DE2114814A1

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Publication number: DE2114814A1
Application number: DE19712114814
Authority: DE
Original assignee: Digital Apparatus Corp
Current assignee: Digital Apparatus Corp
Priority date: 1970-03-27
Filing date: 1971-03-26
Publication date: 1971-10-21
Also published as: GB1347371A; GB1347372A; US3605002A; FR2083627B1; FR2083627A1

Description

Patentanwälte
Or. Ing. Waltor Abite ²6. März 1971

Or. Dislor F. Morf . ^{25 26i}

D:. Hans-A. B τ· υ ^s

B München36. Pienzanauerstr.28

DIGITAL APPARATUS CORPORATION Huntington Station, N. Y., V. St. A.

Präzisionsleistungsquelle zur Erzeugung einer Spannung mit hoher Genauigkeit

Die Erfindung betrifft eine Leistungsquelle, welche einen weiten Bereich von Gleichspannungen mit sehr hoher Genauigkeit erzeugen kann, und insbesondere eine Leistungsquelle, in welcher eine Impulsmodulation in einem Spannungsregelkreis verwendet wird.

Es sind zwar Leistungsquellen mit hoher Genauigkeit bekannt, jedoch wiesen diese eine Reihe von Schwierigkeiten und Nachteilen auf. Ein Nachteil bestand in den hohen Kosten und der Kompliziertheit solcher Einrichtungen, die zur Erzeugung von Spannungen mit hoher Genauigkeit geeignet waren. Eine weitere Schwierigkeit bestand in dem inhärenten Fehlen einer Stabilität der Leistungsquelle und der Neigung, Drift und Ausgangsänderungen abhängig von der Zeit aufzuweisen. Die vorliegende Erfindung bezweckt, die vorausgehend genannten

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sowie andere Schwierigkeiten und Nachteile bekannter Stromversorgungseinrichtungen zu vermeiden und gleichzeitig eine verlässlichere, einfachere weniger kostspielige und leichter zu bedienende, mit hoher Genauigkeit arbeitende Vorrichtung zu schaffen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung verbraucht weniger Leistung als bekannte, mit hoher Genauigkeit arbeitende Leistungsquellen und ist kleiner und leichter.

Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung verwendet die Vorrichtung eine Pulsbreitenmodulation in einem Spannungsregelkreis. Dabei wird eine geregelte Gleichspannung erhalten, indem ein aus gangs abhängiger Impulszug veränderlicher Breite einer gegebenen Polarität einem Hilterkreis zugeführt wird, wodurch ein Gleichstromausgang erhalten wird, -welcher der Durchschm",ttsamplitude des pulsbreitenmodulierten Impulszuges proportional ist. Durch Änderung der Breite der Impulse kann der Durchschnittswert der Ausgangsspannung des Gleichstroms geregelt werden. Dieses Verfahren einer Spannungsregelung ist verhältnismässig wirkungsvoll, da kein merklicher Leistungsverlust in Widerständen oder anderen Leistung ausstrahlenden Elementen erfolgt, wie dies bei anderen bisher verwendeten Spannungsregelverfahren der Fall . ist.

. Die Vorrichtung gemäss der folgenden Erfindung eignet sich zur Erzeugung von Spannungen im Bereich zwischen 0 - 1000 Volt mit so hoher Genauigkeit, dass die Vorrichtung als Sekundär-Spannnungsnormal oder als Eicheinrichtung zum Eichen anderer elektronischer Vorrichtungen geeignet ist. Die Vorrichtung wird durch Drucktasten betätigt und liefert eine direkte digitale Anzeige der erzeugten Spannung. Die Ausgangsspannungen lassen sich mit sechs kennzeichnenden Ziffern anzeigen. Die Vorrichtung weist zwei Grundbereiche auf, nämlich einen digitalen Bereich und einen analogen Bereich. Der digitale Bereich weist von Hand betätigte Schaltertasten auf, durch welche ein Schieberegister und über eine Decodiereinrichtung ein digita-

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ler Speicher betätigt wird. Elektronische digitale Anzeigeröhren liegen im. Speicherstromkreis, um den numerischen Wert der in der Vorrichtung erzeugten Spannung anzuzeigen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird diese Spannung wahlweise in einem von vier Bereichen in Inkrementen von 10" in jedem Bereich erzeugt. Der digitale Bereich weist ferner Schaltkreise auf, durch welche elektronische Schalter im Analogbereich betätigt werden. Ein einziger temperatürstabilisierter, mit hoher Genauigkeit arbeitender Spannungserzeuger im Analogbereich ist mit den elektronischen Schaltern verbunden, welche Bezugsspannungen über ein ülter an einen ruckgekoppelten, Mehrfachbereichsverstärker mit hohem Gewinn liefern. Dieser Verstärker ist derart ausgebildet, dass sehr genaue Spannungen mit vernaehlässigbarem Rauschen an seinem Ausgang erzeugt werden.

Ein besonderes Merkmal des Verstärkers ist die Verwendung von nur zwei Widerständen in jeden der vier Bereiche des Verstärkers, welche auf die Werte 0-1, 0-10, 0- 100 und 0 - 1000 Volt eingestellt sind. Dieses Merkmal unterscheidet sich von bekannten Leistungsquellen, bei welchen eine Vielzahl von Widerständen in jedem Spannungsbereich verwendet wird. Ein erheblicher Nachteil der Verwendung von vielen Widerständen in jedem Bereich liegt, abgesehen von den hohen Kosten, in dem Mangel an Stabilität und der dabei verursachten Unzuverlässigkeit. Müssen beispielsweise 24- Widerstände geschaltet werden, so führen die Schalterkontakte zu Geräuschen und zur Erhöhung des Widerstands, wodurch der Ausgang verändert wird, so dass die hohe Genauigkeit der Einrichtung bald verloren geht. Die vorliegende Erfindung vermeidet diese unerwünschten Zustände durch die Vermeidung von in je-Üem Bereich zu schaltenden Widerständen innerhalb der vier Bereiche. Gemäss der vorliegenden Erfindung erfolgt die Umschaltung elektronisch durch Änderung des Verstärkergewinns, so dass die Vorrichtung stabile Präzisions-

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spannungen mit vernachlässigbaren elektrischen Kauschen erzeugt. Die Vorrichtung liefert die jeweiligen Spannungen mit positiver.oder negativer Polarität und mit verschiedenen wählbaren Ausgangsstromen.

ι Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird eine Präzisionsleistungsquelle zur Erzeugung einer Spannung mit hoher Genauigkeit geschaffen, welche einen digitalen Bereich und einen analogen Bereich aufweist. Der digitale Bereich ist mit einer Schalteinrichtung versehen, durch welche eine Zahl ausgewählt werden kann, welche der durch die Leistungsquelle zu erzeugenden Spannung entspricht, wobei diese Zahl aus einer Anzahl von Ziffern besteht und eine Anzeigevorrichtung mit der Schalteinrichtung verbunden ist, um die gewählte Spannung,sichtbar anzuzeigen, wobei ferner eine Decodiereinrichtung mit der Schalteinrichtung verbunden ist, um eine Anzahl von Impulsen zu liefern, wovon jeder eine Impulsbreite besitzt, die der ausgewählten Spannung proportional ist. Der analoge Bereich weist eine Spannungserzeugereinrichtung I zur Lieferung einer Bezugsspannung auf, eine Verstärkereinrichtung zur Erhöhung der zugeführten Spannung, und eine Kopplungseinrichtung,· die mit der Spannungserzeugereinrichtung und der Verstärkungseinrichtung verbunden ist und welche diese für eine Zeitspanne verbindet, die der Breite der genannten Impulse entspricht. Der digitale Bereich und der analoge Bereich werden durch eine Transformator-Kopplungseinrichtung miteinander gekoppelt, welche mit der Decodiereinrichtung im genannten digitalen Bereich und mit der Kopplungseinrichtung im genannten analogen Bereich verbunden ist, wobei die Auswahl einer Spannung durch die Schalteinrichtung an der Anzeigeeinrichtung sichtbar gemacht wird und ferner der durch die Decodiereinrichtung erzeugte Impulszug von der Transformator-Kopplungseinrichtung zur genannten Kopplungseinrichtung übertragen wird, welche dadurch die Spannungserzeugereinrichtung mit der .Filtereinrichtung des Verstärkers für eine Zeitspanne verbindet, die

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der Breite der Impulse proportional ist.

Die Erfindung wird ansehliessend näher anhand eines Ausführung sb ei spiels in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Leistungsquelle hoher Genauigkeit gemäss einer bevorzugten Ausfuhrungsform, der Erfindung, in welchem die digitalen und analogen Bereiche erkennbar sind,

Mg. 2 eine schema tische Darstellung der in der Vorrichtung erzeugten Impulse, die zur Erläuterung der Erfindung dient,

Fig. 3 ein Schaltbild des im digitalen Bereich der Vorrichtung verwendeten Schieberegisters,

Fig. 4- ein Schaltbild des analogen Bereichs der Vorrichtung,

Fig. 5 ein Schaltbild des in der Vorrichtung verwendeten Verstärkers und

Fig. 6 eine Vorderansicht des Steuerschranks, der einen Teil der Vorrichtung bildet·

In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugsziffern versehen. In Fig. 6 ist ein Steuerschrank 10 der Vorrichtung dargestellt, welcher ein Anzeigefenster 12 aufweist, in dem sechs Ziffern 14- sichtbar sind, die an den Vorderseiten von sechs elektronischen Anzeigeröhren 16 erscheinen. Die Ziffern liegen im Bereich von ¹¹O" bis "9" in jeder Röhre und die angegebene Zahl zeigt die von der Vorrichtung an einem Paar Ausgangsklemmen 18 gelieferte Spannung an. Schaltwähltasten 20 und 21 bestimmen die Polarität der an den Ausgangsklemmen 18 erzeugten Gleichspannung und diese Polarität wird durch ein Plus-Zeichen oder Minus-Zeichen 23 an einer Anzeigeröhre 24- angegeben. Die Betätigung einer Vählertaste 27

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ergibt eine Ausgangs spannung mit dem Wert O, d. h. an den Ausgangsklemmen 18 wird ein Kurzschluss erzeugt, ohne dass die numerische Anzeige 14 verändert wird. Geeignete Stecker können in die Klemmen 18 eingeführt werden, um die erzeugte Aus gangs spannung hoher Genauigkeit für den gewünschten Verwendungszweck einem äusseren Stromkreis zuzuführen. Eine Tastatur 25 am Steuerschrank 10 ist mit zehn Drucktasten-Schaltern 26 ausgestattet, die Jeweils mit "0" bis "9" bezeichnet sind. Werden die Drucktasten nacheinander gedrückt, um eine gewünschte Aus gangs spannung zu wählen, so wird diese Spannung numerisch am Fenster 12 angegeben. In der vorliegenden Ausführungsform erscheinen sechs Ziffern 14 mit einem Dezimaizeichen 15- Jedoch kann die Vorrichtung für mehr oder weniger Ziffern entsprechend den Erfordernissen im Einklang mit den nachfolgend aufgeführten Grundsätzen der Erfindung ausgestattet sein. Vier Drucktasten-Schalter 30 dienen als Bereichswähler, wobei die Betätigung eines der Schalter die Vorrichtung zur Erzeugung von Spannungen in einem der vier gegebenen Bereiche von 0-1, 0-10, 0- 100 oder 0 - 1000 Volt bereitstellt. Ein Bückstellschalter 32 dient zur Rückstellung sämtlicher im Fenster 12 erscheinenden Ziffern. Sechs Schalter 34, die mit "10°" bis "10^" bezeichnet sind, können wahlweise betätigt werden, um irgendeine der sechs Ziffern 14 und die entsprechende Ausgangsspannung zu verändem. Nachdem irgendeiner-der Schalter 34- betätigt wurde, kann irgendeiner der Schalter 26 gedrückt werden, um eine Anzeige einer entsprechenden Ziffer auf der ausgewählten Röhre 16 zu erhalten. Ein NOEMAX-Schalter 36 stellt die Schalter in den geöffneten Zustand zurück. Ein Anschlusskabel 38 kann mit einem beliebigen Wechselspannungsanschluss zur Stromversorgung der Vorrichtung verbunden werden.

Anschliessend wird auf die Fig. 1 Bezug genommen. Das elektronische System besteht aus zwei Bereichen, nämlich einem digitalen Bereich/und einem analogen Bereich 200. Der digitale

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Bereich ist der Steuerbereich und wird durch auf den Steuerschrank 10 vorgesehene Schalter in der vorausgehend beschriebenen Weise programmiert. Der analoge Bereich 200 erhält Signale vom digitalen Bereich, durch welcher ein elektronischer Schalter 204 zur Erzeugung von Präzisionsspannungen betätigt wird. Der analoge Bereich erhält vom digitalen Bereich 100 über zwei kleine Ferrit-Impulstransformatoren 190, 192 Nadelimpulse P¹ und P" zugeführt. Dies stellt die einzige direkte elektrische Verbindung zwischen den beiden Bereichen dar. Es ist keine weitere Verbindung vorhanden und der Grund liegt darin, dass der Bereich seine eigene Leistungsquelle 180 und 211 besitzt. Dies ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, welches die Stabilität und Unabhängigkeit ^.es Betriebs der beiden Bereiche gewährleistet.

Im digitalen Bereich 100 sind die zehn Dezimalschalter 26 jeweils mit "0" bis "9" bezeichnet, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, und diese Schalter werden wahlweise betätigt. Ein Decodierer 102 ist über Leitungen 103 mit den Schaltern verbunden. Vom Decodierer 102 führen Leitungen 104 Impulse in. einem üblichen binären 1, 2, 4, 8*-Code parallel jedem einer Anzahl von digitalen Speichern 106- zu. In Fig. 1 sind sechs Speicher dargestellt, aber je nach den Erfordernissen können mehr oder weniger Speicher verwendet werden. Die in die Speicher 106 eingegebenen Zahlen verbleiben dort, bis sie durch die Betätigung des Kickstellschalters 32 gelöscht werden, welcher im Stromkreis mit dem Schieberegister 110 angeordnet ist. Elektronische Anzeigeröhren 16, die als "ITixLe"-Röhren bekannt sind, sind jeweils mit den sechs Speichern verbunden.

Das Schieberegister 110 ist schematisch in Fig. 3 dargestellt. Dieses Register weist sechs Stufen auf, die mit S1-S6 bezeichnet sind und jede Stufe besteht aus einem üblichen J-K Flip-Flop, in welchem der Ausgang an den Klemmen Q Q¹ die logischen Zustände annimmt, die an den Eingängen J und K

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zum Zeitpunkt der Umsteuerung des Flip-Flops vorlagen. Die Stufen werden nacheinander durch. Impulse umgesteuert, die durch jede der ersten sechs Betätigungen eines Drucktasten-Schalters 26 erzeugt werden, wobei weitere Betätigungen desselben keine iinderung im Betriebszustand der Stufen verursachen. Die Betätigung des Ruckstellschalters 32 verbindet Erdpotential (über Leitung 152) zum Q¹-Ausgang des Flip-Flops S1 und zum Q-Ausgang des Flip-Flops S2 über S6 (über Leitung 153)» so dass die erste Stufe S1 eine logische "1" und alle anderen Stufen eine logische "0" aufweisen· Gleichzeitig zeigen alle Bohren 16 den Wert "0" an. Anschliessend verursacht die Betätigung irgendeines gewählten Schalters 26 einen Schiebeimpuls

fe und einen vom Decodierer 102 zu erzeugenden Codezahl-Impuls. Der Schiebeimpuls gelangt über die Leitung 150 zu den N-Eingängen jeder Stufe, und der Codezahl-Iiapuls gelangt an alle Speicher 106. Der erste Schiebeimpuls schaltet die Stufe S1 auf eine logische ¹¹O" und veranlasst die Zuführung eines Übertragungsimpulses über eine erste der Leitungen 114· zum ersten Speicher 106, v/elcher dadurch gesperrt wird und daran gehindert wird, den Wert des ersten gespeicherten Codezahl-Impulses durch nachfolgende vom Decodierer 102 abgegebene Codezahl-Impulse zu ändern.. Gleichzeitig wird die Stufe S2 des Schieberegisters 110 auf eine logische "1" umgeschaltet. Wird anschliessend ein ausgewählter Drucktasten-Dezimalschalt er 26 betätigt, so wird die nächste folgende Stufe des Schiebere-

* gisters 110 auf eine logische "1" umgeschaltet, während die vorausgehende Stufe auf eine logische "0" umgestellt wird. Alle in den Speichern 106 gespeicherten Zahlen, welche durch die Röhren 16 angezeigt werden, bleiben bestehen, bis der Bückstellschalter 32 erneut betätigt wird.

Obwohl die vorausgehend beschriebene Schieberegisteranordnung und ihr Betrieb im wesentlichen bekannt sind, ist das Schieberegister mit einer neuartxgen Einriclitung ausgestattet, durch welche irgendeine der Ziffern der gewählten Zahl wahlweise

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geändert werden kann. So kann es manchmal erwünscht sein, nur eine der Ziffern einer ausgewählten und angezeigten Zahl zu ändern, beispielsweise die.Zahl 921 736 zu 921 836. Bei bekannten Vorrichtungen ist es dabei notwendig, das gesamte Schieberegister zu verschieben, indem der Rückstellschalter betätigt wird und eine neue Zahl in der vorausgegebenen V/eise eingegeben wird. In der vorliegenden, neuen Vorrichtung kann jede Ziffer in eine andere Ziffer lediglich dadurch umgewandelt werden, dass die Drucktaste 34 gedrückt wird, welche der zu ändernden Ziffer zugeordnet ist und dann ein ausgewählter Drucktasten-Schalter 26 betätigt wird. Wird es beispielsweise gewünscht, die vierte Ziffer (7) der Zahl 021 736» die in #ig« 6 dargestellt ist, zu ändern, so wird die Drucktaste 34c gedrückt, um die Stufe S4 auf eine logische "1" zu setzen und den vierten Speicher zu Öffnen. Das heisst, ein der Rücksetzklemme "R" durch die Betätigung der Drucktaste 34c zugeführtes Erdpotential schaltet die Stufe S4 auf eine logische "1", worauf die Betätigung der Zahl 8 der Drucktasten-Schalter 26 vom Decodierer 102 einen Godezahl-Impuls liefert, welcher in der vorausgehend beschriebenen Weise dem offenen Speicher 106c zugeführt wird. Der Schiebeimpuls, welcher vom Decodierer 102 ebenfalls erzeugt wird, führt nicht zu einer Umsteuerung des Flip-Elops der Stufe S4, da das Erdpotential, welches durch die Betätigung der Drucktaste 34c der Rücksetzklemme ⁿR" zugeführt wurde, nicht entfernt worden war. Palis eine weitere Drucktaste 34- nunmehr gedrückt wird, beispielsweise 34b, so kehrt die S4-Stufe auf einen logischen "O"-Wert zurück, da nunmehr an der Setzklemme "S" Erdpotential liegt und ein Übertragungsimpuls auf der Leitung 114 den Codezahl-Impuls im Speicher 106c sperrt, wobei selbstverständlich die Stufe S5 in den logischen "1 "-Zustand zurückkehrt. Falls alle Ziffern einer Zahl geändert werden sollen, so muss der normale Schalter 36 gedrückt werden, um Erdpotential vom Schalter 34 wegzunehmen, und anschliessend muss der Rückstellschalter 32 /betätigt werden, um die Stufe S1 auf einen logischen "1"-Wert

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to

zu stellen und die übrigen Stufen *S2 bis S6 auf einen logischen "O^l!-Wert,wie vorausgehend beschrieben wurde.

In Verbindung mit Fig. 1 ist nunmehr ersichtlich, dass sechs codierte Ziffern nacheinander in den sechs Speichern 106 gespeichert werden können und dass jede der Ziffern in den sechs Speichern geändert werden kann, ohne dass die Ziffern in den anderen Speichern geändert werden. IiLt den jeweiligen Speichern ist ein Komparator 108 verbunden, welcher sechs Vergleichsstufen C1-C6 aufweist. Dieser Schaltkreis ist eine dynamische Vorrichtung und vergleicht in den Speichern 106 gespeicherte feste Zahlen mit Zahlen, die kontinuierlich durch einen 3-Dekadenzähler 110 erzeugt werden, welcher von einem Taktimpuls-Generator 112 mit Impulsen versehen wird. Der Zähler erzeugt kontinuierlich aufeinanderfolgend 999 Impulse und kehrt dann auf 0 zurück. Diese Impulse gelangen über die Leitung 111 an alle Vergleichsstufen und im !'alle einer Koinzidenz gelangen Ebinzidenz-Impulse von den Vergleichs einrichtungen C1 -03 zu UND-Schaltungen 116 und von Vergleichseinrichtungen C4 - C6 zu einer UHD-Schaltung 118. Die Aus- -■ gänge der UND-Schaltungen 116 und 118 betätigen jeweils die Flip-Flop-Schaltungen 120, 122, welche Nadelinipulse jeweils den Transformatoren 190 und 192 zuführen. Die Nadelimpulse P' und P" gelangen wiederum über die Flip-jFlop-Schaltungen 191» 195 an einen elektronischen Schaltkreis 204 im analogen Bereich 200.

Im analogen Bereich 200 ist gemäss Fig. 1 eine Bezugsspannungs-Generator 202 vorgesehen, welcher eine einzige festliegende Bezugsgleichspannung erzeugt. Diese Spannung ist aus praktischen Gründen auf 8,4 Volt eingestellt. Die Bezugsspannung wird zwischen den. Punkten B und C eines elektronischen Schaltkreises 204 zugeführt, welcher, obwohl er aus zwei Schaltern 205 und 207 besteht, in Fig. 1 schematisch als einpoliger Schalter 206 dargestellt ist, welcher zwischen dem Bezugs-

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Spannungspunkt B und dem geerdeten Punkt C beweglich ist. Die Schalter 205 und 20? sind geniäss Hg. 4- aus Feldeffekttransistoren VT5, VT6, VT7 und VT8 aufgebaut, deren Betrieb anschliessend näher erläutert wird. Die elektronische Umschaltung wird durch Nadelimpulse P¹ und P" ausgelöst, die aus dem digitalen Bereich 100 über Trenntransformatoren 190, 192 erhalten werden, die mit dem elektronischen Schaltkreis 204 verbunden sind. Der Spannungsausgang des elektronischen Schaltkreises 204 ist ein proportionaler Anteil der Bezugsspannung. Er gelangt vom Punkt A über ein Tiefpassfilter 208 an einen Mehrbereichverstärker 210 mit hohem Gewinn. Die Leistungsquelle 211 speist die verschiedenen Einheiten und ist unabhängig von der Leistungsquelle 180 im digitalen Bereich 100.

Die Wellenform W der dem Filter zugeführten Spannung ist in Fig. 2 dargestellt. Die Bezugsspannung wird dem Filter während einer Zeitspanne t,. zugeführt, die während eines ] Teils der Zeitspanne t auftritt. Ist der Punkt A mit dem Punkt C geerdet, so weist die dem Filter 208 zugeführte Spannung die Amplitude Null auf. Während der Zeitspanne t,, gelangt die Bezugs spannung an das Filter. Die mittlere Spannung B¹ kann als B¹ = V_fi_1_ ausgedrückt werden; da V^ die

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konstante Bezugsspannung (8,4 Volt) darstellt und da t , welches die Schaltperiode darstellt, konstant gehalten werden kann, ändert sich die dem Verstärker zugeführte mittlere Spannung linear mit der Zeit t,.. Wird daher die Zeit t- verändert, d. h. die Zeitspanne zwischen der Anwendung der Impulse P¹ und P^M, so ist es möglich, den mittleren Spannungsausgang B¹ des elektronischen Schalters zwischen V^ und 0 zu ändern. Das Filter 208 gleicht Unregelmässigkeiten in der zugeführten Spannung aus, so dass dem Verstärker 210 eine reine Gleichspannung zugeführt wird. Der Verstärker verstärkt seinerseits die Eingangs spannung in irgendeinem der

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vier Bereiche 0-1, 0-10, O- 100 und 0 - 1000 Volt, abhängig· von der Einstellung der Schalter 30 am Steuerschrank 10. Der Spannungsbereich wird durch die Rückkopplung über einem der Widerstände 212 bestimmt, abhängig .davon, welcher für den gewünschten- Verstärkungsbereich ausgewählt wurde. Der Spannungsausgang für jeden Bereich wird daher lediglich durch einen der Widerstände 212 und 214 bestimmt, die zwischen Erde und dem Verstärkereingang liegen. Der Spannungsausgang des Verstärkers erscheint an den Klemmen 18 des Steuerschranks 10. Es wird darauf hingewiesen, dass der an den Klemmen 18 erhaltene Spannungsausgang durch Änderung des Spannungseingangs zum Verstärker geändert wird. Dies wird

^ durch den elektronischen Schalter 204 erreicht. Dieses Merkmal steht im Gegensatz zu üblichen Leistungsquellen, bei welchen der Spannungsausgang dadurch verändert wird, dass die Widerstandswerte am Ausgang in jedem Spannungsbereich verändert werden. In der vorliegenden Vorrichtung bleibt dagegen der Widerstand für jeden Spannungsbereich konstant und nur die Eingangsspannung zum Verstärker wird durch eine elektronische Schaltung elektronisch verändert. Daher wird. die Instabilität und Ungenauigkeit, welche durch Drehschalter in üblichen Leistungsquellen erzeugt wird, völlig vermieden. Der Verstärker 210 liefert eine Spannung einer bestimmten Polarität, jedoch kann durch Umkehr der Ausgangsspannung die Polarität gegenüber Erde geändert werden. Dies

P . stellt eine wertvolle Erleichterung bei der Verwendung zum Eichen anderer Instrumente dar.

Hg. 4 zeigt schematisch weitere Einzelheiten des analogen Bereichs 200. In diesem Bereich ist der Bezugsspannungs-Generator 202 angeordnet. Eine Zenerdiode CR2, welche die Bezügsspannung erzeugt, wird in einem Ofen 250 auf einer konstanten Temperatur von etwa 80° C gehalten. Dieser Ofen wird durch einen Festkörper-Heizung 252 beheizt, welcher durch die Stromversorgung 211 versorgt wird. Diese Stromversorgung

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liefert ferner eine Gleichspannung, welcher der Zenerdiode CR1 zugeführt wird. Die Transistoren VT1, VT2, VTJ und VT4 sind in einer Schleife oder einer Brückenschaltung mit der Zenerdiode CR1 angeordnet und liefern der Zenerdiode CR2 einen konstanten Strom. Dieser konstante Strom ist erforderlich, damit die Zenerdiode CR2 die festliegende Bezugs^- spannung liefern kann, die mit 8,4 Volt Gleichspannung angegeben wurde, und welche dem elektronischen Schalter 204 zugeführt wird. Der Transistor VT3, welcher als Emitterfolger arbeitet, kann sich in seinem Innenwiderstand als Folge des Alterns, der Erwärmung oder anderer Ursachen verängern und dies würde zu einer Änderung des der Zenerdiode CR2 zugeführten Stroms führen können. Um dies auszugleichen, · ist der Transistor VT4 vorgesehen, welcher in seinen Daten identisch mit dem Transistor VT 3 ist. Identische Widerstände R1 und R2 führen den gleichen Strom und liegen jeweils im Stromkreis mit den Transistoren VTJ, VT4. Die Basisklemmen der "beiden Transistoren sind miteinander verbunden. Jegliche Drift, die in einem Transistor auftritt, liegt ebenfalls im wesentlichen im gleichen Umfang im anderen Transistor vor. Daher gleicht sich die Wirkung einer Drift aus und der der Zenerdiode CR2 zugeführte Strom bleibt konstant. Ein ähnlicher Driftausgleich erfolgt zwischen den identischen Transistoren VT1 und VT2, die mit ihrer Basis miteinander verbunden sind, wobei im wesentlichen kein Basisstrom auftritt und ein konstanter Kollektor-Emitterstrom vorhanden ist.

Wie vorausgehend erwähnt wurde, besteht der elektronische Schalter 204 aus den Schaltern 205 und 207, die gleich ausgebildet sind und jeweils durch die Flip-Flop-Schaltungen 191 und 193 gesteuert werden. Die Signale aus der Flip-Flop-Schaltung 193 stellen die ersten drei Ziffern dar und die Signale aus der Flip-Flop-Schaltung 191 stellen die letzten drei Ziffern der ausgewählten Zahl dar. Damit werden die Ausgänge der Schalter 205 und 207 (Fig. 4) in einem Widerstandsnetzwerk vereinigt, in welchem der Widerstand 240 einen

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IOOOmal grösseren Vert als der Widerstand 242 besitzt. Da beide Schalter 205 und 207 identisch sind, wird nur der Betrieb des Schalters 205 anschliessend näher beschrieben.

Die konstante Bezugsspannung wird zwischen dem D-Pol 259 eines IPeldeffekt-Transistors VT5 und einer Erdleitung 264 zugeführt. Der Feldeffekt-Transistor VT6 besitzt eine Elektrode 260, die mit einer Elektrode 257 des Transistors VT5 verbunden ist, während die andere Elektrode 262 an die Erdleitung 264 angeschlossen ist. Die Transistoren VT5 und VT6 besitzen nur zwei Betriebszustände. Wird die Bezugs spannung dem l'ilter fc 208 zugeführt, so ist ein unendlich grosser Widerstand zwischen den Elektroden 260 und 262 vorhanden und ein niedriger endlicher Widerstand zwischen den Elektroden 259 und 257· Wenn der elektronische Schalter 205 geerdet werden soll, so ist ein niedriger endlicher Widerstand zwischen den Elektroden 260 und 262 des Transistors VT6 und ein unendlich grosser Widerstand zwischen den Elektroden 259 und 257 des Transistors VT5 vorhanden. Leitet daher der Transistor VT5, so sperrt der Transistor VT6 und ein proportionaler Anteil der Spannung von 8,4 Volt, also der Bezugsspannung, wird dem l'ilter 208 zugeführt, während, wenn YT5 sperrt und VT6 leitet, die Spannung Null dem Tiefpassfilter 208 zugeführt wird. Der Schalter 207 arbeitet in einer ähnlichen Weise.

Das Tiefpassfilter 208, welches zur Erzeugung eines reinen Gleichstromsignals verwendet wird, besitzt eine Anzahl von widerständen 266, die in Eeihe mit dem Eingang 268 des Verstärkers 210 liegen, sowie eine Anzahl von Kondensatoren 270, die parallel zwischen den.Widerständen und der Erdleitung angeordnet sind. Der Erdleitung ist mit dem anderen Eingang 272 des Verstärkers 210 verbunden. Ausgangsklemmen 18 der Vorrichtung sind mit dem Ausgang des Verstärkers verbunden.

JIg. 5 zeigt die grundlegende Schaltung des Verstärkers 210,

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welcher durch den Eingang vom Filter 208 über einen Widerstand R25 gesteuert wird. Der Verstärker 210 muss einen Ausgang liefern, welcher zwischen 0 und 1000 Volt regelbar ist und -ferner oberhalb 150 Volt einen Strom von 5 Milliampere und unterhalb I50 Volt einen Strom von 50 Milliampere. Anstelle der Verwendung eines Verstärkers, welcher einen einzigen Treiber transistor zur Erzeugung der Spannung aufweist und einen einzigen Ausgangstransistor als Emitterfolger oder als Impedanzwandler, sind in der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 5 zwei Gruppen von in Reihe geschalteten Transistoren Q8 bis Q12 und QI3 bis Q17 vorgesehen, wobei jeder Transistor eine Nennspannung aufweist, die kleiner ist als der maximale Spannungsausgang des Verstärkers von 1000 VoIt^ beispielsweise weist jeder Transistor eine Nennspannung von 3OO Volt auf. Diese Ausbildung des Transistorkreises ist insofern vorzuziehen, als die Gesamtkosten der zehn Transistoren mit einer Nennspannung von 3OO Volt wesentlich kleiner sind als ein einziger Transistor mit einer Nennspannung von 1000 Volt. Die fünf Treibe !transistoren Q8 bis Q12 sind in Reihe zueinander angeordnet und nehmen daher die Last in •gleichen Schritten von 0 bis 1000 Volt auf. Die bei P1 zugeführte Spannung ändert sich zwischen 0 und 1000 Volt. Fünf Widerstände Ri5'bis R19 sind mit den jeweiligen Basisklemmen der Transistoren Q 13 bis Q17 verbunden. Der Gesamtspannungsausgang der Verstärkers 210 erscheint an der Kette der Ausgangstransistoren QI3 bis Q17> welche die Spannung in gleichen Schritten aufnehmen und daher einen ersten Impedanzfolger darstellen. Der Stromausgang vom Verstärker, welcher 5 Milliampere beträgt, wird durch eine Zenerdiode CR12 und einen Ausgangswiderstand R20 bestimmt. Ein zweiter Emitterfolger besteht aus einem Transistor Q18, welcher durch die vom Widerstand 20 abgenommene Ausgangsspannung gesteuert wird. Eine Diode CR19 ist mit einer Leistungsquelle 211 verbunden, welche an den Kollektor des Transistors Q18 I50 Volt liefert. Der Stromausgang vom Transistor Q18, welcher 50 MiI-

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liampere beträgt, wird durch Widerstände B21 und die Zenerdiode CRI3 iii gleicher Weise begrenzt wie der Stromausgangvom Transistor Q17· Ist beim Betrieb die dem Transistor Q18 zugeführte Spannung kleiner als I50 Volt, so- liefert der Transistor Q18 50 ΓΟ-lliampere. liegt die vom Widerstand B19 zugeführte Spannung oberhalb I50 Volt, so hört die Basiskollektoranordnung des Transistors Q18 auf zu leiten und die Diode CEI9 wird in Sperrichtung vorgespannt, so dass sie nicht leitet. Der Transistor Q18 wird dann lediglich zu einer Basisemitterdiode und der Ausgang des Verstärkers wird auf 5 Milliampere verringert, was durch den Widerstand B20 und die Diode CE12 bestimmt ist. Damit wird ein einfacher und neuartiger Verstärker erhalten, welcher zwei Bereiche für den Ausgangsstrom liefert, abhängig nur von der Ausgangsspannung.

Es ist offensichtlich, dass weitere Abänderungen der vorliegenden Erfindung möglich sind und diese werden im Eahmen der anliegenden Ansprüche von der Erfindung mitumfasst.

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Claims

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Pat entanaprüche

Präzisionsleistungsquelle zur Erzeugung einer Spannung mit hoher Genauigkeit, gekennzeichnet durch einen digitalenBereich, welcher eine Schalteinrichtung zur Auswahl einer Zahl aufweist, welche der von der Leistungsquelle zu erzeugenden Spannung entspricht und welche aus einer Anzahl von Ziffern besteht, mit einer mit der Schalteinrichtung verbundenen Anzeigeeinrichtung zur sichtbaren Anzeige der ausgewählten Spannung, und mit einer Decodiereinrichtung, welche mit der Schalteinrichtung verbunden ist, um eine Anzahl von Impulsen zu erzeugen, deren jeder eine Breite aufweist, die der ausgewählten Spannung proportional ist, wobei der analoge Bereich eine Spannungserzeugereinrichtung zur Abgabe einer Bezugsspannung aufweist sowie eine Verstärkereinrichtung zur Erhöhung der zugeführten Spannung, und eine mit der Spannungserzeugereinrichtung und der Verstärkereinrichtung verbundene Kopplungseinrichtung, durch welche diese während einer Zeitspanne gekoppelt werden, die der Breite der Impulse entspricht, mit einer Transformator-Kopplungseinrichtung, die mit der Decodiereinrichtung im digitalen Bereich und mit der Kopplungseinrichtung im analogen Bereich verbunden ist, wobei die Auswahl einer Spannung durch die Schalteinrichtung an der Anzeigeeinrichtung angezeigt wird und der von der Decodiereinrichtung erzeugte Impulszug durch die ^rfransformator-Kopplungseinrichtung zur genannten Kopplungseinrichtung übertragen wird, welche dabei die Spannungserzeugereinrichtung mit der Verstärker-Filtereinrichtung während einer Zeitspanne koppelt, die der Breite der Impulse proportional ist.
2. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung eine Anzahl von digitalen lastensehaltern aufweist und dass die Decodier-

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einrichtung einen im Stromkreis mit diesen Tastenschaltern liegende Decodierer aufweist, mit einer Anzahl von Sp ei eher einrichtungen, die eine Mehrzahl von Einzel speichern aufweisen, mit einem Schieberegister, welches eine Anzahl von Stufen besitzt, die jeweils den Speichern entsprechen und mit einem Schaltkreis, welcher das Schieberegister und die Speicher derart miteinander verbindet, dass jede der Stufen des Schieberegisters betätigt wird, um einen der Speicher zu sperren, wodurch darin eine Zahl gespeichert wird, wenn die Tastenschalter wahlweise hintereinander betätigt werden.
3· Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Anzeigeeinrichtung eine An-• zahl von digitalen Anzeigeröhren aufweist, welche jeweils den Speichern entsprechen, so dass jede der ßöhren nur die Ziffer anzeigt, welche in einem zugeordneten Speicher der genannten Speichereinrichtung gespeichert ist.
4. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mittels eines Taktgebers betätigten Zähler/ durch einen Komparator, welcher zwischen dem Zähler und der genannten Ziffernspeichereinriehtung angeordnet ist, um Koijnzlldenzimpulsj3_zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten zu_ erzeugen, welche der Grosse der in den jeweiligen Speichern der genannten Speichereinrichtung gespeicherten Zahl proportional sind, mit einem Schaltkreis, welcher den Komparator mit der Transformatorkopplungseinrichtung verbindet, um die Kqinzidenzimpulse zum analogen Bereich zu übermitteln und dadurch in diesem die durch die Anzeigevorrichtung numerisch, angezeigte Spannung zu erzeugen.
5* Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die analoge Spannungserzeugereinrichtung eine auf einer vorgegebenen Temperatur gehaltene Zener-

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diode aufweist und mindestens ein Transistor im Stromkreis mit der Diode liegt, um dieselbe zu speisen und dass ferner mindestens ein weiterer Transistor derart im Stromkreis mit dem genannten Transistor liegt, dass die Wirkung einer Kenndatenänderung im einen Transistor genau durch den anderen Transistor kompensiert wird.
6. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Transformatorkopplungseinrichtung mindestens einen Festkörperschalter aufweist, welcher mit der genannten Zenerdiode im Stromkreis angeordnet ist, um von dieser die genannte Bezugsspannung zu erhalten, wobei dieser Schalter im Stromkreis mit dem genannten digi- ^J ^len Bereich derart verbunden ist, dass der Schalter aus- und eingeschaltet wird, wenn ihm die Koizidenzimpulse zwecks Zuführung zur Verstärkereinrichtung zugeleitet werden, wobei verschiedene proportionale Anteile der Bezugsspannung der Grosse der gewünschten Spannung entsprechen, die durch wahlweise Betätigung der genannten digitalen Tastenschalter bestimmt wird.
7· Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine illtereinrichtung, die zwischen der Kopplungseinrichtung und dem Verstärker liegt, um ein den Pilter zugeführtes Signal in ein Gleichstromsignal umzuwandeln.
8. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung eine Tastenanordnung aufweist, welche aus einer Anzahl von verschiedenen Schaltern besteht, wovon jeder bei seiner Betätigung eine Spannung erzeugt, die eine Anzeige einer bestimmten Ziffer liefert, mit einer mit der Decodiereinrichtung verbundenen Speichereinrichtung, welche eine Anzahl von Speichern aufweist, wovon jeder einer bestimmten Ziffer der genannten Zahl zugeordnet ist, wobei jeder Speicher in

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seinem geöffneten Zustand alle Impulse von der Decodiereinrichtung bei Betätigung eines der genannten Schalter aufnimmt, mit einem Schieberegister, welches eine Anzahl von bistabilen Stufen besitzt, wovon jede infolge bei jeder Betätigung der genannten Schalter von einem geöffneten O-Zustand zu einem gesperrten I-Zustand umgesteuert wird, wobei ein Signal erzeugt wird, welches den entsprechenden Ziffernspeicher in der Speichereinrichtung sperrt, so dass eine weitere Betätigung der Tastenschalter nicht zu einer Zuführung eines neuen Impulszugs in den gesperrten Speicher führt, wobei das Schieberegister ferner eine übertragungseinrichtung aufweist, welche mit jeder der bife stabilen Stufen verbunden ist und welche bei ihrer Betätigung die entsprechende Stufe von einem I-Zustand in einen O-Zustand umsteuert, wobei der entsprechende Ziffernspeicher freigegeben wird, um die Aufnahme neuer Impulse vom Decodierer bei Betätigung der genannten Tastenschalter zu gestatten.
9. Präzisionsleistungsguelle nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrichtung, die mit der Speichereinrichtung verbunden-ist, um eine digitale Anzeige von Ziffern zu ermöglichen, die den in der Speichereinrichtung gespeicherten Ziffern entsprechen.
" 10. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 9> dadurch gekennzeichnet, dass die digitale Anzeigeeinrichtung eine Anzahl von digitalen Anzeigeröhren aufweist, welche jeweils den genannten Speichern entsprechen, wobei jede Anzeigeröhre nur jene Ziffer anzeigt, die in einem entsprechenden Speicher der Speichereinrichtung gespeichert ist.
11. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Tastenanordnung einen

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Bückstellschalter aufweist, welcher im Stromkreis mit dem Schieberegister liegt, wobei die Betätigung des Rückstellschalters die erste Stufe in einen geöffneten O-Zustand und alle anderen Stufen in einen gesperrten I-Zustand schaltet.
12. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die übertragungseinrichtung bei ihrer Betätigung an die jeweiligen bistabilen Stufen Erdpotential zuführt.
Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungseinrichtung einen Schalter aufweist, welcher Erdpotential von der genannten Schalteinrichtung wegnimmt.
Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkereinrichtung eine Quelle für Spannungseingangssignale aufweist, einen "Verstärker hohen Gewinns, wobei die genannte Signalquelle mit dem Eingang des Verstärkers verbunden ist, mit einer Anzahl von Festwiderständen, die mit dem Eingang des Verstärkers verbunden sind, und mit einer Anzahl von Bereichsschaltern, welche den Ausgang des Verstärkers und die Widerstände verbinden, um einen gewünschten Betriebsbereich der Verstärkers zwischen 0 und einem vorgegebenen Wert auszuwählen, wobei jeder ausgewählte Bereich durch nicht mehr als zwei der genannten Widerstände bestimmt wird und die vom Verstärker erzeugten Spannungen nur durch die Eingangsspannung und die im Stromkreis mit dem Verstärker liegenden Widerstände bestimmt werden.
15· Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker eine Anzahl von Tran-

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sistoren aufweist, sowie eine Leistungsquelle, welche · derart angeordnet ist, dass der Stromausgang des Verstärkers in einem von zwei Bereichen erzeugt wird, was von der Grosse der vom Verstärker gelieferten Ausgangsspannung abhängt.
16. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Anzahl von Transistoren eine Anzahl von in Beihe geschalteten Iteiber'transistoren aufweist und dass eine erste und eine zweite Impedanzeinrichtung parallel zum Ausgang der !Treiber transistoren liegen, und die genannte Leistungsquelle aus einer ersten Gleichspannungsquelle besteht, die mit den Treibertransistoren verbunden ist sowie aus einer zweiten Gleichspannungsquelle, deren Spannungswert sich wesentlich vom Spannungswert der ersten Gleichspannungsquelle unterscheidet, wobei die zweite Gleichspannungsquelle mit der zweiten Impedanzeinrichtung verbunden ist und der Strombereich des Verstärkers in einem der genannten beiden Bereiche liegt, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers gleich gross oder unterhalb der Spannung der zifeiten Gleichspannungsquelle ist, während der Ausgangsstrom des Verstärkers im zweiten Bereich liegt, wenn die Ausgangsspannung des Verstärkers die Spannung der zweiten Gleichspannungsquelle überschreitet.
17· Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Impedanzeinrichtung jeweils eine erste und eine zweite Einrichtung zur Strombegrenzung aufweisen und dass die erste Strombegrenzungseinrichtung den Strom in einem Bereich begrenzt, welcher sich merklich vom Strombegrenzungsbereich unterscheidet, welcher durch die zwei be Strombegrenzungseinrichtung gegeben ist.

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18. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Impedanzeinrichtung eine Anzahl von in Reihe liegenden Transistoren aufweist und dass die zweite Impedanzeinrichtung einen einzigen Transistor aufweist.
19· Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 17,dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Strombegrenzungseinrichtung jeweils eine Zenerdiode aufweisen, die zwischen der Basis eines Transistors und dem Ausgang angeordnet ist und dabei ein Widerstand zwischen dem Kollektor und dem Ausgang liegt.
20. Präzisionsleistungsquelle nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Treiber transistor en und jeder der Impedanztransistoren eine Nennspannung besitzt, welche einander gleich sind.

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