DE2237111C2

DE2237111C2 - Gleichrichterschaltung

Info

Publication number: DE2237111C2
Application number: DE19722237111D
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Dipl.-Ing. 6071 Goetzenhain Erb
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1972-07-28
Filing date: 1972-07-28
Publication date: 1974-01-03
Also published as: DE2237111B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur *5 Gleichrichtung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung mit einer Gleichrichterschaltung aus einem Verstärker, an dessen Ausgang antiparaltel geschaltete Gleichrichterdioden angeschlossen sind.

In der Meßtechnik tritt häufig das Problem auf, eine an einem Kondensator mit veränderlicher Kapazität anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung umzusetzen, deren Wert proportional zur Kapazität ist. Der Kondensator stellt einen Meßwertgeber dar, der seine Kapazität in Abhängigkeit von einer zu überwachenden Größe verändert. Es sind hierfür viele Meßschaltungen bekannt, die darauf beruhen, daß die zu messende Spannung über eine Gleichrichterdiode einen Kondensator auflädt. Der Kondensator lädt sich auf den um die Diodenflußspannung ver- 4" minderten Spitzenwert der Wechselspannung auf. Bekanntlich haben die auf diesem Prinzip beruhenden Schaltungen den Nachteil, daß die Diodenstrecke die Ausgangsspannung beeinflußt, da die Diodenkennlinie nicht exakt linear verläuft und die Durchlaßspannung temperaturabhängig ist.

Es ist auch bereits eine Gleichrichterschaltung mit Dioden unter Verwendung eines Operationsverstärkers bekannt, bei der die Diodenstrecken keinen Einfluß auf die Ausgangsspannung haben. Eine solche Schaltung zeigt Fig. 1. Hierbei ist die Diode 5 in dem Gegenkopplungszweig mit dem Widerstand 3 einbezogen. Die Ausgangsspannung U₄ ist bei positiver Eingangsspannung M₁. und sehr großer innerer Verstärkung des Verstärkers 1 gleich der Eingangsspannung, multipliziert mit dem Verhältnis Widerstand 3 zu Widerstand 2. Die Durchlaufspannung der Diode 5 beeinflußt die Ausgangsspannung kaum, da sie nur noch geteilt durch den hohen Betrag der inneren Verstärkung erscheint. Während der negativen Halbwelle von M₁. bleibt die Ausgangsspannung genau Null, da die Diode 5 sperrt, während die Diode 4 leitet und den Verstärker stark gegenkoppelt, um Übersteuerungen zu verhindern.

Diese Schaltung ist jedoch zur Gleichrichtung der von einem kapazitiven Meßwertgeber gelieferten Wechselspannung nicht geeignet. Würde man an den Eingang der Gleichrichterschaltung nach Fig. 1 an Stelle des Widerstandes 2 einen Meßwertgeber der geschilderten Art anschließen, dann würde diesc Schaltung als Differentiator arbeiten. Die positive Halbwelle der Ausgangsspannung würde verzerrt und dit Verstärkung frequenzabhängig.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gleichrich-, terschaltung mit einem Verstärker, an dessen Ausgang antiparallel geschaltete Gleichrichterdioden angeschlossen sind, anzugeben, die die von einem kapazitiven Geber gelieferte Wechselspannung in eine dazu proportionale Gleichspannung umsetzt. Die Schaltung soll frequenzunabhängig arbeiten und einen geringen Temperaturquotienten besitzen.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß jede Gleichrichterdiode durch eine Kapazität mit dem Verstärkereingang verbunden ist und daß jeder Kapazität ein tfC-Netzwerk parallel geschaltet ist, dessen Gleichstromwiderstand klein und dessen Wechselstromwiderstand, bezogen auf die Betriebv frequer.z der Weckseispannung, groß gegen die Impedanz der Kapazität ist.

Die Erfindung wird an Hand eines in der F i g. 2 uaigcMcüien Ausführursgsbeispie'.es erläutert.

In Fig. 2 sind die Teile 1,4 und 5 die gleichen Teile wie in der bekannten Schaltung nach Fig. I. Der Ve: stärker 1 ist ein Gleichstromdifferenzverstärker. An seinem Minuseingang ist der kapazitive Geber, ein Kondensator C₇ veränderlicher Kapazität angeschlossen. In Reihe mit dem Geber liegt eine Wechselspannungsquelle 8, die einseitig mit dem Massepunkt 15 verbunden ist. Der Verstärker bewirkt, daß sein Minuseingang virtuell auf Massepotential liegt. Die gesamte, von der Quelle 8 gelieferte Wechselspannung m, fällt somit am Kondensator C- ab. Die beiden Dioden 4 und S sind durch jeweils einen Kondensator C₉ bzw. C₁₀ mit dem Minuseingang des Verstärkers verbunden. Zum Kondensator C₁, ist ein /?C-Netzwerk 11 und zum Kondensator C_1n ein /?C-Netzwerk 12 parallel geschaltet.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der Gleichrichterschaltung werden die /?C-Glieder 11 und 12 zunächst nicht betrachtet. Während der positiven Halbwelle von M₁. fließt ein Verschiebungsstrom / über den Kondensator C₁₀ und die Diode 5. Die Diode 4 arbeitet in Sperrichtung. Am Kondensator C₁₀ stellt sich eine Ausgangsspannung U_A ein, deren Betrag gleich der Eingangsspannung M₁, ist, multipliziert mit dem Verhältnis der Kapazitäten C. zu C₁₀. Die Ausgangsspannung U_A nimmt bei konstanter Amplitude von w, linear mit der Kapazität C₇ zu. Wählend der negativen Halbwelle von u₍, fließt der Verschiebungsstrom in umgekehrter Richtung über den Kondensator C₉ und die Diode 4. Jetzt arbeitet die Diode 5 in Sperrrichtung. Die Ausgangsspannung hat den Wert Null. An der Anode der Diode 5 entsteht über eine ganze Periode von K₁. gesehen eine einweggleichgerichtete Wechselspannung U_A. Sie ist zwischen der Klemme und dem Massepunkt IS am Widerstand 14, der als Lastwiderstand für den Verstärker dient, abgreifbar. Entsprechend entsteht zwischen dem Schaltungspunkt 17 und Masse eine einweggleichgerichtete Wechselspannung, die der jeweiligen negativn Halbwelle der Eingangswechselspannung proportional ist. Sie ist bei Bedarf am Lastwiderstand 13 abgreifbar. Die Widerstände 13 und 14 sind gleich groß gewählt, damit die Schaltung symmetrisch belastet wird.

Ein realer Differenzverstärker hat eine Offsetspannung und zieht über seine beiden Eingänge einen Ein-

gangsruhestrom. Es muß deshalb eine ohmsche Gegenkopplung vom Verstärkerausgang zum Minuseingang bestehen, da sonst die Ausgangsspannung an den Anschlag läuft. Diese ohmsche Verbindung wird für jede Halbwelle der Eingangswechselspannung durch die beiden ÄC-Glieder 11 bzw. 12 hergestellt. In dem hier gewählten Ausführungsbeispiel besteht jedes ÄC-Glied aus einem T-Glied mit zwei Widerständen 18, 19 bzw. 21, 22 im Längszweig :nd ein^r Kapazität 20 bzw. 23 im Querzweig. Die T-Glieder sind so dimensioniert, daß sie einen geringen ohmschen Parallelwiderstand und bei der gegebenen Frequenz von u_e einen sehr hohen Wechselstromwiderstand in bezug auf die Impedanz der jeweiligen Kapazität C₉ bzw. C₁₀ bilden, d. h. mit anderen Worten, die Frequenz der Wechselspannung U₁. ist höher als die Grenzfrequenz der T-Glieder.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

2 237 I 1 Patentansprüche:

1. Schaltung zur Gleichrichtung einer Wechselspannung, mit einer Gleichrichterschaltung aus einem Verstärker, an dessen Ausgang antir srallel geschaltete Gleichrichterdioden angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Gleichrichterdiode (4, 5) durch eine Kapazität (Cj₁, C₁₀) mit dem Verstärkereingang verbunden ist und daß jeder Kapazität ein ÄC-Netzwerk (II, 12) parallel geschaltet ist, dessen Gleichstromwiderstand klein und dessen Wechselstromwiderstand, bezogen auf die Betriebsfrequenz der Wechselspannung, groß gegen die Impedanz der Kapazität ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das /?C-Netzwerk aus einem T-Glied mit zwei ohmschen Längswiderständen in einer Querkapazität besteht.