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Klasse-B-Gegentakt-Endverstärker für Servokreise an kreiselstabilisierten
Plattformen Die Erfindung betrifft einen Klasse-3-Gegentakt-Endverstärker für Servokreise
se an kreiselstabilisierten Plattformen.
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Die Stabilisierung von Kreisel-Plattformen erfolgt durchweg durch
Servokreise, in denen Kreisel als Meßfühler verwendet werden.
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Die Kreiselabgriffsignale steuern nach entsprechender Verarbeitung
in der Plattformelektronik Servomotoren an, welche die an den Plattformrahmen wirkenden
Störomente kompensieren.
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Eür die Größe der Plattformelektronik, der auftretenden Verlustwärme
und der Leistungsaufnahme spielen die Endverstärker zur Ansteuerung der Servomotore
eine entscheidende Rolle, da alle anderen elektronischen Schaltkreise bei niederen
Leistungspegeln arbeiten und entsprechend miniaturisiert werden können.
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Wichtig für die Dimensionierung der Endverstärker für die Plattform-Servokreise
ist die Tatsache, daß die Endverstärker für hohe Motormomente ausgelegt werden müssen,
da unter verschiedenen Umweltbedingungen (Linearbeschleunigung) (Vibration) große
Störmomente
auftreten können. Diese hohen Motormomente werden jedoch nur für sehr kurze Zeit
gebraucht. Während des allergrößten Teils der Betriebsseit ist das aufzubringende
Motormoment etwa um eine Größenordnung kleiner. Anders ausgedrückt bedeutet dies,
daß der Eniverstärker nur während ganz kurzer Zeit vollausgesteuert und während
des größten Teils seiner Betriebszeit nur schwach ausgesteuert ist.
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Im allgemeinen werden mit Rücksicht auf die Forderung eines hohen
Wirkungsgrads für diese Endverstärker aperiodische Klasse-B-Endverstärker in Gegentaktbetrieb
verwendet, die bekanntermaßen den besten Wirkungsgrad haben. Klasse-C-Endverstärker
können wegen der geforderten Breitbandigkeit nicht verwendet werden.
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Der Wirkungsgrad 4 des Klaßse-B-Endverstärkers, d.h. das Verhältnis
der an den Verbraucher abgegebenen Wechselstromleistung N~ zu der vom Netzgerät
aufgenommenen Gleichstromleistung N= errechnet sich zu
mit Ra = LastwiderstandvRiL = Leistungsinnenwiderstand des ransistors, q = relativer
Aussteuerungsfaktor, wobei 0 ( q C1 k = Borxfaktor, abhängig von der Kurvenform
der Aussteuerspannung (k = # für sinusförmige Aussteuerspannung, k = 1 für Gleichspan-4
nung), Man erkennt hieraus, daß der Wirkungsgrad bei dem bekannten Klasse-B-Endverstärker
linear mit der relativen Aussteuerung ansteigt. Das bedeutet, daß die Endverstärker
der Plattformservokreise während des größten Teils der Zeit wegen der geringen relativen
Aussteuerung mit schlechtem Wirkungsgrad arbeiten. Ein schlechter Wirkungsgrad bedeutet
große Leistungsaufnahme aus
dem Netzgerät und große Verlustleistung
im Endverstärker, was eine entsprechende Kühlfläche erfordert. Nur bei den kurzzeitig
auftretenden, größeren Störungen wird der Wirkungsgrad der Verstärker gut. Bei einer
praktisch auagefYihrten Kreiselplattform ergaben sich folgende Werte: Motormoment
200 pcm 2 000 pcm Motorleistung 0,5 W 50 W Verlustleistung in einem 5,0 W 15 W Endverstärker
Dabei entspricht dem stationären Fall das Motormoment von 200 pcm, das dauernd aufzubringen
ist, und der Wert 2 000 pcm dem Spitzenmoment, das nur kurzzeitig aufgebracht werden
muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elasse-B-Gegentakt-3ndverstärker
für Servokreise an kreiselstabilisierten Plattformen zu schaffen, der einerseits
in der Lage ist, über den Servomotor auch große Momente kurzzeitig auf die Plattform
aufzubringen, der aber andererseits auch im Normalbetrieb einen guten Wirkungsgrad
besitzt.
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Erfindungsgenäß wird das dadurch erreicht, daß die Verstärkerbetriebsspannung
in Abhängigkeit von der Verstärker-Aussteuerspannung derart automatisch regelbar
ist, daß stete eine große relative Aussteuerung des Verstärkers aufrechterhalten
bleibt.
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Es wird bei der Erfindung also durch Veränderung der Verstärkerbetriebsspannung
dafür gesorgt, daß bei allen Verstärker-Aussteuerspannungen der relative Ausstsuerungsfaktor
relativ groß gehalten wird, wodurch sich nach der oben angegebenen Formel ein größerer
Wirkungsgrad ergibt.
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Die Erfindung kann dadurch verwirklicht werden, daß die Verstärkerbetriebaspannung
swischen zwei Werten umschaltbar ist und daß ein von der Verstärkerausgangsspannung
beaufschlagter Spannungssensor vorgesehen ist, der eine Umschaltung auf eine erhöhte
Verstärkerbetriebsspannung auslöst, wenn die Verstärkerausgangsspannung einen vorgegebenen
Grenzwert überschreitet. Es wird dann im Normalbetrieb mit einer relativ geringen
Verstärkerbetriebsspannung gearbeitet. Wenn das Eingangssignal des Verstärkers jedoch
ein gewisses Maß überschreitet, und eine hohe Ausgangsleistung verlangt wird, dann
erfolgt über den Spannungssensor automatisch eine Umschaltung auf eine erhöhte Verstärkerbetriebsspannung.
In beiden Fällen ist der Faktor q in der vorgenannten Formel relativ groß.
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Statt einer Umschaltung zwischen zwei Werten kann natürlich auch eine
Umschaltung in mehreren Stufen in Abhängigkeit von der Verstärkerausgangsspannung
erfolgen. Es könntauch die Höheder Versorgungsspannung der Verstärker kontinuierlich
in Abhängigkeit von der jeweiligen Aussteuerungsspannung so geregelt werden, daß
der Verstärker stets voll ausgesteuert ist. Dieses Verfahren liefert die besten
Ergebnisse, erfordert jedoch einen höheren Aufwand, da die Regelung des Netzgerätes
für alle RäEmenkreise getrennt erfolgen muß und daher bei einer P-lattform mehrere
Netzgeräte erforderlich wären. Statt der Steuerung in Abhängigkeit von der Verstärkerausgangsspannung
könnte die Steuerung auch in Abhängigkeit von einer anderen, däzu proportionalen
Spannung, z.B. der Ausgangsspannung eines Vorverstärkers, erfolgen.
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Ein Aus führungsbeispi ei der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme
auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert, die eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
zeigt. Der Klasse-B-Gegentakt-Endverstärker ist mit 10 bezeichnet, er speist einen
Motor M.
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Die Verstärkerausgangsspannung wird gleichzeitig auf einen Spannungssensor
12 gegeben. Für die Versorgungsspannung sind zwei Anschlüsse vorgesehen: An einem
Anschluß liegt eine Betriebsspannung U1 von beispielsweise 36 Volt, während an einem
anderen Anschluß eine geringere Betriebsspannung U2 von beispielsweise 12 Volt liegt.
Durch einen elektronischen Umschalter 14 kann wahlweise die Spannung Ul oder die
Spannung U2 als Verstärkerbetriebsspannung auf den Verstärker 10 aufgeschaltet werden.
Der elektronische Umschalter ist von dem Spannungssensor 12 steuerbar und zwar derart,
daß bei Überschreiten einer bestimmten Verstärkerausgangsspannung am Verstärker
10 eine Umschaltung von der Verstärkerbetriebsspannung U2 auf die höhere Verstärkerbetriebsspannung
Ul erfolgt.
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Im Normalbetrieb arbeitet der Verstärker 10 mit der Betriebsspannung
U2. Wenn kurzzeitig durch das am Verstärker 10 anliegende Eingangs signal hohe Momente
an dem Motor M verlangt werden, dann schaltet der Spannungseensor 12 die 3etriebespannung
auf den höheren Wert Ul um.
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Es wird hierdurch sichergestellt, daß sowohl im Normalbetrieb als
auch in den kurzen Zeitperioden, in denen hohe Momente an dem Motor M verlangt werden,
der Verstärker 10 mit einem hohen relativen Aussteuerungsfaktor und damit mit einem
guten Wirkungagrad arbeitet.