DE3138751A1

DE3138751A1 - Vollweggleichrichterschaltung und einen solchen verwendender pegelmesser

Info

Publication number: DE3138751A1
Application number: DE19813138751
Authority: DE
Inventors: Jun Yokohama Ishii
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1982-04-22
Also published as: US4445054A; GB2084826B; JPS5762779A; GB2084826A; JPS631833B2; DE3138751C2

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Doppelweggleichrichterschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine •Pegelmeßschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Die Verwendung eines Pegelsensors oder Pegelmessers mit einem Dynamikbereich von 100 dB ist bei Rausch-

-JO unterdrückungssystemen allgemein bekannt. Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Pegelmessers dieser Art. Dieser Pegelmesser besitzt einen logarithmischen Verstärker 10 zum Empfang eines Eingangssignals über einen Widerstand. Ferner sind Verstärker 12 und 14 zum Multiplizieren

•J5 des Ausgangssignals des logarithmischen Verstärkers 10 mit -+2 bzw. -2 vorgesehen. Dioden 16 und 18 sind mit ihren Anoden an die Ausgangsanschlüsse der jeweiligen Verstärker 12 und 14 angeschlossen und mit ihren Kathoden zusammengeschaltet. Die Ausgangssignale von den Verstärkern 12 und 14, die mittels der Dioden 16 und 18 zusammengeführt werden, werden an eine Glättungsschaltung 20 geliefert, die von einem Kondensator und einem Widerstand gebildet wird. Hier werden diese zusammengeführten Ausgangssignale zur Schaffung eines Gleichstromausgangssignals geglättet. Bei diesem Pegelmesser wird bei den Verstärkern 12 und 14 eine Offset-Spannung erzeugt, so daß die Gleichstromkomponenten der den Dioden 16 und 18 gelieferten Signale unterschiedliche Werte haben können. Sieht man von der Glättungsschaltung 20 ab, verschieben sich die von den Dioden 16 und 18 stammenden überlagerten Ausgangssign?le bei jeder Halbwelle, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Wenn dieser Offset der überlagerten Signals groß ist, dann ist auch der Fehler im Ausgangssignal groß. Wenn ferner das Ausgangssignal mittels der Glättungsschaltung 20 geglättet wird, dann

ist dem Gleichstromausgangssignal eine starke Welligkeit skomponente überlagert. Da außerdem die Verstärker 12 und 14 solche mit niedriger Verstärkung sind, wird es schwierig, eine Phasenverschiebung zwischen ihrer Eingangsspannung und ihrer Ausgangsspannung zu kompensieren. Es wird daher nötig, einen Kondensator großer Kapazität zu verwenden, um diese Phasenverschiebung zu kompensieren, was eine in integrierter Form ausgeführte Schaltung voluminös und teuer macht. 10

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vollweggleichrichterschaltung zu schaffen, bei der der nachteilige Effekt einer Offset-Spannung der Verstärker auf ein Minimum reduziert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vollweggleichrichterschaltung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Vollweggleichrichterschaltung geschaffen, die einen ersten Stromzweig aufweist, der mit einem Eingangsanschluß verbunden ist, um einen Strom entsprechend einer Signalkomponente einer Polarität des an den Eingangsanschluß angelegten Eingangssignals zu leiten. Die Schaltung besitzt ferner eine Widerstandsanordnung und eine Stromspiegelschaltung, die mit dem ersten Stromzweig und der Widerstandsanordnung verbunden ist und einen Strom führt, der gleich dem durch den ersten Stromzweig fließenden Strom ist. Ein ferner vorhandener zweiter Stromzweig ist mit dem Eingangsanschluß verbunden, um einen Strom entsprechend einer Signalkomponente der entgegengesetzten Polarität des an den Eingangsanschluß angelegten Eingangssignals zu führen.

Erfindungsgemäß ist dafür gesorgt, daß ein Strom wenigstens einer Polarität des Eingangssignals, beispielsweise einer negativen Signalkomponente durch den ersten Stromzweig fließt. Ein diesem Strom gleicher Strom fließt durch einen Widerstand, an welchem sich ein Ausgangssignal entsprechend der Signalkomponente derselben Polarität wie beschrieben abnehmen läßt. Auf diese Weise erhält man über dem Widerstand ein Ausgangssignal, das im wesentlichen keine Offset-Spannung aufweist und der Signalkomponente einer Polarität entspricht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter bezug auf die Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen: .

Fig. 1 ein Schaltbild einer Strommeßschaltung,

Fig. 2 einen Signalverlauf zur Erläuterung des

schädlichen Einflusses einer Offset-Spannung in den Verstärkern, die bei der

Pegelmeßschaltung von Fig. 1 verwendet werden,

Fig. 3 ein Schaltbild einer Pegelmeßschaltung mit einer Vollweggleichrichterschaltung

gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 4 ein Schaltbild einer Pegelmeßschaltung mit einer Vollweggleichrichterschaltung ent

sprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 ist ein Schaltbild einer Pegelmeßschaltung mit einer Vollweggleichrichterschaltung 100 gemäß einer

Ausführungsform der Erfindung. Diese Pegelmeßschaltung enthält einen logarithm!sehen Verstärker .101, der über einen Widerstand 102 ein Eingangssignal V . erhält und an die Vollweggleichrichterschaltung 100 ein Ausgangssignal logV . abgibt, das dem Logarithmus des Eingangssignals V . entspricht. Die Gleichrichterschaltung 100 enthält Widerstände 104 und 106, von denen jeweils.ein Ende mit dem Ausgangsanschluß des logarithmischen Verstärkers 101 verbunden ist. Das andere Ende des Widerstands 104 ist über die Emitter-Kollektor-Strecke eines NPN-Transistors 108 und eines PNP-Transistors 110 an einen positiven Stromquellenanschluß VP angeschlossen. Das andere Ende des Widerstands 106 ist über die Emitter-Kollektor-Strecken eines PNP-Transistors 112 und eines

"15 NPN-Transistors 114 mit einem negativen Stromquellenanschluß VN verbunden. Die Basen der Transistoren 108 und 112 sind mit der Basis eines NPN-Transistors 116 bzw. der Basis eines PNP-Transistors 118 verbunden, deren Emitter an Masse geschaltet sind. Kollektor.und Basis des Transistors 116 sind kurzgeschlossen und außerdem über eine Konstantstromquelle 120 an den positiven Stromquellenanschluß VP angelegt. Kollektor und Basis des Transistors 118 sind ebenfalls kurzgeschlossen und außerdem über eine Konstantstromquelle 122 mit dem negativen Stromquellenanschluß VN verbunden. Kollektor und Basis des Transistors 110 sind kurzgeschlossen und außerdem an die Basis eines PNP-Transistors 124 angelegt, dessen Emitter mit dem positiven Stromquellenanschluß VP verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 124 ist über einen Widerstand 126 an Masse geschaltet und außerdem mit der Basis eines NPN-Transistors 128 verbunden, dessen Kollektor am positiven Stromquellenanschluß VP liegt. Der Emitter des Transistors 128 ist mit einem Ausgangsanschluß dieser Schaltung verbunden und über einen Kondensator 130 an Masse gelegt. Der

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•j Emitter des Transistors 128 ist außerdem über einen Widerstand 132 mit dem negativen Stromquellenanschluß VN verbunden. Basis und Kollektor des Transistors 114 sind kurzgeschlossen und außerdem mit der Basis eines NPN-Transistors 134 verbunden, dessen Emitter an dem negativen Stromquellenanschluß VN angeschlossen ist und dessen Kollektor mit dem Kollektor des Transistors 110 verbunden ist.

In der Pegelmeßschaltung von Fig. 3 bilden die Transistoren 110 und 124 einerseits und die Transistoren 114 und 134 andererseits jeweils eine Stromspiegelschaltung, während der Kondensator 130 und der Widerstand 132 eine Glättungsschaltung bilden. An die Stromquellenanschlüsse

•J5 VP und VN sind eine positive bzw. eine negative Gleichspannung beispielsweise gleichen Absolutwerts angelegt.

Die Funktionsweise der in Fig. 3 gezeigten Pegelmeßschaltung soll nun beschrieben werden. Es sei angenommen, daß der logarithmische Verstärker 101 ein Ausgangssignal einer positiven Spannung V1 (=loglv .J) entsprechend dem über den Widerstand 102 empfangenen Eingangssignal V . abgibt. Da die Emitterspannung des NPN-Transistors 108 in diesem Fall positiv ist, ist dieser Transistor gesperrt. Auf der anderen Seite ist der PNP-Transistor 112 leitend, da seine Emitterspannung positiv ist. Daher fließt durch den Transistor 112 ein Strom 11 (= V1/R1, wobei R1 den Widerstandswert des Widerstands 106 darstellt) . Dieser Strom 11 fließt auch durch den Transistor 114. Ein Strom 111 derselben Höhe wie der Strom 11 fließt deshalb durch den Transistor 134. Der Strom 111 fließt auch durch den Transistor 110, so daß ein Strom 112, der dem Strom 111 gleich ist, durch den Transistor 124 fließt. An die Basis des Transistors

.35 128 wird daher eine durch nachfolgende Gleichung (1)

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3 S 7SIf

TO

gegebene Basisspannung VB1 angelegt:

R2

VB1 = · VI ... (D

R1

wobei R2 den Widerstandswert des Widerstands 126 darstellt.

Wenn R2 = 2R1 ist, dann kann die Gleichung (1) wie folgt umgeschrieben werden:

VB1 = '2V1 ...(2)

Die Basisspannung des Transistors 128 ist doppelt so groß wie die Ausgangsspannung V1 ( >0) des logarithmisehen Verstärkers 101.

Wenn vom logarithmischen Verstärker 101 eine negative Spannung V2 als Ausgangssignal erzeugt wird, dann wird der Transistor 108 leitend, während der Transistor 112 gesperrt wird. Ein Strom 12 (=IV2|/R3, wobei R3 den " Widerstandswert des Widerstands 104 darstellt, fließt dann durch den Transistor 108. Dieser Strom 12 fließt auch durch den Transistor 110, so daß ein Strom 121, der dem- Strom 12 gleich ist, durch den Transistor 124 fließt. In diesem Fall wird an die Basis des Transistors 128 eine Basisspannung VB2 angelegt, die durch die nachfolgende Gleichung (3) gegeben ist:

R2
VB2 e ' · |V2| ... (3)

^R3

Wenn R2 = 2R3 ist, dann kann die Gleichung (3) wie. folgt umgeschrieben werden:

. VB2 = 2 j V21 - -2V2 ...(4)

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Die Höhe der Basisspannung des Transistors 128 ergibt sich daher durch Multiplizieren der Höhe der Ausgangsspannung V2 (<0) des logarithmischen Verstärkers 101 mit -2.

Wenn daher bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung die Ausgangsspannung des logarithmischen Verstärkers 101 positiv oder negativ ist, wird an den Transistor 128 eine Spännung angelegt, die sich aus der Multiplikation dieser Ausgangsspannung mit +2 oder -2 ergibt.

Elig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Pegelmeßschaltung mit einer Doppelweggleichrichterschaltung 150 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Schaltung erzeugt ein logarithmischer Verstärker 103 eine Ausgangsspannung, die das Doppelte des Briggsschen Loga-

, . rithmus log ]V .1 (= VT) der Eingangsspannung V . ist. Der Ausgangsanschluß des logarithmischen Verstärkers 103 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 152 und außerdem über einen Widerstand 156 mit dem Emitter eines NPN-Transistors 154 verbunden. Die Basis des Transistors 154 ist mit der Basis eines NPN-Transistors 158 verbunden/ dessen Emitter an Masse geschaltet ist. Kollektor und Basis des Transistors 158 sind kurzgeschlossen und außerdem über eine Konstantstromquelle 160 an den positiven Stromquellenanschluß VP angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 154 ist mit dem Kollektor eines PNP-Transistors 162 verbunden, dessen Emitter an den positiven Stromquellenanschluß VP gelegt ist. Kollektor und Basis des Transistors 162 sind kurzgeschlossen und mit der Basis eines PNP-Transistors 164 verbunden, dessen Emitter mit dem positiven Stromquellenanschluß VP verbunden ist. Der Kollektor des Transistors 164 ist über einen Widerstand 166 an Masse geschaltet und außerdem mit der Basis eines NPN-Transistors 168 verbunden. Der

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Kollektor des Transistors 168 ist mit dem Kollektor des Transistors 152 sowie mit dem positiven Stromquellenanschluß VP verbunden. Der Emitter des Transistors ist zusammen mit dem Emitter des Transistors 152 über einen Kondensator 170 an Masse geschaltet. Diese Emitter sind außerdem über einen Widerstand 172 an den negativen Stromquellenanschluß VN angeschlossen und mit dem Ausgangsanschluß verbunden.

In dieser Schaltung bilden die Transistoren 162 und eine Stromspiegelschaltung, und der Kondensator 170 und der Widerstand 172 eine Glättungsschaltung. Die Widerstände 156 und 166 haben den gleichen Widerstandswert R4.

Wenn der logarithmische Verstärker 103 eine positive Spannung 2V1 als Ausgangssignal erzeugt, wird die Emitterspannung des NPN-Transistors 154 positiv, so daß der Transistor 154 gesperrt wird, während der Transistor 152 an seiner Basis eine positive Vorspannung erhält. Wenn der logarithmische Verstärker 103 eine negative Spannung 2V2 als Ausgangssignal erzeugt, wird der Transistor 152 gesperrt und der Transistor 154 leitend. Es fließt dann ein Strom 13 (= |2V2|/R4) durch den Transistor 154. Dieser Strom 13 fließt auch durch den Transistor 162, so daß ein Strom 131, der gleich dem Strom 13 ist, durch den Transistor 164 fließt. Dieser Strom 131 fließt durch den Widerstand 166, so daß an die Basis des Transistors 168 eine Basisspannung J2V2| oder -2V2 angelegt wird. Auf diese Weise wird abhängig davon, ob die Ausgangsspannung des logarithmischen Verstärkers 103 positiv oder negativ ist, eine Vorspannung einer Größe, die gleich dem Absolutwert dieser Ausgangsspannung ist, wahlweise an die Basis der Transistoren 152 und angelegt.

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Obwohl die Erfindung mit besonderem Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben wurde, sind verschiedene Abwandlungen von diesen Ausführungsbeispielen möglich. Beispielsweise wurde im Hinblick auf die Schaltung nach Fig. 4 ausgeführt, daß der Widerstand 126 einen Widerstandswert besitzt, der doppelt so groß wie der Widerstandswert eines der Widerstände 104 und 106 ist. Falls jedoch der logarithmische Verstärker 103, der ein Ausgangssignal 21og IV . I anstelle des logarithmischen Verstärkers 101 verwendet wird, oder wenn die Vollweggleichrichterschaltung 100 für andere Zwecke verwendet· werden soll, können die Widerstandswerte der Widerstände 104, 106 und 126 beispielsweise auf den gleichen Wert gesetzt werden.

Claims

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BLUMBACH · WESER ·: ErERGEW . H ZWIRNER ."HOFFMANN

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Patentconsult Radeckeslraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561993 Telex 04-180237 Telegramme Patentconsult

TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA 81/8781 72 Horikawa-cho, Saiwai-ku, HO/mü

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Vollweggleichrichterschaltung und einen solchen verwenden- · · - ■ ■ · der 'Pegelmeaser -

Patentansprüche

Vollweggleichrichterschaltung mit einem Eingangsanschluß, an den ein Eingangssignal anlegbar ist, und . mit einem ersten und einem zweiten Stromzweig? die an den Eingangsanschluß angeschlossen sind und Ströme ent- ■ sprechend den Signalkomponenten entgegengesetzter Polarität des angelegten Eingangssignal führen, gekennzeichnet durch eine Widerstandsanordnung (126, 166) und eine Stromspiegelschaltung (.110, 124? 162,.-164) mit einem ersten und einem zweiten Stromspiegelzweig, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Strpmzweig (104, 108? 154, 156) und der Widerstandsanordnung (126, 166) verbunden sind, um der Widerstandsanordnung .(126,. 166) einen Strom zuzuführen, welcher dem Strom durch den ersten Stromzweig (104, 108; 154, 156) entspricht.

2. Vollweggleichrichterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Stromzweig eine zweite Widerstandsanordnung (106), einen Transistor (112), dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit

München: R. Kramer Dipl.-Ing. ■ W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. not. . E. Hoflmann Oipl.-Ing. Wiesbaden: P.G. 3lumbadi Dipl.-Ing. · P. Bergen Ptof Dr. jur.Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 19/9 . G.Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

der zweiten Widerstandsanordnung (106) in Reihe geschaltet ist, und eine zweite Stromspiegelschaltung (114, 134) enthält, und daß die zweite Stromspiegelschaltung (114, 134) einen mit der zweiten WiderStandsanordnung

(106) und der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (112) in Reihe geschalteten ersten Stromspiegelzweig sowie einen zweiten Stromspiegelzweig aufweist, der mit dem ersten Stromspiegelzweig der ersten Stromspiegelschaltung (110, 124) verbunden ist.

3. Vollweggleichrichterschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Stromzweig eine dritte Widerstandsanordnung (104) und einen zweiten Transistor

Ί5 (108) aufweist, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit der dritten Widerstandsanordnung (104) in Reihe geschaltet ist.

4. Vollweggleichrichterschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstandswert der ersten Widerstandsanordnung (126) doppelt so groß wie der der zweiten oder der dritten Widerstandsanordnung (104, 106) ist.

5. Vollweg gleichrichter schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß. der zweite Stromzweig einen ersten Transistor (152) enthält, dessen Basis mit dem Eingangsanschluß verbunden ist, und ferner einen zweiten Transistor (168) enthält, dessen Basis mit der ersten Widerstandsanordnung (166) verbunden ist und dessen Emitter-Kollektor-Strecke parallel zu der des ersten Transistors (152) geschaltet ist;

6. Vollweggleichrichterschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der erste

Stromzweig eine zweite Widerstandsanordnung (156) und einen dritten Transistor (154) enthält, dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit der zweiten WiderStandsanordnung (156) in Reihe geschaltet ist.

7. Vollweggleichrichterschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennze ichne t , daß der Widerstandswert der ersten und der zweiten Widerstandsanordnung (166, 156) gleich ist.

8. Pegelmeßschaltung mit einem logarithmischen Verstärker zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das dem Logarithmus eines Eingangssignals entspricht, mit einem ersten und einem zweiten Stromzweig, die mit dem Ausgangsanschluß des logarithmischen Verstärkers verbunden sind, um Ströme entsprechend den Signalkomponenten entgegengesetzter Polarität des Ausgangssignals des logarithmischen Verstärkers zu führen, und mit einer Integrationsschaltung zur Integration der Ströme, die durch den ersten und den zweiten Stromzweig fließen, gekennzeichnet durch eine Widerstandsanordnung (126) und

eine Stromspiegelschaltung (110, 124; 114, 134), die mit dem ersten und dem zweiten Stromzweig (104, 108; 106,

112) und der Widerstandsanordnung (126) verbunden ist, um der Widerstandsanordnung (126) einen Strom zuzuführen, der dem absoluten Wert eines durch den ersten oder den zweiten Stromzweig (104, 108; 106, 112) fließenden Stromes entspricht.

9. Pegelmeßschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl der erste als auch der zweite Stromzweig einen Widerstand (104, 106) und einen Transistor (108, 112), dessen Emitter-Kollektor-Strecke mit dem Widerstand (104, 106) in Reihe

geschaltet ist, enthalten.

10. Pegelmeßschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß die Stromspiegelschaltung einen ersten Stromspiegel-Schaltungsteil (110, 124) und einen zweiten Stromspiegel-Schaltungsteil (114, 134) aufweist, daß der erste Stromspiegel-Schaltungsteil (110, 124) einen ersten und einen zweiten Stromspiegelzweig besitzt, die mit dem ersten Stromzweig (104, 108)

"JO bzw. der Widerstandsanordnung (126) verbunden sind, und daß der zweite Stromspiegel-Schältungsteil (114, 134) einen ersten und einen zweiten Stromspiegelzweig besitzt, die mit dem zweiten Stromzweig (106, 112) bzw. dem ersten Stromspiegelzweig des ersten Stromspiegel-Schaltungsteils (110, 124) verbunden sind.

11. Pegelmeßschaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet , daß der Widerstandswert der Widerstandsanordnung (104) doppelt so groß ■ wie der Widerstandswert des Widerstands entweder des ersten oder des zweiten Stromzweigs (104, 106) ist.