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Einrichtung zur Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie von nichtlinearen
Zweipolen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie
von nichtlinearen Zweipolen, bei welcher je ein zu Meßzwecken dienender Widerstand
in Reihe und parallel zu dem zu untersuchenden Zweipol geschaltet ist.
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Es ist bekannt, die Kennlinie von Zwei-oder Mehrpolen, z. B. von
Gleichrichtern oder Verstärkerröhren, mit Hilfe von Kathodenoszillographen sichtbar
zu machen. Die Fig. I zeigt als Beispiel eine zur Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie
eines Gleichrichters Gr geeignete Einrichtung. Die aus der Wechselstromquelle Q
stammende Leistung gelangt iiber den Gleichrichter G an den Belastungswiderstand
L (Verbraucher). In Serie zum Gleichrichter GX liegt außer dem Belastungswiderstand
L der zu Meßzwecl : en dienende Widerstand RS. Dieser ist von demselhen Strom i
durchflossen wie der Gleichrichter GX An den Klemmen l7 tritt daher eine Spannung
auf, die proportional zu diesem Strom verläuft. Parallel zum Gleichrichter Go liegt
der zu Meßzwecken dienende Widerstand 7 ? p, der als Spannungsteiler ausgebildet
ist. An den Klemmen LT,, tritt daher eine Spannung auf, die proportional zu der
iil) er dem Gleichrichter G1 liegenden Spannung verläuft. Die Spannungen ; und IT,,
werden (gegehenenfalls über Verstärker) den Plattenparen der Kathodenstrahlröhre
K zugefiihrt.
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Im gezeigten Beispiel wird der Strahl durch die Spannung 7, nach oben,
durch die Spannung ! 7y nach rechts ahgelenkt. Auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre
erscheint daher gemäß Fig. 2 die Strom-Spannungs-Kennlinie des Gleichrichters GX
Diese bekannte Einrichtung ist nun für die Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie
der in neuerer Zeit entwiclcelten Halbleitergleichrichter nicht gut geeignet. Diese
Gleichrichter zeichnen sich einerseits durch sehr kleine Sperrströme bei hohen Sperrspannungen.
andererseits durch sehr lcleinen Spannungsabfall bei großen Strömen in Durchlaßrichtung
aus. Die Einrichtung nach Fig. l würde daher eine Kennlinie gemäß Fig. 3 zeigen,
und es ist leicht einzusehen. daß Feinheiten im Kennlinienverlauf nicht mehr erkennbar
sind. Um derartige Feinheiten im Sperrbereich zu erkennen, müssen große Wechselspannungen
der Quelle Q und ein grofier Maßstal) zur Abbildung des Stromes i verwendet werden.
Im Gegensatz dazu bedingt eine deutliche Wiedergabe der Verhältnisse im Durchlaßbereich
die Verwendung eines großen Maßstabes für die Darstellung der Spannung \ und eines
kleines Maßstabes für den Strom i.
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Es ist eine Schaltung bekannt, welche zur raschen Veränderung eines
Maßstabes einen stufenlos regelbaren Meßwiderstand enthält, der je nachdem, ob Feinheiten
der Kennlinie im Durchlaß-oder im Sperr-
bereich eines Gleichrichters betrachtet
werden sollen. auf einen kleineren oder auf einen größeren Wert eingestellt werden
kann.
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Beim Ernndungsgegenstand ist es nun nicht notwendig, daß je nach
dem gewünschten Abbildungsmaßstah ein Widerstand passend eingestellt werden muß.
Die Umschaltung auf die fiir den Durchlaßbereich bzw. für den Sperrbereich geeigneten
Widerstände erfolgt vielmehr selbsttätig, und zwar periodisch nach jeweils einer
Halbperiode der speisenden Wechselspannung. Es werden also die beiden Teile des
Oszillogramms in zwei voneinander verschiedenen Maßstäben aufgezeichnet, die ein
für allemal geeignet ausgewählt sind. Daher entfällt jede Notwendigkeit. während
der Prüfung von Gleichrichtern einen Maßstab und zu diesem Zweck einen Widerstand
zu verändern, und das Verhalten jedes Gleichrichters läßt sich sofort und mit einem
Blick übersehen.
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Dies wird bei der eingangs genannten Einrichtung für Ermittlung der
Strom-Spannungs-Kennlinie von nichtlinearen Zweipolen dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß
sowohl der Serienwiderstand wie auch der Parallelwiderstand aus je zwei in Serie
geschalteten Teilwiderständen besteht, von denen einer durch einen Gleichrichter
überbrückt ist.
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Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Einrichtung gemäß
der Erfindung. Es gleicht im Prinzip demjenigen nach Fig. 1. Der zu Meßzwecken dienende
Serienwiderstand besteht jedoch aus den
beiden in Serie geschalteten
Teilwiderständen Rs und Rst, von denen der letztere durch den Gleichrichter Gs überbrückt
ist. Die Größen der Widerstände und die Polarität des Gleichrichters Gs sind dabei
so gewählt, daß in Durchlaßrichtung des Gleichrichters Gx, d. h. also bei großem
Strom i, der wirksame Meßwiderstand nur aus dem TeilwiderstandRs besteht, so daß
also die Aufzeichnung des Stromes in verhältnismäßig kleinem Maßstab erfolgt. In
Sperrichtung des Gleichrichters Gx erzeugt dagegen der (jetzt sehr kleine) Strom
i einen Spannungsabfall am Widerstand Rs + Rs, und der Abbildungsmaßstab für den
Strom ist demgemäß im Sperrbereich von Gx vergrößert. An den Klemmen Ui steht daher
eine Spannung zur Verfiigung, welche im Durchlaßbereich von Gx mit einem kleinen,
im Sperrbereich dagegen mit einem großen Proportionalitätsfaktor den Verlauf des
durch Gx fließenden Stromes i wiedergibt. Der parallel zum Gleichrichter G, liegende
Meßwiderstand besteht aus den beiden in Serie geschalteten Teilwiderständen Rp und
Rp', von denen der letztere durch den Gleichrichter Gp überbrückt ist. In ähnlicher
Weise wie oben erläutert sind die Verhältnisse so getroffen, daß die Spannung an
den Klemmen U, im Durchlaßbereich von Gx mit einem großen, im Sperrbereich dagegen
mit einem kleinen Proportionalitätsfaktor den Verlauf der Spannung Vx wiedergibt.
Im Durchlaßbereich liegt nämlich die gesamte Spannung Vx an den Klemmen Ut, da der
Widerstand Rp'durch den Gleichrichter Gp kurzgeschlossen ist. Im Sperrbereich dagegen,
wo der Gleichrichter Gp einen sehr hohen Widerstand aufweist, liegt an den Klemmen
U, nur ein durch das Verhältnis der Widerstände Rp und Rp' bestimmter Bruchteil
der Spannung Vx.
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Die an den Klemmen Ui und U, auftretenden Spannungen können nun,
genau wie es in Fig. 1 gezeigt ist, den Plattenpaaren einer Kathodenstrahlröhre
zugeführt werden, auf deren Bildschirm die Kennlinie des Gleichrichters sichtbar
wird.
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An die beiden Gleichrichter Gs und Gp werden folgende Anforderungen
gestellt : Ihre Sperrwiderstände müssen groß sein gegenüber RsZ bzw. Rp'und ihre
Durchlaßwiderstände müssen klein sein gegenüber Rs bzw. Rp. Die letztere Bedingung
schließt die Anwendung von Elektronenröhren wegen ihres zu hohen Spannungsabfalles
in Durchlaßrichtung aus.
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Für den Gleichrichter Gs kommt noch die Bedingung hinzu, daß er in
Durchlaßrichtung den vollen Strom i
führen muß, der, wie erwähnt, bei der Prüfung
von Halbleitergleichrichtern recht groß sein kann. Es kommen daher für Gs entweder
mit der Wechselspannung synchron schaltende rotierende Unterbrecher in Frage oder
aber Halbleiter-Leistungsgleichrichter, die gut gekühlt sind, die mit Vorteil sogar
auf einer Temperatur gehalten werden, die unter der Zimmertemperatur liegt. Als
Gp sind gut sperrende Silizium-Gleichrichter geeignet (Sperrwiderstände von 109
bis 101° Ohm).
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Die beschriel) ene Einrichtung kann beispielsweise in der Art verwendet
werden, daR bei einer bestimmten Wechselspannung der Lastwiderstand stets eingeschaltet
ist. Der zu untersuchende Gleichrichter Gx erwärmt sich dabei, und die mit der Erwärmung
zusammenhängenden Anderungen seiner Charakteristilc, insbesondere die Zunahme des
Sperrstromes, lassen sich auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre laufend verfolgen.
In kurzer Zeit kann so derjenige Durchlaßstrom ermittelt werden, bei welchem unter
gegebenen Isühlbedingungen der kritische. Steilanstieg des Sperrstromes einsetzt,
der die Belastungsfähigkeit des Gleichrichters begrenzt. Die Einrichtung kann auch
dazu dienen, bei festem Durchlaßstrom die Grenzen der zulässigen Spannungsbelastung
zu finden.
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PATENTANSPRtrCHE : 1. Einrichtung zur Ermittlung der Strom-Spannungs-Kennlinie
von nichtlinearen Zweipolen, bei welcher je ein zu Meßzwecken dienender Widerstand
in Reihe und parallel zu dem zu untersuchenden Zweipol geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl der Serienwiderstand wie auch der Parallelwiderstand aus je zwei in Serie
geschalteten Teilwiderständen besteht, von denen einer durch einen Gleichrichter
überbrückt ist.