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Spannungsspeicher
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung
zur Spitzenspannungsspeicherung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus Tietze,
Schenck, Halbleiterschaltungstechnik, 4. Aufl., Seite 409 sind bereits Sample-und
Holdschaltungen bekannt, mit denen eine Spitzenspannungsspeicherung möglich ist.
Diese bekannten Schaltungen weisen einen Feldeffekttransistor auf, der zum Speicherzeitpunkt
durchgeschaltet wird und nach der Beendigung des Speichervorganges sperrt. Die im
Kondensator eingespeicherte Spannung bleibt erhalten. Die Entladung des Kondensators
erfolgt im Bedarfsfall mit einem weiteren Transistor, der den Speicherkondensator
kurzschließt. Die bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß zum Betätigen der
zuvor erwähnten Transistorschalter Steuerspannungen erforderlich sind, die die Transistoren
zum geeigneten Zeitpunkt öffnen und schließen. Dies erfordert eine Ansteuerelektronik
die je nach Anwendungsfall sehr kompliziert sein kann. Dadurch werden Spitzenspannungsmeßschaltungen
sehr kostspielig und aufwendig.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Speicherzeit
der Meßschaltung sehr groß ist, und bei einer Eingangssignaländerung automatisch
eine schnelle Entladung erfolgt. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß irgendwelche
Steuersignale nicht erforderlich sind.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung
möglich. Besonders vorteilhaft ist es, den Schalter als Transistorschalter auszubilden
und den zweiten Speicherkondensator auf eine höhere Spannung als den Speicherkondensator
aufzuladen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Transistorschalter, der
zum Entladen des Speicherkondensators dient, von -allein in einem gesperrten Zustand
verharrt und erst dann durchschaltet, wenn aufgrund eines Spannungszusammenbruchs
nach dem Entladen des zweiten Speicherkondensators der Transistorschalter durchschaltet.
Um ein Absinken der Kondensatorspannung über den Ausgang des Gleichrichters zu verhindern,
ist es günstig, zwischen den Ausgang des Gleichrichters und den Speicherkondensatoren
jeweils eine oder mehrere Dioden in Durchflußrichtung zu schalten. Als Dioden sind
vorteilhaft auch Zenerdioden einsetzbar. Durch die Anzahl der Dioden oder durch
die Wahl der Zenerdioden wird erreicht, daß der zweite Kondensator auf eine höhere
Spannung als der Speicherkondensator aufladbar ist.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels Die Schaltungsanordnung zeigt
einen Widerstand 1, an den einerseits das Eingangssignal, andererseits der invertierende
Eingang eines Operationsverstärkers 3 angeschlossen ist. Der nicht invertierende
Eingang des Operationsverstärkers 3 ist gegen Masse geschaltet. An den Ausgang des
Operationsverstärkers 3 ist ein Widerstand 6 angeschlossen.
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Am anderen Ende des Widerstandes 6 führt eine Reihenschaltung aus
einer Diode 5 und einem Widerstand 4 zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
3. Des weiteren sind an den Widerstand 6 Dioden 7 - 10 angeschlossen, nach denen
das Ausgangssignal abgreifbar ist. An die Diode 10 schließt sich ein Widerstand
2 an, der zum invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 3 geschaltet ist.
Des weiteren führt die Reihenschaltung eines Widerstandes 18 und eines Speicherkondensators
19 gegen Masse. Des weiteren ist die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors
17 von der Diode 10 nach Masse geschaltet. Vom Widerstand 6 gehen zwei Dioden 11
und 12 aus, die ihrerseits zur Basis des Transistors 17 führen. Die Reihenschaltung
eines Kondensators 15 und eines Widerstandes 16 ist von der Basis des Transistors
17 nach Masse geschaltet. Des weiteren ist die Reihenschaltung zweier Widerstände
13 und 14 an die positive Versorgungsspannung geschaltet.
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Eine Verbindungsleitung ist an die Verbindungsstelle
der
Widerstände 13 und 14 angeschlossen und führt zum Kondensator 15 und Widerstand
16. Der Operationsverstärker 3 ist als Eingangsverstärker ausgebildet, der gleichzeitig
als Präzisionsgleichrichter geschaltet ist.
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Der Speicherkondensator 19 wird über die im negativen Rückkopplungszweig
liegenden Dioden 7 - 10 auf das Spannungsmaximum des Verstärkerausgangssignals abzüglich
den Durchflußspannungen der Dioden 7 - 10 negativ aufgeladen. Dieses Ausgangssignal
steht am Ausgang der Schaltungsanordnung zur Verfügung. Verringert sich nun bei
absinkender Eingangsspannung die Ausgangsspannung, so sperren die Dioden 7 - 10.
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Die Aufladung des Speicherkondensators 19 wird unterbrochen und das
Spannungsmaximum ist gespeichert.
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Der Speicherkondensator 19 kann sich nur über den Widerstand 18 und
den Rückkopplungswiderstand 2 und den hohen Eingangswiderstand der Folgeschaltung
mit einer großen Zeitkonstante entladen.
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Der Speicherkondensator 15 wird über die Dioden 11 und 12 auf das
Spannungsmaximum des Verstärkerausganges abzüglich der Durchflußspannung der Dioden
11 und 12 negativ aufgeladen. Da der Verstärker die Durchflußspannungen der Dioden
7 - 10 aufgrund der Rückkopplung durch den Widerstand 2 ausregelt, liegt an der
Basis des Transistors 17 im Ausführungsbeispiel eine um 2,8 V höhere Spannung an
als am Speicherkondensator 19. Dies ist dadurch bedingt, daß im Zweig zum Speicherkondensator
19 vier Dioden geschaltet sind, wobei angenommen wird, daß an jeder Diode eine Durchflußspannung
von 0,7 V abfällt. Durch
die Wahl geeigneter Zenerdioden oder einer
anderen Diodenanzahl ist die Spannungsdifferenz beliebig einstellbar. Durch diese
Spannungsdifferenz bleibt der Transistor 17 gesperrt. Ändern sich die Eingangssignale
auf kleine Spannungswerte, so werden die Speicherkondensatoren 19 und 15 nicht mehr
aufgeladen. Der Speicherkondensator 15 wird jetzt mit einer wesentlich kleineren
Entladezeitkonstanten, die sich im wesentlichen aus dem Wert des Kondensators 15
und des Widerstands 13 bestimmt, gegen die Teilerspannung, die durch die Widerstände
13 und 14 entsteht, entladen.
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Durch diese schnelle Entladung entsteht eine Ladungsverschiebung zwischen
dem Speicherkondensator 19 und dem Speicherkondensator 15, so daß nach einer vorgegebenen
Zeit der Transistor 17 leitend wird und der Speicherkondensator 19 schnell gegen
Masse entladen wird. Die Zeitdauer bis zum Durchschalten des Transistors 17 wird
im wesentlichen durch die ursprüngliche Spannungsdifferenz zwischen Basis und Emitter
des Transistors 17 und durch die Entladezeitkonstante des Speicherkondensators 15
bestimmt. Die Entladezeitkonstante der Entladung des Speicherkondensators 19 gegen
Masse ist durch die Entladezeitkonstante bestimmt, die durch den Speicherkondensator
15 und den Widerstand 13 gebildet wird. Sobald sich der Speicherkondensator 19 auf
den neuen Eingangswert entladen hat, wird der Transistor 17 wieder gesperrt, was
zur Folge hat, daß die Entladezeitkonstante des Speichertransistors 19 groß ist.
Für die Dimensionierung der Schaltung ist wesentlich, daß die Entladezeitkonstante
des Kondensators 15 bei der kleinsten am Eingang der Schaltung möglichen Frequenz
keinen so großen Abfall aufweist, daß der Transistor 17 dadurch zwische#nzeitlich
leitend geschaltet wird.
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Die Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß sie eine große Speicherzeit
des Meßwertspeichers aufweist, wenn das Eingangssignal größer wird oder gleich bleibt.
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Wird das Eingangssignal kleiner, so wird nach einer vorgegebenen Zeit
der Speicherkondensator 19 entladen, so daß er sich auf das kleinere Eingangssignal
einstellen kann. Dies geschieht jedoch zeitverzögert, so daß ein sicheres Ablesen
oder Aufnehmen des zuvor eingestellten Meßwertes gewährleistet ist. Liegt kein Eingangssignal
an, so erfolgt nach der vorgegebenen Zeit eine O-Anzeige. Die Schaltungsanordnung
ist nicht aufwendig und benötigt keine externen Steuersignale.
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Durch die erfindungsgemäße Maßgabe ist durch den großen Speicherkondensator
19 eine genaue Meßwerterfassung möglich, während durch den zweiten Kondensator 15
mit der kleineren Zeitkonstante ein schnelles Rücksetzen des Speicherkondensators
19 möglich ist.