Elektrischer Zweipunktregler Die heute verfügbaren Halbleiterverstärker auf Transistorgrundlage haben nur eine verhältnismässig geringe Verlustleistung, die höchstens in der Grössen- ordnung der Verlustleistung von Rundfunkempfangs- röhren liegen.
Die mit solchen Halbleiterverstärkern steuerbaren Verbraucherleistungen sind dementspre- chend ebenfalls gering, jedenfalls wenn die herkömm liche Betriebsart, die stetige Aussteuerung, verwendet wird.
Worden die Verstärker jedoch als Schalter be trieben, das heisst praktisch nur im unausgesteuerten und im völlig durchgesteuerten Zustand, wobei der dazwischenliegende Bereich möglichst schnell zwecks Vermeidung von Übergangsverlusten durchsprungen wird, so lassen sich bei gleicher Verlustleistung er heblich grössere Verbraucherleistungen steuern, die beispielsweise 100fach oder noch grösser sein können.
Hierbei ist es erforderlich, dem Verstärker eine ent sprechende, zwischen Null und einem bestimmten Maximalwert hin und her springende Steuergrösse zu zuführen. Es wird eine impulszeitmodulierte Steuer grösse mit veränderbarem Tastverhältnis benötigt.
Die Frequenz der Steuergrösse kann beispielsweise kon stant sein, es kommt nur darauf an, dass das Zeit verhältnis von Nicht- und Vollaussteuerung einer vor liegenden Steuereingangsgrösse des Verstärkers ent spricht. Eine solche Betriebsweise kann auch als Im- pulsbreitensteuerung bezeichnet werden.
Sie wird nach einem neueren Vorschlag, insbesondere wenn Halbleiterverstärker, vor allem Transistoren, verwen det werden, als Amplivibratorprinzipbezeichnet. Ein Transistor, der in der genannten Weisse betrieben ist, kann als Zweipunkttransistor bezeichnet werden.
In der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik ist es im allgemeinen so, dass die angezeigten oder mit be sonderen Messwertumformerngebildeten Steuergrössen als stetige Grössen vorliegen. Beider Temperaturrege lung beispielsweise liegt der Temperaturmesswert als Gleichspannungsgrösse vor, wenn er mit einem Thermoelement gebildet wird. Um nun als Schalter betriebene Halbleiterverstärker, z. B.
Schalttransisto ren, durch solche stetige Grössen steuern zu können, sind Einrichtungen erforderlich, durch die die stetigen Grössen :in Impulsgrössen verwandelt werden, deren Tastverhältnis dem jeweiligen Wert der stetigen Grösse proportional ist. Man kann hierzu beispiels weise sogenannte astabile Kippgeneratoren verwen den.
Die Steuerung dieser Kippgeneratoren durch Gleichstromgrössen so, dass das Tastverhältnis der er zeugten Impulsgrösse der Gleichstromgrösse in einem weiten Bereich proportional ist, ist jedoch nicht ahne weiteres zu lösen und erfordert einen verhältnismässig grossen Aufwand.
Derngegenübeir wird es durch die Erfindung er möglicht, durch verhältnismässig einfache Massnah men eine in einem weiten Bereich hinsichtlich ihres Tastverhältnisses durch ihre Gleichstromgrösse steuer bare Kippgrösse und zudem noch von verhältnismässig grosser Leistung zu erzeugen,
und damit - zugleich mit einer im regeltechnischen Sinn günstigen dynami schen Beeinflussung - Maschinen durch Transisto ren und andere Halbleiterverstärker zu steuern.
Das Problem sei an folgenden bekannten Beispie len erläutert. Fig. 1: Es besteht die Forderung, ein Fehlersignal in ein Verstellkommando umzuwandeln, das aus drei Anteilen besteht, nämlich einem integra len, einem proportionalen und einem differentiellen AbbdM des Fehlers.
Für diesen Zweck werde zunächst ein stetig wirkender Regelverstärker V mit einer dPD- Rückführung eingesetzt. Fig. 1 zeigt nur die Prinzip schaltung mit den zur Rückführung dienenden Wider ständen R., R1, R2 und den Kondensatoren<B>Cl,</B> C2. Art, Anzahl und Anwendung dieser Elemente sind nur :
als Beispiel anzusehen. Beaufschlagt man den Ein gang der Anordnung noch mit einer Rechteckspan- nung UE gemäss Fig. 2a, so erhält man einen Verlauf der Ausgangsspannung Ua gemäss Fig. 2b.
Der hier gezeigte Vorgang setzt sich zusammen aus einem D- Impuls D, einem P-Anteil P und einem 1-Vorgang 1.
Nun ist bekannt, dass als Schalter betriebene Tran sistoren nicht von einem stetigen Verstärker unmittel- bar gesteuert werden können. Die Transistoren dürfen nur mit den Kommandos auf oder zu beauf- schlagt werden.
Fig. 3 zeigt einen Verstärker V mit einer Mit koppelschaltung nus einem Widerstand R und einem Parallelkondensator C, durch die erreicht wird, dass, gleichgültig welches Signal am Eingang der Schaltung vorliegt, die Ausgangsspannung UA nur zwei Werte einnehmen kann. Fig. 4 zeigt die Steuerkennlinie der Schaltung.
Unter dem LUbertragungsw1derstand R, des Ver stärkers V (Fig. 1, 3) wird das Verhältnis der Än derungen der Ausgangsspannung UA zu den Än derungen des Eingangsstromes 1E, <I>also =</I> UA/Ir, ver standen. Eine Kippcharakteristik gemäss Fig. 4 ist nur dann erhältlich, wenn der Mitkoppelwiderstand R kleiner gewählt wird als der Übergangswiderstand R;;
des Verstärkers V. Der Widerstand R wird zweck mässigerweise um mindestens etwa den Faktor 2 klei ner als R;; gemacht, einmal, um von der Toleranz der Widerstandswerte und der Verstärkungsgeraden bei serienmässiger Herstellung des Zweipunktreglers weit gehend unabhängig zu werden, zum anderen, um in möglichst definierte Endlagen zu kippen.
Die Breite b der in Fig. 4 gezeigten Schleife ,ist proportional dem Ausdruck
EMI0002.0064
Zur Erläuterung der vorstehenden Bemessung dient Fig. 5.
In .Fig. 5 sind die Steuerkennlinie <I>St</I> des Verstär kers V ohne jede äussere Beschaltung und die Strom- spannungsgerade G des Mitkoppelwiderstands R ge zeigt.
Die äusseren Schnittpunkte S1 und SZ zwischen der Mitkoppelgeraden und der Steuerkennlinie er geben die stabilen Punkte der Kippschaltung. Je grö sser der Mitkoppelwiderstand R gewählt ist,
desto steiler wird die Mitkoppelgerade und desto schlechter definiert sind die stabilen Arbeitspunkte. Aus den oben angedeuteten Gründen besitzt nun die Steuer- kennlinie des Kippverstärkers nach Fig. 3 keine ideale Rechteckform, sondern zeigt die in Fig. 4 an gedeuteten Rundungen.
Die Erfindung betrifft nun einen elektrischen Zweipunktregler, gekennzeichnet durch einen an sich stetigen Verstärker, der mit einer überkritischen, träg heitsarmen Mitkopplung, die ihm eine Kippcharakte- ristik verleiht, sowie mit einer trägheitsbehafteten Ge genkopplung derart versehen ist,
dass die stabilen Ar beitspunkte der Kippcharakteristik abwechselnd peri odisch aufgehoben werden und die Ausgangsgrösse dauernd mit von der jeweiligen stetigen Eingangs grösse abhängigen Tastverhältnis zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert kippt, wobei die Art der Abhängigkeit qualitativ und quantitativ durch die Gegenkopplungsimpedanz bestimmt ist.
Diese Ausbildung bewirkt,die Umwandlung einer steuernden stetigen Grösse in eine hinsichtlich des Tast- verhältnisses von ihr abhängige Impulsgrösse mit Hilfe eines stetigen Verstärkers, insbesondere eines elektronischen Verstärkers, der durch besondere Mass nahmen zu einem Zweipunktregler gemacht wird.
In einem Regelkreis, in dem das Stellglied von dem so genannten Regelverstärker betätigt wird, ist dieser somit so ausgebildet, dass er von sich aus die Um wandlung in die Impulsausgangsgrösse vornimmt. Dem Verstärker braucht also nur wie bisher eine ste tige Steuergrösse, beispielsweise ein Gleichstrom, zu geführt zu werden.
Unter überkritischer Mitkopplung wird eine mehr als 100o/o,ige Mitkopplung vom Verstärkerausga:ng auf den Verstärkereingang verstanden. Dadurch ent hält der nachstehend erläuterte, beispielsweise Ver stärker eine sogenannte Kippkennlinie: Bai einem be- stimmten Wert der steuernden Eingangsgrösse springt die Ausgangsgrösse plötzlich auf einen hohen Wert.
Der dazwischenliegende Bereich, der bei einem nor malen Verstärker den Steuerbereich darstellt, ist nicht verifizierbar. Es wird ein mit einer derartigen Kenn linie ausgerüsteter Verstärker mit einer trägheitsbehaf- teten Gegenkopplung ebenfalls vom Verstärkeraus- gang auf den Verstärkereingang versehen.
In dem Gegenkopplungskreis wird ein elektrisch träges Glied eingeschaltet, also ein Glied mit Speichereigenschaf- ten, beispielsweise ein Kondensator. Durch die Ge genkopplung werden die durch die überkritische Rückkopplung einzig ermöglichten stabilen Lagen des Verstärkers wieder aufgehoben.
Dadurch pendelt der Arbeitspunkt des Verstärkers ständig zwischen den genannten Arbeitspunktlagen hin und her.<B>Es</B> ist also möglich, die Funktionen der bisher bekannten, stetig wirkenden Regler, insbesondere mit PID-Ver- ,halten, mit den Funktionen eines Zweipunktreglers so zu vereinigen, dass dadurch ein Regler geschaf fen wird, der nur zweier verschiedener Aussteuerungs- zustände fähig ist,
der jedoch im zeitlichen Mittel wie ein -stetiger Regler mit entsprechendem, insbesondere PID-Verhalten, arbeitet.
Die Fig. 6, 9 und 12 zeigen Ausführungsformen des erfindungsgemässen Zweipunktreglers. Fig. 8 stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Endstufe eines Zweipunktreglers nach der Erfindung dar, während Fig. 13 eine Möglichkeit des Aufbaus für den bei vor stehend genannten Figuren mit V bezeichneten Ver stärker aufzeigt.
Fig. 10 zeigt ein Diagramm des in Fig. 9 gezeigten Zweipunktreglers, während sich das Diagramm in Fig. 11 auf einen Zweipunktre:gler nach Fig. 6 bezieht. Die Diagramme nach den Fig. 7a bis 7d schliesslich veranschaulichen die Wirkungsweise eines stetigen Reglers und die eines Beispiels des er- findungsgemässen Zweipunktreglers.
Die in Fig. 6 gezeigte Schaltung ist eine Kombi nation der Schaltungen nach den Fig. 1 und 3. In ihr ist der an sich stetige Verstärker V wegen der gleich zeitigen Mitkopplung, bestehend aus den Schaltele menten R und C, welche dem Verstärker eine Kipp- charakteristik geben, und der Gegenkopplung, beste- hend aus den Schaltelementen Cl, R1,
C2, R2, nur zweier sich ständig ablösender Schaltzustände fähig.
Es lässt sich theoretisch zeigen -und wurde inzwi- schen durch praktische Untersuchungen bestätigt, d@ass die genannten Schaltelemente der Rückführung be wirken, dass der Regler nach Fig. 6 abwechselnd zwi schen beiden Schaltungszuständen spielt,
wobei das Testverhältnis und damit der Gleichstrommittelwert der Ausgangsspannung von der jeweiligen stetigen Eingangsspannung abhängig ist und z. B. einen zeit lichen Verlauf zeigt, der dem Verhalten eines stetigen IPD-Reglers entspricht. Dem Regler kann auch ein anderes, an sich beliebiges Regelverhalten gegeben werden.
Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Wirkungsweise eines bekannten stetigen Reglers vergleiche jeweils die linken Darstellungen - und der entsprechenden Wirkungsweise des Zweipunkt- reglers gemäss Fig. 6 - siehe die rechten Darstellun- @gen. Als Abszisse dient in allen Fällen die Zeit t und als Ordinate die
Ausgangsspannung UA, Fig. 7a zeigt Nullaussteuerung. Beim Zweipunktregler ist angenom men, dass zwischen einem völligen Minuswert und einem völligen Pluswert als Minimum bzw. Maximum der Ausgangsgrösse UA geschaltet wird. Die Länge der Schaltintervalle in Plus- bzw. Minusrichtung ist daher gleich. Fig. 7b zeigt konstante Plusaussteuerung.
Beim Zweipunktregler überwiegt die Länge der Plus- intervalle gegenüber der Länge der Minusintervalle. Bei Minusaussteuerung liegen die Verhältnisse :genau umgekehrt. Auf diese Darstellung ist daher verzichtet. In Fig. 7c isst das Verhalten mit PD-Rückführung gezeigt.
Man erhält einen solchen Regler aus der all gemeinen Schaltung, nach Fig. 6 durch Kurzschliessen des Kondensators C1. An die Stelle eines Differenzier- impulses beim stetigen Regler tritt beirr Zweipunkt regler ein einmalig stark verlängerter Plusdmpuls,
dessen zusätzliche Fläche F2 der schraffierten Fläche F1 des D-Impulses im stetigen Falle entspricht. Fig. 7d zeigt schliesslich das Verhalten des Zweipunktre@glers bei einem Integriervorgang. Der Zweipunktregler zeigt hier die Tendenz zu zunehmend verbreiteten Plusimpulsen und abnehmenden Minusimpulsen.
Die Rückführglieder R., R1, R2, Cl' C2 in Fig. 6 können in derselben Weise und nach denselben Re chenmethoden bemessen werden wie im Falle eines stetigen Reglers. Die für die Bemessung der Mitkop- pelglieder massgeblichen Gesichtspunkte wurden schon erwähnt.
Aus dieser Bemessung ergibt sich zwangläufig die Schaltfrequenz des Zweipunktreglers. 'Die Schaltfrequenz kann, nachdem die Rückführele- mente durch die Art der Regelaufgabe festgelegt sind, in gewissen Grenzen durch Verändern des Mitkoppel- widerstandes beeinflusst werden.
Sie ist umgekehrt proportional zum Vorhalt T2 = R2 - C2, der in der Rückführung gebildet wird. Diese Tatsache wirkt sich sehr vorteilhaft aus. Es erscheint nämlich sinnvoll, die Schaltfrequenz des Reglers in ein vernünftiges Verhältnis zu den dynamischen Eigenschaften der Regelstrecke zu bringen. Schnelle Regelstrecken er fordern hohe Schaltfrequenzen.
Bei langsamen Regel strecken genügen niedrige Schaltfrequenzen. Wird der Vorhalt T2 =R2 - C2 unmittelbar einer der beiden Zeitkonstanten der Regelstrecke gleichgemacht,
so wird die Anpassung der Schaltfrequenz an die Eigen- schaften der Regelstrecke durch richtige Bemessung der Rückführung zwangläufig erzielt.
Fig. 8 zeigt die Anordnung eines Zweipunktreg- lers mit einer Endstufe unter Verwendung von Tran- sistorren. Der links von ;der .strichpunktierten Linie be- findliche Teil der Schaltung wirkt als Taktgeberteil. Rechts von dieser Linie L liegt die Endstufe.
Der Taktgeber entspricht bis auf den Eingangskreis im wesentlichen der .Schaltung nach Fig. 6. Auch hier ist wie in Fig. 6 der an sich stetige Verstärker mit V be zeichnet. Statt R, wurde ein Glättungsgli@ed
EMI0003.0186
vorgesehen.
Der Grund dafür ist die Beseitigung un- erwünschter Oberwellen, die den Fehlermesswerten ,der Regelung (Regelabweichung) itn allgemeinen über lagert sind und die ohne besondere Massnahmen zu einer unerwünschten Oberwellenüberlagerung führen können. Zur Einstellung der Vorhaltezeiten sind die Kapazitäten der Kondensatoren C1 und <RTI
ID="0003.0202"> C2 veränd@er- @bar ausgeführt. Dadurch wird erreicht, dass die dy namischen Verhältnisse am Regler veränderbar sind, ohne dass die durch die Verstärkerkenulinie und die Werte der Widerstände R, Ri, R2 bedingten stati schen Verhältnisse beeinflusst werden.
Die geschil derten Massnahmen ermöglichen daher eine beson ders günstige und für einen weiten Bereich anwend bare Auslegung der Widerstände R1 und R2. Die In- tegrz:erzeit wird mittels
EMI0003.0223
eingestellt.
Die Schaltung des Taktgebers gemäss Fig. 8 ermöglicht den Bau eines universell verwend- baren > und einstellbaren Rückführteiles. In der Rück führschaltung sind<I>noch</I> einige Möglichkeiten zur Ab wandlung vorgesehen, die im .folgenden anhand von Fig. 9 erläutert seien.
Überbrückt man in Fig. 6 den Kondensator Cl, so erhält man einen PD-Regler gemäss Fig. 9. Eine Überbrückung von C2 zwecks Erzielung eines IP- oder P-Verhaltens ist nicht möglich,
weil die Wir kungsweise des Zweipunktreglers auf dem Zusam- menwirken einer trägheitslosen Mitkopplung mit einer trägheitsbehafteten Gegenkopplung beruht. Ein IP- bzw. P-Verhalten kann jedoch mit praktisch genü- gender Genauigkeit durch eine hinreichende Verklei nerung von <RTI
ID="0003.0261"> C2 erzielt werden. Man erhält dadurch einen 1P- bzw. P-Regler mit hoher Schaltfrequenz. Die Restkapazität von C2 hat einen geringfügigen D- Anteil zur Folge, der sich jedoch praktisch nicht mehr auswirkt. Fig. 10 zeigt die statische Steuerkennlinie des PD-Reglers gemäss Fig. 9.
Als Abszisse ist die Eingangsspannung UF aufgetragen, :als Ordinate der Mittelwert der als Rechteckspannung anfallenden Ausgangsspannung U,I. Die Steuerkennlinie ist prak tisch linear.
Hinsichtlich des statischen Verhaltens des IPD- Reglers nach Fig. 6 konnten durch praktische Ver suche wichtige , theoretische Erkenntnisse bestätigt werden, die für die erreichbare Regelgenauigkeit von fundamentaler Bedeutung sein dürften.
Hierzu zeigt Fig. 11 zum Vergleich die Steuer kennlinie<I>a</I> (dünn ausgezogen) eines stetigen IPD- Reglers gemäss Fig. 1, die Steuerkennlinie b (gestri chelt) eines Zweipunktreglers gemäss Fig. 3 und die Steuerkennlinie c (dick ausgezogen) des Zweipunkt- reglers gemäss Fig. 6.
Es konnte inzwischen experi mentell die zunächst theoretisch gemachte und kaum glaubhaft erscheinende Aussage bestätigt werden, dass der Zweipunktregler nach den Erfindungsbeispielen praktisch keine Statik aufweist. Dies eröffnet die<B>Mög-</B> lichkeit, mit Promillegenauigkeit zu regeln.
Aus welchen Bauelementen der im Taktgeber in Fig. 8 enthaltene Verstärker V aufgebaut -ist, ist zu nächst gleichgültig, sofern hinsichtlich der erreich- baren Schaltfrequenzen bzw. Flankensteilheiten keine Beschränkungen bestehen. Ein bevorzugtes mit Tran sistoren arbeitendes Ausführungsbeispiel für den Ver stärker V ist in Fig. 13 dargestellt und wird später noch beschrieben.
Es ist auch möglich, im Taktgeber teil beispielsweise Röhren als Verstärkerelemente zu verwenden. Die Verstärkerelemente müssen nur die Eigenschaften haben, dass sie sowohl einen für die Mitkopplung als auch einen für die Gegenkopplung brauchbaren Taktgeber ergeben. Es besteht die Mö<B>g</B> lichkeit, die Transistorenendstufe unsymmetrisch oder symmetrisch aufzubauen.
Bei symmetrischen Schal- tungen sind zwei Endtransistorgruppen vorhanden, von denen stets die eine öffnet, während die andere schliesst und. umgekehrt. Symmetrische Schaltungen haben unter anderem den Vorteil,
die Gleichstrom- versorgung stets konstant zu belasten. Symmetrisch aufgebaute Endstufen erfordern bei .Steuerung von Erregerkreisen elektrischer Maschinen oder Magnet verstärker :geteilte Erregerwicklungen, ermöglichen dafür jedoch die Durchsteuerung des gesamten Steuer bereiches zwischen Minusnennspannung und Plus- nennspannung.
Besonders zweckmässig erscheint es auch bei einer Verwendung eines mit Transistoren arbeitenden Takt gebers, die Endstufe mit Transistoren aufzubauen, wobei diese so bemessen werden, dass sie nach dem eingangs beschriebenen Amplivibratorprinzip arbei ten.
Für den Betrieb einer an die Endstufe angeschlos- senen elektrischen Maschine oder eines Magnetver stärkers ergeben !sich hierdurch keine Nachteile.
In der Schaltung nach Fig. 8 ist daher eine sym metrische Endstufe gezeichnet; soweit sich die Schal- tungsdetails wiederholen, ist nur der eine der beiden symmetrischen Zweige .ausgezeichnet. Der Beginn des anderen gleich ausgebildeten Zweiges ist durch einen Pfeil Pf gekennzeichnet. Es besteht die Möglichkeit,
die .beiden Endtransistorgruppen unmittelbar von den beiden im Gegentakt arbeitenden Ausgängen A1 und A2 des Verstärkers<I>V</I> zusteuern.
Im hier gezeich neten Fall wurde jedoch von dieser Möglichkeit nicht Gebrauch gemacht, vielmehr wurde die gesamte End- stufensahaltung an den Ausgang A1 angekoppelt. Da durch blieb der Ausgang A2 unbelastet, was den Vor teil eines mit Sicherheit ungestört wirkenden Rück- führmechanismu:sergibt.
Der Widerstand 1 hat den Zweck, den Ausgang A1 in ein der nachfolgenden Schaltung günstiges Span- nungsintervall zu bringen, :der Widerstand 2 begrenzt den dem Transistor 3 in der Basis zugeführten Steuer strom.
Die Transistoren 3 und 4 arbeiten durch den Emitterwiderstand 5 gekoppelt im Gegentakt, wobei das Potential der Basis von 4 durch Widerstände 6 und 7 auf einem geringen Pluspotential gehalten wird. Weitere Widerstände 8 und 9 dienen der Begrenzung des Kollektorstromes der Transistoren 3 und 4. Am Kollektor des Transistors 4 liegt die Basis eines wei teren Transistors 10.
Ist der Transistor 4 geschlos sen, so gelangt der gesamte über den Widerstand 9 fliessende Strom in die Basis des Transistors 10 und öffnet ihn. Das Kollektorpotential des Transistors 4 steigt dabei nur auf das Basispotential des Transistors 10 und nicht weiter an.
Dieser Tatsache verdanken die Transistoren 3 und 4 eine die Betriebssicherheit fördernde Spannungsschonung. Öffnet der Transistor 4, so nimmt das Kollektorpotentäal wegen der Wider- standskombination 6, 7 ein kleines positives Potential an. Über die Basis des Transistors 10 kann nunmehr kein Strom im steuernden Sinn fliessen. Der Tran sistor sperrt also. Die Leckströme :des Transistors 10 werden durch das positive Kollektorpotential des Transistors 4 aufgefangen.
Ein Widertand 11 dient ,der Begrenzung :des Kollektorstromes des Transistors 10. Ein weiterer Transistor 12 ist mit der Basis an den Emitter des Transistors 10 angekoppelt. Ein Wi derstand 13 dient zurr Begrenzung des Kollektorstro- mes des Transistors 12. Ein Widerstand 14 führt den Leckstrom des Transistors 12 im gesperrten Zustand ab.
Entsprechende Funktionen hat ein Widertand 15 in bezug auf den weiteren Transistor 16, der mit der Basis an den Emitter des Transistors 12 angekoppelt ist.
Der Transistor 16 ist im Em@itter geerdet und steuert im Kollektor d ie eine Hälfte der symmetrisch gesteuerten Last, die in diesem Fall beispielsweise die eine Hälfte einer Erregerwicklung 17 einer nicht wei ter dargestellten elektrischen Maschine ist.
Soll bei spielsweise die Spannurig der Maschine geregelt wer den, so st deren Ausgangsspannung in Differenz- schaltung nut einer Sollwertspannung :auf den durch die Klemme El angedeuteten Eingang,des Verstärkers zu geben.
Zur Vermeidung von Überspannungen bei induktiven Lasten dient in an sichRTI ID="0004.0210" WI="15" HE="3" LX="1691" LY="2622"> bekannter Weise ein Ventil 18, eine sogenannte Nullanode. Die Wider- stände 14 und 15 in Fig. 8 werden vorteilhaft derart bemessen, dass sie in d er Lage sind, die Lecksträme der Transistoren 12 bzw. 16 abzuführen.
Die Leck- ströme müssen @deshalb abgeführt werden, damit ein völliges Schliessen der Transistoren gewährleistet ist, anderenfalls übernehmen die Transistoren Verlust- leistungen, was zu ihrer Zerstörung führen kann.
Weist beispielsweise der Transistor 16 einen geringe ren Leckstrom,auf, als er durch Ausfall des Wider standes 15 vorgesehen ist, so wird das Basispotential im gesperrten Zustand dadurch auf dem richtigen Wert gehalten,
dass der Transistor 12 geringfügig sich öffnet und die Differenz zwischen dem vorgese henen und. dem tatsächlich auftretenden Leckstrom fliesst. Jeder Transistor der Endstufenkette muss also hinsichtlich der Verlustleistung so gewählt werden, dass er im gesperrten Zustand, das heisst bei Anliegen der vollen Spannung,
die für den nachfolgenden Tran- sistor vorgesehenen Leckstrom bedingte Verlustlei stung vertragen wird.
Damit diese Bedingung nicht zu wirtschaftlich ungünstigen Forderungen führt, ist für die Transistoren 10 und 11 eine gesonderte Ver sorgung des Kollektorkreises mit einer niedrigen Gleichspannung U2 vorgesehen.
Dies hat zugleich den Vorteil, dass die im Gerät an den Widerständen entstehenden Verlustleistungen klein bleiben, so dass die Transistoren durch äussere Erwärmung weniger gefährdet sind.
Die in Fig. 8 angedeutete Endstufenkette kann durch Hinzufügen von Gliedern der Art 13, 12, 15 in Richtung auf erhöhte Stufenzahl und bei Vorhan densein geeigneter Transistortypen damit in Richtung ,auf erhöhte Ausgangsleistung beliebig erweitert wer den.
Es steht zu erwarten, dass die heute schon er reichten Leistungswerte je Transistor im Laufe der Zeit zunehmen werden. Die Ausgangsleistung der Schaltung kann bei gegebener Transistortype auch durch Piarallelsehalten mehrerer Transistoren erhöht werden.
Die in Fig. 8 gezeigte Endstufe ist nur als Aus- f ührungs- und zugleich Anwendungsbeispiel für den Fall einer Gleichstromankopplung zu betrachten.
Es -besteht auch die Möglichkeit, die einzelnen Transi- storteilstufen durch Transformatoren bzw. Übertra ger anzukoppeln. Hier :
besteht wiederum die Möglich keit, die Transformatoren entweder so auszulegen, dass sie den Spannungsverlauf am Ausgang,der Takt geberstufe im wesentlichen umverzerrt übertragen oder aber solche Transformatoren zu verwenden,
die bei jedem Schaltvorgang der Taktgeberstufe einen entsprechenden Spannungsimpuls aufbringen. Im letztgenannten Fall ist es notwendig, jede Transistor- zwischenstufe Tals bistabile Kippschaltung aufzubauen. Dies bedeutet keinen erhöhten Bauelementenaufwand,
sofern Transistoren in basisgeerdetem Betrieb mit einer Stromverstärkung von grösser als 1 verfügbar sind. Die Transformatorkopplung bietet den Vorteil einer besseren Leistungsanpassung der einzelnen Tran sistorstufen aneinander.
Man kommt hier vermutlich mit einer geringeren Stufenzahl aus. Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind ver schiedene Abwandlungen des neuen Zweipunktreglers möglich. Einige hiervon sind nachstehend aufgeführt.
Fig. 12 zeigt eine ähnliche Schaltung wie Fig. 6, jedoch liegt der Kondensator C1 hier - betrachtet vom Kondensator C2 - auf der Ausgangsseite des Verstärkers V.
Die Reihenfolge von C1 und R1 in Fig. 6 sowie von C1 und R2 in Fig. 12 ist beliebig. Es ist auch gleichgültig,
ob die Widerstände R1 und R2 sowie 2 in Fig. 8 aus zwei getrennten Wider ständen bestehen oder ob dafür ein einziger angezapf ter Widerstand verwendet ist. Die Endstufe nach Fig. 8 kann in einer geschlossenen Geräteeinheit un tergebracht werden.
Dieses kann dann als Austausch- bauteil für einen nach dem Baukastensystern ausgebil deten Regler, der für alle praktisch vorkommenden Regelaufgaben brauchbar ist, verwendet werden.
Wie oben bereits erwähnt, kann für,den Verstär ker V des Zweipunktreglers nach Fig. 6, 8, 9, 12 eine ian sich beliebige Verstärkerausführung verwendet werden, sofern -sie trägheitsarm ist und normaler- ,
weise stetig arbeitet und ausserdem eine überkritische, trägheitsarme Mitkopplung und eine trägheitsbehaf- tete Gegenkopplung aufweisen, derart,
dass die Aus gangsgrösse- periodisch zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert liegt und der stetigen Ein- gangsgrösse des Verstärkers hinsichtlich ihres Tast- verhältnisses proportional ist.
Ein erprobtes, mit Tran- sistoren arbeitendes Ausführungsbeispiel, durch das viele in der heutigen Regelungstechnik auftretende Probleme beherrscht werden können, ist in Fig. 13 dargestellt.
Hierbei handelt es sich um einen bereits an anderer Stelle vorgeschlagenen Verstärker, der aus einem mehrstufigen Transistorverstärker in Emitter- ischaltung mit galvanischer Kopplung der Verstärker stufen besteht.
Als Vzrstärkerelement sind in der ersten Verstärkerstufe I die Transistoren 101 und 102, die sogenannten Vortransistoren, und in der zweiten Verstärkerstufe II die Transistoren 103 und 104, die sogenannten Endtransistoren, enthalten.
Alle vier Transistoren arbeiten in der Emitterschaltung und steuern den Strom durch die Kollektorwider- stände 105, 106, 107 und 108.
Der .gemeinsame Emitterwiderstand 109 der ersten Stufe und 110 der zweiten Stufe bewirkt, dass jede Stufe für sich im Gegentakt arbeitet, das heisst die Summe der von zwei Transistoren :
einer Stufe gesteuerten Ströme stets kon stant ist. Die gegebenenfalls einstellbaren Widerstände 111 und 114 dienen zur Speisung eines Gleichstromes in die Basis der Vortransistoren, damit diese sich schon ohne äussere Eingriffe etwa im Arbeitspunkt befinden.
Die Basen der in :der Vorstufe angeordneten Tran sistoren 101 und 102 können jeweils über einen Wi derstand 115 oder 116 mit dem Erdpotential ver- bunden sein. Diese Widerstände 115 und 116 halten die Eingangspotentiale des Verstärkers unabhängig von irgendwelchen Störeinflüssen angenähert auf :
dem Wert Null. Jede Potentialabweichung führt zu einem Steuerstrom über den Widerstand 115 oder den Wi derstand 116 :und :bewirkt damit eine Korrektur, deren Genauigkeit durch Wahl eines möglichst klei- nen Widerstandswertes gross gemacht werden kann.
Eine untere Grenze für die Widerstände 115 und 116 ergibt sich jedoch aus dem Umstand, dass diese Wi derstände parallel zum Eingangswiderstand der Vo:r- transistoren liegen. Es ist :
daher vorteilhaft, jeden der beiden Widerstände etwa zwei- bis zehnmal so gross auszulegen, wie der Eingangswiderstand des zu gehörigen Vortxansistors ist. Wird den Eingangs- klemmen 121 und 122 ein symmetrisches Signal zu- geführt, also ein Signal, das an beiden Eingangs klemmen gleiche Amplitudenhöhe, aber entgegen gesetztes Vorzeichen aufweist,
so bewirkt es eine symmetrische Aussteuerung der Transistoren 101 und 102. Die gleiche symmetrische Aussteuerung der Transistoren 101 und 102 wird auch bei unsymme trischen Signalen hervorgerufen, das heisst bei Signa len, :die nur an einem Eingang eine Potentialänderung hervorrufen. In diesem Fall kann es jedoch vorteil haft sein, einen der Widerstände 115 oder 116 kurz zuschliessen, und zwar denjenigen, der :
an der Ein- gangsklemme liegt, die stets die gleiche Potential höhe :aufweist. Eingangssignale mit -gleicher Ampli- tudenhöhe bei gleichem Vorzeichen, :das heisst asym metrische Signale dagegen, bleiben wirkungslos.
Die beiden Verstärkerstufen sind über eine Tei- lerschaltung galvanisch gekoppelt. Diese Teilerschal- tung besteht :aus den Widerständen 117, 118 bzw. 119, 120, in Verbindung mit dem jeweiligen Kol- lektorwid-erstand 105 bzw. 106.
Diese Schaltung be wirkt eine Anpassung des den Basen der Endtransi- storen 103 und 104 zugeführten Kollektorstromes. Dabei ist das besondere Kennzeichen dieser Teiler- !schaltung, dass :das Potential an den Klemmen 127 und 128 und somit auch das Basispotential der End transistoren 103 und 104 konstant gehalten wird, und zwar annähernd auf dem Kollektorpotential.
Beider Verwendung des Zweipunktreglers kann in :der nachgeschalteten Endstufe, beispielsweise bei der Einrichtung nach Fig. 8, die trägheitsbehaftete Gegenkopplung, :
die mit Hilfe der Widerstände R1, R2 und der Kondensatoren Cl, C., durchgeführt ist, an- statt vom Ausgangsanschluss <I>A,</I> des Verstärkers<I>V</I> .auch von einer Teilstufe der als Amplivibrator betrie benen Endstufe entnommen werden,
die den gleichen Spannungsverlauf aufweist wie der Ausgangsanschluss A2. Dadurch .ergibt sich der Vorteil, dass die Gegen kopplung von einer höheren Leistung hergeleitet wird und dassdadurch der Verstärker V selbst nicht be lastet wird.
Bei der Einrichtung nach der Fig. 8 ist es besonders vorteilhaft, die Spannung am Ausgang des Transistors 16 zu verwenden, da diese die -höchste Spannung ist und die durch .die Rückführung entspre chende praktische Belastung hier überhaupt nicht ins (Teesicht fällt-