DE2342496A1

DE2342496A1 - Einrichtung zur ausbildung in elektrischer schaltungstechnik

Info

Publication number: DE2342496A1
Application number: DE19732342496
Authority: DE
Inventors: Anton Kronenberger; Bruno Laubenberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-08-23
Filing date: 1973-08-23
Publication date: 1975-03-13

Description

Einrichtung zur Ausbildung in elektrischer Schaltungstechnik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur praxisnahen Ausbildung in elektrischer Schaltungstechnik, die es gestattet, daß die Auszubildenden selbst Versuche, insbesondere Messungen, durchführen und dadurch mit dem inneren Aufbau und der Funktion eines bestimmten Gerätes eng vertraut werden.

Die bekannten Gruppenübungen, bei denen Messungen an elektrischen Geräten durchgeführt werden, verlaufen in der Regel so, daß nur eine Person die entscheidenden Handgriffe ausführt, während die übrigen Gruppenmitglieder dies aus mehr oder weniger großer Entfernung beobachten und lediglich die Instrumente ablesen und Protokolle führen. Dieses Vorgehen ist umso unbefriedigender, je kleiner die zu untersuchenden Geräte und je größer die jeweiligen Gruppen sind. Auf dem Gebiet der Elektronik ist es aber oft unumgänglich, jedem Schüler nicht nur eigene Meßgeräte, sondern auch ein eigenes Versuchsgerät zur Verfügung zu stellen.

Es ist andererseits bekannt, die beim grundlagenbezogenen elektrotechnischen Unterricht verbreiteten sogenannten Lehrplatten auch für die gerätebezogene Ausbildung zu verwenden. So ist beispielsweise schon die gesamte Schaltung eines

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Farbfernsehempfängers auf einer Serie solcher Schulplatten nachgebildet worden. Die Schaltung und die Meßvorgänge werden dabei zwar "einem größeren Zuhörerkreis deutlich demonstriert, und es können auch einzelne Bauelemente leicht ausgewechselt werden, jedoch stehen Schulplatten längst nicht Von allen Geräten zur Verfügung, deren Wartungs- und Instandsetzungspersonal trainiert werden muß.

Die Anschaffung von Lehrplatten bedeutet für die Ausbildungsinstitutionen auch ganz erhebliche Kosten, die vernünftigerweise nur aufgewendet werden, wenn die betreffenden Schaltungen schon sehr verbreitet sind und somit zu erwarten ist, daß viele Kursteilnehmer oder SchulJahrgänge mit den Platten arbeiten werden. Im übrigen soll in Speziallehrgängen auch die Fertigkeit vermittelt werden, die von den Herstellern der Geräte mitgelieferten Originalschaltpläne mühelos zu lesen, was mit den nach didaktischen Gesichtspunkten gestalteten Lehrplatten nicht ohne weiteres zu erreichen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe beliebig viele auszubildende Personen, die je einen eigenen Übungsplatz mit eigenen Meßgeräten zur Verfügung haben, anhand des ihnen vorliegenden Schaltplanes unabhängig voneinander Messungen an einer zu untersuchenden Original-Schaltanordnung durchführen können, wobei letztere insgesamt nur einmal vorhanden zu sein braucht.

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Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung der einleitend näher bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß viele einzelne Meßstellen einer zu untersuchenden Schaltanordnung eines elektrischen Gerätes oder einer Anlage über je einen Meßverstärker mit einem Meßstellenverteiler verbunden sind, der viele fernsteuerbare Schaltvorrichtungen enthält, mit deren Hilfe jede Meßstelle wahlweise und gegebenenfalls gleichzeitig mit mehreren Meßgeräten verbunden werden kann, die sich an verschiedenen Übungsplätzen befinden, daß an den Übungsplätzen Schaltpläne der zu untersuchenden Schaltanordnung vorgesehen sind, die an den Meßstellen entsprechenden Meßpunkten kleine metallische Kontaktkörper tragen, und daß die Kontaktkörper und mindestens ein Taster je Übungsplatz in die Steuerkreise der Schaltvorrichtung eingearbeitet sind, so daß bei leitender Berührung zwischen einem Taster und einem Kontaktkörper die betreffende Meßstelle mit dem am betreffenden Übungsplatz aufgestellten Meßgerät verbunden ist.

Zum Verständnis der eigentlichen Grundidee der Erfindung und des mit ihr erreichten technischen Fortschritts muß man sich vor Augen halten, daß an den Meßstellen auch schwache und sehr störungsempfindliche Signale gemessen werden müssen, die abgeschirmte Leitungen erfordern. Ohne den erfindungsgemäßen Meßstellenverteiler, der ein zentrales Element derselben darstellt, wären also von jeder Meßstelle zu den einzelnen Übungsplätzen im Schulungsraum abgeschirmte Leitungen zu verlegen, was bei beispielsweise hundert oder zweihundert Meßstellen einen nicht mehr praktikablen Aufwand bedeuten

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würde. Erfindungsgemäß genügt es jedoch, zu jedem Übungsplatz nur eine abgeschirmte Leitung zu legen, da diese gesteuert durch das Antasten der Kontaktkörper im Schaltplan über die Schaltvorrichtungen im Meßstellenverteiler mit den einzelnen Meßleitungen verbindbar ist. Die Schaltvorrichtungen sind vorzugsweise Relais, es kommen jedoch auch elektronische Schaltvorrichtungen vergleichbarer Art in Betracht.

Die für jeden Übungsplatz vorgesehenen Schaltpläne können Originalpläne beliebigen Formats sein. Sie werden am besten auf eine steife Platte aufgezogen, und an den ausgewählten Meßpunkten wird als Kontaktkörper beispielsweise eine Nadel eingeschlagen, deren Kopf nur etwa die Größe eines Verbindungspunkts in dem Schaltplan hat. Auf der Unterseite sind die Nadeln mit je einer Steuerleitung der zugehörigen Schaltvorrichtung verbunden. Es können beliebig viele Meßpunkte bzw. Meßstellen vorgesehen werden, die dann allerdings entsprechend viele Meßübertragungskanäle gleichartiger Ausstattung erfordern. Bei einem Fernsehempfänger als Untersuchung sobjekt ist, wie schon erwähnt, an 100 oder 200 Meßpunkte zu denken.

In bestimmten Fällen mag es zur Erreichung einer ausreichenden Meßgenauigkeit genügen, die Meßgrößen lediglich durch die erwähnten Meßverstärker, welche in die Meßleitungen zwischen den Meßstellen am Untersuchungsobjekt und dem Meßstellenverteiler eingeschaltet sind, zu verstärken. Es handelt sich vorzugsweise um zweistufige transistorisierte Differenzverstärker mit hochohmigem Eingang und niederohmigem Ausgang,

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die einen Feldeffekttransistor als erste Stufe aufweisen.

Gelegentlich liegen aber auch höhere Anforderungen an die Meßgenauigkeit vor, wobei das Problem darin besteht, daß die Belastung der Meßverstärker sehr unterschiedlich sein kann, je nachdem, ob an vielen Übungsplätzen derselbe Meßpunkt gleichzeitig angetastet wird oder nicht. Es wird daher in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß am Eingang des Meßstellenverteilers in jeder von den Meßverstärkern kommenden Meßleitung ein Anpaßverstärker und am Ausgang des Meßstellenverteilers in jeder zu den Meßgeräten führenden Meßleitung ein Streckenverstärker angeordnet ist. Während hierbei der Ausgangswiderstand des Meßverstärkers und der Eingangswiderstand des zugehörigen Anpaßverstärkers unter Berücksichtigung der Leitungsdämpfung angepaßt sind, ist der Ausgangswiderstand des Anpaßverstärkers sehr viel kleiner als der Eingangswiderstand eines einzelnen Streckenverstärkers zu wählen.

Der Belastungsfehler kann noch weiter gesenkt werden, wenn man den Übertragungspegel auf beispielsweise + oder - 5V beschränkt. Dies ist trotz höherer Meßspannungen an einigen Meßstellen nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung dadurch möglich, daß an diesen Meßstellen je ein Spannungsteiler vorgesehen ist, der nur einen bestimmten Bruchteil der Meßspannung zum Eingang des betreffenden Meßverstärkers gelangen läßt. Andererseits ist am Ende jeder der zu den Meßgeräten führenden Meßleitungen ein Endeverstärker mit wahlweise in Stufen veränderbarer Verstärkung vorgesehen. Diese Verstär-

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. kungsstufen sind auf die Teilerverhältnisse der Spannungsteiler abgestimmt, so daß also durch Auswahl der entsprechenden Verstärkungsstufe die im Spannungsteiler herabgesetzte Meßspannung kurz vor dem Meßgerät wieder auf den ursprünglichen Wert angehoben werden kann.

Die Auswahl der Verstärkungsstufe kann von Hand erfolgen. Man braucht beispielsweise nur die Meßpunkte, bei denen eine solche Verstärkung erforderlich ist, entsprechend zu kennzeichnen. Der Vorgang läßt sich jedoch auch dadurch automatisieren, daß die Verstärkerstufe der Endverstärker durch Ansteuerung einer von mehreren Verstärkungs-Steuerleitungen auswählbar ist. Man kann in diesem Falle diejenigen Kontaktkörper eines bestimmten Übungsplatzes, bei deren Antasten eine Verstärkung erforderlich ist, über Trenndioden mit den entsprechenden Verstärkungs-Steuerleitungen verbinden.

Durch eine derart bewirkte Begrenzung des Übertragungspegels kann der Belastung.sfehler auf höchstens 1 1% herabgedrückt werden. Außerdem ist man in der räumlichen Anordnung der Einrichtung freizügiger; auch das Meßobjekt muß nicht unmittelbar beim Meßstellenversteiler angeordnet sein. Da die erwähnten Verstärker jeweils in größerer Anzahl vorkommen, wird man Bauformen nach der Technik der integrierten Schaltkreise den Vorzug geben.

In der Elektronik kommt es meist darauf an, Potentiale oder zeitliche Veränderungen von Potentialen bezüglich eines einheitlichen Referenzpotentials (Masse) zu bestimmen. Die bis-

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herige Beschreibung bezog sich auf solche "einpoligen" Messungen, Die Relais in dem Meßstellenverteiler haben hierbei einen als Schließer wirkenden Kontakt, der die Verbindung zu einem Meßgerät schafft, dessen zweiter Eingang mit Masse verbunden ist.

Will man jedoch zweipolig, d.h. zwischen zwei Meßstellen, messen, so wird vorgeschlagen, daß die Relais im Meßstellenverteiler einen Umschaltkontakt aufweisen, der von einer geöffneten Mittelstellung mittels entsprechender Steuersignale in zwei verschiedene geschlossene Stellungen gebracht werden kann, und daß dadurch die Meßstelle wahlweise mit zwei verschiedenen Eingängen eines Meßgerätes verbunden wird. Verwendbar wären beispielsweise gepolte Relais, die auf ein positives Signal nach der einen und auf ein negatives Signal nach der anderen Seite ausschlagen. Die in der Polarität unterschiedlichen Steuersignale könnten dadurch erzeugt werden, daß die Relaiswicklung an Masse gelegt wird und daß zwei Taststifte verwendet werden, von denen der eine positives und der andere negatives Potential an die betreffende Steuerleitung bringt. Bei der zweipoligen Messung muß allerdings der zweite Eingang des Meßgeräts von Masse auf die zweite abgeschirmte Leitung zum Meßstellenverteiler umgelegt werden. Dies kann in Weiterbildung der Erfindung ebenfalls durch ein Relais geschehen, das von einer an dem zweiten Taststift befindlichen Drucktaste gesteuert wird, die quasi automatisch betätigt wird, sobald man diesen Taststift in die Hand nimmt.

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Wie schon erwähnt, können die auf eine steife Platte aufgeklebten Schal tolane mit Kontaktkörpern nach Art von Stecknadeln versehen sein. Es ist aber auch möglich, anstelle von Schaltplänen im eigentlichen Sinn gedruckte Schaltungsplatten, wie sie in dem zu untersuchenden Gerät vorkommen, zu verwenden, deren metallische Leitungsbahnen unmittelbar die Kontaktkörper bilden. Ebenso können auch, insbesondere bei doppelseitig bedruckten Schaltungsplatten, die papierenen Abbilder jeder Seite der gedruckten Schaltungsplatten im Sinne eines Schaltplanes für die Meßübungen verwendet werden, wobei dann die als Meßpunkt interessierenden aufgezeichneten Leitungsbahnen mit einem solchen punktförmigen Kontaktkörper versehen sein können.

Beim Übungsbetrieb mit komplizierten Geräten kann es vorkommen, daß die eine oder andere Meßstelle interessant wird, die bei der Präparierung des Meßobjekts nicht für den Anschluß am Meßstellenverteiler vorgesehen war. Es empfiehlt sich daher, außer den Meßübertragungskanälen, die an den in die Schaltpläne integrierten Kontaktkörpern enden, noch einige zusätzliche Meßübertragungskanäle vorzusehen, die normalerweise unbelegt sind und für die außerhalb des eigentlichen Schaltplanes einige Kontaktkörper zur Verfügung stehen. Die Kontaktkörper können zur Verständigung zwischen dem Ausbilder und den an den Übungsplätzen tätigen Personen beziffert oder mit Farben gekennzeichnet werden. Der Ausbilder kann dann wunschgemäß beispielsweise den Kontaktkörper χ mit einer Meßstelle y im Untersuchungsobjekt in Verbindung bringen, so daß dann auch diese Meßstelle von allen Auszubildenden anwählbar ist.

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Um eine leichte Austauschbarkeit der präparierten Schaltungspläne sicherzustellen, empfiehlt es sich, die Kontaktkörper rückseitig mit einer an der Platte befestigten Vielfachsteckvorrichtung zu verbinden. Diese wird mit dem zum Meßstellenverteiler führenden vieladrigen Kabel verbunden. Die Platten mit den aufgezogenen Schaltplänen können zum Gebrauch mit Füßen oder Abstandsleisten versehen sein, die den für die Verbindungsleitungen zur Steckvorrichtung erforderlichen Abstand von der Tischplatte ergeben. Die Platten können aber auch die Deckplatte flacher Gehäuse darstellen, an denen die Vielfachsteckvorrichtung befestigt ist und die gegebenenfalls in einen speziellen Übungstisch einschiebbar sind, so daß die Oberfläche des Schaltplans mit der Tischfläche bündig ist und die Steckvorrichtung beim Einschieben in die kabelseitige Steckvorrichtung eingeführt wird, die an diesem speziellen Übungstisch befestigt ist.

Meßtechnische Übungen werden besonders reizvoll, wenn der Schüler bestimmte vorsätzlich vom Lehrer in der Schaltung verursachte Fehler eingrenzen oder auffinden soll. Zum Zwecke einer solchen Fehlersiraulation wird vorgeschlagen, daß in bestimmte Leitungsabschnitte der zu untersuchenden Schaltanordnung Schalt- oder Stellvorrichtungen eingeschaltet sind, welche die elektrischen Eigenschaften dieser Leitungsabschnitte definiert zu verändern gestatten. Insbesondere kann die Veränderung auch durch Fernbedienung erfolgen, wenn beispielsweise die Schaltvorrichtungen Relais sind. Die Bedienungsorgane zur Fernsteuerung können auf einem nur dem Lehrer zugänglichen Fehlerschaltpult zusammengefaßt sein.

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Praktisch zieht eine Störungsursache meist verschiedene weitere Störungen nach sich. Um diese Verhältnisse nachzuahmen, müssen daher meist mehrere Fehler gleichzeitig eingeschaltet werden. Ferner ist es aus didaktischen Erwägungen wünschenswert, von einfachen Fehlern stufenweise zu komplexen Fehlersituationen überzugehen. Hierzu wird vorgeschlagen, den Erfindungsgegenstand dadurch weiterzubilden, daß am Fehlerschaltpult eine Programmsteuervorrichtung zur wahlweisen Einsteuerung verschiedener vorbestimmter Fehlerkombinationen vorgesehen ist. Diese Programmsteuervorrichtung kann in einfacher Ausführung eine Schaltwalze sein. Es ist aber auch daran zu denken, daß die Übungsanweisungen von einem Tonträger oder mit audiovisuellen Hilfsmitteln gegeben werden und daß diese dann auch das Fehlerprogramm steuern.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Einrichtung besteht darin, daß jeder Lehrgangsteilnehmer an seinem Tisch unmittelbar in dem ihm vorliegenden Schaltplan so messen kann, als hätte er das Untersuchungsobjekt zur Verfügung. Seine Aktivität ist lediglich beschränkt durch die Begrenzung der Anzahl der Meßpunkte. Diese Beschränkung ist jedoch nicht prinzipieller Natur.

Zum Umrüsten der Einrichtung auf ein anderes Untersuchungsobjekt sind lediglich neue Schaltpläne in der beschriebenen Art mit Kontaktkörpern zu präparieren, und die Verbindungsleitungen zum MeßStellenverteiler sind an den ausgewählten Meßstellen des einzigen erforderlichen Exemplars der zu untersuchenden Schaltanordnung anzuschließen.

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Durch diese außerordentliche Anpassungsfähigkeit eignet sich die Einrichtung vorzüglich zur Schulung von Meistern in handwerklichen Bildungseinrichtungen, von Ingenieuren und elektrotechnischem Fachpersonal bei den Unternehmen, die komplizierte Geräte, wie z.B. Rechner, Steuer- und Regelgeräte usw. herstellen. Diese Unternehmen sind gezwungen, sowohl die in der Fertigung und Entwicklung als auch die im Kundendienst tätigen Angestellten mit diesen Geräten bekanntzumachen. Schließlich kommt die erfindungsgemäße Einrichtung den Erfordernissen bei der militärischen Ausbildung entgegen, wo immer wieder neue Spezialisten mit immer wieder neuen Funk-, Radar- und anderen Spezialgeräten vertraut gemacht werden müssen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet auch die Möglichkeit, Prüfungsbewerbern vollkommene Chancengleichheit zu bieten. Das gilt nicht nur für die wichtigen Abschlußprüfungen oder für Auswahlprüfungen von Bewerbern, sondern auch für die häufigen, in den Ausbildungsgang eingeschobenen Leistungstests. Das aber erhöht wiederum die Effektivität der Ausbildung.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in mehreren Varianten näher erläutert. Im einzelnen zeigt

Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung der

erfindungsgemäßen Einrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch den mit Kontaktkörpern

versehenen Schaltplan in starker Vergrößerung, Fig. 3 das Schaltbild einer ersten Ausführungsform

eines Meßstellenverteilers,

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Fig. 4 das Schaltbild eines mit Hilfe der Kontaktkörper umschaltbaren Endverstärkers und

Fig. 5 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Meßstellenverteilers.

Die in Fig. 1 mit 1 bezeichnete gestrichelte Umrandung soll die zu untersuchende Schaltanordnung, gewissermaßen das Meßobjekt darstellen. Nur um eine Vorstellung zu geben, möge es sich hier um ein Fernsehempfangsgerät handeln, dessen einzelne Baugruppen, gedruckte Schaltungsplatten usw. soweit aus dem Gehäuse herausgenommen sind, daß Meßleitungen Ml bis M99 leicht zugeführt werden können. Zur Veranschaulichung ist ein Bruchstück einer zweiseitig bedruckten Schaltungsplatte 2 des Fernsehgerätes räumlich dargestellt. An den auf der Oberseite befindlichen Leitungsbahnen 3 und 4 ist als Schaltelement ein Kondensator 5 angeschlossen. Die Leitungsbahn 4 ist als Meßstelle ausgewählt und daher bei der erfindungsgemäßen Präparierung des Meßobjekts, wie aus der Darstellung ersichtlich, über einen Meßverstärker MVl mit der Meßleitung Ml verbunden. In ähnlicher Weise sind die übrigen Meßleitungen über gleichartige Meßverstärker MV2 bis MV99 an irgendwelchen anderen Meßstellen des Meßobjekts angeschlossen. Der Zweck der bei einigen Meßstellen vorgesehenen Spannungsteiler wird weiter unten erläutert.

Die Meßverstärker liegen möglichst nahe an der jeweiligen Meßstelle. Wenn sonst keine Verstärker vorgesehen sind, ist die kennzeichnende Eigenschaft dieser im Regelfall untereinander identischen Meßverstärker der hohe Eingangs- und der ge-

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ringe Ausgangswiderstand. Die Meßverstärker sind in diesem Fall als zweistufige Differenzverstärker mit einem Feldeffekttransistor in der ersten Stufe ausgebildet. Der Ausgangswiderstand kann z.B. 75 Ohm betragen. Sämtliche Meßleitungen führen zu einem MeßStellenverteiler 6, der möglichst nahe beim Meßobjekt aufgestellt sein sollte.

Vom Meßstellenverteiler 6 führen einzelne Kabelverbindungen Kl bis K30 zu dreißig Übungsplätzen, von denen die vier letzten als Tische mit daraufstehendem Oszilloskop schematisch dargestellt sind. Jeder einzelne Übungsplatz enthält wie der mit strichpunktierter Umrandung dargestellte Übungsplatz 7 einen Abtast-Schaltplan 8, einen Taster 9 und verschiedene Meßgeräte, von denen als typisches Beispiel ein Oszilloskop 10 dargestellt ist. Der Originalschaltplan 11 (vgl. auch Fig. 2) ist auf einer Platte 12 aufgeklebt, die aus Epoxydharz oder einem sonst geeigneten möglichst billigen Isolierstoff bestehen kann und etwa 2 oder 3 mm dick ist. Diese Platte ist in einen flachen Rahmen 13 eingelegt, der nach unten mit einer Bodenplatte 14 abgeschlossen ist und sich in seiner Größe nach den auf dem in Aussicht genommenen technischen Fachgebiet üblichen Schaltplanformaten richtet. An den sogenannten Meßpunkten 15 des Schaltplanes, die den Meßstellen im Meßobjekt 1 entsprechen, sind Kontaktnadeln 16 so weit in die Platte 12 eingeschlagen, daß deren flacher Kopf auf dem Schaltplan aufliegt. Der Durchmesser des Kopfes, der vergoldet sein kann, liegt in der Größenordnung der gezeichneten Verbindungspunkte üblicher Schaltpläne. An jeder Kontaktnadel ist bei 17 eine Steuerleitung 18 angelötet, die durch den

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zwischen den Flatten 12 und 14 gebildeten Zwischenraum zu einem Steckerstift 19 einer an dem Rahmen 13 befestigten Steckerleiste 20 führt. An der Steckerleiste kann mittels eines KupplungsStücks 21 ein vieladriges Kabel 22 angeschlossen werden, das einen Bestandteil der Kabelverbindung Kl bildet.

Der Taster 9 besteht aus einem Isoliergriff 23, einer Tastspitze 24 und einer einadrigen flexiblen Leitung 25, welche die Tastspitze 24 mit einer Stromquelle verbindet. Die entsprechende Speiseleitung kann ebenfalls durch die Kabelverbindung Kl an den Übungsplatz 7 herangebracht sein. Das Oszilloskop 10 ist mit dem Meßstellenverteiler 6 über eine Koaxialleitung 26 verbunden, welche ebenfalls zur Kabelverbindung Kl zählt und deren Außenleiter 27 auf Massepotential liegt und mit dem zweiten Eingang des Oszilloskops verbunden ist.

Die Innenschaltung des MeßStellenverteilers 6, die in Fig. 3 dargestellt ist, zeigt in gitterförmiger Anordnung einerseits die Meßschienen Sl, S2 usw. sowie eine Masseschiene 28 und andererseits die zu jedem Übungstisch führenden Steuerleitungen 18 und Koaxialleitungen 26, die wiederum zu den Kabelverbindungen Kl, K2 usw. zusammengefaßt sind. Die vom Untersuchungsobjekt 1 kommenden Meßleitungen Ml bis M99 sind am Eingang des Meßstellenverteilers über Anpaßverstärker AVl bis AV99 mit den Meßschienen verbunden. Andererseits sind an den Ausgängen des Meßstellenverteilers Sttedcenverstärker SVl bis SV30 in die abgehenden Koaxialleitungen 26 eingeschaltet.

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Sowohl die Anpaß- als auch die Streckenverstärker sind untereinander identisch. Betrachtet man eines der drei dargestellten Schaltungsfelder, so ist an jeder Meßschiene Sl, S2 usw. ein Relaiskontakt al, a2 usw. angeschlossen, der normal geöffnet ist und eine Verbindung zu der Koaxialleitung 26 herzustellen gestattet. Die zugehörigen Relaiswicklungen Al, A2 usw. liegen einerseits an der Masseschiene 28 und andererseits an den Steuerleitungen 18. Die übrigen Schaltfelder, deren Gesamtzahl der Zahl der vorgesehenen Übungsplätze entspricht, sind identisch aufgebaut.

Der Eingangswiderstand der einzelnen Anpaßverstärker AVl, AV2 usw. ist dem Ausgangswiderstand der entsprechenden Meßverstärker MVl, MV2 usw. angepaßt. Andererseits ist der Ausgangswiderstand der Anpaßverstärker sehr viel kleiner als der Eingangswiderstand der Streckenverstärker SVl, SV2 usw. Durch diese Bemessung im Zusammenwirken mit einer Beschränkung der tatsächlich übertragenen Meßspannungen auf ΐ 5 Volt wird eine sehr gute und gleichbleibende Meßgenauigkeit erreicht, und zwar unabhängig davon, wieviele Meßgeräte gleichzeitig an einer Meßschiene bzw. einer Meßstelle angeschlossen sind.

Ein Großteil der bei dem zu untersuchenden Fernsehempfangsgerät vorkommenden Meßspannungen liegt ohnehin in dem erwähnten Übertragungsbereich von t 5 Volt. Die übrigen Meßspannungen liegen vorwiegend in dem Bereich bis su + 50 Volt. Diese Meßstellen sind daher, wie aus Fig. 1 ersichtlich, über einen aus den widerständen 29 und 30 bestehenden Spannungsteiler am Meßverstärker, beispielsweise MV2, angeschlossen. Die Meßspannung wird dadurch im Verhältnis 10:1 heruntergeteilt, so

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daß sie in den erwähnten Übertragungsbereich fällt.

Der am einzelnen Übungsplatz befindliche Benutzer der erfindungsgemäßen Einrichtung braucht nicht zu wissen, ob bei einer bestimmten Meßstelle ein Spannungsteiler eingebaut ist oder nicht. Eine durch einen Spannungsteiler herabgesetzte Meßspannung wird nämlich mit Hilfe der in Fig. 4 gezeigten Anordnung selbsttätig wieder auf den ursprünglichen Wert angehoben. Fig. 4 zeigt beispielhaft das Ende einer Koaxialleitung 26 an einem Übungsplatz. Diese Koaxialleitung kann über einen Umschaltkontakt 31, deren zugehörige Relaiswicklung mit 32 bezeichnet ist, an einen von zwei Eingängen eines Endverstärkers EV2 gelegt werden. Der Ausgang dieses Endverstärkers führt zu einem Oscilloskop 10 an diesem Übungsplatz. Der Endverstärker ist so ausgebildet, daß er bei der Schaltstellung, welche das Relais im Ruhezustand einnimmt, eine Verstärkung im Verhältnis 1:1 ergibt, während bei erregter Relaiswicklung 32 das Signal an den anderen Verstärkereingang gelangt, von wo aus eine Verstärkung im Verhältnis 1:10 erfolgt. Die Steuerleitung 33 des Relais, die man auch als Verstärkungs-Steuerleitung bezeichnen kann, ist mit einigen Steuerleitungen 18 des betreffenden Übungsplatzes über Dioden 34 verbunden. Dabei sind diejenigen Steuerleitungen ausgewählt, welche die Verbindung mit Meßstellen herstellen, deren Meßspannungen an sich über 5 Volt liegen und die deshalb heruntergeteilt sind.

Es ist noch anzumerken, daß vorzugsweise auch am Ende derjenigen Koaxialleitungen, die ohnehin nur Spannungen bis zu 5 Volt führen, ähnliche oder gleiche Endverstärker wie der gezeigte

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Endverstärker EV2 angeordnet sind. Lediglich das Umschaltrelais kann dort entfallen. Der Eingangswiderstand der Endverstärker ist grundsätzlich dem Ausgangswiderstand der Strekkenverstärker SVl, SV2, usw. angepaßt.

Wird nun beim Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung die Tastspitze 24 mit einem der Meßpunkte 15, d.h. also mit dem Kopf der Kontaktnadel 16 in leitende Berührung gebracht, so wird die in der entsprechenden Stmerleitung liegende Relaiswicklung, beispielsweise Al, erregt, und der zugehörige Relaiskontakt al schaltet die zu diesem Übungsplatz führende Koaxialleitung 26 an die betreffende Meßschiene Sl an. Damit ist das Oszilloskop 10 auf kontaktmäßig zuverlässige Weise mit der Leitungsbahn 4 in dem als Meßobjekt dienenden Fernsehempfangsgerät 1 so verbunden, als ob die Messung am Gerät direkt vorgenommen würde. Diese Messung ist jedoch nicht nur an einem Übungsplatz, sondern an allen vorhandenen Übungsplätzen unabhängig voneinander,gegebenenfalls also auch gleichzeitig, möglich. Die in den einzelnen Übertragungskanälen vorgesehenen Verstärker vermeiden dabei störende Rückwirkungen auf das Meßobjekt bzw. Meßfehler. Der einzelne Lernende hat dabei noch den Vorteil, daß er bei der Messung den Schaltplan vor Augen behält und der schaltungstechnische Zusammenhang von ihm gedanklich besser bewältigt werden kann, als wenn vor jeder Messung die zuvor im Schaltplan festgestellte interessierende Meßstelle am Meßobjekt praktisch aufgesucht werden muß.

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Mit Bezug auf die zusätzliche Vorrichtung nach Fig. 4, die auch die Anordnung von Spannungsteilern an einigen Meßstellen einschließt, kommen im Betrieb folgende Vorgänge hinzu. Wird die Tastspitze 24 mit einer Kontaktnadel in leitende Berührung gebracht, _tta der außer einer S teuer leitung 18 auch eine Verstärkungs-Steuerleitung 33 angeschlossen ist, so wird außer dem zugeordneten Relais im Meßstellenverteiler 6 auch das Relais 31, 32 betätigt und dadurch die zugehörige Koaxialleitung auf den l:10-Eingang des Endverstärkers EV2 umgeschaltet. Somit gelangt eine wieder auf den ursprünglichen Wert verstärkte Meßspannung zu dem Oszilloskop 10, ohne daß dem daran hantierenden Schüler die vorhergehende Herabsetzung der Meßspannung und ihre Wiederverstärkung bewußt wird.

Zur Fehlersimulation ist gemäß Fig. 1 ein Fehlerschaltpult vorgesehen, das eine größere Anzahl von Kippschaltern 36 aufweist. Jeder dieser Schalter ist mit einem beispielsweise dargestellten Relais 37 verbunden, das vorzugsweise ebenfalls im Meßobjekt eingebaut ist und bestimmte Leitungsverbindungen wahlweise zu öffnen oder zu schließen gestattet. Beispielsweise enthält die Schaltungsplatte 2 auch einen Widerstand 38, dessen linker Anschlußdraht 39 normalerweise durch die Platte hindurchgesteckt und auf der Unterseite mit einer Leitungsbahn verlötet ist. Bei eier Präparierung des Meßobjekts wurde jedoch dieser Leitungsanschluß über das Relais geschleift. Auf diese l/eise ist es möglich, durch Betätigung der Kippschalter 36 vorgeplante F_ehler einzeln oder in beliebigen Kombinationen im Meßobjekt zu verursachen oder wieder zum Verschwinden zu bringen. Das Fehlerschaltpult 35 kann sich

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ohne weiteres in einer größeren Entfernung vom Meßobjekt befinden oder unter Verschluß gehalten werden.

Eine andere Variante eines Meßstellenverteilers zeigt Fig. Es sind nur zwei der untereinander identischen Schaltfelder dargestellt, deren Gesamtzahl ebenfalls wieder der Zahl der Übungsplätze entspricht. Der Unterschied gegenüber der Anordnung nach Fig. 3 besteht darin, daß die Relaiskontakte a'l drei Stellungen einnehmen können und sich normal in einer geöffneten Mittelstellung befinden. Die Relaisanker bewegen sich nach der einen oder anderen Seite, je nachdem, ob die zugehörige Relaiswicklung A¹I an positive oder an negative Spannung gelegt wird. Dementsprechend verbinden die Relaiskontakte die entsprechende Meßschiene mit der einen oder der anderen von zwei Koaxialleitungen 40, 41, die* beide zu dem gleichen Übungsplatz führen. Die Koaxialleitung 40 ist unmittelbar mit einer Steckbuchse 42 verbunden, während die Koaxialleitung über einen am Übungsplatz befindlichen Umschalter 43 zu einer Steckbuchse 44 führt. In die Steckbuchsen sind die Anschlußleitungen eines Meßgerätes 45 eingesteckt, das ebenfalls ein Oszilloskop sein kann.

Der Umschalter 43 verbindet die Steckbuchse 44 normal mit Masse. In diesem Fall entspricht der Betrieb des Meßstellenverteilers dem vorhergehend beschriebenen Beispiel insofern, als nur ein Taster verwendet wird, der den Relaiswicklungen positive Spannung zuführt, wobei sich die Relaiskontakte nach links legen und die Koaxialleitung 40 mit der betreffenden Meßleitung verbinden. Damit nun auch die Spannung zwischen

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zwei Meßstellen gemessen werden kann, sind an den Übungsplätzen je ein weiterer (nicht dargestellter) Taster vorgesehen. Dieser Taster liegt an negativem Potential und bewirkt durch Antasten eines Meßpunktes das Umlegen des entsprechenden Relaiskontakts nach rechts. Werden also nach vorhergehendem Umlegen des Umschalters 43 in seine linke Stellung die beiden Taster mit zwei verschiedenen Meßpunkten in Berührung gebracht, so schalten zwei Relais des entsprechenden Schaltfeldes um und zwar eines nach links und das andere nach rechts, so daß das Meßgerät mit den beiden zugeordneten MeßsteIlen verbunden ist.

21. August 1973
Ei-mm A 6371

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Claims

Patentansprüche:

Einrichtung zur Ausbildung in elektrischer Schaltungstechnik, dadurch gekennzeichnet, daß viele einzelne Meßstellen (4) einer zu untersuchenden Schaltanordnung eines elektrischen Gerätes (1) oder einer Anlage über je einen Meßverstärker (MVl) mit einem Meßstellenverteiler (6) verbunden sind, der viele fernsteuerbare Schaltvorrichtungen (Al, al) enthält, mit deren Hilfe jede Meßstelle (4) wahlweise und gegebenenfalls gleichzeitig mit mehreren Meßgeräten (10, 45) verbunden werden kann, die sich an verschiedenen Übungsplätzen (7) befinden,, daß an den Übungsplätzen Schaltpläne (11) der zu untersuchenden Schaltanordnung vorgesehen sind, die an den Meßstellen entsprechenden Meßpunkten (15) kleine metallisehe Kontaktkörper (16) tragen und daß die Kontaktkörper und mindestens ein Taster (9) je Übungsplatz in die Steuerkreise der Schaltvorrichtungen eingeschaltet (13) sind, so daß bei leitender Berührung zwischen einem Taster und einem Kontaktkörper die betreffende Meßstelle mit dem am betreffenden Übungsplatz aufgestellten Meßgerät verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßverstärker (MVl, MV2) zweistufige transistorisierte Differenzverstärker sind, die vorzugsweise einen Feldeffekttransistor als erste Stufe aufweisen.

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3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang des Meßstellenverteilers (6) in jeder von den Meßverstärkern (MVl, MV2...) kommenden Meßleitung (Ml, M2...) ein Anpaßverstärker (AVl, AV2...) und am Ausgang des Meßstellenverteilers in jeder zu den Meßgeräten (10, 45) führenden Meßleitung (26) ein Streckenverstärker (SVl, SV2...) angeordnet ist, wobei die Ausgangswiderstände der Anpaßverstärker sehr viel kleiner als die Eingangswiderstände der Streckenverstärker sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Meßstellenverteiler enthaltenen Schaltvorrichtungen Relais (Al, al) sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais mit einem als Schließer wirkenden Kontakt (al, a2 usw.) versehen sind, welcher die Verbindung zu dem einen Eingang (26) eines Meßgerätes (10) herstellt, während der andere Eingang an Masse liegt.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einigen Meßstellen je ein Spannungsteiler (29, 30) vorgesehen ist, der nur einen bestimmten Bruchteil der Meßspannung zum Eingang des betreffenden MeßVerstärkers (MV2) gelangen läßt, und daß am Ende der zu den Meßgeräten (10) führenden Meßleitungen (26) Endverstärker (EV2) mit wahlweise in Stufen veränderbarer Verstärkung vorgesehen sind, wobei deren Verstärkungsstufen so gewählt sind, daß eine Wiederanhebung der herabgesetzten Meßspannung auf den ursprünglichen Wert möglich ist.

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7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsstufen der Endverstärker durch Ansteuerung einer Verstärkungs-Steuerleitung (33) oder einer von mehreren solchen Leitungen auswählbar ist, und daß die Verstärkungs-Steuerleitungen jedes Endverstärkers (EV2) mit den Steuerleitungen (18) des betreffenden Übungsplatzes so verbunden sind, daß selbsttätig stets die volle Meßgröße zur Messung kommt.

8. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Relais einen Umschaltkontakt (a'l) aufweisen, der von einer geöffneten Mittelstellung mittels entsprechender Steuersignale in zwei verschiedene geschlossene Stellungen gebracht werden kann und dadurch die betreffende Meßstelle mit verschiedenen Eingängen eines Meßgerätes (45) verbindet.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltpläne (11) auf eine steife Platte (12) aufgezogen und die Kontaktkörper (16) nach Art von Stecknadeln ausgebildet und in die Platte eingeschlagen sind, so daß lediglich der Kopf von der Frontseite her zugänglich ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktkörper (16) mit einer an der Platte (12) befestigten Vielfachsteckvorrichtung (20) verbunden sind.

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23Α2Λ96

11. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten als zum Gebrauch auf eine Tischplatte auflegbare Bretter oder flache Gehäuse ausgebildet sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Bretter oder Gehäuse in spezielle Übungstische einschiebbar sind, so daß die Schaltplanoberfläche mit der Tischfläche bündig ist.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltpläne gedruckte Schaltungsplatten sind, deren metallische Leitungsbahnen unmittelbar die Kontaktkörper bilden.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Schaltpläne maßstäbliche Abbildungen von gedruckten Schaltungsplatten dienen, wobei pro gezeichneter Leitungsbahn ein Kontaktkörper vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einige zusätzliche, nicht ständig an dem zu untersuchenden Gerät angeschlossene Meßübertragungskanäle und diesen zugeordnete, besonders bezeichnete Kontaktkörper an jedem Übungsplatz vorgesehen sind.

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fehlersimulation in bestimmte Leitungsabschnitte (39) der zu untersuchenden Schalt-

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anordnung (1) Schalt- oder Stellvorrichtungen (37) eingeschaltet sind, welche die elektrischen Eigenschaften dieser Leitungsabschnitte definiert zu verändern gestatten.

17. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedienungsorgane (36) zur Fernsteuerung der Schaltoder Stellvorrichtungen auf einem Fehlerschaltpult (35) zusammengefaßt sind.

18. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine Programmsteuervorrichtung zur wahlweisen Steuerung verschiedener vorbestimmter Fehlerkombinationen vorgesehen ist.

21. August 1973
A 6371 /Ei-mm

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