DE2719591B2 - Schaltungsanordnung zur Spitzenwertgleichrichtung von Wechselspannungssignalen unterschiedlicher Frequenz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Spitzenwertgleichrichtung von Wechselspannungssignalen unterschiedlicher Frequenz mit einer Abtast- und Halteschaltung, die den jeweiligen Spitzenwert abtastet und speichert und von der die gleichgerichtete Spannung abgenommen wird.

Aus der Zeitschrift »Elektrotechnik«, 51 (1969), Heft 11, Seiten 18 und 19, ist es bekannt, in Zusammenhang mit einem phasenabhängigen Gleichrichter ein Ausgangssignal zu erzeugen, das gleich der Umhüllenden eines Wechselspannungssignals ist. Diese Wechselspannung entsteht dadurch, daß eine Brücke von einem Oszillator gespeist ist und sich Brückenversiimmungen im Auftreten eines Wechselspannungssignals an einer Brückendiagonale auswirken. Die Amplitude des Wechselspannungssignals ist abhangig von der Hrückenverstimniung. Wird dieses Wechselspannungssignal einem phasenabhängigen Gleichrichter zugeführt, der von dem die Brücke speisenden Oszillator geschaltet ist, so treten an dessen Ausgang Gleichspannungssignale auf, welche die Form von doppelweggleichgerichteten Wechselspannungssignalen haben, mit dem Unterschied, daß diese Gleichspannungssignale je nach dem Brückensignal positiv oder negativ sind. In einem Siebglied können sie geglättet werden, wobei der

Ladekondensator verhindert, daß das Ausgangssignal rasch abklingt. Es ist zwar möglich, durch Verkleinern der Entladezeit des Kondensators die Ausschwingzeit zu verkürzen. Eine solche Maßnahme bewirkt aber eine Verzerrung bei tiefen Frequenzen des gleichgerichteten Signals.

In der DE-OS 20 54 120 ist ein Verfahren zur Gleichrichtung einer Wechselspannung beschrieben, bei dem im Takt der Haibperioden der Eingangswechselspannung abwechselnd einer von zwei Speichern auf den Wert der Eingangswechselspannung aufgeladen wird und der andere Speicher den vorher aufgenommenen Wert an den Ausgang abgibt. Jeder Speicher wird zu Beginn derjenigen Halbperiode der Eingangswechselspannung, während der er auf den Wert der Eingangswechselspannung aufgeladen werden seil, kurzzeitig entladen. Ein derartiges Verfahren eignet sich nur zum Gleichrichten einer Wechselspannung mit einer einzigen bestimmten Frequenz, nicht aber eines Signalgemischs mit verschiedenen Frequenzen.

Dieser Nachteil wird mit einer Anordnung behoben, die aus der DE-OS 21 63 399 bekannt wurde. Auch diese Anordnung enthält einen Gleichrichter und zwei diesem nachgeschaltete Ladekondensatoren. Eine Schalteinrichtung entlädt mit einer Frequenz, die höchstens gleich der niedrigsten Frequenz des Wechselspannungssignals ist, abwechselnd einen der beiden Ladekondensatoren und fragt die Ladespannung des jeweils nicht entladenen Kondensators oder eine davon abgeleitete Spannung ab. Diese Anordnung weist aber trotz des großen Aufwandes noch den Nachteil auf, daß das Ausgangssignal verzögert den Spitzenwerten des Eingangssignals folgt und daß diese Verzögerung um so größer ist, je breilbandiger das Eingangssignal ist.

Schließlich ist aus »ATM — Archiv für Technisches Messen«. Blatt V 3332-2 (Juli/August 1975), eine Anordnung zum Messen von Amplituden bekannt, die einen Spitzenwertgleichricluer enthält, dessen Ladekondensator mit dem Spitzenwert aufgeladen und bei Nulldurchgang des Eingangssignals entladen wird. Während der Zeit, in welcher der Spitzenwert gespeichert ist, wird die Kondensatorspannung von einer zweiten Abtast- und Halteschaltung abgetastet und für eine Periode der Wechselspannung gespeichert. Von dieser Abtast- und Halteschaltung wird das gleichgerichtete Signal abgenommen. Diese bekannte Schaltung benötigt außer einem Detektor für den Nulldurchgang des Eingangssignals zwei monostabile Kippstufen und zwei Abtast- und Halteschaltungen. Eine weitere Vorrichtung zum Messen des Signalpegels von Impulszügen, die eine Abtast- und Halteschaltung enthält, ist in der DE-AS 17 66 145 beschrieben.

Der vorliegenden F.rfindiing liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Spitzenwertgleichrichtung von Wechselspiinnungssignalen unterschiedlicher Frequenz zu schaffen, die sich durch geringen Aufwand auszeichnet.

Erfindungsgemäß wird diose Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Maßnahmen gelöst,

Das Differenzierglied hat die Aufgabe, die zeilliche Ableitung des Eingangssignals zu bilden. Der nachgeschaltete Vergleicher stellt den Niilldurchgang der zeitlichen Ableitung und damit das Auftreten des Spitzenwertes des Eingangssignal fest. Wird also mit dem Komparatorsigna! die Abtast- und Halteschaltung auf »Abtasten« gesteuert, so wird der Spitzenwert übernommen.

Das Ausgangssignal des Vergleichers kann dadurch modifiziert werden, daß es einer monostabilen Kippstufe zugeführt ist, deren Zeitkonstante an die Zeit angepaßt ist, die die Abtast- und Halteschaltung braucht, um das Eingangssignal zu übernehmen.

Im Falle sehr langsam sich verändernder Eingangssignale kann es unerwünscht sein, wenn sich das Ausgangssignal nur dann ändert, wenn das Eingangssignal einen Spitzenwert erreicht hat. Um dies zu verhindern, kann eine zweite monostabile Kippstufe vorgesehen sein, deren Zeitkonstante etwa gleich der kürzesten gewünschten Periodendauer der Ausgangssignale ist und die die Abtast- und Halteschaltung in den Abtastzustand steuert, wenn sie im stabilen Zustand ist. Die beiden monostabilen Kippstufen können bei geeigneter logischer Verknüpfung ihrer Ausgangssignale gleichzeitig eingesetzt werden.

Anhand der Zeichnung werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Vorteile und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung; in

Fig.2 sind Diagramme zur Verdeutlichung der Funktion der Anordnung nach F i g. 1 dargestellt.

Einem Eingang Eder Anordnung nach Fig. 1 ist ein Wechselspannungssignal unterschiedlicher Frequenz zugeführt, das einerseits auf eine Abtast- und Halteschaltung AH und andererseits auf den Eingang eines Differenziergliedes DF, das die zeitliche Ableitung des Eingangssignals bildet, gelangt. An den Ausgang des Differenziergliedes DF ist der eine Eingang eires Vergleichers K angeschlossen, dessen anderer Eingang an Masse liegt. Der Vergleicher K steuert eine erste monostabile Kippstufe Λ/ 1 an, welcher der Rücksetzeingang CL und der Setzeingang einer zweiten monostabilen Kippstufe Λ/2 nachgeschaltet ist. An deren Ausgang ist der Steuereingang 57" der Abtustund Halteschaltung angeschlossen, welche einen Ausgang A speist. Das oberste Zeitdiagramm der F i g. 2 zeigt den Verlauf einer Eingaiigsspannung ίΛ, welche zunächst etwa den Verlauf einer abklingenden Wechselspannung hat und später einen kleinen langsamen Anstieg und einen flachen Abfall aufweist. Von dieser Spannung wird im Differenzierglied DF die zeitliche Ableitung ^d^''gebildet, deren zeitlicher Verlauf im

U/

zweiten Diagramm dargestellt ist Der Vergleicher K bildet daraus ein binäres Signai (Diagramm ArJi das bei jedem Vorzeichenwechsel der Ausgangsspannung des Differenziergliedes seinen Signalzustand ändert, so daß die Impulsflanken das Auftreten von Extremwerten anzeigen. Zum Erfassen des Spitzenwertes wird nur dr\r Wechsel von Positiv auf Negativ, also die oberen Spitzenwerte des Eingangssignals U_c berücksichtigt, indem die monostabile Kippstufe M1 so gewählt ist, daß ihre Zeitkonstante /1 klein im Vergleich zur Periodendauer der Eingangssignale ist und daß sie nur auf negative Impulsflanken reagiert Den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals der monostabilen Kippstufe MX zeigt Diagramm m 1. Die Ausgangsimpulse der monostabilen Kippstufe Mi, die auf den Eingang CL der Kippstufe M2 gelangen, setzen diese zurück. Mit den negativen Flanken wird die Kippstufe wieder gesetzt, so daß die im Diagramm /n 2 gezeigten Impulse entstel.en, die dem Steuereingang ST der Abtast- und Halteschaltung zugeführt sind. F-. im Signalzustand Null wird die Abtast- und Halteschaltung AH im Zustand »Abtasten« betrieben, beim Signalzustand »1« im Zustand »Halten«. Liegt eine Wechselspannung ausreichend hoher Frequenz am Eingang, wird die Abtast- und Ha'.eschaltung AH nur während der verhältnismäßig kurzen Zeiten f 1 in den Abtastzustand gesteuert. Am Ausgang A erscheint daher das im Diagramm i/, gezeigte Ausgangssignal.

Fällt das Wechselspannungssignal aus, kippt die monostabile Kippstufe M2 nach einer Zeitdauer f 2 in den stabilen Zustand zurück und setzt damit die Abtast- und Halteschaltung AHin den Abtastzustand, in dem sie das dem Eingang E zugeführte Signal unverändert zum Ausgang A durchschaltet, wie im rechten Drittel der Diagramme der F i g. 2 zu sehen ist. Erreicht aber die Eingangsspannung U? einen Maximalwert, geht die zeitliche Ableitung dUe/dt durch Null, der Vergleicher K spricht an und setzt die monostabile Kippstufe M 1 in den astabilen Zustand. Damit wird auch die Kippstufe MI gesetzt, bis sie nach ihrer Zeitkonstante f 2 wieder zurückkippt. In dieser Zeit ist die Eingangsspannung um einen kleinen Betrag gefallen, der in der Ausgangsspanniing υ., als Sprung erscheint. Danach sinkt die Ausgangsspannung wie die Eingangsspannung langsam ab. Die Zeilkonstante ι 2 ist etwa gleich der gewünschten kürzesten Periodendauer des Ausgangssignals.

liier/u I IiIaIt /cicliininucn

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Spitzenwertgleichrichtung von Wechselspannungssignalen unterschiedlicher Frequenz mit einer Abtast- und Halteschaltung, die den jeweiligen Spitzenwert abtastet und speichert und von der die gleichgerichtete Spannung abgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, daB ein Differenzierglied (DF) vorgesehen ist, dem die gleichzurichtende Wechselspannung zugeführt ist und an dessen Ausgang der eine Eingang ( + ) eines Vergleichers (K) angeschlossen ist, dessen zweiter Eingang (-) mit Nullpotential verbunden ist und dem der Steuereingang der Abtast- und Halteschaltung (AH) nachgeschaltet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Verglei^aers (K) und den Steuereingang (ST) der Abtast- und Halteschaltung (AH) eine erste monostabile Kippstufe (M 1) geschaltet ist, deren Zeitkonstante (t 1) im Vergleich zu den Periodendauern der Eingangssignale kurz ist und die im astabilen Zustand die Abtast- und Halteschaltung (AH)\n den Abtastzustand steuert.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Vergleichers (K)und den Steuereingang (STJder Abtast- und Halteschaltung (AH) eine zweite monostable Kippstufe (M 2) geschaltet ist, deren Zeitkonstante (t?) etw. gleich der kürzesten gewünschten Perioc'endauer der Ausgangssignale der Ablast-und Halteschalti.· g (AH) ist und die von den Ausgangsimpulsen des Differenziergliedes (DF) oder davon abgeleiteten Impulsen (ni2) in den astabilen Zustand gesetzt wird und im stabilen Zustand die Abtast- und Halteschaltung (AH)\n den Abtastzustand schaltet.