DE1264116B

DE1264116B - Arrangement for the multiplication of direct or alternating current quantities, especially for power measurement, using the method of pulse duration and pulse amplitude modulation

Info

Publication number: DE1264116B
Application number: DE1965L0050504
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Werner Braeuer; Dr-Ing Klaus Kleegrewe
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1965-04-20
Filing date: 1965-04-20
Publication date: 1968-03-21
Also published as: CH435815A

Description

Anordnung zur Multiplikation von Gleich- oder Wechselstromgrößen, insbesondere zur Leistungsmessung, nach dem Verfahren der Pulsdauer- und Pulsamplituden-Modulation Es sind bereits Anordnungen zur Multiplikation elektrischer Größen bekannt, bei denen der einen Größe das Verhältnis von Tmpulsdauerdifferenz zur Periodendauer und der anderen die Amplitude eines Pulses mit senkrechten Flanken entspricht. Der arithmetische Mittelwert der pulsdauer- und pulsamplitudenmodulierten Ausgangsgröße ist dem Produkt proportional. Dabei erzeugt eine selbstschwingende Kippanordnung mit einem magnetischen Wandler, dessen Kern eine rechteckförmige Hystereseschleife aufweist, sowie mit zwei Transistoren und einer Betriebsspannungsquelle den Puls. Das Verhältnis von Impulsdauerdifferenz zu Perioden dauer wird durch die eine als Multiplikator bezeichnete Größe, die die Ummagnetisierungsdauer des Wandlers beeinflußt, gesteuert. Die Amplitudenmodulation durch die zweite, Multiplikand genannte Größe erfolgt anschließend in einer Schaltanordnung mit zwei oder mehr Transistoren.Arrangement for the multiplication of direct or alternating current quantities, especially for power measurement, according to the method of pulse duration and pulse amplitude modulation Arrangements for the multiplication of electrical quantities are already known those of one variable is the ratio of the pulse duration difference to the period duration and the other corresponds to the amplitude of a pulse with vertical edges. Of the arithmetic mean of the pulse duration and pulse amplitude modulated output variable is proportional to the product. This creates a self-oscillating tilting arrangement with a magnetic transducer, the core of which is a rectangular hysteresis loop has, as well as the pulse with two transistors and an operating voltage source. The ratio of the pulse duration difference to the period duration is defined by the one as Multiplier designated variable that influences the magnetization time of the transducer, controlled. The amplitude modulation by the second quantity, called the multiplicand then takes place in a circuit arrangement with two or more transistors.

Eine derartige Multiplikationsanordnung für Gleichstromgrößen zeichnet sich hinsichtlich der Kippanordnung dadurch aus, daß eine dem Multiplikator proportionale Spannung in den einen Transistorkreis gleichsinnig mit der Betriebsspannung und in den anderen Transistorkreis gegensinnig dazu eingeführt wird. Der Puls wird auf diese Weise durch den Multiplikator dauermoduliert. Diese Anordnung ist besonders zweckmäßig, da für die gesamte Multiplikationsanordnung nur ein einziger magnetischer Wandler benötigt wird und ein getrennter Pulsgenerator nicht erforderlich ist. Der Wandler ist einerseits Bestandteil der Kippanordnung; andererseits liefert er über getrennte Wicklungen die Steuerspannungen für die Schaltanordnung. Bei dieser Anordnung wird der Multiplikator durch den magnetischen Wandler galvanisch von dem Multiplikanden getrennt. Es ist aber für bestimmte Anwendungsfälle mit besonderen Erdungsverhältnissen störend, daß der Multiplikator über Widerstände leitend mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. Dieser Nachteil läßt sich, allerdings nur bei Wechselstromstößen, durch einen Zwischenwandler vermeiden. Wenn größere Genauigkeit gefordert wird, geht der Vorteil des einfachen Aufbaues teilweise wieder verloren. Such a multiplication arrangement for direct current quantities draws with regard to the tilting arrangement in that a multiplier is proportional Voltage in one transistor circuit in the same direction as the operating voltage and is introduced in the opposite direction into the other transistor circuit. The pulse is on duration modulated in this way by the multiplier. This arrangement is special expedient, since only a single magnetic one is used for the entire multiplication arrangement Converter is required and a separate pulse generator is not required. Of the On the one hand, the converter is part of the tilting arrangement; on the other hand, he delivers over separate windings the control voltages for the switching arrangement. With this arrangement the multiplier is galvanically separated from the multiplicand by the magnetic transducer separated. But it is for certain applications with special earthing conditions annoying that the multiplier is conductive with the operating voltage source via resistors connected is. This disadvantage can be avoided, but only in the case of alternating current surges. avoid using an intermediate transformer. If greater accuracy is required, the advantage of the simple structure is partially lost again.

Man könnte deshalb versuchen, auf die seit längerem bekannten Multiplikationsanordnungen mit induktiver Einkopplung des Multiplikators zurückzugreifen, die ebenfalls nach dem Verfahren der Pulsdauer- und Pulsamplitudenmodulation arbeiten. One could therefore try to use the multiplication arrangements that have been known for a long time with inductive coupling of the multiplier, which is also after work with the method of pulse duration and pulse amplitude modulation.

Bei einer derartigen, zum Stand der Technik gehörenden Anordnung wird der Multiplikator, eine Spannung, über eine Diode und einen Vorwiderstand als Strom einer Richtung in die eine von drei Wicklungen eines magnetischen Wandlers mit einem Kern mit rechteckförmiger Hystereseschleife eingespeist. Die zweite Wicklung ist mit einem getrennten Pulsgenerator, ebenfalls über eine Diode und einen Vorwiderstand, verbunden. Der dritten Wicklung wird die Steuerspannung für die Schaltanordnung abgenommen. Der getrennte Pulsgenerator erfordert einen zusätzlichen Aufwand. Hinzu kommt, daß für die Multiplikation mit einem Multiplikator wechselnder Richtung sowie von Wechselstromgrößen zusätzlich ein zweiter, dem ersten gleichartiger magnetischer Wandler, drei Hilfsspannungsquellen und sechs Dioden erforderlich sind. Zwei dieser Spannungsquellen sind galvanisch miteinander und mit dem Multiplikator verbunden, während die dritte davon getrennt ist. Die induktive Einkopplung des Multiplikators bringt deshalb nur bei der einfachen Anordnung für einen Multiplikator einer Richtung eine galvanische Trennung des Multiplikatorkreises von den übrigen Stromkreisen.In such an arrangement belonging to the prior art the multiplier, a voltage, via a diode and a series resistor as electricity one direction in one of three windings of a magnetic transducer with one Core fed in with a rectangular hysteresis loop. The second winding is with a separate pulse generator, also via a diode and a series resistor, tied together. The third winding is the control voltage for the switching arrangement removed. The separate pulse generator requires additional effort. In addition comes that for the multiplication with a multiplier alternating direction as well of alternating currents, there is also a second magnetic one of the same type as the first Converter, three auxiliary voltage sources and six diodes are required. Two of these Voltage sources are galvanically connected to each other and to the multiplier, while the third is separate from it. The inductive coupling of the multiplier therefore only brings one direction with the simple arrangement for a multiplier a galvanic separation of the multiplier circuit from the other circuits.

Einen erheblichen Aufwand bedingt auch eine bekannte Multiplikationsanordnung für Gleichstromgrößen beider Richtungen, die zwei Wandler und zwei vormagnetisierte Drosseln enthält. Der eine Wandler bildet mit vier Wicklungen und zwei Transistoren eine Kippanordnung, wie sie am Anfang beschrieben ist. Über weitere Wicklungen dieses Wandlers werden ein Modulator und ein Demodulator gesteuert. Ein zweiter Wandler großer Bandbreite koppelt Modulator und Demodulator. Der Multiplikator beaufschlagt zur Pulsdauermodulation zwei vormagnetisierte Drosseln, die in den beiden Steuerkreisen des Demodulators liegen. In den Modulator wird der Multiplikand zur Pulsamplitudenmodulation eingeführt. A known multiplication arrangement also requires considerable effort for direct currents in both directions, the two converters and two premagnetized Contains chokes. One converter forms with four windings and two transistors a tilting arrangement as described at the beginning. About more windings this Converter, a modulator and a demodulator are controlled. A second converter large bandwidth couples modulator and demodulator. The multiplier is applied for pulse duration modulation two pre-magnetized chokes that are installed in the two control circuits of the demodulator. The multiplicand is used in the modulator introduced for pulse amplitude modulation.

Es liegt nun die Aufgabe vor, eine mit hoher Genauigkeit arbeitende, möglichst überlastungsfeste Anordnung zur Multiplikation von Gleichstrom- oder Wechselstromgrößen zu schaffen, bei der die elektrischen Größen bzw. ihre Quellen auch dann weitgehend beliebig geerdet sein dürfen, wenn mehrere derartige Anordnungen ausgangsseitig miteinander verbunden sind. Insbesondere soll der Multiplikatorkreis von den übrigen Kreisen der Anordnung galvanisch getrennt sein. Die Anordnung, die diesen Anforderungen genügt, soll sich durch einen möglichst geringen Aufwand auszeichnen. The task now is to create a working with high accuracy, An arrangement that is as overload-proof as possible for the multiplication of direct current or alternating current values to create in which the electrical quantities or their sources then also largely may be earthed as required if there are several such arrangements on the output side are connected to each other. In particular, the multiplier circle should be different from the rest Circles of the arrangement be galvanically separated. The arrangement that meets these requirements suffices, should be characterized by the least possible effort.

Die Erfindung betrifft also eine Anordnung zur Multiplikation von Gleich- oder Wechselstromgröß en, insbesondere zur Leistungsmessung, nach dem Verfahren der Pulsdauer- und Pulsamplitudenmodulation mit Hilfe eines magnetischen Wandlers, der einerseits mit mehreren Wicklungen, zwei Transistoren und einer Betriebsspannungsquelle eine selbstschwingende Kippanordnung bildet, wobei die eine Größe (Multiplikator) zur Pulsdauermodulation derart eingeführt wird, daß sie im leitenden Zustand des einen Transistors gleichsinnig mit der Betriebsspannung und im leitenden Zustand des anderen Transistors gegensinnig zur Betriebsspannung auf den Wandler einwirkt, der andererseits über mindestens eine weitere Wicklung den dauermodulierten Puls an eine Schalt anordnung abgibt, in der er durch die zweite Größe (Multiplikand) amplitudenmoduliert wird. The invention thus relates to an arrangement for the multiplication of Direct or alternating current variables, in particular for power measurement, according to the method the pulse duration and pulse amplitude modulation with the help of a magnetic transducer, the one with several windings, two transistors and an operating voltage source forms a self-oscillating tilting arrangement, one size (multiplier) for pulse duration modulation is introduced in such a way that it is in the conductive state of the a transistor in the same direction as the operating voltage and in the conductive state of the other transistor acts on the converter in the opposite direction to the operating voltage, on the other hand, the duration-modulated pulse via at least one further winding to a circuit arrangement in which, by means of the second variable (multiplicand) is amplitude modulated.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist gekennzeichnet durch eine zusätzliche Wicklung des Wandlers, in die der Multiplikator als Strom eingespeist wird, und einen mit der Betriebsspannungsquelle in Reihe liegenden Widerstand, an dem außer einer konstanten Gleichspannung eine von dem Strom in der zusätzlichen Wicklung und dem Schaltzustand der Transistoren abhängige Spannung abfällt. The arrangement according to the invention is characterized by an additional one Winding of the converter into which the multiplier is fed as current, and a resistor in series with the operating voltage source, at which the except a constant DC voltage one of the current in the additional winding and the voltage that is dependent on the switching state of the transistors drops.

Weitere wesentliche Maßnahmen, die der Lösung -der angegebenen Aufgabe dienen, werden in der folgenden Beschreibung genannt. Further essential measures to solve the specified task are used in the following description.

Die erfindungsgemäße Anordnung wirkt bezüglich der Dauermodulation des Pulses ähnlich wie eine bekannte Anordnung, bei der die dem Multiplikator entsprechende Spannung (Gleichspannung) je zur Hälfte in dem einen Transistorkreis gleichsinnig mit der Betriebsspannung, in dem anderen Transistorkreis gegensinnig zu dieser zugeschaltet wird. In der neuen Anordnung wird aber der Multiplikator nicht als Spannung unmittelbar in die Transistorkreise eingespeist; vielmehr wirkt der Multiplikator über eine zusätzliche Wicklung als Strom auf den magnetischen Wandler ein, wobei der Strom sowohl ein Gleich- als auch ein Wechselstrom sein kann. The arrangement according to the invention acts with regard to the permanent modulation of the pulse similar to a known arrangement in which the one corresponding to the multiplier Voltage (DC voltage) half in each transistor circuit in the same direction with the operating voltage, switched on in the other transistor circuit in the opposite direction to this will. In the new arrangement, however, the multiplier is not used directly as a voltage fed into the transistor circuits; rather, the multiplier works through a additional winding as a current on the magnetic transducer, the current can be both a direct and an alternating current.

Dieser Strom erzeugt an dem mit der Betriebsspannungsquelle in Reihe liegenden Widerstand einen zusätzlichen Spannungsabfall, der den Puls dauermoduliert.This current is generated in series with the operating voltage source lying resistance an additional voltage drop, which modulates the pulse duration.

Die induktive Einkopplung des Multiplikators ist für größere Ströme möglich, so daß normalerweise (bei Wechselstrom) ein besonderer Zwischenwandler entfällt. Eine Erdung des Multiplikators ist auch bei geerdeter Betriebsspannungsquelle möglich. Ferner läßt sich zwischen der Wicklung, in die der Multi- plikator eingespeist wird, und den übrigen Wicklungen des Wandlers leicht eine verhältnismäßig hohe Spannungsfestigkeit erreichen, wobei diese Wicklung ohne besondere Schwierigkeiten für eine hohe thermische Belastbarkeit ausgebildet werden kann. Der Leistungsverbrauch der zusätzlichen Wicklung allein ist sehr gering. Die Transistoren der Kippanordnung werden selbst bei einer hohen Stoßbelastung auch ohne zusätzliche Begrenzung nicht überlastet oder gar zerstört. Außerdem lassen sich ohne besondere Schwierigkeiten noch weitere galvanisch voneinander und von der Betriebsspannungsquelle getrennte Wicklungen für gleichen oder unterschiedlichen Nennstrom auf dem Wandlerkern aufbringen, wobei ein getrennter Abgleich für die einzelnen Wicklungen nicht erforderlich ist. The inductive coupling of the multiplier is for larger currents possible, so that normally (with alternating current) a special intermediate converter not applicable. The multiplier is also grounded when the operating voltage source is grounded possible. Furthermore, between the winding in which the multi- fed in is, and the other windings of the converter easily a relatively high dielectric strength achieve, this winding without particular difficulties for a high thermal Resilience can be trained. The power consumption of the additional winding alone is very low. The transistors of the flip-flop are even with a high shock load, not overloaded or even destroyed without additional limitation. In addition, more can be galvanically separated from one another without any particular difficulty and separate windings for the same or different windings from the operating voltage source Apply the nominal current to the transformer core, with a separate adjustment for the individual windings is not required.

Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand einer Zeichnung mit drei Figuren erläutert. Die Klemmen-und Anschlußpunktbezeichnungen stimmen in allen Figuren überein. The object of the invention is based on a drawing with three Figures explained. The terminal and connection point designations are correct in all figures match.

Fig. 1 stellt die Kippanordnung dar, während in F i g. 2 und 3 Ausführungsformen der Schaltanordnung gezeigt sind. Fig. 1 shows the tilting arrangement, while in F i g. 2 and 3 embodiments the switching arrangement are shown.

Mit 10 bis 17 sind in F i g. 1 Wicklungen bezeichnet, die auf einem nicht dargestellten Kern aus einem Material mit rechteckförmiger Hystereseschleife aufgebracht sind. In der Kippanordnung bilden die Wicklungen 10, 11 zusammen mit den Kollektor-Emitter-Strecken zweier pnp-Transistoren 18, 19 der an die Klemmen 20 angeschlossenen Betriebsspannungsquelle und dem Widerstand 21 zwei Stromkreise; dabei sind die Betriebsspannungsquelle und der Widerstand beiden Stromkreisen gemeinsam. Die transistorseitigen Enden der Wicklungen 10, 11 sind zusätzlich durch den Widerstand 23 verbunden. Die Basis jedes Transistors ist über den hochohmigen Widerstand 24 bzw. 25 mit prallelliegendem Kondensator 26 bzw. 27 über je eine Wicklung 12 bzw. 13 und den gemeinsamen hochohmigen Widerstand 22 an den Minuspol der Betriebsspannungsquelle angeschlossen. Wie die Punktmarkierungen gleichartiger Wicklungsenden zeigen, sind beide Transistoren mit entgegengesetzten Wicklungsenden verbunden. With 10 to 17 in FIG. 1 denotes windings that are on a core, not shown, made of a material with a rectangular hysteresis loop are upset. In the tilting arrangement, the windings 10, 11 form together with the collector-emitter paths of two pnp transistors 18, 19 to the terminals 20 connected operating voltage source and the resistor 21 two circuits; the operating voltage source and the resistance are common to both circuits. The transistor-side ends of the windings 10, 11 are additionally through the resistor 23 connected. The base of each transistor is through the high resistance 24 or 25 with a bounce capacitor 26 or 27 over a winding 12 or 13 and the common high-resistance resistor 22 to the negative pole of the operating voltage source connected. As the dot markings on similar winding ends show, are both transistors connected to opposite winding ends.

An die Wicklung 15 bzw. die Wicklungen 15 und 16 ist die in Fig. 2 bzw. 3 dargestellte Schaltanordnung angeschlossen. Zwischen den Wicklungen 10 bis 13 und den Wicldungen 15 und 16 liegt die mit dem Potentiometer 28 überbrückte Schirmwicklung 17. Der Abgriff des Potentiometers ist geerdet. Als äußerste Wicklung des Wandlers ist die an Klemmen geführte Wicklung 14 aufgebracht. The winding 15 or the windings 15 and 16 is the one shown in FIG. 2 and 3 shown switching arrangement connected. Between the windings 10 to 13 and the windings 15 and 16 is the one bridged with the potentiometer 28 Shield winding 17. The potentiometer tap is grounded. As the outermost winding of the transducer, the winding 14 led to terminals is applied.

Die Kippanordnung hat folgende Wirkungsweise: Wie an sich bekannt, ist abwechselnd einer der Transistoren 18, 19 leitend, während der andere gesperrt ist. Wenn beispielsweise zu Beginn des Schaltzyklus der Transistor 18 leitend ist, liegt bei Steuerstrom Null die um den Spannungsabfall an dem Widerstand 21 verminderte Betriebsspannung an der Wicklung 10. Der Transistor 18 wird dabei durch die in der Wicklung 12 induzierte Spannung leitend gehalten, während der Transistor 19 durch die entgegengesetzt wirkende Spannung der Wicklung 13 gesperrt wird. Dieser Betriebszustand (Aufmagnetisieren) hält so lange an, bis der Kern in die Sättigung kommt. Dann aber steigt auf Grund der kleinen Sättigungsinduktivität des Wandlers der Kollektorstrom stark an, und die Spannung an der Wiclung 1Q) sinkt wegen des großen Spannungsabfalles an dem Widerstand 21 erheblich ab. Gleichzeitig vermindert sich die in der Wicklung 12 induzierte Spannung so weit, daß der Transistor 18 gesperrt wird, wodurch dessen Kollektorstrom und die Spannungen an den Wicklungen schnell zusammenbrechen. Die Anordnung kippt. Dabei verläßt der Kern seinen Sättigungszustand (Abmagnetisieren) und die Wicklungsspannungen kehren sich um. Das bedeutet, daß der Transistor 19 leitend wird und der Transistor 18 weiterhin gesperrt bleibt. Der Kern wird abmagnetisiert, bis der entgegengesetzte Sättigungszustand erreicht ist. The tilting arrangement has the following mode of operation: As is known per se, one of the transistors 18, 19 is alternately conductive, while the other is blocked is. For example, if transistor 18 is conductive at the beginning of the switching cycle, If the control current is zero, it is reduced by the voltage drop across the resistor 21 Operating voltage on the winding 10. The transistor 18 is thereby through the in the Winding 12 induced voltage kept conductive, while the transistor 19 through the oppositely acting voltage of the winding 13 is blocked. This operating state (Magnetizing) continues until the core comes into saturation. But then The collector current increases due to the low saturation inductance of the converter strong, and the tension on the winding 1Q) sinks because of the great The voltage drop across the resistor 21 decreases considerably. At the same time it decreases the voltage induced in the winding 12 so far that the transistor 18 is blocked becomes, reducing its collector current and the voltages on the windings quickly to collapse. The arrangement tips over. In doing so, the core leaves its state of saturation (Demagnetize) and the winding voltages are reversed. It means that the transistor 19 becomes conductive and the transistor 18 remains blocked. The core is demagnetized until the opposite state of saturation is reached is.

Wesentlich ist, daß sich die Ummagnetisierungszeit und damit die Impulsdauer reziprok zu der mittleren Windungsspannung in diesem Zeitabschnitt verhält. It is essential that the magnetization reversal time and thus the Pulse duration is reciprocal to the mean winding voltage in this time segment.

Wenn die Kippanordnung symmetrisch aufgebaut ist, sind also die Ummagnetisierungszeiten gleich.If the tilting arrangement is constructed symmetrically, the magnetization reversal times are therefore same.

Wird die Kippanordnung mit dem Multiplikator, dem Strom über die Wicklung 14, gesteuert, so entsteht an dem Widerstand 21 ein zusätzlicher Spannungsabfall, der vom Strom und vom Schaltzustand der Transistoren abhängt. Dieser Spannungsabfall ändert das Tastverhältnis. Der Puls wird dauermoduliert. If the toggle arrangement is used with the multiplier, the current via the Winding 14, controlled, there is an additional voltage drop across resistor 21, which depends on the current and the switching status of the transistors. This voltage drop changes the duty cycle. The pulse is continuously modulated.

Der Puls wird durch den Strom um so stärker moduliert, je größer das Verhältnis der Windungszahlen der Wicklung 14 und der Wicklung 10 bzw. 11 und je größer der Widerstand 21 ist. The greater the pulse, the more it is modulated by the current the ratio of the number of turns of the winding 14 and the winding 10 or 11 and the greater the resistance 21 is.

Der Aussteuerbereich der Kippanordnung ist dadurch begrenzt, daß der Strom in den Kollektorstromkreisen der Transistoren 18, 19 seine Richtung nicht umkehren darf, da sonst ein einwandfreies Arbeiten der Transistoren nicht mehr gewährleistet ist. In besonders zweckmäßiger Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung sind nun die transistorseitigen Enden der Wicklungen 10, 11 durch den Widerstand 23 verbunden. Als Folge dieser zusätzlichen Belastung darf der Steuerstromkreis bei unveränderter Windungszahl der Wicklung 14 erheblich größere Werte als ohne den Widerstand 23 annehmen, ohne daß der Strom in den Kollektorkreisen seine Richtung umkehrt. Außerdem vergrößert der Widerstand 23 die Linearität der Kippanordnung erheblich. The control range of the tilting arrangement is limited by the fact that the current in the collector circuits of the transistors 18, 19 does not change its direction may reverse, otherwise the transistors will no longer work properly is. In a particularly expedient embodiment of the subject matter of the invention are the transistor-side ends of the windings 10, 11 are now connected by the resistor 23. As a result of this additional load, the control circuit is allowed to remain unchanged The number of turns of the winding 14 is considerably higher than without the resistor 23 assume without the current in the collector circuits reversing its direction. aside from that the resistor 23 increases the linearity of the tilting arrangement considerably.

Um eine große Genauigkeit der Multiplikationsanordnung zu erreichen, die eine sehr genau definierte Impulsdauer erfordert, muß die Kippanordnung sehr schnell innerhalb eines bestimmten Bereiches der Spannung an den Wicklungen 10, 11 des Wandlers kippen. Für beide Transistorkreise muß das möglichst gleichmäßig geschehen. Um beides zu erreichen, sind die Basisanschlüsse der Transistoren 18, 19 über die hochohmigen Widerstände 24, 25 an jeweils ein Ende der Wicklungen 12, 13 angeschlossen, während die anderen Enden dieser Wicklungen über den gemeinsamen hochohmigen Widerstand 22 mit dem Minuspol der Betriebsspannungsquelle verbunden sind. Zur weiteren Beschleunigung des- Kippvorganges ist den Widerständen 24, 25 je ein Kondensator 26 bzw. 27 parallel geschaltet. Diese Stromsteuerung hat im Gegensatz zu der sonst üblichen Spannungssteuerung den Vorteil, daß der jeweils leitende Transistor bei Sättigung des Kernes bereits abgeschaltet wird, wenn die induzierte Spannung in der Wicklung 12 bzw. 13 noch verhältnismäßig groß ist. Da sich beim Abschalten des einen Transistors der Spannungsabfall an dem Widerstand 22 sprunghaft vermindert, wird das Basispotential des anderen Transistors sprunghaft negativer, was das schnelle Leitendwerden dieses Transistors begünstigt. Die beiden Kondensatoren 26, 27 beschleunigen den Sperrvorgang durch schnelle Ableitung der Ladungsträger aus der Basiszone. In order to achieve a high accuracy of the multiplication arrangement, which requires a very precisely defined pulse duration, the tilting arrangement must be very quickly within a certain range of the voltage on the windings 10, 11 of the converter tilt. This must be as even as possible for both transistor circuits happen. To achieve both, the base connections of the transistors 18, 19 via the high-ohmic resistors 24, 25 to one end of each of the windings 12, 13 connected, while the other ends of these windings on the common high-resistance resistor 22 connected to the negative pole of the operating voltage source are. To further accelerate the tilting process, the resistors 24, 25 one capacitor 26 or 27 each connected in parallel. This current control has in contrast to the otherwise usual voltage control has the advantage that the respective conducting transistor when the core is saturated it is switched off when the induced voltage in the winding 12 or 13 is still relatively large. Because when you switch off of one transistor the voltage drop abruptly decreased at the resistor 22, the base potential of the other transistor is suddenly more negative, which is the fast This transistor becomes more conductive. The two capacitors 26, 27 accelerate the blocking process by rapidly diverting the charge carriers from the base zone.

In der Kippanordnung sind außer der Betriebsspannungsquelle die Wicklungen 14 und die Widerstände 21 bis 23 beiden Transistorkreisen gemeinsam. In addition to the operating voltage source, the windings are in the tilting arrangement 14 and the resistors 21 to 23 are common to both transistor circuits.

Die hieraus resultierende zwangläufige Symmetrierung begünstigt die Genauigkeit und den Feinabgleich der Multiplikationsanordnung wesentlich.The resulting inevitable symmetry favors the Accuracy and fine-tuning of the multiplication arrangement is essential.

Der in der Kippanordnung erzeugte, mit dem Multiplikator dauermodulierte Puls wird mit dem Multiplikanden in der an den Wandler angeschlossenen Schaltanordnung mit weiteren Transistoren amplitudenmoduliert. The one generated in the tilting arrangement, duration modulated with the multiplier Pulse becomes with the multiplicand in the switching arrangement connected to the converter amplitude modulated with further transistors.

Die Transistoren der Schaltanordnung müssen sehr schnell und nicht überlappend geschaltet werden, um eine große Genauigkeit der Multiplikationsanordnung zu erzielen. Außerdem müssen die Spannungsabfälle an diesen Transistoren im leitenden Zustand vernachlässigbar klein sein. The transistors of the switching arrangement have to be very fast and not can be switched overlapping in order to achieve a high accuracy of the multiplication arrangement to achieve. In addition, the voltage drops across these transistors must be conductive State can be negligibly small.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltanordnung, die diesen Anforderungen genügt, ist in F i g. 2 dargestellt. Die Schaltanordnung arbeitet mit zwei npn-Transistoren 40, 41, deren Basisanschlüsse einerseits über die Widerstände 42, 43 mit der Wicklung 15 des Wandlers in F i g. 1 und andererseits über die beiden Dioden 44, 45 und die gemeinsame Zenerdiode 46 mit ihren Kollektoren verbunden sind. An embodiment of a switching arrangement that meets these requirements is sufficient in FIG. 2 shown. The switching arrangement works with two npn transistors 40, 41, the base connections of which on the one hand via the resistors 42, 43 to the winding 15 of the converter in FIG. 1 and on the other hand via the two diodes 44, 45 and the common zener diode 46 are connected to their collectors.

Der Multiplikand, die Spannung, wird über die Klemmen 47 und den Widerstand 48 zwischen die miteinander und mit der Kathode der Zenerdiode verbundenen Kollektoren und die Mitte der miteinander verbundenen Widerstände 49, 50 in die Schaltanordnung eingespeist. An die Widerstände 49, 50 mit dem parallelgeschalteten Kondensator 51 ist das Anzeigeinstrument für das Produkt oder ein Gerät, das das Produkt weiterverarbeitet, angeschlossen. Wenn die Spannung geerdet ist, dann wird der Abgriff 34 des Potentiometers 28 (Fig. 1) mit dem Erdungspunkt A verbunden. Ist dagegen die Spannung erdfrei und der Ausgangskreis geerdet, dann wird der Abgriff des Potentiometers an den Erdungspunkt B angeschlossen. The multiplicand, the voltage, is applied to terminals 47 and the Resistor 48 between the interconnected and connected to the cathode of the Zener diode Collectors and the center of the interconnected resistors 49, 50 in the Switching arrangement fed. To the resistors 49, 50 with the parallel connected Capacitor 51 is the display instrument for the product or device that uses the Product processed, connected. If the voltage is grounded then will the tap 34 of the potentiometer 28 (FIG. 1) is connected to the ground point A. If, on the other hand, the voltage is floating and the output circuit is grounded, then the tap is of the potentiometer is connected to ground point B.

In der beschriebenen Schaltanordnung werden die Transistoren 40, 41 von der Spannung an der Wicklung 15 des Wandlers derart gesteuert, daß abwechselnd ein Transistor leitet, während der andere gesperrt ist. Die Dioden 44, 45 und die Zenerdiode 46 dienen zur schnellen Durchsteuerung der Transistoren und zur Begrenzung der Steuerspannung. Die Transistoren werden invers betrieben, um die Spannungsabfälle an ihnen im leitenden Zustand möglichst klein zu halten. Bei der Multiplikation von Gleichstromgrößen mit wechselndem Vorzeichen der Spannung und von Wechselstromgrößen werden die Kollektor-Emitter-Strecken in beiden Richtungen ausgenutzt. Der genauigkeitsmindernde Einfluß der Spannungsabfälle an den Transistoren wird in besonders vorteilhafter Weise dadurch weiter verkleinert, daß die Spannung mittels des Widerstandes 48 in einen eingeprägten Strom umgewandelt wird. In the circuit arrangement described, the transistors 40, 41 controlled by the voltage on the winding 15 of the converter so that alternately one transistor conducts while the other is blocked. The diodes 44, 45 and the Zener diodes 46 are used for rapid activation of the transistors and for limiting the control voltage. The transistors are operated inversely to reduce the voltage drops to keep them as small as possible in the conductive state. When multiplying of direct current quantities with alternating signs of the voltage and of alternating current quantities the collector-emitter paths are used in both directions. The accuracy reducing The influence of the voltage drops across the transistors is particularly advantageous Way further reduced by the fact that the voltage by means of the resistor 48 in an impressed current is converted.

Auf diese Weise kann bei höheren Wechselspannungen außerdem ein Spannungswandler zur Anpassung an die Grenzwerte der Transistoren eingespart werden, sofern dieser nicht zur galvanischen Trennung bei der Addition von Produkten erforderlich ist. Weiterhin läßt sich eine Anpassung an verschiedene Nennspannungen sowohl bei Gleichspannung als auch bei Wechselspannung leicht durchführen. Hinzu kommt, daß die Schaltanordnung mit eingeprägtem Strom an Stelle von eingeprägter Spannung erheblich überlastungsfester ist. Als Vorteil ist noch die wesentlich geringere Belastung von Spannungsquellen oberhalb der Grenzwerte der Transistoren zu nennen, da der sonst erforderliche Spannungsteiler vermieden wird.In this way, a voltage converter can also be used for higher AC voltages to adapt to the limit values of the transistors can be saved, provided this not for galvanic Separation required when adding products is. Furthermore, an adaptation to different nominal voltages can be achieved with Easily carry out direct voltage as well as alternating voltage. In addition, that the switching arrangement with impressed current instead of impressed voltage considerably is more overload resistant. Another advantage is the significantly lower load of voltage sources above the limit values of the transistors, since the otherwise required voltage divider is avoided.

Der Kondensator 51 glättet die Ausgangsspannung, Die Schaltanordnung wird über das Potentiometer 28 bezüglich kapazitiver Fehlströme symmetriert. The capacitor 51 smooths the output voltage, the switching arrangement is balanced with respect to capacitive fault currents via the potentiometer 28.

Der arithmetische Mittelwert der an den Widerständen 49, 50 mit parallelgeschaltetem Kondensator 51 auftretenden Ausgangsgröße ist dem Produkt von Strom und Spannung (bei Gleichstromgrößen) bzw. dem zeitlichen Mittelwert des Produktes der Momentanwerte von Strom und Spannung (bei Wechselstromgrößen) proportional. Bei sinusförmigen Produktbildnern gleicher Frequenz ist die Ausgangsgröße dem Produkt der Effektivwerte von Strom und Spannung sowie dem Cosinus des Winkels zwischen diesen beiden proportional. The arithmetic mean of the resistors 49, 50 with the parallel-connected Capacitor 51 occurring output variable is the product of current and voltage (for direct current quantities) or the time average of the product of the instantaneous values of current and voltage (for alternating currents) proportional. With sinusoidal For product builders with the same frequency, the output variable is the product of the rms values of current and voltage as well as the cosine of the angle between these two proportional.

Eine hinsichtlich der Erdungsverhältnisse und der Genauigkeit bei Wechselspannungsbetrieb besonders zweckmäßige Schaltanordnung wird an Hand von Fig.3 erläutert. In der Schaltanordnung nach Fig.3 bilden die Kollektor-Emitter-Strecken von vier npn-Transistoren 60 bis 63 eine Brücke. Dabei sind die Kollektor-Emitter-Strecken von je zwei Transistoren in den diagonal gegenüberliegenden Brückenzweigen gegeneinandergeschaltet. Je zwei Transistoren 60, 61 bzw. 62, 63 in nebeneinanderliegenden Brückenzweigen sind, wie bereits für F i g. 2 beschrieben, an je eine Wicklung 15 bzw. 16 des Wandlers in F i g. 1 angeschlossen. Die Spannung in diesem Fall nur Wechselspannung - wird über die Klemmen 6A und den Stromwandler 65 mit dem vorgeschalteten Widerstand 66 bei C und D in die Schaltanordnung eingespeist. An den Widerstand 67 mit dem parallelliegenden Kondensator 68 ist als Verbraucher das Anzeigeinstrument für das Produkt oder ein Gerät, das das Produkt weiterverarbeitet, angeschlossen. Die Erdung der Schaltanordnung erfolgt im Punkt B, an den auch der Abgriff des Potentiometers parallel zur Schirmwicldung des Wandlers in F i g. 1 geführt ist. Der Stromwandler 65 erhält zweckmäßigerweise eine nicht eingezeichnete statische Abschirmung zwischen der Primär- und der Sekundärwicklung, die ebenfalls geerdet wird. Die Dioden 70, 71, 72, 73 und die Zenerdioden 74, 75 dienen ebenfalls wie in der Schaltung nach F i g. 2 zur schnellen Durchsteuerung der Transistoren und zur Begrenzung der Steuerspannung. One with regard to the grounding conditions and accuracy AC voltage operation, a particularly expedient switching arrangement is shown on the basis of FIG explained. In the circuit arrangement according to FIG. 3, the collector-emitter paths form of four npn transistors 60 to 63 a bridge. Here are the collector-emitter paths of two transistors in each of the diagonally opposite bridge branches are switched against one another. Two transistors 60, 61 and 62, 63 each in juxtaposed bridge branches are, as already for F i g. 2, on each winding 15 or 16 of the converter in Fig. 1 connected. The voltage in this case only AC voltage - will via the terminals 6A and the current transformer 65 with the upstream resistor 66 at C and D fed into the switching arrangement. To the resistor 67 with the parallel one As a consumer, capacitor 68 is the display instrument for the product or a Device that processes the product connected. The grounding of the switching arrangement takes place at point B, at which the potentiometer tap is parallel to the screen winding of the converter in FIG. 1 is performed. The current transformer 65 expediently receives static shielding, not shown, between the primary and secondary winding, which is also grounded. The diodes 70, 71, 72, 73 and the zener diodes 74, 75 also serve as in the circuit according to FIG. 2 for quick control the transistors and to limit the control voltage.

Die Schaltanordnung wird derart angesteuert, daß abwechselnd je zwei diagonal gegenüberliegende Transistoren leitend sind, während gleichzeitig mindestens ein weiterer Transistor gesperrt wird. So fließt während eines aufsteuernden Impulses für die Transistoren 61) und 63 ein Strom von der Selcundärwicklung des Stromwandlers 65 über den Transistor 6(), die Widerstands--Kondensator-Kombinaffon 67, 68 mit Verbraucher und den Transistor 63 zum Stromwandler zurück. Bei Umkehr der Steuerspannungen kommt der Stromfluß über den Transistor 62, die Kombination 67, 68 mit Verbraucher und den Transistor 61 zustande. Wechselt die Polarität der Spannung, so fließen die Ströme in der Brückenschaltung jeweils in umgekehrter Richtung. The switching arrangement is controlled in such a way that alternately two diagonally opposite transistors are conductive while at the same time at least another transistor is blocked. So flows during an open impulse for the transistors 61) and 63 a current from the secondary winding of the current transformer 65 via the transistor 6 (), the resistor - capacitor combination phone 67, 68 with Consumer and transistor 63 back to the current transformer. When the control voltages are reversed the current flow comes through the transistor 62, the combination 67, 68 with consumer and the transistor 61 comes about. If the polarity of the voltage changes, the will flow Currents in the bridge circuit in the opposite direction.

Die Transistoren arbeiten invers. Der Stromwandler 65 übersetzt den Widerstand 66 entsprechend dem Quadrat des Windungszahlverhältnisses von Sekundär- zu Primärwicklung auf seine Sekundärseite, so daß eine sehr gute Einprägung des Schalterstromes erzielt werden kann.The transistors work inversely. The current transformer 65 translates the Resistance 66 corresponding to the square of the number of turns ratio of secondary to primary winding on its secondary side, so that a very good impression of the Switch current can be achieved.

Die angegebene Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß für jede Polarität der Spannung ein Transistor in bevorzugter Richtung leitet, während der vom gleichen Strom durchflossene zweite Transistor dieses Kreises in nicht bevorzugter Richtung arbeitet. Die Schaltanordnung nach F i g. 3 ist deshalb besonders gut für den Betrieb mit Wechselspannung geeignet. Das gleiche gilt für den Betrieb ohne Stromwandler bei Gleichspannung wechselnder Richtung. The specified arrangement is characterized in that for each Polarity of the voltage a transistor conducts in the preferred direction during the the second transistor of this circuit through which the same current flows is not preferred Direction works. The switching arrangement according to FIG. 3 is therefore particularly good for suitable for AC voltage operation. The same goes for operation without Current transformer with direct voltage in alternating direction.

Ferner sind bei der Anordnung nach Fig, 3 die Erdungsverhältnisse besonders günstig. Wenn die Anordnung in Punkt B geerdet wird, sind der Wandler in F i g. 1 und die Schaltanordnung völlig erdsymmetrisch belastet. Eine noch vorhandene, sehr geringe Unsymmetrie infolge kapazitiver Fehlströme wird mit dem Potentiometer parallel zur Schirmwicklung beseitigt. Die besonders gute Erdsymmetrie ist vor allen Dingen dann von Wichtigkeit, wenn zwei oder mehr Produkte addiert werden sollen, z. B. bei der mehrsystemigen Leistungsmessung. Die Spannungen sind dabei von dem geerdeten Teil der Schaltanordnung galvanisch getrennt und können galvanisch miteinander verbunden und auch geerdet sein, Bei der möglichen Summation von Produkten von Strömen und solchen Spannungen, die galvanisch getrennt sowie nicht geerdet sind und die ohne Stromwandler in die Schaltanordnung eingespeist werden können, wirkt sich die Erdsymmetrie ebenfalls günstig aus. Furthermore, in the arrangement according to FIG. 3, the grounding conditions very cheap. If the arrangement is grounded at point B, the transducers are in Fig. 1 and the circuit arrangement is loaded completely symmetrically to ground. An existing one very low asymmetry due to capacitive fault currents is checked with the potentiometer eliminated parallel to the shield winding. The particularly good earth symmetry is above all Things of importance when two or more products are to be added, z. B. in multi-system power measurement. The tensions are from that The earthed part of the switching arrangement is galvanically isolated and can be galvanically connected to one another connected and also earthed, with the possible summation of products of currents and voltages that are galvanically isolated and not earthed and which can be fed into the switching arrangement without a current transformer, the Earth symmetry is also favorable.

Die Verwendung eines Stromwandlers an Stelle eines Spannungswandlers hat den Vorteil, daß man bei gleicher Genauigkeit beim Stromwandler mit einem kleineren Kern auskommt. Außerdem kann über den Vorwiderstand des Stromwandlers die Nennspannung der Schaltanordnung leicht variiert werden. Hinsichtlich der Überlastungsfestigkeit gilt das schon für die Anordnung nach F i g. 2 Gesagte. The use of a current transformer instead of a voltage transformer has the advantage that you can use a smaller current transformer with the same accuracy Core comes from. In addition, the nominal voltage can be measured via the series resistor of the current transformer the switching arrangement can be varied slightly. With regard to overload resistance this already applies to the arrangement according to FIG. 2 said.

Obwohl die erfindungsgemäße Anordnung zur Multiplikation insbesondere im Hinblick auf die Leistungsmessung ausgebildet ist, kann sie auch bei entsprechender Einspeisung der Produktbildner für andere Anwendungsfälle vorteilhaft eingesetzt werden. Although the arrangement according to the invention for multiplication in particular is designed with regard to the performance measurement, it can also with the appropriate Feeding of the product formers used advantageously for other applications will.

Claims

Claims: 1. Arrangement for multiplying equals or AC quantities, especially for power measurement, according to the pulse duration method and pulse amplitude modulation using a magnetic transducer, on the one hand with several windings, two transistors and an operating voltage source one forms a self-oscillating tilting arrangement, one size (multiplier) for Pulse duration modulation is introduced in such a way that it is in the conductive state of the one Transistor in the same direction as the operating voltage and in the conductive state of other transistor acts in the opposite direction to the operating voltage on the converter, the on the other hand, the duration-modulated pulse on at least one further winding outputs a switching arrangement in which it modulates amplitude by the second variable (multiplicand) is, g e k e n n - characterized by an additional winding (14) of the converter, in which the multiplier is fed in as current, and one with the operating voltage source in series resistor (21), on which except for a constant DC voltage one of the current in the additional winding (14) and the switching state of the transistors dependent voltage drops (Fig. 1).

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the in the additional winding (14) fed in current by means of a resistor a voltage is derived.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that for rapid Switching through the transistors (18, 19) in the toggle arrangement, the base connections Via high-resistance resistors (24, 25) at one end of each of the windings (12, 13) are connected and that the other two ends of these windings have a common resistor (22) are led to that pole of the operating voltage, which affects the transistors in the open-ended sense (Fig. 1).

4. Arrangement according to claim 1 or 3, characterized in that to enlarge the dynamic range and to linearize the transistor side Ends of the windings (10, 11) are connected by a resistor (23) (Fig. G.1).

5. Arrangement according to claim 1, characterized in that in per se known way for the correct sign multiplication of quantities with any Sign a switching arrangement with two resistors (49, 50) and two transistors (40, 41) is used in a full-wave circuit, the collector-emitter paths of which are traversed by the current in both directions (Fig. 2).

6. Arrangement according to claim 1, characterized marked that in in itself known way for the correct sign multiplication of quantities with any Sign in a bridge-built, balanced circuit arrangement four Transistors (60 to 63) with a resistor (67) are arranged such that in two transistors with their collector-emitter paths for each conductive circuit are connected against one another (FIG. 3).

7. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that in a manner known per se for rapid switching through of the transistors in the switching arrangement and to limit the control voltages, the base connections of the transistors (40, 41 in Figure 2; 60 to 63 in Fig. 3) each via a diode (44, 45 in Fig. 2; 70 to 73 in Fig.3) and a common Zener diode (46 in Fig.2; 74.75 in Fig.3) to the connection point the collector connections of these transistors are carried out.

8. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the transistors of the switching arrangement are operated inversely in a manner known per se will.

9. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the multiplicand via an ohmic resistor (48) as an impressed current into the Switching arrangement is fed (Fig. 2).

10. Arrangement according to claim 5 or 6, characterized in that the multiplicand in the form of an alternating voltage via a current transformer (65) with ohmic resistor (66) connected on the primary side as an impressed current in the switching arrangement is fed in Fig. 3).

11. The arrangement according to claim 1, characterized in that the windings (15, 16) of the switching arrangement from the remaining windings (10 to 14) by a shield winding (17) are shielded, which are bridged with a potentiometer (28) with a grounded tap becomes (Fig.1).

References considered: U.S. Patent No. 2,891 726