DE1588544C3

DE1588544C3 - Schaltungsanordnung mit mindestens einem nichtlinearen Widerstandsnetzwerk

Info

Publication number: DE1588544C3
Application number: DE1588544A
Authority: DE
Inventors: Paul Prof. Freiburg Lauper (Schweiz)
Original assignee: Maschinenfabrik Oerlikon AG
Current assignee: Maschinenfabrik Oerlikon AG
Priority date: 1966-07-06
Filing date: 1967-07-03
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE1588544A1; CH468036A; ES342472A1; DE1588544B2; SE334932B; GB1144836A; US3510695A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit mindestens einem nichtlinearen Widerstandsnetzwerk, das einen Teilstrom eines Eingangsstromes führt und zwecks Erzielung einer Funktion U=I(K. ■ J) (wobei i/die Ausgangsspannung des Widerstandsnetzwerkes und K ein von dieser Ausgangsspannung und dem Eingangsstrom unabhängiger einstellbarer Faktor ist), aus nichtlinearen und einstellbaren linearen Widerständen besteht.

In der Schutz- und Regelungstechnik benötigt man Schaltungselemente, bei denen Strom und Spannung in einem nichtlinearen Zusammenhang stehen. Solche Schaltungselemente werden als nichtlineare Widerstandsnetzwerke bezeichnet und aus Zenerdioden oder einer Kombination von Zenerdioden und linearen Widerständen hergestellt.

Fi g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines bekannten nichtlinearen Widerstandsnetzwerkes. Mit 11, 12, 13 sind lineare Widerstände, mit 14, 15 Zenerdioden bezeichnet./stellt den Eingangsstrom, Udie Ausgangsspannung dar. Die aus dem Widerstand 12 und der Zenerdiode 14 bestehende Reihenschaltung ist zum Widerstand 11 parallelgeschaltet. Solange der Spannungsabfall an letzterem die Zenerspannung der Zenerdiode 14 nicht überschreitet, ist der Widerstand 12 stromlos und die Ausgangsspannung U ist gleich Null. Auf solche Weise wird eine Nullpunktverschiebung von {/in Funktion von /erreicht. Zum Widerstand 12 liegt eine Reihenschaltung, bestehend aus dem Widerstand 13 und der Zenerdiode 15, parallel. Über 13 fließt erst dann ein Strom, wenn der Spannungsabfall an 12 die Zenerspannung von 15 erreicht hat. Sobald der Widerstand 13 Strom führt, erhält die Spannung U in Funktion von / eine andere Steigung, so daß sich eine nichtlineare Charakteristik ergibt.

Vielfach ist es noch erwünscht, den Spannungswert U, der einer bestimmten Stromstärke / zugeordnet ist, innerhalb gewisser Grenzen zu variieren, ohne jedoch den funktionellen Verlauf U=f(J)zu verändern. Es muß also die Funktion U=f (K ■ J) nachgebildet werden, wobei K ein von U und / unabhängiger, einstellbarer Faktor ist.

Um diese Aufgabe zu lösen, wurde bereits vorgeschlagen, einen Teil des Stromes durch einen einstellbaren, zum nichtlinearen Widerstandsnetzwerk parallel geschalteten Widerstand abzuzweigen. Um eine Rückwirkung der nichtlinearen Kennlinie auf die Stromabzweigung zu vermeiden, ist es erforderlich, dem Widerstandsnetzwerk einen hohen linearen Widerstand vorzuschalten. Dies hat zur Folge, daß die Leistungsaufnahme der gesamten Einrichtung auf oft unzulässige Werte steigt.

Ferner ist es bekannt,- falls die Stromquelle ein von einem Stromwandler gespeister Gleichrichter ist, das Übersetzungsverhältnis des Wandlers mittels primärer oder sekundärer Anzapfungen zu verändern. Von Nachteil ist hierbei die relativ große Kompliziertheit und die Unmöglichkeit einer stetigen Einstellung.

Darüber hinaus sind auch nichtlineare Widerstandsnetzwerke bekannt, deren i/-/-Kennlinie durch Zusammenwirken von — auch einstellbaren — Widerständen und Diodenstrecken gebildet wird (CH-PS 3 03 794, US-PS 26 97 201, Regelungstechnik 5/1958, S. 163, Bild 19).

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Mangel des bekannten zu vermeiden, also eine Einrichtung der vorausgesetzten Art zu schaffen, die das Problem der nichtlinearen Zuordnung von Strom und Spannung in einfacher und wenig aufwendiger Weise löst.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß erfindungsgemäß ein einstellbarer Widerstand in Reihe mit dem nichtlinearen Widerstandsnetzwerk geschaltet

ist und diese Reihenschaltung durch eine zweite Reihenschaltung überbrückt ist, die einen ohmschen Widerstand, die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors und einen zweiten einstellbaren Widerstand aufweist, und daß die Basis des Transistors an einen Schaltungspunkt zwischen dem nichtlinearen Widerstandsnetzwerk und dem ersten einstellbaren Widerstand angeschlossen ist und das Verhältnis des durch das nichtlineare Netzwerk fließenden Teilstromes zum Eingangsstrom durch den Transistor so geregelt wird, daß es unabhängig vom Eingangsstrom auf einem vorgegebenen konstanten Wert bleibt.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere in der stufenlosen Einstellmöglichkeit und in einem kleinen Leistungsverbrauch zu sehen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch wiedergegeben. Es zeigt

F i g. 1 ein bereits beschriebenes, zum Stand der Technik zu zählendes nichtlineares Widerstandsnetzwerk,

F i g. 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 3 eine Abwandlung der Anordnung nach F i g. 2,

Fig.4 eine Abwandlung der Anordnung gemäß Fig. 3.

In Fig.2 ist mit 1 ein nichtlineares Widerstandsnetzwerk und mit 2 ein konstanter, linearer Widerstand bezeichnet. Variable Widerstände sind mit den Bezugsziffern 3, 4 versehen. Der Buchstabe B bedeutet die Basis eines Transistors 5, der Buchstabe E dessen Emitter und der Buchstabe K den Kollektor. Der Gesamtstrom / teilt sich in die Zweigströme /ι, /2. Der Steuerstrom J₀ des Transistors 5 fließt über die Verbindungsleitung zwischen der Basis B und einer Klemme des nichtlinearen Widerstandsnetzwerkes 1, dessen Ausgangsspannung mit U bezeichnet ist. Uj, i/» stellen die Spannungen an den variablen Widerständen 3,4 und UeBi die Spannung an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 5 dar.

Die Funktionsweise der in Fig.2 wiedergegebenen Anordnung ist folgende:

Auszugehen ist von der Tatsache, daß der Steuerstrom /0 des Transistors 5 normalerweise sehr klein ist und gegenüber den Zweigströmen J\ und /2 praktisch vernachlässigt werden kann. Mit guter Näherung fließt also durch den Widerstand 3 der Zweigstrom J\ und durch den Widerstand 4 der Zweigstrom /2· Ferner gilt die Beziehung: Ua=UeBs+Uj. Da Uebs wiederum gegenüber Ua und Us nicht berücksichtigt zu werden braucht, gilt: Ua=Us bzw. /2 - Z4 = /i · zj, wobei mit zj der Widerstandswert des Widerstandes 3, mit z» der Widerstandswert des Widerstandes 4 bezeichnet wird.

Aus der Gleichung J\/J₂ = ZaZz₃ folgt, daß das Verhältnis der Teilströme /1 zu /2 dem Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände 3 und 4 umgekehrt proportional ist. Die Stromverteilung in den beiden Zweigen und somit das Verhältnis zwischen dem Gesamtstrom /und dem Zweigstrom /2 des nichtlinearen Widerstandsnetzwerkes 1 ist also praktisch unabhängig vom Widerstandsverlauf desselben und nur durch das Verhältnis der Widerstände 3 und 4 bestimmt. Durch Änderung einer dieser Widerstände kann das genannte Verhältnis stufenlos eingestellt und der Funktionsverlauf U=f (K ■ J) realisiert werden. Der Widerstand 2 führt zur Verringerung der Verlustleistung des Transistors 5. Er ist aber für die grundsätzliche Funktion der Anordnung nicht unbedingt notwendig.

In F i g. 3 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen wie in F i g. 2. Zwischen das Widerstandsnetzwerk 1 und den variablen Widerstand 4 ist nun noch eine Diode 6 gelegt, an welcher die Spannung Lfe abfällt, die den Spannungsabfall Uebs an der Basis-Emitter-

jü Strecke des Transistors 5 weitgehend kompensiert. Auf solche Weise läßt sich eine noch größere Genauigkeit erreichen.

Für eine weitere, bessere Anpassung ist gemäß F i g. 6 an Stelle der Diode 6 ein zweiter Transistor 7 vorgesehen, dessen Spannungsabfall an der Basis-Emitter-Strecke Uebj demjenigen des ersten Transistors 5 genau angepaßt werden kann. Für diesen Fall muß der Steuerstrom J₀ der beiden Transistoren über einen separaten Widerstand 8 zugeführt werden. Die Anordnung nach F i g. 4 eignet sich vorzugsweise für mehrere nichtlineare, parallelgeschaltete Widerstandsnetzwerke, die je mit einem zweiten Transistor 7 und je einem zweiten variablen Widerstand 4 in Reihe liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunaen

Claims

Ιό 8« Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung mit mindestens einem nichtlinearen Widerstandsnetzwerk, das einen Teilstrom eines Eingangsstromes führt und zwecks Erzielung einer Funktion U=f(K ■ J) (wobei U die Ausgangsspannung des Widerstandsnetzwerkes und K ein von dieser Ausgangsspannung und dem Eingangsstrom unabhängiger einstellbarer Faktor ist) aus nichtlinearen und einstellbaren linearen Widerständen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß ein einstellbarer Widerstand (4) in Reihe mit dem nichtlinearen Widerstandsnetzwerk (1) geschaltet ist und diese Reihenschaltung durch eine zweite Reihenschaltung überbrückt ist, die einen ohmschen Widerstand (2), die Kollektor-Emittef-Strecke eines Transistors (5) und einen zweiten einstellbaren Widerstand (3) aufweist, und daß die Basis des Transistors (5) an einen Schaltungspunkt zwischen dem nichtlinearen Widerstandsnetzwerk (1) und dem ersten einstellbaren Widerstand (4) angeschlossen ist und das Verhältnis des durch das nichtlineare Netzwerk (1) fließenden Teilstromes (J2) zum Eingangsstrom (J) durch den Transistor (5) so -25 geregelt wird, daß es unabhängig vom Eingangsstrom (J) auf einem vorgegebenen konstanten Wert bleibt.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Widerstandsnetzwerk (1) und dem ersten einstellbaren Widerstand (4) und in Reihe mit beiden ein nichtlineares Schaltungselement (6,7) liegt, das zur Kompensation des Spannungsabfalls (Uebs) an der Emitter-Basis-Strecke des Transistors (5) dient.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Schaltungselement eine Diode (6) ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Basis des Transistors (5) verbundene Schaltungspunkt zwischen dem nichtlinearen Widerstandsnetzwerk (1) und dem ersten einstellbaren Widerstand (4) mit dem Stromausgang des Widerstandsnetzwerkes (1) sowie mit der diesem Netzwerk (1) zugewandten Elektrode der Diode (6) galvanisch verbunden ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Diode die Emitter-Basis-Diode eines zweiten Transistors (7) dient, dessen Basis direkt mit der Basis des ersten Transistors (5) und dessen Kollektor direkt mit dem Stromausgang des Widerstandsnetzwerkes (1) verbunden ist, und daß ein gemeinsamer Basiswiderstand (8) für die Transistoren (5,7) vorgesehen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere nichtlineare Widerstandsnetzwerke (1), die mit je einem zweiten Transistor (7) und mit je einem ersten einstellbaren Widerstand (4) in Reihe liegen, zueinander parallelgeschaltet sind.