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Schaltungsanordnung zum Konstanthalten der Klemmenspannung eines aus
einer Gleichstromquelle mit veränderlicher Spannung gespeisten elektrischen Gerätes
Die Erfindung betrifft eine Schaltung, die zum Konstanthalten der Klemmenspannung
eines elektrischen Gerätes geeignet ist, das aus einer Gleichstromquelle mit veränderlicher
Spannung gespeist wird und besonders vorteilhaft zur Speisung von NIeßgeräten od.
dgl. benutzt werden kann.
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Es ist bekannt, zwischen der Stromquelle und dem Verbrauchsgerät,
und zwar in die positive Speiseleitung, eine Regelröhre zu schalten, deren innerer
Widerstand entsprechend den Spannungsänderungen der Gleichstromspeisequelle und/oder
in Übereinstimmung mit den Speisestromänderungen derart beeinflußt wird, daß die
Klemmenspannung am Verbrauchsgerät und/oder der innere Widerstand der Speiseschaltung,
vom Verbrauchsgerät aus gesehen, etwa konstant bleiben. Um die genannte Klemmenspannung
und den inneren Widerstand. sehr konstant zuhalten, ist es erforderlich, wie ebenfalls
bereits bekannt ist, die mit den Änderungen der Speisespannung und/oder des Speisestroms
übereinstimmenden Spannungsänderungen, bevor diese der Regelröhre zugeführt werden,
mittels einer z. B. als Widerstandsverstärker geschalteten Verstärkerröhre zu verstärken.
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Weiter ist es bekannt, zur Regelung der Größe der konstant zu haltenden
Klemmenspannung das Steuergitter der Verstärkerröhre leitend mit einem einstellbaren
Punkt eines z. B: zwischen den Ausgangsklemmen der Schaltung angebrachten Widerstandes
zu verbinden.
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Die bekannten Schaltungen weisen aber den Nachteil auf, daß beim Regeln
der Größe der konstant zu haltenden Klemmenspannung gleichzeitig der mit den Änderungen
der Speisespannung und/oder des Speisestroms übereinstimmende Teil der der Verstärkerröhre
zugeführten.
Spannungsänderungen geändert wird, weswegen die Kompensation der an den Klemmen
des Verbrauchsgerätes auftretenden Spannungsschwankungen auf ungewünschte Weise
beeinflußt wird, und gleichzeitig häufig störende Änderungen des inneren Widerstandes
auftreten.
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-Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung, bei der die besagten
Nachteile vermieden werden.
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In einer Schaltung, wie oben geschildert, bei der das Steuergitter
der Verstärkerröhre zur Regelung der Größe der konstant zu haltenden Klemmenspannung
leitend mit einem einstellbaren Punkt eines einen Teil eines Gleichstromspannungsteilers
bildenden Widerstandes verbunden ist, ist erfindungsgemäß der erwähnte Widerstand
in die eine (erste) Diagonale einer Brückenschaltung aufgenommen; - dieser Brückenschaltung
werden zwischen den Enden der anderen (zweiten) Diagonale mit der Speisespannung
oder dem Speisestrom übereinstimmende Spannungsänderungen zugeführt.
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Wenn der Regelröhre sowohl mit den Änderungen der Speisespannung als
auch mit den Änderungen des Speisestroms übereinstimmende .Spannungsänderungen zugeführt
werden müssen, werden die mit den Änderungen der Speisespannung übereinstimmenden
Spannungsänderungen zwischen. . den Enden der zweiten Diagonale der Brückenschaltung
zugeführt, während derBrückenschaltung die mit den;Änderungen des Speisestroms übereinstimmenden
Spannungsänderungen zwischen einem Ende der zweiten Diagonale und dem Verbindungspunkt
zweier weiterer Widerstände zugeführt werden, deren vom erwähnten Verbindungspunkt
abgewendete Enden bzw. mit den Enden des in- die erste Diagonale der Brückenschaltung
aufgenommenen Widerstandes verbunden sind. -Im allgemeinen müssen, um die Klemmenspannung
und/oder den- inneren Widerstand konstant zu halten, die Widerstände der Brückenschaltung
bzw. die weiteren Widerstände eine solche Größe haben, daß die ihnen zugeführten,
.mit den Speisespannungsänderungen und/oder Speiseströmänderungen übereinstimmenden
Spannungsänderungen keinen oder nur einen geringen Potentialunterschied zwischen
den Enden des in die erste Diagonale der Brückenschaltung aufgenommenen Widerstandes
verursachen.
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Um eine besondere Gleichstromquelle zur Speisung des Gleichstromspannungsteilers,
von dem ein einstellbarer Punkt mit dem Gitter der Verstärkerröhre leitend verbunden
ist, zu vermeiden, sind vorzugsweise die in einem der Enden der zweiten Diagonale
der Brückenschaltung liegenden Enden der Widerstände bzw. mit den Ausgangsklemmen
der Schaltung verbunden, zwischen denen die konstant zu haltende Spannung auftritt.
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An Hand der Zeichnung, in der zwei günstige Ausführungsformen von
Schaltungen nach der Erfindung beispielsweise dargestellt sind, wird die Erfindung
näher erläutert. In Fig. i . ist eine erfindungsgemäße (Schaltung dargestellt, mit
der eine von der Größe der Ausgangsspannung unabhängige Kompensatioriw von durch
_Speisespannungsänderüngen an den Ausgangsklemmen auftretenden Spannungsschwankungen
erzielt wird; Fig. 2 stellt ein vereinfachtes Schaltbild der für die Wirkung der
Schaltung nach Fig. i wesentlichen Teile dar; in Fig.3 ist eine erfindungsgemäße
Schaltung dargestellt, mit der eine von der Größe der Ausgangsspannung unabhängige
Kompensation der durch Speisespannungsänderungen an den Ausgangsklemmen auftretenden
Spannungsschwankungen und gleichzeitig ein von der Größe der Ausgangsspannung auf
eine bestimmte Weise abhängiger oder unabhängiger innerer Widerstand der Schaltung,
vom Verbrauchsgerät aus gesehen, erzielt werden kann; Fig. 4 zeigt ein vereinfachtes
Prinzipschaltbild der Schaltung nach Fig. 3.
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- In Fig. i ist eine in Reihe mit dem zwischen den Ausgangsklemmen
5 %und_"6 anzuschließenden Verbrauchsgerät geschaltete, gittergesteuerte Regelröhre
mit i bezeichnet. Die zwischen den Klemmen 3 und 4 anzuschließende Speisestromquelle
liefert Gleichstrom.
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Die zwischen den Klemmen 5 und 46,Tauftretende Ausgangsspannung kann
durch zwei Ursachen variieren, und zwar erstens durch Spannungsänderungen deri zwischen
den Klemmen Z#-und 3 angeschlossenen Gleichstromquelle und zweitens infolge einer
variierenden Stromaufnahme des zwischen den Klemmen und 5 angeschlossenen Verbrauchsgerätes.
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Zum Ausgleich der durch Speisespannungsänderungen an den Klemmen 5
und 6 auftretenden Spannungsschwankungen werden in der Schaltung nach Fig. i mit
den Änderungen der Speisespannung übereinstimmende Spannungsänderungen, die zwischen
Anode und Kathode der Regelröhre i auftreten, über einen Spannungsteiler dem Gitter
einer als Widerstandsverstärker geschalteten Röhre 2 zugeführt; die verstärkten
Spannungsänderungen werden von dem Anodenwiderstand 7 der Röhre a abgegriffen und
dem Steuergitter der Regelröhre zugeführt, weswegen der innere Widerstand der Regelröhre
bei zunehmender Speisespannung zu- und bei abnehmender Speisespannung abnimmt.
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Zum Regeln der Größe der konstant zu haltenden Klemmenspannung ist
das Gitter der Verstärkerröhre Z über eine Batterie 8, die dazu bestimmt ist, dem
Gitter eine feste Vorspannung zu erteilen, leitend mit einem einstellbaren Punkt
eines Widerstandes R4 verbunden, der -einen Teil eines zwischen den Klemmen 5 und
6 angeschlossenen, aus drei in Reihe geschalteten Widerständen R3, .ZZ, bzw. Rs
bestehenden Gleichstromspannungsteilers bildet. Mit Hilfe dessen kann die Gittervorspannung
der Röhre z und infolgedessen die Größe der zwischen den Klemmen 5 und 6 auftretenden
Spannung geändert werden.
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Zum klaren Verständnis der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung
sei vorläufig der Widerstand R, außer Betracht gelassen.
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Zwischen Anode und Kathode der Regelrähre i auftretende, mit den Änderungen
der Speisespannung übereinstimmende Spannungsänderungen werden einem Spannungsteiler
zugeführt, der aus der Reihenschaltung des Widerstandes R1, R4 und R3 und des parallel
zu den Reihenwiderständen R4 und R3 geschalteten Widerstandes RS besteht. (Zwischen
den Klemmen 5 und 6 treten keine Wechselspannungen auf und
es
müssen diese somit für Wechselspannungen als gegenseitig unmittelbar verbunden betrachtet
werden.) Der Widerstand R5 ist in den Gitterkreis der Röhre 2 aufgenommen, und auf
diese Weise wird bei geeigneter Wahl der Widerstände R1, R3, R4 und R, ein solcher
Teil der Speisespannungsänderungen dem Gitter der Verstärkerröhre zugeführt, daß
zwischen den Klemmen 5 und 6 durch die Regelung des inneren Widerstandes der Röhre
Z eine konstante Spannung herrscht. Wird nun aber der mit dem Gitter der Verstärkerröhre
2 verbundene einstellbare Punkt des Widerstandes R4 zur Regelung der Größe der Ausgangsspannung
verschoben, so wird gleichzeitig eine Änderung des der Verstärkerröhre zugeführtenTeiles
der Speisespannungsänderungen erfolgen, und es ist demzufolge die an den Klemmen
5 und 6 auftretende Spannung nicht mehr von Speisespannungsänderungen unabhängig.
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Lm diesen Übelstand zu beheben, ist in der Schaltung nach Fig. i der
Widerstand R2 angeordnet. Auf diese Weise entsteht für Wechselspannungen die in
F ig. a dargestellte Brückenschaltung.
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Der Widerstand R,; ist in die eine (erste) Diagonale dieser Brückenschaltung
aufgenommen, und es werden mit den Änderungen der Speisespannung Vi übereinstimmende
Spannungsänderungen d Yi der Brückenschaltung zwischen dem Verbindungspunkt
der Widerstände R" R2 und dem der Widerstände R3 und R6 zugeführt; diese Verbindungspunkte
bilden die Enden der anderen (zweiten) Diagonale und sind beziehungsweise mit der
Anode und der Kathode der Regelröhre i verbunden.
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Durch eine solche Wahl der Widerstände Rl, R2, R3 und R5, daß
werden zwischen den Enden der zweiten Diagonale auftretende Spannungsänderungen
keinen Potentialunterschied zwischen den Enden der ersten Diagonale oder zwischen
den Enden des Widerstandes R,4 verursachen. In diesem Fall herrscht also zwischen
jedem Punkt des Widerstandes R4 und einem der Enden der zweiten Diagonale, unabhängig
von der Größe des Widerstandes R9, ein vorher bestimmter, gleicher Teil der zwischen
den Enden der zweiten Diagonale auftretenden Spannungsänderungen. Durch das Verschieben
des mit dem Gitter der Röhre a leitend verbundenen einstellbaren Punktes des Widerstandes
R4 ändert sich mithin zwar die Gleichstromvorspannung des Gitters sowie die Größe
der zwischen den Klemmen 5 und 6 herrschenden Spannungen l'", es wird aber die Kompensation
der infolge Speisespannungsänderungen an den Klemmen 5 und 6 auftretenden Spannungsschwankungen
nicht beeinträchtigt.
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Wenn bei einer Regelschaltung entsprechend Fig. i der innere Widerstand
der Schaltung, vom Verbrauchsgerät aus gesehen, unabhängig oder auf eine bestimmte
Weise von der eingestellten Größe der Ausgangsspannung abhängig sein soll, kann
eine Schaltung nach Fig. i verwendet werden, bei der der Brückenschaltung zwischen
den Enden der zweiten Diagonale statt Spannungsänderungen d V1 mit den Änderungen
des Speisestroms übereinstimmende Spannungsänderungen zugeführt werden, die von
einem in Reihe mit dem Verbraucher geschalteten Widerstand (vgl. R6 in Fig. 3) abgegriffen
werden können.
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Im erstgenannten Fall sollen die Widerstände der Brückenschaltungen
derart gewählt werden, daß wieder
gilt; in diesem Fall ist die Brückenschaltung im Gleichgewicht.
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Im letztgenannten Fall ist aber das Gleichgewicht der Brückenschaltung
gestört, und es wird die Größe der Widerstände R1, R2, R3 und R5 derart gewählt,
daß bei Einstellung des Schleifkontaktes des Widerstandes R4 an zwei verschiedenen
Punkten desselben, z. B. den Enden, entsprechend zwei bestimmten, verschiedenen
Ausgangsspannungen, der innere Widerstand für jede der beiden Einstellungen die
gewünschte Größe hat. Es wird dann bei einer Vergrößerung der Ausgangsspannung der
innere Widerstand allmählich zu-oder abnehmen.
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In der Schaltung nach Fig. 3 ist, ebenso wie in der nach Fig. i, der
einen Teil eines Gleichstromspannungsteilers bildende Widerstand R4 in die erste
Diagonale einer aus den Widerständen R1, R2, R3 und R, bestehenden Brückenschaltung
(vgl. Fig.4) aufgenommen. Dieser Brückenschaltung werden zwischen den Enden der
zweiten Diagonale mit den Speisespannungsänderungen übereinstimmende Spannungsänderungen
d Vi zugeführt, die einem mit den Eingangsklemmen 3 und 4 verbundenen Spannungsteiler
9, io entnommen werden.
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Außerdem werden aber der Brückenschaltung mit den Änderungen des Speisestroms
i übereinstimmende Spannungsänderungen zwischen dem im einen Ende der zweiten Diagonale
liegenden Verbindungspunkt der Widerstände R3, R" und dem Verbindungspunkt zweier
weiterer Widerstände RV R$ zugeführt, die an den vom letztgenannten Verbindungspunkt
abgewendeten Enden beziehungsweise mit den Enden des Widerstandes R4 verbunden sind.
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Diese Spannungsänderungen werden von einem in den negativen Speiseleiter
geschalteten Widerstand R6 abgegriffen und betragen somit d i # RE.
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Wie aus Fig. 4 hervorgeht, bilden die Widerstände R? und R$ zusammen
mit den Widerständen R3 und RS eine zweite Brückenschaltung.
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Wenn eine von der Größe der Ausgangsspannung unabhängige Kompensation
der an den Ausgangsklemmen auftretenden Spannungsschwankungen und außerdem ein von
der Größe der Ausgangsspannung unabhängiger innerer Widerstand erforderlich ist,
so müssen die Widerstände der Brückenschaltungen in Fig. 3 derart gewählt,
werden, daß
Wenn eine von der Größe der Ausgangsspannung unabhängige Kompensation der an den
Ausgangsklemmen auftretenden Spannungsschwankungen und übrigens. ein von der Größe
der Ausgangsspannung auf
eine bestimmte Weise abhängiger innerer
Widerstand erforderlich ist, so soll, wie oben an Hand von Fig. 2 bereits dargetan
wurde, das Gleichgewicht der durch die Widerstände R3, R5, R7 und R8 gebildeten,
für Speisestromänderungen wirksamen Brückenschaltung gestört werden, was in der
Schaltung nach Fig. 3 im gewünschten Maße durch eine geeignete Wahl der Widerstände
R7 und R$ erreicht werden kann.
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Es sei bemerkt, daß oben stillschweigend vorausgesetzt wurde, daß
die Verstärkungsgrade der Röhren z und z und die Steilheit der Röhre z unabhängig
von der Größe der Ausgangsspannung sind. Bei Verwendung von Trioden für Verstärker-
und Regelröhre ist dies, was die Verstärkungsgrade betrifft, häufig richtig. Es
zeigt sich aber, daß die Steilheit der Röhre z bei wachsender Ausgangsspannung ein
wenig zunimmt. Diese Steilheitsänderung kann eine unerwünschte Änderung des inneren
Widerstandes der Schaltung beim Einstellen der Größe der Ausgangsspannung herbeiführen,
z. B. wenn der innere Widerstand unabhängig von der Größe der Ausgangsspannung sein
soll.
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Dies kann dadurch vermieden werden, daß in der Schaltung nach Fig.
3 dafür Sorge getragen wird, daß, je nachdem durch Vergrößerung, von R4 eine größere
Ausgangsspannung eingestellt wird, dem Gitter der Verstärkerröhre 2 ein. kleinerer
Teil der -am Widerstand R6 auftretenden Spannungsänderungen d i - Re zugeführt
wird. Dazu werden die Widerstände R, und R8 derart gewählt, daß ein wenig größer
als
ist. - Die genau richtige gegenseitige
Größe der Widerstände R7 und R$ läßt sich am einfachsten versuchsweise ermitteln.
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In den dargestellten Schaltungen sind sowohl für die Regel- als auch
für die Verstärkerröhre Trioden benutzt. Es wird aber ohne weiteres einleuchten,
daß statt Trioden ebenfalls Röhren mit mehreren Gittern verwendet werden können.
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Falls Mehrgitterröhren als Verstärker- und Regelröhre verwendet werden,
kann es gegebenenfalls im Hinblick auf die Abhängigkeit der Verstärkungsgrade dieser
Röhren von der Größe der Ausgangsspannung erforderlich sein, das Gleichgewicht der
Brückenschaltungen) im Gegensatz zum oben Geschilderten zu stören bzw. mehr zu stören,
als übrigens erforderlich wäre, um den Einfluß von Änderungen der Verstärkungsgrade
auszugleichen.