DE3010856A1

DE3010856A1 - Gleichrichterschaltung mit nullkorrektur

Info

Publication number: DE3010856A1
Application number: DE19803010856
Authority: DE
Inventors: Robert Emile Johan Van D Grift
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1979-04-02
Filing date: 1980-03-21
Publication date: 1980-10-23
Also published as: FR2453530B1; JPS55133682A; US4314326A; JPS6215031B2; GB2046453B; GB2046453A; DE3010856C2; FR2453530A1; NL7902545A

Description

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24.1 .1980. <T PHN 9410.

_._ _. Gleichrichterschaltung mit Nullkorrektur.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichterschaltung mit einem ersten und einem zweiten Schaltungseingang, denen Wechselströme im Gegentakt zugeführt werden, wobei diese VorricJi Lung mit ο Ln«m ernten und ο 1 rioin zweiten Stromkreis versehen ist, die zwischen den ersten bzw. den zweiten Schaltungseingang und einen Speisungsanschlusspunkt aufgenommen sind, während weiter eine Stromspiegelschaltung vorgesehen ist, die die Stromkreise derart miteinander koppelt, dass in Abhängigkeit von der Polarität des Unterschiedes zwischen den Strömen in den Stromkreisen der Strom im einen Stromkreis zu dem anderen Stromkreis mit einer Stromverstärkung von nahezu 1 weitergekoppelt wird, wobei der erste bzw. der zweite Schaltungseingang über einen dritten bzw. einen vierten Strorakreis mit einem Schaltungsausgang gekoppelt ist, dem der gleichgerichtete Wechselstrom entnommen wird, wobei dieser dritte und dieser vierte Stromkreis je die Hauptstrombahn eines Transistors enthalten, wobei die Stromausgangselektroden dieser Transistoren mit dem Schaltungsausgang gekoppelt sind.

Eine derartige Gleichrichterschaltung ist aus der DE-OS 26 31 161 bekannt.

Wenn diese Gleichrichterschaltung einen grossen dynamischen Bereich aufweisen soll, darf der NuIlfehler, d.h. das Ausgangssignal bei kurzgeschlossenem

-4 -5

Eingang, nicht mehr als 10 oder 10 des vollen Skalenwertes sein. Es hat sich herausgestellt, dass diese Anforderung ohne eine automatische Nullfehlerkorrektur nicht erfüllt werden kann.
Dadurch, dass die Tatsache benutzt wird, dass in der betreffenden Gleichrichterschaltung der positive Teil und der negative Teil des Wechselstromsignals besondere Wege durchlaufen, ist es möglich, in einer

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Vergleichsschaltung die zwei Werte miteinander zu ver- ί

gleichen und ein Gleichspannungsdifferenzsignal zu messen, das in einer Gegenkopplungsschleife verwendet werden kann, ^: um seinen Wert möglichst klein zu machen.

Die Erfindung schlägt eine derartige Vergleichsschaltung vor und ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichstromunsymmetrie zwischen den Strömen des dritten und des vierten Stromkreises dadurch auf nahezu Null herabgesetzt wird, dass eine Stromvergleichsvorrichtung mit einem ersten Eingang an die Stromausgangselektrode des dritten Stromkreises, mit einem zweiten Eingang an die Stromausgangselektrode des vierten Stromkreises und mit einem ersten Ausgang an den Schaltungsausgang angeschlossen und weiter mit mindestens einem Steueraus— gang versehen ist, der mit einem der genannten Stromkreise verbunden ist, und dass die Stromvergleichsvorrichtung weiter zwei Stromdurchführungskreise enthält, die zwischen dem ersten bzw. dem zweiten Eingang und dem ersten Ausgang angeordnet sind, wobei zu diesen Kreisen integrierende Elemente parallelgeschaltet und über diesen Elementen die zwei Eingangsklemmen eines Differenzverstärkers angeordnet sind, dessen Ausgang mit dem Steuerausgang verbunden ist, um einen Ausgleichsstrom als Punktion der Gleichstromunsymmetrie zwischen den Mittelwerten der obengenannten Ströme zu liefern.

Die vorerwähnte Genauigkeitsanforderung kann mit dieser Schaltung ohne weiteres erfüllt werden. Ausserdem bedeutet die Massnahme nach der Erfindung nur eine geringe Erweiterung der ursprünglichen Schaltung, die einfach in einer Ausführungsform als integrierte Schaltung der Gleichrichterschaltung aufgenommen werden kann. Es ist auch vorteilhaft, dass die Form der positiven und negativen Teile des Wechselstromsignals nicht beeinflusst wird, so dass eine Istwertmessung stets möglich bleibt.

Eine erste Ausfuhrungsform der Gleichrichterschaltung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Sfcromdurchführungskreise miteinander identisch sind und gleiche Ströme führen, und dass als integrierendes Element

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ein Kondensator zwischen dem ersten und dem zweiten Ein-

gang angeordnet ist, über dem der Eingang des Differenzverstärkers angeschlossen ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass die Symmetrie der ursprünglichen Schaltung in dieser Erweiterung aufrechterhalten ist und dass nur ein einziger Kondensator benötigt wird.

Eine zweite Ausführungsform ist dadurch

gekennzeichnet, dass die Stromdurchführungskreise Widerstände sind. Dadurch wird eine einfache Schaltung erhalten.

Eine dritte AusfUhrungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdurchführungskreise einen Stromspiegel bilden, der aus zwei Transistoren besteht, deren Emitter miteinander und mit dem ersten Ausgang und deren Basen miteinander und mit einem Speisungspunkt verbunden sind, während der eine Kollektor mit dem ersten Eingang und der andere Kollektor mit dem zweiten Eingang verbunden ist. Dabei ist es vorteilhaft, dass ein Stromdurchführungskreis erhalten wird, der einen nahezu konstanten Spannungsabfall über einen sehr breiten Strombereich ergibt (dies im Gegensatz zu einem Widerstand), wodurch der Wert des Kondensators bei gleichbleibendem unterem Frequenzbereich viel kleiner werden kann und die Empfindlichkeit erhöht wird.

In einer vierten und in einer fünften Ausführungsform wird der symmetrische Charakter ebenfalls dadurch aufx-echterhalten, dass der Differenzverstärker im Gegentakt ausgeführt und der Differentialausgang des Verstärkers symmetrisch mit den Stromkreisen der ursprünglichen Gleichrichterschaltung gekoppelt wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild nach der Erfindung, Fig. 2 ein einfaches Detailschaltbild, und Fig. 3 ein näher ausgearbeitetes Schaltbild einer Gleichrichterschaltung nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist mit dem Block 1 ein Spannuiigs/ Strom-Umsetzer und mit dem Block 2 eine Gleichrichter-

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schaltung bezeichnet, wie sie in der genannten DE-OS

26 31 161 beschrieben sind. Dem Ausgangspunkt 3» der den Schaltungsausgang darstellt, kann der gleichgerichtete Wechselstrom entnommen werden. In der bekannten Schaltung ist dieser Punkt mit den Kollektoren zweier Transistoren verbunden, die den dritten und den vierten Stromkreis bilden. In Fig. 1 der vorliegenden Anmeldung sind diese Kollektoranschlüsse durch den Ausgang k, der über einen ersten Eingang 5 ^an die Stromvergleichsvorrichtung 6 an— geschlossen ist, und durch den Ausgang k des vierten Stromkreises im Block 2 dargestellt, der mit dem zweiten Eingang 7 verbunden ist. Ein erster Ausgang 9 der Vorrichtung 6 ist mit dem Schaltungsausgang 3 verbunden. Ein Steuerausgang 10 ist mit den Stromkreisen im Block 2 gekoppelt, um einen Ausgleichstrom zu liefern, so dass zwischen den Ausgängen k und 8 nahezu keine Gleichspannung mehr vorhanden sein kann. Die Stromvergleichsvorrichtung 6 enthält weiter zwei Stromdurchführungskreise 11 und 12, die in Form von Widerständen dargestellt sind. Als integrierende Elemente sind die Kondensatoren I3 und 14 angebracht, die durch den Kondensator 15 ersetzt werden können. Der Unterschied zwischen den Gleichspannungen über den Kondensatoren I3 und 14, der gleich der Gleichspannung über dem Kondensator I5 bei dessen Vorhandensein sein wird, wird den Klemmen 16 und 17 eines Differenzverstärkers 18 zugeführt, dessen Ausgang mit dem Steuerausgang 10 verbunden ist. Von diesem Verstärker, gegebenenfalls im Gegentakt ausgeführt, wird ein Ausgleichsstrom an die Gleichrichterschaltung 2 geliefert, so dass entweder der Ausgang k oder der Ausgang 8 oder im Gegentakt beide Ausgänge einen zusätzlichen Gleichstrom liefern, der die Gleichstromunsymmetrie der Ströme ausgleicht, die die Ausgänge h und 8 infolge der Wirkung der Blöcke 1 und 2 bzw. infolge einer Gleichstromkomponente im angebotenen Wechselspannungssignal liefern. Für den Regelbereich der Schaltung 6 ist es empfehlenswert, die letztere Komponente dadurch zu beseitigen, dass ein Trennkondensator I9 zwischen dem Spannungs—Strom-Umsetzer 1 und dem Eingang 20

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der Schaltung angeordnet wird.

In Fig. 2 sind die Blöcke der Pig. 1 näher

ausgearbeitet. Der Spannungs-Strom-Umsetzer 1 ist aus den Transistoren 23 und 2k aufgebaut. Die Emitter dieser Transistoren sind an je eine Stromquelle gleichen Wertes 26 bzw. 27 angeschlossen und sind über einen Widerstand 25 miteinander gekoppelt. Die "Wechselspannung wird den Klemmen 28 und 29 zugeführt, so dass die Schaltungseingänge 21 und 22 der Gleichrichterschaltung 2 Wechselströme im Gegentakt empfangen. Der erste Stromkreis wird durch den Transistor 30 und der zweite Stromkreis durch den Transistor 31 gebildet. Die Transistoren 30, 31, 32 und 33 bilden die genannte Stromspiegelschaltung. Ein Transistor 34 bildet den dritten Stromkreis und ein Transistor 35 den vierten Stromkreis.

Bekanntlich wird bei einer symmetrischen

Einstellung der Gleichrichterschaltung 2, wobei z.B. die Eingänge 28 und 29 miteinander verbunden sind, der Strom I von der Quelle 27 durch den Transistor 30 und derselbe Strom I von der Quelle 26 durch den Transistor 3I fliessen. Die Kollektorspannungen dieser Transistoren sind einander gleich, so dass die Transistoren Jk und 35 gesperrt sind und der Ausgang 3 keinen Strom führt. Wenn nun durch einen Spannungsunterschied an den Eingängen 28 und 29 der Strom durch den Transistor 30 I + i ist, führt auch der Transistor 3I wegen der Stromspiegelschaltung diesen Strom. Der Strom, den der Transistor 23 aufnimmt, ist aber I - i, so dass ein überschuss von 2i vorhanden ist. Dadurch nimmt die Kollektor-Emitterspannung des Transistors 31 ^ab, wird der Transistor 33 gesperrt, steigt die Basis-Emitter spannung des Transistors 32 an und steigt die Kollektor-Emitterspannung des Transistors 30 an. Dadurch wird der Transistor 35 leitend und nimmt den Strom 2i auf, deidem Ausgang 3 geliefert wird. Im Falle eines Polaritätswechseis an den Eingängen 28 und 29 führt der Transistor 34 einen Strom 2i. In der bekannten Schaltung bildeten die Klemmen k, 8 und 3 ein Ganzes. Nach der Erfindung ist eine Stromvergleichsvorrichtung 6 zwischen den Klemmen '+ und 8

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und dem Ausgang 3 angeordnet. Diese Vorrichtung besteht

aus den ¥iderständen gleichen Wertes 11 und 12, dem Kondensator 15 und dem Differenzverstärker 18, der durch die Transistoren 36 und 37 und die gemeinsame Emitterstrom- ; quelle 38 gebildet wird. ¥enn die Ströme, die die Transistoren 3k und 35 j also der dritte bzw. der vierte j Stromkreis, liefern, einen gleichen Mittelwert aufweisen, wird dem Kondensator I5 keine Gleichspannung zugeführt und ist der Verstärker 18 symmetrisch eingestellt, was bedeu-j tet, dass jeder Transistor, 36 sowie 37₅ den halben Quellenstrom der Quelle 38 ^an die Klemme 10b bzw. an die Klemme 10a liefert. Diese gleichen Ströme werden von den Transistoren 31 bzw. 30 geliefert und üben weiter keinen Ein-, fluss auf die Stromspiegelwirkung dieser Transistoren aus.

¥enn jedoch, z.B. durch eine Ungleichheit- der Quellen 26 und 27 oder durch eine Asymmetrie in dem Mittelwert des positiven Teiles in bezug auf den negativen Teil der angebotenen Wechselspannung, ein zusätzlicher Strom I z.B. am Eingang 22 in bezug auf den Eingang 21 vorhanden ist, wird dieser Strom über den Transistor 3I auch vom Transistor 30 geliefert werden. Dieser Strom wird vom Transistor 3^ weitergeleitet. Es wird ein Spannungsabfall über dem Widerstand 11 erhalten, der, Über eine ziemlich lange Zeit betrachtet, nicht über dem Widerstand 12 vorhanden ist, so dass sich der Kondensator I5 auflädt. Die Kondensatorspannung steht über den Eingängen 16 und 17 des Verstärkers 18, so dass letzterer asymmetrische Ströme in den Transistoren 36 und 37 führen wird. Der Transistor 37 wird einen Strom führen, der um einen gleichen Betrag höher ist als der vom Transistor 36 geführte Strom niedriger ist. Ein Gleichgewichtszustand wird erreicht, wenn mit einer möglichst niedrigen Spannung über dem Kondensator 15 der Transistor 37 einen Strom — I abführt, also über die Klemme 10a vom Transistor 30 her. Der Transistor 3I liefert dann auch einen Strom — X . Der Transistor 36 nimmt einen Strom -τ; I auf oder liefert der Klemme 1Öb einen Strom — I , der zusammen mit dem Strom — I des Transistors 31 den ursprünglichen durch Unsymmetrie verursachten Strom I

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ergibt. Der Transistor 3h braucht diesen Strom nicht mehr ._ aufzunehmen, wodurch die Unsymmetrie im Strom zwischen den Ausgängen 4 und 8 nahezu beseitigt ist und der Ausgang 3 nahezu stromlos ist oder nur die reinen Wechselstromkompo— nenten liefert. Dies ist von der RegelkreisverStärkung abhängig, die durch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers 18 und die Werte der Widerstände 11 und 12 bestimmt wird. Um dafür zu sorgen, dass diese Verstärkung möglichst gross ist, ist die Schaltung nach Fig. 3 entstanden.

In Fig. 3 werden die Stromdurchführungskreise 11 und 12 zwischen den Klemmen 4, 5 und 3 bzw. zwischen den Klemmen 7» 8 und 3 durch eine Stromspiegelschaltung gebildet, die aus den Transistoren 39 und 4θ besteht. Ein Strom von einem der Stromausgänge 7» 8 oder 4, 5 zu dem Ausgang 3 wird gleichmässig über die Transistoren 39 und 4θ verteilt. Dieser halbe Strom durchfliesst den Kondensator 15· Im Falle eines zu messenden Wechse.lsignals wird der Kondensator 15 abwechselnd von diesem Strom aufgeladen und entladen werden, weil bald der Ausgang 7> 8, bald der Ausgang 4, 6 Strom liefert. Wenn eine Unsymmetrie in diesen Strömen auftritt, behält der Kondensator eine Restladung bei. Die zugehörige Kondensatorspannung wird vom Verstärker 18 mit den Transistoren 36 und 37 gemessen, die Je al-s Darlingtonschaltung und also mit zusätzlicher Stromvcr-Stärkung ausgeführt sind. Der dritte und der vierte Stromkreis, also die Transistoren 34 und 35 der Fig. 2, werden in Fig.* 3 durch einen Emitterfolger 41 mit Stromquelle 42, die an den den Ausgangsstrom durchlassenden Transistor 43 angeschlossen ist, bzw. durch den Emitterfolger 44 mit der Stromquelle 4-5 und dem den Ausgangsstrom durchlas senden Transistor 46 gebildet. Ausserdem können diese Emitterfolger 41 und 44 benutzt werden, die Ausgleichsströme des Verstärkers 18 über die Klemmen 10a und 10b an die Stromspiegelschaltung 30-31 weiterzuleiten. Die Transistoren 32 und 33 der Fig. 2 sind in Fig. 3 ebenfalls mit Emitterfolgern 47 bzw. 48 versehen, um die Eingangskreise der Schaltung in möglichst geringem Masse zu belasten. Die Spannungsabfälle Über der Diode 49 und den Widerständen

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50 und 51 ergeben eine Möglichkeit, die Stromspiegelschaltung genau einzustellen. Die Widerstände 52 und 53 des Verstärkers 18 können abgeglichen werden, um den Verstärkungsfaktor derart einzustellen, dass keine Schwingungen 5 im Regelkreis auftreten.

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ΛΛ

Leerseite

Claims

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PATENTANSPRÜCHE :

. / 1 .) Gleichrichterschaltung mit einem ersten und

einem zweiten Schaltungseingang, denen Wechselströme im Gegentakt zugeführt werden, wobei diese Vorrichtung mit einem ersten und einem zweiten Stromkreis versehen ist, die zwischen den ersten bzw. den zweiten Schaltungseingang und einen Speisungsanschlusspunkt aufgenommen sind, während weiter eine Stromspiegelschaltung vorgesehen ist, die die Stromkreise miteinander koppelt, derart, dass in Abhängigkeit von der Polarität des Unterschiedes zwischen den Strömen in den Stromkreisen der Strom in einen Stromkreis zu dem anderen Stromkreis mit einer Stromverstärkung von nahezu 1 weitergekoppelt wird, wobei der erste bzw. der zweite Schaltungseingang über einen dritten bzw, einen vierten Stromkreis mit einem Schaltungsausgang gekoppelt ist, dem der gleichgerichtete Wechselstrom entnommen wird, wobei dieser dritte und dieser vierte Stromkreis die Hauptstrombahn je eines Transistors enthalten, wobei die Stromausgangselektroden dieser Transistoren mit dem Schaltungsausgang gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichstromunsymmetrie zwischen den Strömen des dritten (3^) und des vierten (35) Stromkreises dadurch auf nahezu Null herabgesetzt wird, dass eine Stromvergleichsvorrichtung (6) mit einem ersten Eingang (5) an die Stromausgangselektrode (h) des dritten Stromkreises (3^)» mit einem zweiten Eingang (7) an die Stromausgangselektrode (8) des vierten Stromkreises (35) und mit einem ersten Ausgang (9) an den Schaltungsausgang (3) angeschlossen und weiter mit mindestens einem Steuerausgang (1O) versehen ist, der mit einem der genannten Stromkreise (3k, 35) verbunden ist, und dass die Stromvergleichsvorrichtung ( 1 6) weiter zwei Stromdurchführungskreise (11, 12) enthält, die zwischen dem ersten (15) bzw. dem zweiten (7) Eingang und dem ersten Ausgang (9) angeordnet

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sind, wobei zu diesen Kreisen integrierende Elemente - — (13, 14, 15) parallelgeschaltet und über diesen Elementen die zwei Eingangsklemmen (16, 17) eines Differenzverstärkers (18) angeordnet sind, dessen Ausgang mit dem Steuer— ausgang (1O) verbunden ist, um einen Ausgleichsstrom als Funktion der Gleichstromunsymmetrie zwischen den Mittelwerten der obengenannten Strömen zu liefern.
2. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Stromdurchführungskreise (11» 12) miteinander identisch sind und gleiche Ströme führen, und dass als integrierendes Element ein Kondensator (15) zwischen dem ersten (5) und dem zweiten (7) Eingang angeordnet ist, über dem der Eingang (16, I7) des Differenzverstärkers (18) angeschlossen ist.

3· Gleichrichterschaltung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdurchführungskreise (11, 12) Widerstände sind, (Fig. 1,2).

k. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdurchführungskreise (11> 12) einen Stromspiegel bilden, der aus zwei Transistoren (39> *tO) besteht, deren Emitter miteinander und mit dem ersten Ausgang ( 3) und deren Basen miteinander und mit einem Speisungspunkt (38) verbunden sind, während der eine Kollektor mit dem ersten Eingang (5) und der andere Kollektor mit dem zweiten Eingang (7) verbunden ist. 5· Gleichrichterschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzverstärker (18) mit einem Differentialausgang (iOa, 10b) versehen ist, dessen einer (iOa) sowie dessen anderer Ausgang (iOb) mit dem ersten.(30) bzw. dem zweiten (31) Stromkreis gekoppelt sind.

6. Gleichrichterschaltung nach Anspruch 5»

dadurch gekennzeichnet, dass der eine Ausgang (iOa) mit dem dritten (3^) und der andere Ausgang (iOb) mit dem vierten Stromkreis (35) gekoppelt ist.

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