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Aus mehreren, streifenförmigen Schichtwiderstandsteilen gebildeter Widerstandsspannungsteiler, insbesondere Stufendrehregler
Die Erfindung betrifft einen aus mehreren, streifenförmigen Schichtwiderstandsteilen gebildeten Widerstandsspannungsteiler, insbesondere Stufendrehregler, zur Vorgabe der Betriebsspannungen für
Regel- und Abstimmorgane oder Kapazitätsdioden. Derartige Spannungsteiler besitzen mehrere Stufenkontakte, an welchen Teilspannungen der angelegten Gesamtspannung abnehmbar sind, die ihrerseits wieder in festgelegten Bereichen kontinuierlich einstellbar sind, wobei im Grenzfall die Bereiche den Stufenintervallen entsprechen und alle Teilspannungen lückenlos einstellbar sind. Derartige Teiler finden vor allem dort Anwendung, wo an sich gestufte, jedoch zur Anpassung an eventuelle Streuungen des Verbrauchers nachstellbare Spannungen benötigt werden.
Eine Verwendungsmöglichkeit solcher Spannungsteiler ergibt sich neuerdings bei einer besonderen Methode der Abstimmung von HF-Kreisen mit Kapazitätsdioden (Varactoren) in Rundfunk- und Fernsehempfängern, bei welcher für die verschiedenen Kanalfrequenzen bestimmte, durch die Soll-Kennlinie C = f (u) der Dioden an sich festliegende Spannungen benötigt werden, die jedoch zum Ausgleich unvermeidlicher Diodenstreuungen oder zur absichtlichen leichten Verstimmung des Empfängers in festgelegten Grenzen eingestellt werden.
Die entsprechenden Stufenwerte und deren Variationsbereiche müssen jedoch in den meisten Fällen mit einer solchen Genauigkeit eingehalten werden, wie sie mit den zur Zeit üblichen Herstellungsverfahren von Schichtwiderstandselementen nicht erreicht werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schichtwiderstandssystem für einen Spannungsteiler der eingangs genannten Art zu gestalten, bei welchem mit einfachen Baugliedern, vorzugsweise mit einem automatischen Abgleichverfahren, sehr enge Toleranzen im gesamten Verlauf der Spannungsteilerkurve erzielt werden können.
Gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, einen Widerstandsspannungsteiler eingangs erwähnter Art in der Weise auszubilden, dass den Bahnwiderständen der einstellbaren Schichtwiderstandsteile und den erforderlichenfalls zwischen den seriengeschalteten Bahnwiderständen angeordneten Festwiderständen Nebenwiderstände parallel geschaltet sind, an denen durch teilweise Trennung ihrer stromdurchflossenen Widerstandsschichtflächen die Stellbereiche der einzelnen Stufenspannungen bzw. die Spannungswerte zwischen den einzelnen Schichtwiderstandsteilen auf vorgegebene Stellwerte abgleichbar sind.
Bei festen Stufenspannungsteilern ist es bereits bekannt, die Teilspannungen der einzelnen Stufen durch Abgleich der einzelnen Widerstände zu korrigieren. Bei der Übertragung dieses Verfahrens auf Spannungsteiler der eingangs beschriebenen Art würde die Spannungskennlinie der einzelnen Spannungsteiler unzulässig verlagert, wenn der Abgleich nicht nach einer sehr aufwendigen Methode kontinuierlich längs der gesamten Bahn vorgenommen würde.
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Beim Abgleich des erfindungsgemässen Spannungsteilers an den Nebenwiderständen bleibt hingegen die Charakteristik der Spannungsteilerkurven unverändert erhalten.
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damit erreichbare Änderung des Stufenwiderstandes bedeutet. So lässt sich z. B. mit einem Nebenwiderstand, der zunächst dreimal so gross ist wie der Stufenwiderstand, durch seine Erhöhung auf den doppelten Wert der Stufenwiderstand auf den 1, 143 fachen Wert erhöhen. Die Werte-m und q-werden so gewählt, dass der damit erreichbare Abgleich mit Sicherheit die fertigungsbedingten Streuungen der Stufenwiderstände überdeckt.
Der Abgleich der Nebenwiderstände kann entweder in bekannter Weise durch fortschreitende Verringerung der Breite ihrer stromführenden Fläche oder nach einem andern Vorschlag durch teilweises Abtrennen eines an einer zur Stromrichtung parallelen Längsseite angebrachten Kurzschlussstreifens erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Bahnwiderstände als Ringsegmente auszubilden und die auf ihnen eingestellten Stufenspannungen an den im Mittelpunkt der Bahnen angebrachten, zur drehbeweglichen Lagerung der Schleifer dienenden Kontakten abzunehmen. Diese Kontakte bilden dann gleichzeitig die Festkontakte des Stufenwahlschalters und ermöglichen daher eine Ersparnis in der Ausbildung dieser Vorrichtung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können zur Ausbildung nicht linearer Stufenspannungen ausser den abgleichbaren Nebenwiderständen zusätzliche Parallelwiderstände an den einzelnen Stufen angeschaltet werden, durch welche die Stufenspannungen in jedem gewünschten Mass verkleinert werden können. Die Parallelwiderstände können hiebei als getrennte Schichtflächen ausgebildet oder mit den Nebenwiderständen zu einer einzigen Schichtfläche zusammengefasst sein. Ebenso werden in einer Ausgestaltung dieses Vorschlages zur Vereinfachung der Fertigung die Widerstandsschichtflächen aller Schichtwiderstandsteile mit gleichem spezifischen Flächenwiderstand ausgebildet.
Die geometrischen Abmessungen der einzelnen Schichtflächen, deren Widerstände durch die geforderten Spannungsintervalle, Einstellbereiche und den Gesamtwiderstand gegeben sind, werden so dimensioniert und angeordnet, dass unter Berücksichtigung der Schichtbelastbarkeit die Raumverhältnisse gut ausgenutzt sind und die Trennungslinie der abzugleichenden Nebenwiderstände auf einer einfachen geometrischen Figur liegen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in der im vergrösserten Massstab gehaltenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Schichtwiderstands-
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de dieser Widerstandsanordnung.
Die Schichtwiderstandsanordnung nach Fig. 1 ist für einen Spannungsteiler mit vier einstellbaren Stufen vorgesehen, bei welchem mit dem im Zentrum-X-der Trägerplatte-T-- drehbar gelagerten Kontaktarm-Y-wahlweise die Teilerspannungen der Stufen bis bis IV-- abgenommen werden können. Die Abnahme dieser Spannungen erfolgt hiebei auf der Rückseite der Trägerplatte an den Stirnflächen von Schleifkontakten-m bis mIV--, welche im Mittelpunkt der Widerstandsbahnen - Br bis Bru- drehbar gelagert sind und mit den Schleifer si bis SIV- die Spannungen auf den strichpunktierten Schleiferwegen abgreifen.
Die Einstellbauteile für die Schleifer und den Kontaktarm sind nicht dargestellt, weil sie für die Erfindung nicht wesentlich sind und als bekannt vorausgesetzt werden.
Der Stufenteiler soll so ausgelegt sein, dass eine an die Anschlüsse-A und E-- angelegte Span-
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soll 100 KOhm betragen. Die Schleiferbelastung wird als sehr gering angenommen.
Durch diesen Aufbau ergibt sich eine Aufteilung der Schichtwiderstandsanordnung in neun Abschnitte, wobei die Abschnitte-I, n, nII und IV-die Widerstandsbahnen enthalten und die Ab- schnitte-0, la. Ha, nia und IVa-als Zwischenwiderstände ausgebildet sind. Die leitende Verbindung der Bahnwiderstände-B-, der Parallelwiderstände-P-und der Nebenwiderstände-N-, die mit entsprechenden Abschnittsindices bezeichnet sind, geht aus dem Schaltbild der Fig. 2 hervor. Die aus Leitsilber bestehenden Querstege-C, D, G, H, I, L, Q und V-zwischen den einzelnen Abschnitten sind in der Fig. 1 mit enger Schrägschraffur gekennzeichnet. Alle Widerstandsflächen be-
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Der Abgleich der Abschnittswiderstände erfolgt bei den Abschnitten-0, 1, 11, Ill und IV-an den jeweiligen Nebenwiderständen -N0 bis NIV-durch fortschreitendes Abtrennen eines Teiles der stromführenden Widerstandsfläche längs der gestrichelten Mittellinie dieser Widerstandsflächen.
Die Abschnitte-la, Ha und IIIa-, die jeweils aus den Zwischenwiderständen -ZI, ZII und ZIII--bestehen, werden durch Abtrennen von Teilbereichen dieser Widerstandsflächen abgeglichen.
Die gestrichelt dargestellten Trennungslinien verlaufen hiebei so, dass bei vollem Abgleich etwa 1/8 der stromführenden Schichtfläche abgetrennt wird, wodurch sich die gleiche prozentuelle Widerstandserhöhung wie beim Abgleich an den Nebenwiderständen ergibt.
Der Widerstand des Abschnittes-IVa-besteht aus zwei in Reihe geschalteten Widerstandsflächen - Zr und Zip--' wobei der Abgleich an der Fläche -ZIV-erfolgt.
Die vier Widerstandsbahnen-B, bis BIV-sind als Ringsektoren mit einem Drehbereich von 1800 ausgebildet. Zur Linearisierung des Spannungsverlaufes innerhalb des Bereiches von zwei dB ist die Bahn längs des Drehweges vom Anfang zum Ende etwas verjüngt, wobei sich ein Bahnwiderstand-rb- von 5,25 o ergibt.
Die Berechnung und Dimensionierung der weiteren Teilwiderstände der Schichtwiderstandsanordnung wird an Hand der beigefügten Tabellen I und II näher erläutert.
In der Zeile 1 sind voraussetzungsgemäss die Teilerspannungen in dB für die vier Stufen eingetragen. Daraus ergeben sich die in Zeile 2 vermerkten Spannungen auf denQuerstegen in Prozenten der an-A und E-liegenden Gesamtspannung-U-.
In der Zeile 3 sind dann die Teilspannungen Au für jeden Abschnitt in Prozenten eingetragen.
Die Zahlenwerte der in KOhm in der Zeile 4 vermerkten Abschnittswiderstände -ra--stimmen mit den Prozentzahlen der Zeile 3 überein, da der Soll-Gesamtwiderstand des Teilers 100 KOhm beträgt und die Rückwirkung des sehr hohen Verbraucherwiderstandes auf die Spannungsteilung vernachlässigt werden kann.
Das Verhältnis der Nebenwiderstände zu den Bahnwiderständen wird mit m = 3 gewählt, so dass der Bahnwiderstand-rb-bzw. die Parallelschaltung-rd-aus dem Bahnwiderstand-rb-und dem
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sich für den Bahnwiderstand im Abschnitt-IV-ein Wert von 1, 33 X 13 = 17, 3 KOhm, wodurch gleichzeitig der spezifische Flächenwiderstand des gesamten Widerstandselementes mit a = 3, 3 festliegt, da die Bahnwiderstände wie oben angegeben einen Wert von 5, 25a aufweisen.
In der Zeile 5 sind für die Zwischenwiderstände --ZI, ZII und ZIII- der Abschnitte --Ia,IIa und lila-die aus der Zeile 4 übernommenen Werte in KOhm eingetragen und daraus ihre #-Werte berechnet. Damit liegen die in den Zeilen 6 und 7 vermerkten Längen und Breiten dieser Z-Schichtflächen fest.
Da der Abschnitt --0-- mit einem Nebenwiderstand ausgerüstet ist, muss der Wert 8,9 KOhm mit dem Faktor 1, 33 auf 11,9 KOhm erhöht werden. Sein a-Wert lautet daher 3,6 und das Seitenverhältnis seiner Rechteckfläche demnach 16 : 4,8.
Der Zwischenwiderstand des Abschnittes IVa = 36,9 KOhm, entsprechend 11, 20 ist in zwei in Reihe geschaltete Rechteckschichtflächen --ZIV und Zr-aufgeteilt, deren Seitenverhältnisse so bemessen sind, dass der Summenwiderstand 11,2 a beträgt.
Für die mit Parallelwiderständen versehenen Abschnitte-I, II und in-sind aus den ra-Werten
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ten in den Spalten 10 und 11 festgehalten.
Durch die Vervielfachung der rd-Widerstände (bzw. des rb-Widerstandes im Abschnitt IV) mit dem Faktor m = 3 ergeben sich die Nebenwiderstände --rn-, die in der Zelle 12 eingetragen sind.
Aus ihren #-Werten sind die in Zeilen 13 und 14 eingeschriebenen mittleren Längen und Breiten ermittelt.
Durch entsprechende Erhöhung der Nebenwiderstände --N0 bis NI y- bzw. der Zwischenwiderstän-
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abgeglichen werden. Damit werden die Sollspannungen der Stufen und ihrer Einstellbereiche mit einer Toleranz : ! : 0, 2 dB eingehalten.
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Tabelle I
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<tb>
<tb> Zeile <SEP> Abschnitte <SEP> 0 <SEP> I <SEP> Ia <SEP> II <SEP> IIa
<tb> 1 <SEP> dB-Werte <SEP> 20 <SEP> ¯ <SEP> 1 <SEP> 15¯1
<tb> 2 <SEP> Spannung <SEP> u <SEP> [%] <SEP> auf <SEP> dem <SEP> Steg <SEP> : <SEP> C <SEP> 8,9 <SEP> D <SEP> 11, <SEP> 2 <SEP> G <SEP> 15, <SEP> 9 <SEP> H <SEP> 20,-1 <SEP> 28, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 3 <SEP> Abschnitt-Spannung <SEP> # <SEP> u <SEP> [%] <SEP> 8,9 <SEP> 2,3 <SEP> 4,7 <SEP> 4, <SEP> 1 <SEP> 8,2
<tb> 4 <SEP> Abschnitt-Wdstd.
<SEP> ra <SEP> [K#] <SEP> 8,9 <SEP> 2,3 <SEP> 4,7 <SEP> 4, <SEP> 1 <SEP> 8,2
<tb> K <SEP> a <SEP> k# <SEP> # <SEP> K# <SEP> # <SEP> K# <SEP> # <SEP> K# <SEP> #
<tb> 5 <SEP> Z-Widerstände <SEP> [K <SEP> #,#] <SEP> 11,9 <SEP> 3,60 <SEP> 4,7 <SEP> 1,43 <SEP> 8,2 <SEP> 2,48
<tb> 6 <SEP> Z-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Länge <SEP> 1 <SEP> 16,- <SEP> 13,- <SEP> 14,-
<tb> 7 <SEP> Z-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Breite <SEP> b <SEP> 4,8 <SEP> 9,- <SEP> 5, <SEP> 7
<tb> 8 <SEP> rd-Widerstände <SEP> [KD] <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 5,5
<tb> 9 <SEP> rP-Widerstände <SEP> [K <SEP> #,#] <SEP> 3,78 <SEP> 1, <SEP> 14 <SEP> 8,06 <SEP> 2,44
<tb> 10 <SEP> P-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Länge <SEP> 1 <SEP> 8,-9, <SEP> 8
<tb> 11 <SEP> P-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Breite <SEP> b <SEP> 7,-4,-
<tb> 12 <SEP> rn-Widerstände <SEP> [K <SEP> D, <SEP> a] <SEP> 35, <SEP> 7 <SEP> 10,8 <SEP> 9,3 <SEP> 2,
82 <SEP> 16,5 <SEP> 5,-
<tb> 13 <SEP> N-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Länge <SEP> l <SEP> 35 <SEP> 11,3 <SEP> 20,-
<tb> 14 <SEP> N-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Breite <SEP> b <SEP> 3,2 <SEP> 4,-4,-
<tb>
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Tabelle II
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<tb>
<tb> Zeile <SEP> Abschnitte <SEP> III <SEP> ma <SEP> IV <SEP> IVa
<tb> 1 <SEP> d <SEP> B-Werte <SEP> 10 <SEP> ¯ <SEP> 1 <SEP> 51
<tb> 2 <SEP> Spannung <SEP> u <SEP> [%] <SEP> auf <SEP> dem <SEP> Steg <SEP> :
<SEP> L <SEP> 35,5 <SEP> Q <SEP> 50,1 <SEP> V <SEP> 63,1 <SEP> E <SEP> 100
<tb> 3 <SEP> Abschnitt-Spannung <SEP> # <SEP> u <SEP> [%] <SEP> 7,3 <SEP> 14,6 <SEP> 13,0 <SEP> 36,9
<tb> 4 <SEP> Abschnitt-Wdstd. <SEP> ra <SEP> [KQ] <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP> 14,6 <SEP> 13, <SEP> 0 <SEP> 36, <SEP> 9
<tb> KQ <SEP> # <SEP> K# <SEP> o <SEP> K <SEP> # <SEP> # <SEP> K# <SEP> #
<tb> 5 <SEP> Z-Widerstände <SEP> [KQ <SEP> und <SEP> o] <SEP> 14,6 <SEP> 4,4 <SEP> 36,9 <SEP> 11,2
<tb> 6 <SEP> Z-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Länge <SEP> 1 <SEP> 25,- <SEP> 1) <SEP> siehe <SEP> unten
<tb> 7 <SEP> Z-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Breite <SEP> b <SEP> 5, <SEP> 7
<tb> 8 <SEP> rd-Widerstände <SEP> [K#] <SEP> 9,7 <SEP> (rb) <SEP> 17, <SEP> 3 <SEP> 5,25
<tb> 9 <SEP> rP-Widerstände <SEP> [K# <SEP> und <SEP> #] <SEP> 22,1 <SEP> 6,7
<tb> 10 <SEP> P-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Länge <SEP> 1 <SEP> 20,
-
<tb> 11 <SEP> P-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Breite <SEP> b <SEP> 3,-
<tb> 12 <SEP> rn-Widerstände <SEP> [K# <SEP> und <SEP> #] <SEP> 29,1 <SEP> 8,8 <SEP> 51,9 <SEP> 15,7
<tb> 13 <SEP> N-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Länge <SEP> 1 <SEP> 26,5 <SEP> 47,-
<tb> 14 <SEP> N-Fläche, <SEP> mittlere <SEP> Breite <SEP> b <SEP> 3,-3,-
<tb>
1) Der Widerstand des Abschnittes IVa (36,9 K bzw. 11,2 o) ist aufgeteilt in zwei in Reihe geschaltete Rechteck-Schichtfläche mit dem Seitenverhältnis 35 : 5,8 (= 6 a) bzw. Erf mit dem Seitenverhältnis 13 : 2,5 (= 5,2#).