DE2827972C3 - Gleichrichteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichrichteranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Gleichrichteranordnung der als bekannt vorausgesetzten Art ist in der DE-OS 2 236864 beschrieben. Dein aufzuladenden Kondensator ist dabei ein Ladewiderstand vorgeschaltet und ein Entladewidcrstand zugeordnet, wobei der Ladestrom des Kondensators mittels eines Feldeffekttransistors gesteuert wird, der zwischen einem leitenden und einem gesperrten Zustand umschaltbar ist. Dieses Umschalten zwischen den beiden möglichen Betriebszuständen des Feldeffekttransistors erfolgt in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Differenzverstärkers, an dessen Eingängen einerseits das Eingangssignal und andererseits ein die Momentanspannung des Kondensators repräsentierendes Signal liegen. Ist das Eingangssignal größer als das die Momentanspannung des Kondensators repräsentierende Signal, so wird der Feldeffekttransistor durchgeschaltet, d. h. in den leitenden Zustand gebracht, während er in allen anderen Fällen gesperrt ist. Mit dieser bekanntet: Schaltungsanordnung kann der Verlauf des Ladestroms während der Aufladezeitspannen nicht beeinflußt werden, und es ist demgemäß auch nicht möglich, einem speziellen dynamischen Verhalten des anliegenden Signals Rechnung zu tragen.

Eine weitere Schallung zur Erzielung eines »idealen« Gleichrichterverhaltens ist aus der DE-OS 2 539 586 bekannt. Hier wird das Ausgangssignal nicht durch den Ladezustand eines Kondensators gewonnen, sondern das am Eingang angelegte Wechselspannungssignal wird über einen regelbaren Verstärker so verstärkt oder abgeschwächt und sein Spannungsmittelwert so durch Zumischen eines Gleichspannungssignals angehoben, daß eine Gleichrichtung im geradlinigen Kennlinienbereich einer Gleichrichterschaltung erfolgt. Das erhaltene Gleichspannungssigna] wird dann in einem nachgeschalteten Netzwerk derart ausgewertet, daß die Ausgangsspannung tatsächlich dem Effektivwert oder einem anderen charakterisierenden Parameter des Eingangssignals entspricht. Damit wird jedoch ein Signal erhalten, das erhebliche Rauschanteile enthalten kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gleichrichteranordnung der eingangs definierten Gattung so auszugestalten, daß sie ein von der äußeren Beschallung unabhängiges Ausgangssignal in einem weiten dynamischen Bereich von Eingangssignalen liefert und dabei lediglich vernachlässigbare Rauschanteile vorhanden sind.

Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1.

Dadurch, daß der den Ladewiderstand bildende Serienwiderstand, der einen Bestandteil des Signal-Eingangskreises des Differenzverstärkers bildet und der Ladetransistor nicht als Schalttransistor verwendet, sondern vielmehr im Gegenkopplungszweig zwischen Ausgang und Signaleingang des Differenzverstärkers angeordnet ist, wird der Ladestrom direkt proportional zur Differenz von Eingangssignal und Kondensatorspannung gesteuert und somit wahrend des gesamten Ladevorgangs in der zur Lösung der gestellten Aufgabe bestmöglich gewählten Größe vorgegeben.

Eine Weiterbildung der Gleichrichtcranordnung •lach Anspruch 2 ergibt eine verbesserte Formung des Ladestroms. Die so geschaffene Gegenkopplung erhöht den dynamischen Bereich, in dem die Gleichrichteranordnung einsetzbar ist.

Durch die vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 3 wird die Gleichrichteranordnung unabhängig von der Beschaltung des Ausganges. Dadurch wird die Bestimmung des Widerstandswertes des parallel zum Kondensator liegenden Entladewiderstandes erleichtert und eine Rückwirkung des Differenzverstärkers auf den Ladezustand des Kondensators unterbunden.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen nach den Ansprüchen 4 bis 6 dienen der weiteren Entkopplung des Ladekondensators von den am Eingang und Ausgang liegenden Schaltungselementen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Gleicbrichteranordnung, und

Fig. 2 Einzelheiten der verwendeten Stromspiegelschaltung.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 wird ein an der Eingangsklemme I anliegendes Eingangssignal über einen Widerstand 2 an den invertierenden Eingang 3 eines Differenzverstärkers 4 angelegt und gelangt gleichzeitig zum Emitter eines PNP-Transistors 5, der für die Gleichrichteranordnung als gleichrichtendes Bauelement wirkt. Die Basis des Transistors 5 ist mit dem Ausgang des Verstärkers 4 verbunden, und zwischen Emitter und Basis des Transistors 5 ist in der dargestellten Weise eine Diode 6 geschaltet. Der Kollektor des Transistors S ist über eine Stromspiegelschaltung 7 und eine weitere Diode 8 mit einem Kondensator 9 und einem dazu parallel liegenden Widerstand 10 verbunden. Der Kondensator 9 und der Widerstand 10 liegen am r.icht-invertierenden Eingang eines Differenzverstärkers 11 m^;t einer hohen Eingangsimpedanz. Typischerweise wird als Verstärker 11 ein Verstärker mit MOSFET-Eingangsstufen eingesetzt, um eine möglichst hohe Eingangsimpedanz zu schaffen. Der invertierende Eingang des Verstärkers 11 ist mit dem Ausgang des Verstärkers rückgekoppelt, so daß der Verstärker als Impedanzpuffer mit einem Verstärkungsfaktor 1 arbeitet. Der Ausgang des Verstärkers 11 ist mit dem invertierenden Eingang eines weiteren Differenzverstärkers 12 über einen Widerstand 13 verbunden, dessen positiver Eingang an Erde liegt und in dessen Rückkopplungszwcig ein Widerstand 14 vorgesehen ist. Die Größen der Widerstände 13 und 14 sind gleich, so daß der Differenzverstärker 12 als Inverter mit einem Verstärkungsfaktor 1 arbeitet. Der Ausgang dieses Differenzverstärkers 12 ist mit der Ausgangsklemme 15 der Gleichrichteranordnung und gleichzeitig mit dem nicht-invertierenden Eingang 16 des Differenzverstärkers 4 verbunden.

Durch eine an die Eingangsklemme 1 angelegte Eingangs-Wechselspannung V_m wird ein Strom I_1n im Widerstand 2 erzeugt. Wenn der Widerstand 2 den Wert R_c besitzt, dann gilt I_1n = (V_m - V₀)IR , wenn V„ die Ausgangsspannung an dfr Ausgangsklemme 15 ist. Die Ausbildung der Gegenkopplungsschleife des Verstärkers 4 bewirkt, daß bei den positiven Halbwellen des Eingangssignal* ein Strom durch die Emitter-Kollektorstrf.cke des Transistors 5 fließt, der im wesentlichen gleich I ist. Bei den negativen Halbwellen leitet die Diode 6, und durch diese Diode werden die Schalteigenschaften des Transistors 5 verbessert und gleichzeitig die Form der durch die Stromspiegelschaltung 7 hindurchfließenden positi- ι ven Halbwelle.

Die Stromspiegelschaltung 7 ist so ausgelegt, daß sie an ihrem Ausgangsanschluß 17 einen Strom abgibt, der genau gleich dem durch den Transistor 5 zu dem

• Eingang 18 fließenden Strom ist. Dadurch wird die Polarität des Stromes I_1n umgekehrt, und es ist eine einfachere Verschaltung mit den Differenzverstärkern 11 und 12 möglich. Die Stromspiegelschaltung 7 weist am Ausgang 17 eine sehr hohe Impedanz auf; ihre

Schaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Der Strom /„ dient dazu, eine Ladung des Kondensators 9 mit einer durch C ■ R_c bestimmten Zeitkonstante zu erreichen, wobei C der Kapazitätswert des Kondensators 9 und R₁ der Widerstandswert des Widerstandes 2 ist.

' Die Entladezeitkonstante des Kondensators wird durch C ■ R_d bestimmt, wobei R_d der Widerstandswert des Widerstandes 10 ist, der den Widerstandswert des Widerstands R_c beträchtlich übersteigt.

Die große Impedanz an der Klemme 17 der Strom-Spiegelschaltung 7, die Diode 8 und die hohe Eingangsimpedanz des Verstärkers i_ä. stellen gemeinsam sicher, daß der Kondensator 9 nur über den Widerstand 10 entladen wird.

Die am Kondensator 9 anliegende Spannung V_n wird über den als Impedanzpuffer wirkenden Vertärker I i und den als Inverter mit einem Verstärkungsfaktor 1 wirkenden Verstärker 12 geleitet und als Rückkoppelsignal an den nicht invertierenden Eingang 16 des Verstärkers 4 angelegt.

Wit bereits erwähnt, werden die Eigenschaften der beschriebenen Gleichrichteranordnung durch die Lade- und die Entladezeitkonstanten, d. h. die Größen C, R₁ und R_ä der passiven Komponenten bestimmt. Durch die am Differenzverstärker 4 gebildete Gegenkopplungsschleife wird der effektive Spannungsversatz de; durch den Transistor 5 gebildeten Gleichrichteranordnung sehr vermindert, so daß ein linearer Betrieb der Gleichrichteranordnung in einem sehr weiten dynamischen Bereich der Eingangssignal möglich ist. Die Lade- und Entladekennlinie besitzen ein genau exponentielles Profil.

Statt der in Fig. 2 dargestellten Stromspiegelschaltung sind auch andere bekannte derartige Schaltungen einsetzbar; es muß sichergestellt sein, dati der am Eingang 18 anliegende Strom gleich dem in gleicher Richtung am Ausgang 17 gezogenen Strom ist.

Normalerweise wird die Gleichrichteranordnung von einer an der Eingangsklemme 1 anliegenden Quelle gespeist, die eine niedrige Ausgangsimpedanz besitzt, so daß die l^dekennlinie nur durch den Widerstandswert R₁ des Widerstandes 2 bestimmt wird. Falls nötig, kann bei einer Quelle, deren Ausgangsimpedanz nicht beträcht'ich kleiner als R_c ist, ein Impeda^i.puffer zwischen der Eingangsklemme 1 und dem Widerstand 2 eingefügt werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gleichrichteranordnung, bestehend aus einem einem Kondensator vorgeschalteten und über einen Differenzverstärker angesteuerten Ladetransistor, wobei dem einen Eingang des Differenzverstärkers das Eingangssignal über einen Serienwiderstand und dem anderen Eingang des Differenzverstärkers ein die Momentanspannung des Kondensators repräsentierendes Signal zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladezeitkonstante des Kondensators (9) durch den dem Eingang (3) des Differenzverstärkers (4) vorgeschalteten Serienwiderstand (3) vorgebbar ist, und der über den Serienwiderstand (2) und den Ladetransistor (5) fließende Ladestrom mittels des Differenzverstärkers (4) und des im Gegenkopplungszweig zwischen Ausgang und Signaleingang des Differenzverstärkers (4) liegenden Ladciransistors (5) direkt proportional zur Differenz von Eingangssignal und Kondensatorspannung gesteuert ist.

2. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladetransistor ein PNP-Transistor ist, an dessen Emitter das Eingangssignal angelegt ist und daß eine Diode (6) zwischen seinem Emitter und seiner Basis so angeschlossen ist, daß sie nur bei gesperrtem Transistor leitet.

3. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kondensator (9) urd Aus. ang (15) der Anordnung eine Impcdanzpuffer-Schaltung (11) angeordnet ist.

4. Gleichrichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwichen dem Ladetransistor (5) und dem Kondensator (9) eine Stromspiegelschaltung (7) vorgesehen ist.

5. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegelschaltung (7) an dem dem Kondensator zugewandten Ausgang (17) eine hohe Ausgangsimpedanz aufweist.

6. Gleichrichteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwichen der Stromspiegelschaltung (7) und dem Kondenstor (9) eine ein Entladen des Kondensators unterbindende Diode (8) vorgesehen ist.