DE1042022B - Circuit arrangement for double amplitude limitation of alternating voltages or periodic pulses - Google Patents
Circuit arrangement for double amplitude limitation of alternating voltages or periodic pulsesInfo
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Description
Schaltungsanordnung zur doppelten Amplitudenbegrenzung von Wechselspannungen oder periodischen Impulsen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur doppelten Begrenzung von Wechsel-Spannungen oder periodischen Impulsen, welche sich gegenüber bekannten Schaltungsanordnungen dieser Art durch eine vollständig horizontale Begrenzung auszeichnet.Circuit arrangement for double amplitude limitation of alternating voltages or periodic pulses. The invention relates to a circuit arrangement for double limiting of alternating voltages or periodic pulses, which compared to known circuit arrangements of this type by a completely horizontal limitation.
F ig. 1 zeigt beispielsweise das Schaltschema einer bekannten Schaltungsanordnung zur beiderseitigen Amplitudenbegrenzung, der die zu begrenzende Spannung an den Eingangsklemmen 1, 2 zugeführt und der die begrenzte Spannung an den Ausgangsklemmen 3, 4 entnommen wird. Die durch die Batterie 8 positiv vorgespannte Diode 6 bewirkt dabei eine Begrenzung in positiver Richtung, wäFirend die umgekehrt polarisierte Diode 7, welche durch die Batterie 9 negativ vorgespannt ist, einen Begrenzer für negative Spannungswerte darstellt. Infolge des Vorhandenseins des Widerstandes 5, der als Spannungsteiler wirksam ist, kommt jedoch keine vollständig horizontale Begrenzung der gegebenen Spannung zustande.Fig. 1 shows, for example, the circuit diagram of a known circuit arrangement for amplitude limitation on both sides, which controls the voltage to be limited at the Input terminals 1, 2 and the limited voltage at the output terminals 3, 4 is taken. The diode 6, which is positively biased by the battery 8, has the effect thereby a limitation in the positive direction, while the reverse polarized Diode 7, which is negatively biased by the battery 9, a limiter for represents negative voltage values. Due to the presence of the resistor 5, which acts as a voltage divider, however, does not come completely horizontal Limitation of the given tension comes about.
Gelangt beispielsweise die in Fig.2 dargestellte Sinusspannung auf die Eingangsklemmen 1 und 2, so hat der Widerstand 5 zur Folge, daß die begrenzte Spannung am Ausgang zwischen den Punkten b und c nicht, wie gewünscht, den konstanten Potentialwert -i- Ui annimmt, sondern nach einer leicht gekrümmten Kurve entsprechend der gestrichelt ausgeführten Linie verläuft. Das gleiche ist für negative Spannungswerte bei dem Begrenzerpotential -Ui der Fall. Außerdem treten bei dieser bekannten Begrenzerschaltung als Folge der Richtleiter- und Schaltkapazitäten an den Kanten der begrenzten Spannung Abrundungen und Verschleifungen auf, die unerwünscht sind und zu Störungen Anlaß geben können.For example, if the sinusoidal voltage shown in FIG the input terminals 1 and 2, the resistor 5 has the consequence that the limited Voltage at the output between points b and c does not, as desired, be the constant Potential value -i- Ui assumes, but according to a slightly curved curve the dashed line runs. The same is true for negative voltage values the case with the limiter potential -Ui. Also occur in this known limiter circuit as a result of the directional and switching capacitances at the edges of the limited voltage Rounding and smoothing on, which are undesirable and cause disturbances can give.
Ferner ist eine Schaltungsanordnung zur doppelten Amplitudenbegrenzung von Wechselspannungen und periodischen Impulsen bekannt, bei welcher die Begrenzereinrichtung hintereinander angeordnete Richtleiter enthält. Die gleichnamigen Elektroden der Richtleiter sind verbunden. Außerdem sind die Richtleiter über Widerstände mit Spannungsquellen verbunden, die in den Richtleitern unterhalb der Begrenzungsspannung einen Strom bewirken. Die Widerstände und Spannungsquellen sind so bemessen, daß einer der Richtleiter die positive Amplitude und der andere Richtleiter die negative Amplitude eines zugeführten periodischen Spannungsverlaufs begrenzt. Der Spannungsverlauf der zu begrenzenden Spannung wird durch Schaltelemente beeinflußt, an deren Klemmen die Potentialdifferenz der zu begrenzenden Spannung besteht.There is also a circuit arrangement for double amplitude limitation known from alternating voltages and periodic pulses, in which the limiter device Contains directional ladder arranged one behind the other. The electrodes of the same name of the Judges are connected. In addition, the directional conductors are connected to voltage sources via resistors connected, the current in the directional conductors below the limit voltage cause. The resistors and voltage sources are dimensioned so that one of the directional conductors the positive amplitude and the other directional conductor the negative amplitude of a fed limited periodic voltage curve. The voltage curve of the to be limited Voltage is influenced by switching elements, at whose terminals the potential difference the voltage to be limited exists.
Zwischen den Eingangsklemmen dieser bekannten Einrichtung besteht ein geringer Innenwiderstand. Daraus ergibt sich der Nachteil, daß die speisende Spannungsquelle zu stark belastet wird. Diese Nachteile werden vermieden, indem erfindungsgemäß parallel zu den Schaltelementen, an deren Klemmen die Potentialdifferenz der begrenzten Spannung besteht, Richtleiter mit einer jeweils in Reihe liegenden Spannungsquelle derart angeordnet sind, daß die Richtleiter beim Überschreiten der Begrenzungsspannung Strom führen.There is between the input terminals of this known device a low internal resistance. This has the disadvantage that the dining Voltage source is too heavily loaded. These disadvantages are avoided by according to the invention parallel to the switching elements, at whose terminals the potential difference the limited voltage exists, directional conductor with one in series Voltage source are arranged such that the directional conductor when the Limiting voltage conduct current.
Die erfindungsgemäße Schaltung enthält als wesentlichen Bestandteil im Übertragungsweg zwischen Eingang und Ausgang zwei in Serie liegende Richtleiter, welche mit gleichnamigen Elektroden zusammengeschaltet sind. Gleichzeitig sind Mittel vorgesehen, welche bewirken, daß oberhalb eines ersten vorgegebenen Potentials der eine Richtleiter und unterhalb eines anderen vorgegebenen Potentials der andere Richtleiter gesperrt ist und während der Sperrzeiten jeweils der betreffende Potentialwert am Ausgang wirksam ist.The circuit according to the invention contains as an essential component in the transmission path between the input and output, two directional conductors in series, which are interconnected with electrodes of the same name. At the same time are means provided, which cause that above a first predetermined potential of the one directional conductor and below another predetermined potential the other Directional conductor is blocked and the relevant potential value during the blocking times is effective at the output.
Die Fig.3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die dargestellte Schaltungsanordnung hat einen hochohmigen Eingangswiderstand zwischen den Klemmen 1 und 2. Die beiden die Erfindung kennzeichnenden Dioden sind mit den Bezugszeichen 10 und 11 versehen und mit ihren Anoden zusammengeschaltet. An den Klemmen 1, 2 wird die Eingangsspannung zugeführt, und die begrenzte Ausgangsspannung wird an den Klemmen 3 und 4 abgenommen. Der Verbindungspunkt der beiden Dioden 10 und 11 ist über einen Widerstand 16 mit der positiven Klemme einer Batterie 17 verbunden, welche derart polarisiert ist, daß sie im Ruhezustand durch beide Dioden 10 und 11 einen Stromfluß hervorruft. In entsprechender Weise ist auch die Kathode der Diode 11 über einen Widerstand 18 mit dem negativen Pol einer Batterie 19 verbunden. Der Serienanordnung aus dem Widerstand 16 und der Batterie 17 ist weiterhin eine Diode 20 in Serie mit einer Vorspannungsbatterie 21 parallel geschaltet, «-elche der Kathode der Diode 20 das positive Potential - U l erteilt. Ebenso liegt parallel zu der Serienanordnung aus dem Widerstand 18 und der Batterie 19 die Serienanordnung aus der Diode 22 und einer Vorspannungsbatterie 23, welche der Anode der Diode 22 das Potential - U1 erteilt. Ist nun die Anordnung derart getroffen, daß entweder der Widerstand 18 größer ist als der Widerstand 16 oder bei gleichen Widerständen die Spannung der Batterie 17 größer ist als die der Batterie 19, so wird im Ruhezustand die Wirkung der Batterie 17 überwiegen, d. h. sowohl die Diode 10 als auch die Diode 11 Strom führen. Dagegen sind die beiden Dioden 20 und 22 gesperrt, vorausgesetzt, daß die Wechselstromspeisequelle niederohmig ist.3 shows an embodiment of the invention. The circuit arrangement shown has a high-ohmic input resistance between the terminals 1 and 2. The two diodes characterizing the invention are provided with the reference numerals 10 and 11 and are connected together with their anodes. The input voltage is supplied to terminals 1, 2, and the limited output voltage is taken from terminals 3 and 4. The connection point of the two diodes 10 and 11 is connected via a resistor 16 to the positive terminal of a battery 17 which is polarized in such a way that it causes a current to flow through both diodes 10 and 11 in the idle state. In a corresponding manner, the cathode of the diode 11 is also connected to the negative pole of a battery 19 via a resistor 18. The series arrangement consisting of the resistor 16 and the battery 17 is furthermore connected in parallel with a diode 20 in series with a bias battery 21, which gives the cathode of the diode 20 the positive potential - U 1. Likewise, parallel to the series arrangement of the resistor 18 and the battery 19 is the series arrangement of the diode 22 and a bias battery 23, which gives the anode of the diode 22 the potential - U1. If the arrangement is such that either the resistor 18 is greater than the resistor 16 or, if the resistances are the same, the voltage of the battery 17 is greater than that of the battery 19, the effect of the battery 17 will predominate in the idle state, ie both the diode 10 as well as the diode 11 carry current. In contrast, the two diodes 20 and 22 are blocked, provided that the alternating current supply source is low-resistance.
Gelangt nun beispielsweise die in Fig. 2 dargestellte Sinusspannung auf die Eingangsklemmen 1 und 2 der Schaltung, so folgt wegen des leitenden Zustandes der beiden Dioden 10 und 11 zunächst das Potential zwischen den Klemmen 3 und 4 dem Potentialverlauf an den Eingangsklemmen 1 und 2. Erreicht die Eingangsspannung jedoch den Spannungswert -f- U1 der Vorspannungsquelle 21, so wird die Diode 20 leitend und die Diode 10 gesperrt, da von diesem Zeitpunkt ab die Kathode der Diode 10 positivere Werte annimmt als ihre Anode. An dem Verbindungspunkt der beiden Dioden 10 und 11 herrscht daher vom Zeitpunkt b ab das Potential -I- U1, welches mit konstantem Wert auch an der Ausgangsklemme 3 auftritt, da die Diode 11 nach wie vor stromführend ist. Unterschreitet im Zeitpunkt c die Eingangsspannung den Wert --I- U1 wieder, so wird die Diode 10 geöffnet und die Diode 20 gesperrt. Bis zum Durchschreiten des Nullpotentials im Punkte d wird daher der Potentialverlauf zwischen den Eingangsklemmen 1, 2 wieder bis an die Ausgangsklemmen 3, 4 unmittelbar übertragen. Dies gilt auch noch, wenn das Eingangspotential im folgenden noch negativ ere Werte annimmt. Wird jedoch im Zeitpunkt e die Spannung - U1 der Vorspannungsquelle 23 unterschritten, so wird die bis dahin gesperrte Diode 22 plötzlich leitend und die Diode 11 von diesem Zeitpunkt ab gesperrt, da an ihrer Anode ein negativeres Potential herrscht als an ihrer Kathode. Während des Zeitabschnitts e-f, in dem die Eingangsspannung noch negativere Werte annimmt, wird daher das Potential an der Ausgangsklemme 3 den Wert -U1 der Vorspannungsquelle 23 annehmen. Übersteigt die Eingangsspannung im Punkt f den Spannungswert -Uv so wird die Diode 22 wieder gesperrt und die Diode 11 geöffnet. Von diesem Zeitpunkt ab sind somit wieder beide Dioden 10 und 11 geöffnet, so daß der Potentialverlauf an den Eingangsklemmen unmittelbar den Ausgangsklemmen aufgeprägt wird. Man erkennt, daß auch bei dieser Schaltungsanordnung stets beide Dioden nur zwischen den beiden Begrenzungspotentialen geöffnet sind und oberhalb oder unterhalb dieser Werte stets die eine Diode gesperrt ist. Die horizontale Begrenzung kommt auch bei dieser Schaltung dadurch zustande, daß während der Sperrzeiten b-c bzw. e-f die Spannung an den Ausgangsklemmen durch konstante Spannungsquellen bestimmt wird.If, for example, the sinusoidal voltage shown in Fig. 2 is applied to input terminals 1 and 2 of the circuit, then due to the conductive state of the two diodes 10 and 11, the potential between terminals 3 and 4 initially follows the potential profile at input terminals 1 and 2. Reached However, if the input voltage has the voltage value -f- U1 of the bias voltage source 21, the diode 20 becomes conductive and the diode 10 blocked, since from this point on the cathode of the diode 10 assumes more positive values than its anode. At the connection point of the two diodes 10 and 11 there is therefore from time b onwards the potential -I- U1, which also occurs at a constant value at the output terminal 3 , since the diode 11 is still energized. If the input voltage falls below the value --I- U1 again at time c, diode 10 is opened and diode 20 is blocked. Until the zero potential is crossed at point d, the potential profile between the input terminals 1, 2 is therefore transmitted again directly to the output terminals 3, 4. This also applies if the input potential assumes even more negative values in the following. If, however, the voltage - U1 of the bias voltage source 23 is undershot at the time e, the previously blocked diode 22 suddenly becomes conductive and the diode 11 blocked from this point in time, since there is a more negative potential at its anode than at its cathode. During the time segment ef in which the input voltage assumes even more negative values, the potential at the output terminal 3 will therefore assume the value -U1 of the bias voltage source 23. If the input voltage exceeds the voltage value -Uv at point f, the diode 22 is blocked again and the diode 11 is opened. From this point on, both diodes 10 and 11 are therefore open again, so that the potential profile at the input terminals is impressed directly on the output terminals. It can be seen that with this circuit arrangement, too, both diodes are always open only between the two limiting potentials and that one diode is always blocked above or below these values. The horizontal limitation also comes about in this circuit because the voltage at the output terminals is determined by constant voltage sources during the blocking times bc or ef.
Bei höheren Frequenzen dürfen allerdings die Kapazitäten Cl und C2 der Dioden 20 und 22 (in Fig. 3 gestrichelt dargestellt) sowie die Schaltkapazitäten nicht mehr vernachlässigt werden, wie es bisher stillschweigend angenommen wurde. Wenn nämlich die Änderungsgeschwindigkeit der Sinusspannung am Eingang der Schaltung größer ist als beispielsweise die der Ent-Ladung bzw. Aufladung der Diodenkapazität Cl der Diode 20 über den Widerstand 16, so wird der Kurvenverlauf während der Stromzeit nicht mehr vom Verlauf der Sinusspannung, sondern von der Entladekurve bzw. Aufladekurve, die bekanntlich einen exponentiellen Verlauf aufweist, bestimmt. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Spannung UB der Batterie 17 bzw. 19 klein ist.At higher frequencies, however, the capacities Cl and C2 of the diodes 20 and 22 (shown in dashed lines in Fig. 3) and the switching capacitances can no longer be neglected, as was previously tacitly assumed. Namely, if the rate of change of the sinusoidal voltage at the input of the circuit is greater than, for example, that of the discharging or charging of the diode capacitance Cl of the diode 20 via the resistor 16, the curve progression during the current time no longer from the course of the sinusoidal voltage, but from the discharge curve or charge curve, which is known to have an exponential course. This is special then the case when the voltage UB of the battery 17 or 19 is low.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung empfiehlt es sich daher, von einer bestimmten Frequenz bzw. Amplitude der Eingangsspannung ab das die Entladung bzw. Aufladung der Diodenkapazität bestimmende RC-Glied derart zu bemessen, daß die Steigung der Entlade- bzw. Aufladekurve gleich oder größer ist als die Steigung der entsprechenden Flanke der gegebenen Spannung in dem zu begrenzenden Bereich. Durch Einhaltung dieser Bemessungsvorschrift läßt sich so die Frequenzgrenze der Anordnung erheblich heraufsetzen und auch bei hohen Frequenzen eine form- und phasentreue Übertragung der gegebenen Spannung erreichen. Dieser Sachverhalt ist in Fig. 4 wiedergegeben, in der die Kurve 24 die zu begrenzende Sinusspannung und die Kurve 25 die Entlade- bzw. Aufladekurve der Diodenkapazität Cl darstellen möge. Man erkennt, daß zwischen den beiden Begrenzerpotentialen -h U1 und - U1 die Steigung beider Kurven übereinstimmt. Da bei -h U1 die Diode 20 plötzlich leitend wird, kommt dabei aber nur der anfängliche Teil der Kurve 25 zwischen den Potentialwerten -I- U1 und - U1 zur Wirkung, wie es sein muß. Bei dem Potential -f- U1 wird die Umladung der Kapazität plötzlich beendet, so daß der gestrichelte Teil der Kurve 25 nicht mehr durchlaufen wird.According to a development of the invention, it is therefore advisable to use a certain frequency or amplitude of the input voltage from which the discharge or charge of the diode capacitance determining RC element such that the slope of the discharge or charge curve is equal to or greater than the slope the corresponding edge of the given voltage in the area to be limited. By adhering to this dimensioning rule, the frequency limit of the Increase the arrangement considerably and also with high frequencies a form and phase faithfulness Achieve transmission of the given voltage. This fact is shown in Fig. 4, in which curve 24 is the sinusoidal voltage to be limited and curve 25 is the discharge or charge curve of the diode capacitance Cl may represent. You can see that between the two limiter potentials -h U1 and -U1 the slope of both curves coincides. Since the diode 20 suddenly becomes conductive at -h U1, only the initial one comes into play Part of the curve 25 between the potential values -I- U1 and -U1 to the effect of how it must be. At the potential -f- U1, the charge reversal of the capacity is sudden ended, so that the dashed part of curve 25 is no longer traversed.
Umgekehrt läßt es sich bei dieser Schaltung durch bestimmte Bemessung des Entlade-RC-Gliedes auch erreichen, daß man oberhalb einer bestimmten Amplitude bzw. Frequenz von Amplituden- oder Frequenzschwankungen unabhängig wird. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn das RC-Glied für die Entladung der Diodenkapazität derart bemessen ist, daß die Steigung der Entladekurve stets kleiner ist als die Steigung der Flanken der gegebenen Sinusspannung in dem Schwankungsbereich. In Fig. 5 ist die zu begrenzende Sinusspannung 24 beispielsweise mit drei verschiedenen Amplitudenwerten aufgetragen, zwischen denen die Amplitude schwanken möge. Die Linien 25 und 26 stellen die Auflade- bzw. Entladekurve der Diodenkapazität Cl dar, deren Steigung, wie ersichtlich, stets unterhalb der Steigung der Sinusflanken bleibt und somit allein den Flankenverlauf der Ausgangsspannung bestimmt. Die Flanke der Ausgangsspannung hat somit unabhängig von Amplituden- oder Frequenzschwankungen stets den gleichen Verlauf und damit die Ausgangsspannung stets das gleiche Frequenzspektrum. Es tritt lediglich ein kleiner Phasenfehler auf, den man jedoch auf ein Minimum herabdrücken kann. Diese Schaltung ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn geringfügige Phasenfehler unbeachtlich sind, jedoch eine hohe Formkonstanz der begrenzten Spannung angestrebt wird. Mit dieser Schaltung ist somit ein Spannungsbegrenzer realisiert, der ein wirklich unveränderliches Ausgangsprodukt liefert.Conversely, it can be done with this circuit through certain dimensioning of the discharge RC element also achieve that one above a certain amplitude or frequency becomes independent of amplitude or frequency fluctuations. To this Purpose it is advantageous if the RC element for the discharge of the diode capacitance is dimensioned such that the slope of the discharge curve is always smaller than that Slope of the edges of the given sinusoidal voltage in the fluctuation range. In Fig. 5 is the sinusoidal voltage 24 to be limited, for example with three different ones Plotted amplitude values between which the amplitude may fluctuate. The lines 25 and 26 represent the charging and discharging curves of the diode capacitance Cl, whose As can be seen, the slope always remains below the slope of the sine flanks and thus only determines the edge profile of the output voltage. The flank of the The output voltage is therefore independent of amplitude or frequency fluctuations always the same curve and thus the output voltage always the same frequency spectrum. There is only a small phase error, which can be kept to a minimum can push down. This circuit is especially important when minor Phase errors are insignificant, but a high form constancy of the limited voltage is strived for. With this circuit a voltage limiter is implemented, which delivers a really unchangeable output product.
Um den zuletzt beschriebenen Effekt auch bei kleinen Frequenzen und/oder Amplituden zu erzielen, empfiehlt es sich, zusätzliche Kondensatoren parallel zu den Serienanordnungen 20, 21 bzw. 22, 23 aus Diode und Vorspannungsquelle zu schalten. In diesem Fall müssen die Lade- bzw. Entladezeitkonstanten der zusätzlichen Kondensatoren in entsprechender Weise bemessen werden. An Stelle der die Begrenzungspotentiale festlegen-,den Vorspannungsbatterien 21 und 23 können auf an sich übliche Weise auch RC-Kombinationen verwendet werden. Im Grenzfall für sehr kleine Begrenzerpotentiale kann zur Erzeugung der Vorspannung auch der Durchlaßwiderstand der Dioden selbst oder ein kleiner in Serie geschalteter Ohmscher Widerstand dienen.To achieve the last-described effect even at low frequencies and / or To achieve amplitudes, it is advisable to use additional capacitors in parallel to connect the series arrangements 20, 21 or 22, 23 of diode and bias voltage source. In this case, the charge and discharge time constants of the additional capacitors be dimensioned accordingly. Instead of the limiting potentials set, the bias batteries 21 and 23 can be in a conventional manner RC combinations can also be used. In the limit case for very small limiter potentials The forward resistance of the diodes themselves can also be used to generate the bias voltage or a small ohmic resistor connected in series.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DET11053A DE1042022B (en) | 1955-06-22 | 1955-06-22 | Circuit arrangement for double amplitude limitation of alternating voltages or periodic pulses |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DET11053A DE1042022B (en) | 1955-06-22 | 1955-06-22 | Circuit arrangement for double amplitude limitation of alternating voltages or periodic pulses |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1042022B true DE1042022B (en) | 1958-10-30 |
Family
ID=7546592
Family Applications (1)
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DET11053A Pending DE1042022B (en) | 1955-06-22 | 1955-06-22 | Circuit arrangement for double amplitude limitation of alternating voltages or periodic pulses |
Country Status (1)
Country | Link |
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DE (1) | DE1042022B (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3196359A (en) * | 1962-12-11 | 1965-07-20 | Bell Telephone Labor Inc | Wide band current limiter |
-
1955
- 1955-06-22 DE DET11053A patent/DE1042022B/en active Pending
Non-Patent Citations (1)
Title |
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None * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US3196359A (en) * | 1962-12-11 | 1965-07-20 | Bell Telephone Labor Inc | Wide band current limiter |
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