DE3508070C1 - Temperaturkompensierte Schaltung zum Erzeugen einer dem Logarithmus einer Eingangswechselspannung proportionalen Ausgangsgleichspannung - Google Patents

Description

• Durch diese Temperaturkompensation, d. h. Erhöhung der Betriebsströme der Gegentaktstufen in Abhängigkeit von der Temperatur wird, wie Kennlinie c nach F i g. 1 zeigt, auch der gleichgerichtete Anteil jeder Verstärkerstufe mit der Temperatur erhöht. Dadurch erhöht sich auch die Steilheit dieser Kennlinie c mitder Temperatur. Dieser Fehler kann jedoch auf einfache Weise gleichstromseitig durch eine entsprechende Dämpfung der Ausgangsgleichspannung wieder kompensiert werden. Hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten. Im einfachsten Fall umfaßt die hierfür vorgesehene Kompensationsschaltung nur einen entsprechenden temperaturabhängigen Widerstand, der die Ausgangsspannung umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur T herabsetzt und so den durch die Verstärkungsregelung auftretenden Fehler wieder kompensiert. Vorzugsweise erfolgt diese Kompensation jedoch nach Unteranspruch 3 durch einen zusätzlichen Verstärker, der die gleichen Eigenschaften und damit auch den gleichen Temperaturgang wie die Gegentakt-Verstärkerstufen der Kaskadenschaltung aufweist und dessen Verstärkung bei konstantem Betriebsstrom umge- kehrt proportional zur absoluten Temperatur sinkt. Auf diese Weise wird unabhängig von der Temperatur die ideale Kennlinie a erreicht.
• Die erfindungsgemäße Temperaturkompensation gilt natürlich nicht nur für Schaltungen, bei denen die Verstärkung der Gegentakt-Verstärkerstufen exakt proportional zur absoluten Temperatur T auf einen konstanten Wert geregelt ist und bei denen damit auch die Kompensationsschaltung exakt umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur T wirkt, sondern in gleicher Weise auch für Schaltungen, bei denen diese Verstärkungsregelung der Gegentakt-Verstärkerstufen nach einer bestimmten Funktion der absoluten Temperatur Verfolgt, in diesem Fall muß natürlich die Kompensation entsprechend umgekehrt proportional zu dieser vorbestimmten Funktion der absoluten Temperatur Tdurchgeführt werden.
• Die erfindungsgemäße Schaltung ist nicht nur für Doppelweggleichrichter nach DE-PS 25 45 535 geeignet sondern in gleicher Weise auch für Schaltungen mit Einweggleichrichter.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
• Fig. 2 zeigt eine Schaltung zum Erzeugen einer dem Logarithmus einer Eingangswechselspannung Ui entsprechenden Ausgangsgleichspannung UO. die aus mehreren in Kaskade geschalteten Begrenzerstufen 1 besteht. Jede Begrenzerstufe 1 umfaßt eine Gegentakt-Verstärkerstufe 3 und einen am Ausgang angeschalteten Einweg- oder Doppelweg-Gleichrichter 4. Die gleichgerichteten Ausgangsströme der einzelnen Begrenzerstufen werden in einer Sammelleitung 2 zu einem Ausgangsgleichstrom 1o summiert. Mit steigender Eingangswechselspannung Ui werden nacheinander die gleich aufgebauten Begrenzerstufen 1 in den begrenzenden Zustand überführt und es wird so annähernd eine logarithmische Kennlinie gebildet.
• Jede Gegentakt-Verstärkerstufe 3 besteht aus zwei emittergekoppelten Transistoren 5 und 6, denen über einen Transistor 7 ein Betriebsstrom lc eingeprägt ist.
• Die Eingangswechselspannung wird über Trennkondensatoren 8 im Gegentakt von der vorhergehenden Stufe zugeführt. Zwischen den Kollektoren der beiden Transistoren 5 und 6 tritt die Gegentakt-Ausgangswechselspannung auf, die den Gleichrichtern 4 zugeführt wird. Erreicht die Eingangswechselspannung eine Amplitude von etwa 100 mV, so wirkt die Gegentakt-Verstärkerstufe als Begrenzer, da die Transistoren 5, 6 voll durchgesteuert werden. Die Ausgangsamplitude wird auf einen Wert begrenzt, der vom Verstärkerstrom In und Arbeitswiderstand R bestimmt wird. Der Arbeitswiderstand wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Reihenschaltung der Widerstände 11 und der Speisewiderstände 12 für die nächste Stufe gebildet.
• Der Betriebsstrom der Verstärkerstufen 3 wird von den Stromquellen 7 geliefert, die über eine gemeinsame Steuerleitung 22 gesteuert werden, deren Steuerspannung in einer Regelschaltung 20 erzeugt wird. Diese allen Begrenzerstufen 1 gemeinsame Regelschaltung besteht aus einem Regelverstärker 21, der die an einem Widerstand 23 einer der Begrenzerstufen 1, vorzugsweise der letzten, abfallende und dem eingeprägten Strom der zugehörigen Verstärkerstufe 3 proportionale Spannung mit einer Referenzspannung 24 vergleicht. Diese Referenzspannung wird durch einen Temperaturfühler 25 erzeugt, der einen der absoluten Temperatur Tproportionalen Spannungsabfall aufweist, so daß die Refe- renzspannung 24 proportional der absoluten Temperatur Tist. Diese Temperaturspannung ist auf die negative Betriebsspannung bezogen, die somit nicht eingeht. Damit ist die über den Regelverstärker 21 auf die gemeinsame Steuerleitung 22 abgegebene Regelspannung und damit der Betriebsstrom lc für die einzelnen Begrenzerstufen 1 entsprechend temperaturabhängig und wird mit steigender Temperatur größer. Damit wird erreicht, daß die an sich umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur sich ändernde Wechselspannungsverstärkung der einzelnen Gegentaktverstärkerstufen kompensiert wird und in einem breiten Temperaturbereich alle Gegentaktverstärkerstufen jeweils konstante Verstärkung besitzen.
• Zur Kompensation des mit steigender Temperatur durch diese Verstärkungsregelung auftretenden erhöhten Gleichstromes auf der Sammelleitung 2 ist dieser eine Verstärkerstufe 30 zugeordnet, deren Verstärkung mit steigender Temperatur sinkt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser Kompensationsverstärker wiederum als Gegentakt-Gleichstromverstärker ausgebildet, und zwar mit gleichartigen Eigenschaften bezüglich Temperaturabhängigkeit wie die Gegentakt-Verstärkerstufen 3 der Kaskadenschaltung. Damit ist die Verstärkung dieses Verstärkers wiederum umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur T und damit wird der auf der Sammelleitung 2 aufsummierte Ausgangsgleichstrom 1o entsprechend umgekehrt proportional zur Temperatur Therabgesetzt und so die in den Begrenzerstufen 1 erzeugte Erhöhung der Ausgangsgleichströme wieder kompensiert. Die Ausgangsgleichspannung UO wird über einen weiteren Differenzverstärker 31 von diesem Kompensationsverstärker 30 abgegriffen.
• Die Transistoren 32, 33 des Kompensationsverstärkers 30 werden über eine Konstantstromquelle 34 mit konstantem Strom gespeist und nur mit kleiner Spannung angesteuert, also im linearen Bereich betrieben.
• Durch die verschiedenen Bauelemente der Schaltung, beispielsweise die Gleichrichter 4, muß in der Praxis die Gleichstromverstärkung des Kompensationsverstärkers 30 nicht genau umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur Tsein. Es ist daher vorteilhaft. den Betriebsstrom dieses Kompensationsverstärkers 30 in Abhängigkeit von der Temperatur leicht abzusenken. Dazu wird über einen Widerstand 35 ein Teil der Temperaturspannung 24 über einen zusätzlichen Differenzverstärker 36 der Konstantstromquelle 34 zugeführt. Da der durch Temperaturabhängigkeit erzeugte Fehler des Kompensationsverstärkers 30 wesentlich kleiner ist als der in den Verstärkerstufen der Kaskade auftretende Temperaturfehler, beträgt die Temperaturabhängigkeit des Betriebsstromes dieses Verstärkers 30 nur einen Bruchteil der Temperaturabhängigkeit des Betriebsstromes In der Verstärkerstufen 3.
• Bei Verwendung eines symmetrisch angesteuerten Differenzverstärkers 30 entsteht nach F i g. 1 aus der Kennlinie c zunächst die gestrichelte, noch verschobene Kennlinie d. Durch Einspeisung eines wiederum temperaturabhängigen Stromes über den Widerstand 37 zur Basis des Transistors 33 des Verstärkers 30 wird schließlich die Kennlinie din die ideale Kennlinie a verschoben.
• Bei Verwendung eines anderen oder unsymmetrisch ausgesteuerten Kompensationsverstärkers ist dies ebenfalls zur Kompensation der Drift der Gleichrichter 4 erforderlich.
• Durch die Änderung des Betriebsstromes 1 in Abhängigkeit von der Temperatur ändert sich auch die Gleichspannung am Ausgang der Gegentakt-Verstärkerstufen 3. Hierdurch würde infolge der galvanischen Kopplung zwischen Verstärkerstufen 3 und Gleichrichter 4 unabhängig von der Eingangsspannung Um der Gleichstrom lo von der Temperatur beeinflußt. Um dies zu vermeiden, sind parallel zu dem Lastwiderstand R (zusammengesetzt aus Widerständen 11 und 12 sowie Kondensator 8) entsprechende Drosseln geschaltet, durch welche diese Gleichspannungen am Ausgang der Verstärker kurzgeschlossen werden. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die beiden Drosseln als Transformator 38 ausgebildet, dessen Mittelanzapfung wechselspannungsmäßig an Masse liegt. Durch die Wicklungen dieses Transformators werden die Gleichspannungen am symmetrischen Ausgang der Verstärkerstufe 3 kurzgeschlossen und gleichzeitig wird über diesen Transformator eine Symmetrierung der Ausgangsspannungen auch bei unsymmetrischer Belastung der Verstärkerstufen erzwungen. Dieser die Gleichvorspannung der Gleichrichter eliminierende Transformator 38 ist nicht nur für die Symmetrierung im Zusammenhang mit Doppelweggleichrichtern geeignet sondern würde auch bei Verwendung eines Einweggleichrichters den Einfluß einer unsymmetrischen Stromverteilung in den Transistoren 5, 6 eliminieren. In diesem Fall braucht der Transformator 38 nicht symmetrisch zu sein. Durch Hinzuschaltung eines Kondensators 39 kann der Transformator 38 zu einem Bandpaß ergänzt werden, der entsprechend der Mittenfrequenz der Eingangswechselspannung Ui bemessen ist und die Rauschspannungen der Schaltung verkleinert.
• Nach F i g. 1 wird durch die erfindungsgemäße Maßnahme im unteren Bereich die Dynamik nicht eingeschränkt. Die Aussteuergrenze wird jedoch nach oben durch die Basis-Emitter-Durchbruchspannung der Transistoren der ersten Begrenzerstufe 1 begrenzt. Um daher auch den Dynamikbereich im oberen Teil voll auszunutzen, wird am Eingang der Kaskadenschaltung eine zusätzliche Gleichrichterschaltung 40 vorgesehen, die wiederum als Doppelweg- oder Einweg-Gleichrichterschaltung ausgebildet sein kann und die den Abfall der Kennlinie bei großer Aussteuerung kompensiert.
• Diese zusätzliche Gleichrichterschaltung 40 liefert einen linearen Anteil. Hier kann gegebenenfalls auch ein entsprechender Ansteuerverstärker zugeordnet sein, der jedoch nicht die Begrenzereigenschaften wie die Gegentakt-Verstärkerstufe 3 besitzen muß.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Temperaturkompensierte Schaltung zum Erzeugen einer dem Logarithmus einer Eingangswechselspannung proportionalen Ausgangsgleichspannung mit mehreren in Kaskade geschalteten, bei Überschreiten eines vorbestimmten Eingangsspannungswertes jeweils begrenzenden Gegentakt-Verstärkerstufen, deren Ausgänge über Gleichrichter in einer Ausgangssammelleitung zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der einzelnen Gegentakt-Verstärkerstufen (3) in Abhängigkeit von der Temperatur (T) auf einen konstanten Wert geregelt ist und der Ausgangsgleichstrom (Io) in der Ausgangssammelleitung (2) mittels einer Kompensationsschaltung (30) umgekehrt proportional zur Temperatur kompensiert ist.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Betriebsströme der einzelnen Gegentakt-Verstärkerstufen mittels einer Regelschaltung auf einen durch eine Referenzspannung vorgegebenen Wert geregelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzspannung (24) über einen Temperaturfühler (25) proportional zur absoluten Temperatur (T)geändert ist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung einen gleichartig wie die Gegentakt-Verstärkerstufen (3) der Kaskadenschaltung aufgebaute Verstärkerstufe (30) aufweist, die im linearen Kennlinienbereich betrieben ist und deren Betriebsstrom auf einen konstanten Wert geregelt ist (Konstantstromquelle 34).
4. 4. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Ausgänge der Gegentakt-Verstärkerstufen mit den Gleichrichtern gleichstromgekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Lastwiderständen (R) der Gegentakt-Verstärkerstufen (3) Kurzschlußdrosseln (38) geschaltet sind.
5. 5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußdrosseln (38) durch einen an den Ausgängen der Gegentakt-Verstärkerstufen (3) angeschalteten Transformator gebildet sind.
6. 6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußdrosseln (38) durch einen Kondensator (39) zu einem Bandpaß ergänzt sind.
7. 7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Kaskadenschaltung der Gegentakt-Verstärkerstufen (3) ein zusätzlicher Gleichrichter (40) geschaltet ist.

   Die Erfindung betrifft eine Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches.

   Eine Schaltung dieser Art ist bekannt (DE-PS 25 45 535). Bei ihr werden die einzelnen in Kaskade geschalteten Gegentakt-Verstärkerstufen durch eingeprägte Betriebsströme gespeist, die mittels einer Regelschaltung auf einen konstanten Wert geregelt sind. Die Ausgangsgleichspannung UO gehorcht nach F i g. 1 näherungsweise dem Logarithmus der Amplitude der Eingangsspannung Ui(bezogen auf eine Referenzspannung Ur), wie dies durch die ideale Kennlinie a dargestellt ist.

   Die Wechselspannungsverstärkung der Gegentakt-Verstärkerstufen ändert sich umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur, d. h. die Verstärkung nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Dies bedeutet eine erhebliche Reduzierung des zur Verfügung stehenden Dynamikbereiches, wie dies in F i g. 1 durch die Kurve b dargestellt ist, die den Einfluß der Temperatur auf die ideale Linie a für mit konstantem Strom gespeiste Gegentakt-Verstärkerstufen zeigt. F i g. 1 zeigt ferner, daß mit steigender Temperatur nicht nur der Dynamikbereich eingeschränkt wird, sondern daß sich gleichzeitig auch die Steilheit der Kennlinie vergrößert, was einen entsprechenden Meßfehler bedeutet. Da dieser Effekt auf eine Beeinflussung vor der Logarithmierung zurückzuführen ist (nämlich auf eine entsprechende Änderung der Referenzspannung Ur in der zugehörigen Gleichung nach F i g. 1), kann diese Einschränkung des Dynamikbereiches ausgangsseitig nicht mehr kompensiert werden.

   Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Logarithmierschaltung der eingangs erwähnten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß die störenden Einflüsse der Temperatur auf die Kennliniensteilheit und die Dynamik vermieden sind.

   Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Schaltung laut Oberbegriff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

   Bei der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Wechselspannungsverstärkung bei kleinen Amplituden der einzelnen Verstärkerstufen in Abhängigkeit von der Temperatur auf einen konstanten Wert geregelt. Von den verschiedenen möglichen bekannten Maßnahmen zur Einhaltung einer konstanten Wechselspannungsverstärkung ist für den erfindungsgemäßen Zweck die Regelung der den einzelnen Verstärkerstufen zugeführten Betriebsströme in Abhängigkeit von der Temperatur besonders vorteilhaft, da hierzu ausgehend von einer bekannten Schaltung nach DE-PS 25 45 535 nur die hier schon vorgesehene Regelschaltung für die Erzeugung der Betriebsströme für die Gegentakt-Verstärkerstufen so abgeändert werden muß, daß sie nicht mehr konstante Ströme liefert sondern Ströme, die mit der absoluten Temperatur steigen. Dadurch wird die in F i g. 1 dargestellte Kennlinie c erzielt, der Dynamikbereich bleibt unabhängig von der Temperatur erhalten.