
12) Gleichrichterschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler zwischen den Eingang der Gesamtschaltung und Masse geschaltet ist.
13) Gleichrichterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichsignalverstärker vorgesehen ist, der das Ausgangssignal der Sample und Hold-Schaltung verstärkt.