DE1040663B

DE1040663B - Circuit for stabilizing and regulating direct currents

Info

Publication number: DE1040663B
Application number: DEA20057A
Authority: DE
Inventors: Dr Kurt Kronenberger
Original assignee: Atlas Werke AG
Current assignee: Atlas Werke AG
Priority date: 1954-04-05
Filing date: 1954-04-05
Publication date: 1958-10-09

Description

Schaltung zum Stabilisieren und Regeln von Gleichströmen Zum Regeln von Gleichströmen gibt es mancherlei Schaltungen, die im wesentlichen alle darauf beruhen, daß einer dem zu regelnden Gleichstrom proportionalen Spannung eine konstante elektromotorische Kraft gegengeschaltet und so eine relativ größere Schwankungen als der zu regelnde Gleichstrom aufweisende Steuergleichspannung gewonnen wird, die z. B. über einen Gleichspannungsverstärker dem Gitter einer im Kreis des zu regelnden Stromes liegenden Regelröhre zugeführt wird. Die Gleichspannungsverstärkung der Steuerspannung erfordert einen erheblichen Aufwand, und es ist schwierig, die erforderliche Nullpunktsstabilität sicherzustellen. Um diesen Schwierigkeiten aus dem Wege zu gehen, hat man die Steuergleichspannung durch einen schwingenden Kontakt in eine Rechteckswechselspannung niedriger Frequenz umgewandelt, als solche mit einem M'echselspannungsverstärker, bei dem die Schwierigkeit der Nullpunktsstabilisierung fortfällt, verstärkt und nach Wiedergleichrichtung mit einem zweiten, synchron zum ersten schwingenden Kontakt dem Gitter der Regelröhre zugeführt. Die schwingenden Kontakte sind jedoch schwierig einzustellen und müssen bei Abnutzung nachjustiert werden. Außerdem hängt die Größe der verstärkten Steuerspannung von der Schließungsdauer der Kontakte ab. Alles dies beeinträchtigt die Gleichmäßigkeit der Regelwirkung. Hinzu kommt noch, daß Schwingkontakte nur mit verhältnismäßig niedriger Frequenz (maximal etwa 250 Hz) betrieben werden können, wodurch die Regelwirkung auf verhältnismäßig langsame Netzspannungsschwankungen beschränkt bleibt. Für die Unterdrückung der durch Gleichrichtung der Netzwechselspannung entstehenden schnellen Schwankungen müssen umfangreiche Siebschaltungen oder gegebenenfalls ein besonderer Regler vorgesehen werden. Alle diese Nachteile werden nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die schwankende Steuergleichspannung zusammen mit einer Wechselspannung einem Widerstand mit nichtlinearer Kennlinie, vorzugsweise einem Trockengleichrichter, zugeführt wird, wobei ein entsprechend den Schwankungen der Steuergleichspannung modulierter Wechselstrom entsteht, aus dem durch Verstärkung und Gleichrichtung die am Gitter der Regelröhre liegende Spannung gewonnen wird.Circuit for stabilizing and regulating direct currents For regulating There are various circuits of direct currents, which are essentially all based on them are based on the fact that a voltage proportional to the direct current to be regulated has a constant electromotive force counteracted and so a relatively larger fluctuations as the DC control voltage to be regulated is obtained, the z. B. via a DC voltage amplifier to the grid one in the circle of to regulating current lying control tube is supplied. The DC voltage gain the control voltage requires considerable effort, and it is difficult to get that ensure the required zero point stability. To get out of these difficulties To go the way, one has the control DC voltage through an oscillating contact converted into a square wave alternating voltage of lower frequency than those with an alternating voltage amplifier, in which the difficulty of stabilizing the zero point disappears, amplified and after being rectified with a second, synchronous to the first vibrating contact fed to the grid of the control tube. The swinging ones However, contacts are difficult to adjust and must be readjusted when worn will. In addition, the size of the amplified control voltage depends on the duration of the closure of contacts. All of this affects the uniformity of the control effect. In addition, oscillating contacts only operate at a relatively low frequency (maximum about 250 Hz) can be operated, whereby the control effect on proportionately slow mains voltage fluctuations remains limited. For the suppression of the Rapid fluctuations caused by rectification of the AC mains voltage Extensive filter circuits or, if necessary, a special controller must be provided will. All these disadvantages are avoided according to the invention in that the Fluctuating DC control voltage together with an AC voltage and a resistor with a non-linear characteristic, preferably a dry rectifier is modulated according to the fluctuations in the DC control voltage Alternating current arises from which the grid is amplified and rectified The voltage lying on the control tube is obtained.

Die Erfindung bedient sich zur Regelung eines Gleichstromes auf einen konstanten oder nach einer #,orgegebenen Funktion veränderlichen Wert einer Schaltungsanordnung, hei der aus der Differenz des Spannungsabfalls an einem von dem zu regelnden Gleichstrom durchflossenen Widerstand und einer konstanten bzw. entsprechend der gewünschten Änderung des geregelten Stromes veränderten Vergleichsspannung eine modulierte Wechselspannung mit von den Schwankungen der Spannungsdifferenz abhängiger Amplitude erzeugt wird, die verstärkt und nach Gleichrichtung einer zwischen Spannungsquelle und Verbraucher angeordneten Regelröhre als Steuerspannung zugeführt wird. Gemäß der Erfindung wird zur Gewinnung der entsprechend den Schwankungen der Spannungsdifferenz modulierten Wechselspannung ein elektrischer Kreis benutzt, der gebildet ist aus einem im Kreis des zu regelnden Stromes liegenden Widerstand und einer dazu parallel liegenden Reihenschaltung einer konstanten bzw. veränderlichen Vergleichsspannungsquelle mit dem Spannungsabfall an dem von dem zu regelnden Strom durchflossenen Widerstand entgegengesetzter Polung, einer Wechselspannungsquelle, eines Trockengleichrichters und des Einganges eines Wechselspannungsverstärkers.The invention is used to control a direct current on one constant or variable value of a circuit arrangement according to a given function, That is to say, from the difference in the voltage drop across one of the direct current to be regulated flowed through resistance and a constant or corresponding to the desired Changes in the regulated current changed the comparison voltage to a modulated alternating voltage is generated with an amplitude that is dependent on the fluctuations in the voltage difference, which amplifies and after rectifying one between voltage source and consumer arranged control tube is supplied as control voltage. According to the invention to obtain the modulated according to the fluctuations in the voltage difference AC voltage uses an electrical circuit that is formed from one in a circle of the current to be controlled lying resistance and one lying parallel to it Series connection of a constant or variable reference voltage source with the voltage drop across the resistor through which the current to be controlled flows opposite polarity, an AC voltage source, a dry rectifier and the input of an AC amplifier.

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is based on an exemplary embodiment with reference to the drawing explained in more detail.

Ahb. 1 zeigt eine Regelschaltung nach der Erfindung, Abb. 2 die Modulationskennlinie eines Trockengleichrichters und Abb. 3 die bei deren Aufnahme benutzte Schaltung. Die in Abb. 1 dargestellte Schaltung besteht im wesentlichen aus dem zu regelnden Stromkreis 1 mit einem Verbraucher 8 und einer Regelröhre 2 und aus einer Regelschaltung, bestehend aus einem in dem zu regelnden Stromkreis 1 mit dem Verbraucher 8 in Reihe geschalteten Widerstand 3, einer Vergleichsspannungsquelle 4, einer Wechselspannungsquelle 5, einem Trockengleichrichter 6 und einem Wechselspannungsverstärker 7 mit einem nachfolgenden Gleichrichter 10. Als Spannungsquelle für den Betrieb der Schaltung dient ein an das Wechselstromnetz angeschlossener Doppelweggleichriehter 11 mit einem Ladekondensator 12. Infolge des nichtlinearen Verlaufs der Spannung-Strom-Kennlinie des Gleichrichters 6 ist dessen \\"echselstromwiderstand, der auch als dynamischer Widerstand bezeichnet wird, abhängig von der am Gleichrichter liegenden Gleichspannung, die durch die Differenz zwischen dem am Widerstand 3 vorhandenen Gleichspannungsabfall und der Spannung der Gleichspannungsquelle 4 gegeben ist. Diese Differenz bestimmt daher die Größe des in dem den Gleichrichter 6 enthaltenden Kreis 9 fließenden Wechselstromes und damit auch die am Eingang des Verstärkers 7 liegende Wechselspannung, die nach der Verstärkung im Gleichrichter 10 gleichgerichtet und den Gitter der Regelröhre 2 als Steuerspannung zugeführt wird.Ahb. Fig. 1 shows a control circuit according to the invention, Fig. 2 shows the modulation characteristic of a dry rectifier and Fig. 3 shows the circuit used when it was recorded. The circuit shown in Fig. 1 essentially consists of the circuit 1 to be controlled with a consumer 8 and a control tube 2 and a control circuit consisting of a resistor 3 connected in series with the consumer 8 in the circuit 1 to be controlled, a reference voltage source 4, an AC voltage source 5, a dry rectifier 6 and an AC voltage amplifier 7 with a subsequent rectifier 10. A full-wave rectifier 11 connected to the AC network with a charging capacitor 12 serves as the voltage source for operating the circuit Rectifier 6 is its \\ "alternating current resistance, which is also referred to as dynamic resistance, depending on the DC voltage applied to the rectifier, which is given by the difference between the DC voltage drop present at resistor 3 and the voltage of DC voltage source 4. This e difference therefore determines the size of the alternating current flowing in circuit 9 containing rectifier 6 and thus also the alternating voltage at the input of amplifier 7, which is rectified after amplification in rectifier 10 and fed to the grid of control tube 2 as a control voltage.

Für eine gute Regelwirkung der Schaltung ist es erforderlich. den Spannungsabfall an dem Widerstand 3 und damit auch die Spannung der Vergleichsspannungsquelle 4 verhältnismäßig groß (z. B. 85 V) 1m Vergleich zu der die Steuerung des durch den Gleichrichter 6 fließenden Wechselstromes bewirkenden. für die Regelung erforderlichen Differenzspannung (z. B. 0,1 bis 0,3 V) zu wählen.It is necessary for the circuit to have a good control effect. the Voltage drop across resistor 3 and thus also the voltage of the comparison voltage source 4 relatively large (e.g. 85 V) 1 compared to the control of the causing the rectifier 6 flowing alternating current. necessary for the regulation Differential voltage (e.g. 0.1 to 0.3 V) must be selected.

Die Schaltung kann außer zur Stabilisierung auch zur Regelung eines Stromes benutzt werden. indem durch Veränderung der Spannung der Gleichspannungsquelle 4 der damit im wesentlichen übereinstimmende, am Widerstand 3 erzeugte Spannungsabfall beeinflußt wird. Die Schaltung kann überall dort angewendet werden, wo eine hohe Stabilität gefordert wird oder eine Spannung bzw. ein Strom nach orgegebener Funktion mit hoher Genauigkeit geregelt werden soll. wie das beispielsweise der Fall ist bei massenspektrometrischen Messungen, bei denen der @"erbraucher 8 durch die Magnetspule des Ablenkmagneten dargestellt ist.In addition to stabilization, the circuit can also regulate a Stromes can be used. by changing the voltage of the DC voltage source 4 the voltage drop generated across resistor 3, which is essentially the same being affected. The circuit can be used wherever a high Stability is required or a voltage or current according to a given function should be controlled with high accuracy. as is the case, for example in mass spectrometric measurements, in which the consumer 8 through the magnetic coil of the deflection magnet is shown.

Wählt man die Frequenz des Wechselstromgenerators 5 hoch im Vergleich zur Netzfrequenz, so werden auch die bei der Gleichrichtung des Netzwechselstromes entstehenden periodischen Schwankungen des zu regelnden Gleichstromes weggeregelt, so daß man auf umfangreiche Siebschaltungen zur Beseitigung des Brummens verzichten kann.If one chooses the frequency of the alternator 5 high in comparison to the mains frequency, so are those when the mains alternating current is rectified periodic fluctuations of the direct current to be regulated are regulated away, so that you can do without extensive filter circuits to eliminate the hum can.

Die als Modulationskennlinie bezeichnete Kurve der Abb.2 zeigt die Abhängigkeit der am Ausgang des Gleichreichters 10 erhaltenen Steuerspannung L'.; (vgl. Abb. 3) von der dem Gleichrichter 6 zugeführten Gleichspannung L'2. Die Spannung Uli des Wechselspannungserzeugers 5 betrug 0,5 Veff, die Frequenz -170 kHz. Als Gleichrichter 6 wurde aus Belastungsgründen eine Reihenschaltung zweier Germaniumdioden benutzt. Für positive Werte stimmt die Richtung der Gleichspannung mit der Durchlaßrichtung des Gleichrichters 6 überein. Der Arbeitsbereich der der Differenzspannung im Kreis 9 entshrechenden Gleichspannung U2 ist mit A bezeichnet. Wie man sieht, genügen verhältnismäßig kleine Änderungen der Differenzspannung, um große Änderungen der Regelspannung L'.3 zu erzeugen, so daß es keine Schwierigkeiten macht, den Spannungsabfall am Widerstand 3 groß im Verhältnis dazu, z. B. 85 V, zu machen.The curve in Figure 2, referred to as the modulation characteristic, shows the dependency of the control voltage L 'obtained at the output of the rectifier 10; (see. Fig. 3) of the rectifier 6 supplied DC voltage L'2. The voltage Uli of the alternating voltage generator 5 was 0.5 Veff, the frequency -170 kHz. A series connection of two germanium diodes was used as rectifier 6 for reasons of load. For positive values, the direction of the direct voltage corresponds to the forward direction of the rectifier 6. The working range of the DC voltage U2 corresponding to the differential voltage in circle 9 is denoted by A. As can be seen, relatively small changes in the differential voltage are sufficient to produce large changes in the control voltage L'.3, so that it is not difficult to determine the voltage drop across the resistor 3 large in relation to it, e.g. B. 85 V to make.

Der Verstärker 7 arbeitet zweckmäßig mit N ullpunktsunterdrückung, so daß er erst anspricht, wenn der Wechselstrom im Stromkreis 9 einen gewissen Schwellwert überschreitet. Dadurch wird der Einfluß des auch im Sperrgebiet durch den Gleichrichter 6 fließenden Wechselstromes ausgeschaltet und ein höherer Verstärkungsgrad des Verstärkers 7 ermöglicht.The amplifier 7 works expediently with zero point suppression, so that it only responds when the alternating current in circuit 9 has reached a certain threshold value exceeds. This reduces the influence of the rectifier in the restricted area 6 flowing alternating current is switched off and a higher gain of the amplifier 7 allows.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Circuit arrangement for regulating a direct current to a constant value or a value that can be changed according to a predetermined function, in which the direct current to be regulated is derived from the voltage drop across a resistor in the circuit to be regulated and a constant or corresponding to the desired change in the A modulated alternating voltage is generated in such a way that the amplitude of the alternating voltage depends on the deviations of the direct current from the value generating a voltage drop equal to the comparison voltage, and at which this alternating voltage is amplified and after rectification of a regulating tube arranged between the voltage source and the consumer as a control voltage is supplied, characterized in that to obtain the modulated alternating voltage from the deviations of the direct current to be regulated from that of the reference voltage correspond the value parallel to the resistance (3) in the circuit to be controlled a series circuit, consisting of a constant or variable direct voltage source (4) with the voltage at the series resistance (3) of opposite polarity, an alternating voltage source (5) , a dry rectifier (6) and the input of an AC voltage amplifier (7). is used.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the The frequency of the alternating voltage is large compared to the frequency of the disconnected DC fluctuations.

3. Circuit according to claim 1 and 2, characterized in that that for a certain DC current to be regulated the size of the voltage drop on the resistance through which the current to be regulated flows and the voltage of the DC voltage source large compared to the difference used for the control both voltages can be selected. References contemplated: United States Patent Specification No. 2,645,750.