DE1926367C - Dreipunktregler-Verstärker - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dreipunktregler-Verstärker mit drei stabilen Stellungen, der ais Gegentakt-Transistor-Gleichstromkippverstärker mit zwei mindestens zweistufigen Verstärkerzweigen mit einem in Emitterschaltung betriebenen Transistor je Stufe ausgebildet und bei dem jeder Verstärkerzweig mit einer Rückkopplung vom Kollektor des Transistors der zweiten Stufe (Zweistufentransistor) zur Basis des Transistors der ersten Stufe (Ersistufentransistor) versehen ist und einem Basisanschluß mindetens eines Erststufentransistors ein zusätzlicher, zum Leitendhalten dieses Transistors ausreichender Haltestrom zugeführt ist.

Es sind unstetige Regler bekannt, die zwei Stellungen des Stellgliedes erzeugen, eine Ein- und eine Aus-Stellung. Eine Verbesserung dieser unstetigen Regler hinsichtlich der Regelgüte ergeben die unstetigen Dreipunktregler, die neben der Aus-Stellung des Stellgliedes, bei der die Regelabweichung innerhalb der Ansprechgrenzen liegt, verschiedene Ein-Stellungen des Stellgliedes ergeben. Ist beispielsweise ein reversierbarer Stellmotor als Stellglied verwendet, ergeben sich außer der »Aus«-Stellung die Stellungen »Rechtslauf« und »Linkslauf«, oder es werden bei einer Temperaturregelung die Betriebszustände »Heizen« und »Kühlen« oder auch »schwach Heizen« und »stark Heizen« (beispielsweise durch Stem-Dreieck-Umschaltung) verwendet. Dabei tritt nun eine Schwierigkeit dadurch auf, daß unstetig arbeitende elektrische oder elektronische Schaltungen im . allgemeinen nur zwei stabile Stellungen einnehmen können, eine »Ein«- und eine »Aus«-Stellung. Verwendet man zwei Schaltungen, so erhält man vier mögliche Stellungen, nämlich

1. Beide Ausgänge führen das Signal »Aus«: Stellglied in Ruhelage,

2. der eine Ausgang führt das Signal »Aus«, der andere Ausgang führt das Signal »Ein«: Stellglied in der einen Betriebslage,

3. der eine Ausgang führt das Signal »Ein« und der andere Ausgang das Signal »Aus«: Stellglied in der anderen Betriebslage, und schließlich

4. beide Ausgänge führen das Signal »Ein«: Stellglied gleichzeitig in beiden Betriebslagen.

Dieser letzte Betriebszustand! st unbedingt zu vermeiden, denn es kann nicht beispielsweise gleichzeitig gekühlt und geheizt werden, und es kann auch ein reversierbarer Stellmotor nicht gleichzeitig rechts und links umlaufen. Zwar ist es möglich, das Stellglied steuernde Schütze gegenseitig zu verriegeln, jedoch machen bei kontaktlosen Steuerungen, die wegen ihrer höheren Betriebssicherheit und Lebensdauer vorzuziehen sind, derartige Verriegelungen Schwierigkeiten und bedingen moist einen erheblichen zusätzlichen Aufwand.

Es ist ein Dreipunktregler-Verstärker bekannt, dessen eingangs vorausgesetzte Schaltung eine Verriegelung ermöglicht (deutsche Auslegeschrift 1 225 277). Bei diesem Kippverstärker ist eine Verriegelung vom Kollektor des Transistors der zweiten Verstärkerstufe des einen Verstärkerzweiges zur Basis des Transistors der zweiten Stufe des anderen Verstärkerzweiges vorgesehen. Dadurch soll erreicht werden, dall der Verstärker nicht vier, sondern nur drei stabile Stellungen einnehmen kann. Es sind dabei die Ausgangstransistören der beiden Verstärkerzweige derart gegeneinander verriegelt, daß sie · zwar beide gleichzeitig nichtleitend, aber nur alternativ einer von ihnen leitend sein kann. Nachteilig ist bei dieser Verriegelung, daß eine Rückführung, die das Zeitverhalten des Reglers an unterschiedlichen Zeitkonstanten einer Regelstrecke anzupassen gestattet, im Verriegeln ngsstromkreis vorgesehen ist. Das hat den Nachteil, daß bei der Auslegung des Verriegelungs- und Rückführstromkreises jeweils auf beide Funktionen Rücksicht genommen werden muß, wobei besonders nachteilig ist, daß die Rückführung in relativ weiten Grenzen einstellbar sein soll, ohne daß dadurch die Verriegelung beeinflußt wird. Nachteilig ist bei dieser Schaltung ferner, daß es ohne weiteres möglich ist, daß beide Eingangstransistoren angesteuert, d. h. gesperrt sind. Es ist dann nur durch die Verriegelung noch verhindert, daß der Regler nicht in eine vierte, unerwünschte Stellung kippt. Nachteilig ist schließlich auch, daß die Ansteuerung des Verstärkers über drei Leitungen erfolgt, also die Eingangssteuerspannung jeweils zwischen Masse und Basis liegt. Das hat den erheblichen Nachteil, daß der Temperaturgang der Basis-Emitter-Strecke den Ansprechwert, bei dem die Schaltung kippt, stark beeinflußt. Außerdem ist dadurch ein relativ hoher Steuerspannungsbedarf bedingt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, einen vielfältig einsetzbaren Dreipunktregler mit einem Transistor-Gleichstromkippverstärker als Regelverstärker zu schaffen, dessen Zeitverhalten mit wenig Aufwand ohne Beeinflussung anderer Funktionen durch Beschälten des Transistor-Gleichstromkippverstärkers einstellbar ist, wobei die mittelbare oder unmittelbare Ansteuerung eines Stellgliedes in vielfältiger Weise einfach möglich sein soll. Vielfältig einsetzbar ist der Dreipunktregler-Verstärker dann, wenn er eine hohe Eingangsempfindlichkeit bei gleichzeitig geringem Temperaturgang aufweist und wenn die unterschiedlichsten Stellglieder ohne Schwierigkeiten ansteuerbar sind und unterschiedliches Zeitverhalten erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Dreipunktregler-Verstärker der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß beide Anschlußpole für die Steuerspannung jeweils mit einem Basisanschluß eines der Erststufentransistoren verbunden sind und daß der Haltestrom über einen Widerstand zugeführt ist, der zwischen die Basis des leitend zu haltenden Erststufentransistors des einen Verstärkerzweiges und den Kollektor des Erststufentransistors des anderen Verstärkerzweiges geschaltet ist.

Vorteile des erfindungsgemäßen Dreipunkteregler-Verstärkers bestehen darin, daß durch den Anschluß der Steuerspannung jeweils an einem Basisanschluß eines der Erststufentransistoren verhindert ist, daß beide Erststufentransistoren gleichzeitig angesteuert, d. h. gleichzeitig gesperrt sein können, da die Wirkung der Steuerspannung auf die beiden Transistoren zwangläufig entgegengesetzt ist. Bereits hierdurch wird eine Verriegelung der beiden Verstärkerzweige gegeneinander in der Art erreicht, daß nur drei Stellungen des Verstärkers möglich sind. Außerdem wird dadurch eine hohe Empfindlichkeit des Verstärkers erzielt, da die Steuerspannung nicht die gesamte Basis-Emitter-Spannung des anzusteuernden Transistors übersteigen muß, weil nicht von Masse gegen Basis gesteuert wird, sondern weil von Basis gegen Basis gesteuert wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ansteuerung liegt schließlich darin, daß der Temperaturgang der Basis-Emitter-Strecke auf den Ansprechwert praktisch ohne Einfluß bleibt, da sich nur die

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Differenzen der Temperaturgänge der beiden Erst- ander passenden Transistoren verzichtet werden kann

stufentransistcren auswirken. Da sich der Tempera- ohne daß darunter die Eigenschaften des Kippver

turgang der beiden Eingangstransistoren etwa korn- stärkers leiden.

pensiert, kann auch die durch die Gegeneinander- Bei drei- oder mehrstufigen Verstärkerzweigen er schaltung der Basisanschlüsse der Eingangstransisto- 5 gibt sich der Vorteil, daß Rückwirkungen vom Aus ren erzielte hohe Empfindlichkeit ausgenutzt werden. gang auf den Erststufentransistor praktisch ausge Ein weiterer Vorteil des Erfindungsgegenstandes schlossen sind, da in diesem Fall der Ausgang an hegt dann, daß der dem leitenden Erststufentransi- Kollektor des Drittstufentransistors angeschlossen ist stör zugeführte Haltestrom zur Verriegelung beiträgt, der zweckmäßigerweise in Emitterschaltung geschalte weil er vom Kollektor des Erststufentransistors des io ist, und der Kollektor des Erststufentransistors nui anderen Verstärkerzweiges abgeleitet ist. Ist der Erst- die Steuerung des nachfolgenden Zweistufentransi Stufentransistor des anderen Verstärkerzweiges durch stors zu übernehmen hat. Dadurch können die Erst Ansteuern gesperrt, dann wird dem leitend zu halten- stufen bei gegebener Ausgangsbelastung wesentlicl den Erststufentransistor ein relativ starker Haltestrom hochohmiger gestaltet werden, so daß für eine gezugeführt, wodurch dieser Transistor leitend und der 15 gebene Totzone der Innenwiderstand der Steuervon ihm gesteuerte Zweistufentransistor sicher ge- Spannungsquelle vergrößert oder, bei gegebenen sperrt ist. Ein Vorteil dieser Verriegelung liegt darin, Innenwiderstand, die Steuerspannung verkleinert werdaß dieser Zweig nur dem Zuführen eines Halte- den kann.

stromes dient und keine anderen Funktionen erfüllen Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dei

muß, wodurch es leicht ist, diesen Widerstand optimal ao Erfindung ist der Haltestrom über einen Widerstand

zu dimensionieren. zugeführt, der zwischen die Basis des leitend zu hal-

Bei Verwendung von drei- und mehrstufigen Ver- tenden Erststufentransistors des einen Verstärkerstärkerzweigen wird die der Erfindung zugrunde zweiges und den Kollektor des Drittstufentransistors liegende Aufgabe bei einem Dreipunktregler-Verstär- des anderen Verstärkerzweiges geschaltet ist, die in ker der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß 25 Emitterschaltung angeordnet sind. Man erhält auf beide Anschlußpole für die Steuerspannung jeweils diese Weise eine gegenseitige Verriegelung der beiden mit einem Basisanschluß eines der Erststufentransi- Verstärkerzweige und damit das gewünschte sichere stören verbunden sind und daß der Haltestrom über Vermeiden des verbotenen Betriebszustandes. Es ist einen Widerstand zugeführt ist, der zwischen die jedoch auch noch auf andere Weise möglich, den Basis des leitend zu haltenden Erststufentransistors 30 verbotenen Betriebszustand sicher zu vermeiden, bei des einen Verstärkerzweiges und den Kollektor eines dem die beiden Erststufentransistoren der beiden gleiche Phasenlage aufweisenden Transistors des Verstärkerzweige gleichzeitig gesperrt sind, wenn der anderen Verstarkerzweiges geschaltet ist. Dieser Drei- Haltestrom über einen Widerstand zugeführt ist, der punktregier-Verstärker weist ebenfalls die vorstehend zwischen die Basis des leitend zu haltenden Erstbeschriebenen Vorteile auf. Vorteilhaft ist schließlich 35 Stufentransistors und den die Kollektorspannung zuferner, daß er in einfacher Weise mit PD-ähnlichem führenden Pol der Speisespannung geschaltet ist. Verhalten des Reglers ausgeführt werden kann. Dieser Widerstand hält den Erststufentransistor lei-Durch Verwenden eines integrierenden Stellgliedes, tend, was dem Ausgangssignal »Aus« entspricht, beispielsweise eines Stellmotors, kann auch ein PI- Überspielt wird der Haltestrom nur durch ein entähnliches Verhalten des Reglers erzielt werden. Es 40 sprechend starkes Steuersignal. Es genügt, wenn nur lassen sich also mit dem erfindungsgemäß aufgebau- bei einem der beiden Verstärkerzweige der Erststufenlui Dreipunktregler-Verstärker Regler mit jeweils transistor einen Haltestrom erhält, da der verbotene gewünschtem Regelverhalten erstellen, die zuverlässig Betriebszustand bereits dann vermieden ist, wenn und betriebssicher arbeiten und bei denen der zu ver- einer der beiden Ausgänge nicht »Ein« ist. Bevorzugt meidende Betriebszustand sicher ausgeschaltet ist. 45 ist jedoch der Dreipunktregler-Verstärker symmetrisch Schließlich ist es auch möglich, die Rückführung ausgeführt, und es ist den Erststufentransistoren beinicht nur symmetrisch, sondern auch uns>mmetrisch der Verstärkerzweige ein Haltestrom zugeführt, oder sogar völlig einseitig auszuführen. Solche Aus- Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfinführungsformen können beispielsweise Anwendung dung ist zwischen Kollektor und Basis des Zweifinden, wenn ein Mischventil ein schnelles Abkühlen 5° Stufentransistors ein Kondensator geschaltet. Dieser eines Mediums bewirkt, so daß die Mediumtempera- Kondensator bewirkt eine frequenzabhängige Getur über den Sollwert hinausschwingt und dann der genkopplung. die mit steigender Frequenz zunimmt Sollwert wieder durch Aufheizen ohne Überschwingen und stärker wirksam wird; es werden dadurch langsam erreicht wird. Gänzlich ohne Rückführung Störimpulse und Störschwingungen höherer Frequenkann beispielsweise ein sehr träges Kompressor-Kühl- 55 zen unterdrückt, die sonst zu Störungen Anlaß geben system betrieben werden, das nicht oft schalten soll, könnten,
während die Aufheizung mit Rückführung arbeitet. Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung isi

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Basis des Transistors der letzten ist die Rückkopplung so ausgelegt, daß den Erst- Stufe über einen Spannungsteiler an den Kollektor Stufentransistoren Basisströme eingeprägt sind, deren 60 der vorhergehenden Stufe des Verstärkerzweiges anStärke wesentlich größer ist, als es dem Verhältnis geschlossen ist. Mittels des Spannungsteilers läßt sich von Kollektorstrom zu Stromverstärkung entspricht. in gewünschter Weise der Arbeitspunkt einstellen. Das ergibt den Vorteil, daß wegen der starken Sätti- Ein mit dem erfindungsgemäßen Dreipunktreglergung der Erststufentransistoren bei Steuerspannung Verstärker versehener Regler soll in seinem Über-NuIl sich auch Stromverstärkungsstreuungen der ein- 65 gangsverhalten bestimmte gewünschte Eigenschaften zelnen Transistorexemplare und die Stromverstär- aufweisen können. Ein PD-ähnliches Verhalten eines kungsdrift nur in geringem Maße auswirken, so daß Reglers mit einem erfindungsgemäßen Verstärker erauf ein kostspieliges Aussuchen von paarweise zuein- hält man bei einer bevorzugten Ausgestaltung clv-;

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Erfindung dadurch, daß an die Kollektoren des Dritt- größert werden, wodurch man trotz relativ kleiner stufen- oder des Erststufentransistors wenigstens Kondensatoren große Zeitkonstanten erzielen kann, eines Verstärkerzweiges ein Ladewiderstand ange- Als Steuerspannungsquelle für den erfindungsschlossen ist, dessen anderes Ende mit einem Pol gemäß aufgebauten Dreipunktregler-Verstärker eigeines einpolig an Masse liegenden Kondensators ver- 5 nen sich, insbesondere relativ niederohmige Geber, bunden ist und bei dem zwischen die Verbindung Soweit hochohmige Geber als Steuerspannungsquelzwischen Ladewiderstand und Kondensator und die len verwendet werden müssen, kann durch einen Basis des Erststufentransistors desselben Verstärker- zwischengeschalteten Impedanzwandler eine Anpaszweiges ein Rückführwidertand geschaltet ist. sung erzielt werden. Bei einer Ausgestaltung der Das auf diese Weise erzielte PD-ähnliche Verhal- io Erfindung ist als Steuerspannungsquelle eine gleichten kann selbstverständlich durch Verwenden eines stromgespeiste Brückenschaltung vorgesehen, die integrierenden Stellgliedes auch zu einem PI-ähn- einen temperaturabhängigen Widerstand aufweist liehen Verhalten gemacht werden. Dabei ist gewöhn- und deren Diagonalspannung als Steuerspannung lieh der Rückführwiderstand viel größer als der Lade- verwendet ist, wobei die Speisespannungsquelle von widerstand, so daß die Umladungszeitkonstante von 15 Dreipunktregler-Verstärker und Steuerspannungsdem Ladewiderstand und von der Kapazität des quelle galvanisch voneinander getrennt sind. Es verKondensators bestimmt ist, die ein Maß für das D- steht sich, daß außer dem Innenwiderstand der Verhalten und die Periodendauer darstellt. Der P- Steuerspannungsquelle auch die Steuerspannungs-Bereich ist durch den Wert des Rückführwiderstandes änderung als Funktion der Meßgröße von Bedeutung bestimmt. 20 ist und der Totbereich dem Quotienten aus Steuer-Durch die Rückführung wird bei einem derartigen Spannungsänderung und Innenwiderstand proportio-Regler erreicht, daß eine Regelabweichung, die den nal ist. Die Steuerspannung muß stets galvanisch ge-Totbereich überschreitet, bei der also der Regler trennt oder »massefrei« sein, da andernfalls eine die anspricht, ein periodisches Ein- und Ausschalten des Funktion des Verstärkers in Frage stellende VerStellgliedes ergibt, falls die Regelabweichung inner- 25 Schiebung des Basispotentials des Erststufentransistors halb des P-Bereiches liegt. Liegt die Regelabwei- die Folge wäre.

chung außerhalb des P-Bereiches, dann ergibt sich Der temperaturabhängige Widerstand in der Brük-

ein ständiges Einschalten des Stellgliedes. Bei inner- kenschaltung kann z. B. ein NTC- oder PTC-Wider-

halb des P-Bereiches liegender Regelabweichung stand sein. Diese Widerstände haben bekanntlich

ändert sich das Tastverhältnis, also das Zeitverhältnis 30 einen sehr großen Temperatur-Koeffizienten des Wi-

zwischen Ein- und Ausschaltdauer, etwa proportional derstandes und ergeben dadurch eine relativ empfind-

zur Regelabweichung und ergibt damit ein zeitpro- liehe Anordnung.

portionales Regelverhalten. Für die Rückführung Soweit diese Empfindlichkeit noch nicht ausreicht wird dabei kein zusätzlicher Transistor benötigt. oder soweit der Innenwiderstand der Brückenschal-In Verbindung mit einem integrierenden Stellglied, 35 tung noch zu hoch ist, kann, wie bei einer Ausgestalz. B. einem Motorventil, kann ein Pl-ähnliches Über- tung der Erfindung vorgesehen, zwischen die Brükgangsverhalten des Dreipunktreglers gemäß einer kenschaltung und die Anschlußpole für die Steuer-Ausgestaltung der Erfindung dadurch erreicht wer- spannung ein Differenzverstärker zur Verstärkung den, daß in Reihe zum Ladewiderstand eine Diode und/oder Impedanzwandlung geschaltet sein,
geschaltet ist und daß dieser Reihenschaltung eine 40 Das vom Dreipunktregler-Verstärker anzusteu-Reihenschaltung aus einem Entladewiderstand und ernde Stellglied kann unmittelbar in die Kollektoreiner Diode parallel geschaltet ist und die beiden leitung des Erst- oder Drittstufeniransistors geschal-Diodcn entgegengesetzt gepoit angeordnet sind. Der tet sein, soweit dessen Leistung den Bedarf des zusätzliche Entladewiderstand bestimmt zusammen Stellgliedes zu decken vermag. Vielfach ist jedoch mit der Kapazität des Kondensators die Entladezeit, 45 der Leistungsbedarf der Stellglieder wesentlich größer, die ein Maß für die Nachstellzeit ist und das I-Ver- als ihn ein handelsüblicher Transistor zu liefern verhalten bestimmt, wogegen die Aufladezeit das P-Ver- mag. Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist deshalten bestimmt. Die Dioden sorgen dabei für eine halb vorgesehen, daß die Kollektoren des Erststufen-Entkopplung des Ladewiderstandes vom Entlade- bzw. bei dreistufigen Verstärkerzweigen des widerstand. Dadurch können Laden und Entladen 50 Drittstufentransistors jeden Verslärkerzweiges Stellmit verschiedenen Zeitkonstanten erfolgen. Auch in ausgänge des Kippverstärkers bilden, an die je ein dieser Rückführung wird kein zusätzlicher Transi- Lastschaltglied angeschlossen ist
stör benötigt. Dabei kann als Lastschaltglied ein steuerbarer In bestimmten Fällen jedoch, z. B. wenn ein Gleichrichter, z. B. ein Thyristor, aber auch ein Thybesonders großer P-Bereich oder eine besonders 55 ratron oder ein anderes gesteuertes Gasentladungsgroße Zeitkonstante erreicht werden soll, kann, wie gefäß vorgesehen sein, dessen Steuerelektrode gegebei einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, benenfalls über einen Widerstand an den jeweiligen iwischen den Rückfühnviderstand und die Verbin- Stell ausgang angeschlossen ist.
iung von Ladewiderstand und Kondensator ein als Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung Impedanzwandler dienender Transistor derart ge- 60 dagegen ist als Lastschaltglied eine in beiden Richichaltet sein, daß sein Emitter mit dem Rückführ- tungen stromdurchlässige Zelle verwendet, deren vidersland. seine Basis mit der Verbindung von Steuerelektrode über einen Widerstand an dem je- -adcwidcrstand und Kondensator und sein Kollektor weiligen Stcllausgang angeschlossen ist. Diese Zellen nit dem die Kollektorspannung zuführenden Pol der eignen sich besonders zum Steuern von Wechscl- »pcisespaiinung verbunden ist. Durch diesen Transi- 65 stromverbrauchern. Sie haben einen relativ terincen tor, der jeweils für jeden der beiden Verstärker- Stcuerleistungsbedarf und sind in der Lage, hohe weigc vorgesehen ist. kann die Zeitkonstante um Leistungen zwischen mehreren K)OW und mehreren len Stromverstärkungsfaktor dieses Transistors ver- kW zu schalten. Sie eignen sich damit besonders zum

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Schalten von Stellmotoren und ersetzen weitgehend sind der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen

Schaltschütze, denen gegenüber sie alle Vorteile des in der die Erfindung an Hand der in der Zeichnung

kontaktlosen Schaltens, wie kleinen Raumbedarf, dargestellten Beispiele beschrieben und erläutert ist

keine Geräuschentwicklung, keinen Verschleiß, auf- Es zeigt

weisen. 5 F i g; 1 ein Schaltbild eines zweistufigen Dreipunkt

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung regler-Verstärkers,

kontaktloser Lastschaltglieder beschränkt, sondern F i g. 2 bis 4 Prinzipbilder eines Dreipunktregleres kann auch, wie bei einer Ausgestaltung der Erfin- Verstärkers mit Rückführung,
dung vorgesehen, als Lastschaltglied ein Relais ver- F i g. 5 ein Schaltbild eines dreistufigen Dreipunktwendet sein, das gegebenenfalls über einen Zwischen- io regler-Verstärkers mit Rückführung und einem reververstärker mit dem jeweiligen Stellausgang verbunden sierbaren Stellmotor mit einer temperaturempfindist. Eine Ansteuerung über Zwischenverstärker emp- liehen Brückenschaltung als Steuerspannungsquelle,
fiehlt sich vor allem dann, wenn Leistungsrelais oder Fig. 6 eine temperaturempfindliche Brückenschal-Schütze anzusteuern sind. Handelt es sich dagegen tung als Steuerspannungsquelle mit zusätzlichem um kleinere Leistungen, die zu schalten sind, dann 15 Differenzverstärker,

kann ein relativ empfindliches Relais verwendet wer- F i g. 7 eine Schaltung mit Kippverstärker und Reden, das an Stelle des Lastwiderstandes zwischen lais als Lastschaltglied.

Speisespannung und Kollektor jedes der Transistoren Die als Ausführungbeispiele dargestellten Drei-

jeden Verstärkerzweiges geschaltet werden kann. punktregier-Verstärker nach der Erfindung einschließ-

Man erhält auf diese Weise einen besonders einfach 20 lieh der dazugehörigen Regelschaltungen sind jeweils

aufgebauten Dreipunktregler-Verstärker, der mit streng symmetrisch aufgebaut. Es kommen daher alle

wenig Aufwand hergestellt werden kann. Bezugszeichen doppelt vor, einmal in der üblichen

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Schreibweise und einmal mit einem zusätzlichen' ver-

Lastschaltglied mit einem als Stellglied dienenden sehenen. Eine Ausnahme hiervon macht nur die

reversierbaren Wechselstrommotor verbunden, des- 35 Steuerspannungsquelle.

sen seinen beiden Wicklungen gemeinsamer Anschluß Der Dreipunktregler-Verstärker enthält zwei syman den einen Pol einer einpolig mit der Speisespan- metrische Zweige 1 und V. An zwei Eingangsklemnungsqueile verbundenen Wechselstromquelle ge- menE und E' ist die in Fig. 1 als Ersatzschaltbild schaltet ist und bei dem die freien Enden der beiden . dargestellte Steuerspannungsquelle angeschlossen, die Wicklungen über je eines der beiden Lastschaltglieder 30 aus einer Spannungsquelle U mit der Steuerspannung mit dem anderen Pol verbindbar sind. Durch abwech- U_E und einem Innenwiderstand Ri besteht. An die selndes Ansteuern der beiden Zellen kann also der Eingangsklemme E ist die Basis eines Transistors Tl Wechselstrommotor abwechselnd im Rechts- und im angeschlossen, dessen Emitter mit einer Masse-Linkslauf betrieben werden. schiene M verbunden ist. Von der Basis des Tran-Sind die das Stellglied speisende Wechselstrom- 35 sistors Tl führt außerdem eine Leitung zu einem quelle und die den Dreipunktregler-Verstärker spei- Rückführ-Ausgang Rf. Der Kollektor des Transistors sende Gleichstromquelle einpolig verbunden, dann Tl ist über einen Widerstand R 3 mit einer eine kann, wie bei einer Ausgestaltung der Erfindung vor- Speisespannung +Ul zuführenden Plusleitung P gesehen, die das Stellglied speisende Wechselstrom- verbunden. Zwischen den Kollektor des Transistors quelle den Dreipunktregler-Verstärker über eine 40 Tl und die Masseschiene M ist ein Spannungsteiler Diode speisen. Dabei besteht dann beispielsweise die aus zwei Widerständen R 25 und R 26 geschaltet. Wechselstromquelle aus einer Wicklung eines Trans- zwischen denen die Basis eines Transistors Γ 2 angeformators und die Gleichstromquelle aus einer Diode schlossen ist, dessen Emitter unmittelbar mit der und einem Siebkondensator. Eine Stromversorgung Masseschiene M und dessen Kollektor über einen mit noch geringerem Aufwand äst praktisch gar nicht 45 Widerstand R 4 mit der Plusleitung P verbunden ist. denkbar. Zwischen Basis und Kollektor von TT. ist ein Kon-Beieiner besonders bevorzugten Ausgestaltung der densatorCl geschaltet. Vom Kollektor des Transi-Erfindung sind alle Transistoren von gleicher Polari- stors Γ2 führt außerdem eine Leitung zu einem Antat. Der gesamte Dreipunktregler-Verstärker ein- Schluß Ä. Ein Stellausgang A ist mit dem Kollektor schließlich etwaiger Zusatzschaltungen kann aus 50 des Transistors Tl verbunden. Außerdem enthält der Transistoren gleicher Polarität, also beispielsweise Dreipunktregler-Verstärker eine genau symmetrische nur aus npn- oder nur aus pnp-Transistoren auf ge- Anordnung mit den Transistoren TV und T 2' in baut sein. Das hat den großen Vorteil, daß die Emit- spiegelbildlichem Schaltungsaufbau. Von der Basis ter aller Transistoren gemeinsam an Masse gelegt des Transistors Tl führt ein Widerstand Al zum werden können, wodurch die Potentialverhältnisse an 55 Kollektor des Transistors TV. Ein Widerstand Al' den Basisanschlüssen leicht überschaubar werden. ist zwischen die Basis des Transistors TV und den Bei modernen Siliziumtransistoren, bei denen die Kollektor des Transistors Tl geschaltet. Ein WiderBasis-Emitter-Spannung bei leitendem Zustand etwa stand R 2 ist zwischen die Basis des Transistors Tl doppelt so hoch ist wie die Kollektor-Emitter-Rest- und den Kollektor des Transistors 72 geschähet, spannung, ist es dabei ohne weiteres möglich, jeweils 6a desgleichen ein Widerstand R 2' zwischen die Basis zwei Stufen unmittelbar galvanisch zu koppeln, was des Transistors TV und den Kollektor des Transiden Aufbau der gesamten Anordnung wesentlich ver- stors Γ2'. Die Widerstände R1 und R Y können creinfacht und Bauteile einspart. Weiterhin ist es für die setzt sein durch die Widerstände R 0 und R ()', die Lagerhaltung und die Fertigung und damit auch für zwischen die Basis des Transistors T1 bzw. T1' und die Verminderung der Fertigungs- und Wartungs- 65 die Plus-Leitung P geschaltet sind. Im Ruhezustand, kosten von Vorteil, daß in diesem Fall mit nur einem wenn U_r - 0, sind die beiden ErststufenlrunsisUiren einzigen Transistortyp ausgekommen werden kann. Tl und TV leitend und daher die beiden Zweitshifen-Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung transistoren T2 und T2' gesperrt. Am Stcllausünng/1

steht praktisch O-Potential (genaugenommen steht stände R1 und RV zunächst weggelassen. Steigt nun die Kollektor-Emitter-Restspannung hier an), am die Steuerspannung an, so fließt ein zunehmendei /AnschlußÄ steht praktisch das Potential + Ul an. StromI_RI. Da I_{R 2} und I_{R 2}, eingeprägt sind, wird dei Durch die Rückkopplung über den Widerstand R 2 Basisstrom I_B, und TV vermindert, während I_B von wird der Transistor Γ1 offengehalten. Die Dimensio- 5 Tl um den gleichen Betrag zunimmt. Nimmt man an, iiierung der Widerstände ist so gewählt, daß R 4 we- daß dabei U_BE und U_BE, konstant bleiben, was in sentlich kleiner ist als R 2 und Ri wesentlich kleiner erster Näherung zutrifft, so ist I_Ri = U_E/Ri. Mit zuist als R2. Da +Ul groß ist gegen die Basis-Emit- nehmender Eingangsspannung U_E wird also I_Rn, von ter-Spannung U_BE von Γ1 in leitendem Zustand, wird TV zu Tl hinübergeleitet, der allerdings ohnedies über R 2 der Basisstrom Ir = I_{R 2} in T1 bzw. über R 2' io bereits durch /_Ä2 leitend war. Da I_R2, um ein Mehrein Strom gleicher Größe in TV eingeprägt. Im ide- faches größer ist, als es zum Leitendhalten von TV alen symmetrischen Fall fließt kein Strom über/Z/; nötig ist, wird TV noch immer leitend sein, auch die durch die WiderständeR2 bzw. R2' fließenden nachdem ein beträchtlicher Teil von 1_R9, nach Tl Ströme sind um ein Mehrfaches größer, als es zum hinübergeleitet wurde. E st wenn l_Ri m U_E/Ri«; l_{R 2}. Leitendhalten der Erststufentransistoren erforderlich 15 wird, geht Γ1 vom leitenden in den nichtleitenden ist. Das hat den Vorteil, daß die Streuungen in der Zustand über. Durch die Rückkopplung über R2' Stromverstärkung verschiedener Transistorexemplare wird ein Kippvorgang ausgelöst, da I_Rs, gegen 0 geht, das Verhalten der Schaltung nur sehr geringfügig be- weil der mit seiner Basis an den Kollektor von Γ1 einflussen. Die Möglichkeit, daß bei fehlender Steuer- angeschlossene Transistor Γ2 nun leitend wird und spannung U_E zwischen den Klemmen E und E' einer ao dadurch sein Kollektorpotential, das den Strom I_R «,. der beiden Erststufentransistoren leitend und der an- bestimmt, auf die Kollektor-Emitter-Restspannung dere gesperrt ist, besteht nicht, wenn, wie gefordert abfällt. l_B springt vom Wert l_B^I_Ri + I_Ri, auf den und auch leicht einzuhalten, Ri wesentlich kleiner als Wert /^₂. I_Ri wird Null, weil /_Ä2,Äi0 und /_fl,«i0; R 2 und RV ist, da dann bereits einer der eingepräg- die Spannung an der Basis des Transistors Γ Γ verten Ströme /^₂ bzw. /_Ä2. beide Transistoren der er- 35 mindert sich sprungartig um die Totspannung sten Stufe jeden Verstärkerzweiges leitend hält. Um U_Et^I_Rr-Ri. Diese Totspannung ist alsa eine defizu verhindern, daß, beispielsweise beim Einschalten nierte Spannung, bei der der Verstärker kippt bzw. oder durch Störimpulse, die Schaltung einen Zustand der Regler anspricht und die einer bestimmten voreinnimmt, in dem beide Erststufentransistoren ge- , gegebenen Regelabweichung entspricht. Beim Ansperrt sind, was beim Einsatz als Regelverstärker be- 30 sprechen des Reglers, wenn also, wie beim geschildeuten würde, daß das Stellglied sich in beiden Stell- derten Beispiel, TV sperrt, erscheint am Ausgang A' richtungen gleichzeitig bewegt, was nicht möglich ist, eine positive Spannung, die etwa der Speisespannung sind die Widerstände R1 bzw. R V oder R 0 bzw. R 0' entspricht und die in später geschilderter Weise eine vorgesehen. Die Widerstände R1 und R V verriegeln entsprechende Stellgliedschaltung auslöst, beispielsdie beiden Erststufentransistoren in einer Weise ge- 35 weise Stellmotor-Rechtslauf. Die Schaltung behält geneinander, daß nur drei Schaltzustände möglich ihre Lage bei, auch wenn die Steuerspannung U₁ sind, nämlich beide Erststufentransistoren leitend wieder abnimmt. Erst wenn U_E ä: 0 und damit oder jeweils einer der beiden Erststufentransistoren U_BE,znU_BE wird und TV also wieder zu leiten beleitend und der andere gesperrt in Abhängigkeit von ginnt und die gesamte Schaltung in den Ausgangszu-Richtung und Betrag der Steuerspannung. Solange 40 stand zurückkippt. Ändert sich die Steuerspannung beide Erststufentransistoren leitend sind, ist ihr U_E in entgegengesetzter Richtung, so kippt entspre-Kollektorpotential sehr niedrig, so daß die Wider- chend der beschriebenen Art die Schaltung bei stände R1 bzw. R V keine Auswirkung zeigen. Wird U_E — — U_EI.

einer der beiden Transistoren jedoch gesperrt, so Zwar ändert sich die basis-Emitter-Spannung des steigt seine Kollektorspannung auf etwa den Wert der 45 Erststufentransistors während der Änderung des Ba-Betriebsspannung +Ul an, und es fließt ein Strom sisstromes; das beeinträchtigt" die Funktion jedoch zur Basis des anderen Erststufentransistors, der die- nicht. Vorteilhafterweise wird jedoch so dimensiosen Transistor offenhält. Auf diese Weise wird er- niert, daß U_Et groß gegen diese Änderung wird und reicht, daß entweder beide Erststufentransistoren damit im wesentlichen die Totzone des Reglers beleitend oder allenfalls einer von ihnen gesperrt ist, 50 stimmt (IB ändert sich von /^₂ bis zu I_R.+I_Rr). Die jedoch niemals beide gleichzeitig gesperrt sein kön- Kondensatoren C1 bzw. Cl' ergeben eine frequenznen. abhängige Gegenkopplung und unterdrücken damit

Die gleiche Wirkung kann durch die Widerstände Störschwingungen höherer Frequenzen und Stör-

R 0 bzw. R 0' erzielt werden, die der Basis des betref- impulse.

fenden Transistors je einen eingeprägten Strom zu- 55 Bei der obigen Betrachtung sind die durch die führen, der ausreicht, ihn leitend zu machen. Im „Widerstände R1 und RV zugeführten Ströme unPrinzip reicht jeweils einer der beiden Widerstände berücksichtigt geblieben. Sie ändern jedoch die RO oder RO' oder RI bzw. RV aus. Man erhält je- grundsätzliche Wirkungsweise der Schaltung nicht, doch dann keinen symmetrischen Betrieb, was aber Bei der Schaltungsversion mit den Widerständen R1 bei einem Verstärker für Regelungszwecke im allge- 60 und R V fließt zunächst im Ruhezustand, wenn beide meinen erwünscht ist, um die Regeleigenschaften für Erststufentransistoren Tl und Γ1' leitend sind, prakbeide Richtungen der Regelabweichung gleichmäßig tisch kein zusätzlicher Strom, so daß die Widerstände zu gestalten. Im Ruhezustand, wenn die Steuerspan- in diesem Schaltzustand keine Rolle spielen. Steigt nung U_R — 0 ist, befinden sich die Stellausgänge A die Eingangsspannung an den Eingängen E und E' bzw. A' praktisch auf Null-Potential, und das von 65 an, so verhält sich die Schaltung bis zum Umschaltdiesen Ausgängen aus gesteuerte Stellglied befindet Zeitpunkt genauso wie zuvor beschrieben da die sich in Ruhestellung. Widerstände Rl und Al' praktisch keinen Strom

Bei der folgenden Betrachtung seien die Wider- führen. Entsprechend der Verdoppelung des Basis-

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stromes I₈ an dem einen Erststufentransistor nimmt Tastverhältnis etwa proportional zur Regelabweidessen Basis-Emitter-Spannung entsprechend seiner chung und bewirkt innerhalb des P-Bereiches damit Kennlinie etwas zu. Mit dem Umkippen der Schal- ein zeitproportionales Regelverhalten. Man erhält tung bleibt diese Spannung jedoch konstant, da auch also auch mit einem unstetigen Dreipunktregler ein I₈ konstant bleibt, da der Strom I_Rr, der wegfällt, 5 stetig ähnliches Regelverhalten. Nimmt man dabei durch I_R j ersetzt wird, wenn, wie vorzugsweise vor- an, daß die Eingangsspannung den Totbereich übergesehen, //j, = /«₂ gewählt wird. steigt und T leitend, Tl gesperrt ist. Rl, Rl und

Werden an Stelle der WiderständeR1 und RV der Eingangsstromkreis führen keinen Strom. Cl die Widerstände R 0 und R 0' eingesetzt (es genügt wird über R 9 auf eine positive Spannung aufgeladen, grundsätzlich jeweils einer der beiden Widerstände, io und proportional zu diesem Spannungsanstieg fließt wie bereits ausgeführt), dann führt jeder der Wider- ein Strom üüer RS, der über Ri zur Basis von TV stände R 0 einen konstanten angenähert eingeprägten fließt und an Ri eine Spannung U_RI erzeugt, die entStrom zur Basis des Transistors der ersten Stufe. gegengesetzt gerichtet ist zu U_E. Damit wird
Dieser Strom reicht aus, um den Transistor leitend jj _ jj _j_ jj _ jj
zu halten. Diese Schaltung unterscheidet sich jedoch 15 ^{BE BE}' ^{Rl E}'
in ihrem Schaltverhalten von der vorigen. Im Tot- Solange U_PJ kleiner ist als U_E und damit also auch bereich, solange also die Schaltung nicht ange- U_BE kleiner ist als U_BE., erfolgt kein Umkippen der sprachen hat und beide Stellausgänge A bzw. A' Schaltung. Wird jedoch U_E kleiner als U_Rh so erfolgt etwa Null-Potential führen, flitßen (in der Mitte des ein periodisches Umschalten des Kippverstärkers, Totbereiches, bei U_E = O) die Basisströme: ao bei dem die Zeitdauer des jeweils geschalteten Zu- j — I _j_ / jj_ZW i=j 4-1 Standes (Ein- oder Aus-Zustand) durch die Zeit- ^{B Ä2 Ro B}' *'- ^Ro" dauer bestimmt ist, in der sich U_RI um den Betrag U_EI Die beiden Erststufentransistoren erhalten also wieder ändert.

ein Mehrfaches des zum Leitendhalten erforderlichen Um ein Pl-ähnliches Verhalten zu erreichen, kann Stromes, sind also stark übersättigt. Die Totspannung as eine Anordnung nach Fig. 3 vorgesehen werden, die beträgt in diesem Fall mit einem integrierenden Stellglied, z. B. einem Tj. fü(I + I ) - Ri Motorventil, zusammenarbeitet. Dabei ist zwischen ei KRr RoJ · _dem widerstand R9 und dem Stellausgang A eine Beim Umkippen der Schaltung fällt /_Λ.,, wieder auf 0 Diode Dl geschaltet, deren Anode am Stellausgang A ab, und U_BE. verringert sich um 30 liegt. Parallel zu der Reihenschaltung aus der Diode AU zsil · Ri ^* ^unc* ^^em Widerstand Λ9 liegt eine Reihenschal- ^{BE> R r} ' tung aus einem Widerstand R10 und einer Diode D 2, Ist z. B. I_Ko, — /_Ä2,, dann wird bei der die Diode Dl mit ihrer Kathode an den AU ,r; U /2 Stellausgang A angeschlossen ist. Dabei ist der ^{BE> Et} ' 35 Widerstand R 8 wieder wesentlich größer als R 9 und Wenn sich die Spannung U_E wieder vermindert, als Z? 10. Die Schaltung ist wieder symmetrisch aufkippt die Schaltung bei t/_£«i U_Etl2 in die Ausgangs- gebaut, also mit Dioden DV, DT und einem Widerlage zurück und nicht wie in den Schaltbeispielen stand R10' im Verstärkerzweig V. Die Aufladungsmit den WiderständenR1 bzw. Al' erst bei l/_E«;0. zeitkonstante ist im wesentlichen durch R9 und Cl

U_E, ist von Ri abhängig. Damit hängt auch der 40 bestimmt; diese Zeitkonstante ist ein Maß für die

Totbereich wesentlich von Ri ab, und es kann Laufzeit, also das P-Verhalten. RIO bestimmt die

zweckmäßigerweise dieser Innenwiderstand durch Entladungszeitkonstante, die ein Maß ist für die

einen zusätzlichen einstellbaren Widerstand ver- Nachstellzeit und damit das I-Verhalten bestimmt.

änderbar gemacht sein. Durch RS wird wieder die Rückführung bestimmt.

In Fig. 2 ist der in Fig. 1 dargestellte Kipp- 45 Die Wirkungsweise ist entsprechend der der Anord-

verstärker als Block mit eingezeichneter Kennlinie nung nach F i g. 2 mit dem Unterschied, daß Laden

und gleichen wie in Fig. 1 bezeichneten Anschlüs- und Entladen von Cl mit verschiedenen Zeit-

sen dargestellt. An den Stellausgang A ist ein Wider- konstanten erfolgen können. Wird der Verstärker als

stand R 9 angeschlossen, dessen anderes Ende zu Regelverstärker mit einstellbaren Regelparametern

einem Kondensator Cl geführt ist, dessen freies 50 ausgeführt, dann kann RS zusammen mit RS', R9

Ende an der MasseleitungM angeschlossen ist. Von zusammen mit R9' und RIO zusammen mit RW

der Verbindungsstelle zwischen R9 und Cl führt jeweils als Doppelpotentiometer ausgeführt werden,

ein Rückführwiderstand R 8 zum Rückführausgang wenn eine symmetrische Rückführung vorgesehen

Rf des Kippverstärkers, der mit der Basis des Erst- ist. Daneben kann aber die Rückführung auch un-

stufentransistors verbunden ist. Die Anordnung ist 55 symmetrisch ausgeführt sein.

ebenfalls wieder symmetrisch, also mit R 8', R 9' und In bestimmten Fällen, wenn beispielsweise eine CT ausgeführt. Die aus den Widerständen R 8 und besonders große Zeitkonstante oder ein besonders R 9 und dem Kondensator Cl bestehende RC-Rück- großer P-Bereich erzielt werden soll, ohne daß der führung verleiht dem Dreipunkt-Kippverstärker ein Kondensator C 2 eine zu große Kapazität annehmen PD-ähnliches Verhalten. Dabei ist RS wesentlich 60 muß, ist eine Impedanzumformung mittels eines zugrößer als R9. R 9 und Cl bestimmen die Um- sätzlichen Transistors TS (bzw. TS') vorgesehen, wie ladungszeitkonstante, die ein Maß ist für das D-Ver- sie in Fig. 4 dargestellt ist. Der Transistor TS ist mit halten und die Periodendauer. RS bestimmt die seinem Kollektor an der Plus-LeitungP und mit sei-Rückführungsverstärkung und damit den P-Bereich. nem Emitter am Widerstand R 8 angeschlossen, wo-Die Rückführung ergibt bei einer Regelabweichung, 65 gegen seine Basis an der Verbindungsstelle zwischen 3ie den Totbereich überschreitet, aber noch inner- den WiderständenR9, RIO und dem Kondensator halb des P-Bereiches liegt, ein periodisches Ein- und Cl angeschlossen ist. Es besteht nun nicht mehr die Ausschalten des Stellgliedes. Dabei ändert sich das Bedingung, daß R 8 wesentlich größer ist als R 9, du

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der Widerstand^ an der Basis von 75 um den ausgang Λ und damit an den Kollektor des Dritt Stromverstärkungsfaktor des Transistors 75 verviel- Stufentransistors 73 ist ein Widerstand R11 ange facht erscheint. Ä8 kann damit auch gleich oder schlossen, der an die Steuerelektrode einer in beider kleiner sein als R9, ohne daß dadurch die Spannung Richtungen stromdurchlässigen Zelle 7c 1 führt. Di< an Cl im eingeschwungenen Zustand erheblich ab- 5 Zelle 7cl ist mit ihrer im Steuerkreis liegenden Lei nimmt und der P-Bereich dadurch verringert wird; stungselektrode an die MasseleitungM angeschlossen das gilt genauso für das Verhältnis von Rückführ- ihre andere Leistungselektrode führt zu einem rever· widerstand R 8 zu dem Entladewiderstand R10. Der sierbaren Wechselstrommotor 13, der als Stellmotoi Einsatz einer Impedanzwandlerstufe ist nicht auf die dient. Der gemeinsame Anschluß der Rechts- und dei Schaltung nach Fig. 3 beschränkt, sondern kann io Linkslaufwicklung des Stellmotors 13 ist an das nichi genauso bei der Ausführungsform nach F i g. 2 Ver- mit der Masseleitung M verbundene Ende der Wickwendung finden. lung W4 des Transformators 7rl angeschlossen. Die

Der in Fig. 1 dargestellte Verstärker weist einen Schaltung des Kippverstärkers ist wieder symmetrisch

relativ großen Totbereich auf. Er findet dann Ver- ausgeführt und mit einem Widerstand RIV und einei

Wendung, wenn U_Et groß sein darf und Ri klein ist. 15 zweiten Zelle Tel', deren eine Leistungselektrode mil

Diese Schaltung hat jedoch den Vorteil, daß sie mit der anderen Wicklung des Stellmotors 13 verbunden ist,

sehr wenig Aufwand arbeitet. Eine sehr wesentliche Ein Kondensator C 5 liegt zwischen den beiden mil

Verringerung des Totbereiches und der Totspannung den Zellen 7ol und 7c 1' verbundenen Anschlüssen

U_E, und ein größerer zulässiger Innenwiderstand Ri des Stellmotors 13. In dem vorliegenden Beispiel ist

der Steuerspannungsquelle wird erzielt, wenn die ao die Speisespannung des Stellmotors 13 angepaßt an

beiden Verstärkerzweige dreistufig statt zweistufig die Speisespannung für den Verstärker. Solange die

ausgeführt werden. Steuerspannung U_E kleiner ist als die Totspannung

Ein Ausführungsbeispiel eines Reglers mit PI-Ver- U_EI, so lange sind der Transistor 71 und der Tranhalten mit einem dreistufigen Verstärker ist in F i g. 5 sistor 73 bzw. auch die Transistoren 71' und 73' dargestellt. Der Zweistufentransistor 72 ist unmittel- 25 leitend, und die Potentiale an den Stell ausgängen A bar an den Kollektor des Erststufentransistors 71 und A' sind äs 0, so daß die Zellen 7c 1 und 7c 1' angeschlossen, und die WiderständeR25 und R26 gesperrt sind und der Stellmotor 13 stillsteht. Überfallen weg. Ein Drittstufentransistor 73 ist über einen schreitet die Steuerspannung U_E die Totspannung U_E„ Spannungsteiler/?5, /?6 an den Kollektor des Zwei- dann kippt je nach dem Vorzeichen der Eingangsstufentransistors 72 angeschlossen. Der Emitter des 3<> spannung der entsprechende Verstärkerzweig, und es Drittstufentransistors 73 ist unmittelbar mit der erscheint entweder an dem Stellausgang A oder an Masseleitung M verbunden, sein Kollektor ist über dem Stellausgang A' eine positive Spannung, die etwa einen Arbeitswiderstand R 7 mit der Plus-Leitung P die Hälfte der Spannung an der Plus-Leitung P beverbunden. ■ trägt. Die mit ihrer Steuerelektrode über den Wider-

Der Widerstand R V ist zwischen die Basis des 35 stand/? 11 bzw. RlV an den nun Spannung führen-Transistors 71' und den Kollektor von 73 geschal- den Stellausgang A bzw. A' angeschlossene Zelle tet, der auch den Stellausgang A darstellt. Die Wir- wird leitend, und der Stellmotor 13 läuft in der entkungsweise der Schaltung ändert sich dadurch nicht, sprechenden Richtung los, wobei er entsprechend da der Transistor 73 jeweils die gleiche Schaltstellung der Rückführungseinstellung immer länger werdende einnimmt wie der Transistor 71. Diese Schaltung hat 4° Pausen einlegt und seine Laufzeiten immer kleiner jedoch nicht nur den Vorteil einer höheren Ver- werden, bis er eine Stellung erreicht, in der das von Stärkung, sondern es ergibt sich auch eine bessere ihm gesteuerte Medium die Brückenschaltung ins Entkopplung des Stellausgangs A von den Eingangs- Gleichgewicht bringt und der Verstärker dadurch klemmen E. Im übrigen ist die Schaltung ent- wieder in die Ruhelage zurückkippt, weil seine Einsprechend den in Fig. 1 und 3 dargestellten Schal- 45 gangsspannung U_Efa0 geworden ist. Dabei ist vortungsbeispielen aufgebaut. An die Eingangsklem- ausgesetzt, daß der Meßwiderstand R15 dem vom men E und E' ist eine Brückenschaltung aus Fest- Stellmotor 13 gesteuerten warmen oder kalten Mewiderständen R12 und R13 und aus einem Stell- dium ausgesetzt ist, so daß die gesamte Anordnung widerstand /?14 und einem temperaturabhängigen einen Regelkreis darstellt. Die in Fig. 5 dargestellte Meßwiderstand R15, vorzugsweise einem NTC- 50 Anordnung zeigt eine kontaktlose Ansteuerung eines Widerstand, angeschlossen. An E angeschlossen ist reversierbaren Wechselstrommotors. Zur Speisung die Verbindungsstelle zwischen den Widerständen des Motors ist dieselbe Wicklung des Netztransfor-/?12 und /?14, an E' angeschlossen ist die Verbin- mators 7rl verwendet, die auch den Kippverstärker dungsstelle zwischen den Widerständen R13 und speist. Ist der Motor für eine höhere Spannung aus-R15. An die Verbindungsstelle zwischen den Wider- 55 gelegt, dann kann die Versorgung des Verstärkers ständen/? 12 und /?13 ist eine Leitung 11, an die aus einer Anzapfung der den Stellmotor 13 speisen-Verbindungsstelle zwischen den Widerständen R14 den Wicklung erfolgen. Es besteht im dargestellten und /?15 ist eine Leitung 12 angeschlossen, die zu Beispiel stets eine galvanische Verbindung zwischen einem Ladekondensator C4 führen. Der Lade- Leistungskreis (Stellmotor) und Steuerkreis (Verkondensator C4 wird über eine Diode D 4 auf- 60 stärker).

geladen, die von einer Wicklung WS eines Netz- In den Fällen, in denen die von der Brückenschal-

transformators 7rl gespeist ist, dessen Primärwick- tung abgegebene Speisespannung nicht ausreicht, um

lung WS am Netz liegt. Die Speisung des Kipp- eine genügend exakte Regelung, also eine genügend

Verstärkers erfolgt über eine Wicklung W4 desselben geringe Ansprech- oder Totspannung U,.-, zu erzielen,

Transformators 7rl, der über eine Diode D3 einen 65 kann die in Fig. 6 dargestellte Schaltung verwendet

Siebkondensator C3 speist, an dessen Minusbelag werden. Die Speisung erfolgt wieder aus der Wick-

.iie Masseschiene M und an dessen Plusbelag die lung WS des Netztransformators 7rl über die Diode

Plus-Leitung P angeschlossen ist. An den Stell- D4~ die den Ladekondensator C4 lädt. Dem IhHp-

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kondensator CA ist die Scrienschaltung aus einem Vorwiderstand R 24 und einer ZenerdiodeZl parallel gelegt. Dabei ist die ZenerdiodeZl mit dem Minus-Pol des Ladekondensators CA verbunden. An der ZenerdiodeZl wird die Speisespannung für die Brücke aus den Widerständen R12, R13, Ä14 und RlS abgegriffen. Parallel zur ZenerdiodeZl liegt ein Spannungsteiler aus Widerständen Λ 22 und R23. Zwischen den Abgriff zwischen den Widerständen Λ13 und R15 der Brückenschaltung und die Verbindung zwischen den Widerständen Ä22 und Λ 23 ist eine Serienschaltung aus einem Widerstand R21 und einem Anzeigeinstrument Vl geschaltet. In den Diagonalzweig der Brücke ist eine Serienschaltung aus einem Widerstand R 20 und einem Anzeigeinstrument V2 geschaltet. An den Plus-Pol des Ladekondensators CA sind zwei Widerstände RIl und R17' angeschlossen, an deren anderem Ende die Kollektoren von zwei Transistoren TA und TA' angeschlossen sind. Die Basisanschlüsse der Transistoren TA und TA' sind an die Brückendiagonale angeschlossen. Von den Kollektoren der Transistoren TA und TA' führt je eine Leitung zur Eingangsklemme E bzw. E' des Verstärkers. In eine der Leitungen ist ein Stellwiderstand Λ16 geschaltet, der eine Veränderung des Innenwiderstandes erlaubt. Der Innenwiderstand der Steuerspannungsquelle umfaßt, vom Kippverstärker aus gesehen, die Widerstände R16 + R17 + R IT. Die Emitter der beiden Transistoren Γ4 und TA' sind an die Außenanschlüsse eines Potentiometers R18 geführt, dessen Mittelabgriff über einen Widerstand R19 mit dem Minus-Pol des Ladekondensators CA verbunden ist. Das Instrument Vl zeigt den Istwert der zu regelnden Größe an, das Instrument V 2 zeigt die Regelabweichung, also die Abweichung des durch den Widerstand R14 eingestellten Sollwertes vom Istwert der zu regelnden Größe an, der über den Widerstand R15 festgestellt wird. Die Schaltung mit den beiden Transistoren TA und TA' ist ein Differenzverstärker, der den Eingang des Verstärkers von der Brückendiagonale mit dem Instrument V 2 und von der Brückendiagonale mit dem Instrumental entkoppelt, wodurch eine Rückwirkung durch Umkippen der Schaltung oder durch Einwirkung der Rückführung auf die beiden Brückendiagonalspannungen verhindert wird, und dem Verstärker ein verstärktes Signal zuführt. Dabei kann außerdem durch Wahl der Widerstände R16, R17 und R17' ein gewünschter Wert des Innenwiderstandes der Steuerspannungsquelle für den Verstärker eingehalten bzw. eingestellt werden.

An Stelle der in beiden Richtungen bei Ansteuerung stromdurchlässigen Zellen können auch Thyristoren, Thyratrons und andere gesteuerte Gasentladungsgefäße verwendet werden, wenn der Stellmotor mit Halbwellenstrom, also mit gleichgerichtetem Wechselstrom ohne Siebglieder betrieben wird. Derartige steuerbare Gleichrichterzellen sind als gesteuerte Silizium-Gleichrichter für unmittelbaren Netzanschluß preiswert im Handel.

In vielen Fällen kommt es nicht auf eine völlig kontaktlose Steuerung an. Es können dann als Stellglieder auch Relais oder Schütze verwendet sein. Dabei kann, wenn nur kleine Leistungen zu schalten sind und entsprechend empfindliche Relais verwendet werden können, die Relaiswicklung an Stelle der Widerstände A3 oder R4 oder Rl vorgesehen sein.

Dabei muß dann, um den im gleichen Stromkreis liegenden Transistor vor ihn zerstörenden Spannungsspitzen beim Abschalten der Relaiswicklung zu schützen, entweder ein Kondensator parallel zur

Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors oder ein Kondensator oder eine entsprechend gepolte Diode parallel zur Wicklung des Relais gelegt sein.

Zur Ansteuerung von Hochleistungsrelais oder von Schützen kann auch die in Fig. 7 dargestellte

ίο Schaltung dienen, bei der an den Stellausgang A bzw. A' des Dreipunktregler-Verstärkers ein Spannungsteiler aus zv/ei Widerständen R 34 und R 35 angeschlossen ist, an dessen Mittelabgriff die Basis eines Transistors Γ10 angeschlossen ist, dessen Emitter mit der Masseschiene M verbunden ist. An den Kollektor des Transistors Γ10 ist die Wicklung eines Relais Re gelegt, deren anderes Ende mit der Plus-Leitung P verbunden ist. Parallel zur Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors TlO liegt ein Schutzkondensator C 7. Die Schaltung ist ebenfalls wieder symmetrisch aufgebaut mit einem Transistor TlO' und einem Relais Re' und den zugeordneten Bauelementen.

Eine kontaktlose Ansteuerung eines reversierbaren

as Wechselstrommotors bei galvanischer Trennung von Steuer- und Leistungskreis ist gleichfalls möglich. Dabei sind die Ausgangskreise des Verstärkers über spezielle Impulserzeugerschaltungen und Impulstransformatoren mit den Stellgliedern verbunden.

Diese Schaltungsanordnung ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Claims (20)

Patentansprüche:

1. Dreipunktregler-Verstärker mit drei stabilen Stellungen, der als Gegentakt-Transistor-Gleichstromkippverstärker mit zwei mindestens zweistufigen Verstärkerzweigen mit einem in Emitterschaltung betriebenen Transistor je Stufe ausgebildet und bei dem jeder Verstärkerzweig mit einer Rückkopplung vom Kollektor des Transistors der zweiten Stufe (Zweitstufentransistor) zur Basis des Transistors der ersten Stufe (Erststufentransistor) versehen ist und einem Basisanschluß mindestens eines Erststufentransistors ein zusätzlicher, zum Leitendhalten dieses Transistors ausreichender Haltestrom zugeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß beide Anschlußpole (E und E') für die Steuerspannung jeweils mit einem Basisanschluß eines der Erststufentransistoren (Tl bzw. TV) verbunden sind und daß der Haltestrom über einen Widerstand (R 1 bzw. R V) zugeführt ist, der zwischen die Basis des leitend zu haltenden Erststufentransistors (Tl bzw. TV) des einen Verstärkerzweiges und den Kollektor des Erststufentransistors (TV bzw. Tl) des anderen Verstärkerzweiges geschaltet ist.

2. Dreipunktregler-Verstärker mit drei stabilen Stellungen, der als Gegentakt-Transistor-Gleiclistromkippverstärker mit zwei mindestens zweistufigen Verstärkerzweigen mit einem in i-mitterschaltung betriebenen Transistor je Stufe ausgebildet und bei dem jeder Verstärkerzweig mit einer Rückkopplung vom Kollektor des Transistors der zweiten Stufe (Zweitstufentransistor) zur Basis des Transistors der ersten Stufe (Erst-

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Stufentransistor) versehen ist und einem Basisanschluß mindestens eines Erststufentransistors ein zusätzlicher, zum Leitendhalten dieses Transistors ausreichender Haltestrom zugeführt ist, mit drei- oder mehrstufigen Verstärkerzweigen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Anschlußpole (E und E') für die Steuerspannung jeweils mit einem Basisanschluß eines der Erststufen· transistoren (7¹I bzw. TY) verbunden sind und daß der Haltestrom über einen Widerstand (R 1 bzw. RV) zugeführt ist, der zwischen die Basis des leitend zu haltenden Ersistufentransistors (Tl bzw. TY) des einen Verstärkerzweiges und den Kollektor eines gleiche Phasenlage aufweisenden Transistors (Γ3 bzw. Γ3') des anderen Ver-Stärkerzweiges geschaltet ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung so ausgelegt ist, daß den Erststufentransistoren (Tl und Γ1') Basisströme eingeprägt sind, deren ao Stärke wesentlich größer ist, als es dem Verhältnis von Kollektorstrom zu Stromverstärkung entspricht.

4. Verstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestrom über einen as Widerstand (R 1 bzw. R Y) zugeführt ist, der zwischen die Basis des leitend zu haltenden Erststufentransistors (Tl bzw. TY) des einen Verstäirkerzweiges und den Kollektor des Drittstufentransistors (Γ3 bzw. Γ3') des anderen Verstärkerzweiges geschaltet ist, die in Emitterschaltung angeordnet sind.

5. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestrom den Erststufentransistoren (Γ1 und TY) beider Verstärkerzweige (1 und Y) zugeführt ist.

6. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kollektor und Basis des Zweistufentransistors (Tl bzw. T2') ein Kondensator (C 1 bzw. ClO g^ß- *° schaltet ist.

7. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Transistors (Tl bzw. Tl'; T3 bzw. Γ3') der letzten Stufe über einen Spannungsteiler (RS, R6 bzw. RS', R6'\ R2S, R16 bzw. RlS', R26') an den Kollektor der vorhergehenden Stufe (Tl bzw. TY; Tl bzw. TT) desselben Verstärkerzweiges

(1 bzw. 1') angeschlossen ist.

8. Verstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kollektoren des Drittstufentransistors (Γ3 bzw. T 3') oder des Erststufentransistors (Tl bzw. ΓΓ) wenigstens eines Verstärkerzweiges (1 bzw. Γ) ein Ladewiderstand (R 9 bzw. R 9') angeschlossen ist, dessen anderes Ende mit einem Pol eines einpolig

an Masse liegenden Kondensators (Cl bzw. CT) verbunden ist, und daß zwischen die Verbindung zwischen Ladewiderstand (R9 bzw. R9') und Kondensator (Cl bzw. CT) und die Basis des Brststufentransistors (Tl bzw. TY) desselben /enätärkerzweiges (1 bzw. 1') ein Rückführviderstand (R 8 bzw. Ä8') geschaltet ist.

9. Verstärker nach Anspruch 8, insbesondere nit einem integrierenden Stellglied, dadurch ge- ;ennzeichnet, daß in Reihe zum Ladewiderstand R9 bzw. R9') eine Diode(Dl bzw. Dl') gechaltet ist, daß dieser Reihenschaltung eine Reihenschaltung aus einem Entladewiderstam (AlO bzw. Ä10') und einer Diode (Dl bzw. DT parallel geschaltet ist und daß die beiden Dioder (Dl, D2 bzw. DY, DT) entgegengesetzt gepol angeordnet sind.

10. Verstärker nach Ansprüche oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Rückführwiderstand (R8 bzw. RV) und die Verbindung von Ladewiderstand (Λ9 bzw. R9') und Kondensator (C 2 bzw. C 2') ein als Impedanzwandler dienender Transistor (TS bzw. TS') geschaltet ist, derart, daß sein Emitter mit dem Rückführwiderstand (R 8 bzw. R 8'), seine Basis mit der Verbindung von Ladewiderstand (R9 bzw. R9') und Kondensator(C2 bzw. C2') und sein Kollektor mit dem die Kollektorspannung zuführenden, an die Speisespannung ( + U1) angeschlossenen Pol (P) der Verstärkerschaltung verbunden ist.

11. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Stsuerspannungsquelle (1) eine gleichstromgespeiste Brückenschaltung (RU, -R13, R14, R15) vorgesehen ist, die einen temperaturabhängigen Widerstand (R15) aufweist und deren Diagonalspannung als Steuerspannung verwendet ist, und daß die Speisespannungsquellen von Dreipunktregler-Verstärker und Steuerspannungsquelle voneinander galvanisch getrennt sind.

12. Verstärker nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Brückenschaltung und Anschlußpole (E und E') für die Steuerspannung ein Differenzverstärker (R 17, R17', R18, R19, T4, Γ 4') geschaltet ist.

13. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Kollektoren des Erststufen- bzw. bei drei- oder mehrstufigen Verstärkerzweigen des Drittstufentransistors jedes Verstärkerzweiges (1 bzw. 1'), die Stellausgänge (A bzw. A") des Verstärkers bilden, je ein Lastschaltglied (Tel bzw. TcY) angeschlossen ist.

14. Verstärker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Lastschaltglied ein steuerbarer Gleichrichter vorgesehen ist, dessen Steuerelektrode, gegebenenfalls über einen Widerstand, an dem jeweiligen Stellausgang angeschlossen ist.

15. Verstärker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Lastschaltglied eine in beiden Richtungen stromdurchlässige Zelle verwendet ist, deren Steuerelektrode, gegebenenfalls über einen Widerstand (All bzw. All'), an dem jeweiligen Stellausgang (A bzw. A') angeschlossen ist.

16. Verstärker nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als Lastschaltglied ein Relais (AL bzw. RL') verwendet ist, das, gegebenenfalls über einen Zwischenverstärker (R 34, R 35, TlQ, Cl bzw. Ä34', RZS', TW, CT), mit dem jeweiligen Stellausgang (A bzw. A') verbunden ist.

17. Verstärker nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastschaltglied mit einem als Stellglied dienenden reversierbaren Wechselstrommotor (13) verbunden ist, dessen seinen beiden Wicklungen gemeinsamer Anschluß an den einen Pol einer einpolig mit der Speisespannungsquelle verbundenen Wechselstromquelle geschaltet ist und bei dem

die freien Enden der beiden Wicklungen über je eines der beiden Lastschaltglieder (Tel bzw. Tel') mit dem anderen Pol verbindbar sind,

18. Verstärker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Transistoren von gleicher Polarität sind.

19. Verstärker nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltestrom über

einen Widerstand zugeführt ist, der zwische Basis des leitend zu haltenden Erststufen sistors(Tl bzw. TV) und den die Kollo spannung zuführenden Pol der Speisespan geschaltet ist.

20. Verstärker nach Anspruch 18, dadurcl kennzeichnet, daß jeweils zwei Stufen unmitt galvanisch gekoppelt sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen