DE1248751B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H 02 m

Deutsche Kl.: 21 a4 - 35/12

Nummer: 1248 751

Aktenzeichen: S 101434 IX d/21 a4

Anmeldetag: 13. Januar 1966

Auslegetag: 31. August 1967

Gleichrichterschaltung für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik bestehen im einfachsten Fall aus einem Gleichrichter und einem der Glättung der gleichgerichteten Wechselspannung dienenden Kondensator, dem der Verbraucher parallel geschaltet ist. Während sich mit einem Gleichrichter lediglich eine Einweggleichrichterschaltung verwirklichen läßt, können mit wenigstens zwei Gleichrichtern sowohl Doppelweg- als auch Spannungsverdopplerschaltungen aufgebaut werden. Zur Gleichrichtung von Wechselspannungen mit höherer Frequenz kommen praktisch nur Röhren und Halbleiterdioden in Frage. Ihre Gleichrichtereigenschaft beruht auf einer Stromspannungskennlinie mit einem Knick, oberhalb dessen die Diode einen geringen Durchlaßwiderstand aufweist, während dieser Widerstand im Bereich unterhalb des Knicks um einige Zehnerpotenzen größer ist. Der Übergang zwischen diesen beiden als Sperr- und Durchlaßbereich der Diode bezeichneten Bereiche zeigt im allgemeinen keinen ausgeprägten Knick, sondern stellt eine Zone dar, in der der Widerstand der Diode allmählich vom Sperrbereich zum Durchlaßbereich hin abnimmt, und zwar mit einer Potenzfunktion. Auch wenn diese Übergangszone im Verhältnis zum gesamten Aussteuerbereich der Diode relativ klein ist, begrenzt sie doch die Anwendung derartiger Schaltungen nach kleinen Wechselspannungen hin. Sobald nämlich die Größe der gleichzurichtenden Wechselspannung in den Bereich der durch diese Übergangszone bestimmten Spannung kommt, wird der Gleichrichtereffekt beeinträchtigt. Um dieser Schwierigkeit aus dem Wege zu gehen, muß die gleichzurichtende Wechselspannung, sofern sie die Diode nicht mehr richtig auszusteuern vermag, zunächst in einen der Gleichrichterschaltung vorgeschalteten Wechselspannungsverstärker ausreichend verstärkt werden. Dies kann mitunter einen erheblichen Aufwand mit sich bringen, zumal dann, wenn an den Wechselspannungsvorverstärker größere Anforderungen an die Rauschfreiheit und die Linearität gestellt werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Gleichrichterschaltung der einleitend beschriebenen Art eine einfache Lösung anzugeben, die sie bei geringem Mehraufwand in die Lage versetzt, auch kleine, vorzugsweise sehr kleine Wechselspannungen einwandfrei zu verarbeiten.

Ausgehend von einer Gleichrichterschaltung für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik, bestehend aus wenigstens einem vorgespannten Gleichrichter und einem Kondensator, Gleichrichterschaltung

Anmelder:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 2

Als Erfinder benannt:
Klaus Boshold, München

dem der Gleichstromverbraucher parallel geschaltet ist, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Gleichrichter eine Diode mit einem ausgeprägten Kennlinienknick zwischen Sperr- und Durchlaßbereich ist, daß ferner die Vorspannung der Diode für einen Arbeitspunkt unmittelbar vor dem Durchlaßbereich bemessen ist und daß die Vorspannungsquelle einer weiteren Diode mit wenigstens annähernd gleichen Eigenschaften wie die erstgenannte Diode besteht, der über einen Vorwiderstand von einer Gleichspannungsquelle ein die Größe der Vorspannung bestimmender Gleichstrom eingeprägt ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich auch kleine Wechselspannungen mit Hilfe von Halbleiterdioden einwandfrei gleichrichten lassen, wenn es gelingt, den Arbeitspunkt einer einen scharfen Knick aufweisenden Diode mit hoher zeitlicher Konstanz für eine Stelle unmittelbar am Knick festzulegen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorspannungsquelle läßt sich diese Voraussetzung in sehr einfacher Weise erfüllen, weil hierdurch die im wesentlichen auf Temperaturschwankungen beruhenden Änderungen der den Abstand des Knicks vom Spannungs-Null bestimmenden Schwellspannung durch die Vorspannungsquelle selbsttätig kompensiert werden.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Spannungsverdopplung nach der Erfindung, bei dem von zwei in Reihe geschalteten T-Halbgliedern mit einem Kondensatorlängsglied und einem Gleichrichterquerglied im ersten und einem Gleichrichterlängsglied und einem Kondensatorquerglied im zweiten T-Halbglied Gebrauch gemacht wird, sind die beiden miteinander gleichsinnig in Reihe geschalteten Gleichrichter wenigstens annähernd gleiche Dioden mit

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einem ausgeprägten Kennlinienknick zwischen Sperr- und Durchlaßbereich. Hierbei ist die den beiden Dioden gemeinsame Vorspannungsquelle an den freien Anschluß der Diode im Querzweig des ersten T-Halbgliedes angeschaltet. Die Vorspannungsquelle weist ihrerseits zwei gleichsinnig in Reihe geschaltete Dioden gleicher Art auf, denen ein ausreichend groß bemessener Kondensator parallel liegt und denen ein Gleichstrom eingeprägt ist, der etwa für den doppelten Wert der Arbeitspunktvorspannung einer Diode bemessen ist.

Als Dioden werden zweckmäßig Siliciumdioden verwendet, bei denen die Ubergangszone zwischen hoch- und niederohmigem Kennlinienast sehr klein ist, so daß hier ein relativ scharfer Kennlinienknick vorliegt.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.

Die F i g. 1 zeigt die Stromspannungs-Kennlinie KL einer bei der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung bevorzugt verwendeten Siliciumdiode, die einen scharfen Übergang vom hochohmigen zum niederohmigen Teil aufweist. Wird der Arbeitspunkt AP unmittelbar in diesen Übergang gelegt, so lassen sich kleine Wechselspannungen einwandfrei gleichrichten, weil bis zu sehr kleinen Aussteuerungen der angelegten Wechselspannung die Verfälschungen infolge eines exponentiellen Übergangs vom hochohmigen zum niederohmigen Teil der Kennlinie KL vernachlässigbar gering sind.

Die F i g. 2 zeigt im Schaltbild eine erfindungsgemäße Gleichrichterschaltung, im wesentlichen bestehend aus zwei gleichartigen Dioden D1 und D 2, bei der die Diode Dl, über einen Vorwiderstand R V von einer Spannungsquelle derart stromdurchflossen wird, daß ihr Arbeitspunkt im Kennlinienknick liegt und daß die Diode D 2, die zur Diode Dl entgegengesetzt gepolt ist, von der an der Diode Dl abfallenden Spannung ebenfalls auf den Knickpunkt der Kennlinie vorgespannt wird. Bei Anlegen einer kleinen Wechselspannung Z7~ an den Eingang der Schaltung durchläuft nur die negative Halbwelle die Diode D 2 und speist den im äusgangsseitigen Querzweig liegenden Kondensator C 2, der zur Glättung der Halbwelle dient und dem der Verbraucher RA parallel geschaltet ist. Ein anderer möglicher Verbindungsweg derselben Halbwelle scheitert an einer Drossel L, die in Reihe mit der Diode D1 dem Wechselspannungseingang parallel liegt. Sie ist so bemessen, daß sie für die Wechselspannung eine Sperre darstellt.

Da beide Dioden Dl und D 2 gleichartig sind und ihr Arbeitspunkt der gleiche ist, wird der Einfluß von Temperaturveränderungen auf den Arbeitspunkt der Diode D 2 kompensiert.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten Schaltung zur Spannungsverdopplung nach der Erfindung macht die Vorspannungsquelle von zwei gleichsinnig in Serie geschalteten gleichartigen Dioden D 3 und D 4 Gebrauch, die über den Vorwiderstand R V an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist. Der Vorwiderstand R V und die Gleichspannungsquelle sind so dimensioniert, daß an beiden Dioden D 3 und D jeweils eine Spannung abfällt, die dem Wert ihrer Schwellspannung entspricht, d. h. der Arbeitspunkt der Dioden für den Knickpunkt ihrer Kennlinien festgelegt ist. Ferner ist den beiden Dioden ein Kondensator C1 parallel geschaltet, der den Innenwiderstand der Vorspannungsquelle bei Wechselstrom kurzschließt. Die an den Dioden D 3 und D 4 abfallende Gleichspannung spannt zwei ebenfalls gleichsinnig geschaltete Dioden D 5 und D 6, die dem Diodenzug D 3 und D 4 entgegengesetzt gepolt sind, jeweils auf ihren Kennlinienknick als Arbeitspunkt vor.

In ihrer Gesamtheit besteht die Schaltung nach der

ίο Fig. 3 aus zwei in Reihe geschalteten T-Halbgliedern mit dem Kondensator C 3 als Längsglied und der Diode D 5 als Querglied im ersten und der Diode D 6 als Längsglied und der Parallelschaltung von Kondensator C 2 und dem Verbraucherin als Querglied im zweiten T-Halbglied. Die zuvor beschriebene Anordnung zur Vorspannung der Dioden D 5 und D 6 ist an dem freien Ende der Diode D 5 angeschlossen. Bei Anlegen einer kleinen Wechselspannung an den Wechselspannungseingang t/~ wird die negative Halbwelle über den Kondensator C 3 und die Diode D 6 dem Verbraucher RA unmittelbar zugeführt. Die positive Halbwelle lädt dagegen zunächst über die hier leitende Diode DS den Kondensator C 3 auf. Anschließend wird diese Ladung zusammen mit der folgenden negativen Halbwelle über die nunmehr wieder leitende Diode D 6 am Kondensator C 2 im Sinne einer Spannungsverdopplung wirksam.

Da alle in der Schaltung vorhandenen Dioden gleichartig und für denselben Arbeitspunkt festgelegt sind, wird der Einfluß von Temperaturschwankungen auf die Lage des Arbeitspunktes der Dioden D 5 und D 6 durch die den gleichen Temperaturschwankungen unterworfenen Dioden D 3 und D 4 der Vorspannungsquelle kompensiert.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gleichrichterschaltung für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik, bestehend aus wenigstens einem vorgespannten Gleichrichter und einem Kondensator, dem der Gleichstromverbraucher parallel geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter eine Diode mit einem ausgeprägten Kennlinienknick zwischen Sperr- und Durchlaßbereich ist, daß ferner die Vorspannung der Diode für einen Arbeitspunkt unmittelbar vor dem Durchlaßbereich bemessen ist und daß die Vorspannungsquelle aus einer weiteren Diode mit wenigstens annähernd gleichen Eigenschaften wie die erstgenannte Diode besteht, der über einen Vorwiderstand von einer Gleichspannungsquelle ein die Größe der Vorspannung bestimmender Gleichstrom eingeprägt ist.

2. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1 zur Spannungsverdopplung unter Verwendung von zwei in Reihe geschalteten T-Halbgliedern mit einem Kondensatorlängsglied und einem Gleichrichterquerglied im ersten und einem Gleichrichterlängsglied und einem Kondensatorquerglied im zweiten T-Halbglied, dadurch gekennzeichnet, daß beide miteinander gleichsinnig in Reihe geschalteten Gleichrichter wenigstens annähernd gleiche Dioden mit einem ausgeprägten Kennlinienknick zwischen Sperr- und Durchlaßbereich sind, daß ferner die beiden Dioden gemeinsame, an den freien Anschluß der Diode im Querzweig des ersten T-Halbgliedes angeschaltete Vorspannungs-

quelle zwei wenigstens annähernd gleiche und gleichsinnig in Reihe geschaltete Dioden gleicher Art aufweist, denen ein ausreichend groß bemessener Kondensator parallel liegt, und daß der in diese Diodenreihenschaltung eingeprägte Gleichstrom für etwa den doppelten Wert der Arbeitspunktvorspannung einer Diode bemessen ist.

3. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden Siliciumdioden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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