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Schaltungsanordnung zur phasenselektiven Gleichrichtung In der elektrischen
Meß- und Regelungstechnik liegt häufig die Aufgabe vor, eine Wechselspannung oder
einen Wechselstrom phasenselektiv gleichzurichten. Dabei ist der am Ausgang der
Schaltung abgegebene Gleichstrom oder die Gleichspannung nach Größe (Amplitude)
und Polarität (Phasenlage) der Eingangs-Wechselgröße proportional.
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Die Aufgabe wurde bisher vorzugsweise mit Hilfe bekannter Demodulator-Schaltungen
gelöst, wie z. B. Ringmodulator, Gegentaktmodulator und Vierpolmodulator. Der Nachteil
dieser Schaltungen besteht vor allem in ihrem schlechten Wirkungsgrad, ihrem oft
erheblichen Aufwand und der zum Teil sehr hohen Welligkeit der Ausgangsgröße.
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Daneben sind verschiedene Schaltungen bekanntgeworden, in denen durch
den Einsatz von Transistoren, zum Teil in Verbindung mit Dioden, außer der phasenselektiven
Gleichrichtung eine Verstärkerwirkung erzielt wird. Nachteile dieser Schaltungen
sind entweder eine mittelangezapfte Last oder hoher Aufwand an Schaltmitteln.
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Zum Stand der Technik gehört ferner eine Anordnung zur Steuerung von
Wechselstromverbrauchern, die einen am Netz liegenden Transformator aufweist, in
dessen Primärkreis eine Gleichrichterbrücke in Graetz-Schaltung liegt, deren Gleichstromdiagonale
eine gittergesteuerte Entladungsröhre enthält. Hiermit kann der Wechselstromkreis
beliebig gesteuert werden.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur phasenselektiven
Gleichrichtung von Wechselstrom oder Wechselspannung mit einer steuernden Wechselspannungsquelle
und einer zu einem Lastwiderstand und einer Wechselspannungsquelle in Reihe liegenden
Gleichrichterbrücke in Graetz-Schaltung, deren Gleichstromdiagonale einen in Abhängigkeit
von der Steuerspannung leitend werdenden Transistor enthält. Gemäß der Erfindung
wird die Basisvorspannung des Transistors einem Spannungsteiler entnommen, der an
die Gleichstromdiagonale der Brücke angeschlossen ist, und dem einen Teilwiderstand
des Spannungsteilers ist ein Kondensator parallel geschaltet.
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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen gemäß F i g.
1 und 2 der Zeichnung erläutert. Einander entsprechende Teile sind mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 weist einen Netztransformator
N in Reihe mit einem Lastwiderstand R auf. An dieser Reihenschaltung liegt die aus
den Dioden D1 bis D4 bestehende Graetz-Gleichrichterschaltung. In der Gleichstromdiagonale
dieser Schaltung ist die Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors Tr angeordnet.
Der Basisanschluß des Transistors ist über die Sekundärwicklung eines Übertragers
Ü mit der Mittelanzapfung eines aus den Widerständen R1 und R2 und dem Kondensator
C bestehenden Spannungsteilers verbunden. Die Primärwicklung des übertragers Ü wird
mit der phasenselektiv gleichzurichtenden Wechselspannung U beaufschlagt. Der Emitter
des Transistors liegt ebenso wie der Kondensator C und der Widerstand R2 an dem
positiven Eckpunkt der Gleichrichterbrücke. Der Kollektor und der Widerstand R1
sind dagegen mit dem negativen Eckpunkt der Brücke verbunden. Die Spannungsteilerschaltung
liefert die für den Betrieb des Transistors erforderliche Basisvorspannung. Der
Kondensator C dient zur Ableitung der am Widerstand R2 auftretenden, der Gleichspannung
überlagerten Wechselspannung.
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Die Schaltungsanordnung ist so bemessen, daß beim Fehlen einer Eingangsspannung
U ein in beiden Halbwellen symmetrischer Laststrom durch den Lastwiderstand R fließt.
Dabei verlaufen die Ströme der einen Halbwelle über die Diode D4, den Transistor
Tr und die Diode Dl, während in der anderen Halbwelle der Strom über die Diode D3,
den Transistor Tr und die Diode D, fließt. Beim Auftreten einer Eingangsspannung
U wird der Transistor je nach Größe und Phasenlage dieser Spannung in der einen
Halbwelle stärker und in der anderen schwächer ausgesteuert. Das Ergebnis ist wiederum
ein unsymmetrischer Wechselstrom mit einem von der phasenselektiv gleichzurichtenden
Eingangsgröße abhängigen Gleichstromanteil.
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F i g. 2 zeigt eine Erweiterung der Schaltungsanordnung gemäß F i
g. 1 zu einer Gegentaktschaltung mit zwei Gleichrichterbrücken. Der Netztransformator
N' besitzt eine mittelangezapfte Sekundärwicklung,
deren Anzapfung
zum Lastwiderstand R führt. Im übrigen entsprechen die beiden Hälften der Gegentaktschaltung
der Anordnung gemäß F i g. 1.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Solange die an beiden Eingangsübertragern
Ü und Ü' liegende Wechselspannung gleich Null ist, werden in jeder Halbwelle die
beiden Transistoren Tr und Tr' gleich stark ausgesteuert. In einer bestimmten Halbwelle
fließt z. B. ein Strom über die Diode D3, den Transistor Tr und die Diode D2 in
Richtung des linken Pfeiles über den Lastwiderstand R. Zu gleicher Zeit fließt ein
bei fehlender Aussteuerung gleich großer Strom in Richtung des rechten Pfeiles über
den Lastwiderstand R, die Diode D4" den Transistor Tr' und die Diode D; . In der
nächsten Halbwelle sind die Stromrichtungen vertauscht. Die Ströme im Lastwiderstand
heben sich also gegenseitig auf, solange die Eingangsspannung U gleich Null ist.
Beim Auftreten einer gleichzurichtenden Spannung ist der von dem einen Kreis herrührende
Strom verstärkt und der Strom des anderen Kreises geschwächt. Im Lastwiderstand
R fließt also ein nach Größe und Richtung von der phasenselektiv gleichzurichtenden
Eingangsspannung U abhängiger Strom, dessen Wechselstromanteil bei Verwendung sinusförmiger
Speisespannung schon recht gering ist. Wenn man die Schaltungsanordnung mit rechteckförmiger
Wechselspannung speist; erhält man im Lastwiderstand R einen fast reinen Gleichstrom.
Die noch verbleibenden Wechselstromanteile können durch geringe Siebmittel eliminiert
werden. Die. Gegentaktanordnung ist immer dann anzuwenden, wenn im Lastwiderstand
ohne großen Aufwand für eine besondere Siebung ein Gleichstrom fließen soll.
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Zur Kennlinienverbesserung, Temperaturstabilisierung usw. können zusätzlich
verschiedene Maßnahmen angewendet werden. Da derartige Schaltungshilfsmittel bekannt
sind, werden sie hier nicht beschrieben. Die beschriebenen Schaltungen zur phasenselektiven
Gleichrichtung zeichnen sich vor den bekannten Anordnungen durch einen hohen Wirkungsgrad,
die volle Ausnutzung der Verstärkerwirkung und den einfachen Aufbau aus. Als weitere
Vorzüge, die sich infolge des Arbeitens mit eingeprägtem Strom ergeben, sind die
weitgehende Unabhängigkeit des Ausgangsgleichstromes von der Speisewechselspannung
zu erwähnen.