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Schaltungsanordnung zur Umformung einer Gleichspannung In der Meßtechnik
wird vielfach verlangt, daß durch die Stellung beweglicher Teile ausgedrückte Meßgrößen
in eine elektrische Spannung umgeformt werden. Für solche Zwecke sind beispielsweise
induktive Geber od. ä. gut geeignet, deren induktiver Widerstand sich in Abhängigkeit
von der Lage des beweglichen Teiles ändert. Solche Meßgrößenumformer sind mit Vorteil
dann anwendbar, wenn die durch die Stellung des beweglichen Teiles wertmäßig erfaßte
Meßgröße einen Bereich von Null bis zu einem bestimmten Wert umfaßt, ohne die Polarität
zu wechseln. Den beiden Endlagen des beweglichen Teiles können dabei solche Stellungen
bezüglich der Induktivität zugedacht sein, daß im Meßbereich praktisch linearer
Zusammenhang der Meßgrößen besteht.
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Schwieriger liegen die Verhältnisse in solchen Fällen, wo im Verstellbereich
des beweglichen Teiles negative und positive Werte erfaßt werden sollen, d. h.,
wenn die eine Endlage einen bestimmten negativen Wert und die andere einen bestimmten
positiven Wert mit dazwischenliegendem Nullpunkt ausdrücken soll. Die am induktiven
Geber entnommene elektrische Größe hat hierbei denselben Verlauf wie beim obigen
Verfahren. Um auch hier eine maß- und vorzeichengerechte Meßgrößenumformung zu ermöglichen,
hat man sich damit beholfen, daß man die am induktiven Geber abgenommene Wechselspannung
gleichrichtet und nach der zumeist erforderlichen Verstärkung einer konstanten Gleichspannung
entgegenschaltet, die zur Wahl des Nullpunktes der Ausgangsspannung verstellbar
ist. Am Verstärkereingang liegt hierbei die am induktiven Geber entnommene gleichgerichtete
und somit vorzeichenfeste Eingangsspannung, welcher man nach ihrer Verstärkung für
einen beliebigen Wert durch entsprechende Einstellung der konstanten Gleichspannung
den Nulldurchgang der Ausgangsspannung zuordnen kann.
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Dieses Verfahren zur Nullpunktgewinnung der Ausgangsspannung hat den
wesentlichen Mangel, daß es auf Grund der hinter dem eigentlichen Verstärker stattfindenden
Entgegenschaltung der konstanten Gleichspannung sehr leistungsstarker Verstärker
bedarf, um eine ausreichende Ausgangsleistung zu erzeugen. Die verbrauchte Verlustleistung
übersteigt hierbei die verfügbare Nutzleistung in beträchtlichem Maß, so daß diesem
Verfahren infolge der hohen Betriebskosten insbesondere der Nachteil der Unwirtschaftlichkeit
anhaftet.
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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Umformung einer
in einem Bereich fester Polarität veränderlichen Gleichspannung in eine in diesein
Bereich die Polarität wechselnde verstärkte Gleichspannung unter Benutzung einer
Vergleichsschaltung, die die Eingangsspannung mit einer konstanten Gleichspannung
vergleicht.
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Die Erfindung besteht darin, daß das Vergleichsglied und ein Hochfrequenzgenerator
an die Eingänge zweier gegeneinandergeschalteter, nichtlinearer Verstärker, vorzugsweise
Transistorverstärker, angeschlossen sind, die ausgangsseitig in an sich bekannter
Weise mit einander entgegengeschalteten Gleichrichteranordnungen versehen sind,
so daß die Ausgangsspannung des Vergleichsgliedes die Unsymmetrie der Verstärkeraussteuerung
durch den Hochfrequenzgenerator und damit Betrag sowie Polarität der verstärkenden
Gleichspannung bestimmt.
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Damit wird gegenüber bekannten Anordnungen und Verfahren eine beträchtliche
Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht.
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Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung wird an Hand
einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert. Es zeigt r i g. 1 ein Schaltbild einer
Schaltungsanordnung zur Umformung einer Gleichspannung und F i g. 2 ein Spannungsdiagramm
in Abhängigkeit von dem Steuerwinkel.
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In F i g. 1 bedeutet 1 einen Oszillator, dessen induktive Rückkopplung
durch eine mechanische Steuergröße verändert wird und dessen erzeugte Wechselspannung
an einem Gleichrichter 2 umgeformt wird. Irn Bedarfsfall können an dieser Stelle
Mittel zur Glättung vorgesehen sein. Zwei Klemmen 10 und 11 sind bei Betriebsbereitschaft
der Schaltung an zwei Eingangsklemmen 12 und 13 angeschlossen, die über einen Widerstand
15 verbunden sind. Zwischen der Klemme 13 und einer weiteren Klemme 1.4 liegt ein
`Widerstand 16, an welchem eine Konstantgleichspannung wirksam ist. Die Reihenschaltung
der
beiden getrennt und gegensinnig gespeisten Widerstände ermöglicht
einen Vergleich der an ihnen abfallenden Spannungen, wobei die Vergleichsspannung
an den Klemmen 12 und 14 abgenommen wird. Diese Klemmen sind mit den Modulatoren
4 und 5 verbunden, die einen Widerstand 17 oder 18 und je eire Sekundärwicklung
19 oder 20 eines Transformators 21 enthalten, welcher mit seiner Primärwicklung
22 an den fest eingestellten Oszillator 6 angeschlossen ist. Die Modulation findet
in den beiden nichtlinearen Transistorverstärkern 7 oder 8 statt, die analog aufgebaut
und gegensinnig geschaltet sind. Wesentliche Bestandteile eines jeden dieser Verstärker
sind in Emitterschaltung angeordnete Transistoren 23 oder 24 und Übertrager 25 oder
26. Im Ausgangsglied 9 sind zwei Gleichrichterbrückenschaltungen 27 und 28 vorgesehen,
die in ihrer einen Diagonalen an die Sekundärwicklungen der Übertrager und in ihrer
anderen Diagonalen an je einen von zwei in Reihe geschalteten Widerständen 29 und
30 angeschlossen sind. Nötigenfalls kann auch hier die gleichgerichtete Größe durch
geeignete Mittel geglättet werden. Die über beide Widerstände auftretende Spannung
steht an den Ausgangsklemmen 31 und 32 zur Verfügung.
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Um die Wirkungsweise in anschaulicher Weise erläutern zu können, sei
angenommen, daß zwischen der mechanischen Steuergröße E und der an den Klemmen
10 und 11 (im Betriebszustand auch an den Klemmen 12 und 13) herrschenden
Eingangsgleichspannung ein über den ganzen Steuerbereich linearer Zusammenhang bestehe.
In F i g. 2 ist ein Schaubild dargestellt, in welchem die Eingangsgleichspannung
Ug in Abhängigkeit von der Steuergröße a unter dieser Voraussetzung aufgetragen
ist. Durch die Gegeneinanderschaltung der am Widerstand 15 wirksamen Gleichspannung
Uä und der am Widerstand 16 herrschenden Konstantgleichspannung, die mit Uk bezeichnet
sei, erhält man eine vom Negativen ins Positive überwechselnde Vergleichsspannung,
die ebenfalls in F i g. 2 aufgetragen und mit U" bezeichnet ist. Für -ao < x
< 0 ergibt sich hierbei eine Vergleichsspannung U", die von der Klemme
14
zur Klemme 12 gerichtet ist und einen Strom 1 in der bezeichneten Richtung
hervorruft. Für 0 < a < a, fließt ein Strom in entgegengesetzter
Richtung. Für U" = 0 an der Stelle a = 0 verschwindet der Strom. Für diesen Fall
werden von einem Verstärker die positiven Halbwellen der in den Modulatoren wirksamen
hochfrequenten Wechselspannung durchgelassen und verstärkt und vom anderen die negativen.
Da diese Halbwellenspannungen betragsmäßig nicht voneinander abweichen, sind die
an den Widerständen 29 und 30 abfallenden Spannungen gleich, so daß
die Spannung an den Ausgangsklemmen 31 und 32 Null ist, was aufgabengemäß erreicht
werden soll.
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Fließt jedoch ein Strom 1 in der bezeichneten Richtung, so ergibt
sich eine Verstimmung des Kreises in der Weise, daß durch die an den Widerständen
18 und 17 entstehenden Spannungsabfälle eine Verlagerung der Basispotentiale gegenüber
dem Bezugspotential der Emitter ergibt. Die Basis des Transistors 24 wird hierbei
positiv vorgespannt, so daß dieser in Richtung auf den Sperrzustand ausgesteuert
wird, während die negative Vorspannung am Transistor 23 diesen stärker leitend macht.
Diese Änderung der Durchlaßeigenschaften wirkt sich so aus, daß der Transistor 24
beispielsweise nur noch die Kuppen und der Transistor 23 den übrigen Kurventeil
der hochfrequenten Wellen überträgt, mit anderen Worten, die Welle verlagert sich
bezüglich der Abszisse, wobei der über der Abszisse liegende Teil vom einen Transistor
und der unter der Abszisse liegende Teil vom anderen Transistor übertragen wird.
Die an den Widerständen 29 und 30 herrschenden entgegengerichteten Spannungen weichen
demzufolge voneinander ab, wobei unter der zu treffenden Voraussetzung linearen
Verhaltens der Schaltglieder die Spannungsdifferenz an den Ausgangsklemmen 31 und
32 in linearem Abhängigkeitsverhältnis zur mechanischen Steuergröße am Oszillator
1 steht. Diese Differenzspannung ist in F i g. 2 mit U..q 1 bezeichnet und stellt
die Ausgangsgröße der Schaltung dar.
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Durch die Wahl der Konstantspannung Uk. kann der Nullpunkt über dem
gesamten Steuerbereich ,x= -a, bis « = cao eingestellt werden. Einer absoluten
Verkleinerung der in den Beispielen angenommenen Konstantspannung Ul, steht eine
Nullpunktsverlagerung in den Bereich - xo < x < 0 gegenüber,
während eine Vergrößerung über diesen Wert den Nullpunkt in den Bereich
0 <,x < «o verschiebt. Auf diese Weise ist zum Zweck der Nullpunkteinstellung
ein leicht zu handhabendes Mittel geschaffen.