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Schaltungsanordnung zum Schutz von Galvanometern
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Schutz von Galvanometern gegen Überlastung unter Verwendung von Transistoren.
Es sind bereits Massnahmen zum Schutz von Galvanometern vorgeschlagen worden, die beispielsweise darin bestehen, dass dem zu schützenden Instrument mehr oder weniger grosse Vor- oder Nebenwiderstände zugeschaltet werden, deren Grössen von dem jeweils eingeschalteten Messbereich abhängig sind. Um beispielsweise ein empfindliches Galvanometer gegen eine zu hohe Spannung zu schützen, muss dann der ohm'sche Vorwiderstand sehr gross sein, u. zw. je nach den vorliegenden Verhältnissen gegebenenfalls so gross, dass die Dämpfung zu gering wird und sich das Galvanometer periodisch einstellt.
Es ist auch eine Schutzschaltung für elektrische Messgeräte gegen Überlastung bekannt, die u. a. einen Transistor verwendet. Dieser ist mit seiner Steuerelektrode parallel zu dem schützenden Messinstrument geschaltet. Beim Überschreiten des maximal zulässigen Messwertes wird die Zündung eines mit Anodengleichspannung betriebenen Gasentladungsgefässes ausgelöst, wodurch ein Überstrom-Selbstschalter die Messstromleitung unterbricht. Abgesehen von dem hiefür erforderlichen hohen apparativen Aufwand wird zur Betätigung dieser Schutzschaltung zusätzlich eine vergleichsweise leistungsstarke Hilfsspannungsquelle benötigt.
Um denNullabgleich in Kompensationsschaltungen möglichst genau herbeizuführen, muss die Empfindlichkeit des Galvanometers in der Nähe des Nullpunktes möglichst gross sein, während sie im nichtabgeglichenen Zustand, in dem es also praktisch nicht auf die genaue Anzeige eines Wertes ankommt, wesentlich unempfindlicher sein soll. Bei grosser Abweichung der zu messenden Spannung gegenüber der Kompensationsspannung soll deshalb der Vorwiderstand so hoch sein, dass auch bei fehlerhafter Bedienung des Messgerätes eine Beschädigung des Galvanometers praktisch ausgeschlossen ist.
Diese Aufgabe wird nun gemäss der Erfindung unter Vermeidung der Nachteile bekannter Schutzschaltungen mit einer Schaltungsanordnung der eingangs gekennzeichneten Art dadurch gelöst, dass in Reihe mit dem Galvanometer ein aus zwei Transistoren gebildeter Zweipol geschaltet ist, wobei jeder Emitter mit der Basis des andern Transistors verbunden ist und die Kollektoren die Anschlüsse des Zweipols bilden. Durch diese Massnahme ist eine äussere Steuerspannung zur Erzielung der Schutzwirkung nicht erforderlich.
Diese Transistorschaltung stellt einen nichtlinearen Widerstand dar, der bei hoher Spannung einen hohen Widerstandswert aufweist, der mit kleiner werdender Spannung stark abnimmt.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben und in der Zeichnung an einem Prinzipschaltbild dargestellt.
Das zu schützende Galvanometer 1 dient als Null-Instrument in einer Kompensationsschaltung, mittels der eine Gleichspannung oder ein Gleichstrom gemessen werden soll, indem eine Kompensationsspannung der zu messenden Spannung an den Klemmen 2 und 3 entgegengeschaltet wird. Im Abgleichzustand des Kompensators entspricht die Kompensationsspannung, deren Grösse an einer besonderen (nicht dargestellten) Vorrichtung angezeigt wird, der zu messenden Spannung. Da in vielen Fällen die Grössenordnung der zu messenden Spannung unbekannt ist, kann durch eine zu grosse Spannungsdifferenz eine Beschädigung des Galvanometers infolge Überlastung eintreten.
Dieser Nachteil wird
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gemäss der Erfindung durch die Anwendung eines nichtlinearen. spannungsabhängigen Widerstandes verhindert, der aus zwei in Reihe zum Galvanometer geschalteten Transistoren 4 und 5 besteht, deren Emitter jeweils mit der Basis des andern Transistors verbunden sind. Zur Erhöhung der Schutzwirkung kann in Reihe zu den Transistoren 4 und 5 noch der Vorwiderstand 6 geschaltet werden.
Die Wirkungsweise der durch die beiden zusammengeschalteten Transistoren gebildeten Schaltung ist die folgende :
Es wird der Umstand ausgenutzt, dass die zwei in jedem Transistor vorhandenen Diodenstrecken ("Emitterdiode"und"Kollektordiode") Sättigungs-Charakter aufweisen, d. h. der Strom steigt ab einer gewissen Spannung trotz weiterer Spannungszunahme kaum mehr an. Durch die Verwendung von zwei sozusagen gegeneinandergeschalteten Transistoren wird im wesentlichen symmetrisches Verhalten erreicht, d. h. es ergibt sich Unabhängigkeit von der Polarität der an der Schutzschaltung anliegenden Spannung.
Es wird aber nicht nur die blosse Sperrwirkung und die Sättigungs-Charakteristik von Diodenstrecken ausgenützt, sondern auch die bei jedem Transistor gegebene Möglichkeit, durch Ändern der Basisspannung die Grösse des über die Kollektor-Emitterstrecke fliessenden Stromes zu verändern. Die Basis-Kollektorstrecke des einen Transistors liegt nämlich jeweils in Serie mit der Emitter-Kollektorstrecke des jeweils andern Transistors ; der Spannungsabfall, den der über den zuletzt genannten Transistor fliessende Strom erzeugt, wird an die Basis des ersteren Transistors geführt und vermag somit diesen zu steuern.
Die Zusammenschaltung der beiden Transistoren stellt also ein sogenanntes passives Schaltelement dar, das in seinem Verhalten einem nichtlinearen, spannungsabhängigen Widerstand gleichkommt. Eine äussere Steuerspannung, ganz gleich aus welcher Spannungsquelle, entfällt deshalb für diesen Zweipol.
Bei einer Spannung von etwa 10 V beträgt der Widerstand dieser Schaltung rund 600 Kilo-Ohm und bei 100 mV nur noch etwa 5 Kilo-Ohm. Dadurch kann in einem durchgehenden (einzigen) Bereich abgeglichen werden, ohne dass ein Pendeln des Galvanometers eintritt.
Je näher man dem Abgleichpunkt kommt, d. h. je geringer die Spannungsdifferenz zwischen Messund Kompensationsspannung ist, umso grösser wird infolge der Verringerung des Widerstandswertes der in Reihe liegenden Transistorschaltung die Empfindlichkeit der Messanordnung.