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Leistungsstufe für elektronische Regler
In der Technik kommt es oft vor, dass eine genau konstant gehaltene Spannung entweder durch eine Regeleinrichtung oder durch Regelung eines Generators erzeugt werden muss. Dazu dienen im allgemeinen elektronische Regeleinrichtungen, die beispielsweise in Laboratorien, Eichstationen und Prufämtern Verwendung finden. Meistens wird bei solchen Einrichtungen die Forderung gestellt, dass die konstante Spannung in weiten Grenzen einstellbar sein soll. Im allgemeinen wird bei einem elektronischen Regler die Ausgangsgleichspannung mit einer genau konstant gehaltenen Vergleichsspannung verglichen und die sich ergebende Differenzspannung nach Verstärkung in einem Gleichstromverstärker zur Steuerung mindestens einer in den Belastungsstromkreis des Reglers geschalteten Leistungsröhre verwendet.
Die Anode der Leistungsröhre ist dann mit dem Pluspol der unstabilisierten, beispielsweise von einem Netzgleichrichter herrührenden Gleichspannung und ihre Kathode mit dem Pluspol der stabilisierten Ausgangsgleichspannung verbunden. Zur Regelung dient der Gleichstromwiderstand der Leistungsröhre, der mittels des Steuergitters entsprechend der zu überwachenden Grösse verändert wird, wobei an der Leistungsröhre ein solcher Spannungsabfall auftritt, dass die Ausgangsgleichspannung bei verschiedenen Betriebsverhältnissen
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Wird mit einer auszuregulierenden Netzspannungsschwankung von 10% gerechnet, d. h. mit einer Spannung, welche den Nennwert Ur um 100/0 über-bzw. unterschreiten kann, so ergibt sich für 10% Überspannung die Beziehung :
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Soll sich zudem der Einstellbereich der Ausgangsgleichspannung Uk bis auf Null Volt herunter er-
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UaFür diesen Fall gilt :
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und stellt den gemäss den Röhrendaten höchstzulässigen Wert dar, der nicht überschritten werden darf.
Verwendet man nun in bekannter Weise für die Leistungsröhre eine als Triode geschaltete Endpenthode statt einer der heutzutage weniger marktgängigen Trioden, von denen nur eine beschränkte Auswahl vorhanden ist, so darf der maximal an der Leistungsröhre auftretende Spannungsabfall Ua nicht grösser sein als die höchstzulässige Schirmgitterspannung. Da letztere weit unterhalb des für die Anodenspannung höchstzulässigen Wertes liegt, ergibt sich somit bei der als Triode geschalteten Endpenthode der Nachteil, dass auch der Höchstwert der unstabilisierten Gleichspannung UGl und damit der Einstellbereich der Ausgangsgleichspannung Uk wesentlich eingeschränkt ist.
Man könnte zwar die Penthode in Penthode-
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Schaltung verwenden und mit der Anodenspannung bis zu dem gemäss den Röhrendaten zulässigen Höchstwert gehen, müsste dann aber zur Erzeugung der Schirmgitterspannung ein separates Netzspannungsgerät vorsehen. Da für eine bestimmte Steuergitter-und Schirmgitterspannung der Schirmgitterstrom für kleiner werdende Werte der Anodenspannung stark ansteigt und man bestrebt ist, mit der Anodenspannung möglichst weit herunterzugehen, um den Einstellbereich der Ausgangsgleichspannung Uk möglichst gross zu machen, müsste dieses Netzspannungsgerät einen verhältnismässig grossen Strom liefern.
Besonders bei Konstanthaltegeräten für grosse Belastungsströme, bei denen mehrere Leistungsröhren parallelgeschaltet sind, fällt der zusätzliche Aufwand für ein solches Gerät relativ gross aus. Überdies müssen bei einer se- paraten Schirmgitterspeisung Mittel vorgesehen werden, die das Schirmgitterpotential konstant halten, wenn die Netzspannung oder die Belastung sich ändert, da sonst der Penthodenverstärkungsgrad nicht voll ausgenützt werden kann. Ausserdem muss die Isolation eines solchen Netzspannungsgerätes, insbesondere für grosse Werte der Ausgangsgleichspannung Uk. hohen Anforderungen genügen.
Die Erfindung betrifft eine Leistungsstufe für elektronische Regler, insbesondere für elektronische Konstanthalteeinrichtungen unter Verwendung mindestens einer Mehrgitterröhre. Die oben erwähnten Nachteile sind bei der Erfindung dadurch behoben, dass in ihrer Leistungsstufe eine als Kathodenfolger geschaltete Mehrgitterröhre vorgesehen ist, welche eingangsseitig an einen, einer Mehrgitterleistungsröhre parallelgeschalteten, hochohmigen Spannungsteiler angeschlossen ist, und der Kathodenwiderstand des Kathodenfolgers durch die Schirmgitterkathodenstrecke der Mehrgitterleistungsröhre gebildet ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen : Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines elektronischen Reglers für ein Gleichspannungskonstanthaltegerät und Fig. 2 die Schaltung für eine Mehrgitterleistungsröhre in der Leistungsstufe des Reglers gemäss der Fig. 1.
In der Fig. 1 ist A eine an das Netz 1 angeschlossene Gleichspannungsquelle, die eine genau konstant gehaltene Vergleichsspannung Uv liefert. Die zu stabilisierende Gleichspannung UGl wird von einem Netzgleichrichter D geliefert, der ebenfalls an das Netz 1 angeschlossen ist. Ein Teil Ug der über einen Spannungsteiler 2, 3,4 abgegriffenen Gleichspannung Uk + Uv wird in einem Gleichstromverstärker B mit der Vergleichsspannung Uv verglichen. Treten Schwankungen der Netzspannung oder Änderungen des Belastungsstromes auf, so wird sich auch die Ausgangsgleichspannung Uk, welche von den Klemmen 8 und 14 des Reglers abgenommen wird, entsprechend ändern. Durch den oben erwähnten Spannungsvergleich ergibt sich eine Differenzspannung, die im Gleichstromverstärker B verstärkt und zur Steuerung einer Leistungsstufe C verwendet wird.
Die Leistungsstufe C ist mit dem Verbraucherstromkreis in Serie geschaltet und enthält mindestens eine Mehrgitterleistungsröhre, insbesondere eine Leistungspenthode, deren Steuergitter mit dem Ausgang des Gleichstromverstärkers B verbunden ist. Die Schwankungen der zu regelnden Ausgangsgleichspannung Uk rufen nun jeweils verhältnismässig grosse Änderungen des Gleichstromwiderstandes der Leistungsstufe C hervor, so dass der einzuhaltende Sollwert der Ausgangsgleichspannung Uk nur durch äusserst geringe, für das Einleiten des Regelvorganges aber erforderliche Schwankungen der Ausgangsgleichspannung Uk geregelt wird. Mit dem als Regulierwiderstand ausgebildeten Spannungsteilerwiderstand 2 wird die gewünschte Ausgangsgleichspannung Uk des Reglers eingestellt. Ist der Widerstandswert des Regulierwiderstandes 2 gleich Null, so wird auch die Ausgangsgleichspannung Uk = 0.
In der Fig. 2 ist die Ausbildung der Leistungsstufe C dargestellt. Mit 5 ist eine Leistungspenthode bezeichnet, deren Steuergitter 6 mit dem Ausgang des Gleichstromverstärkers B und deren Kathode 7 mit dem Pluspol 8 des Reglers verbunden ist. Zwei in Reihe geschaltete, hochohmige Widerstände 9 und 10 sind der Leistungspenthode 5 parallelgeschaltet und bilden einen Spannungsteiler, von dem eine Spannung für das Steuergitter 11 einer weiteren Penthode 12 abgegriffen wird. Die Penthode 12 ist als Kathodenfolger geschaltet, dessen Kathodenwiderstand aber nicht ein ohmscher Widerstand ist, sondern durch die Schirmgitterkathodenstrecke 13,7 der Leistungspenthode 5 gebildet wird. Mit 20, 21 und 22 sind Schutzwiderstände bezeicnnet.
Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung ist die folgende : Ändert sich der Spannungsabfall Ua an der Leistungspenthode 5. sei es infolge Schwankungen der Netzgleichrichterspannung Uni, set es durch eine willkürliche Änderung der Ausgangsgleichspannung Uk mittels des Regulierwiderstandes 2, so wird der Gleichstromwiderstand der Leistungspenthode 5 über den Gleichstromverstärker B entsprechend verändert. Die Verwendung eines separaten Netzspannungsgerätes für die Speisung des Schirmgitters 13 der Leistungspenthode 5 wird nun erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass das Schirmgitter 13 mit der als Kathodenfolger geschalteten Penthode 12 verbunden ist. Letztere ist als Triode geschaltet und wird über die Spannungstuilerwiderstände 9, 10 gesteuert.
Dadurch
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wird erreicht, dass die Spannung am Schirmgitter 13 nie den zulässigen Wert überschreiten kann. Dies gestattet, jetzt einen Spannungsabfall an der Leistungspenthode 5 zuzulassen, der bis zum vollen, zulässigen Anodenspannungswert derselben gehen darf.
Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Schaltungsanordnung liegt darin, dass zu einer einzigen, in der angegebenen Weise als Kathodenfolger geschalteten Penthode 12, ohne an ihrer Dimensionierung etwas zu ändern, mehrere Leistungspenthoden 5 parallelgeschaltet werden können. Im Gegensatz dazu muss bei einer separaten Speisung des Schirmgitters 13 der Leistungspenthode 5, wie dies bei bekannten Einrichtungen der Fall ist, das Netzspannungsgerät an die Anzahl der parallelgeschalteten Leistungspenthoden angepasst werden, weil dasselbe einen entsprechend grösseren Schirmgitterstrom liefern muss. Dadurch wird der Aufwand für das Netzspannungsgerät verhältnismässig gross, so dass diese Lösung für grössere Leistungen aufweisende Reglergeräte praktisch nicht in Frage kommt.
Von Vorteil ist zudem bei der beschriebenen Einrichtung der Umstand, dass bei der gewählten Schaltung des Kathodenfolgers der übliche Kathodenwiderstand vermieden wird, welcher zusammen mit der Penthode 12 einen, den Spannungsabfallbereich an der Leistungspenthode 5 in unerwünschter Weise einschränkenden Nebenschluss bilden würde.
Die beschriebene Einrichtung gestattet ferner durch Reihenschaltung von mindestens zwei Leistungs- stufen gemäss der Fig. 2, Geräte herzustellen, die unter Verwendung von nur handelsüblichen Röhren für verhältnismässig grosse Werte der unstabilisierten Gleichspannung UGl der Ausgangsgleichspannung Uk, sowie für einen grossen Einstellbereich der letzteren dimensioniert sind. Teuere Spezialröhren grosser Leistung werden dadurch entbehrlich.
Selbstverständlich kann jede der in Reihe geschalteten Leistungsstufen C aus einer Anzahl von parallelgeschalteten Mehrgitterleistungsröhren aufgebaut sein.
Die beschriebene Leistungsstufe kann mit Vorteil auch bei elektronischen Reglern für elektrische Generatoren verwendet werden. In diesem Fall wird die Erregerwicklung des Generators durch die Leistungsstufe mit einem solchen Strom gespeist, dass die Generatorklemmenspannung konstant bleibt und gleichzeitig in weiten Grenzen einstellbar ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Leistungsstufe für elektronische Regler, insbesondere für elektronische Konstanthalteeinrichtungen unter Verwendung mindestens einer Mehrgitterleistungsröhre, dadurch gekennzeichnet, dass in ihr eine als Kathodenfolger geschaltete Mehrgitterröhre (12) vorgesehen ist, welche eingangsseitig an einen hochohmigen, der Mehrgitterleistungsröhre (5) parallelgeschalteten Spannungsteiler (9, 10) angeschlossen ist, und der Kathodenwiderstand des Kathodenfolgers durch die Schirmgitterkathodenstrecke (13, 7) der Mehrgitterleistungsröhre (5) gebildet ist.