DE1264116B

DE1264116B - Anordnung zur Multiplikation von Gleich- oder Wechselstromgroessen, insbesondere zur Leistungsmessung, nach dem Verfahren der Pulsdauer- und Pulsamplituden-Modulation

Info

Publication number: DE1264116B
Application number: DE1965L0050504
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Werner Braeuer; Dr-Ing Klaus Kleegrewe
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1965-04-20
Filing date: 1965-04-20
Publication date: 1968-03-21
Also published as: CH435815A

Description

Anordnung zur Multiplikation von Gleich- oder Wechselstromgrößen, insbesondere zur Leistungsmessung, nach dem Verfahren der Pulsdauer- und Pulsamplituden-Modulation Es sind bereits Anordnungen zur Multiplikation elektrischer Größen bekannt, bei denen der einen Größe das Verhältnis von Tmpulsdauerdifferenz zur Periodendauer und der anderen die Amplitude eines Pulses mit senkrechten Flanken entspricht. Der arithmetische Mittelwert der pulsdauer- und pulsamplitudenmodulierten Ausgangsgröße ist dem Produkt proportional. Dabei erzeugt eine selbstschwingende Kippanordnung mit einem magnetischen Wandler, dessen Kern eine rechteckförmige Hystereseschleife aufweist, sowie mit zwei Transistoren und einer Betriebsspannungsquelle den Puls. Das Verhältnis von Impulsdauerdifferenz zu Perioden dauer wird durch die eine als Multiplikator bezeichnete Größe, die die Ummagnetisierungsdauer des Wandlers beeinflußt, gesteuert. Die Amplitudenmodulation durch die zweite, Multiplikand genannte Größe erfolgt anschließend in einer Schaltanordnung mit zwei oder mehr Transistoren.
Eine derartige Multiplikationsanordnung für Gleichstromgrößen zeichnet sich hinsichtlich der Kippanordnung dadurch aus, daß eine dem Multiplikator proportionale Spannung in den einen Transistorkreis gleichsinnig mit der Betriebsspannung und in den anderen Transistorkreis gegensinnig dazu eingeführt wird. Der Puls wird auf diese Weise durch den Multiplikator dauermoduliert. Diese Anordnung ist besonders zweckmäßig, da für die gesamte Multiplikationsanordnung nur ein einziger magnetischer Wandler benötigt wird und ein getrennter Pulsgenerator nicht erforderlich ist. Der Wandler ist einerseits Bestandteil der Kippanordnung; andererseits liefert er über getrennte Wicklungen die Steuerspannungen für die Schaltanordnung. Bei dieser Anordnung wird der Multiplikator durch den magnetischen Wandler galvanisch von dem Multiplikanden getrennt. Es ist aber für bestimmte Anwendungsfälle mit besonderen Erdungsverhältnissen störend, daß der Multiplikator über Widerstände leitend mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Dieser Nachteil läßt sich, allerdings nur bei Wechselstromstößen, durch einen Zwischenwandler vermeiden. Wenn größere Genauigkeit gefordert wird, geht der Vorteil des einfachen Aufbaues teilweise wieder verloren.
Man könnte deshalb versuchen, auf die seit längerem bekannten Multiplikationsanordnungen mit induktiver Einkopplung des Multiplikators zurückzugreifen, die ebenfalls nach dem Verfahren der Pulsdauer- und Pulsamplitudenmodulation arbeiten.
Bei einer derartigen, zum Stand der Technik gehörenden Anordnung wird der Multiplikator, eine Spannung, über eine Diode und einen Vorwiderstand als Strom einer Richtung in die eine von drei Wicklungen eines magnetischen Wandlers mit einem Kern mit rechteckförmiger Hystereseschleife eingespeist. Die zweite Wicklung ist mit einem getrennten Pulsgenerator, ebenfalls über eine Diode und einen Vorwiderstand, verbunden. Der dritten Wicklung wird die Steuerspannung für die Schaltanordnung abgenommen. Der getrennte Pulsgenerator erfordert einen zusätzlichen Aufwand. Hinzu kommt, daß für die Multiplikation mit einem Multiplikator wechselnder Richtung sowie von Wechselstromgrößen zusätzlich ein zweiter, dem ersten gleichartiger magnetischer Wandler, drei Hilfsspannungsquellen und sechs Dioden erforderlich sind. Zwei dieser Spannungsquellen sind galvanisch miteinander und mit dem Multiplikator verbunden, während die dritte davon getrennt ist. Die induktive Einkopplung des Multiplikators bringt deshalb nur bei der einfachen Anordnung für einen Multiplikator einer Richtung eine galvanische Trennung des Multiplikatorkreises von den übrigen Stromkreisen.
Einen erheblichen Aufwand bedingt auch eine bekannte Multiplikationsanordnung für Gleichstromgrößen beider Richtungen, die zwei Wandler und zwei vormagnetisierte Drosseln enthält. Der eine Wandler bildet mit vier Wicklungen und zwei Transistoren eine Kippanordnung, wie sie am Anfang beschrieben ist. Über weitere Wicklungen dieses Wandlers werden ein Modulator und ein Demodulator gesteuert. Ein zweiter Wandler großer Bandbreite koppelt Modulator und Demodulator. Der Multiplikator beaufschlagt zur Pulsdauermodulation zwei vormagnetisierte Drosseln, die in den beiden Steuerkreisen des Demodulators liegen. In den Modulator wird der Multiplikand zur Pulsamplitudenmodulation eingeführt.
Es liegt nun die Aufgabe vor, eine mit hoher Genauigkeit arbeitende, möglichst überlastungsfeste Anordnung zur Multiplikation von Gleichstrom- oder Wechselstromgrößen zu schaffen, bei der die elektrischen Größen bzw. ihre Quellen auch dann weitgehend beliebig geerdet sein dürfen, wenn mehrere derartige Anordnungen ausgangsseitig miteinander verbunden sind. Insbesondere soll der Multiplikatorkreis von den übrigen Kreisen der Anordnung galvanisch getrennt sein. Die Anordnung, die diesen Anforderungen genügt, soll sich durch einen möglichst geringen Aufwand auszeichnen.
Die Erfindung betrifft also eine Anordnung zur Multiplikation von Gleich- oder Wechselstromgröß en, insbesondere zur Leistungsmessung, nach dem Verfahren der Pulsdauer- und Pulsamplitudenmodulation mit Hilfe eines magnetischen Wandlers, der einerseits mit mehreren Wicklungen, zwei Transistoren und einer Betriebsspannungsquelle eine selbstschwingende Kippanordnung bildet, wobei die eine Größe (Multiplikator) zur Pulsdauermodulation derart eingeführt wird, daß sie im leitenden Zustand des einen Transistors gleichsinnig mit der Betriebsspannung und im leitenden Zustand des anderen Transistors gegensinnig zur Betriebsspannung auf den Wandler einwirkt, der andererseits über mindestens eine weitere Wicklung den dauermodulierten Puls an eine Schalt anordnung abgibt, in der er durch die zweite Größe (Multiplikand) amplitudenmoduliert wird.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist gekennzeichnet durch eine zusätzliche Wicklung des Wandlers, in die der Multiplikator als Strom eingespeist wird, und einen mit der Betriebsspannungsquelle in Reihe liegenden Widerstand, an dem außer einer konstanten Gleichspannung eine von dem Strom in der zusätzlichen Wicklung und dem Schaltzustand der Transistoren abhängige Spannung abfällt.
Weitere wesentliche Maßnahmen, die der Lösung -der angegebenen Aufgabe dienen, werden in der folgenden Beschreibung genannt.
Die erfindungsgemäße Anordnung wirkt bezüglich der Dauermodulation des Pulses ähnlich wie eine bekannte Anordnung, bei der die dem Multiplikator entsprechende Spannung (Gleichspannung) je zur Hälfte in dem einen Transistorkreis gleichsinnig mit der Betriebsspannung, in dem anderen Transistorkreis gegensinnig zu dieser zugeschaltet wird. In der neuen Anordnung wird aber der Multiplikator nicht als Spannung unmittelbar in die Transistorkreise eingespeist; vielmehr wirkt der Multiplikator über eine zusätzliche Wicklung als Strom auf den magnetischen Wandler ein, wobei der Strom sowohl ein Gleich- als auch ein Wechselstrom sein kann.
Dieser Strom erzeugt an dem mit der Betriebsspannungsquelle in Reihe liegenden Widerstand einen zusätzlichen Spannungsabfall, der den Puls dauermoduliert.
Die induktive Einkopplung des Multiplikators ist für größere Ströme möglich, so daß normalerweise (bei Wechselstrom) ein besonderer Zwischenwandler entfällt. Eine Erdung des Multiplikators ist auch bei geerdeter Betriebsspannungsquelle möglich. Ferner läßt sich zwischen der Wicklung, in die der Multi- plikator eingespeist wird, und den übrigen Wicklungen des Wandlers leicht eine verhältnismäßig hohe Spannungsfestigkeit erreichen, wobei diese Wicklung ohne besondere Schwierigkeiten für eine hohe thermische Belastbarkeit ausgebildet werden kann. Der Leistungsverbrauch der zusätzlichen Wicklung allein ist sehr gering. Die Transistoren der Kippanordnung werden selbst bei einer hohen Stoßbelastung auch ohne zusätzliche Begrenzung nicht überlastet oder gar zerstört. Außerdem lassen sich ohne besondere Schwierigkeiten noch weitere galvanisch voneinander und von der Betriebsspannungsquelle getrennte Wicklungen für gleichen oder unterschiedlichen Nennstrom auf dem Wandlerkern aufbringen, wobei ein getrennter Abgleich für die einzelnen Wicklungen nicht erforderlich ist.
Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand einer Zeichnung mit drei Figuren erläutert. Die Klemmen-und Anschlußpunktbezeichnungen stimmen in allen Figuren überein.
Fig. 1 stellt die Kippanordnung dar, während in F i g. 2 und 3 Ausführungsformen der Schaltanordnung gezeigt sind.
Mit 10 bis 17 sind in F i g. 1 Wicklungen bezeichnet, die auf einem nicht dargestellten Kern aus einem Material mit rechteckförmiger Hystereseschleife aufgebracht sind. In der Kippanordnung bilden die Wicklungen 10, 11 zusammen mit den Kollektor-Emitter-Strecken zweier pnp-Transistoren 18, 19 der an die Klemmen 20 angeschlossenen Betriebsspannungsquelle und dem Widerstand 21 zwei Stromkreise; dabei sind die Betriebsspannungsquelle und der Widerstand beiden Stromkreisen gemeinsam. Die transistorseitigen Enden der Wicklungen 10, 11 sind zusätzlich durch den Widerstand 23 verbunden. Die Basis jedes Transistors ist über den hochohmigen Widerstand 24 bzw. 25 mit prallelliegendem Kondensator 26 bzw. 27 über je eine Wicklung 12 bzw. 13 und den gemeinsamen hochohmigen Widerstand 22 an den Minuspol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen. Wie die Punktmarkierungen gleichartiger Wicklungsenden zeigen, sind beide Transistoren mit entgegengesetzten Wicklungsenden verbunden.
An die Wicklung 15 bzw. die Wicklungen 15 und 16 ist die in Fig. 2 bzw. 3 dargestellte Schaltanordnung angeschlossen. Zwischen den Wicklungen 10 bis 13 und den Wicldungen 15 und 16 liegt die mit dem Potentiometer 28 überbrückte Schirmwicklung 17. Der Abgriff des Potentiometers ist geerdet. Als äußerste Wicklung des Wandlers ist die an Klemmen geführte Wicklung 14 aufgebracht.
Die Kippanordnung hat folgende Wirkungsweise: Wie an sich bekannt, ist abwechselnd einer der Transistoren 18, 19 leitend, während der andere gesperrt ist. Wenn beispielsweise zu Beginn des Schaltzyklus der Transistor 18 leitend ist, liegt bei Steuerstrom Null die um den Spannungsabfall an dem Widerstand 21 verminderte Betriebsspannung an der Wicklung 10. Der Transistor 18 wird dabei durch die in der Wicklung 12 induzierte Spannung leitend gehalten, während der Transistor 19 durch die entgegengesetzt wirkende Spannung der Wicklung 13 gesperrt wird. Dieser Betriebszustand (Aufmagnetisieren) hält so lange an, bis der Kern in die Sättigung kommt. Dann aber steigt auf Grund der kleinen Sättigungsinduktivität des Wandlers der Kollektorstrom stark an, und die Spannung an der Wiclung 1Q) sinkt wegen des großen Spannungsabfalles an dem Widerstand 21 erheblich ab. Gleichzeitig vermindert sich die in der Wicklung 12 induzierte Spannung so weit, daß der Transistor 18 gesperrt wird, wodurch dessen Kollektorstrom und die Spannungen an den Wicklungen schnell zusammenbrechen. Die Anordnung kippt. Dabei verläßt der Kern seinen Sättigungszustand (Abmagnetisieren) und die Wicklungsspannungen kehren sich um. Das bedeutet, daß der Transistor 19 leitend wird und der Transistor 18 weiterhin gesperrt bleibt. Der Kern wird abmagnetisiert, bis der entgegengesetzte Sättigungszustand erreicht ist.
Wesentlich ist, daß sich die Ummagnetisierungszeit und damit die Impulsdauer reziprok zu der mittleren Windungsspannung in diesem Zeitabschnitt verhält.
Wenn die Kippanordnung symmetrisch aufgebaut ist, sind also die Ummagnetisierungszeiten gleich.
Wird die Kippanordnung mit dem Multiplikator, dem Strom über die Wicklung 14, gesteuert, so entsteht an dem Widerstand 21 ein zusätzlicher Spannungsabfall, der vom Strom und vom Schaltzustand der Transistoren abhängt. Dieser Spannungsabfall ändert das Tastverhältnis. Der Puls wird dauermoduliert.
Der Puls wird durch den Strom um so stärker moduliert, je größer das Verhältnis der Windungszahlen der Wicklung 14 und der Wicklung 10 bzw. 11 und je größer der Widerstand 21 ist.
Der Aussteuerbereich der Kippanordnung ist dadurch begrenzt, daß der Strom in den Kollektorstromkreisen der Transistoren 18, 19 seine Richtung nicht umkehren darf, da sonst ein einwandfreies Arbeiten der Transistoren nicht mehr gewährleistet ist. In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung sind nun die transistorseitigen Enden der Wicklungen 10, 11 durch den Widerstand 23 verbunden. Als Folge dieser zusätzlichen Belastung darf der Steuerstromkreis bei unveränderter Windungszahl der Wicklung 14 erheblich größere Werte als ohne den Widerstand 23 annehmen, ohne daß der Strom in den Kollektorkreisen seine Richtung umkehrt. Außerdem vergrößert der Widerstand 23 die Linearität der Kippanordnung erheblich.
Um eine große Genauigkeit der Multiplikationsanordnung zu erreichen, die eine sehr genau definierte Impulsdauer erfordert, muß die Kippanordnung sehr schnell innerhalb eines bestimmten Bereiches der Spannung an den Wicklungen 10, 11 des Wandlers kippen. Für beide Transistorkreise muß das möglichst gleichmäßig geschehen. Um beides zu erreichen, sind die Basisanschlüsse der Transistoren 18, 19 über die hochohmigen Widerstände 24, 25 an jeweils ein Ende der Wicklungen 12, 13 angeschlossen, während die anderen Enden dieser Wicklungen über den gemeinsamen hochohmigen Widerstand 22 mit dem Minuspol der Betriebsspannungsquelle verbunden sind. Zur weiteren Beschleunigung des- Kippvorganges ist den Widerständen 24, 25 je ein Kondensator 26 bzw. 27 parallel geschaltet. Diese Stromsteuerung hat im Gegensatz zu der sonst üblichen Spannungssteuerung den Vorteil, daß der jeweils leitende Transistor bei Sättigung des Kernes bereits abgeschaltet wird, wenn die induzierte Spannung in der Wicklung 12 bzw. 13 noch verhältnismäßig groß ist. Da sich beim Abschalten des einen Transistors der Spannungsabfall an dem Widerstand 22 sprunghaft vermindert, wird das Basispotential des anderen Transistors sprunghaft negativer, was das schnelle Leitendwerden dieses Transistors begünstigt. Die beiden Kondensatoren 26, 27 beschleunigen den Sperrvorgang durch schnelle Ableitung der Ladungsträger aus der Basiszone.
In der Kippanordnung sind außer der Betriebsspannungsquelle die Wicklungen 14 und die Widerstände 21 bis 23 beiden Transistorkreisen gemeinsam.
Die hieraus resultierende zwangläufige Symmetrierung begünstigt die Genauigkeit und den Feinabgleich der Multiplikationsanordnung wesentlich.
Der in der Kippanordnung erzeugte, mit dem Multiplikator dauermodulierte Puls wird mit dem Multiplikanden in der an den Wandler angeschlossenen Schaltanordnung mit weiteren Transistoren amplitudenmoduliert.
Die Transistoren der Schaltanordnung müssen sehr schnell und nicht überlappend geschaltet werden, um eine große Genauigkeit der Multiplikationsanordnung zu erzielen. Außerdem müssen die Spannungsabfälle an diesen Transistoren im leitenden Zustand vernachlässigbar klein sein.
Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltanordnung, die diesen Anforderungen genügt, ist in F i g. 2 dargestellt. Die Schaltanordnung arbeitet mit zwei npn-Transistoren 40, 41, deren Basisanschlüsse einerseits über die Widerstände 42, 43 mit der Wicklung 15 des Wandlers in F i g. 1 und andererseits über die beiden Dioden 44, 45 und die gemeinsame Zenerdiode 46 mit ihren Kollektoren verbunden sind.
Der Multiplikand, die Spannung, wird über die Klemmen 47 und den Widerstand 48 zwischen die miteinander und mit der Kathode der Zenerdiode verbundenen Kollektoren und die Mitte der miteinander verbundenen Widerstände 49, 50 in die Schaltanordnung eingespeist. An die Widerstände 49, 50 mit dem parallelgeschalteten Kondensator 51 ist das Anzeigeinstrument für das Produkt oder ein Gerät, das das Produkt weiterverarbeitet, angeschlossen. Wenn die Spannung geerdet ist, dann wird der Abgriff 34 des Potentiometers 28 (Fig. 1) mit dem Erdungspunkt A verbunden. Ist dagegen die Spannung erdfrei und der Ausgangskreis geerdet, dann wird der Abgriff des Potentiometers an den Erdungspunkt B angeschlossen.
In der beschriebenen Schaltanordnung werden die Transistoren 40, 41 von der Spannung an der Wicklung 15 des Wandlers derart gesteuert, daß abwechselnd ein Transistor leitet, während der andere gesperrt ist. Die Dioden 44, 45 und die Zenerdiode 46 dienen zur schnellen Durchsteuerung der Transistoren und zur Begrenzung der Steuerspannung. Die Transistoren werden invers betrieben, um die Spannungsabfälle an ihnen im leitenden Zustand möglichst klein zu halten. Bei der Multiplikation von Gleichstromgrößen mit wechselndem Vorzeichen der Spannung und von Wechselstromgrößen werden die Kollektor-Emitter-Strecken in beiden Richtungen ausgenutzt. Der genauigkeitsmindernde Einfluß der Spannungsabfälle an den Transistoren wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch weiter verkleinert, daß die Spannung mittels des Widerstandes 48 in einen eingeprägten Strom umgewandelt wird.
Auf diese Weise kann bei höheren Wechselspannungen außerdem ein Spannungswandler zur Anpassung an die Grenzwerte der Transistoren eingespart werden, sofern dieser nicht zur galvanischen Trennung bei der Addition von Produkten erforderlich ist. Weiterhin läßt sich eine Anpassung an verschiedene Nennspannungen sowohl bei Gleichspannung als auch bei Wechselspannung leicht durchführen. Hinzu kommt, daß die Schaltanordnung mit eingeprägtem Strom an Stelle von eingeprägter Spannung erheblich überlastungsfester ist. Als Vorteil ist noch die wesentlich geringere Belastung von Spannungsquellen oberhalb der Grenzwerte der Transistoren zu nennen, da der sonst erforderliche Spannungsteiler vermieden wird.
Der Kondensator 51 glättet die Ausgangsspannung, Die Schaltanordnung wird über das Potentiometer 28 bezüglich kapazitiver Fehlströme symmetriert.
Der arithmetische Mittelwert der an den Widerständen 49, 50 mit parallelgeschaltetem Kondensator 51 auftretenden Ausgangsgröße ist dem Produkt von Strom und Spannung (bei Gleichstromgrößen) bzw. dem zeitlichen Mittelwert des Produktes der Momentanwerte von Strom und Spannung (bei Wechselstromgrößen) proportional. Bei sinusförmigen Produktbildnern gleicher Frequenz ist die Ausgangsgröße dem Produkt der Effektivwerte von Strom und Spannung sowie dem Cosinus des Winkels zwischen diesen beiden proportional.
Eine hinsichtlich der Erdungsverhältnisse und der Genauigkeit bei Wechselspannungsbetrieb besonders zweckmäßige Schaltanordnung wird an Hand von Fig.3 erläutert. In der Schaltanordnung nach Fig.3 bilden die Kollektor-Emitter-Strecken von vier npn-Transistoren 60 bis 63 eine Brücke. Dabei sind die Kollektor-Emitter-Strecken von je zwei Transistoren in den diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen gegeneinandergeschaltet. Je zwei Transistoren 60, 61 bzw. 62, 63 in nebeneinanderliegenden Brückenzweigen sind, wie bereits für F i g. 2 beschrieben, an je eine Wicklung 15 bzw. 16 des Wandlers in F i g. 1 angeschlossen. Die Spannung in diesem Fall nur Wechselspannung - wird über die Klemmen 6A und den Stromwandler 65 mit dem vorgeschalteten Widerstand 66 bei C und D in die Schaltanordnung eingespeist. An den Widerstand 67 mit dem parallelliegenden Kondensator 68 ist als Verbraucher das Anzeigeinstrument für das Produkt oder ein Gerät, das das Produkt weiterverarbeitet, angeschlossen. Die Erdung der Schaltanordnung erfolgt im Punkt B, an den auch der Abgriff des Potentiometers parallel zur Schirmwicldung des Wandlers in F i g. 1 geführt ist. Der Stromwandler 65 erhält zweckmäßigerweise eine nicht eingezeichnete statische Abschirmung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung, die ebenfalls geerdet wird. Die Dioden 70, 71, 72, 73 und die Zenerdioden 74, 75 dienen ebenfalls wie in der Schaltung nach F i g. 2 zur schnellen Durchsteuerung der Transistoren und zur Begrenzung der Steuerspannung.
Die Schaltanordnung wird derart angesteuert, daß abwechselnd je zwei diagonal gegenüberliegende Transistoren leitend sind, während gleichzeitig mindestens ein weiterer Transistor gesperrt wird. So fließt während eines aufsteuernden Impulses für die Transistoren 61) und 63 ein Strom von der Selcundärwicklung des Stromwandlers 65 über den Transistor 6(), die Widerstands--Kondensator-Kombinaffon 67, 68 mit Verbraucher und den Transistor 63 zum Stromwandler zurück. Bei Umkehr der Steuerspannungen kommt der Stromfluß über den Transistor 62, die Kombination 67, 68 mit Verbraucher und den Transistor 61 zustande. Wechselt die Polarität der Spannung, so fließen die Ströme in der Brückenschaltung jeweils in umgekehrter Richtung.
Die Transistoren arbeiten invers. Der Stromwandler 65 übersetzt den Widerstand 66 entsprechend dem Quadrat des Windungszahlverhältnisses von Sekundär- zu Primärwicklung auf seine Sekundärseite, so daß eine sehr gute Einprägung des Schalterstromes erzielt werden kann.
Die angegebene Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß für jede Polarität der Spannung ein Transistor in bevorzugter Richtung leitet, während der vom gleichen Strom durchflossene zweite Transistor dieses Kreises in nicht bevorzugter Richtung arbeitet. Die Schaltanordnung nach F i g. 3 ist deshalb besonders gut für den Betrieb mit Wechselspannung geeignet. Das gleiche gilt für den Betrieb ohne Stromwandler bei Gleichspannung wechselnder Richtung.
Ferner sind bei der Anordnung nach Fig, 3 die Erdungsverhältnisse besonders günstig. Wenn die Anordnung in Punkt B geerdet wird, sind der Wandler in F i g. 1 und die Schaltanordnung völlig erdsymmetrisch belastet. Eine noch vorhandene, sehr geringe Unsymmetrie infolge kapazitiver Fehlströme wird mit dem Potentiometer parallel zur Schirmwicklung beseitigt. Die besonders gute Erdsymmetrie ist vor allen Dingen dann von Wichtigkeit, wenn zwei oder mehr Produkte addiert werden sollen, z. B. bei der mehrsystemigen Leistungsmessung. Die Spannungen sind dabei von dem geerdeten Teil der Schaltanordnung galvanisch getrennt und können galvanisch miteinander verbunden und auch geerdet sein, Bei der möglichen Summation von Produkten von Strömen und solchen Spannungen, die galvanisch getrennt sowie nicht geerdet sind und die ohne Stromwandler in die Schaltanordnung eingespeist werden können, wirkt sich die Erdsymmetrie ebenfalls günstig aus.
Die Verwendung eines Stromwandlers an Stelle eines Spannungswandlers hat den Vorteil, daß man bei gleicher Genauigkeit beim Stromwandler mit einem kleineren Kern auskommt. Außerdem kann über den Vorwiderstand des Stromwandlers die Nennspannung der Schaltanordnung leicht variiert werden. Hinsichtlich der Überlastungsfestigkeit gilt das schon für die Anordnung nach F i g. 2 Gesagte.
Obwohl die erfindungsgemäße Anordnung zur Multiplikation insbesondere im Hinblick auf die Leistungsmessung ausgebildet ist, kann sie auch bei entsprechender Einspeisung der Produktbildner für andere Anwendungsfälle vorteilhaft eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zur Multiplikation von Gleich-oder Wechselstromgrößen, insbesondere zur Leistungsmessung, nach dem Verfahren der Pulsdauer- und Pulsamplitudenmodulation mit Hilfe eines magnetischen Wandlers, der einerseits mit mehreren Wicklungen, zwei Transistoren und einer Betriebsspannungsquelle eine selbstschwingende Kippanordnung bildet, wobei die eine Größe (Multiplikator) zur Pulsdauermodulation derart eingeführt wird, daß sie im leitenden Zustand des einen Transistors gleichsinnig mit der Betriebsspannung und im leitenden Zustand des anderen Transistors gegensinnig zur Betriebsspannung auf den Wandler einwirkt, der andererseits über mindestens eine weitere Wicklung den dauermodulierten Puls an eine Schaltanordnung abgibt, in der er durch die zweite Größe (Multiplikand) amplitudenmoduliert wird, g e k e n n -zeichnet durch eine zusätzliche Wicklung (14) des Wandlers, in die der Multiplikator als Strom eingespeist wird, und einen mit der Betriebsspannungsquelle in Reihe liegenden Widerstand (21), an dem außer einer konstanten Gleichspannung eine von dem Strom in der zusätzlichen Wicklung (14) und dem Schaltzustand der Transistoren abhängige Spannung abfällt (F i g. 1).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in die zusätzliche Wicklung (14) eingespeiste Strom mittels eines Widerstandes aus einer Spannung abgeleitet wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum schnellen Durchschalten der Transistoren (18, 19) in der Kippanordnung die Basisanschlüsse über hochohmige Widerstände (24, 25) an jeweils einem Ende der Wicklungen (12, 13) angeschlossen sind und daß die beiden anderen Enden dieser Wicklungen über einen gemeinsamen Widerstand (22) zu demjenigen Pol der Betriebsspannung geführt sind, der die Transistoren im aufsteuernden Sinne beeinflußt (F i g. 1).
4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vergrößerung des Aussteuerbereiches und zur Linearisierung die transistorseitigen Enden der Wicklungen (10, 11) durch einen Widerstand (23) verbunden sind (Fig. g.1).
5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur vorzeichenrichtigen Multiplikation von Größen mit beliebigem Vorzeichen eine Schaltanordnung mit zwei Widerständen (49, 50) und zwei Transistoren (40, 41) in einer Doppelwegschaltung verwendet wird, deren Kollektor-Emitter-Strecken in beiden Richtungen vom Strom durchflossen werden (F i g. 2).
6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zur vorzeichenrichtigen Multiplikation von Größen mit beliebigem Vorzeichen in einer als Brücke aufgebauten, erdsymmetrischen Schaltanordnung vier Transistoren (60 bis 63) mit einem Widerstand (67) derart angeordnet sind, daß in dem jeweils leitenden Kreis zwei Transistoren mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken gegeneinandergeschaltet sind (F i g. 3).
7. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise zum schnellen Durchschalten der Transistoren in der Schaltanordnung und zur Begrenzung der Steuerspannungen die Basisanschlüsse der Transistoren (40, 41 in Fig.2; 60 bis 63 in Fig. 3) über je eine Diode(44,45 in Fig. 2; 70 bis 73 in Fig.3) und eine gemeinsame Zenerdiode(46 in Fig.2; 74,75 in Fig.3) zu dem Verbindungspunkt der Kollektoranschlüsse dieser Transistoren geführt sind.
8. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Transistoren der Schaltanordnung invers betrieben werden.
9. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikand über einen ohmschen Widerstand (48) als eingeprägter Strom in die Schaltanordnung eingespeist wird (Fig. 2).
10. Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Multiplikand in Form einer Wechselspannung über einen Stromwandler (65) mit primärseitig vorgeschaltetem ohmschem Widerstand (66) als eingeprägter Strom in die Schaltanordnung eingespeist wird Fig. 3).
11. Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (15, 16) der Schaltanordnung von den übrigen Wicklungen (10 bis 14) durch eine Schirmwicklung (17) abgeschirmt sind, die mit einem Potentiometer (28) mit geerdetem Abgriff überbrückt wird (Fig.1).

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 891 726.