DE1095321B

DE1095321B - Schaltungsanordnung zur symmetrischen Spannungsbegrenzung von Spannungen wechselnder Polaritaet

Info

Publication number: DE1095321B
Application number: DES64224A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Phys Werner Haase
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1959-07-31
Filing date: 1959-07-31
Publication date: 1960-12-22
Also published as: CH384735A; BE593485A

Description

Schaltungsanordnung zur symmetrischen Spannungsbegrenzung von Spannungen wechselnder Polarität Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur symmetrischen Spannungsbegrenzung von sinusförmigen Wechselspannungen oder von Impulsen unterschiedlicher Polarität. Unter Impulsen sind auch Strom- oder Spannungsschritte wechselnder Polarität, z. B. Telegrafiezeichen usw., zu verstehen.
Es ist bekannt, einen Amplitudenbegrenzer für die genannten Zwecke unter Verwendung von zwei nichtlinearen Schaltgliedern aufzubauen, die entweder gegeneinander oder aber auch entgegengesetzt parallel geschaltet sind. Für den Aufbau eines symmetrischen Amplitudenbegrenzers muß hierbei gefordert werden, daß die nichtlinearen Glieder möglichst gleiche Kennlinien besitzen, da sonst die Amplituden je nach Polarität verschieden begrenzt werden.
In der Fig. 1 der Zeichnung ist eine bekannte Begrenzerschaltung wiedergegeben. Die am Eingang E auftretende Wechselspannung soll für beide Polaritäten am Ausgang A auf einen genau definierten Amplitudenwert begrenzt werden. Hierzu sind die beiden Zenerdioden Z, die in entgegengesetzter Polung in Reihe geschaltet sind, hinter dem Begrenzerwiderstand B im Querzweig zwischen den Punkten a und b angeordnet. Die Eigenschaft der Zenerdiode besteht bekanntlich darin, daß sie auch von einer bestimmten in Sperrichtung angelegten Spannung an durchlässig wird. Die Sperrichtung einer Zenerdiode entspricht bei der gewählten Hintereinanderschaltung gleichzeitig der Durchlaßrichtung der anderen Zenerdiode. Somit fließt beim Auftreten einer Spannung, die größer ist als die Sperrspannung einer der Zenerdioden, ein Strom über die Zenerdioden Z und ruft an dem Widerstand B einen Spannungsabfall hervor. Da für alle Spannungen, die die Zenerspannung einer der Zenerdioden Z übersteigen, die beiden Zenerdioden praktisch einen Kurzschluß darstellen, wird die zwischen den Punkten a, b auftretende Spannung auf diesen Wert begrenzt.
Aus den Erläuterungen ergibt sich, daß für die eine Polarität der angelegten Spannung die eine der Zenerdioden maßgebend ist, während für die andere Polarität die Zenerspannung der anderen Diode entscheidend ist. Sofern also die beiden Dioden unterschiedliche Zenerkennlinien besitzen, wird die angelegte Spannung je nach der angelegten Polarität auf verschiedene Werte begrenzt. Praktisch können aber an die Kennlinien der Zenerdioden keine hohen Anforderungen gestellt werden, so daß auch an die Symmetrie der Begrenzung bei einer derartigen Schaltung keine großen Anforderungen gestellt werden können.
Die Schwierigkeiten der Symmetrie ergeben sich auch bei anderen bekannten Schaltungen, bei denen zwei nichtlineare Glieder verwendet werden müssen.
Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Die Erfindung besteht darin, daß bei Schaltungsanordnungen zur symmetrischen Spannungsbegrenzung ein einziges Spannungsbegrenzerglied über eine Doppelweggleichrichterschaltung derart angeschaltet ist, daß dieses einzige Spannungsbegrenzerglied unabhängig von der Polarität der an die Anordnung angelegten Spannung in der gewünschten Richtung wirksam wird.
Auch bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist die Verwendung einer Zenerdiode besonders vorteilhaft. Einzelheiten der Schaltungsanordnung nach der Erfindung sowie deren Vorteile werden an Hand von drei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden erläutert.
Die Fig. 2 zeigt die Grundschaltung der neuen Schaltungsanordnung. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegt wiederum die über den Widerstand B zu begrenzende Wechselspannung am Eingang E. Als Vergleichsspannung dient die Zenerspannung der Zenerdiode Z. Diese ist gemäß der Erfindung über den aus den Gleichrichtern Grl bis Gr4 bestehenden Brückengleichrichter angeschaltet. Wie diese Figur ohne weiteres erkennen läßt, wird die Symmetrie der Begrenzung in diesem Fall nur noch durch die Streuungen der Durchlaßkennlinien der Gleichrichter Gyl bis Gr4 bestimmt. Diese Streuungen in den Durchlaßkennlinien lassen sich aber bekanntlich auch ohne besondere Aussortierung der Gleichrichter erheblich geringer halten als die Streuungen der Zenerkennlinien im Sperrbereich.
Auch der Aufwand für diese Schaltungsanordnung ist nicht größer, da für den Brückengleichrichter einfache Gleichrichter verwendet werden können, während als Zenerdioden mit Rücksicht auf die im Begrenzer umgesetzte Leistung im allgemeinen kostspielige Leistungszenerdioden zu verwenden sind. Wie schon erwähnt, kann bei einer derartigen Schaltungsausführung jedes spannungsbegrenzende Schaltelement vorgesehen werden. So ist es beispielsweise bei Begrenzungen für höhere Spannungen denkbar, an dieser Stelle einen Glimmstabilisator vorzusehen. Gemäß einer Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann dann gleichzeitig die Hilfsspannung für die Zündelektrode eines derartigen Glimmstabilisators über weitere Gleichrichter von der zu begrenzenden Spannung entnommen werden.
Eine Schaltungsausführung hierzu zeigt die Fig. 3. Bei dieser Schaltungsausführung ist als spannungsbegrenzendes Glied die Glimmstabilisatorröhre St vorgesehen, die ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 die Zenerdiode über die Brückengleichrichter Grl bis Gr4 angeschlossen ist. In dem Stromkreis zwischen dem Eingang E und dem Ausgang A sind die Widerstände B vorgesehen. Die der Zündelektrode C über den Widerstand W zuzuführende Spannung wird von der Speisespannung über die Gleichrichter Gr5 bzw. Gr6 entnommen.
Die an Hand der Fig. 2 und 3 erläuterten Schaltungsausführungen können zur Begrenzung von Wechselstromimpulsen, z. B. von Telegrafiezeichen, verwendet werden, also für Spannungen, bei denen Rechteckwechsel mit unterschiedlicher oder auch gleicher Breite der einzelnen Schritte aufeinanderfolgen. Sollen jedoch reine Wechselspannungen entsprechend begrenzt werden, so kann die Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit Hilfe von zwei Gleichrichtern und einer Mittelpunktschaltung ersetzt werden. Ein Ausführungsbeispiel hierzu zeigt die Fig. 4, in der die Zenerdiode Z an den gemeinsamen Punkt der entgegengesetzt in Reihe geschalteten Gleichrichter Gr7 und Gr8 sowie an den Mittelabgriff des Übertragers U sekundärseitig angeschlossen ist.
Die Anwendung der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann beispielsweise an Stelle der Zenerdiode in Fig. 2 oder 4 bzw. des Glimmstabilisators in Fig. 3 ein anderes nichtlineares Glied eingesetzt werden. Hierdurch wird es möglich, die gesamte Schaltung zur nullpunktsymmetrischen Verzerrung von Wechsel-oder Gleichspannungen zu verwenden. Derartige Vierpole könnten in logarithmischen Verstärkern, als Funktionsgeneratoren mit nullsymmetrischer Kennlinie, in Analogierechengeräten oder in Dynamikdehnern und -pressern, d. h. in Kompandern, verwendet werden, wobei nur wenige geradzahlige Oberwellen erzeugt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schaltungsanordnung zur symmetrischen Spannungsbegrenzung von Wechselspannungen und von Impulsen unterschiedlicher Polarität, z. B. Telegrafiezeichen, mit Hilfe eines nichtlinearen Gliedes, z. B. einer Zenerdiode, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges nichtlineares Glied über eine Doppelweggleichrichterschaltung derart angeschaltet ist, daß dieses Glied unabhängig von der Polarität der an die Anordnung angelegten Spannung in der gewünschten Richtung wirksam wird.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsbegrenzendes Glied eine Zenerdiode (Z) vorgesehen ist, die über vier zu einer Brücke zusammengeschaltete Gleichrichter (Grl ... Gr4) als Querzweig so angeschaltet ist, daß die Zenerdiode die Brückengleichrichterschaltung belastet (Fig.2).
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als spannungsbegrenzendes Glied ein Glimmstabilisator (St) vorgesehen ist, dessen Hilfsspannung für die Zündelektrode über Gleichrichter (Gr5, Gr6) von der zu begrenzenden Spannung abgezweigt wird (Fig. 3).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung von reinen, sinusförmigen Wechselspannungen ein spannungsbegrenzendes Glied, vorzugsweise in Form einer Zenerdiode (Z), zwischen dem Mittelabgriff der Sekundärwicklung eines Übertragers (tJ) und dem Zwischenpunkt zweier in Reihe gegeneinandergeschalteter Dioden (Gr7, Gr8) angeschlossen ist, die an der Sekundärwicklung des Übertragers liegen (Fig. 4).