DE1616358C

DE1616358C - Circuit arrangement for phase-selective rectification of signal voltages

Info

Publication number: DE1616358C
Application number: DE19681616358
Authority: DE
Inventors: Wilfried 5628 Heiligen haus Bierbaum
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1968-01-31
Filing date: 1968-01-31
Publication date: 1973-07-26

Description

ί 1 616 358ί 1 616 358

; 3 4 ; 3 4

tares Transistorpaar nach Art einer Meßbrücke so nen aritivalente Signale abgenommen werden. Mit ist ■ zusammengeschaltet sind, daß die Basis jedes Tran- ist der Steuerstrom und mit /χ, der Laststrom bezeichsistors über ein Entkopplungsglied an einem gemein- net. Es gilt ist ^ 0,1 bis 1 /χ,. Der Steuerstrom ist ' samen neutralen Punkt liegt, während mindestens schaltet je nach Polarität entweder die pnp-Tranzwei komplementäre Transistoren kollektorseitig auf 5 sistoren T₁ und T₃ oder die npn-Transistoren T₂ und · eine gemeinsame Ausgangsklemme geschaltet.sind. T₄ durch. Wenn beispielsweise eine positive Signal-. ' - Die .,Steuerspannungsquelle wirkt auf die Basen spannungshalbwelle ansteht, während die Transistoeines,dritten komplementären Transistorpaares, wäh- · ren T₁ und T₃ durchgeschaltet sind, fließt ein Strom ; " rend das Eingangssignal über ÄC-Glieder an den von der Leitung L₁ über die Emitter-Kollektor-Strecke Emittern des ersten komplementären-Transistorpaares io des Transistors T₁ zum Ausgang A₂. Zugleich fließt anliegt. Diese Art der Ansteuerung bedingt einen ein. negativer Strom über den Transistor T₃ an den erheblichen Schaltungsaufwand. .. , Ausgang A₁. Während der nächsten Halbwelle ist die Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Signalleitung L₂ positiv gegenüber L₁, während die Aufgabe bestand darin, die bekannten Schaltungen npn-Transistoren T₂ und T₄ durchgeschaltet sind. In dadurch zu verbessern, daß mit minimalem Aufwand 15 dieser Halbwelle fließt dann ein negativer Strom von j transistorbestückte phasenselektive Doppelweggleich- . der Signalspannungsleitung L₁ über die Emitter-Kolrichterschaltungen mit antivalenten ' Ausgängen ge- lektor-Strecke des Transistors T₂ zum Ausgang A₁ schaffen werden. Derartige Schaltungen ermöglichen und ein positiver Strom über den Transistor T₄ an es z. B., Trägerfrequenzverstärker wahlweise invertie- den Ausgang A₂. .tares transistor pair in the manner of a measuring bridge so NEN aritivalent signals are removed. With is ■ connected together that the base of each tran- is the control current and with / χ, the load current denotes a transistor via a decoupling element on one. The following applies is ^ 0.1 to 1 / χ ,. The control current is located at the neutral point, while at least either the pnp transistor switches, depending on polarity, either the two complementary transistors on the collector side to 5 transistors T ₁ and T ₃ or the npn transistors T ₂ and a common output terminal are switched. T ₄ through. For example, if a positive signal -. The control voltage source acts on the base voltage half-wave, while the transistors of a third complementary transistor pair, while T ₁ and T ₃ are switched on, a current flows; "rend the input signal via ÄC elements to the _{emitters from the line L 1} via the emitter-collector path of the first complementary transistor pair io of the transistor T ₁ to the output A _2. At the same time flows. This type of control requires one. negative current through the transistor T ₃ to the considerable circuit complexity ..., output A _1. During the next half cycle, the signal line L ₂ on which the present invention is based is positive compared to L ₁ , while the task was to use the known circuits npn- Transistors T ₂ and T _{4 are switched} through. This can be improved by the fact that with minimal effort 15 of this half-wave then a negative current flows from transistor- _{equipped phase-selective full-wave DC-. The signal voltage line L 1} via the emitter converter circuits with non-equivalent outputs The path of the transistor T ₂ to the output A _1. Such circuits enable and a positive current via the transistor T ₄ to it z. B., carrier frequency amplifier optionally inverting output A ₂ . .

rend oder nicht invertierend zu betreiben. ao Ist die Phasenverschiebung zwischen Signalspannung Die Erfindung zeichnet sich bei einer Schaltung der und Steuerstrom derart, daß die Transistoren T₂ und . eingangs genannten Art dadurch aus, daß dieser Punkt T₄ durchgesteuert sind, während die. Signalleitung L₁ mit einem Steuergenerator verbunden ist, daß die positiv gegenüber L₂ ist, so fließt ein negativer Strom erste Signalspannungsleitung mit den Emittern des von der Leitung L₂ über die Emitter-Kollektor-Strecke ersten komplementären Transistorpaares und die 25 des Transistors T₄ zum Ausgang A₂. Zugleich fließt zweite Signalspannungsleitung mit den Emittern des ein positiver Strom über den Transistor T₂ zum Ausjzweiten komplementären Transistorpaares verbunden ^ gang A₁. In der nächsten Halbwelle sind die Tranisf, daß die Kollektoren des npn-Transistors des ersten * sistoren T₁ und T₃ leitend, während die Signalleitung L₂ Transistorpaares und des pnp-Transistors des zweiten positiv gegenüber L₁ ist. Es fließt dann ein positiver Transistorpaares zu einem ersten Ausgang geführt sind 30 Strom von der Leitung L₂ über die Emitter-Kollektör- und daß die Kollektoren des pnp-Transistors des ersten Strecke des Transistors T₃ zum Ausgang A₁ und ein Transistorpaares und des npn-Transistors des zweiten negativer Strom über den Transistor T₁ zum Aus-Transistorpaares zu einem »zweiten, antivalenten Aus- gang A₂. Eine Phasenverschiebung der Signalspannung gang geführt sind. gegenüber dem Steuerstrom führt also zu einer Ver-Diese Lösung ermöglicht eine mit antivalenten Aus- 35 tauschung des Vorzeichens an den antivalenten Ausgängen versehene symmetrische Schaltung mit sehr gangen A₁ und A₂. rend or non-inverting. ao is the phase shift between the signal voltage. The invention is characterized in a circuit of the and control current such that the transistors T ₂ and. type mentioned in that this point T _{4 are} controlled, while the. Signal line L _{1 is} connected to a control generator that is positive with respect to L ₂ , a negative current flows first signal voltage line to the emitters of the _{first complementary transistor pair from line L 2} via the emitter-collector path and the 25 of transistor T ₄ to output A ₂ . At the same time, the second signal voltage line flows to the emitters of a positive current connected to the second complementary transistor pair via the transistor T ₂ to output A ₁ . In the next half cycle, the tranisf are that the collectors of the npn transistor of the first * sistors T ₁ and T _{3 are} conductive, while the signal line L ₂ transistor pair and the pnp transistor of the second is positive with respect to L ₁ . A positive transistor pair then flows to a first output, 30 current is led from the line L ₂ via the emitter-collector and that the collectors of the pnp transistor of the first path of the transistor T ₃ to the output A ₁ and a transistor pair and the npn -Transistor of the second negative current via the transistor T ₁ to the off transistor pair to a »second, complementary output A ₂ . A phase shift of the signal voltage is carried out. This solution enables a symmetrical circuit provided with a non-equivalent exchange of the sign at the non-equivalent outputs with very gears A ₁ and A ₂ .

, wenigen Bauelementen und klaren Potentialverhält- Wenn man die Spannung zwischen A₁ und Masse , few components and clear potential relationship- If you consider the voltage between A ₁ and ground

nissen. mit Ug₁ und zwischen A₂ und Masse mit Ug₂ bezeich-nits. with Ug ₁ and between A ₂ and mass with Ug ₂

Die Erfindung wird an Hand von Ausführungs- net, so gilt bei der beschriebenen Schaltung dieThe invention is based on the embodiment, so in the case of the circuit described, the

beispielen gemäß F i g. 1 bis 4 der Zeichnung erläutert. 40 Gleichungexamples according to FIG. 1 to 4 of the drawing explained. 40 equation

Einander entsprechende Teile sind mit den gleichen 2Corresponding parts are marked with the same 2

Bezugszeichen versehen. ' Ug₁ — Ug₂ = — · Um · cos χ. Provided with reference numerals. ' Ug ₁ - Ug ₂ = - Um cos χ.

In F i g. 1 bildet der pnp-Transistor T₁ mit dem . ^π .
npn-Transistor T₂ ein erstes komplementäres Transistorpaar. Der pnp-Transistor T₃ und der npn-Tran- 45 In dieser Gleichung ist Um die gleichzurichtende sistor T₄ stellen ein zweites komplementäres Tran- Signalspan'nung und λ der Winkel zwischen der Signalsistorpaar dar. Die Klemmen K₁ und K₂ werden mit spannung und der Steuerspannung. Die Steuerströme der gleichzurichtenden Signalspannung beaufschlagt. beeinflussen das Meßergebnis nicht, weil sie über die Die Kondensatoren C₁ und C₂ dienen zur galvanischen Kondensatoren C₈₁ und C₈₂ abgeleitet werden.
Trennung der Signalspannungsquelle von der Gleich- 50 Dadurch, daß in jeder Halbwelle zwei Transistoren richterschalrung. Die Emitter: der komplementären zur Gleichrichtung herangezogen werden, heben sich Transistoren T₁ und T₂ sind miteinander verbunden. die weitgehend 'temperaturunabhängigen Restspan-An dem Verbindungspunkt liegt die erste Signal- nungen heraus, und die Ausgangsspannung ist exakt leitung L₁. Weiterhin sind die Emitter des zweiten nach obiger Gleichung von der Signalspannung und Transistorpaares T₃, T₄ miteinander und mit der zwei- 55 der Phasenverschiebung abhängig,
ten Signalspannungsleitung L₂ verbunden. Die KoI- Die Gleichung besagt ferner, daß die Ausgangslektoren der Transistoren T₂ und T₃ sind gemeinsam spannung bei einem Phasenwinkel von α = 0 ein pozu einem Ausgang A₁ und die Kollektoren der Tran- sitives Maximum und bei «'= 180° ein negatives sistoren T₁ und T₄ zu einem Ausgang A₂ geführt. Maximum annimmt. Bei einem Phasenwinkel von Zwischen diesen Ausgängen und der Masse liegen die 60 90° ist die Ausgangsspannung gleich 0, weil sich die Kondensatoren C_S1 und C₈₂. Die Basisanschlüsse samt- gleichgerichteten Ströme gegeneinander aufheben,
licher Transistoren sind über Entkopplungswider- Die beschriebene Schaltung hat unter anderem den stände R₁ bis i?₄ mit einem nicht dargestellten Steuer- Vorzug, daß keine induktive Einkopplung erforderlich generator verbunden. Dieser Steuergenerator kann ist und trotzdem alle Vorteile einer Doppelweggleich-eine sinusförmige oder rechteckförmige Wechsel- 65 richtung erhalten bleiben. Da die Schaltung ohne . spannung liefern, gegenüber welcher die Signal- Transformatoren auskommt, spart man erheblich an spannung eine variable Phasenverschiebung aufweist. Bauvolumen und Gewicht. Ein weiterer Vorteil be-Zwischen Masse und den Ausgängen A₁ und A₂ kön- steht darin, daß der Steuergenerator direkt galvanischIn Fig. 1 forms the pnp transistor T ₁ with the. ^π .
npn transistor T _{2 is} a first complementary transistor pair. The pnp transistor T ₃ and the npn transit 45 In this equation, To be rectified sistor T ₄ represent a second complementary transit Signalspan'nung λ and the angle between the Signalsistorpaar. The terminals K ₁ and K ₂ are with voltage and the control voltage. The control currents of the signal voltage to be rectified are applied. do not affect the measurement result because they are derived via the capacitors C ₁ and C ₂ are used for galvanic capacitors C ₈₁ and C ₈₂ .
Separation of the signal voltage source from the direct 50 Due to the fact that two transistors are connected in each half-wave. The emitters: the complementary ones are used for rectification, transistors T ₁ and T ₂ are connected to each other. The largely temperature-independent residual voltage at the connection point is the first signal, and the output voltage is exactly line L ₁ . Furthermore, the emitters of the second according to the above equation are dependent on the signal voltage and transistor pairs T ₃ , T ₄ with one another and with the two- 55 of the phase shift,
th signal voltage line L ₂ connected. The equation also states that the output conductors of the transistors T ₂ and T ₃ are jointly voltage at a phase angle of α = 0 a po to an output A ₁ and the collectors of the transitive maximum and at «'= 180 ° a negative transistors T ₁ and T ₄ led to an output A ₂ . Maximum assumes. If the phase angle between these outputs and the ground is 60 90 °, the output voltage is equal to 0 because the capacitors C _S1 and C ₈₂ . The base connections including all rectified currents cancel each other out,
Licher transistors are via decoupling resistors The circuit described has, among other things, the states R ₁ to i? ₄ with a control advantage, not shown, that no inductive coupling required generator connected. This control generator can be and nevertheless all the advantages of a two-way direction - a sinusoidal or square-wave alternating direction - are retained. Since the circuit is without. supply voltage that the signal transformers can cope with, you save a lot of voltage with a variable phase shift. Build volume and weight. Another advantage between ground and the outputs A ₁ and A ₂ is that the control generator is directly galvanic

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angekoppelt werden kann, weil die Ansteuerung der brochenen Linien sind die Lastwiderstände Rl₁ undcan be coupled because the control of the broken lines are the load resistors Rl ₁ and

Transistoren gegen Masse erfolgt. Rlz angedeutet. Die Arbeitswiderstände .R₅ und R_$ Transistors to ground. Rlz indicated. The working resistances .R ₅ and R _$

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, einen sind kleiner als die Lastwiderstände oder höchstensThe present invention enables one to be smaller than the load resistances or at most

Trägerfrequenzverstärker mit zwei gleichen antivalen- ebenso groß.Carrier frequency amplifier with two same antivalen- just as great.

ten Ausgängen zu betreiben und damit wahlweise in- 5 Für höhere Belastungen ist die Gleichrichterschalvertierenden oder nicht invertierenden Betrieb zu ge- tung nach Fig. 3 geeignet. Sie enthält einen zweistatten. Besonders wünschenswert ist diese Eigenschaft, stufigen Transistor-Vorverstärker mit einem npn-Tranwenn zusätzlich ein Differenzeingang gegeben ist. sistorTg und einem pnp-Transistor T₁. Mit Λ, und Dann nämlich gilt ein Großteil der Vorteile eines R_a sind Arbeitswiderstände in den Emitter-Leitungen Differenzverstärkers auch für Trägerfrequenzverstär- io der Transistoren Γ_β und T₇ bezeichnet. Diese Arbeitsker. Man kann die Schaltung benutzen, um beispiels- widerstände sind größer als die Lastwiderstände Rl₁ weise symmetrische Gegenkopplungen aufzubauen, und Rl₂. Mit C₃ ist ein zur galvanischen Trennung die einen erhöhten Rejektionsfaktor gestatten. Ferner dienender Kondensator in der Zuleitung für die kann man zugleich Mit-und Gegenkopplung verwirk- Signalspannung bezeichnet. * ~ liehen, was z. B. für Regelverstärker mit Kippverhalten 15 Die Schaltung nach F i g. 4 weist eine Vor- und Rückführung oder Grenzwerteinheiten oder zur verstärkerstufe auf, die als Differenzverstärker ausg'e- - Einstellung von Frequenzgängen wichtig ist. bildet ist. Sie besteht aus den npn-Transistoren T₆ For higher loads, the rectifier switching or non-inverting operation according to FIG. 3 is suitable. It contains a two-place. This property is particularly desirable, a stepped transistor preamplifier with an npn tranw if a differential input is also provided. sistorTg and a pnp transistor T ₁ . With Λ, and then a majority of the advantages of a R _a , load resistances in the emitter lines are also referred to as differential amplifiers for carrier frequency amplification of the transistors Γ _β and T ₇ . These workers. The circuit can be used, for example, to build up resistances that are greater than the load resistances Rl _1, symmetrical negative feedback, and Rl ₂ . With C _{3 there} is a galvanic separation which allows an increased rejection factor. Furthermore, the capacitor in the supply line is used for the signal voltage, which can be used for positive and negative feedback at the same time. * ~ borrow what z. B. for control amplifier with tilting behavior 15 The circuit according to F i g. 4 has a feed and return or limit value units or to the amplifier stage, which is important as a differential amplifier - setting of frequency responses. forms is. It consists of the npn transistors T ₆

Da zwei Doppelweggleichrichtungen vorgesehen und T₉, den Arbeitswiderständen R₉ und R₁₀ und einemSince two full-wave rectifiers are provided and T ₉ , the load resistors R ₉ and R ₁₀ and one

sind, erhält man eine gute Signalausnutzung und ge- Einstellwiderstand Re. Die Signalspannungsleitungena good signal utilization and adjustment resistor Re. The signal voltage lines

ringe Rückwirkungen auf den Verstärker. Die Schal- ao liegen an den Basen der beiden Transistoren. Dierings repercussions on the amplifier. The switches are connected to the bases of the two transistors. the

tung ist auch für kleinste Signalpegel geeignet, da Emitter-Leitungen sind miteinander verbunden unddevice is also suitable for the smallest signal levels, since emitter lines are connected to one another and

durch zweckentsprechende Verwendung von p-leiten- über den Einstellwiderstand Re zum Minuspol derthrough the appropriate use of p-conductors via the setting resistor Re to the negative pole of the

den und η-leitenden Transistoren geringe Temperatur- Speisespannungsquelle geführt. Die Ankopplung derthe and η-conductive transistors out low temperature supply voltage source. The coupling of the

einflüsse und Driften verwirklichbar sind. eigentlichen Gleichrichterschaltung erfolgt über dieInfluences and drifts are realizable. actual rectifier circuit takes place via the

Die Schaltung nach F i g. 2 hat den gleichen Grund- as Kollektorleitungen der Transistoren T₈ und T₉, dieThe circuit according to FIG. 2 has the same basic as the collector lines of the transistors T ₈ and T ₉ , the

aufbau wie die nach F i g. 1. Sie weist zusätzlich am mit den Arbeitswiderständen R₉ und A₁₀ verbundenstructure like that according to fig. 1. It also has connected to the load resistors R ₉ and A ₁₀

* Signaleingang eine Treiberstufe mit einem Transistor T_s, sind. Die Anschlußklemmen der Speisespannungs-* The signal input is a driver stage with a transistor T _s . The terminals of the supply voltage

einem Widerstand R₅ und einem Widerstand R₉ auf. quelle sind mit den Bezeichnungen + Ub und — Ub a resistor R ₅ and a resistor R ₉ . source are with the designations + Ub and - Ub

An die Klemme K₃ wird die Betriebsspannung + Ub versehen.The operating voltage + Ub is applied to terminal K ₃ .

angeschlossen. Das amplitüdenmodulierte Trägersignal 30 Die Koppelkondensatoren C₁ und C₂ können wegliegt an der Basis des npn-Transistors T₅. Die Wider- fallen. Der Widerstand Re dient dann zur Einstellung stände R₅ und i?₆ sind Arbeitswiderstände. Mit unter- des Arbeitspunktes.connected. The amplitude-modulated carrier signal 30. The coupling capacitors C ₁ and C ₂ can be located at the base of the npn transistor T ₅ . The contradictions. The resistor Re is then used to set positions R ₅ and i? ₆ are work resistances. With below the working point.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2 source can be switched to a load resistor R Claims: can. The control variable is supplied as electricity via the base. In the case of transistors, the emitter-base

1. Circuit arrangement for the phase-selective path blocked as long as the base current > 0 is. Rectification of a signal voltage as a function of 5 If the base current is high enough, the transistor speed of a second signal voltage at which it is driven up to saturation.

two complementary transistor pairs of the type For phase-selective rectifier circuits, a measuring bridge is connected together in such a way that the collector circuit is predominantly used, because the base of each transistor is decoupled from the interfering residual voltage Ur ₀ and the element is at a common point, which means io unwanted residual current ir marked by an order of magnitude that this point with a control is smaller than in the emitter circuit. The residual generator is connected so that the first signal voltage is in inversely operated transistors from voltage line (L ₁ ) with the emitters of the first germanium or silicon in collector circuit under complementary transistor pairs (T ₁ , T ₂ ) and 1 mV and is little temperature dependent . The remainder of the second signal voltage line (L ₂ ) with the emitting current ir , on the other hand, has an exponential curve along the temperature curve of the second complementary transistor pair.

(^ 3. T ₄ ) is connected that the collectors of the To suppress the residual current ir is one of ^N

npn transistor (T ₂ ) of the first transistor pair two transistors existing circuit known-

and the pnp transistor (Γ ₃ ) of the second transistor, in which a first pnp transistor is the base

pairs to a first output (A ₁ ) are 20 of a second pnp transistor with a periodic

and that the collectors of the pnp transistor (T ₁ ) applied to square wave voltage ("Frequency", Vol. 17,

of the first pair of transistors and the npn transistor 1963, No. 4, pp. 134 to 139). The second transistor

(IT ₄ ) of the second transistor pair to a second, remains during the entire negative half-cycle of

complementary output (A ₂ ) are performed. Control voltage blocked. This prevents

2. Circuit arrangement according to claim 1, that the switching operation of the second transistor of characterized in that the measuring or signal voltage can be influenced for the galvanic separator voltage in the signal lines (L ₁ , L ₂ ) capacitors. The residual current ir in the measuring circuit is in this

' 1 (C ₁ and C ₂ ) are installed. Circuit equal to 0 because the second transistor is always

3. Circuit arrangement according to claim 1, so that a base current iß <0 is operated. '
characterized in that the output voltage is 30 Furthermore, it is known from the cited references (Ug ₁ and Ug ₂ ) through between the output, the emitter-collector paths of two pnpleelungen and ground filter capacitors and transistors in the measuring circuit in series (Cs ₁ and Cg ₂ ) are smoothed. the control voltage in parallel via the base-collector

4. Circuit arrangement according to claim 1, to supply routes there. Here, too, the reaction is characterized by the fact that at the signal input a gene of the control voltage presses the measuring voltage below the transistor amplifier, in particular a driver. In this arrangement the residual voltage level is provided. gen Ur of the transistors in the release phase com-

5. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, compensated.

characterized in that at the signal input a further differential amplifier with transistor 40 known besymmetrical circuit with three pnp transistors is provided and that the signal lines (L ₁ , light the extensive compensation of the residual voltage L ₂ ) with or without Capacitors are coupled to the collector in the on state and the residual current in the lines of the transistors (T _a , T ₉ ) is coupled to the off state. In combination, it contains the characteristics of the two aforementioned circuits. Two of the

6. Circuit arrangement according to claim 5, there- 45 three transistors are characterized with their emitter-collector by that connected in series in the differential paths in the measuring circuit. Your base amplifier if you do without the coupling capacitors are applied with square-wave voltages, which the gates (C ₁ , C ₂ ) generates an adjustable resistor (Re) third transistor. The base-collector path is provided for setting the operating points. this transistor is connected to the control voltage.

5 ° The circuits described so far work as half-wave rectifiers. But it is also known from

these circuits phase-selective full-wave equal-

'To gain judges who enable compensation for the residual voltage Ur. Even with this circuit

The invention relates to a circuit arrangement 55, all transistors of a conductivity type for phase-selective rectification of a signal type. With a working temperature range of 20 to voltage depending on a second signal 40 ° C and use of silicon transistors in voltage, with two complementary transistors - collector circuit is the residual current ir maximum couple in the manner of a measuring bridge together as 10 nA. If the load resistance R is switched in such a way that the base of each transistor is over 60 orders of 1 kiloohm, the resulting decoupling element can be at a common point against the voltage drop compared to the residual voltage. * nation Ur ₀ can be neglected.

Transistor circuits for phase-selective equalization From the magazine "Electronic Engineering", Sept.

direction are in various embodiments 1967, p. 565 to 567, a circuit arrangement has also become known ("Frequency", Vol. 17, 1963, No. 4, 65 tion for the phase-selective rectification of a signal S. 134 to 189). In these circuits, the voltage is depending on a possibly Emitter-collector path of transistors known as a switching phase shifted second signal voltage element used, with the help of which the signal voltage has become, in which a first and second complementary