DE708316C

DE708316C - Circuit arrangement for modulation or rectification

Info

Publication number: DE708316C
Application number: DES109402D
Authority: DE
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens Corp
Priority date: 1933-05-19
Filing date: 1933-05-19
Publication date: 1941-07-17

Description

Schaltungsanordnung zur Modulation oder Gleichrichtung Die Erfindung betrifft Gleichrichter- und Modulationsschaltungen, in denen Trockengleichrichter oder Zweielektrodenröhren für die Zwecke der Modulation oder Gleichrichtung angewendet werden. Die Kennlinie der bekannten Modulatoren und Gleichrichter, gleichgültig, ob es sich dabei um Röhren- oder Trockengleichrichter handelt, weicht im allgemeinen von dem quadratischen Gesetz ab und enthält Glieder höherer Potenz. Der Aussteuerungsbereich derartiger Schaltungen wird, wenn eine bestimmte Verzerrungsfreiheit vorgeschrieben ist; .durch das Vorhandensein der Glieder dritter und höherer Potenz begrenzt.Circuit arrangement for modulation or rectification The invention concerns rectifier and modulation circuits in which dry rectifiers or two-electrode tubes for the purposes of modulation or rectification will. The characteristic of the well-known modulators and rectifiers, indifferent, whether it is a tube or dry rectifier is generally different depends on the law of the square and contains terms of higher power. The dynamic range such circuits is prescribed when a certain freedom from distortion is; . Limited by the presence of the terms of the third and higher powers.

Die Erfindung, .die sich die Vergrößerung des Aussteuerungsbereiches bzw. die Verminderung der Verzerrungen zum Ziel gesetzt hat, geht von folgender Erkenntnis aus: Bei Gleichrichter- oder Modulat?onsschaltungen, die mitWiderständen in Parallel- oder in Reihenschaltung kombiniert sind, enthält, wenn man .die Abhängigkeit des Stromes von der Spannung durch eine Potenzreihe ausdrückt, der Koeffizient des Gliedes dritter Potenz einen negativen und positiven Falttor.The invention, which is the enlargement of the dynamic range or aims to reduce distortion, assumes the following Findings from: In the case of rectifier or modulation circuits with resistors are combined in parallel or in series, contains, if one .the dependency of the current from the voltage is expressed by a power series, the coefficient of Third power term a negative and a positive folding gate.

Gemäß der Erfindung werden in einer Schaltungsanordnung zur Modulation oder Gleichrichtung die mit .den Trockengleichrichtern oder Zweielektrodenröhren in Reihe oder parallel liegenden Widerstände derart bemessen, daß Glieder dritter oder höherer Potenz in der Stromspannungskennlinie des Gleichrichter- bzw. Modulatorkreises praktisch Null sind.According to the invention, in a circuit arrangement for modulation or rectification with the dry rectifiers or two-electrode tubes in series or parallel resistors dimensioned such that members third or higher power in the current-voltage characteristic of the rectifier or modulator circuit are practically zero.

Es ist bekannt, mit Gleichrichteranordnungen Widerstände in Reihe zu schalten. Jedoch sind, diese nicht so bemessen, daß .die Glieder dritter oder höherer Potenz der Stromspannungskennlinie Null werden. Die Widerstände dienen in den bekannten Schaltungen lediglich .dazu,.den Aussteuerungsbereich auf den günstigsten Teil der Kennlinie des Gleichrichters zu begrenzen. Da durch .diese Begrenzung die von dem Gle_chrichter abnehmbare Leistung vermindert wird, sind die bekannten Schaltungen unwirtschaftlich.It is known to use resistors in series with rectifier arrangements to switch. However, these are not dimensioned so that .the links third or higher power of the voltage characteristic curve become zero. The resistors are used in the known circuits only .for this, .the modulation range to the cheapest Limit part of the rectifier's characteristic curve. Because of this limitation the The known circuits are known circuits uneconomical.

Der Erfindungsgedanke wird an Hand der Abb. r näher erläutert. In dieser ist ein Gleichrichter mit dem Wechselstromwiderstand R, unter Vorschaltung eines Widerstandes mit dem Leitwert G" an die Spannung u geschaltet. Parallel zum Gleichrichter liegt ein Widerstand mit dem Leitwert G", an dem die Spannung Ud vorhanden ist. Die .durch die physikalische Beschaffenheit des Gleichrichters gegebene Beziehung zwischen dem durch den Gleichrichter hindurchfließenden Strom id und der Spannung ud läßt sich durch die Potenzreihe gd = ad Ud + ßd Ud° + 7d Ud3+ . . . @r@ darstellen. Wird der Zusammenhang zwischen dem Gesamtstrom i und der Gesamtspannung ic ebenfalls durch eine Potenzreihe i = all -f- ß11=+ 1u3-;- ... (a).The idea of the invention is explained in more detail with reference to Fig. R. In this, a rectifier with the alternating current resistance R is connected to the voltage u with a resistor with the conductance G "connected upstream. A resistor with the conductance G" at which the voltage Ud is present is parallel to the rectifier. The relationship, given by the physical nature of the rectifier, between the current id flowing through the rectifier and the voltage ud can be given by the power series gd = ad Ud + ßd Ud ° + 7d Ud3 + . . . @ r @ represent. If the relationship between the total current i and the total voltage ic is also given by a power series i = all -f- ß11 = + 1u3 -; - ... (a).

dargestellt, so ergeben sich für die Koeffizien= ten x, ß, y unter Anwendung der Kirchhofschen Sätze und. unter Berücksichtigung von Gleichung (1) folgende Werte: a = G" e (ad -f- Gp1 (3) ß = (Gl.,@c)@ - ß,1 (4) Unter G = G,, -1- G" -1- ad ist der Gesamtleit-"vert der Schaltung zu verstehen.shown, the coefficients x, ß, y using Kirchhof's theorems and. taking into account equation (1) the following values: a = G "e (ad -f- Gp1 (3) ß = (Eq., @ c) @ - ß, 1 (4) G = G ,, -1- G "-1- ad is to be understood as the overall conductance of the circuit.

Soll die Kennlinie der Gesamtschaltung Glieder dritter Potenz nicht enthalten, so ist der Gesamtleitwert G so bemessen, daß der Koeffizient , = Null wird. Es ergibt sich mithin die Beziehung Es zeigt sich also, daß durch geeignete Bemessung der mit demGleichrichter kombinierten Widerstände die durch das Glied dritter Potenz der Gleichrichterkennlinie bedingten :`erzerrungen kompensiert «-erden können. In 4hlicher Weise kann man auch statt dessen 1:s Glied vierter Potenz zum Verschwinden bringen, was z. B. für Detektormeßgeräte wichtig ist, wo (las Glied dritter Potenz ohnehin als nicht gleichstromerzeugend nicht stört. Der Parallelwiderstand G" ist für die Erfüllung der Bedingung (6) nicht unbedingt erforderlich. Dieser kann vielmehr auch durch geeignete Bemessung des mit dem Gleichrichter in Reihe liegenden Widerstandes allein genügt werden. Wird G, = O gesetzt, so daß sich für .den Gesamtleitwert G - G" + ad ergibt, so folgt aus der Beziehung (6) für die Bemessung des Leitwertes des Vorwiderstandes die Bedingung Für den praktisch besonders wichtigen Fall, .daß es sich um einen Kupferoxydulgleichrichter handelt, kann die Kennlin'e des Gleichrichters durch die Exponentialfunktion angenähert angegeben werden (c,. = Richtkonstante des Gleichrichters, R, ---- Wechselstromwiderstand desGleichrichters im jeweils interessierenden Arbeitspunkt, d. h. differentieller Widerstand bei einer gegen Null abnehmenden Wechselspannung, vgl. den Aufsatz von Kaden in »Hochfrequenztechnik und Elektroakustik«, Bd. 39, 1932, S. I15). Aus Gleichung (S) ergeben sich für die der Gleichung (i) entsprechenden Koeffizienten die Werte Diese Koeffizienten in Gleichung (7) eingesetzt, ergeben als Beziehungsgleichung für das Verschwinden des Gliedes dritter Potenz: Der mit dein Gleichrichter in Reihe liegende Widerstand ist also halb so groß zu wühlen wie der Wechselstromwiderstand des Gleichrichters selbst. Bei dieser Bemessung kann die Aussteuerung so weit erhöht werden, bis unzulässige hohe Störungen durch das Glied vierter Potenz hervorgerufen werden. Praktisch wirken sich die Maßnahmen der Erfindung bei gleichem Wirkungsgrad in einer besseren Verzerrungsfreiheit bzw. bei gleicher Verzerrungsfreiheit in einem höheren Wirkungsgrad aus. Diese spezielle Bemessung, die gemäß der Erfindung für Kupferoxydulgleichrichter besonders vorteilhaft ist, wurde bei einem Gleichrichter in Audionschaltung bereits in einem Falle verwirklicht. Sie diente zur Erzielung eines möglichst großen Ausgangsstromes des Gleichrichters, nicht jedoch zur Verminderung nichtlinearer Verzerrungen. Die bekannte Audionschaltung konnte daher dem Fachmann, der sich die Aufgabe gestellt hatte, die Oberwellen zu beseitigen, keine Anregung geben.If the characteristic curve of the overall circuit is not to contain elements of the third power, the overall conductance G is dimensioned such that the coefficient becomes = zero. So the relationship arises So it turns out that by suitable dimensioning of the resistors combined with the rectifier, the `` distortions compensated '' caused by the term of the third power of the rectifier characteristic can be grounded. In a similar way one can instead make the 1: s fourth power disappear, which z. B. is important for detector measuring devices, where (the third power element does not interfere anyway as it does not generate direct current. The parallel resistance G "is not absolutely necessary for the fulfillment of condition (6) If G, = O is set, so that G - G "+ ad results for the overall conductance, then from relation (6) the condition for dimensioning the conductance of the series resistor follows For the case, which is particularly important in practice, that it is a copper oxide rectifier, the characteristic of the rectifier can be determined by the exponential function approximately (c,. = directional constant of the rectifier, R, ---- AC resistance of the rectifier at the relevant operating point, i.e. differential resistance when the alternating voltage decreases towards zero, cf. 39, 1932, p. I15). Equation (S) gives the values for the coefficients corresponding to equation (i) Inserting these coefficients in equation (7) results in the relationship equation for the disappearance of the third power term: The resistance in series with your rectifier is therefore half as large as the alternating current resistance of the rectifier itself. With this dimensioning, the modulation can be increased until inadmissible high levels of interference are caused by the fourth power. In practice, the measures of the invention have the same effect in a better freedom from distortion or in the same freedom from distortion in a higher degree of efficiency. This special dimensioning, which according to the invention is particularly advantageous for copper oxide rectifiers, has already been implemented in one case for a rectifier in audio circuit. It was used to achieve the highest possible output current from the rectifier, but not to reduce non-linear distortion. The known audio circuit could therefore not give any suggestion to the person skilled in the art, who had set himself the task of eliminating the harmonics.

Bei den oben abgeleiteten Bedingungen für die Kompensation des Gliedes dritter Potenz ist die Kapazität des Gleichrichters nicht berücksichtigt worden. Diese würde naturgemäß von einer bestimmten Frequenz ab die Beziehungen wesentlich beeinflussen, sobald der kapazitive Widerstand gegenüber dem Wert R" nicht mehr vernachlässigt werden kann. Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird der Einfluß der Gleichrichterkapazität dadurch auf einen zulässigen Wert verkleinert, daß durch eine Gleichvorspannung geeigneter Größe der WechselstromwiderstandR"verkleinert wird. Dies hat automatisch eine Erhöhung der Grenzfrequenz des Gleichrichters zur Folge. In Abb. a ist die Abhängigkeit des Stromes i von der Spannung e für einen normalen Trockengleichrichter .dargestellt. Die Steilheit dieser Kurve an jeder Stelle entspricht dem reziproken Widerstand _ an dieser Stelle. Es zeigt sich, daß indem Punkte B die Änderungen .des Stromes bei gleicher Spannungsänderung wesentlich größer sind als im PunkteA. Es läßt sich also durch Erhöhen der Vorspannung der WechselstromwiderstandRa des Gleichrichters wesentlich verringern.The capacitance of the rectifier has not been taken into account in the conditions derived above for the compensation of the third power element. This would naturally influence the relationships from a certain frequency onwards as soon as the capacitive resistance can no longer be neglected in relation to the value R " appropriate magnitude, the alternating current resistance R "is decreased. This automatically increases the cutoff frequency of the rectifier. Fig. A shows the dependence of the current i on the voltage e for a normal dry rectifier. The steepness of this curve at each point corresponds to the reciprocal resistance _ at this point. It can be seen that at point B the changes in the current for the same change in voltage are significantly greater than at point A. Thus, by increasing the bias voltage, the AC resistance Ra of the rectifier can be substantially reduced.

Wird die Vorspannung .des Gleichrichters veränderlich gemacht, so können .die Eigenschaften der Schaltung den verschiedenen jeweiligen Anforderungen an die Höhe der Grenzfrequenz angepaßt werden. Es ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß .die Temperaturabhängigkeit des Wechselstromwiderstandes, die bei Trockengleichrichtern bekanntlich sehr groß ist (4o °/'o Widerstandsänderung bei io° Temperaturerhöhung) kompensiert werden kann, indem die Vorspannung stets so geregelt wird, daß der Wechselstromwiderstand unter allen Betriebsbedingungen und Temperaturen immer wieder ,den einmal festgelegten günstigsten Wert hat.If the bias of the rectifier is made variable, so the properties of the circuit can meet the various requirements be adapted to the level of the cutoff frequency. There is also the advantage that .the temperature dependence of the alternating current resistance, which occurs in dry rectifiers is known to be very large (40 ° / 'o change in resistance with 10 ° temperature increase) can be compensated by always regulating the bias so that the AC resistance under all operating conditions and temperatures over and over again, those once specified has the most favorable value.

Bisher wurde zur Verminderung des Widerstandes eine Parallelschaltung mehrerer Gleichrichter angewendet. Demgegenüber bedeutet die Beeinflussung des Widerstandes durch eine Vorspannung eine wesentliche Verringerung des Aufwandes. Es ist im Rahmen der Erfindung selbstverständlich möglich, die Änderung der Vorspannung auch selbsttätig zu bewirken.So far, a parallel connection has been used to reduce the resistance applied several rectifiers. In contrast, means influencing the resistance a significant reduction in effort by preloading. It's in the frame the invention of course possible, the change of the preload automatically to effect.

Claims

PATENT PROVISIONS: i. Circuit arrangement for modulation or rectification with the aid of dry rectifiers or two-electrode tubes, characterized by such a dimensioning of the resistors lying in series and / or parallel with the modulator or rectifier that members of the third or higher power in the current-voltage characteristic of the rectifier or modulator circuit are practically zero. a. Circuit arrangement according to Claim i, characterized in that only one resistor is connected in series with the modulator or rectifier and the conductance of this resistor corresponds to the relationship is selected, whereby under ad, ßd, Yd the coefficients of the current-voltage characteristic ('dl Ud)' d = ad Ud + ßd UZ - [- yd Uds ... of the modulator or rectifier are to be understood. . 3. Circuit arrangement according to claim i, characterized in that, in the case of a dry rectifier, the resistance value .des selected in series with this resistor is equal to half the AC resistance of the rectifier. 4. Circuit arrangement according to claim i, characterized in that in order to achieve a sufficiently high cut-off frequency, the AC resistance of the modulator is reduced by a suitable DC bias voltage. 5. Circuit arrangement according to claim i, characterized in that the AC resistance of the rectifier is substantially reduced or kept constant by a bias voltage which can optionally be set manually or automatically.