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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Ermitteln des dadurch zwei
Meßpunkte der Stromspannungskennlinie eines nichtlinearen Meßobjektes, insbesondere
eines Halbleiterventils, bestimmten differentiellen Widerstandes mit einem das Meßobjekt
in Reihe mit einem Strommeßwiderstand enthaltenden, von einer zwei Meßpunkten der
Kennlinie entsprechenden Gleichspannungssollwerte liefernden Elektrizitätsquelle
gespeisten Meßstromkreis und mit eincin den Meßwiderstandspannungsabfall erfassenden
Anzeigeinstrument.
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Der differentielle Widerstand von Gleichrichterventilen wird gewöhnlich
aus den zusammengehörigen Messungen des Durchlaßstromes und der Durchlaßspannung
von zwei Punkten auf der Durchlaßkennlinie indirekt bestimmt Die Bestimmung des
differentiellen Widerstandes nimmt eine erhebliche Zeit in Anspruch, liefert aber
ein einfaches Kriterium für das Durchlaßverhalten eines Ventils insbesondere bei
Qualitätsuntersuchungen innerhalb des Kollektivs eines Typs Pertigungsstreuung).
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Es ist eine Pruteinrichtung bekannt, mit der bei einem elektrischen
Meßobjekt beliebiger Art, z. B. bei einem Varistor, die Stromspannungsbeziehung
mit verhältnismäßig geringem Zeitaufwand gemessen werden kann. Hei dieser Prüfeinrichtung
wird während des Prüfen das Meßobjekt in rascher Zeit folge abwechselnd mit zwei
unterschiedlichen Prüfstromstärken aus einer Konstantstromquelle eingespeist.
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Ein Zeitgeber steuert dabei das Umschalten zwischen den beiden Stromstärken
und gleichzeitig auch das Umschalten zwischen zwei Digitalvoltmetern, die bei den
betreffenden Stromstärken den~Spannungsabfall am Meßobjekt messen. Das Verhältnis
der entsprechenden Spannungsabfälle wird, nachdem beide Voltmeter gleiche Spannungen
anzeigen, an einem Spannungsteiler abgelesen, der dem Digitalvoitmeter, das beim
Einspeisen des größeren Stromes am Meßobjekt angeschlossen wird, vorangeschaltet
ist. Bei der Konstantstromquelle müssen zwei Prüfstromstärken, die für das Meßobjekt
charakteristisch sind, immer schon vorgegeben sein. Ferner werden zwei Voltmeter
und eine zeitgesteuerte Umschalteinrichtung benötigt.
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Die Erfindung schlägt eine Schaltung zum Ermitteln des durch zwei
Meßpunkte der Stromspannungskennlinie bestimmten diffierentiellen-Widerstandes eines
nichtlinearen Meßobjektes vor, bei der zwei beliebige Priifstromstärken vorgegeben
werden können, keine Umschalteinrichtung benötigt wird und bei der der differentielle
Widerstand des Meßobjektes sehr schnell durch einmaliges Ablesen an einem einzigen
Anzeigeinstrument ermittelt werden kann.
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Die Erfindung macht davon Gebrauch, daß wie bei Meßkomparatoren und
wie bei einer bekannten Schaltung zum Ermitteln des Temperaturkoeffizienten von
Widerständen - das Anzeigeinstrument den Spannungsabfall an einem Meßwiderstand
als HilEsgröße für die zu messende Größe erfaßt.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Elektrizitätsquelle mit einem
die Spannung am Meßobjekt als Istwert verwendenden Spannungsregler versehen ist,
daß das Anzeigeinstrument in Reihe mit einem Speiche kondensator an den Strommeßwiderstand
angeschlossen ist und durch einen Schalter kurzschließbar ist und daß als Meßwert
fiir den gesuchten differentiellen Widerstand die an dem Anzcigein-
strument nach
Uffnen des Schalters liegende Differenzspannung dient, die gebildet wird durch die
bei geschlossenem Schalter dem Speicherkondensator beim ersten Sollwert des Spannungsreglers
zugeführte Spannung und die nach dem einen des Schalters beim zweiten Sollwert des
Spannungsreglers am Meßwiderstand abfallende Spannung.
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Der Spannungsregler wirkt auf die Elektrizitätsquelle ein und regelt
mit Hilfe der Stromstärke die Spannung am Meßobjekt auf zwei bestimmte Sollwerte,
die vorgebbar und am Regler einstellbar sind.
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Eingangsseitig greift der. Regler die Spannung des Meßübjektes als
Istspannung ab und vergleicht diese mit dem jeweils eingestellten Sollwert. Ausgangsseitig
steuert der Regler die Elektrizitätsquelle. Außerdem steuert der Regler das Umschalten
von dem einen zum anderen Sollwert und damit auch das Einstellen der Stromstärke
und der Spannung des Meßobjektes entsprechend den beiden gewählten Meßpunkten der
Stromspannungskennlinie.
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Zuerst wird die kleinere Stromstärke eingestellt.
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Beim Umschalten auf das Einstellen der größeren Stromstärke steuert
ferner der Spannungsregler den Relaiskontakt in die geöffnete Schaltstellung. Umgekehrt
steuert er den Relaiskontakt beim Einstellen der kleineren Stromstärke in die geschlossene
Schaltstellung Die Schaltung nach der Erfindung sowie weitere Ausbildungen derselben
werden nachfolgend an Hand der F i g. 1 und 2 erläutert.
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F i g. 1 zeigt die Schaltung gemäß der Erfindung, und F i g. 2 zeigt
als Meßbeispiel die Durchlaßkennlinie eines Halbleiterventils mit zwei Meßpunkten
1 und 2.
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Die Schaltung nach Fig. I enthält einen Meßstromkreis 3 bekannter
Art, der aus der Reihenschaltung einer Stromquelle 31, einem Strommeßwiderstand
32 und einem Meßobjekt 33 besteht, das beispielsweise ein Halbleiterventil sein
kann. Der Meßstromkreis enthält ferner ein Meßinstrument4, an dem der Wert des differentiellen
Widerstandes abgelesen wird, und einen Regler 5 sowie zwei Kontrollinstrumente 34
und 35 zum Messen des Durchlaßstromes und der Durchlaßspannung.
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Gemäß der Schaltung nach der Erfindung hat der Meßwiderstand 32 einen
Nebenschlußkondensator 36 und in der Verbindungsleitung zwischen dem negativen Anschluß
des Meßwiderstandes 32 und dem Kondensator 36 einen Relaiskontakt 37, dem das Meßinstrument
4 parallel geschaltet ist.
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Am Regler 5 seien zwei Sollwerte Ul und U2 für die Durchlaßspannung
des Meßobjektes 33 einstellbar vorgegeben. Damit sind nach F i g. 2 zwei Meßpunkte}
und 2 auf der Durchlaßkennlinie des Meßobjektes vorgegeben. Im Regler wird zuerst
der kleinere Sollwert Ul zum Eingriff gebracht. Dieser regelt dann durch Vergleich
mit der DurchlaSlstspannung, die am Meßobjekt abgegriffen und dem Eingang des Reglers
zugeführt wird, die Durchlaßstromstärke auf einen Wert all und die Durchlaßspannung
auf den Wert Ut (Meßpunkt 1). Dabei ist der Relaiskontakt 37 geschlossen, und der
Kondensator 36 wird auf eine dem Durchlaßstrom proportionale Spannung U11, die der
Strom ll am Meßwiderstand 32 erzeugt, geladen. Anschließend bringt der Regler den
größeren Sollwert U. zum Eingriff und öffnet dabei den Relaiskontakt 37. Es wird
sodann
die Durchlaßstromstärke auf einen Wert 12 und die Durchlaßspannung auf einen Wert
U2 geregelt (Meßpunkt 2). Am Meßwiderstand 32 wird dabei eine dem Durchiaßstrnm
12 proportionale Spannung U12 gebildet, und am Meßinstrument 4 liegt eine Differenzspannung
UI2 - UI1, da die im Meßpunkts erzeugte Spannung UI1 als Ladespannung im Kondensator
36 gespeichert ist und auf das Meßinstrument 4 in Gegenpolarität zu der am Meßwiderstand
32 nunmehr erzeugten Spannung Ul2 einwirkt.
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Das Meßinsrument 4 hat einen hochohmigen Eingangswiderstand, so daß
die Spannungsdifferenz UI2 - UI@ am Eingang des Instrumentes längere Zeit erhalten
bleibt und somit eine nahezu fehlerfreie Ablesung möglich ist. Der hochohmige Eingangswiderstand
wird in bekannter Weise durch einen Impedauzwandler dargestellt, dessen Ausgangsspannung
auf die Höhe der Eingangsspannung geregelt ist und dessen Ausgangswiderstand dem
Eingangswiderstand des eigentlichen Instrumentes angepaßt ist.
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Gemäß F i g. 2 ist der Bahnwiderstand durch die zwei Meßpunkte 1
und 2 bzw. durch die vier Meßwerte U1, U2, I1 und I2 definiert : U2 - U1 RB = .
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I2 - I1 Der Bahnwiderstand wird gemäß der Erfindung durch eine der
Stromstärkedifferenz I2 - I1 proportionale Größen AUE dargestellt und als Ausschlag
A AE abgelesen. Die Verknüpfungsformel lautet : 1 UE UInenn I2 - I1 = (UI2 - UI@)
- A . . r32 AE Inenn UInenn Darin bedeutet F32 = = Widerstandswert des Inenn Strommeßwiderstandes
32 oder Verhältnis aus dem Spannungsabfall UInenn am Meßwiderstand 32 bei Nenustromstärke
Ine=: UE = Spannung beim Endausschlag At des Meßinstrumentes 4.
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Die Substitution der Differenzgröße I2 - I1 in der Definitionsformel
ergibt: (U2 - U10-Inenn # AE 1 1 RB = # = K # , UInenn - UE A A worin der mit K
bezeichnete Koeffizient aus konstanten Größen, darunter die vorgebbare Spannungsdifferenz
U2 - U1 zusammengesetzt ist. Der Koeffizient K stellt den Eichfaktor der Meßanordnung
dar.
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Der Instrumentausschlag A ist dem differentiellen Widerstand umgekehrt
proportional. Dies ergibt, wie aus F i g. 3 hervorgeht, den wesentlichen Vorteil,
daß der Bereich der kleineren Widerstandswerte auf einem verhältnismäßig weiten
Skalenbereich dargestellt wird.
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F i g. 3 gibt einige Eichkurven der Meßschaltung wieder. Die einzelnen
Eichkurven entsprechen unterschiedlichen Durchlaßstrommeßbereichen, die durch Umschalten
eines Schalters 39, der die Stromquelle mit den Abgriffen 38 des Meßwiderstandes
verbindet, einstellbar und mit dem jeweiligen Wert Inenn gekennzeichnet sind.
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Die Schaltung ist daher vornehmlich für die Messung von Halbleiterventilen
geeignet. Dies schließt aber nicht aus, daß sie auch für Messungen an anderen Meßobjekten
mit monoton steigenden oder fallenden Stromspannungskennlinien bestens geeignet
ist.