DE1242295B - Spannungs-Vergleichseinrichtung - Google Patents

Description

DEUTSCHES W7WW> PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT Deutsche Kl.: 21 e - 36/01

Nummer: 1242295

Aktenzeichen: J 25224IX d/21 e

1 242 295 Anmeldetag: 5.Februar 1964

Auslegetag: 15. Juni 1967

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannungs-Vergleichseinrichtung für den impulsweisen Vergleich einer unbekannten AnaIog-Gleichspannung mit einer Bezugs-Gleichspannung, die eine von der Spannungsdifferenz abhängige Vergleichsspannung zur Beeinflussung einer der zu vergleichenden Spannungen liefert, bis Spannungsgleichheit erreicht ist.

Es sind bereits Spannungs-Vergleichseinrichtungen für den impulsweisen Vergleich einer unbekannten Analog-Gleichspannung mit einer Bezugs-Gleichspannung bekannt, die eine von der Spannungsdifferenz abhängige Vergleichsspannung liefern, die ihrerseits zur automatischen Beeinflussung einer der zu vergleichenden Spannungen, meistens einer digitalen Bezugsspannung, dient, bis Spannungsgleichheit erreicht ist. Dabei ist die Polarität beider Spannungen zumeist bekannt, und ihre Differenz wird durch entsprechende feste GegeneinanderschaItung gebildet. Die Veränderung der digitalen Bezugsspannung erfolgt dabei durch ziemlich umständliche und aufwendige mechanische oder elektronische Umschaltung von Widerstandsnetzwerken oder durch ebensolche Erzeugung einer linear ansteigenden, in ihrem benutzten Teil durch Zählung frequenzkonstanter Impulse auszumessenden Sägezahnspannung oder von mehreren synchronen Treppenspannungen mit Treppenverhältnissen 1:10.

Bekannt ist ferner eine Röhren-Symmetrieschaltung aus drei Trioden, die aus der unbekannten Analogschaltung beliebigen Vorzeichens zwei verstärkte gegenphasige, erdsymmetrische Spannungen ableitet, die beide fortlaufend mit einer Sägezahnspannung verglichen werden. Der Abstand beider Übereinstimmungszeitpunkte ist der jeweiligen (doppelten) Analogspannung proportional und wird durch Impulszählung gemessen. Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfache und für vielseitige Verwendung geeignete Einrichtung für den impulsweisen Vergleich zweier Gleichspannungen zu schaffen, z. B. außer für den unmittelbaren Vergleich der unbekannten Analogspannung mit der als Bezugsspannung dienenden Ausgangsspannung auch zur Messung sehr kleiner Analogspannungen mit normalen Instrumenten sowie vor allem zur fortlaufenden Messung der vorbestimmten Analogspannungen zugeordneten, als Spannungen darstellbaren Funktionswerte, beispielsweise der Zeit, durch punktweise Kurvenabtastung. Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße SpannungsVergleichseinrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Zerhacker- und Symmetrierkreis Spannungs-Vergleichseinrichtung

Anmelder:

International Business Machines Corporation,
Armonk, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipk-Ing. H. E. Böhmer, Patentanwalt,
Böblingen, Sindelfinger Str. 49

Als Erfinder benannt:

Stanislaw Wrona, Winchester, Hants

(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität-Großbritannien vom 11. Februar 1963 (5563)

mittels eines symmetrischen Transistors aus zwei zu vergleichenden Gleichspannungen beliebigen Vorzei-

Si₅ chens zwei gegenphasige, erdsymmetrische Rechteckspannungen bildet, aus denen nach Verstärkung (durch Gegentaktverstärker) mittels logischer Schaltkreise vom Differenzvorzeichen abhängige Vergleichsimpulse abgeleitet werden, daß letztere über einen kombinierten bistabilen Kippkreis die dem Differenzvorzeichen entsprechende Erzeugung einer exponentiell steigenden oder fallenden Ausgangsspannung mittels eines ein i?C-Glied enthaltenden Wandlerkreises steuern und daß diese Ausgangsspannung zu einem definierten Teil oder ganz direkt als Bezugsspannung dient oder die Analogspannung als von ihr abhängige Funktionsgröße indirekt beeinflußt.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist beispielsweise in Einrichtungen zur punktweisen Spannungskurvenausmessung mittels Kathodenstrahloszillographen anwendbar. In solchen Einrichtungen wird die zu einer jeweils eingestellten Abszisse (z. B. Zeit-Ablenk-Spannung) gehörende Ordinate (z. B. Meßspannung) mit einer vorbestimmten Bezugsspannung verglichen.

Die in Abhängigkeit davon, welche dieser beiden Spannungen die größere ist, steigende oder fallende Ausgangsspannung der erfindungsgemäßen Anordnung wird dann dazu benutzt, die Abszisse der verglichenen Kurvenstelle zu ändern, also den Abtastzeitpunkt innerhalb der Kurvenperiode in der einen oder anderen Richtung zu verschieben. Dies geschieht

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selbsttätig so lange, bis der jeweils zugehörige Ordinatenwert der Spannungskurve mit der Bezugsspannung übereinstimmt und infolgedessen die Ausgangsspannung der erfindungsgemäßen Anordnung nur noch wenig um einen bestimmten Wert pendelt, also einen praktisch konstanten Wert annimmt. Diese dann vorhandene Ausgangsspannung ist ein Maß für die Abszisse des betreffenden Kurvenpunktes, d. h. für den Abtastzeitpunktinnerhalb der Wiederholungsperiode des Kurvenbildes auf dem Oszillographen- schirm.

Durch die Wahl verschiedener Bezugsspannungen werden die zu den entsprechenden weiteren Kurvenordinaten gehörenden Abszissenwerte in gleicher Weise ermittelt.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vergleichseinrichtung ist ein Gleichstrom-Meßverstärker mit definiertem Verstärkungsgrad. Von der steigenden oder fallenden Ausgangsspannung der Vergleichseinrichtung wird in diesem ao Fall mittels eines genauen Spannungsteilers ein definierter Bruchteil an Stelle der Bezugsspannung des ersten Anwendungsbeispiels dem einen Eingang zugeführt. Sie wird selbsttätig auf Gleichheit mit der Meß-Gleichspannung am zweiten Eingang geregelt. Letztere beträgt dann einen durch den Spannungsteiler definierten Bruchteil der Ausgangsspannung.

Nachstehend werden zwei verschiedenen Anwendungen entsprechende Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes an Hand von Zeichnungen genauer beschrieben. Darin zeigen

Fig. la bis Ic Spannungs-Zeit-Diagramme einer durch die erfindungsgemäße Anordnung punktweise auszumessenden Spannung (a), des Abtastimpulses (b) und der Meßspannung im Abtastzeitpunkt (c);

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Spannungs-Vergleichseinrichtung für punktweise Spannungskurvenausmessung,

F i g. 3 Zeitdiagramme der an verschiedenen Stel-Ien der Schaltung nach F i g. 2 auftretenden Impulsspannungen,

Fig. 4 ein ausführliches Schaltbild entsprechend Fig. 2,

Fi g. 5 ein Spannungsdiagramm mit mehreren auszumessenden Kurvenpunkten und

F i g. 6 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführangsbeispiels der Erfindung als Gleichstrom-Verstärker.

Fig. 1 veranschaulicht die Wirkungsweise eines üblichen Oszillographen für punktweise Kurvenabtastung. Eine Spannungskurve 1 nach Fig. la wird in einem bestimmten Zeitpunkt mittels eines kurzen SchaltimpuIses 2 (s. auch Fig. 1b) abgetastet. Dieser Impuls gibt die in diesem Augenblick am Ausgang des Ordinatenversiärkers des Oszillographen herrschende Spannung zur Anzeige in Form eines beliebig verlängerbaren Rechteckimpulses gleicher Amplitude nach Fig. Ic frei. Seine Amplitude entspricht dem Ordinatenwert 2 der Spannungskurve F i g. 1 a.

Zur Abtastung der vollständigen Kurve auf dem Oszillographenschirm wird der Spannungsverlauf in einer großen Zahl von Perioden punktweise fortschreitend abgetastet. Der zeitliche Abtsand des Abtastimpulses vom Kurvenanfang wird dabei mittels 6g der Vorspannung für einen bistabilen Kippkreis (Trigger) gesteuert, der den Abtastimpuls erzeugt. Dieser Trigger kann beispielsweise einen Transistor

mit Lawineneffekt enthalten, der leitend wird, wenn die sägezahnförmige Abszissen-Ablenkspannung des Oszillographen einen durch die Vorspannung bestimmten Wert erreicht.

Im ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erfolgt die Messung derjenigen Zeit, io der die abzutastende Spannungskurve einen vorbestimmten Ordinatenwert erreicht, durch Verändern der Trigger-Vorspannung und somit der Abszisse des Abtastimpulses so lange, bis die abgetastete Kurvenordinate mit dem vorbestimmten Wert übereinstimmt. Die dann eingestellte Trigger-Vorspannung ist der Verzögerungszeit des Abtastimpulses gegenüber dem Kurvenanfang proportional.

F i g. 2 zeigt ein Blockschaltbild dieses ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Einem impulsweise arbeitenden Zerhacker- und Symmetrierkreisl werden an der Eingangsklemme 2 der jeweils abgetastete Ordinatenwert der Spannungskurve und an der Eingangsklemme 3 eine Bezugs-Gleichspannung zugeführt, die auf den gesuchten Ordinatenwert eingestellt ist. Ein Impulsgenerator 4 (Multivibrator) liefert Rechteckspannungen M entgegengesetzter Phase wie die Spannung M nach F i g. 3 an einen Trigger 5, der daher an seinen Ausgangsklemmen 6 und 7 Rechteckspannungen B (Fig. 3) und Έ von halber Frequenz erzeugt. Die Spannung B steuert einen weiteren Trigger 8, der an seine Ausgänge 9 und 10 Rechteckspannungen C (F i g. 3) und ü liefert, deren Frequenz die Hälfte derjenigen von B bzw. 7J und ein Viertel derjenigen von M bzw. M beträgt. Die Rechteckspannung ü dient zur impulsweisen Steuerung des Zerhacken 1.

Unter ihrem Einfluß formt der Zerhacker die beiden zu vergleichenden Gleichspannungen in zwei erdsymmetrische, gegenphasige Rechteckspannungen um, deren Amplitudendifferenz der jeweiligen Differenz der beiden Vergleichsspannungen entspricht. Diese beiden Rechteckspannungen werden über Leitungen 11 und 12 einem nichtlinearen (übersteuerten) Gegentaktverstärker 13 hohen Verstärkungsgrades zugeführt. Dieser erzeugt an seinen Ausgängen 14 und IS Rechteckspannungen X und Ύ entgegengesetzter Phase und konstanter Amplitude, deren Phase um 180° springt, wenn die abgetastete Kurven ordinate gleich der Bezugsspannung wird.

Die Verstärkungsausgänge X und Ύ werden getrennt und UND-Kreisen 17 bzw. 16 zugeführt, die außerdem gemeinsam durch Impulse A nach F i g. 3 aus dem Multivibrator 4 sowie durch die Rechteckspannungen B und C (s. F i g. 3) aus den nachgeschalteten Triggern 5 bzw. 8 gesteuert werden. Die kurzzeitigen A -Impulse werden übrigens durch Differentiation der Rechteckspannung M (F i g. 3) gewonnen. Der UND-Kreis 16 oder 17 liefert einen kurzzeitigen Ausgangsimpuls G bzw. Ό nach Fig. 3 gleicher Form wie die Impulse^ also nur dann, wenn die Verstirker-Ausgangsspannung Ύ bzw. X mit letzteren und den Rechteckspannungen B und C in Phase ist.

Die UND-Kreis-Ausgangsimpulse G und U werden durch die Inverter 18 bzw. 19 umgepolt und den beiden Eingängen eines Triggers 20 zugeführt, der in seinen durch diese Impulse hervorgerufenen Gleichgewichtszuständen ein Ausgangssignal Z oder Z erzeugt. Letzteres steuert einen Wandlerkreis 21, der bei einem Eingangssignal Z bzw. Z eine steigende bzw. fallende Ausgangsspannung erzeugt. Wenn also der von der auszumessenden Spannungskurve abge-

tastete Ordinatenwert an der Eingangsklemme 2 kleiner als die eingestellte Bezugsspannung am Eingang 3 ist, so steigt die Ausgangsspannung des Wandlerkreises 21 an; sie fällt dagegen bei einem umgekehrten Größenverhältnis dieser Eingangsspannungen.

Nun wird diese Ausgangsspannung des Wandlerkreises 21 einem Voltmeter z. B. mit Ziffernanzeige ihres Augenblickswertes und außerdem der Abtaststeuerung des Kathodenstrahloszillographen zugeführt. Dadurch wird der Abtastzeitpunkt innerhalb der Wiederholungsperiode der abzutastenden Spannungskurve gegenüber deren Anfangspunkt verschoben, und zwar durch steigende Ausgangsspannung nach rechts und durch fallende Spannung nach links, was also einer Verlängerung bzw. Verkürzung des Zeitabstandes der Abtastung vom Kurvenanfang entspricht. Die Wandler-Ausgangsspannung ändert sich in einer Richtung so lange, bis die jeweils abgetastete Kurvenordinate gleich dem vorbestimmten Bezugswert der Spannung wird, und pendelt dann leicht um den diesem Kurvenpunkt bzw. seiner Abszisse entsprechenden Wert, der am Voltmeter digital abgelesen werden kann und ein Maß für die zum vorbestimmten Ordinatenwert der Kurve gehörenden Abszisse ist.

Ein dem soeben beschriebenen Blockschaltbild nach F i g. 2 entsprechendes ausführlicheres Prinzipschaltbild, bei dem die den Blöcken der F i g. 2 entsprechenden, gestrichelt umrandeten Schaltungsteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind, ist in Fig. 4 dargestellt. DerMultivibratorkreis des Impulsgenerators 4 besteht aus den Transistorenriund T 2. Seine Rechteck-Ausgangsimpulse M (s. F i g. 3) werden dem Kollektor des Transistors T 2 entnommen und mittels eines aus dem KondensatorCl und dem Widerstand Rl bestehenden ÄC-Gliedes differenziert. Die entstehenden schmalen Spannungsspitzen werden durch den Transistor Γ3 verstärkt als Impulse^ (s. Fig. 3) der Ausgangsklemmen zugeführt. Die Rechteckspannung M wird außerdem durch den Transistor T 4 invertiert und verstärkt zur Rechteckspannung Ή.

Letztere steuert den bistabilen Kippkreis (Trigger) 5, der die Transistoren TS und T6 enthält und am Kollektor von T 6 die Rechteckspannung B mit halber Frequenz von A (s. F i g. 3) erzeugt. Von der gleichnamigen Ausgangsklemme wird die Spannung B zwecks nochmaliger Frequenzhalbierung dem mit den Transistoren Γ 7 und T 8 bestückten Triggerkreis 8 zugeführt, die an ihren Kollektoren die Rechteckspannungen Ό bzw. C mit ein Viertel der Frequenz von A (s. F i g. 3) erzeugen.

Die Rechteckspannung ü des Triggers 8 steuert den Zerhacker- und Symmetrierkreis 1, indem sie als Basisspannung für dessen symmetrisch aufgebauten und arbeitenden Transistor T 9 dient und diesen mit ihren positiven bzw. negativen Amplituden abwechselnd sperrt bzw. in der einen oder anderen Richtung leitend macht. Den beiden gleichwertigen Elektroden 30 und 31 dieses Transistors werden die beiden miteinander zu vergleichenden Spannungen zugeführt, und zwar der Elektrode 30 die Bezugsspannung und der Elektrode 31 die dem Ordinatenverstärker eines Kathodenstrahloszillographen entnommene jeweilige Ordinatenspannung nach Fig. Ic der abgetasteten Spannungskurve (Fig. la). Die Bezugsspannung wird mit dem Abgriff eines Potentiometers VRl eingestellt, der mit der Eingangsklemme 3 verbunden ist,

und über einen Widerstandsanpassungskreis aus zwei Kaskodenstufen mit den komplementären (pnp- und npn-)Transistoren TIS und Γ17 bzw. T16 und T14 der genannten Elektrode 30 von T 9 zugeführt. Die abgetastete Ordinatenspannung (Fig. Ic) wird an die Eingangsklemme 2 gelegt und gelangt über einen gleichen Widerstandsanpassungskreis aus den Transistoren Γ10 und T12 bzw. Γ13 und Tll an die Eleketrode 31 von Γ 9. Im leitenden Zustand während der negativen Amplituden der Rechteckspannung U schließt der Transistor T 9 die zwischen seinen Elektroden 30 und 31 herrschende Spannungsdifferenz unabhängig von ihrer jeweiligen Polung kurz. Dagegen herrscht diese Differenz der zu vergleichenden Spannungen während der Sperrung des Transistors T 9, also während der positiven Amplituden der Spannung Ό bzw. während der negativen Amplituden von C (F i g. 3), unvermindert an den genannten Transistorelektroden 30 und 31 und somit auch auf den mit ihnen verbundenen Ausgangsleitungen 33 bzw. 32. Hinter den diese Ausgänge 32 und 33 abblockenden Kondensatoren entstehen demnach an den Steuer-(Basis-)Elektroden der beiden pnp-Transistoren der ersten Stufe des anschließenden Gegentaktverstärkers 13 zwei gegenüber Erde symmetrische gegenphasige Rechteckspannungen mit gleicher Frequenz wie ü bzw. C, deren Phase bzw. doppelte Amplitude während der negativen C-Amplituden dem Vorzeichen bzw. der Amplitude der jeweiligen Differenz der verglichenen Spannungen entsprechen.

Diese beiden Rechteck-Eingangsspannungen werden in dem vielstufigen Transistor-Gegentaktverstärker 13 mit gerader Stufenzahl (mindestens sechs Stufen) so verstärkt, daß dessen letzte Stufe schon durch kleinste Differenzen der verglichenen Spannungen übersteuert wird und dementsprechend zwei gegenphasige Rechteckspannungen X und Z mit konstanter Amplitude liefert. Ihre Phase wechselt, d. h. springt um 180°, sobald das Größenverhältnis der beiden durch den Vergleichskreis 1 verglichenen Spannungen durch den Wert 1 geht und sich umkehrt, also das Differenzvorzeichen wechselt. Beispielsweise ist die Z-Amplitude dann negativ, wenn die Ordinatenspannung größer als die Bezugsspannung ist, dagegen ist die ^-Amplitude bei einem umgekehrten Größenverhältnis der verglichenen Spannungen negativ.

Die gegenphasigen Ausgangsspannungen X und Z des Gegentaktverstärkers 13 werden zusammen mit den Spannungen A, B und C (s. Fig. 3) je einem Dioden-UND-Kreis 17 bzw. 16 zugeleitet. Alle vier Eingangsspannungen werden nur bei jeweils einem der beiden UND-Kreise 17 und 16 gleichzeitig negativ, der dann einen schmalen negativen Ausgangsimpuls Ό bzw. G nach F i g. 3 von gleicher Form wie die λ(-Impulse erzeugt. Im Kreis 16 entsteht ein Impuls G, wenn die Z-Amplitude negativ, d. h. die Ordinatenspannung kleiner als die Bezugsspannung ist, dagegen im Kreis 17 ein U-Impuls, wenn die Ordinatenspannung größer als die Bezugsspannung ist. Diese Ausgangsspannung G oder Ό wird jeweils durch einen nachgeschalteten Inverterkreis 18 bzw. 19 mit je einem Transistor Γ18 bzw. T19 umgepolt und als positive Impulsspitze verstärkt einem Triggerkreis 20 zugeführt.

Der Triggerkreis 20 besteht aus einer Reihenschaltung von zwei komplementären bistabilen

Kippstufen, von denen die erste mit den pnp-Transistoren Γ20 und Γ21 und die zweite mit den npn-Transistoren Γ 22 und T 23 bestückt ist. Die Ausgänge der Inverterstufen 18 und 19 sind mit den beiben Eingängen des Triggers 20 mittels der durch ausgezogene Pfeile dargestellten Schaltschnüre so verbunden, daß ein positiver Ausgangsimpuls des Inverters 18 die Trigger-Transistoren Γ20 und Γ22 sperrt sowie Γ21 und Γ23 leitend macht, sofern sie sich nicht schon in diesem Gleichgewichtszustand befinden, und daß ein positiver Ausgangsimpuls des Inverters 19 die entgegengesetzte Wirkung hat.

Vom Triggerkreis 20 wird gemäß Fig. 4 ein Wandlerkreis 21 gesteuert, der die in Reihe zwischen Pluspotential (Leitung 34) und Erde geschalteten komplementären (pnp- bzw. npn-)Transistoren Γ 24 und Γ 25 enthält. Wenn im erstgenannten Gleichgewichtszustand des Triggers 20 der Transistor Γ 20 gesperrt und Γ 23 leitend ist, so ist das Potential des Kollektors von T 23 und der mit ihm verbundenen Basis von Γ24 erniedrigt, so daß der pnp-Transistor Γ24 leitet. Gleichzeitig sperrt das an die Basis des npn-Transistors T25 gelegte negative Kollektorpotential von Γ 20 den Transistor Γ 25. Infolgedessen wird ein zwischen den Verbindungspunkt von Γ24 und Γ25 bzw. Ausgangsklemme 35 einerseits und Erde andererseits geschalteter Kondensator C 2 über den Transistor Γ24 positiv aufgeladen. Im anderen Gleichgewichtszustand steuert der Triggerkreis 20 den Wandlerkreis entgegengesetzt, so daß der Transistor Γ24 dann gesperrt ist und über den nun leitenden Transistor Γ 25 der Kondensator C 2 nach Erde entladen wird. Dementsprechend steigt das Potential an der Ausgangsklemme 35 so lange, wie die am Eingang des Vergleichskreises 1 wirksame Ordinatenspannung kleiner als die Bezugsspannung ist; umgekehrt fällt das Potential am Ausgang 35 so lange, wie die Ordinatenspannung größer als die Bezugsspannung ist. Die Kapazität des Kondensators C 2 und die Widerstände in seinem Lade- und Entladekreis sind so gewählt, daß die Ausgangsspannung bei erreichter Gleichheit der abgetasteten Ordinatenspannung mit der vorbestimmten Bezugsspannung im wesentlichen konstant bleibt und nur ganz wenig über die Gleichgewichtslage nach beiden Richtungen hinauspendelt.

Wie bereits bei der Beschreibung der F i g. 2 erläutert, steuert diese Ausgangsspannung des Wandlerkreises 21 in der Zeitablenkschaltung des Kathodenstrahloszillographen den Zeitpunkt der Kurvenabtastung. Gleichzeitig wird die Ausgangsspannung durch ein Voltmeter vorzugsweise mit Ziffernanzeige angezeigt oder automatisch registriert, das auch unmittelbar in Abszissenwerten geeicht sein kann.

Mit der beschriebenen erfindungsgemäßen Vergleichseinrichtung können nach Fig. 5 mehrere Punkte einer Spannungskurve gemessen, d. h. zu vorbestimmten Ordinatenwerten Vl bis V4 derselben die zugehörigen Abszissen-(Zeit-)Werte Tl bis Γ4 in Form der ihnen proportionalen Ablenkspannungen ermittelt werden. Zu diesem Zweck wird an der Eingangskiemme 3 des Vergleichskreises 1 die Bezugsspannung von Hand oder durch automatische Umschaltung z. B. von entsprechenden Potentiometerabgriffen nacheinander auf die Ordinatenwerte Vl bis V 4 eingestellt. Die Vergleichseinrichtung stellt dann jeweils selbsttätig die zu dem vorbestimmten Ordinatenwert gehörige Abszisse Tl bis T4 ein, die

manuell oder ebenfalls automatisch registriert werden kann.

Bei längeren Kurvenzügen können mehrere Kurvenabschnitte je entsprechend F i g. 5 mit verschiedenen Abszissenbereichen gleichzeitig ausgemessen werden, wenn jedem Kurvenabschnitt eine getrennte Vergleichseinrichtung der beschriebenen Art mit zugehörigen, den jeweiligen Abszissenbereich anzeigenden bzw. registrierenden Voltmetern und im Oszillographen eine von der Vergleichseinrichtung gesteuerte getrennte Abtastschaltung für den betreffenden Abszissenbereich zugeordnet ist.

Einen weiteren Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Spannungs-Vergleichseinrichtung stellt das zweite Ausführungsbeispiel eines linearen Gleichstrom-Messeverstärkers mit einer etwas vereinfachten Spannungs-VergIeichseinrichtung nach Fig. 6 dar. Der Vergleichskreis 40, Impulsgenerator 41, Differentialverstärker 44, Triggerkreis 47 und Wand-

ao lerkreis 48 sind dieselben wie die ebenso bezeichneten Schaltungsteile der F i g. 2 und 4 mit den Bezugszeichen 1, 4, 13, 20 und 21. Der Vergleichskreis 40 der F i g. 6 wird jedoch unmittelbar durch die Rechteckspannung M (s. Fig. 3) des Impulses generators 41 gesteuert, dem abweichend von F i g. 2, 4 keine Frequenzteiler-Trigger nachgeschaltet sind. Dementsprechend sind die UND-Kreise 45 und 46 abweichend von den UND-Kreisen 16 und 17 nach F i g. 2, 4 nur für zwei Eingangsspannungen, nämlich je eine aus dem Differentialverstärker 44 (Z bzw. Ύ) und dem Impulsgenerator 41 (A), ausgebildet. Die Ausgangsspannung des Wandlerkreises 48 wird wie im ersten Ausführungsbeispiel (F i g. 2,4) mit einem nicht dargestellten Voltmeter, vorzugsweise mit Ziffernanzeige, zwecks Ablesung oder (automatischer) Registrierung gemessen, jedoch außerdem abweichend an einen aus zwei geeichten Widerständen Rl und R2 gebildeten und geerdeten Spannungsteiler gelegt. Ein durch diesen Spannungsteiler genau definierter kleiner Bruchteil der Wandler-Ausgangsspannung wird nun als Bezugsspannung an die Eingangsklemme 43 des Vergleichskreises 40 gelegt, die dem Eingang 3 nach F i g. 2, 4 entspricht. Der Eingangsklemme 42 (F i g. 6) des Vergleichskreises 40, die dem Eingang 2 nach F i g. 2, 4 entspricht, wird die zu messende Gleichspannung zugeführt.

Da beim Anschalten dieser Meßspannung noch keine Bezugsspannung vorhanden, also die Meßspannung größer als letztere ist, muß der Wandlerkreis 48 bei diesem Größenverhältnis der Eingangsspannungen eine steigende Ausgangs- und zugleich Bezugsspannung erzeugen, umgekehrt wie im ersten Ausführungsbeispiel, wo in diesem Fall eine fallende Ausgangsspannung erzeugt wurde. Demnach müssen die vom Vergleichskreis 40 und Differentialverstärker 44 erzeugten Rechteckspannungen X und Ύ die nachfolgenden UND-, Trigger- und Wandlerkreise 45... 48 entgegengesetzt wie im ersten Ausfuhrungsbeispiel steuern. Wenn also abweichend von F i g. 6 die etwas umfangreichere Vergleichseinrichtung nach Fig. 4 verwendet wird, so müssen die Steckverbindungen zwischen den Ausgangsbuchsen der Inverter 18 und 19 und den Eingangsbuchsen des Triggerkreises 20 umgepolt, d. h. parallel geführt anstatt gekreuzt werden, also die gestrichelten statt der durchgezogenen Verbindungen benutzt werden. Die Ausgangsspannung des Wandlerkreises (48 in F i g. 6) steigt dann so lange, bis ihr durch den Span-

Claims (1)

1. nungsteiler vorbestimmter Bruchteil gleich der Meßspannung ist und sie nur noch wenig um einen der Meßspannung proportionalen Gleichgewichtswert pendelt. Proportionalitätsfaktor, also Verstärkungsfaktor des Gleichstromverstärkers, ist das Spannungsteilerverhältnis (Rl+R2)/R 1.

   Verschiedene Meßbereiche des Gleichstrom-Meßverstärkers sind durch Umschaltung auf andere Spannungsteiler mit entsprechenden Teilungsverhältnissen wählbar.

   Patentansprüche:

   1. Spannungs-Vergleichseinrichtung für den impulsweisen Vergleich einer unbekannten Ana-Iog-Gleichspannung mit einer Bezugs-Gleichspannung, die eine von der Spannungsdifferenz abhängige Vergleichsspannung zur Beeinflussung einer der zu vergleichenden Spannungen liefert, bis Spannungsgleichheit erreicht ist, dadurch ao gekennzeichnet, daß ein Zerhacker- und Symmetrierkreis (1) mittels eines symmetrischen Transistors (T9) aus zwei zu vergleichenden Gleichspannungen (an Eingangsklemmen 2, 42 bzw. 3, 43) beliebigen Vorzeichens zwei gegenphasige, erdsymmetrische Rechteckspannungen bildet, aus denen nach Verstärkung (durch Gegentaktverstärker 13,44) mittels logischer Schaltkreise (16 bis 19; 45, 46) vom Differenzvorzeichen abhängige Vergleichsimpulse (G, G) abgeleitet werden, daß letztere über einen kombinierten bistabilen Kippkreis (20, 47) die dem Differenzvorzeichen entsprechende Erzeugung einer exponentiell steigenden oder fallenden Ausgangsspannung mittels eines ein i?C-Glied enthalten- den Wandlerkreises (21, 48) steuern und daß diese Ausgangsspannung zu einem definierten Teil oder ganz direkt als Bezugsspannung (an Klemme 43) dient oder die Analogspannung (an Klemme 2) als von ihr abhängige Funktionsgröße indirekt beeinflußt.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (Γ9) des Zerhacker- und Symmetrierkreises (1, 40) infolge einer Reckteck-Steuerspannung an seiner Basis die an seinen beiden anderen gleichwertigen Elektroden (31, 30) wirksamen zu vergleichenden Spannungen abwechselnd kurzschließt bzw. an dem durch zwei ,RC-Glieder erdsymmetrierten Eingang (32, 33) des Gegentaktverstärkers (13, 44) als gegenphasige, erdsymmetrische Rechteckspannungen mit einer der Spannungsdifferenz entsprechenden Amplitudendifferenz wirksam macht.

   3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei zu vergleichenden Spannungen den symmetrischen Elektroden (31,

   30) des Zerhackertransistors (Γ9) zwecks Widerstandsanpassung über je zwei komplementäre Transistor-Kaskodenstufen (Γ10 bis Γ13 bzw. Γ14 bis Γ17) zugeführt werden.

   4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandlerkreis (21, 48) eine symmetrische Reihenschaltung aus zwei komplementären Transistoren (T24, Γ 25) und zwei Widerständen sowie einen zwischen deren Verbindungspunkt und Erde geschalteten Kondensator (C 2) enthält, der entsprechend dem Zustand des die beiden Transistoren gegenphasig steuernden Kippkreises (20, 47) durch die Emitter-Kollektor-Strecke entweder des einen Transistors (T24) aufgeladen oder des anderen Transistors (Γ25) entladen wird.

   5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die steigende oder fallende Ausgangsspannung (an Klemme 35) des Wandlerkreises (21) in einer bekannten Meßeinrichtung (z. B. Elektronenstrahloszillograph) den Abtastzeitpunkt (Abszisse) einer zu messenden zeitabhängigen Funktion (z. B. Spannungskurve) steuert und daß die abgetastete Ordinatenspannung als veränderliche Analogspannung (an Klemme 2, 42) mit einer vorbestimmten Bezugs-Ordinatenspannung (an Klemme 3, 43) verglichen wird, bis die Ausgangsspannung einen Gleichgewichtswert annimmt, der den zum vorstimmten Funktions-(Ordinaten-)Wert gehörenden Abszissenwert darstellt.

   6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren gleichzeitig abzutastenden Abschnitten einer Spannungskurve den einzelnen Abszissenbereichen getrennte vollständige Spannungs-Vergleichseinrichtungen (1 bis 21) sowie zu diesen gehörende getrennte Abtastschaltungen der bekannten Meßeinrichtungen zugeordnet sind.

   7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Wandlerkreises (48) durch einen Spannungsteiler (Widerstände Rl, R2) in einem bestimmten Verhältnis verkleinert und als veränderliche Bezugsspannung einer Eingangsklemme (43) zugeführt und mit der Analog-Meßspannung an der anderen Eingangsklemme (42) verglichen wird, bis bei Gleichheit von Meß- und Bezugsspannung der Gleichgewichtswert der Ausgangsspannung das durch den Spannungsteiler (Rl, R2) bestimmte Vielfache der Meßspannung beträgt.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschrift Nr. 950 604;
   Zeitschrift »Elektronik«, 1960, Nr. 10, S. 291
   is 297.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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