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Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Anzeige
der in einem Regelkreis auftretenden Stellgröße, bei der der Regelkreis einen veränderbaren
Widerstand als Stellglied aufweist, der zur Steuerung der Verstärkung in einen Regelvierpol
eingeschaltet ist.
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Bei Regelschaltungen ist die Erfassung und Anzeige der auf den Regelvierpol
einwirkenden Stellgröße erforderlich, um den bestehenden Regelzustand zu erkennen
bzw. um Regelvorgänge zu überwachen.
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Ein derartiges Erfordernis ist insbesondere bei den auf dem Gebiet
der trägerfrequenten Nachrichtenübertragungstechnik verwendeten Pilotreglern gegeben.
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So lange mechanisch angetriebene Stellglieder, beispielsweise in
Form von Potentiometern, Verwendung finden, könnte eineAnzeige der Stellgröße leicht
durch eine Skalenscheibe und einen auf der Stellwerksachse montierten Zeiger vorgenommen
werden.
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Eine derartige Anzeige' hat- jedoch den Nachteil, daß der Ort der
Anzeige immer an den Einbauort des Stellgliedes gebunden ist. Eine zentrale Anzeige,
die in vielen Fällen erforderlich ist, ist damit unmöglich.
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Wenn ein Heißleiter als Stellglied dient, besteht die Möglichkeit,
dessen Heizstrom als ein Maß für die Stellgröße heranzuziehen. In dieser Art zu
verfahren ist jedoch äußerst problematisch, da der Heizstrom nur im stationären
Zustand ein Maß für die Stellgröße ist. Außerdem besteht der Nachteil, daß der Zusammenhang
von Heizstrom und Stellgröße nichtlinear ist und daß die nichtlineare Widerstandskennlinie
des Heißleiters exemplarischen Streuungen unterworfen ist. Die Messung des Heizstromes
führt also in keinem Fall zu einer verläßlichen Aussage über den bestehenden Heißleiterwiderstand.
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Noch schwieriger wird es, die Stellgröße'und damit die Verstärkung
zu erfassen, wenn man einen Feldeffekttransistor, dessen Quellen-Senkenelektrodenstrecke
in den Regelverstärker eingeschaltet ist, als Stellglied verwendet. Mißt man beispielsweise
die den Feldeffekttransistor steuernde Spannung, die ein Maß für die Stellgröße,
nämlich den Kanalwiderstand ist, so wirken sich einerseits die nichtlineare Verknüpfung
von Steuerspannung und Kanalwiderstand und andererseits exemplarische Streuungen
in den Kennlinien von Feldeffekttransistoren nachteilig aus. Da dieselbe Steuerspannung
bei verschiedenen Feldeffekttransistoren verschiedene Kanalwiderstände bewirkt,
ist eine derartige Messung zur Erfassung der Stellgröße somit ungeeignet.
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Wird ferner ein Metalloxyd-Feldeffekttransistor (MOSFET) über einen;-Kondensator
als Stellgrößenspeicher angesteuert, der bei abgeschalteter Regelung den bis zum
Zeitpunkt des Abschaltens vorherrschenden Regelzustand speichert, ist die Messung
der Steuerspannung - mit - dem zusätzlichen Nachteil verbunden, daß durch sie eine
stetige Entladung des Kondensators und damit eine Veränderung der Stellgröße, also
des Kanalwiderstandes, stattfindet.
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Des weiteren kann die den Feldeffekttransistor steuernde Spannung
auch unter Zwischenschaltung eines weiteren Feldeffekttransistors leistungslos gemessen
werden. Hierbei ergibt sich aber der Nachteil, daß wegen Unterschieden in den Kennlinien
der beiden verwendeten Feldeffekttransistoren Messungsungenauigkeiten entstehen.
Diese Meßungenauigkeiten sind durch spezielle Auswahl der verwendeten Feldeffekttransistoren,
z. B. durch punktweises Ausmessen deren Kennlinien verringerbar. In dieser Art
zu
verfahren, ist jedoch mit erheblichem Aufwand verbunden, der bei Serienfertigung
nicht vertretbar ist.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und eine exakte
Anzeige der Stellgröße und damit der Verstärkung auch ohne exemplarische Streuungen
gewährleistet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß einem ersten Vorschlag dadurch
gelöst, daß der veränderbare Widerstand zusätzlich an den Eingang eines Meßkreises
angeschaltet ist, daß der Eingang des Meßkreises und der Regelvierpol durch ein
Netzwerk voneinander entkoppelt sind, daß der Meßkreis eine Quelle konstanten Stromes
aufweist, die den veränderbaren Widerstand speist und daß der Meßkreis mit einem
Meßinstrument zur Erfassung des am veränderbaren Widerstand durch den konstanten
Strom hervorgerufenen Spannungsabfalles abgeschlossen ist.
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Gemäß einem zweiten Vorschlag wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß der veränderbare Widerstand zusätzlich an den Eingang eines Meßkreises angeschaltet
ist, daß der Eingang des Meßkreises und der Regelvierpol durch ein Netzwerk voneinander
entkoppelt sind, daß der Meßkreis eine Quelle konstanter Spannùng aufweist, die
den veränderbaren Widerstand speist, und daß der Meßkreis mit einem Meßinstrument
zur Erfassung des am veränderbaren Widerstand durch die konstante Spannung hervorgerufenen
Stromes abgeschlossen ist.
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Durch diese Maßnahmen erreicht man- den Vorteil, daß die Eigenschaften
des Stellgliedes nicht in die Anzeige der Stellgröße eingehen, da die Abfrage der
Stellgröße, also des jeweiligen Widerstandes, am Ausgang des Stellgliedes erfolgt.
Insbesondere wird der Einfluß nichtlinearer Zusammenhänge zwischen der das Stellglied
steuernden Spannung und dem jeweiligen Widerstand sowie der Einfluß exemplarischer
Streuungen in den Kennlinien verschiedener Stellglieder auf die Anzeige der Stellgröße
vermieden. Damit -wird der tatsächliche Wert der. Stellgröße erfaßt und am Meßinstrument
zur Anzeige gebracht.
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Der von der Quelle konstanten Stromes bzw. konstanter.Spannung gelieferte
Strom--kann sowohl ein Gleichstrom als auch ein Wechselstrom sein. In jedem Falle
ist der über das Stellglied fließende, von dieser Quelle gelieferte Strom so bemessen,
daß er den Widerstand des Stellgliedes ,nicht beeinträchtigt.
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Aus der Zeitschrift »Elektro-Technik« 48 (1966), H. 34, Beilage »Elektro-Automation«,
S. 53 und 54, insbesondere S. 53, Bild 1, ist eine Schaltungsanordnung bekannt,
die zur Leistungsllmformung, Leistungsmessung, Signalmischung und -zerhackung, Frequenzumformung
und analoge Modulation verwendbar ist. Diese Schaltung ist unter Verwendung von
auf magnetischer Basis arbeitenden Multiplikatoren aufgebaut, wodurcheine galvanische
Trennung von Lastkreisen und Steuerkreisen erreicht wird. Eine Anwendung dieser
an sich bekannten galvanischen Trennung bei Schaltungsanordnungen zur Anzeige von
Stellgrößen ist jedoch nicht aus dieser Literaturstelle entnehmbar.
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Als Stellglied findet bevorzugt ein Feldeffekttransistor Verwendung,
dessen Quellen-Senkenelektrodenstrecke in den Regelvierpol eingeschaltet ist und
zusätzlich an den Eingangsklemmen des Meßkreises liegt, wobei der Regelvierpol und
der Eingang des
Meßkreises durch ein Netzwerk voneinander entkoppelt
sind.
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Bei der Verwendung eines Feldeffekttransistors als Stellglied stellt
der Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors die Stellgröße dar. Der zu seiner
Ermittlung über die Senken-Quellenelektrodenstrecke von der Quelle konstanter Spannung
bzw. konstanten Stromes geschickte Strom ist dabei so klein bemessen, daß er die
günstigen Klirreigenschaften des Feldeffekttransistors nicht wesentlich beeinflußt.
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Ferner kann als Stellglied auch ein temperaturabhängiger Widerstand,
wie z. B. ein Heißleiter oder ein Kaltleiter, Verwendung finden, dessen jeweiliger
Widerstand die Stellgröße darstellt. Der über den .temperaturabhängigen Widerstand
geschickte Strom ist dann so klein gewählt, daß die Stellgröße, also der Wert des
Widerstandes, durch ihn nicht beein--fiußt wird.
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Ebenso kann das Stellglied ein temperaturabhänzeiger Widerstand oder
ein Feldeffekttransistor sein, dem ein weiterer Feldeffekttransistor, beispielsweise
ein Metalloxydfeldeffekttransistor, vorgeschaltet ist.
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Diese Lösung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die an das Stellglied
gelieferte Regelabweichung von einer hochohmigen Quelle stammt, die nicht geeignet
ist, den temperaturabhängigen Widerstand auszusteuern. Entsprechendes gilt, wenn
die Regelabwei-.chung durch einen dem weiteren Feldeffekttransistor -vorgeschalteten,
als Speicher dienenden Kondensator über längere Zeit aufrechterhalten werden soll,
was z. B. bei abgeschalteter Regelung der Fall ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß ein ohmscher
Widerstand zu den Eingangs klemmen des Meßinstrumentes parallel geschaltet ist.
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Durch die Wahl der Größe dieses Widerstandes ist der durch das Meßinstrument
fließende Anzeigestrom beeinflußbar. Insbesondere ergibt sich der Vorteil, daß bei
geeigneter Dimensionierung des Widerstandes die durch den Regelvierpol bedingte
Nichtlinearität in der Abhängigkeit der Verstärkung von der Stellgröße, beispielsweise
vom Kanalwiderstand des Feldeffekttransistors, mit einer entgegengesetzt gleichen
Nichtlinearität in der Abhängigkeit des dem Meßinstrument zugeführten Stromes von
der Stellgröße ausgleichbar ist. Der Zusammenhang zwischen der Verstärkung und dem
durch das Meßinstrument fließenden Strom ist dann weitgehend linear. Neben einer
linearen Anzeige der Verstärkung im logarithmischen Maß, z. B. in Np oder db, kann
aber auch eine lineare Anzeige der Verstärkung im absoluten Maß oder eine exponentielle
Anzeige der Verstärkung im logarithmischen Maß vorteilhaft sein. Diese Arten der
Anzeige sind, wie später an Hand der Zeichnungen gezeigt wird, durch spezielle Bemessung
des den Eingangsklemmen des Meßinstrumentes parallelgeschalteten ohmschen Widerstandes
realisierbar.
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Ebenso sind die genannten Anzeigearten aber auch durch die Bemessung
des Eingangswiderstandes des Meßinstrumentes realisierbar. Für diese Bemessung gelten
dann die gleichen Bedingungen wie für die-Bemessung des zu den Eingangsklemmen des
Meßinstrumentes parallelgeschalteten ohmschen Widerstand, der in diesem'Fall nicht
erforderlich ist.
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Eine weitere Ausgestaltung der'Erfindung besteht darin, daß mindestens
eine der Zuleitungen zu den Eingangsklemmen des Meßinstrumentes mit einem Schalter
unterbrechbar ist. Diese Maßnahme ist insbesondere dann vorteilhaft, weim das-Meßinstrument
zentral
angeordnet ist und für die Anzeige der Stell, größen mehrerer voneinander getrennten
Regelkreise verwendet wird. Die Unterbrechung der Zuleitungen zum Meßinstrument
kann beispielsweise durch eine .Taste oder einen Drehschalter erfolgen. Der Meßstrom
fließt dann nur für die Dauer des Meßvorganges beispielsweise über die Quellen-Senkenelektrodenstrecke
des dem jeweiligen Regelkreis als Stellglied zugehörigen Feldeffekttransistors.
Die geringfügige Beeinträchtigung der Linearität des Kanalwiderstandes durch den
Meßstrom währt dann nur für die relativ kurze Meßzeit.
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Ferner kann vorzugsweise vorgesehen sein, daß dem Meßinstrument ein
Meßverstärker vorgeschaltet ist.
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Diese Lösung ist vor allem dann vorteilhaft, wenn die elektrischen
Daten des Meßinstrumentes nicht so gewählt werden können, daß die Beeinträchtigung
der Linearität des Kanalwiderstandes des Feldeffekttransistors oder des als Stellglied
dienenden tempern turabhängigen Widerstandes durch den Meßstrom innerhalb zulässiger
Grenzen bleibt, wenn also - für das Meßinstrument ein zu großer Meßstrom erforderlich
wäre. Ein derartiger Fall kann dann eintreten, wenn ein zentrales Meßinstrument
verwendet wird, das zusätzlich noch-zu anderweitigen Messungen herangezogen wird.
Bei Pilotreglem der Trägerfrequenztechnik kann es sich hierbei beispielsweise um
die Messung der Pilotgleichspannung am Pilotempfänger ausgang handeln. Durch die
Verwendung eines dem Meßinsrument vorgeschalteten- Meßverstärkers kann jedoch der
über die- Quellen-Senkenelektrodenstrecke des Feldeffekttransistors oder der über
den temperaturabhängigen Widerstand fließende Strom, unabhängig vom Strombedarf
des Meßinstruments, so klein gehalten werden, daß die Linearität des Kanalwiderstandes
bzw. der Wert des temperaturabhängigen Widerstandes praktisch nicht beeinflußt wird.
Dieser äußerst kleine Strom wird dann durch den Meßverstärker auf den für die Anzeige
notwendigen Wert und auf die richtige Polarität gebracht. Für den Fall, daß die
Quelle konstanten Stromes bzw. konstanter Spannung einen Gleichstrom liefert,-findet
als Meßverstärker ein Differenzverstärker Verwendung.
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Ferner ist gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung vorgesehen, daß
ein ohmscher Widerstand zu den Eingangsklemmen des Meßverstärkers parallel geschaltet
ist. Durch diese Maßnahme ist die Mög-, lichkeit -gegeben, die Anzeigecharakteristik
des dem Meßverstärker nachgeschalteten Meßinstrumentes zu beeinflussen. Insbesondere
ist bei geeigneter Dimensionierung des Widerstandes eine lineare Anzeige der Verstärkung
im logarithmischen Maßstab, eine lineare Anzeige der Verstärkung im absoluten Maßstab
oder eine exponentielle Anzeige der Verstärkung im-logarithmischen Maßstab realisierbar.
Im einzelnen wird dies beider näheren Erläuterung der Erfindung an Hand der Zeichnungen
dargelegt.
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Ebenso können derartige Anzeigecharakteristiken aber -auch durch
die-Bemessung des Eingangswiderstandes- des Meßverstärkers realisiert werden. Der
Eingangswiderstand wird dabei nach den gleichen Be dingungen bemessen,' wie der
zu- den Eingangsklem-.
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men des Meßverstärkers parallelgeschaltete Widerstand,-der in diesem
Fall nicht erforderlich ist.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann
vorgesehen sein, -daß das entkoppelnde Netzwerk eine aus einer Spyleg un
einem
Kondensator gebildete Weiche -ist. Die Ausbildung des entkoppelnden Netzwerkes als
LC-Weiche ist vor allem dann vorteilhaft, wenn der über die Quellen-Senkenelektrodenstrecke
des Feldeffekttransistors bzw. über den temperaturabhängigen Widerstand fließende
Meßstrom ein Gleichstrom ist. Die Spule dieser LC-Weiche ist dann mit der Quelle
konstanter Spannung bzw. konstanten Stromes so in Serie geschaltet, daß ein Eindringen
des über die Quellen-Senkenelektrode des Feldeffekttransistors bzw. über den temperaturabhängigen
Widerstand fließenden hochfrequenten Nutzsignals, des Übertragungsbandes, in den
Meßkreis vermieden wird. Der Kondensator der LC-Weiche, der für das hochfrequente
Nutzsignal durchlässig ist, blockt den Meßgleichstrom vom Regelvierpol ab; Wählt
man als Meßstrom jedoch einen Wechselstrom, so wird das -entkoppelnde Netzwerk aus
geeigneten Filtern aufgebaut, die das hochfrequente-Nutzsignal und den Meßstrom
voneinander trennen.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Im einzelnen zeigt F i g. 1 ein Prinzipschaltbild
einer - Schaltungsaüordnung nach der - Erfindung mit einem Feldeffekttransistor
als Stellglied, einem Meßkreis, der eine Konstantspannungsquelle und ein Meßinstrument
zur Erfassung des durch die Konstantspannungsquelle hervorgerufenen Stromes--aufweist,
Fi g. 2 ein Prinzipschaltbild einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem
Feldeffekttransistor als Stellglied, einem Meßkreis, der eine Konstantstromquelle,
einen Meßverstärker und ein dem Meßverstärker-nachgeschal-tetes Meßinstrument zur
Erfassung des durch- die Konstantstromquelle an der Quellen-Senkenelektrode- des
- Feldeffekttransi, stors hervorgerufenen Spannungsabfalles aufweist, F i g. 3 eine
mit Einzelbauelementen aufgebaute Schaltungsanordnung des -in Fi-g. 2 gezeigten
Prinzipschaltbildes und Fig. 4 ein Diagramm; das den 2;usamme3ihang zwischen-der-
Verstärkung--des ~Regelvie-rpols und dein durch das Meßinstruliient-íließenden Meßstrom
wiedergibt; wobeipdie Nichtlinearität in der Abhångigkeit der Verstärkung vom W-iderstarid
des Stellgliedes, beispielsweise, vom Kanalwiderstand - eines Felffieffekitransitors,-
oder vom Widerstand eines als Stellglied dienenden Heiß--bzw. Kaltleiters durch
eirien zu den Eingangsklemmen des~ Meßinstrumentes oder des Meßverstärkers parallelgeschalteten
Widerstand ausgeglichen ist.
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In Fig. 1 und 2 ist ein Regelvierpol RV mit -der.
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'Verstärkung s in eine Nachrichtenübertragungsstreckel, 2 eingeschaltet.
Ein mit dem Pilotsignal versehenes Nutzsignal, beispielsweise e'in trägerfrequentes
Übertragungsband, wird von, 1 nach 2 ,übertragen. Das Pilotsignal, das den Istwert
für die Regelung des Pegels des Nutzsignals darstellt, wird am Punkt 2 mittels einer
Weiche - vom - Nutzsignal getrennt, daraufhin gleichgerichtet, geglättet, verstärkt
und mit einem Sollwert verglichen. Die- sich aus diesem Vergleich ergebende Differenz
stellt die Regelabweichung dar und wird den Eingangsklemmen 3, 4 des als Stellglied
dienenden Feldeffekttransistors als Steuerspannung Us zugeführt. Die Schaltungsanordnung
zur Gewinnung der Steuerspannung Us -aus dem Pilotsignal ist, weil nicht unmittelbar
zum Ve"r-' ständnis der Erfindung erforderlich, nicht in der
Zeichnungen dargestellt.
Die Quellen-Senkenelektrodenstrecke des Feldeffekttransistors F ist beispielsweise
in den Gegenkopplungszweig des Regelvierpols RV eingeschaltet, der Kanalwiderstand
r des Feldeffekttransistors stellt die Stellgröße dar.
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In Fig. 1 ist an die Quellen-Senkenelektrodenstrecke des Feldeffekttransistors
F zusätzlich ein Meßkreis angeschaltet, der eine die konstante Gleichspannung U0
liefernde Quelle Q 1 und ein Meßinstrument M enthält. Das Meßinstrument ist beispielsweise
ein Drehspulinstrument. Der Regelvierpol RV und der Meßkreis sind durch einen KondensatorC
und eine Spule L voneinander entkoppelt. Die Spule L verhindert ein Eindringen des
über die Quellen-Senkenelektrodenstrecke geführten hochfrequenten Nutzsignals in
den Meßkreis, der Kondensator C sperrt die Gleichspannung U0 für den Regelvierpol
RV. Ist der Schalter S1 zum Zweck der Messung geschlossen, so fließt im Meßkreis
ein Gleichstrom iM, dessen Größe sich nach dem Kanalwiderstand r, also nach der
Stellgröße richtet. Dieser GleichstromiM bzw. die Spannung U0 ist dabei so klein
gehalten, daß der symmetrische Betrieb des Feldeffekttransistors und damit die günstigen
Klirreigenschaften der Quellen-Senkenelektrodenstrecke nicht wesentlich beeinträchtigt
werden. Je größer der Kanalwiderstand r wird, desto kleiner werden der Strom iM
und zugleich auch die Verstärkung s des Regelvierpols RV. Die am Meßinstrument auftretende
Anzeige, die-dem durch das Meßinstrument fließenden Anzeigestrom iMS proportional
ist, ist jedoch wegen der nichtlinearen Abhängigkeit der Verstärkung s vom Kanalwiderstand
r und wegen der nichtlinearen Abhängigkeit des Anzeigestromes iM5 vom Kanalwiderstand
r nichtlinear. Der durch das Meßinstrument M fließende Anzeigestrom iMS ist jedoch
durch die Parallelschaltung des Widerstandes R zum Meßinstrument beeinflußbar. Damit
ist auch die -Anzeigecharakteristik des Meßinstrumentes beeinfiußbar.
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Im folgenden werden Bemessungsregeln für den Widerstand R gegeben,
die der Verwirklichung spezieller Arten der Anzeige der Verstärkung s dienen.
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Hierzu werden einige Abkürzungen eingeführt.
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-rl = Kanalwiderstand für maximale Verstärkung r2 = Kanalwiderstand
für mittlere Verstärkung r3 = Kanalwiderstand für minimale Verstärkung Hierbei ist
r3>r2>r1, ferner ist al= und a3 = r3 .
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r2 r2 Mit rMl ist in Hinblick auf Fig. 1 derjenige Widerstand bezeichnet,
der sich aus der Parallelschaltung des Widerstandes R mit dem Widerstand RM des
Meßinstrumentes M ergibt, also -R # RM rM1-R+RM Hinsichtlich F i g. 2 bzw. 3 ist
rM2 der Widerstand, der sich aus der Parallelschaltung des Widerstandes-R mit dem
Eingangswiderstand Ro des dem Meßinstrumeint
vorgeschalteten Differenzverstärkers
ergibt, also R RD rM2 = .
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RD+R Ist beispielsweise eine lineare Anzeige der im logarithmischen
Maßstab auf der Skala des Meßinstrumentes M aufgetragenen Verstärkung s gewünscht,
die für eine Ablesung immer am vorteilhaftesten ist, so wird der Widerstand R so
bemessen, daß für den aus der Parallelschaltung des Meßinstrumentes M und dem Widerstand
R resultierenden Gesamtwiderstand rM1 gilt: a1 + a3-2a1a3 rM1 r2 . (1) alf a3 -2-Dabei
gilt als Bedingung: r2 > -Ist eine exponentielle Anzeige der im logarithmischen
Maßstab angegebenen Verstärkung s gewünscht, was in der Nachrichtentechnik bei fast
allen Anzeigegeräten gegeben und auch üblich ist, z. B.
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bei den in vielen Fällen zentral angeordneten Meßinstrumenten zur
abtastenden Pegelmessung vieler gleichartiger Pilotsignale, so ist die dafür vorgesehene
Instrumentçnskala-zugleich auch für die Anzeige der Verstärkung s benutzbar. Für
den Widerstand rM1 gilt in diesem Fall: rM1 = r2 1-a1a3 . (2) al + a32 Dabei gilt
als Bedingung; r2 r1 2 r3 # # 2 .
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r3 r2 r2 In Fig.2 ist an die Quellen-Senkenelektrodenstrecke des
Feldeffekttransistors F neben dem Regelvierpol RV zusätzlich ein Meßkreis angeschaltet,
der eine den konstanten Strom, liefernde Quelle Q2 und einen dem Meßinstrument M
vorgeschalteten Differenzverstärker 1) enthält. Der Regelvierpol RV und der Meßkreis
sind auch in diesem Falle, wie in F i g. 1, durch eine aus einer Spule L und einem
Kondensator C gebildeten Weiche voneinander entkoppelt. Durch die Verwendung des
Differenzverstärkers D kann der über die Senken-Quellenelektrode des Feldeffekttransistors
fließende Strom, der an dieser Strecke einen dem Kanalwiderstand r proportionalen
Spannungsabfall UM hervorruft, sich mit dem Kanalwiderstand r mitändert und letztlich
ein Maß für die Verstärkung s ist, wesentlich kleiner gehalten werden als in Fig.
1. Hieraus ergibt sich der Vorteil, daß einerseits die Linearität des Kanalwiderstandes
durch diesen Strom praktisch nicht mehr beeinflußt wird und daß andererseits durch
die entkoppelnde Wirkung des Differenzverstärkers D völlige Freizügigkeit in der
Wahl des Meßinstrumentes M besteht. Letzteres ist insbesondere dann vorteilhaft,
wenn beim Meßinstrument M wegen zusätzlicher
anderweitiger Verwendung eine auf den
vorliegenden Aawendungsfall ausgerichtete Festlegung dessert elektrischer Daten
nicht möglich ist. Wird das Meßinstrument M in der Schaltungsanordnung nach Fig.
2 für andere Messungen herangezogen, so wird der SchalterS2 geöffnet, und die Eingangsklemmen
des Meßinstrumentes M werden an die für die neue Messung maßgebenden Meßpunkte gelegt.
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Die Charakteristik der Anzeige der Verstärkung s.
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am Meßinstrument M wird in F i g. 2 durch die Bemessung des zu den
Eingangsklemmen des I)ifferenzverstärkers parallelgeschalteten Widerstandes R beeinfluß
Ist beispielsweise eine lineare Anzeige der Verstärkungs im logarithmischen Maßstab
gewünscht, so gilt unter Berücksichtigung der bereits definierten Abkürzungen für
die Bemessung des Widerstandes rM2: a1 + a3 - 2a1a4 (3) rM2 = r2 . (3) a1 + a3 -
2 Dabei gilt als Bedingung: r3 - r2#r2 - r1.
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Für eine lineare Anzeige der Verstärkung s im absoluten Maßstab.
oder eine exponentielle Anzeige der Verstärkungs im logarithmischen Maßstab gilt
für die Bemessung des Widerstandes. rM2: a1 + a3 - 2a1a3 rM2=r2 a1a3 - 1 . (4) Dabei
gilt als Bedingung; ra r2.
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# .
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r2 r1 In F i g. 3 ist eine mit Einzelbauelementen aufgebaute Schaltungs-a-nordnung
gemäß des in F i g. 2 gezeigten Prinzipschaltbildes dargestellt. Der als Stellglied
dienende Feldeffekttransistor F ist mit seiner Quellen-Senkenelektrodenstrecke in
den (iegenkopp-Iungszweig des Regelvierpols RV eingeschaltet. Der vor der Steuerspannung
Us gesteuerte Kanalwiderstand r ist die Stellgröße. Zur Erfassung des Kanalwiderstandes
r ist an die Quellen-Senkenelektrodenstrecke des Feldeffekttransistors F ein Meßkreis
angeschaltet, der eine Quelle konstanten Stromes, einen mit den Transistoren T1,
T2 aufgebauten Differenzverstärker und ein Meßinstrument M enthält. Der konstante
Strom, wird aus der Versorgungsspannung UB hergeleitet und im wesentlichen durch
den Widerstand R 1 eingeprägt. Dieser Gleichstrom J0 ruft im Kanalwiderstand r einen
diesem Widerstand proportionalen Spannungsabfall UM hervor, der sich mit dem Kanalwiderstand
mitändert und ein Maß für die Verstärkung s des Regelvierpols RV ist. Der Spannungsabfall
UM steuert den mit den Transistoren Tl, T2 aufgebauten Differenzverstärker. Der
Gegenkopplungszweig des Regelvierpols RV und der Eingang des Differenzverstärkers
sind durch eine LC-Weiche voneinander entkoppelt. Die Spule L hält das über den
Gegenkopplungszweig des Regelverstärkers RV fließende hochfrequente Nutzsignal vom
Eingang
des Differenzverstärkers fern, der Kondensator C verhindert
ein Eindringen des über die Quellen-Senkenelektrodenstrecke des Feldeffekttransistors
geschickten, konstanten Gleichstromes in den Regelvierpol RV. Der Kondensator C1
bewirkt hinsichtlich Wechselstrom eine niederohmige Verbindung der Senkenelektrode
des Feldeffekttransistors F mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung UB. Der
Widerstand R dient für den Kanalwiderstandr des Feldeffekttransistors F als Nebenschlußwiderstand,
und zwar wegen der das hochfrequente Nutzsignal sperrenden SpuleL nur für den durch
den Widerstand R 1 eingeprägten Gleichstrom J0. Bemißt man den Widerstand rM2 durch
Wahl des Widerstandes R gemäß den Formeln (3), (4), wobei zusätzlich die bei der
näheren Erläuterung dieser Formeln gestellten Bedingungen erfüllt werden, erhält
man entweder eine lineare Anzeige der Verstärkung s im logarithmischen Maßstab oder
eine lineare Anzeige der Verstärkung im absoluten Maßstab bzw. eine exponentielle
Anzeige der Verstärkung im logarithmischen Maßstab. Bemißt man rM2 beispielsweise
nach Formel (3), so ist, wie Fig. 4-zeigt, der Zusammenhang zwischen der in Neper
(Np) aufgetragenen Regelverstärkung s und dem in Mikroampere (A) aufgetragenen Anzeigestrom
iMS des Meßinstrumentes M linear. Die Anzeige in Skalenteilen (Skt.) ist'durch die
Wahl des - Meßinstrumentes, das - beispielsweise ein Drehspulinstrument ist, dem
durch das Meßinstrument M fließenden Anzeigestrom MS' proportional.
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Ferner ist in F i g. 3 zwischen dem Ausgang des Differenzverstärkers
-und dem Meßinstrument M ein Schalter S3 und eine Verzweigung V eingefügt. Über
die Verzweigung V ist das Meßinstrument M beispielsweise mit anderen Schaltungsanordnungen
der in F i g. 3 gezeigten Art verbunden. Soll:bei:einer-dieser nicht dargestellten
Schaltungsanordnungen eine Messung vorgenommen werden, so wird der Schalter S3 geöffnet
und bei dieser anderen Schaltungsanordnung ein dem Schalter S3 entsprechender Schalter
geschlossen.
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Patentansprüche:: 1. Schaltungsanordnung zur Anzeige der in êinbm
-Regelkreis auftretenden Stellgröße, bei der der- Regelkreis einen veränderbaren
Widerstand als Stellglied -aufweist, der zur Steuerung der Verstärkung in einen
Regelvierpol eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand
zusätzlich an den Eingang eines Meßkreises angeschaltet ist, daß der Eingang des
Meßkreises und der Regelvierpol durch
ein Netzwerk voneinander entkoppelt sind, dàß
der Meßkreis eine Quelle konstanten Stromes aufweist, die den veränderbaren Widerstand
speist, und daß der Meßkreis mit einem Meßinstrument zur Erfassung des am veränderbaren
Widerstand durch den konstanten Strom hervorgerufenen Spannungsabfalles abgeschlossen
ist.
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2. Schaltungsanordnung zur Anzeige der in einem Regelkreis auftretenden
Stellgröße, bei der der Regelkreis einen veränderbaren Widerstand als Stellglied
aufweist, der zur Steuerung der Verstärkung in einen Regelvierpol eingeschaltet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß der veränderbare Widerstand zusätzlich an den Eingang
eines.
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Meßkreises angeschaltet ist, daß der Eingang des Meßkreises und der
Regelvierpol durch ein Netzwerk voneinander entkoppelt sind, daß der Meßkreis eine
Quelle konstanter Spannung aufweist, die den veränderbaren Widerstand speist, und
daß^ der Meßkreis mit einem Meßinstrument zur Erfassung des am veränderbaren Widerstand
durch die konstante Spannung hervorgerufenen Stromesabgeschlossen ist.
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3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet
daß der als Stellglied dienende veränderbare Widerstand ein Feldeffekttransistor
ist.
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4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der als Stellglied dienende veränderbare Widerstand ein temperaturabhängiger
Widerstand-ist, dem ein Beldeffekttransistor vorgeschaltet ist. -5. Schaltungsanordnung
nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß -ein ohmscher Widerstand
zu den Eingangsklemmen des Meßinstrumentes parallel geschaltet ist.
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6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß mindestens eine der Zuleitungen zu den-Eingangsklemmen des Meßinstrumentes
mit einem Schaltet unterbrechbar ist.
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7. Schaltungsanordnung nach.einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß dem Meßinstrument ein Meßverstärker ,vorgeschaltet ist.
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8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, da durch gekennzeichnet,
daß ein ohmscher Widerstand zu den Eingangsklemmen des Meßverstär kers parallel
geschaltet ist.