DE3012823C2

DE3012823C2 -

Info

Publication number: DE3012823C2
Application number: DE19803012823
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Ing. 7900 Ulm De Rall
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1980-04-02
Filing date: 1980-04-02
Publication date: 1988-08-11
Also published as: DE3012823A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Doppelweggleichrichterschaltung zur präzisen Gleichrichtung von Wechselspannungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a full-wave rectifier circuit for precise rectification of AC voltages according to the preamble of claim 1.

Aus der Schweizer Patentschrift CH-PS 4 89 139 ist eine Doppelweggleichrichterschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei der die Ausgänge zweier Differenzverstärker über je einen Gleichrichter mit dem Ausgang der Schaltung verbunden sind. Jedoch liegt dieser Schaltung die Aufgabe zugrunde, eine vorbestimmte nicht- lineare Abhängigkeit des Ausgangsgleichstromsignals von der Eingangswechselspannung zu schaffen.One is from the Swiss patent specification CH-PS 4 89 139 Full wave rectifier circuit according to the preamble of Claim 1 known, in which the outputs of two Differential amplifier via a rectifier with the Output of the circuit are connected. However, this is Circuit based on the task of a predetermined non- linear dependence of the output DC signal on to create the AC input voltage.

Präzise (lineare) Gleichrichterschaltungen sind aus der Technik "Elektronischer Analogrechner" bekannt. Ein Beispiel hierfür zeigt Fig. 1, das aus dem Blatt mit Anwendungsbeispielen der Fa. Knott Elektronik, München (1965) entnommen ist. Die bekannte Gleichrichterschaltung erfordert neben den beiden Operationsverstärkern V 1 und V 2 präzise Hochohmwiderstände. Hochohmige und außerdem genaue Widerstände, sowie festes Bezugspotential bedeuten für Schaltungen, die monolithisch integriert werden sollen, erhebliche Schwierigkeiten.Precise (linear) rectifier circuits are known from the "electronic analog computer" technology. An example of this is shown in FIG. 1, which is taken from the sheet with application examples from Knott Elektronik, Munich (1965). In addition to the two operational amplifiers V 1 and V 2, the known rectifier circuit requires precise high-resistance resistors. High-impedance and also precise resistances and a fixed reference potential mean considerable difficulties for circuits which are to be integrated monolithically.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere soll eine Doppelweggleichrichterschaltung der eingangs genannten Art angegeben werden, die sich problemlos und ohne großen Aufwand als integrierte Schaltung realisieren läßt, deren Umwandlungskennlinie steuerbar ist und deren Eingangs- und/oder Ausgangspotential weitgehend frei wählbar ist.The invention is therefore based on the object, the state to improve technology. In particular, a full-wave rectifier circuit is intended of the type mentioned above that can be easily and without much effort can be implemented as an integrated circuit, the conversion characteristic is controllable and their input and / or Output potential is largely freely selectable.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 genannte Erfindung gelöst. Differenzverstärker mit hohem Ausgangswiderstand sind einfach als integrierte Schaltung herstellbar. Gegenüber ihrem hohen Innenwiderstand (Ausgangswiderstand) ist die Nichtlinearität der an ihrem Ausgang angeschlossenen Gleichrichter praktisch ohne Einfluß. Die Verstärkung von Differenzverstärkern läßt sich in einfacher Weise steuern, wie weiter unten näher erläutert wird, so daß sich die Umwandlungskennlinien in gewünschter Weise einstellen lassen. Eingangs- und Ausgangspotentiale der Differenzverstärker erlauben die Schaltungsanordnung an die jeweiligen Verhältnisse anzupassen.The object is achieved by the invention mentioned in claim 1 solved. Differential amplifier with high output resistance are easy to manufacture as an integrated circuit. Across from their high internal resistance (output resistance) the non-linearity of those connected to their output Rectifiers practically without influence. The reinforcement of Differential amplifiers can be controlled in a simple manner, as explained in more detail below, so that the conversion characteristics have it set as desired. Input and output potentials of the differential amplifiers allow the circuit arrangement to the respective conditions adapt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäß Anspruch 2 werden als Differenzverstärker mit Vorteil solche mit zwei Gegentakttransistoren vorgesehen, in deren gemeinsamer Emitterzuleitung eine Stromquelle geschaltet ist und welche als Lastwiderstände eine Stromspiegelschaltung aufweisen. Ist nur eine der Stromquellen der Differenzverstärker steuerbar, so lassen sich die Kennlinien beider Differenzverstärker exakt gleich einstellen. Sind dagegen beide Stromquellen steuerbar, so ist außerdem die Steigung der Umwandlungskennlinie einstellbar, wie es beispielsweise bei sprachgesteuerten Schaltungen (Freisprechanlagen) erforderlich ist.Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the subclaims. According to claim 2 are advantageously used as differential amplifiers with two Push-pull transistors provided in their common Emitter lead is connected to a current source and which have a current mirror circuit as load resistors. Is only one of the current sources of the differential amplifier controllable, so the characteristics of both differential amplifiers set exactly the same. Are against it both Current sources controllable, so is the slope of the Conversion characteristic adjustable, for example required for voice-controlled circuits (hands-free systems) is.

Die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 3 faßt jeweils zwei Gegentakttransistoren der Differenzverstärker zu einem Doppelkollektortransistor zusammen, wodurch sich realisiert als integrierte Schaltung eine vorteilhafte Schaltungsvereinfachung und Platzeinsparung ergibt.The embodiment of the invention according to claim 3 summarizes two push-pull transistors each of the differential amplifier to form a double collector transistor, whereby an advantageous circuit is realized as an integrated circuit Circuit simplification and space saving results.

Wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung gemäß Anspruch 4 weitergebildet, so sind die Ausgangskennlinien verschiebbar, indem ihnen eine positive oder negative Gleichstromkomponente überlagert wird.If the circuit arrangement according to the invention according to claim 4 further developed, so are the output characteristics slidable by giving them a positive or negative DC component is superimposed.

Sollten die Kennlinien bis zur Ausgangsspannung Null aussteuerbar sein, so ist die Erfindung gemäß Anspruch 5 weiterzubilden. Diese Weiterbildung ist leicht so abwandelbar, daß die Ausgangskennlinien zusätzlich bei einem bestimmten maximalen Ausgangswert unabhängig von der Kennlinienverschiebung begrenzt werden.The characteristics should be controllable up to zero output voltage the invention is according to claim 5 to continue training. This training can easily be modified that the output characteristics are also at one determined maximum output value regardless of the characteristic shift be limited.

Die Erfindung wird nun anhand von in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt im einzelnenThe invention will now be illustrated with reference to drawings Embodiments explained in more detail. It shows in detail

Fig. 2 Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Doppelweggleichrichterschaltung; Fig. 2 basic circuit of the full-wave rectifier circuit according to the invention;

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel mit zwei getrennten Differenzverstärkern; Fig. 3 shows a first embodiment with two separate differential amplifiers;

Fig. 4 Kennlinien der in Fig. 3 dargestellten Schaltung; Fig. 4 characteristics of the circuit shown in Fig. 3;

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel mit durch Doppelkollektortransistoren zusammengefaßten Differenzverstärkern und einer ersten Schaltung zur Kennlinienverschiebung; Fig. 5 shows a second embodiment with combined by a double collector transistor differential amplifiers, and a first circuit for characteristic shift;

Fig. 6 Kennlinien der in Fig. 5 dargestellten Schaltung; Fig. 6 characteristics of the circuit shown in Fig. 5;

Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel mit zusammengefaßten Differenzverstärkern und einer anderen Schaltung zur Kennlinienverschiebung; Fig. 7 shows a third embodiment with combined differential amplifiers and other circuitry for characteristic shift;

Fig. 8 Kennlinien der in Fig. 7 dargestellten Schaltung bei Umschaltung gemäß Beschreibung. Fig. 8 characteristics of the circuit shown in Fig. 7 when switching according to the description.

In Fig. 2 ist die Prinzipschaltung der erfindungsgemäßen Doppelweggleichrichterschaltung dargestellt. Sie zeigt zwei Differenzverstärker 1 und 2, die über je einen Gleichrichter 16 bzw. 26 mit dem Ausgang A der Doppelweggleichrichterschaltung verbunden sind. Am Ausgang A ist gegen Bezugspotential, im Ausführungsbeispiel OV, ein Lastwiderstand R _L geschaltet, an welchem die gleichgerichtete Spannung abgreifbar ist.In FIG. 2, the principle of the full-wave rectifying circuit according to the invention. It shows two differential amplifiers 1 and 2 , each of which is connected to output A of the full-wave rectifier circuit via a rectifier 16 and 26, respectively. At output A , a load resistor R _{L is} connected to reference potential, in the exemplary embodiment OV , from which the rectified voltage can be tapped.

Beide Verstärker sollen einen möglichst hohen Ausgangswiderstand (Innenwiderstand) aufweisen, damit die Nichtlinearitäten der Gleichrichter 16 und 26, die als Halbleiter- Dioden oder als Diode geschaltete Transistoren realisiert sein können, ohne Einfluß auf den Ausgangsstrom, und damit bei einem ohmschen Lastwiderstand R _L auf die Ausgangsspannung, bleiben. Both amplifiers should have the highest possible output resistance (internal resistance) so that the non-linearities of the rectifiers 16 and 26 , which can be implemented as semiconductor diodes or transistors connected as diodes, have no influence on the output current, and thus with an ohmic load resistance R _L the output voltage, stay.

Der nichtinvertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers 1 ist wie ersichtlich zum einen mit dem invertierenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers 2 und zum anderen mit einem ersten Eingang E 1 verbunden. Der invertierende Eingang des ersten Differenzverstärkers 1 ist zum einen mit dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Differenzverstärkers 2 und zum anderen mit einem zweiten Eingang E 2 der Doppelweggleichrichterschaltung verbunden.As can be seen, the non-inverting input of the first differential amplifier 1 is connected on the one hand to the inverting input of the second differential amplifier 2 and on the other hand to a first input E 1 . The inverting input of the first differential amplifier 1 is connected on the one hand to the non-inverting input of the second differential amplifier 2 and on the other hand to a second input E 2 of the full-wave rectifier circuit.

Zur Vereinfachung werden im folgenden die Eingangsklemmen und die Spannungen an den Eingangsklemmen mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, da hierdurch keine Verwechslungen eintreten. Ist z. B. die Spannung E 2 größer als die Spannung E 1, so steuert der Verstärker 2 den Gleichrichter 26, andernfalls der Verstärker 1 den Gleichrichter 16 leitend.For the sake of simplicity, the input terminals and the voltages at the input terminals are designated with the same reference symbols in the following, since this does not result in confusion. Is z. B. the voltage E 2 greater than the voltage E 1 , the amplifier 2 controls the rectifier 26 , otherwise the amplifier 1, the rectifier 16 conductive.

Durch die Steuerspannungen U _St ₁ und U _St ₂ in Fig. 2 ist angedeutet, daß mindestens einer der beiden Differenzverstärker 1 oder 2 in seiner Verstärkung steuerbar sein soll. Ist nur ein Verstärker steuerbar, so sind zwei völlig gleichartige Kennlinien einstellbar. Sind dagegen beide Verstärker steuerbar, so ist die Steilheit der Ausgangskennlinien in gewünschter Weise einstellbar. Diese Steuerung wird ausführlicher im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 mit zugehörigen Kennlinien 4 näher erläutert.The control voltages U _St ₁ and U _St ₂ in FIG. 2 indicate that at least one of the two differential amplifiers 1 or 2 should be controllable in its amplification. If only one amplifier can be controlled, two completely identical characteristics can be set. If, on the other hand, both amplifiers can be controlled, the slope of the output characteristics can be set as desired. This control is explained in more detail in the exemplary embodiment in FIG. 3 with associated characteristic curves 4 .

Wie Fig. 3 zeigt, sind die beiden Differenzverstärker 1 und 2 der Fig. 2 hier als Transistorverstärker mit zwei Gegentakttransistoren 11 und 12 bzw. 21 und 22 realisiert, in deren gemeinsamer Emitterzuleitung eine Stromquelle 13 bzw. 23 geschaltet ist. Mindestens eine der beiden Stromquellen ist steuerbar. Als Arbeitswiderstand in den Kollektorzuleitungen der beiden Gegentakttransistoren 11 und 12 des ersten Differenzverstärkers ist eine erste Stromspiegeschaltung bestehend aus den Transistoren 14 und 15 vorgesehen und in den Kollektorzuleitungen der beiden Gegentakttransistoren 22 und 21 des zweiten Differenzverstärkers eine zweite Stromspiegelschaltung mit den Transistoren 24 und 25.As FIG. 3 shows, the two differential amplifiers 1 and 2 of FIG. 2 are implemented here as transistor amplifiers with two push-pull transistors 11 and 12 or 21 and 22 , in whose common emitter feed line a current source 13 or 23 is connected. At least one of the two power sources can be controlled. A first current mirror circuit consisting of transistors 14 and 15 is provided as the load resistor in the collector leads of the two push-pull transistors 11 and 12 of the first differential amplifier, and a second current mirror circuit with transistors 24 and 25 is provided in the collector leads of the two push-pull transistors 22 and 21 of the second differential amplifier.

Die Wirkung der Stromspiegelschaltung sei beim ersten Differenzverstärker näher erläutert. Der Kollektorstrom des Transistors 11 fließt in den als Diode geschalteten Transistor 14 der Stromspiegelschaltung. Der Spannungsabfall am als Diode geschalteten Transistor 14 steuert die Basis-Emitter- Strecke des Transistors 15 der Stromspiegelschaltung. Wird diese Schaltung integriert und werden auf dem Halbleiterplättchen die Transistoren gleichartig, also mit gleichen Emitter- und Kollektorflächen ausgebildet, so wird vom Transistor 14 der Transistor 15 so gesteuert, daß bei Kollektorspannungen des Transistors 15 oberhalb seiner Restspannung (<0,2 V) sein Kollektorstrom gleich dem Kollektorstrom des Transistors 11 ist.The effect of the current mirror circuit in the first differential amplifier will be explained in more detail. The collector current of the transistor 11 flows into the transistor 14 of the current mirror circuit connected as a diode. The voltage drop across the transistor 14 connected as a diode controls the base-emitter path of the transistor 15 of the current mirror circuit. If this circuit is integrated and the transistors are formed in the same way on the semiconductor wafer, that is to say with the same emitter and collector surfaces, transistor 15 is controlled by transistor 14 in such a way that transistor 15 is above its residual voltage (<0.2 V) at collector voltages Collector current is equal to the collector current of transistor 11 .

Die Kollektor-Emitter-Strecken der Transistoren 12 und 15 sind beide hochohmig, so daß der am gemeinsamen Kollektor der Transistoren 12 und 15 angeschlossene Gleichrichter 16 hochohmig ausgesteuert wird.The collector-emitter paths of the transistors 12 and 15 are both high-resistance, so that the rectifier 16 connected to the common collector of the transistors 12 and 15 is driven with high resistance.

Der zweite Differenzverstärker ist genauso aufgebaut wie der erste. Lediglich die Eingangsleitungen zu den Transistoren 21 und 22 sind gegenüber dem ersten Differenzverstärker vertauscht an den Eingangsklemmen E 2 bzw. E 1 angeschlossen. The second differential amplifier is constructed exactly like the first. Only the input lines to the transistors 21 and 22 are connected to the input terminals E 2 and E 1 , interchanged with the first differential amplifier.

Je nach der Polarität der Eingangsspannung (E 2-E 1) fließt in den Ausgang A der Gleichrichterschaltung ein der Eingangsspannung proportionaler gleichgerichteter Strom unabhängig von der Höhe der Ausgangsspannung am Lastwiderstand R _L und zwar solange, wie diese in den Grenzen U _Min = 0,2 V und U _Max = (U₀-U₁₃ - 0,2 V) bleibt, wobei U₀ die Betriebsspannung der Stromquellen 13 und 23, U₁₃ der Spannungsabfall an der Stromquelle 13, der gleich dem Spannungsabfall an der Stromquelle 26 sein möge, und 0,2 V die Restspannung der Transistoren 15 bzw. 13 ist. Wird für die Stromquellen 13 und 23 z. B. eine aus gesteuerten PNP-Transistoren bestehende Stromquelle verwendet (A. Grebene: Analog Integrated Circuit Design (1972), S. 115, Fig. 4.2), so liegt der minimal zulässige Spannungsabfall ebenfalls bei etwa 0,2 V, so daß die in Fig. 3 gezeigte Gleichrichterschaltung bereits mit sehr niedrigen Betriebsspannungen U₀ arbeiten kann. Ein parallel zum Lastwiderstand R _L geschalteter Kondensator C beeinflußt den in den Ausgang A fließenden gleichgerichteten Strom nicht.Depending on the polarity of the input voltage ( E 2 - E 1 ), a rectified current proportional to the input voltage flows into the output A of the rectifier circuit, regardless of the level of the output voltage across the load resistor R _L, and as long as this within the limits U _Min = 0, 2 V and U _Max = ( U ₀- U ₁₃ - 0.2 V) remains, where U ₀ the operating voltage of the current sources 13 and 23 , U ₁₃ the voltage drop at the current source 13 , which may be equal to the voltage drop at the current source 26 , and 0.2 V is the residual voltage of transistors 15 and 13 , respectively. Is for the power sources 13 and 23 z. B. uses a current source consisting of controlled PNP transistors (A. Grebene: Analog Integrated Circuit Design (1972), p. 115, Fig. 4.2), the minimum permissible voltage drop is also about 0.2 V, so that the Rectifier circuit shown in Fig. 3 can already work with very low operating voltages U ₀. A capacitor C connected in parallel with the load resistor R _L does not influence the rectified current flowing in the output A.

In einer Stromspiegelschaltung, beispielsweise der aus den Transistoren 14 und 15 bestehenden, ist der Kollektorstrom des Transistors 15 gleich dem des Transistors 11. Der gleichgerichtete, in den Ausgang A fließende Strom ist folglich der Differenzstrom der Kollektorströme der Transistoren 11 und 12 bzw. 21 und 22. Wegen der hohen Verstärkung der Differenzverstärker (etwa 55 dB) und deren hohem Innenwiderstand hat die gekrümmte Kennlinie der Gleichrichter 16 und 26 keinen Einfluß auf die Stromumwandlungskennlinien.In a current mirror circuit, for example that consisting of transistors 14 and 15 , the collector current of transistor 15 is equal to that of transistor 11 . The rectified current flowing in the output A is consequently the differential current of the collector currents of the transistors 11 and 12 or 21 and 22 . Because of the high amplification of the differential amplifiers (about 55 dB) and their high internal resistance, the curved characteristic of the rectifiers 16 and 26 has no influence on the current conversion characteristics.

In Fig. 4 ist als Stromumwandlungskennlinien die Gleichrichterkennlinie I _A = f (E 2 - E 1) dargestellt. Bis auf einen Restfehler von ±1 mV bezogen auf die Eingangsspannung (E 2 - E 1) ist die Kennlinie linear. Ihre Steigung ist durch die Ströme der Stromquellen 13 und 23 (Fig. 3) bestimmt, weil die Steilheit einer Transistorkennlinie dem Emitterstrom proportional ist. Werden z. B. beide Stromquellen auf einen niedrigeren Strom I₁₃ = I₂₃ gesteuert, so ändert sich die Steigung der Kennlinien von Kennlinie a auf Kennlinie b (Fig. 4). Bei gleichen Eingangsspannungen der Gleichrichterschaltung (E 2 - E 1 = konst) ist der Ausgangsstrom I _A proportional I₁₃ bzw. I₂₃. . (E 2 - E 1) in Figure 4, the rectifying characteristic I _A = f is as a current conversion characteristics shown. The characteristic is linear except for a residual error of ± 1 mV in relation to the input voltage ( E 2 - E 1 ). Their slope is determined by the currents of the current sources 13 and 23 ( FIG. 3) because the steepness of a transistor characteristic is proportional to the emitter current. Are z. B. both current sources controlled to a lower current I ₁₃ = I ₂₃, the slope of the characteristic curves changes from characteristic curve a to curve b ( Fig. 4). At the same input voltages of the rectifier circuit ( E 2 - E 1 = const), the output current I _{A is} proportional to I ₁₃ or I ₂₃.

Die Kennlinien münden bei zunehmender Aussteuerung der Differenzverstärker oberhalb von ±100 mV in einen konstanten Ausgangsstrom, da oberhalb von ±100 mV die Differenzverstärker übersteuert werden. Dieser maximale Ausgangsstrom ist gleich dem Strom der Stromquelle 13 bzw. 23.The characteristic curves lead to a constant output current with increasing modulation of the differential amplifiers above ± 100 mV, since the differential amplifiers are overdriven above ± 100 mV. This maximum output current is equal to the current of the current source 13 or 23 .

Die Begrenzung des Ausgangsstromes ist von großem Vorteil bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung in sprachgesteuerten Schaltungen, z. B. in Freisprecheinrichtungen oder Gegensprechanlagen, in denen ein Sprachsignal gleichgerichtet wird zur Steuerung von Dämpfungsgliedern, die jeweils eine Übertragungsrichtung bevorzugen. Die dort erforderlichen Regelkreise sollen schnell auf kleine Signalspannungen ansprechen. Bei dieser Anwendung ist die hohe Linearität der Gleichrichterkennlinien der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung in Verbindung mit der geringen Welligkeit der Ausgangsgleichspannung am Kondensator C bei Übersteuerung und der dadurch bedingten Strombegrenzung von besonderem Vorteil. Durch die Steuerbarkeit der Kennlinien über die Stromquellen lassen sich die Gleichrichterkennlinien an die Sprechlautstärken optimal anpassen. The limitation of the output current is of great advantage when using the rectifier circuit according to the invention in voice-controlled circuits, for. B. in hands-free devices or intercoms, in which a voice signal is rectified to control attenuators, each of which prefer a direction of transmission. The control loops required there should respond quickly to small signal voltages. In this application, the high linearity of the rectifier characteristics of the rectifier circuit according to the invention in conjunction with the low ripple of the DC output voltage at capacitor C in the event of overdriving and the current limitation caused thereby are of particular advantage. Due to the controllability of the characteristic curves via the current sources, the rectifier characteristic curves can be optimally adapted to the speech volume.

Außerdem läßt sich die Strombegrenzung gut zur Reduktion von Übersteuerungseffekten verwenden. Ein linearer Gleichrichter würde nämlich bei einem vorübergehend sehr lauten Geräusch und damit einer sehr großen Eingangsspannung am Gleichrichter einen Ladekondensator, wie z. B. C in Fig. 3, stark aufladen, so daß eine große Erholzeit verginge, bis die zu regelnde Spannung wieder ihren Sollwert erreicht hat.In addition, the current limitation can be used to reduce overdrive effects. A linear rectifier would namely with a temporarily very loud noise and thus a very large input voltage at the rectifier, a charging capacitor, such as. B. C in Fig. 3, charge strongly, so that a long recovery time would pass until the voltage to be regulated has reached its setpoint again.

Die in Fig. 3 gezeigte Schaltung ist in vorteilhafter Weise recht flexibel. So sind bei Bedarf durch unterschiedliche Steuerung der Stromquellen 13 und 23 für negative Eingangsspannungen (E 2 - E 1) andere Kennliniensteigungen erzielbar als für positive. Ist eine präzise Einweggleichrichterschaltung gewünscht, so kann der zweite Differenzverstärker inklusive Gleichrichter 26 eingespart werden.The circuit shown in Fig. 3 is advantageously quite flexible. If necessary, different characteristic slope increases can be achieved for negative input voltages ( E 2 - E 1 ) than for positive ones by differently controlling the current sources 13 and 23 . If a precise one-way rectifier circuit is desired, the second differential amplifier including rectifier 26 can be saved.

In Fig. 5 ist gezeigt, wie in einfacher Weise eine Doppelweggleichrichterschaltung gemäß Fig. 3 als integrierte Schaltung realisiert werden kann, wenn für beide Kennlinienzweige gleiche Steigung erwünscht ist. In dieser Weiterbildung sind die Gegentakttransistoren 11 und 12 bzw. 21 und 22 der Fig. 3 jeweils als Doppelkollektortransistoren 111 bzw. 211 ausgebildet. Der erste Kollektor des ersten Doppelkollektortransistors 111 ist mit dem als Diode geschalteten Transistor 14 der ersten Stromspiegelschaltung verbunden. Der zweite Kollektor des ersten Doppelkollektortransistors 111 ist mit dem gesteuerten Transistor 25 der zweiten Stromspiegelschaltung verbunden. Der erste Kollektor des zweiten Doppelkollektortransistors 211 ist mit dem als Diode geschalteten Transistor 24 der zweite Stromspiegelschaltung verbunden. Der zweite Kollektor des zweiten Doppelkollektortransistors 211 ist an den gesteuerten Transistor 15 der ersten Stromspiegelschaltung angeschlossen und fernerhin ist der jeweilige zweite Kollektor eines Doppelkollektortransistors zusätzlich über einen Gleichrichter 16 bzw. 26 mit dem Ausgang A verbunden. FIG. 5 shows how a full-wave rectifier circuit according to FIG. 3 can be implemented as an integrated circuit in a simple manner if the same slope is desired for both characteristic branches. In this development, push-pull transistors 11 and 12 or 21 and 22 of FIG. 3 are each designed as double collector transistors 111 and 211 . The first collector of the first double collector transistor 111 is connected to the transistor 14 of the first current mirror circuit connected as a diode. The second collector of the first double collector transistor 111 is connected to the controlled transistor 25 of the second current mirror circuit. The first collector of the second double collector transistor 211 is connected to the transistor 24 of the second current mirror circuit connected as a diode. The second collector of the second double collector transistor 211 is connected to the controlled transistor 15 of the first current mirror circuit, and furthermore the respective second collector of a double collector transistor is additionally connected to the output A via a rectifier 16 or 26 .

Durch diese Zusammenfassung der beiden Differenzverstärker entfällt auch die Stromquelle 23 (Fig. 3). Die steuerbare Stromquelle 13 muß dafür einen doppelt so hohen Strom liefern und ist in Fig. 5 mit 113 bezeichnet.This combination of the two differential amplifiers also eliminates the current source 23 ( FIG. 3). For this purpose, the controllable current source 13 must supply a current twice as high and is designated 113 in FIG. 5.

In Fig. 5 ist ferner eine erste Möglichkeit gezeigt, um die Gleichrichterkennlinien der erfindungsgemäßen Gleichrichterschaltung parallel zu verschieben, indem dem Ausgangsstrom ein konstanter Gleichstrombetrag hinzugefügt oder abgezogen wird. Hierzu ist ein weiterer Differenzverstärker mit einer Stromspiegelschaltung am Ausgang A angeschlossen, dessen Eingänge E₃ und E₄ mit einer in Fig. 5 nicht gezeigten Steuerspannungsquelle verbunden sind.In Fig. 5, a first possibility is further shown to the rectifying characteristics of the rectifier circuit according to the invention to move in parallel by the output current is added to a constant DC current amount or deducted. For this purpose, a further differential amplifier with a current mirror circuit is connected to output A , the inputs E ₃ and E ₄ of which are connected to a control voltage source (not shown in FIG. 5).

Je nach Vorzeichen der Steuerspannung (E₄ - E₃) fließt ein Zusatzgleichstrom in positiver oder negativer Richtung in den Ausgang A der Gleichrichterschaltung, der die in Fig. 6 gezeigten Gleichrichterkennlinien der in Fig. 5 gezeigten Schaltung nach oben bzw. unten verschiebt.Depending on the sign of the control voltage ( E ₄ - E ₃), an additional direct current flows in a positive or negative direction into the output A of the rectifier circuit, which shifts the rectifier characteristics shown in FIG. 6 up or down in the circuit shown in FIG. 5.

In Fig. 6 sind die Kennlinien U _A = f (E₂ - E₁) dargestellt, für den Fall, daß die Gleichrichterschaltung der Fig. 5 rein ohmisch belastet ist (C = 0). Für die Kennlinie a ist E₃ = E₄. Die Steigung und der Wert der Spannungsbegrenzung der Kennlinien werden durch die Größe des Stromes der Stromquelle 113 bestimmt. Wird z. B. E 3 negativer als E 4, so wird der Transistor 31 stärker ausgesteuert und die Kennlinie a verschiebt sich in Richtung der Kennlinie d. Wird dagegen E 3 positiver als E 4 gesteuert, so verschiebt sich die Kennlinie a in Richtung der Kennlinie c.In Fig. 6, the characteristic curves U _A = f ( E ₂ - E ₁) are shown, in the event that the rectifier circuit of Fig. 5 is purely resistive ( C = 0). For the characteristic curve a is E ₃ = E ₄. The slope and the value of the voltage limitation of the characteristic curves are determined by the size of the current of the current source 113 . Is z. B. E 3 more negative than E 4 , the transistor 31 is driven more and the characteristic curve a shifts in the direction of the characteristic curve d . On the other hand, if E 3 is controlled more positively than E 4 , the characteristic curve a shifts in the direction of the characteristic curve c .

Wie ersichtlich, hat diese Art der Kennlinienverschiebung den Nachteil, daß für kleine Gleichspannungen am Ausgang a die Restspannung U _Rest des Transistors 34 der dritten Stromspiegelschaltung störend ist, wodurch die Kennlinien nicht bis zur Ausgangsspannung U _A = 0 durchgesteuert werden können.As can be seen, this type of characteristic shift has the disadvantage that the residual voltage U _{rest of} the transistor 34 of the third current mirror circuit is disruptive for small direct voltages at the output a , as a result of which the characteristic curves cannot be controlled up to the output voltage U _A = 0.

In Fig. 7 ist eine vorteilhafte Weiterbildung gezeigt, bei der dieser Nachteil vermieden ist. Die linke Hälfte der in Fig. 7 gezeigten Schaltung ist identisch mit der linken Hälfte der in Fig. 5 gezeigten. Der weitere Differenzverstärker ist jedoch nicht am Ausgang A angeschlossen, sondern speist zwei Zusatzgleichströme in die zusammengefaßten Differenzverstärker ein.In Fig. 7 an advantageous embodiment is shown in which this disadvantage is avoided. The left half of the circuit shown in FIG. 7 is identical to the left half of the circuit shown in FIG. 5. However, the additional differential amplifier is not connected to output A , but feeds two additional direct currents into the combined differential amplifier.

Die Eingänge E 3 und E 4 des weiteren Differenzverstärkers sind wiederum mit einer in der Fig. 7 nicht dargestellten Steuerspannungsquelle verbunden. Bei diesem weiteren Differenzverstärker ist ein Gegentakttransistor als ein dritter Doppelkollektortransistor 311 ausgebildet. Der andere Gegentakttransistor 32 ist mit dem als Diode geschalteten Transistor 35 einer dritten Stromspiegelschaltung verbunden. Dieser als Diode geschaltete Transistor 35 steuert jedoch diesmal zwei Transistoren 341 und 342 der Stromspiegelschaltung. Die Kollektoren der Transistoren 341 und 342 sind an je einem Kollektor des dritten Doppelkollektortransistors 311 angeschlossen. Je ein Kollektor des dritten Doppelkollektortransistors 311 ist ferner über einen Gleichrichter 16 bzw. 26 mit dem Ausgang A der Doppelweggleichrichterschaltung verbunden.The inputs E 3 and E 4 of the further differential amplifier are in turn connected to a control voltage source, not shown in FIG. 7. In this further differential amplifier, a push-pull transistor is designed as a third double collector transistor 311 . The other push-pull transistor 32 is connected to the transistor 35 connected as a diode of a third current mirror circuit. This transistor 35 connected as a diode, however, controls two transistors 341 and 342 of the current mirror circuit this time. The collectors of transistors 341 and 342 are each connected to a collector of the third double collector transistor 311 . One collector each of the third double collector transistor 311 is also connected via a rectifier 16 or 26 to the output A of the full-wave rectifier circuit.

Die als Gleichrichter verwendeten Dioden oder Transistoren 16 und 26 sollen eine Schleusenspannung haben, die etwa gleich der Restspannung der Transistoren 341 bzw. 342 ist. Die erzielbaren Gleichrichterkennlinien verlaufen nun wie in Fig. 6 strichliert angegeben, also bis zur Ausgangsspannung U _A = 0 V. Da in Fig. 7 identische Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in Fig. 5, entspricht die Beschreibung der Kennlinien a, c und d der Fig. 6 der Beschreibung der Kennlinien zu Fig. 5, nur daß statt der Einspeisung des Zusatzstromes nach den Gleichrichtern 16 und 26 (Fig. 5) in Fig. 7 zwei gleiche Zusatzströme vor den Gleichrichtern 16 und 26 eingespeist werden.The diodes or transistors 16 and 26 used as rectifiers should have a lock voltage which is approximately equal to the residual voltage of transistors 341 and 342 , respectively. The achievable rectifier characteristic curves now run as shown in broken lines in FIG. 6, that is to say up to the output voltage U _A = 0 V. Since identical parts in FIG. 7 are provided with the same reference symbols as in FIG. 5, the description of the characteristic curves a, c and corresponds d of FIG. 6, the description of the characteristic curves of FIG. 5, except that will be fed instead of the feed of the auxiliary stream to the rectifiers 16 and 26 (Fig. 5) in Fig. 7, two same additional currents from the rectifiers 16 and 26.

Aus Fig. 6 ist entnehmbar, daß die Einspeisung des Zusatzgleichstromes auch die Übersteuerungsgrenzen verschiebt. Stellt dieses einen Nachteil dar, so kann gemäß einer Schaltungsvariante der Fig. 7 dieser Nachteil vermieden werden. Hierzu ist in Fig. 7 der erste Kollektor 37 des dritten Doppelkollektortransistors 311 nicht im Punkt 17 sondern mit dem ersten Kollektor 27 des zweiten Doppelkollektortransistors 211 und der zweite Kollektor 38 des dritten Doppelkollektortransistors 311 nicht mit Punkt 28 sondern mit dem ersten Kollektor 18 des ersten Doppelkollektortransistors 111 zu verbinden.From Fig. 6 it can be seen that the supply of the additional direct current also shifts the overdrive limits. If this represents a disadvantage, then this disadvantage can be avoided according to a circuit variant of FIG. 7. For this purpose, the first collector is shown in FIG. 7, 37 of the third double collector transistor 311 is not at the point 17 but with the first collector 27 of the second double collector transistor 211 and the second collector 38 of the third double collector transistor 311 not to point 28 but with the first collector 18 of the first double-collector transistor 111 to connect.

Durch diese Schaltungsmaßnahmen kann der Zusatzgleichstrom lediglich die als Diode geschalteten Transistoren 14 bzw. 24 beeinflussen. Der maximale Ausgangsgleichstrom und die Steigung der Gleichrichterkennlinien ist durch den Strom der Stromquelle 113 gegeben. Dies ist in Fig. 8 dargestellt.With these circuit measures, the additional direct current can only influence the transistors 14 and 24 connected as diodes. The maximum output direct current and the slope of the rectifier characteristics are given by the current of the current source 113 . This is shown in Fig. 8.

In Fig. 8 sind die Gleichrichterkennlinien U _A = f (E 2 - E 1) für die abgewandelte Schaltung der Fig. 7 für den Fall C = 0 gezeigt. Die Kennlinie a entsteht bei der Steuerspannung (E 4 - E 3) = 0. Für E 3 negativer als E 4 wird der Transistor 311 stärker ausgesteuert. Seine höheren Kollektorströme fließen durch die als Diode geschalteten Transistoren 14 und 24, so daß die von diesen Transistoren gesteuerten Transistoren 15 bzw. 25 höhere Ströme ziehen, welche die Ausgangsströme durch die Schaltungspunkte 17 und 28 reduzieren, wodurch die Kennlinie a sich in Richtung auf die Kennlinie c verschiebt. Die Strombegrenzung bzw. Spannungsbegrenzung tritt bei der Kennlinie c durch Übersteuerung des Differenzverstärkers durch Eingangsspannungen (E 2 - E 1) <100 mV auf.In FIG. 8, the rectifying characteristics U _A = f (E 2 - E 1) shown for the modified circuit of Figure 7 for the case C = 0,.. The characteristic curve a arises at the control voltage ( E 4 - E 3 ) = 0. For E 3 more negative than E 4 , the transistor 311 is driven more. Its higher collector currents flow through the transistors 14 and 24 connected as diodes, so that the transistors 15 and 25 controlled by these transistors draw higher currents, which reduce the output currents through the circuit points 17 and 28 , as a result of which the characteristic curve a in the direction of the Characteristic curve c shifts. The current limitation or voltage limitation occurs in the characteristic curve c by overdriving the differential amplifier by input voltages ( E 2 - E 1 ) <100 mV.

Ist E 3 positiver als E 4, so werden die Transistoren 15 und 25 weniger stark ausgesteuert. Dadurch verschiebt sich die Kennlinie a zur Kennlinie f. Die Strombegrenzung bzw. Spannungsbegrenzung wird durch den konstanten Strom der steuerbaren Stromquelle 113 bewirkt.If E 3 is more positive than E 4 , the transistors 15 and 25 are driven less strongly. Characteristic curve a shifts to characteristic curve f . The current limitation or voltage limitation is brought about by the constant current of the controllable current source 113 .

Es sei nochmals darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Gleichrichterschaltung eine Stromquelle für gleichgerichtete Eingangsspannungen darstellt. Daher spielt das Ausgangspotential des Ausgangs A im Rahmen der Aussteuerungsgrenzen der Gleichrichterschaltung keine Rolle. Der Ausgang A kann daher auch an einen vorgespannten Verstärkereingang angeschlossen werden. It should be pointed out again that the rectifier circuit according to the invention represents a current source for rectified input voltages. Therefore, the output potential of output A is irrelevant within the modulation limits of the rectifier circuit. Output A can therefore also be connected to a biased amplifier input.

Die erfindungsgemäße Doppelweggleichrichterschaltung wurde lediglich an Ausführungsbeispielen erläutert. Die Erfindung umfaßt selbstverständlich auch entsprechende Schaltungen mit komplementären Transistoren.The full-wave rectifier circuit according to the invention was only explained using exemplary embodiments. The invention of course also includes corresponding circuits with complementary transistors.

Ein zusätzlicher Vorteil der in den Fig. 3, 5 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiele ist es, daß sie auch bei Aussteuerung der Gleichrichterschaltung keinen pulsierenden Gleichstrom sondern einen konstanten Gleichstrom aus der Betriebsspannungsquelle U₀ aufnehmen, so daß keine zusätzlichen Siebmittel erforderlich sind.An additional advantage of the exemplary embodiments shown in FIGS . 3, 5 and 7 is that, even when the rectifier circuit is driven, they do not receive a pulsating direct current but a constant direct current from the operating voltage source U ₀, so that no additional screening means are required.

Claims

1. full-wave rectifier circuit for precise rectification of AC voltages with two differential amplifiers ( 1, 2 ), the outputs of which are each connected via a rectifier ( 16, 26 ) to the output (A) forming the load connection, characterized in that as a differential amplifier ( 1, 2 ) Differential amplifiers with a high output resistance are provided,
that at least one of the two differential amplifiers ( 1 or 2 ) is controllable in its amplification and
that the non-inverting input of the first differential amplifier ( 1 ) on the one hand with the inverting input of the second differential amplifier ( 2 ) and on the other hand with a first input (E 1 ), and the inverting input of the first differential amplifier ( 1 ) on the one hand with the non-inverting input of the second differential amplifier ( 2 ) and on the other hand are connected to a second input (E 2 ) of the full-wave rectifier circuit.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the two differential amplifiers ( 1, 2 ) are each transistor amplifiers with two push-pull transistors ( 11, 12; 21, 22 ), in whose common emitter lead a current source ( 13; 23 ) is connected,
that at least one of the current sources ( 13; 23 ) of the two differential amplifiers can be controlled,
that as a load resistor in the collector leads of the two push-pull transistors ( 11, 12 ) of the first differential amplifier , a first current mirror circuit consisting of a transistor ( 14 ) connected as a diode and a transistor ( 15 ) controlled by this, and in the collector leads of the two push-pull transistors ( 22 , 21 ) of the second differential amplifier, a second current mirror circuit ( 24, 25 ) of the same type is provided, and that the rectifiers ( 16; 26 ) are each connected to the collectors of the controlled transistors ( 15; 25 ).

3. A circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the push-pull transistors ( 11, 12; 21, 22 ) are each designed as double collector transistors ( 111; 211 ), in their common emitter lead consequently only a controllable current source ( 113 ) is present that the first collector of the first double collector transistor ( 11 ) with the transistor ( 14 ) of the first current mirror circuit connected as a diode,
the second collector of the first double collector transistor ( 111 ) with the controlled transistor ( 25 ) of the second current mirror circuit,
the first collector of the second double collector transistor ( 211 ) with the transistor ( 24 ) of the second current mirror circuit connected as a diode,
the second collector of the second double collector transistor ( 211 ) with the controlled transistor ( 15 ) of the first current mirror circuit and
the respective second collector of a double collector transistor is additionally connected to the output (A) via a rectifier ( 16, 26 ).

4. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that a further differential amplifier with a current mirror circuit is connected in parallel to the output (A) , the inputs (E 3 , E 4 ) of which are connected to a control voltage source.

5. Circuit arrangement according to claim 3, characterized in that a further differential amplifier is provided in parallel with this, the inputs (E 3 , E 4 ) are connected to a control voltage source,
one push-pull transistor is designed as a third double collector transistor ( 311 ),
whose other push-pull transistor ( 32 ) is connected to the transistor ( 35 ) connected as a diode of a third current mirror circuit and
the diode-connected transistor (35) comprises two transistors (341, 342) of the current mirror circuit controls whose respective collector is connected to a respective collector of the third double-collector transistor (311), and that a respective collector of the third double-collector transistor (311) via a rectifier ( 16, 26 ) of the full-wave rectifier circuit is connected to its output (A) .