DE1178471B

DE1178471B - Circuit arrangement for limiting the amplitude of small alternating voltages

Info

Publication number: DE1178471B
Application number: DES76164A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Kupka
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1961-10-06
Filing date: 1961-10-06
Publication date: 1964-09-24

Description

Schaltungsanordnung zur Amplitudenbegrenzung kleiner Wechselspannungen Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Amplitudenbegrenzung kleiner Wechselspannungen, die dem Eingang eines Zweiweggleichrichters mit einer Zenerdiode an seinem Ausgang derart zugeführt werden, daß die Begrenzung beim Erreichen der Zenerspannung erfolgt.Circuit arrangement for limiting the amplitude of small alternating voltages The invention relates to a circuit arrangement for limiting amplitude smaller AC voltages connected to the input of a full-wave rectifier with a zener diode are fed at its output in such a way that the limit on reaching the Zener stress takes place.

Es sind Begrenzerschaltungen für Oszillatoren und Verstärker bekannt, bei denen die Begrenzung der Schwingamplitude bzw. der Ausgangsspannung mit vorgespannten Dioden erfolgt. Bei derartigen Schaltungsanordnungen muß jedoch der, die Begrenzerwirkung einschränkende, hohe Durchlaßwiderstand in Kauf genommen werden, der durch die Reihenschaltung des Diodendurchlaßwiderstandes und des Innenwiderstandes der Gleichstromwelle gegeben ist.Limiter circuits for oscillators and amplifiers are known, where the limitation of the oscillation amplitude or the output voltage with biased Diodes takes place. In such circuit arrangements, however, the limiting effect restrictive, high forward resistance must be accepted due to the series connection of the diode forward resistance and the internal resistance of the direct current wave is.

Es ist ferner eine Schaltungsanordnung zur symmetrischen Spannungsbegrenzung von Wechselspannungen und von Impulsen unterschiedlicher Polarität mit Hilfe eines nichtlinearen Gliedes bekannt, bei der 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. Als nichtlineares Glied kann hierbei eine Zenerdiode verwendet werden.It is also a circuit arrangement for symmetrical voltage limitation of alternating voltages and of pulses of different polarity with the help of a known nonlinear member, in which a single nonlinear member over a Full-wave rectifier circuit is switched on in such a way that this element is independent on the polarity of the voltage applied to the device in the desired direction takes effect. A Zener diode can be used here as a non-linear element.

Bei einer derartigen Schaltung wird für das zur Begrenzung dienende nichtlineare Glied keinerlei Vorspannung benötigt, so daß die mit Innenwiderstand behaftete Gleichstromquelle entfällt. Da außerdem die als nichtlineares Begrenzerglied dienende Zenerdiode im Durchbruchsbereich einen kleinen Innenwiderstand besitzt als die sonst zur Begrenzung verwendeten Dioden, wird der Innenwiderstand der gesamten Begrenzerschaltung gegenüber den eingangs genannten Begrenzerschaltungen verkleinert. Ferner werden durch .diese Schaltungsanordnung mit nur einer Zenerdiode beide Halbwellen der Wechselspannungen begrenzt, so daß für beide Halbwellen stets die gleichen Betriebsverhältnisse geschaffen sind. Da jedoch einerseits der Innenwiderstand von Zenerdioden je nach der Größe der Zenerdioden verschieden ist und in Bereichen von einer Zenerspannung oberhalb 10 V und unterhalb 5 V noch verhältnismäßig groß ist, andererseits aber die Wahl der Zenerspannung im wesentlichen von der Größe der am Eingang .der Gleichrichterschaltung anliegenden Wechselspannung und dem gewünschten Begrenzungseinsatz abhängig ist und daher nicht ein günstiger Zenerspannungsbereich frei wählbar ist, ist bei dieser Anordnung der Innenwiderstand noch verhältnismäßig groß, so daß die Regelsteilheit für viele Anwendungszwecke nicht ausreicht. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Begrenzerschaltungsanordnung mit gegenüber bekannten Begrenzerschaltungsanordnungen kleinerem Innenwiderstand zu schaffen.In such a circuit is used for limiting non-linear member does not require any bias, so that with internal resistance Affected direct current source is omitted. In addition, as a non-linear limiter element serving Zener diode has a small internal resistance in the breakdown area than the diodes otherwise used for limiting, the internal resistance of the entire Limiter circuit reduced in size compared to the aforementioned limiter circuits. Furthermore, this circuit arrangement with only one Zener diode causes both half-waves the alternating voltages are limited, so that the same operating conditions are always the same for both half-waves are created. However, since on the one hand the internal resistance of Zener diodes depends on the size of the Zener diodes is different and in areas of a Zener voltage above 10 V and below 5 V is still relatively large, but on the other hand the choice of the Zener voltage essentially depends on the size of the rectifier circuit at the input applied alternating voltage and the desired limitation application is dependent and therefore a favorable Zener voltage range cannot be freely selected, is with this one Arrangement of the internal resistance is still relatively large, so that the steepness of the control is not sufficient for many purposes. The invention is therefore the object based on a simply constructed limiter circuit arrangement with opposite known To create limiter circuit arrangements with a smaller internal resistance.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die Spannungsbegrenzerschaltung gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß der Zweiweggleichrichter als Spannungsvervielfacherschaltung aufgebaut ist, an deren Ausgang eine Spannung zwischen 5 V und 10 V abnehmbar ist, und daß zur Spannungsbegrenzung eine Zenerdiode mit entsprechender Zenerspannung, kleinem Innenwiderstand und vernachlässigbarem Temperaturbeiwert verwendet wird.To solve this problem, the voltage limiter circuit according to of the invention designed so that the full-wave rectifier as a voltage multiplier circuit is constructed, at the output of which a voltage between 5 V and 10 V can be taken off, and that a zener diode with a corresponding zener voltage is used to limit the voltage, low internal resistance and negligible temperature coefficient is used.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß unter Beibehaltung der vorstehenden, für die letztgenannte bekannte Schaltungsanordnung beschriebenen Vorteile der Innenwiderstand der Begrenzeranordnung wesentlich verringert wird, wodurch die Regelsteilheit der gesamten Anordnung besonders groß ist. Ferner gelangt man auch bei kleinen zu begrenzenden Spannungen durch geeignete Wahl der Vervielfachung stets in das Zenerspannungsgebiet zwischen 5 und 10 V. In diesem Gebiet weisen nämlich die Zenerdioden einen sehr kleinen Innenwiderstand und einen fast vernachlässigbar kleinen Temperaturbeiwert auf. Die Spannungsbegrenzerschaltung nach der Erfindung eignet sich vor allem auch für Generatoren, bei denen eine hohe Frequenzkonstanz gefordert wird. Bei derartigen Generatoren muß nämlich einerseits der Schwingstrom durch den Quarz möglichst klein gehalten werden, auf der anderen Seite ist es aber vvegen des bereits erwähnten günstigen Spannungsbereiches der Zenerdioden erforderlich, daß am Ausgangsschwingkreis des Quarzgenerators für eine wirksame Begrenzung eine Spannung zwischen 3,6 und 7,2 V zur Verftügung steht. Dieser Widerspruch wurde bisher so gelöst, daß der Generator meistens über eine zwei- oder mehrstufige Verstärkerschaltung rückgekoppelt wurde. Bei der Anwendung einer Spannungsvervielfacherschaltung nach der Erfindung lassen sich entweder alle Verstärkerstufen oder zumindest ein Teil der Verstärkerstufen einsparen. Ferner ist diese Spannungsbegrenzerschaltung besonders für Hochfrequenzkreise geeignet, die nicht einpolig geerdet werden dürfen. Verwendet man für die Gleichrichterdioden des Gleichrichters Kristalldioden mit kleiner Sperrschichtkapazität, so ist die Begrenzerschaltung bis in den Bereich sehr hoher Frequenzen brauchbar.Through these measures it is achieved that while maintaining the above, for the latter known circuit arrangement described advantages of the internal resistance the limiter assembly is significantly reduced, whereby the steepness of the control entire arrangement is particularly large. Furthermore, even with small ones one arrives to be limited Stresses always in the Zener stress area through a suitable choice of the multiplication between 5 and 10 V. In this area the Zener diodes have a very small internal resistance and an almost negligible temperature coefficient on. The voltage limiter circuit according to the invention is also particularly suitable for generators where a high frequency constancy is required. With such Generators must namely on the one hand the oscillating current through the quartz as small as possible be held, on the other hand it is in view of what has already been mentioned favorable voltage range of the Zener diodes required that on the output resonant circuit of the quartz generator for effective limitation a voltage between 3.6 and 7.2 V is available. This contradiction has so far been resolved that the generator usually has a two-stage or multi-stage amplifier circuit was fed back. When using a voltage multiplier circuit according to the invention can be either all amplifier stages or at least some save on the amplifier stages. Furthermore, this voltage limiter circuit is special suitable for high-frequency circuits that must not be single-pole earthed. Used For the rectifier diodes of the rectifier, crystal diodes with a small junction capacitance are used, the limiter circuit can thus be used up to the range of very high frequencies.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.

In der Schaltung nach der Zeichnung ist ein über zwei in Basisschaltung arbeitende Transistorstufen rückgekoppelter Quarzgenerator dargestellt. Am Ausgangsschwingkreis 6 der zweiten Oszillatorstufe liegt die als Zweiweggleichrichter dienende Spannungsverdopplerschaltung 7 nach Villard, bestehend im wesentlichen aus den beiden Dioden I, 2, dem Koppelkondensator 3 und dem Ladekondensator 4. Der Ausgang dieser Spannungsverdopplerschaltung 7 arbeitet auf die Zenerdiode 5. Schwingt der Generator an, so baut sich am Ladekondensator 4 eine Gleichspannung auf, die etwa gleich dem doppelten Spitzenwert der Wechselspannung am Ausgangsschwingkreis 6 der zweiten Oszillatorstufe ist. Solange diese Gleichspannung kleiner ist als die Zenerspannung, stellt die Zenerdiode einen nahezu unendlich hohen Belastungswiderstand dar, so daß für das Anschwingen die volle Verstärkung des Transistorverstärkers ausgenützt wird. Erreicht die Gleichspannung am Ladekondensator 4 die Größe der Zenerspannung, so wird der Innenwiderstand der Zenerdiode 5 klein und verhindert ein weiteres Ansteigen der Gleichspannung am Ladekondensator 4. Dadurch wird die Rückkopplungsspannung am Quarz konstant gehalten und der Verstärker wird im linearen Teil seiner Arbeitskennlinie betrieben. Die Größe der zu begrenzenden Spannungsamplitude kann durch geeignete Wahl der Zenerspannung variiert werden.The circuit according to the drawing shows a quartz generator which is fed back via two transistor stages operating in a base circuit. At the output resonant circuit 6 of the second oscillator stage is the voltage doubler circuit 7 according to Villard, which serves as a full-wave rectifier and consists essentially of the two diodes I, 2, the coupling capacitor 3 and the charging capacitor 4. The output of this voltage doubler circuit 7 works on the Zener diode 5. The generator starts to oscillate , a DC voltage builds up on the charging capacitor 4, which is approximately equal to twice the peak value of the AC voltage on the output resonant circuit 6 of the second oscillator stage. As long as this DC voltage is lower than the Zener voltage, the Zener diode represents an almost infinitely high load resistance, so that the full amplification of the transistor amplifier is used for the oscillation. If the DC voltage on the charging capacitor 4 reaches the size of the Zener voltage, the internal resistance of the Zener diode 5 becomes small and prevents the DC voltage on the charging capacitor 4 from increasing further. The size of the voltage amplitude to be limited can be varied by a suitable choice of the Zener voltage.

Claims

Claim: Circuit arrangement for limiting the amplitude smaller AC voltages connected to the input of a full-wave rectifier with a zener diode are fed at its output in such a way that the limit on reaching the Zener voltage takes place, characterized in that the full-wave rectifier as Voltage multiplier circuit is formed, at the output of which a voltage between 5 V and 10 V is removable, and that a Zener diode to limit the voltage with a corresponding Zener voltage, small internal resistance and negligible Temperature coefficient is used. Publications considered: German Auslegeschrift No. 1095 321; Swiss patent specification No. 224 517.