DE1463821C - Stromwendeschaltung - Google Patents

Description

112 sind an Verstärker 31 bzw. 32 angeschlossen, die über Primärwicklungen 35 bzw. 36 von Ausgangstransformatoren mit einer lediglich schematisch dargestellten Schaltung 120 zur Erzeugung von vier getrennten Steuersignalen verbunden sind.

Liegt an den Eingangsklemmen 30 kein Differenzsignal, so befindet sich die Brücke im Gleichgewicht und liefert an ihren Ausgangsklemmen ebenfalls kein Diffenrenzsignal. Die Transistoren 111 und 112 führen daher keinen Strom, so daß keine Modulation stattfindet und auch an den Ausgängen der Verstärker 31 und 32 keine Steuersignale auftreten. Die Schaltung ist also völlig symmetrisch, so daß eventuell durch kapazitive Effekte an die Verstärkereingänge übertragene Wechselspannungen gleicher Amplitude keine Steuersignale an den Ausgängen der Verstärker 31 und 32 zur Folge haben. Liegt an den Eingangsklemmen 30 ein Differenzsignal, so führen die Transistoren 103 und 104 und damit auch die Transistoren 105 uncM.06 unterschiedliche Ströme. Die Brücke ist daher verstimmt, und es tritt auch an den Eingangsklemmen 109 und 110 der Modulatorschaltung, ein Differenzsignal auf. Ist beispielsweise die Eingangsklemme 109 positiv bezüglich der Eingangsklemme 110, so wird ein Strom von der Klemme 109 über den Transistor 112, über dessen Belastungswiderstand und über die Diode 117 zur Klemme 110 fließen. Der Transistor 112 wirkt dabei als Modulator, so daß am Eingang des Verstärkers 32 eine modulierte Wechselspannung auftritt. Die verstärkte, am Ausgang des Verstärkers 32 erscheinende Wechselspannung erzeugt in der Schaltung 120 Steuersignale für die Stromwendeschaltung. Unter der Voraussetzung, daß die Klemme 109 positiv ist in bezug auf die Klemme 110, liegen sowohl die Diode 116 als auch der damit in Serie geschaltete Transistor 111 in Sperrichtung des angelegten Potentials, so daß in diesem Element kein Strom fließt und damit im Transistor 111 auch keine Modulation stattfindet. Beim Auftreten eines Differenzsignals umgekehrter Polarität zwischen den Klemmen 109 und 110 führt der Transistor 111 Strom und der Transistor 112 ist stromlos, so daß nun der Verstärker 31 in der Schaltung 120 Steuersignale erzeugt. Dadurch wird die Stromrichtung am Ausgang der Stromwendeschaltung geändert. Die in der F i g. 1 dargestellte Schaltung weist eine außerordentlich hohe Empfindlichkeit bei hervorragender Stabilität auf. Bei geringer Eingangsleistung (0,1 nA bei 1 Mikrovolt) können Ausgangsleistungen der Stromwendeschaltung bis 500 Watt erreicht werden.

An Stelle der Eingangsbrücke gemäß der F i g. 1 kann zur Erzielung einer noch höheren Eingangsimpedanz eine Röhrenschaltung gemäß der F i g. 2 verwendet werden. An die ebenfalls mit 30 bezeichneten Eingangsklemmen ist der Gitterkreis einer Röhre 121 angeschlossen deren Kathode positiv vorgespannt ist, um praktisch jeden Gitterstrom zu vermeiden. Die Anode der Röhre 121 ist direkt mit dem Gitter einer Röhre 122 verbunden. Das Gitter einer der Röhre 122 entsprechenden Röhre 123 wird auf einem durch ein Potentiometer 124 einstellbaren festen Potential gehalten.

Zum Abgleich der Schaltung gemäß F i g. 2 wird bei kurzgeschlossenen Klemmen 30 das Potentiometer 124 so eingestellt, daß an den Kathoden der Röhren 122 und 123 keine Spannungsdifferenz auftritt. Tritt während des Betriebes ein Differenzsignal an den Klemmen 30 auf, so ändert sich der Strom in der Röhre 121 und damit die Spannung am Gitter der Röhre 122. Es fließt daher in der Röhre 122 ein anderer Strom als in der Röhre 123, so daß an den Ausgangsklemmen ein Differenzsignal auftritt, dessen Polarität von der Polarität des Differenzsignals an den Klemmen 30 abhängig ist.

Die in der F i g. 3 dargestellte Schaltung weist als Eingangsschaltung den gleichen B rücken verstärker auf wie die Schaltung gemäß der Fig. 1. Der Ausgang des Brückenverstärkers ist mit den Eingangsklemmen 130 und 140 einer Steuerschaltung verbunden, welche zwei komplementäre Transistoren 90 und 100 aufweist. Die Emitter der Transistoren 90 und 100 sind je über eine Spannungsquelle mit der Eingangsklemme 130 verbunden. Die direkt zusammengeschalteten Basen der Transistoren 90 und 100 sind mit der anderen Eingangsklemme 140 verbunden. Die Transistoren 90 und 100 arbeiten ausgangsseitig auf als strom- oder spannungsgesteuerte Oszillatoren ausgebildete Verstärker 150 bzw. 160. Es ist im folgenden angenommen, daß bei Verstärker 150 und 160 erst schwingen, wenn der Strom im zugeordneten Transistor 90 oder 100 einen bestimmten Ruhestromwert überschreitet. Die Verstärker 150 und 160 sind über die Primärwicklungen 35 und 36 mit der erwähnten Schaltung 120 verbunden, in der vier getrennte an Ausgangsklemmen 200 auftretende Steuersignale erzeugt werden.

Liegt an den Eingangsklemmen 30 kein Differenzsignal, so befindet sich der Brückenverstärker im Gleichgewicht, so daß auch an den Eingangsklemmen 130 und 140 kein Differenzsignal auftritt. In den beiden komplementären Transistoren 90 und 100 fließen daher infolge der völlig symmetrischen Anordnung gleiche Ströme, so daß sich auch die Basisströme kompensieren. Es erfolgt daher keinerlei Rückwirkung von den Transistoren 90 und 100 auf den Brückenverstärker. Wie bereits erwähnt, wird angenommen, daß die beiden Verstärker 150 und 160 bei diesem Ruhezustand der Schaltung gesperrt sind, so daß auch an den Ausgängen der Verstärker 150 und 160 keine Wechselspannungen auftreten. Es werden demgemäß auch an den Ausgangsklemmen 200 der Schaltung 120 keine Spannungen auftreten, so daß die im Hauptpatent beschriebene Stromwendeschaltung im Gleichgewicht ist und am Ausgang keinen Strom liefert. Liegt an den Eingangsklemmen 30 ein Diffenrenzsignal mit bestimmter Polarität, so wird der Brückenverstärker verstimmt, so daß auch an den Eingangsklemmen 130 und 140 ein Differenzsignal entsprechender Polarität auftritt. Ist die Eingangsklemme 130 positiv gegenüber der Eingangsklemme 140, so wird der Stromfluß im Transistor 90 ansteigen und im Transistor 100 sinken. Dementsprechend wird im Verstärker 150 eine Schwingung einsetzen, während der Verstärker 160 gesperrt bleibt. Die über die Primärwicklung 35 an die Schaltung 120 abgegebene Wechselspannung erzeugt ein entsprechend gerichtetes Steuersignal an allen Klemmen 200, so daß die angeschlossene Stromwendeschaltung am Ausgang einen Strom in bestimmter Richtung liefert.

Liegt an den Eingangsklemmen 30 ein Differenzsignal entgegengesetzter Polarität, so wird der Stromfluß im Transistor 90 absinken und im Transistor 100 ansteigen, so daß nun der Verstärker 150 gesperrt wird, während im Verstärker 160 eine Schwingung

einsetzt. Es werden daher auch an den Ausgangsklemmen 200 der Schaltung 120 entgegengesetzt gerichtete Steuersignale auftreten, die die Stromwendeschaltung im entgegengesetzten Sinne aussteuern.

Die in der F i g. 3 dargestellte Schaltung weist die gleiche außerordentlich hohe Empfindlichkeit wie die Schaltung gemäß der F i g. 1 bei hervorragender Stabilität auf.

An Stelle der Eingangsbrücke gemäß der F i g. 3 kann zur Erzielung einer höheren Eingangsimpedanz auch die Röhrenschaltung gemäß der Fig. 2 verwendet werden.

Die direkte Verbindung der Emitter der Transistoren 90 und 100 mit den zugeordneten Spannungsquellen hat zur Folge, daß auch im Ruhezustand der Schaltung beide Transistoren 90 und 100 einen bestimmten Ruhestrom führen. Das ergibt eine verhältnismäßig niedrige Eingangsimpedanz, welche der Ausgangsimpedanz der transistorisierten Briickenverstärkers gemäß der F i g. 3 angepaßt ist. Um den Ruhestrom in den Transistoren 90 und 100 einstellen und zugleich die Schaltung abstimmen zu können, können an Stelle der in der F i g. 3 schematisch dargestellten Spannungsquellen einstellbare Spannungsquellen mit Potentiometern 125 und 126 gemäß der F i g. 4 verwendet werden.

Ist eine höhere Eingangsimpedanz der Steuerschaltung erwünscht, so ist es auch möglich, die Spannungsquellen gemäß der F i g. 5 in die Kollektor-Stromkreise der Transistoren 90 und 100 zu legen, so daß im Ruhezustand nur Restströme in den Transistoren 90 und 100 fließen.
Die erfindungsgemäße Schaltung kann auch ohne besonderen Vorverstärker arbeiten, d. h. der in den F i g. 1 und 3 dargestellte Brückenverstärker kann direkt als Meßbrücke ausgebildet sein, wobei wenigstens einer der Transistoren 105 und 106 durch ein Meßelement ersetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

1 2

sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den

Patentansprüche: Transistoren (90, IQO; 111, 112) ein Röhrenverstärker mit hoher Eingangsimpedanz und niedri-

■ 1. Stromwendeschaltung mit einer aus vier ger Ausgangsimpedanz vorgeschaltet ist.

Steuerelementen, wie Transistoren, gebildeten 5 ., ...._ ... .

Brückenschaltung, in deren Eingangsdiagonale ' .. .. ._ ~_ ·■

eine Gleichspannungsspeisung und in deren Aus- .'/.'J- "" -■> ■'.'■■ '■'■'." . ;; ■

gangsdiagonale ein Verbraucher liegt, und mit -■ .-,-■-- ,-¹-»' .."■..:'

den Steuerelementen jeweils zugeordneten und Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Stromwenderart aufgebauten Steuerkreisen, daß jeweils io deschaltung mit einer aus vier Steuerelementen, wie , zwei einander gegenüberliegende Steuerelemente Transistoren, gebildeten Brückenschaltung, in deren leitend und die anderen beiden gesperrt werden, Eingangsdiagonale eine Gleichspannungsspeisung wobei die Steuerkreise zwei von einem Differenz- und in deren Ausgangsdiagonale ein Verbraucher signal gegensinnig steuerbare Verstärker aufwei- liegt, und mit den Steuerelementen jeweils zugeordsen, die ausgangsseitig mit zwei Gruppen von in 15 neten und derart aufgebauten Steuerkreisen, daß jegleichem Sinne beeinflußbaren Gleichspannungs- weils zwei einander gegenüberliegende Steuerelemenquellcn verbunden sind, von welchen jeweils zwei te leitend und die anderen beiden gesperrt werden, zu verschiedenen Gruppen gehörende Gleich- wobei die Steuerkreise zwei von einem Differenzspannungsquellen gegeneinander geschaltet sind signal gegensinnig steuerbare Verstärker. aufweisen, und die Anschlüsse für die Stcuerelektroden des 20 die ausgangsseitig mit zwei Gruppen von in gleichem zugeordneten~Steuerelementes bilden, nach Pa- Sinne beeinflußbaren Gleichsspannungsquellen verteilt 1 463 804, dadurch gekenn zeich- bunden sind, von weichen jeweils zwei zu verschienet, daß mit den Eingängen der Verstärker (31, denen Gruppen gehörende Gleichspannungsquellen¹' 32; 150,160) zwei vom Differenzsignal beauf- gegeneinander geschaltet sind und die Anschlüsse für schlagte, komplementäre oder komplementär ge- 25 die Steuerelektroden des zugeordneten Steuerelemenschaltete Transistoren (90, 100; 111, 112) ver- tes bilden. Bei dieser Schaltung werden von einem bunden sind. einzigen, verfügbaren Differenzsignal vier getrennte,

2. Stromwendeschaltung nach Anspruch 1, da- verstärkte Steuersignale für die Steuerelemente gedurch gekennzeichnet, daß die komplementär ge- bildet.

schalteten Transistoren (111, 112) einerseits in 30 Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,

entgegengesetzter Richtung an Difrerenzsignal- geeignete Stromkreise für die gegenseitige Steuerung

Eingangsklemmen (119, 110) angeschlossen und der Verstärker mittels eines einzigen Differenzsignals

andererseits mit Sekundärwicklungen (113, 114) anzugeben,

eines Oszillators (115) verbunden sind. Diese Aufgabe wird bei einer Stromwendeschal-

3. Stromwendeschaltung nach Anspruch 2, da- 35 tung der vorgenannten Art dadurch gelöst, daß mit durch gekennzeichnet, daß mit jedem Transistor den Eingängen der Verstärker zwei vom Differenzen, 112) eine Diode (116, 117) in Serie ge- signal beaufschlagte komplementäre oder kompleschaltet ist. mentär geschaltete .Transistoren verbunden sind.

4. Stromwendeschaltung nach Anspruch 1, da- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der durch gekennzeichnet, daß die komplementären 40 erfindungsgemäßen Schaltung dargestellt. Es zeigt
Transistoren (90,100) parallel an Differenzsignal- F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
Eingangsklemmen (130,140) angeschlossen sind. F i g. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel,

5. Stromwendeschaltung nach Anspruch 4,. da- Fig. 2, 4 und 5 Abwandlungen der Ausführungsdurch gekennzeichnet, daß die Emitter der korn- beispiele der F i g. 1 und 3.

plementären Transistoren (90,100) über je eine 45 Die in der F i g. 1 dargestellte Schaltung weist

Spannungsquelle mit der einen Eingangsklemme Eingangsklemmen 30 auf, an welche ein verfügbares

(130) verbunden sind, während die Basen der Differenzsignal angelegt wird. Die Klemmen 30 sind

beiden Transistoren mit der anderen Eingangs- je mit der Basis eines npn-Transistors 103 bzw. 104

klemme (140) verbunden sind: ■ verbunden. Die Kollektoren und iEmitter der Tran-

6. Stromwendeschaltung nach Anspruch 4, da- 50 sistoren 103 und 104 sind jeweils mit der Basis bzw. durch gekennzeichnet, daß die direkt verbünde- dem Kollektor von pnp-Transistoren 105 bzw. 106 nen Emitter und die direkt verbundenen Basen verbunden. Die Transistoren 105 und 106 bilden je der komplementären Transistoren (90,100) je- einen Zweig eines Brückenverstärkers, der durch eine weils mit einer Eingangsklemme (130, 140) ver- Spannungsquelle 107 gespeist wird und der mittels bunden sind. 55 eines Potentiometers 108 abgestimmt werden kann.

7. Stromwendeschaltung nach einem der An- Der Ausgang der Brücke ist mit Eingangskiemsprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die men 109 und 110 einer Modulationsschaltung verTransistoren (90,100; 111,112) am Ausgang eines bunden. Zwischen die Klemmen 109 und 110 der \ Brückenverstärkers liegen, welcher in zwei Zwei- Modulationsschaltung sind zwei Transistoren 111 gen desselben Arms Transistoren (105, 106) auf- 60 und 112 in entgegengesetzter Richtung eingeschaltet, weist. Die Transistoren 111 und 112 sind durch Wechsel-

8. Stromwendeschaltung nach Anspruch 7, da- spannungen steuerbar, die in getrennten Sekundärdurch gekennzeichnet, daß jedem Transistor (105, wicklungen 113 und 114 des Ausgangstransforma- 106) ein komplementärer Transistor (103,104) tors eines Oszillators 115 erzeugt werden. Mit jedem vorgeschaltet ist und daß das Differenzsignal zwi- 65 der Transistoren 111 und 112 ist eine Diode 116 bzw. sehen die Basisanschlüsse der vorgeschalteten 117 in Serie geschaltet, deren Durchlaßrichtung mit Transistoren (103, 104) angelegt ist. derjenigen des zugeordneten Transistors überein-

9. Stromwendeschaltung nach einem der An- stimmt. Die Kollektoren der Transistoren 111 und