DE2225699A1

DE2225699A1 - Elektrische Schaltung fur ein Servo system sowie eine solche Schaltung ver wendendes Servosystem

Info

Publication number: DE2225699A1
Application number: DE19722225699
Authority: DE
Inventors: Hideo Mitaka Tokio Ichiyanagai Toshikazu Tokio Izumi, (Japan)
Original assignee: Canon Inc; Hirel Co Ltd
Current assignee: Canon Inc; Hirel Co Ltd
Priority date: 1971-05-28
Filing date: 1972-05-26
Publication date: 1972-12-14
Also published as: US3890550A; DE2225699C2

Description

Canon Kabushiki Kaisha,
Tokyo, Japan

Hirel Co., Ltd.,
Tokyo, Japan

Elektrische Schaltung für ein Servosystem sov/ie eine solche Schaltung verwendendes Servosystem

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltung für ein Servosystem, die sich insbesondere für die Realisierung einer zu integrierenden Transistorschaltung eignet.

Servosysteme, und zwar insbesondere automatische Servosysteme, v/erden üblicherweise für verschiedene Zwecke benutzt, wie zur Steuerung der Position eines Objekts, der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers, der Temperatur eines Gegenstands, etc.. Im allgemeinen besteht der Mechanismus des herkömmlichen Servosystem^ darin, daß ein Wandler, wie ein Motor, zum Zwecke der Änderung der zu steuernden Variablen durch das Ausgangssignal einer Servoschaltung gesteuert wird, wobei die durch den Wandler gesteuerte Größe der Servoschaltung zurückgekoppelt wird, um mit einem voreingestellten Wert oder einem Steuereingangs-

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Signalwert verglichen zu werden. Ist zwischen den miteinander verglichenen Signalen kein Unterschied vorhanden, wird der Wandler stillgesetzt, um die gesteuerte Variable auf einen gewünschten Wert einzustellen. Zur Einstellung der Blendenöffnung oder Verschlußgeschwindigkeit einer photographischen Kamera zwecks automatischer Einstellung auf einen Wert, der der Helligkeit eines zu photographierenden Gegenstands in angemessener Weise entspricht, kann ein Servosystem generell in der Weise verwendet werden, daß ein photoleitendes Element zur Messung der Helligkeit des zu photographierenden Gegenstands benutzt wird und daß die betreffende Helligkeit in eine Änderung eines elektrischen Widerst ands umgesetzt wird, der in einem der Arme einer Brückenschaltung vorgesehen ist. Dabei ist ein auf den Wert der Empfindlichkeit in ASA oder entsprechend einem anderen die Belichtung bestimmenden Faktor eingestellter Widerstand in einem anderen Arm der Brückenschaltung vorgesehen. Die Brückenschaltung ist mit einem Verstärker derart zusammengefaßt, daß das Ausgangssignal der Brückenschaltung verstärkt wird. Ferner ist ein Schaltkreis vorgesehen, der eine Durchschaltung des Ausgangssignals vornimmt, mit dessen Hilfe ein Servomotor gesteuert wird. Der betreffende Servomotor ist dabei so angeordnet, daß er eine Blendenbetätigungseinrichtung oder eine die Verschlußgeschwindigkeit ändernde Einrichtung der Kamera zur Einstellung einer gewünschten Belichtung zu steuern gestattet (siehe hierzu z.B. die US-PS 3 450 969). Weist bei einem derartigen herkömmlichen Servosystem die in dem Servokreis zu steuernde veränderbare Komponente eine nennenswerte mechanische Trägheitskraft auf, so kommt es zu Schwierigkeiten bei der genauen Servosteuerung der betreffenden Komponente auf einen genauen Vtert eben auf Grund der Trägheitskraft. Außerdem ist es bei dem betreffenden System äußerst schwierig,

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die in Frage kommende Komponente bzw. das in Frage kommende . Clement auf einen genauen Wert einzustellen, da nämlich der Arbeitspunkt des Servokreises bei starken Änderungen der Umgebungstemperatur wandert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Schaltung zu schaffen, die den oben aufgezeigten Nachteil des herkömmlichen Servosystems zu überwinden gestattet.

Gemäß der Erfindung ist eine voreinstellbare Einrichtung zur Änderung einer Vorspannung, wie ein veränderbarer Widerstand, an einem Eingang der Differenzeingänge eines Paares von Differenzverstärkerschaltungen angeschlossen. Dem anderen Differenzeingang werden zwei Steuerungs-Eingangssignale zugeführt. Zwei Schalteinrichtungen werden durch die Ausgangssignale der betreffenden Differenzschaltungen selektiv betätigt, und zwar zur Vornahme der entsprechenden Schalteinrichtungssteuerung und Steuerung einer Servowandlereinrichtung, wie eines Motors. Es sei hier darauf hingewiesen, daß durch die vorliegende Erfindung eine elektrische Schaltung für ein Servosystem geschaffen ist, welches ein erwünschtes Servoverhalten durch Voreinstellung der Totzone jeder der oben ermähnten Schalteinrichtungen mit Hilfe der oben erwähnten Einrichtungen zur Änderung einer Vorspannung herbeizuführen imstande ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß durch die vorliegende Erfindung eine elektrische Schaltung der oben angegebenen Art geschaffen ist, welche Schaltung in einem Servosystem der Belichtungssteuerschaltung bzw. Belichtungsregelschaltung einer photograph!sehen Kamera oder einer anderen Einrichtung verwendet v/erden kann, zusammen mit der die betreffende elektrische Schaltung ein äußerst günstiges Servosystem bildet.

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Um bei der bekannten photographischen Kamera und Filmkamera 'die Blendenöffnung oder den Kameraverschluß in Abhängigkeit von der Helligkeit eines zu photographierenden Gegenstands derart automatisch einzustellen, daß eine geeignete bzw. günstige Filmbelichtung erzielt wird, ist eine Photozelle oder ein photoleitendes Element, welches die Helligkeit des betreffenden Gegenstands mißt und diese in ein elektrisches Signal umsetzt, an ein Galvanometer angeschlossen. Die Stellung des Zeigers des Galvanometers wird dabei entweder abgetastet, oder aber der Zeiger ist selbst unmittelbar mit der Blende oder der Verschlußanordnung gekuppelt, um die Blendenöffnung oder den Kameraverschluß in bekannter V/eise automatisch einzustellen.

Bei dem oben beschriebenen Verfahren ist es jedoch sehr schwierig, in Abhängigkeit von der Helligkeit des jeweiligen Gegenstands eine genaue und präzise Einstellung in dem Fall zu bewirken, daß sich die Helligkeit über einen weiten Bereich ändert.

Ein bekannter Vorschlag zur Vermeidung eines derartigen Nachteils des herkömmlichen Systems besteht darin, daß die Blendeneinrichtung oder die die Verschlußöffnung einstellende Einstelleinrichtung mechanisch mit einem Servomotor gekuppelt und durch diesen gesteuert wird. Der betreffende Servomotor wird dabei von einer Steuerschaltung her gesteuert, die durch das zur Messung der Helligkeit des betreffenden Gegenstands vorgesehene photoelektrische Wandlerelement gesteuert wird. Auf diese Weise wird eine für die Helligkeit des jeweiligen Gegenstands günstige Öffnung erzielt. Bei diesem System,.bei dem zur mechanischen Steuerung der Blendeneinrichtung oder der die Verschlußöffnung einstellenden Einrichtung zwecks

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Erzielung einer gewünschten Belichtung ein Servomotor verwendet wird, sowie bei dem zuvor erwähnten System, bei dem ein Galvanometer verwendet wird, ist es erforderlich, den durch den Servomotor zu steuernden Mechanismus oder im zuletzt genannten Fall das Galvanometer unter Überwindung der zum Zeitpunkt der Inbetriebsetzung vorhandenen Reibung zu steuern. Aus diesem Grund ist das Ansprechverhalten des Mechanismus schlecht, wobei in einigen Fällen der Mechanismus auf Grund einer unzureichenden Steuer- bzw. Antriebskraft nicht imstande ist, sich zu bewegen. Damit genügt die betreffende Steuerkraft ihrerseits nicht, eine genaue Einstellung zu bewirken. Ist der betreffende Mechanismus einmal in Betrieb gesetzt, so arbeitet er überdies mit seiner kinetischen Reibung bzw. Bewegungsreibung, die wesentlich geringer ist als die statische Reibung. Wenn dem Mechanismus zum Zeitpunkt der Inbetriebsetzung eine Antriebskraft zugeführt wird, die größer ist als notwendig, führt daher die nach der Inbetriebsetzung auftretende starke Verminderung der Reibung des betreffenden Mechanismus zu einem übermäßigen Antrieb. Dadurch ist der betreffende Mechanismus daran gehindert, die Blende oder die Verschlußanordnung für eine genaue und präzise Belichtung einzustellen.

Sin Vorschlag zur Überwindung des oben erwähnten Nachteils ist z.B. in der US-PS 3 427 941 angegeben. Gemäß diesem Vorschlag werden dem mechanischen Wandler, wie einem Galvanometer oder Servomotor, von einer astabilen Kippschaltung-Impulse zugeführt, die im Sinne einer Vorwärtssteuerung und Rückvmrtssteuerung wirken. Ist die Dauer der in Vorwartsrichtunc und dor in Rückwärtsrichtung wirkenden Impulse gleich groß, so ist der Wandler gewissermaßen neutralisiert. Aul diese ,Veiae wird der I-Iechanismus im Hinblick auf eine

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gewünschte Belichtung eingestellt.

Bei dem oben angegebenen System wird der Wandler ununterbrochen in jeder Richtung durch Vorwärts-Impulse und Rüekwärts-Impulse gesteuert. Demgemäß führen geringe Unterschiede in der Dauer des Vorwärts- oder Rückwärts-Impulses dazu, daß der Wandler schwingt. Dies wiederum führt zu feinen Schwankungen der Verschlußöffnung während der Betätigung des Kameraverschlusses zum Zwecke der Filmbelichtung. Damit zeigt die Filmbelichtung jedoch nicht die wünschenswerte Genauigkeit. Obwohl der Wandler nach einer Inbetriebsetzung einen Ausgleichszustand einnimmt, währenddessen Vorwärts- und Rückwärts-Impulse dem betreffenden Wandler ohne Unterbrechung zugeführt werden, wird im übrigen durch die Fortsetzung dieses Zustands ansonsten unnötig verbrauchte Energie benötigt. Damit ist das betreffende System auch in dieser Hinsicht nachteilig.

Als weiteres der Erfindung zu Grunde liegendes Ziel sind nun die oben erwähnten Nachteile der herkömmlichen Systeme zu überwinden. Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß ein zur Steuerung einer Blendeneinrichtung oder einer eine Verschlußöffnung einstellenden Einrichtung dienender mechanischer Wandler mit von einer astabilen Kippschaltung gelieferten, in Vorwärts-Richtung und Rückwärts-Richtung wirkenden intermittierenden Steuerimpulsen beaufschlagt wird und daß die Steuerspannung bzw. Antriebsspannung der astabilen Kippschaltung durch einen Schaltkreis intermittiert wird, dessen Totzone bzw. Unempfindlichkeitszone in der oben erwähnten Weise eingestellt ist und der durch ein photoelektrisches Wandlerelement gesteuert wird, welches die Helligkeit des zu photographißrenden Gegenstands mißt, wobei in dem Fall, daß die durch das Rückkopplungsmaß und die Messung des

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Meßelements festgelegte Öffnung der Blende oder der Verschlußeinrichtung einen gewünschten Wert erreicht, die astabile Kippschaltung über den Schaltkreis unwirksam gemacht und damit die Abgabe der dem Wandler zugeführten intermittierenden Impulse beendet wird.

Gemäß einem weiteren Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Servosystem für eine BelÜitungssteuereinrichtung bzw. Belichtungsregeleinrichtung zu schaffen, welches eine hochgenaue Belichtungseinstellung bei TemperaturSchwankungen vorzunehmen imstande ist und welches einen Schaltungsaufbau besitzt, der sich für die Anwendung einer integrierten Halbleiterschaltungstechnik eignet.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem Gesamtblockdiagramm eine Belichtungssteuereinrichtung einer photographischen Kamera, bei der eine elektrische Schaltung für ein Servosystem gemäß der Erfindung benutzt wird.

Fig. 2 zeigt einen elektrischen Schaltplan einer Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Belichtungssteuereinrichtung. Fig. 3 zeigt in einem Gesamtblockdiagramm eine elektrische Schaltung eines Servosystems gemäß der Erfindung für die Verwendung in Verbindung mit einem x-y-AufZeichnungsgerät. Fig. 4 zeigt in einem Gesamtblockdiagramm eine elektrische Schaltung des Servosystems gemäß der Erfindung für die Verwendung in Verbindung mit einer Einrichtung zu Steuerung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers. Fig. 5 zeigt in einem Gesamtblockdiagramm eine elektrische Schaltung eines Servosystems gemäß der Erfindung für die Verwendung in Verbindung mit einer Einrichtung zur Temperatursteuerung.

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Im folgenden sei ein bevorzugtes Aüführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Gemäß Fig. 1 und 2, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, die in Verbindung mit einer Belichtungssteuereinrichtung einer photographischen Kamera zu verwanden ist, kann ein Blendenmechanismus 1 bekannter Bauart vorgesehen sein. Ferner ist ein lichtempfindliches Element 2 vorgesehen, bei dem es sich um ein photoelektrisch leitendes Element handeln kann, das in einem Arm der Arme einer Brückenschaltung 3 verwendet werden kann. Die Brückenschaltung 3 weist Brückenschaltungsarme auf, die Widerstandselemente enthalten, mit deren Hilfe die Filmempfindlichkeit, die Verschlußgeschwindigkeit und andere photo^graphische Informationen eingestellt werden. Durch den Block 4 ist eine Differenzdetektorschaltung veranschaulicht. Zwei Schaltkreise 5 und 5¹ umfassen eine Bezugspotential-Einstellschaltung; die Schaltoperation der betreffenden Schaltkreise erfolgt entsprechend dem Ausgangssignal der Detektorschaltung 4. Eine astabile Kippschaltung 6 führt in Abhängigkeit von der Schaltoperation des Schaltkreises 5 oder 5¹ Schwingungen-aus, hört auf zu schwingen und ändert die Impulsdauer der Schwingungs-Impulsfolge. Ein Servomotor verändert die automatische Blendeneinrichtung 1 und gleicht die Brückenschaltung ab. Durch einen Block 8 ist eine Anzeigeschaltung angedeutet. Der Servomotor 7 steuert die Blendeneinrichtung 1, die vor dem lichtempfindlichen Element 2 angeordnet ist, und außerdem wirkt der Servomotor 7 mit einer weiteren Blendeneinrichtung 1D zusammen, die im optischen Weg einer photographischen Linse bzw. eines photographischen ■ Objektivs L angeordnet ist und durch die die Belichtung der Oberfläche eines photographischen Filmes F beschränkt wird.

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Des von einem Gegenstand herkommende Licht fällt durch die Blendeneinrichtung 1 auf das lichtempfindliche Element 2, welches einen der Helligkeit des einfallenden Lichtes ent-, sprechenden Widerstand annimmt. Dieser Widerstand und die in den anderen Brückenschaltungszweigen entsprechend einer photographischen Information eingestellten Widerstände führen zu einer Unsymmetrie der Brückenschaltung, wodurch vom Ausgang der betreffenden Brückenschaltung 3 ein Ausgangssignal abgegeben wird. In Abhängigkeit von der Polarität des durch dieli)3/mmetrie verursachten Ausgangssignals wird einer der an die Ausgänge der Differenzdetektorschaltung h angeschlossenen Schaltkreise 5, 5* eingeschaltet. Der eingeschaltete Schalt-· kreis 5 bzw. 5¹ löst seinerseits die astabile Kippschaltung zur Ausführung von Schwingungen aus. Die Impulsdauer der Schwingungs-Impulsfolge ist in Abhängigkeit davon, welcher Schaltkreis der Schaltkreise 5, 5¹ eingeschaltet ist,^veränderbar. Dies führt dazu, daß ein intermittierender Strom zu dem Servomotor fließt, der an dem Ausgang der Kippschaltung angeschlossen ist. Dadurch dreht sich der Servomotor in Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung. Der auf diese Weise sich drehende Servomotor steuert den Blendenmechanismus, und gleichzeitig ändert er den Zustand der Brückenschaltung in der Richtung, daß ein Ausgleich auftritt. Wenn die Brückenschaltung den Ausgleichszustand erreicht hat, wird von den beiden Ausgängen der Differenzdetektorschaltung kein Ausgangssignal abgegeben. Dadurch werden beide Schaltkreise 5 und 5¹ abgeschaltet bzw. ausgeschaltet. Dies wiederum hat zur Folge, daß die Kippschaltung aufhört, Schwingungen auszuführen, wodurch schließlich der Motor stillgesetzt wird. Das Ausgangssignal der Kippschaltung bzw. des Multivibrators kann zum Teil der Anzeigeschaltung 8 zugeführt werden, um während des Schwingens des betreffenden Multivibrators eine

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Lampe zum Aufleuchten zu bringen und um die betreffende Lampe zum Zeitpunkt der Beendigung des Schwingens zum Auslöschen zu bringen. Auf diese Weise wird der Zustand der Brückenschaltung angezeigt, und ferner kann durch die betreffende Anzeigeeinrichtung angezeigt werden, ob die automatische Blendeneinrichtung sich innerhalb oder außerhalb ihres Arbeitsbereichs befindet.

Im folgenden sei auf Fig. 2 Bezug genommen, in der ein elektrischer Schaltpian eines Ausführungskonzepts der in Fig. 1 dargestellten Erfindung veranschaulicht ist. Ein Blendenmechanismus 9 wird durch einen Servomotor 43 gesteuert, um die Menge des auf das lichtempfindliche Element auftreffenden Lichts zu ändern. Sin photoleitendes Element und einstellbare bzw. veränderbare Widerstände 11, 12 und bilden eine Brückenschaltung, in der die ,einstellbaren bzw. veränderbaren Widerstände 10, 11 und 12 dazu benutzt werden, die ASA-Empfindlichkeit, die Verschlußgeschwindigkeit und andere photographische Informationen bzw. eine andere photographische Information einzustellen. Durch Transistoren 14, 15, 16 und 17 ist eine Differenzdetektorschaltung gebildet. Mit Hilfe von Dioden 18 erfolgt eine Stabilisierung der Brückenschaltungsspannung; mit Hilfe von Dioden 19 und erfolgt eine Stabilisierung der Spannung einer Konstantstromschaltung, die durch Transistoren 21 und 22 gebildet ist. Zur Einstellung des Arbeitspunkts der Differenzschaltung ist ein veränderbarer Widerstand 23 vorgesehen. Die obigen Bauelemente bilden die den Blöcken 1 bis 4 in dem Blockdiagramm gemäß Fig. 1 entsprechenden Schaltungen. Die Transistoren bis 27 und die Transistoren 28 bis 31 bilden zwei Schaltkreise (Blöcke 5 und 5' in Fig. 1); dabei bilden die Transistoren 25 und 31 die Eingangsstufe der betreffenden

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Schaltkreise, und die Transistoren 27 und 28 bilden die Ausgangsstufe des jeweiligen Schaltkreises/Zwei Transistoren 32 und 34 gehören zu Schaltungen, welche die Transistoren 24 und 31 der beiden Schaltkreise mit Bezugsspannungen versorgen. Zur Einstellung der Totzone der Transistoren 27 und 28 sind Widerstände 33» 35 vorgesehen, die die Bezugsspannungen einzustellen gestatten. Zwei Transistoren 36 und 37 bilden eine astabile Kippschaltung bzw. einen astabilen Multivibrator, in welche© Kondensatoren 38 und 39 und Widerstände 41 und 42 Zeitkonstanten-Kreise bilden. Der Servomotor 43 steuert die automatische Blende 1 und außerdem die Blendeneinrichtung 1D, die im optischen Weg der photographischen Kamera liegt, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Zwei Transistoren 44 und 45 bilden eine Anzeigeschaltung j mit den Basen der beiden Transistoren sind niederohmige Widerstände 44-, und 45-, verbunden. Die Ausgangssignale der Transistoren 44 und 45 werden einem RC-Glied zugeführt, bestehend aus einem Widerstand 46 und einem Kondensator 47, und das Ausgangssignal eines Transistors 48 bringt eine Anzeigelampe 49 zum Aufleuchten bzw. zum Erlöschen. Ein Transistor 50 und Dioden 51 bilden eine Konstant Stroms chalturig für die Multivibrators chaltung. Ein Speisespannungs-Schalter 52 dient zur Anschaltung bzw. Abschaltung einer Speisespsnnungsbatterie 53.

Die in Fig. 2 dargestellte und oben beschriebene Schaltungsanordnung arbeitet wie folgt: Die Widerstände 33 und 35 seien zunächst auf bestimmte Werte eingestellt. Diese Werte müssen experimentiell bestimmt werden, indem die Trägheitskraft der durch den Servomotor 43 angetriebenen und gesteuerten Blendeneinrichtung der Kamera, die Start- und Stillsetz-Eigenschaften des Motors 43, etc. berücksichtigt werden, so daß die Blendenöffnung ein gewünschtes üffnungsmaß innerhalb einer gewissen Betriebszeit erreichen

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kann, wenn das von dem zu photograph!erenden Gegenstand her auf das lichtempfindliche Element fallende Licht sich schnell ändert. Wenn z.B. die Blende eine große Trägheitskraft besitzt, sollten die Widerstände 33 und 35 so eingestellt werden, daß der Transistor 25 oder 31 den Auszustand ein wenig früher einnimmt als die Blendeneinrichtung durch ihre Trägheitskraft einen geforderten Wert genau einstellt. Wenn die photographische Information, wie die Filmempflndlicbüfceit und Verschlußgeschwindigkeit bzw. Verschlußzeit mit Hilfe der veränderbaren Widerstände 11, 12 und 13 in der Brückenschaltung eingestellt ist und wenn dann das von dem zu photographierenden Gegenstand herkommende Licht von dem photoleitenden Element aufgenommen wird, nimmt das betreffende Element 10 einen bestimmten Widerstand an. Unter dieser Bedingung wird ein auf die Unsymmetrie der Brückenschaltung zurückgehendes Ausgangssignal an die beiden Transistor-Basen der Differenzdetektorschaltung abgegeben. In Abhängigkeit von der Polarität des Eingangssignals gibt einer der Ausgänge der Detektorschaltung eine Spannung ab, die dem Eingangsstufen-Transistor 25 oder der Schaltkreise zugeführt wird. Die Eingangsstufe ist als Differenzstufe ausgelegt; das Umkehrpotential dieser Differenzstufe ist durch den das Bezugspotential einstellenden veränderbaren bzw. einstellbaren Widerstand 33 oder 35 wählbar. Aus diesem Grund kann die Totzone der Schaltkreise in geeigneter Weise durch passende Einstellung der einstellbaren" Widerstände 33 und 35 eingestellt werden. Der Widerstand 23 dient zur Einstellung des Arbeitspunkts der Differenzdetektorschaltung.

Unter der Annahme, daß der Transistor 25 durch das Ausgangssignal des Transistors 15 eingeschaltet ist, d.h. sich im leitenden Zustand befindet, sind die Transistoren 26 und 27ebe

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eingeschaltet. Dadurch wird den Basen der Transistoren 36 und 37 in der astabilen Kippschaltung über den Ausgangsstufen-Transistor 27 eine Spannung zugeführt, Auf Grund dieser Spannung beginnt der Multivibrator zu schwingen. Da der Widerstand 40 mit der Basis des Transistors 37 verbunden ist und da der Widerstand 41 mit der Basis des Transistors 36 verbunden ist wird in dem Fall, daß.die Widerstände 40 und 41 gleiche Widerstandswirrte besitzen, die Basisspannung des Transistors 37 höher sein als die des Transistors 36. Als Ergebnis dieser Tatsache wird der Kondensator 38 schneller geladen als der Kondensator 39. Mit Beendigung der Ladung des Kondensators 39 wird der Transistor 37 leitend» Dadurch fließt ein in Vorwärtsrichtung wirkender Strom von der Speisespannungsquelle 53 zu dem Motor hin, und zwar in dem u.en Transistor 50, den Motor 43 und den Transistor 37 umfassenden Schaltungskreis. Während der Zeitspanne des Fließens des Stromes beginnt der Kondensator 39 sich aufzuladen« Da die dem Kondensator 39 zugeführte Spannung jedoch niedriger ist als die dem Kondensator 38 zugeführte Spannung, besitzt der Kondensator 39 eine längere Ladezeit, während der der Motor 43 in der Vorwärtsrichtung gesteuert wird bzw. läuft« Wenn der Kondensator 39 aufgeladen ist, wird der Transistor erneut leitend. Dies führt zum Fließen eines Steuerstroms in Rückwärts-Richtung durch den Motor 43» Auf Grund des Fließens dieses Stroms wird dem Motor 43 eine Bremskraft erteilt«, Da die dem Kondensator 38 zugeführte Spannung jedoch höher ist, wird innerhalb einer kurzen Zeitspanne der Transistor 37 leitend. Dadurch wird wieder ein Steuerstrom in Vorwärts-Richtung zugeführt. Damit wird der Motor 43 in der Vorwärts-Richtung durch den Impulsstrom gesteuert, währenddessen eine Bremskraft auf ihn ausgeübt wird. Wie oben dargelegt, liefert die Ausgangsklemme des Multivibrators rechteckförmige Ausgangsimpulse mit zueinander entgegengesetzten Phasen» Während dieser

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Zeitspanne fließt ein Strom der intermittierenden Impulsfolge in der einen oder anderen Richtung durch den angeschlossenen Servomotor, der dadurch in Vorwärts- oder Rückwärts-RIchtung gedreht wird. Wenn der Motor sich dreht, wird die automatische Blendeneinrichtung derart betätigt, daß die auf das. lichtempfindliche Element 2 fallende Lichtmenge sich ändert. Dieses lichtempfindliche Element 2 ändert seinerseits den Zustand der Brückenschaltung in Richtung auf einen Ausgleich hin. Wenn die Brückenschaltung den Ausgleichszustand einnimmt, wird von der Differenzdetektorschaltung kein Ausgangssignal abgegeben. Dies führt dazu, daß beide Schaltkreise abgeschaltet werden, die ihrerseits veranlassen, daß der Multivibrator zu, schwingen aufhört« Damit wird schließlich der Motor stillgesetzt. Der in dem Motor fließende Strom tritt intermittierend auf. Demgemäß wird auf den Motor eine effektive Bremswirkung ausgeübt, und der betreffende Motor wird in stabiler Weise gesteuert. Wenn die beiden Schaltkreise den Aus-Zustand einnehmen, schaltet aer Transistor 48 in der Anzeigeschaltung nach einer wählbaren Verzögerungszeit ab. Die betreffende Verzögerungszeit geht auf den Verzögerungskreis zurück, der den Widerstand 46 und den Kondensator 47 umfaßt. Dies bewirkt, daß die Anzeigelampe 49 erlischt, was anzeigt, daß die Brückenschaltung den Ausgleichszustand eingenommen hat. Wenn die Menge.des einfallenden Lichtes zu groß oder zu gering ist, um die Brückenschaltung den Ausgleichszustand einnehmen zu lassen, hält das auf Grund der Brückenunsymmetrie abgegebene Ausgangssignal einen der Schaltkreise eingeschaltet. Dadurch wird der Transistor 48 in der Anzeigeschaltung im eingeschalteten Zustand gehalten, wodurch die Lampe zur Abgabe eines Alarms aufleuchtet.

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Die den verschiedenen Bauelementen der Schaltungen zuzuführenden Spannungen sind durch die in Fig. 2 dargestellten Konstantstromkreise geregelte bzw. stabilisierte Spannungen; außerdem sind sämtliche Schaltlangen symmetrisch auf gebaut. Demgemäß zeigt die Schaltungsanordnung ein stabiles Verhalten gegenüber Temperatur- und Spannungsschwankungen. Wenn entsprechend der Helligkeit des zu photograph!erenden Gegenstands der Transistor 30 leitend und der Transistor 25 nicht leitend ist,"wird im übrigen an die (unter Zugrundelegung der Darstellung gemäß Fig. 2) rechte Klemme öes Widerstands 42 über den Schalttransistor 28 eine Arbeitsspannung angelegt. Dadurch wird der Transistor 36 leitend, der seinerseits den Motor 43 in die zum vorhergehenden Fall entgegengesetzte Richtung steuert. Gleichzeitig wird der Kondensator 38 über die Widerstände 40 und 42 aufgeladen, und in einer durch den Wert (R^q + ^R42^"%8 S^eS^e^^enen bestimmten Zeitspanne wird der Transistor 37 leitend, und der Transistor 36 wird nicht leitend. Dies ruft das Fließen eines Rückwärts-Steuer-stroms in dem Motor 43 hervor. Damit beginnt der Kondensator 39 sich über den Widerstand 41 aufzuladen, und der Transistor 36 wird in einer durch den Wert R^ · C,q bestimmten Zeitspanne leitend. Dadurch wird der Motor 43 in der zum vorhergehenden Fall entgegengesetzten Richtung gesteuert. Diese Steuerung des Motors wird solange beibehalten, bis die Brückenschaltung durch die auf das lichtempfindliche Element 10 auf treffende Lichtmenge abgeglichen ist, welche durch die Blende 9 eingestellt wird. Wie oben ausgeführt,wird bei infolge des Zustande des lichtempfindlichen Elements 9 nicht abgeglichener Brückenschaltung dem Multivibrator eine Arbeits- ■ spannung zugeführt, auf Grund welcher der Multivibrator einen den Servomotor in Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung steuernden rechteckförmigen Impulstreiberstrom abgibt.

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Dadurch wird der betreffende Motor entsprechend dem Unterschied in der Dauer der Vorwärts- bzw. Rückwärts-Impulse gesteuert, was von der Richtung der Unsymmetrie der Brückenschaltung vom Ausgleichszustand aus abhängt. Wenn die Brückenschaltung den Ausgleichszustand einnimmt, hört der Multivibrator auf zu arbeiten. Dadurch wird die dem Servomotor zuzuführende Steuerspannung unterbrochen, wodurch ein unnötiger Verbrauch an elektrischer Leistung vermieden ist.

Wie aus vorstehendem ersichtlich ist, wird dem Servomotor eine feine bzw. schwache Antriebskraft und Bremskraft aufeinanderfolgend durch in Vorwärts- und Rückwärts-Richtung wirkende Steuer- bzw. Treiberströme während des Start-Übergangs erteilt, obwohl die durch den Servomotor 43 zu steuernden Blendeneinrichtungen 1 und 1D ihre statische Reibung zum Zeitpunkt der Inbetriebsetzung überwinden sollten* Dies führt dazu, daß die Blendenmechanismen zum Zeitpunkt der Inbetriebsetzung der auf ihre statische Reibung zurückgehenden Schwingungswirkung nicht ausgesetzt sind. Dadurch sind die betreffenden Mechanismen in den Stand gesetzt, sich mit einer gleichmäßigen Geschwindigkeit zu bewegen, nachdem der Servomotor mit Steuerströmen beaufschlagt ist und sich zu drehen beginnt. Nachdem die Brückenschaltung einen Ausgleichszustand einnimmt, ist überdies kein unnötiger elektrischer Leistungsverbrauch zu verzeichnen, da der Multivibrator aufhört zu schwingen, so-· bald die Brückenschaltung den betreffenden Zustand einnimmt.

Die oben beschriebene und in Fig. 2 dargestellte Schaltung besteht aus einer Differenzverstärkerschaltung, in der Schwankungsfehler auf Grund von Temperaturänderungen unter andere» aufgehoben sind» Deshalb ist der auf Grund von Temperaturänderungen vorhandene Gesamtfehler äußerst klein. Ferner

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eignet sich die Transistorschaltung des Differentialtyps bzw. Differenztyps äußerst günstig für die Ausführung in einer integrierten Schaltung.

Obwohl bei dem obigen Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung der Multivibrator einen Servomotor gesteuert hat, ist darauf hinzuweisen, daß es ohne weiteres möglich ist, ein Galvanometer anstelle des Servomotors zu benutzen und die Blendeneinrichtungen mit Hilfe eines Rotors des betreffenden Galvanometers zu steuern.

In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, gemäß dem die elektrische Schaltung gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem x-y-Aufzeichnungsgerät verwendet wird. Im Hinblick auf Fig. 3 sei bemerkt, daß das mit IC bezeichnete Dreieck einer Schaltung entspricht, wie sie in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie umrahmt ist. Die Klemmen I. und Ig entsprechen den beiden Eingangsklemmen, die mit den Basen der in Fig. 2 dargestellten Transistoren 14 und 17 verbunden sind. Vorher wird eine Vorspannung V_ß an das eine Ende eines einstellbaren Widerstands R., angelegt. Neben den betrachteten Elementen ist eine Motor-Treiberverstärkerschaltung Amp vorgesehen, bei der es sich entweder um eine gewöhnliche Verstärkerschaltung bekannter Art oder um eine astabile Multivibratorschaltung handeln kann, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Im zuletzt genannten Fall wird ein Motor M durch einen Impulstreiberstrom in entsprechender Weise gesteuert wie in dem Fall der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Der Servomotor M dient zur Verschiebung eines in Fig. 3 nicht näher dargestellten Aufzeichnungsstiftes. Der Aufzeichnungsstift, der in Fig. 3 nicht darge-

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stellt ist, kann der Aufzeichnungsstift eines x-y-Aufzeichnungsgeräts bekannter Art sein, in welchem der betreffende Aufzeichnungsstift lediglich mittels eines Servomotors entweder in der ⁿxⁿ- oder ^My^lf-Richtung verschoben bzw. bewegt wird. Im allgemeinen weist ein durch den Motor M zu steuernder Aufzeichnungsstift-Mechanismus eine große Trägheitskraft auf . Deshalb wird die betreffende Trägheitskraft zweckmäßigerweise vorab gemessen, und die Widerstände 33 und in der IC-Schaltung werden so eingestellt, daß die Schalttransistoren 27 und 28 den Aus-Zustand zu einem etwas früheren Zeitpunkt einnehmen können.

Wenn eine bestimmte elektrische Aufzeichnungsgröße, das ist ein Aufzeichnungs- bzw. Drucksignal» der Eingangsklemme IA der oben beschriebenen Schaltung zugeführt wird und der Schleifer des Widerstands fL um einen in Frage kommenden Wert in eine Stellung verschoben wird, die der Stellung entspricht, in die der nicht dargestellte Aufzeichnungsstift zu verschieben ist, wird der Motor M durch die IC-Schaltung derart gesteuert, daß der betreffende Stift zu der gewünschten Stelle hin bewegt und an dieser stillgesetzt wird, um einen Druckvorgang auszuführen. Während dieser Zeitspanne transportiert der Motor M den Aufzeichnungsstift genau zu der gewünschten Stelle hin, indem die Trägheitskraft des Stiftmechanismus berücksichtigt wird.

In Fig. 4 ist eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Gemäß Fig. 4 wird eine elektrische Schaltung gemäß der Erfindung dazu benutzt, die Geschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers zu steuern. Im Hinblick auf Fig. 4 sei bemerkt, daß die Bauelemente IC, Amp, M, fL und R₂ eine Schaltung bilden, die der Schaltung entspricht, welche durch in Fig. 3 durch entsprechend

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bezeichnete Bauelemente gebildet ist. Einem Eingang I^ der IC-Schaltung wird eine Spannung zugeführt, die proportional der Bewegungsgeschwindigkeit eines sich bewegenden Körpers ist. Bei dieser Spannung handelt es sich z.B. um die Spannung eines Tachometers bzw. Drehzahlmessers oder um eine Spannung, die proportional einem Pitot-Rohr-Bruck ist. Die Widerstände R^ und R₂ sind so voreingestellt, daß die einer Eingangsklemme Ig zuzuführende Eingangsspannung einer genau angegebenen Geschwindigkeit entsprechen kann, wenn der Widerstand R₂ einen Eichwert besitzt und so ausgebildet ist, daß der Widerstandswert entsprechend dem Beschleunigungsgrad geändert werden kann, wenn dem sich bewegenden Körper eine Beschleunigung erteilt wird. Ein Motor M ist dabei so angeordnet, daß er einen Kraftstoffabgabeventil-Betätigungsmechanismus einer Kraftmaschine steuert, wie z.B. eines Benzinmotors, der den beweglichen Körper derart steuert, daß die Drehzahl des betreffenden Benzinmotors entsprechend der Drehung des Motors M erhöht oder abgesenkt werden kann, durch den die Geschwindigkeit des beweglichen Körpers geändert werden kann. Bei der oben beschriebenen Zusammensetzung kann der bewegliche Körper durch den Motor M derart betätigt werden, daß stets eine Steuerung bei einer bestimmten konstanten Geschwindigkeit erfolgt.

In Fig. 5 ist eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Gemäß Fig. 5 wird eine -elektrische Schaltung gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Temperaturregeleinrichtung verwendet. Im Hinblick auf Fig. 5 sei bemerkt, daß mit IC eine Schaltung dargestellt ist, wie sie in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie umrahmt ist. Bei dem Bauelement Amp kann es sich um eine gewöhnliche Verstärkerschaltung oder um eine astabile Multivibratorschaltung handeln, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Mit ReI₁ und ReI₂

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sind Relais bezeichnet, die an die Ausgänge der IC-Schaltung angeschlossen sind, d.h. an die (in Fig. 2 dargestellten) Transistoren 27 und 28. Mit r^ und r₂ sind Kontakte der oben erwähnten Relais bezeichnet, und mit T, C und E sind eine Heizeinrichtung, eine Kühleinrichtung bzw. eine Steucrungs-Speisequelle bezeichnet. Bei der angegebenen Zusammensetzung wird eine einer abzustellenden Temperatur entsprechende Spannung einer Eingangskiemme Ig der IC-Schaltung zugeführt, indem z.B. ein Widerstand verwendet wird, wie der in Fig. 3 dargestellte einstellbare Widerstand R^. Eine der tatsächlichen Umgebungstemperatur proportionale Spannung wird der anderen Eingangsklemme I. zugeführt. Sodann wird eines der Relais ReI,, und ReIp selektiv über die Verstärkerschaltung Amp betätigt. Das betreffende Relais seinerseits steuert über den Kontakt r^ oder r₉ entweder die Heizeinrichtung T oder die Kühleinrichtung C zwecks Einstellung der Umgebungstemperatur derart, daß die Eingangsgröße I. stets gleich der Eingangsgröße I_ß werden kann.

Bei beiden in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen ist die Totzone der IC-Schaltung in wünschenswerter Weise durch Einstellung der Widerstände 33 und 35 in der IC-Schaltung einstellbar. Dadurch zeichnen sich die betreffenden Ausführungsformen durch eine Kompensationsfunktion mit einer Ansprechverzögerung des zu steuernden Systems und durch weitere Faktoren im Hinblick auf die Sicherung der Servowirkung bei einem gewünschten Wert aus.

Wie im vorstehenden aufgezeigt, ist durch die vorliegende Erfindung eine elektrische Schaltung geschaffen, die in einer Vielzahl von Servosystemen verwendbar ist. Die Totzone der Schaltung ist dabei in der Weise einstellbar, daß eine

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Kompensation hinsichtlich der Trägheitskraft, der Ansprechverzögerung und weiterer berücksichtigter Faktoren des zu steuernden Systems- erfolgt. Durch die Erfindung ist somit auf sehr v/irksame Weise eine elektrische Schaltung für ein Servosystem geschaffen, das imstande ist, eine Servosteuerung stets auf einen genauen Wert vorzunehmen.

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Claims

Patentansprüche

M ./Elektrische Schaltung für ein Servosystem, dadurch gekennzeichnet, daß eine Differenzschaltung (4) vorgesehen ist, die ein eine Abweichung von einem einzustellenden Bezugswert entsprechendes Gleichstromsignal abgibt und die mit zwei Differenz-Ausgangsklemmen versehen ist, daß eine Schaltkreis-Einrichtung (5, 5') eingangsseitig an die Ausgänge der Differenzschaltung (4) angeschlossen ist, daß die Schaltkreis-Einrichtung (5» 5¹) zwei weitere Differenzschaltungen (24 bis 27; 28 bis 31) enthält, die jeweils mit einem ihrer Differenzeingänge an den Ausgangsklemmen der Differenzschaltung (4) angeschlossen sind und die jeweils mit ihrem anderen Differenzeingang an einer Einrichtung (33, 35) angeschlossen sind, die einen Vorspannung spegel zu ändern gestattet, daß an der Schaltkreis-Einrichtung (5, 5') eine zur Servoantriebssteuerung dienende Antriebseinrichtung (7) elektrisch angeschlossen ist und daß die Totzone der Schaltkreis-Einrichtung (5, 5¹) durch die zur Änderung des genannten Vorspannungspegels dienenden Einrichtungen (33, 35) derart eingestellt ist, daß bei der Servosteuerung der Antriebseinrichtung (7) eine gewünschte Totzonenbreite erzielt ist.
2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltkreis-Einrichtung (5, 5¹) zusätzlich zwei Schalttransistoren (27, 28) enthält, deren jeder zur Steuerung seines Schaltens mit einem der Differenzausgänge der weiteren Differenzschaltungen (24, 25; 30, 31) elektrisch verbunden ist.
3. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Änderung des genannten Vorspannun^spegels dienenden Einrichtungen einen Spannungsregelkreis (32, 33; 34, 35) enthalten, dessen AusgangsSignal dem jeweiligen

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anderen Differenzeingang der weiteren Differenzschaltungen (24, 25; 30, 31) zugeführt -wird, und daß in dem jeweiligen Spannungsregelkreis (32, 33; 34, 35) ein einstellbarer Widerstand (33; 35) vorgesehen ist, durch dessen Einstellung der Ausgangsstrom des betreffenden Spannungsregelkreises änderbar und damit eine geforderte konstante Spannung abgebbar ist.
4. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schaltkreis symmetrisch ausgebildet ist.
5. Servosystem für eine mittels eines photoelektrischen Wandlers zu steuernde Belichtungssteuereinrichtung, insbesondere unter Verwendung einer elektrischen Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (1) vorgesehen ist, die eine Lichtmenge zu beschränken gestattet, daß eine astabile Kippschaltung (6) mit zwei Ausgangsklemmen vorgesehen ist, daß an die beiden Ausgangsklemmen der astabilen Kippschaltung (6) ein Wandler (45) elektrisch angeschlossenist, der so angeordnet ist, daß er die Einrichtung (1) zu steuern gestattet, die die Lichtmenge zu beschränken vermag, und daß eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, die zumindest einen Schaltkreis (5> 5'), dessen Leitendsein durch den photoelektrischen Wandler (5; 5') gesteuert wird, wobei die Schalteinrichtung (5; 5¹) mit der astabilen Kippschaltung (6) derart verbunden ist, daß die Abgabe einer Arbeitsspannung der betreffenden astabilen Kippschaltung (6) steuerbar ist, und eine Totzonen-Einstellschaltung (33; 35) enthält, welche den jeweiligen Schaltkreis (5, 5¹) im Hinblick auf eine· gewünschte Totzone einzustellen gestattet.

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BAD ORIGINAL
6. Servosystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1),die eine Lichtmenge zu beschränken gestattet, eine Offnungsbegrenzungseinrichtung enthält, durch die, die Menge des Lichtes steuerbar ist, dem der photoelektrische Wandler (2; 10) ausgesetzt ist.
7. Servosystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die astabile Kippschaltung (6) zwei Kreise (38, 40; 39, 41) unterschiedlicher Zeitkonstanten enthält.
8. Servosystem nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (1) die eine Lichtmenge zu beschränken gestattet, eine Offnungsbegrenzungseinrichtung enthält, durch die die Menge des Lichtes steuerbar ist, welches auf den photoelektrischen Wandler (2; 10) auftrifft, daß eine Offnungsbegrenzungseinrichtung (1D) in einem optischen Weg einer photographischen Einrichtung derart angeordnet ist, daß die Menge des von einem zu photographierenden Gegenstand herkommenden Lichts steuerbar ist, und daß beide Öffnungsbegrenzungseinrichtungen (1, 1D) gleichzeitig derart steuerbar sind, daß eine Steuerung der Belichtung des photoelektrischen Wandlers (2; 10) und eine photographische Belichtung erfolgt.
9. Servosystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (5,5') eine Brückenschaltung/enthält, deren einer Brückenzweig mit dem photoelektrischen Wandler (2; 10) verbunden ist und deren Ausgang mit dem Eingang des'Schaltkreises (5, 5¹) elektrisch verbunden ist, welcher durch ein auf eine Unsymmetrie der Brückenschaltung zurückgehendes Brückenschaltungsausgangssignal hin in den Leitzustand gelangt und die astabile Kippschaltung (6) damit wirksam macht.

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10. Servosystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine Alarmanzeigeeinrichtung (8) umfaßt, welche einen mit dem Ausgang des Schaltkreises (5,5') elektrisch verbundenen Verzögerungskreis (46, 47), eine durch diesen Verzögerungskreis (46, 47) zu steuernde Steuerschaltung (48) und ein mit dieser Steuerschaltung (48) verbundenes Alarmanzeigeelement (49) enthält.
11. Servosystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die astabile Kippschaltung (6) zwei Transistoren (36, 37) und zwei Zeitkonstanten-Kreise (38, 40; 39, 41) mit unterschiedlichen Widerständen (40, 41) und Kondensatoren (38,39) enthält.
12. Servosystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (5, 5¹) zusätzlich einen zweiten Schaltkreis (5 bzw. 5¹) enthält, dessen Eingang elektrisch mit dem Ausgang der Brückenschaltung (3) verbunden ist und dessen Leitendsein durch ein auf eine Unsymmetrie der Brückenschaltung zurückgehendes Brückenschaltungs-Ausgangssignals steuerbar ist, wobei dieses auf eine Brückenunsymmetrie zurückgehende Brückenschaltungs-Ausgangssignal im Vorzeichen sich von dem Brückenschaltungs-Ausgangssignal unterscheidet, auf das hin der erste Schaltkreis (5¹ bzw. 5) in den Leitzustand gelangt.
13. Servosystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der photoelektrische Wandler (2;10) ein Photowiderstand ist.
14. Servosystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Zeitkonstanten-Kreise (38, 40; 39, 41) der astabilen Kippschaltung (6) zumindest einen ersten und

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zweiten Widerstand (40, 41) gleichen Widerstandswerts und einen dritten Widerstand (42) enthalten, dessen eines Ende elektrisch so geschaltet ist, daß dem betreffenden Widerstand (42) die Ausgangssignale des ersten und zweiten Schaltkreises (5, 5' bzw. 27, 28) zuführbar sind.
15. Servosystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (5, 5¹) eine Schaltung mit Differenzanschluß enthält.

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