DE1248751B

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Publication number: DE1248751B
Application number: DE1966S0101434
Authority: DE
Priority date: 1966-01-13
Filing date: 1966-01-13
Publication date: 1967-08-31

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

H 02 mH 02 m

Deutsche Kl.: 21 a4 - 35/12 German class: 21 a4 - 35/12

Nummer: 1248 751Number: 1248 751

Aktenzeichen: S 101434 IX d/21 a4File number: S 101 434 IX d / 21 a4

Anmeldetag: 13. Januar 1966Filing date: January 13, 1966

Auslegetag: 31. August 1967Opened on August 31, 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.Rectifier circuit for devices and devices for electrical communications and measurement technology consist in the simplest case of a rectifier and one to smooth the rectified AC voltage Serving capacitor to which the consumer is connected in parallel. While with a rectifier can only realize a half-wave rectifier circuit, can with at least two rectifiers built both full wave and voltage doubler circuits will. Practically only tubes are used to rectify alternating voltages with a higher frequency and semiconductor diodes in question. Their rectifying properties are based on a current-voltage characteristic with a kink above which the diode has a low forward resistance, while this resistance in the area below the kink is greater by a few powers of ten. Of the Transition between these two areas referred to as the blocking and passing areas of the diode generally does not show a pronounced kink, but rather represents a zone in which the resistance of the Diode gradually decreases from the blocking range to the pass range, with a power function. Even if this transition zone is relative in relation to the entire dynamic range of the diode is small, but it limits the application of such circuits to low AC voltages. As soon as the size of the AC voltage to be rectified is in the range of this Transition zone certain voltage comes, the rectifier effect is impaired. To this Difficulty to get out of the way, the AC voltage to be rectified has to be provided if it is the Diode is no longer able to control correctly, initially in one of the rectifier circuit upstream AC voltage amplifiers are sufficiently amplified. This can sometimes be significant Bring effort, especially when the AC voltage preamplifier is subject to greater demands the freedom from noise and linearity.

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.The invention is based on the object described in the introduction for a rectifier circuit Art of specifying a simple solution that enables you to do so with little extra effort to process small, preferably very small alternating voltages properly.

Ausgehend von einer Gleichrichterschaltung für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik, bestehend aus wenigstens einem vorgespannten Gleichrichter und einem Kondensator, GleichrichterschaltungBased on a rectifier circuit for devices and equipment for electrical communications and measurement technology, consisting of at least one preloaded rectifier and a capacitor, Rectifier circuit

Anmelder:Applicant:

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

Als Erfinder benannt:
Klaus Boshold, MünchenNamed as inventor:
Klaus Boshold, Munich

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.which the direct current consumer is connected in parallel, this object is achieved according to the invention solved that the rectifier is a diode with a pronounced curve kink between blocking and Pass band is that also the bias of the diode for an operating point immediately before the Pass band is dimensioned and that the bias source of a further diode with at least approximately the same properties as the first-mentioned diode consists of a series resistor from a direct voltage source a direct current which determines the magnitude of the bias voltage is imprinted.

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.The invention is based on the knowledge that even small alternating voltages can be obtained with the aid of Let semiconductor diodes rectify properly if it is possible to get the working point of a sharp one Define the kink exhibiting diode with high temporal constancy for a point directly at the kink. The inventive design of the bias voltage source can be this requirement in meet in a very simple way, because this essentially depends on temperature fluctuations Changes in the threshold voltage that determines the distance between the kink and zero voltage be automatically compensated by the bias source.

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 mitIn a preferred embodiment for voltage doubling according to the invention, in which of two series-connected T-half members with a capacitor series member and a rectifier cross member in the first and a rectifier longitudinal member and a capacitor cross member in the second If use is made of the T-half link, the two rectifiers connected in series in the same direction are used at least approximately the same diodes with

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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.a pronounced kink in the characteristic curve between the blocking and transmission ranges. Here it is the two Diodes common bias voltage source to the free connection of the diode in the shunt of the first T-half-link switched on. The bias source in turn has two connected in series in the same direction Diodes of the same type, which have a sufficiently large capacitor in parallel, and which have a Direct current is impressed, which is about twice the value of the operating point bias voltage of a diode is sized.

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.Silicon diodes are expediently used as diodes, in which the transition zone between high and low resistance branch of the characteristic curve is very small, so that there is a relatively sharp kink in the characteristic curve is present.

An Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden.With reference to embodiments that are shown in the drawing, the invention is intended in will be explained in more detail below.

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.The F i g. 1 shows the current-voltage characteristic curve KL of a silicon diode which is preferably used in the rectifier circuit according to the invention and which has a sharp transition from the high-resistance to the low-resistance part. If the working point AP is placed directly in this transition, then small alternating voltages can be rectified perfectly, because up to very small modulations of the applied alternating voltage, the falsifications due to an exponential transition from the high-ohmic to the low-ohmic part of the characteristic curve KL are negligibly small.

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.The F i g. 2 shows in the circuit diagram a rectifier circuit according to the invention, essentially consisting of two diodes D 1 and D 2 of the same type, in which the diode Dl is flowed through by a voltage source via a series resistor RV in such a way that its operating point is at the kink of the characteristic curve and that the diode D 2 which is oppositely poled to the diode Dl is likewise biased by the drop across the diode Dl voltage to the inflection point of the characteristic. When a small AC voltage Z7 ~ is applied to the input of the circuit, only the negative half-wave passes through the diode D 2 and feeds the capacitor C 2 in the output-side shunt branch, which is used to smooth the half-wave and to which the consumer RA is connected in parallel. Another possible connection path of the same half-wave fails due to a choke L, which is in series with the diode D1 and parallel to the AC voltage input. It is dimensioned so that it represents a block for the alternating voltage.

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.Since both diodes D1 and D 2 are of the same type and their working point is the same, the influence of temperature changes on the working point of diode D 2 is compensated.

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 the circuit for voltage doubling according to the invention shown in FIG. 3, the bias voltage source makes use of two diodes of the same type D 3 and D 4 connected in series in the same direction and connected to a DC voltage source via the series resistor RV. The series resistor RV and the DC voltage source are dimensioned so that a voltage drops across both diodes D 3 and D which corresponds to the value of their threshold voltage, ie the operating point of the diodes is fixed for the break point of their characteristic curves. Furthermore, a capacitor C1 is connected in parallel to the two diodes, which short-circuits the internal resistance of the bias voltage source in the case of alternating current. The direct voltage drop across diodes D 3 and D 4 biases two diodes D 5 and D 6, which are also connected in the same direction and which are polarized opposite to the diode train D 3 and D 4 , in each case to their characteristic kink as an operating point.

In ihrer Gesamtheit besteht die Schaltung nach derIn its entirety, the circuit is based on the

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.3 of two series-connected T-half members with the capacitor C 3 as a longitudinal member and the diode D 5 as a cross member in the first and the diode D 6 as a series member and the parallel connection of capacitor C 2 and the consumer as a cross member in the second T. - half-link. The arrangement described above for biasing the diodes D 5 and D 6 is connected to the free end of the diode D 5 . When a small alternating voltage is applied to the alternating voltage input t / ~, the negative half-wave is fed directly to the consumer RA via the capacitor C 3 and the diode D 6. The positive half-wave, on the other hand, first charges the capacitor C 3 via the conductive diode DS here. This charge then becomes effective, together with the following negative half-wave, via the now conductive diode D 6 on capacitor C 2 in the sense of doubling the voltage.

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.Since all diodes present in the circuit are identical and set for the same operating point, the influence of temperature fluctuations on the position of the operating point of diodes D 5 and D 6 is compensated for by diodes D 3 and D 4 of the bias voltage source, which are subject to the same temperature fluctuations.

Claims

Patent claims:

1. Rectifier circuit for devices and facilities of electrical communications and Measurement technology, consisting of at least one preloaded rectifier and one capacitor, to which the direct current consumer is connected in parallel, characterized in that that the rectifier is a diode with a pronounced curve kink between blocking and the pass band is that furthermore the bias voltage of the diode for an operating point is immediate is sized before the pass band and that the bias source from another Diode with at least approximately the same properties as the first-mentioned diode consists of A series resistor from a DC voltage source determines the size of the bias voltage Direct current is impressed.

2. Rectifier circuit according to claim 1 for voltage doubling using two series-connected T-half members with a capacitor longitudinal member and a rectifier cross member in the first and a rectifier longitudinal member and a capacitor cross member in the second T-half member, characterized in that both rectifiers connected in series in the same direction are at least approximately the same Diodes with a pronounced kink in the characteristic curve between the blocking and transmission ranges are that Furthermore, the two diodes common to the free terminal of the diode in the branch of the first T-half-link connected bias

source two at least approximately identical diodes connected in series in the same direction Kind has a sufficiently large capacitor in parallel, and that the in this diode series connection impressed direct current for about twice the value of the operating point bias voltage a diode is dimensioned.

3. Rectifier circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the diodes Silicon diodes are.

1 sheet of drawings