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Anordnung zur Umwandlung einer periodisch schwankenden Gleichspannung
in eine deren Mittelwert entsprechende annähernd gleichförmige Gleichspannung In
Fällen, in welchen mit einer periodischen schwankenden Gleichspannung zu arbeiten
ist, um sie z. B. zu messen oder um mit ihrer Hilfe irgendeine Vorrichtung zu steuern,
macht sich meistens die periodische Schwankung störend bemerkbar, insbesondere wenn
die Periodenzahl niedrig ist. Die bisher bei Meßgeräten übliche Dämpfung reicht
dann vielfach nicht aus, -um eine ruhige Einstellung des Anzeigeorgans zu sichern.
Die Erfindung beseitigt diesen und ähnliche Nachteile, und betrifft :eine Anordnung
zur Umwandlung der periodisch schwankenden Gleichspannung m eine deren Mittelwert
.entsprechende ,annähernd gleichförmige Gleichspannung.
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Hierzu dient erfindungsgemäß eine Verstärkereinrichtung, welche über
eine im Takt der Spannungsschwankungen betätigte Schaltvorrichtung in Abständen
von einer oder mehreren Perioden von der jeweiligen Differenz bzw. dem jeweiligen
Verhältnis zwischen der periodisch schwankenden und der im Ausgangskreis der Verstärkereinrichtung
auftretenden annähernd gleichförmigen Spannung gesteuert wird.
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Eine Ausführungsform .des Erfindungsgedankens wird im folgenden an
der bekannten Fernübertragung mittels Impulse in einem in der Zeichnung dargestellten
Beispiel erläutert. Das bekannte Verfahren der Impulsfernübertragung besteht darin,
daß an der. Geberstelle eine Impulshäufigkeit z. B. in Abhängigkeit von einem Meßwert
erzeugt, diese Impulshäufigkeit durch Fernleitungen der Empfangsstelle zugeführt
und an dieser in einen ihrer Häufigkeit entsprechenden Wert, z. B. einen Strom oder
eine Spannung, umgewandelt wird. An der Empfangsstelle wird von den eintreffenden
Impulsen z. B. ein Kondensator über eine Gleichstromquelle mit der Impulsfrequenz
umgeladen, und diese Ladeströme, deren Mittelwert der Impulsfrequenz .entspricht,
werden einem Meßgerät zugeführt. Diese stoßartigen Ladungsströme werden gemäß der
Erfindung zunächst mit Hilfe einer Parallelschaltung von Kondensator und Widerstand
vorgeglättet. In der Zeichnung ist mit i die Relaiswicklung bezeichnet, der über
die Fernleitungen z und 3 die Stromimpulse zufließen. Von dem Relais wird ein Dreifachschalter
betätigt, dessen zwei obere bewegliche Kontakte q. und 5 im Rhythmus der ankommenden
Stromstöße einen Kondensator 6 aus einer Gleichstromquelle 7 über eine Parallelschaltung
von Widerstand 8 und Kapazität 9 periodisch umladen. An den Enden des Widerstandes
8 bzw. an der Kapazität 9 schwankt infolgedessen die Gleichspannung im Rhythmus
der dem Relais i zufließenden Stromimpulse. .
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In den so geschaffenen Kreis könnte man an sich ein Meßgerät einschalten.
Da jedoch mit Rücksicht auf die beschränkte Höchstimpulszahl, die einerseits durch
die meist sehr geringe Geberleitung und andererseits durch das sichere Arbeiten
des Relais i bedingt ist, bei der niedrigsten Impulszahl Periodendauern
von
einer Sekunde und. mehr vorkommen, können Meßinstrumente handelsüblicher Form wegen
ihrer unzureichenden Dämpfung .nicht verwendet werden. Es hat sich außerdem gezeigt,
daß eine weitere Verstärkung der Dämpfung nur sehr schwierig durchzuführen ist und
die Empfindlichkeit und die Einstellzeit des Meßinstrumentes störend beeinflußt.
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Infolgedessen wird gemäß der Erfindung eine Gitterröhre io vorgesehen,
deren Heizfaden über Widerstände ii und 12 aus der Stromquelle 7 gespeist wird.
Inihrem Anodenkreis liegt wieder eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 13
und einer Kapazität 14. In Reihe mit dem Widerstand 13 ist das Anzeigeinstrument
15 geschaltet, dessen Eigenwiderstand einen Teil des gesamten Parallelwiderstandes
zum Kondensator 14 bildet. Das Gitter der Röhre ist über einen Ableitungswiderstand
16 und einen Kondensator 17 mit dem negativen Pol der Stromquelle 7 verbunden, so
daß durch den Spannungsabfall des Heizstromes im Widerstand i i das Gitter
so weit negativ vorgespannt wird, daß ohne äußere Einflüsse kein Anodenstrom fließen
kann. Dem Relais i ist noch ein dritter beweglicher Kontakt 18 zugeordnet, der es
ermöglicht, einen Kondensator 19 abwechselnd zwischen die beiden in der Zeichnung
flbenliegenden Belegungen der Kondensatoren 9 bzw. 1 ¢ und parallel zu dem Kondensator
17 zu schalten. Da sowohl der Kondensator 6 als auch der Kondensator i 9 gleichzeitig.
von dem Relais i geschaltet werden, findet die Umschaltung des Kondensators 19 immer
an derselben Stelle der periodischen Schwankung der am Kondensator 9 liegenden Spannung
statt. Im Augenblick seiner Umschaltung ist der Kondensator 19 aufgeladen von der
Spannungsdifferenz, welche zwischen den in _der Zeichnung öbenliegenden Belegungen
der Kondensatoren 9 und 14 herrscht. Diese Spannungsdifferenz wird auf den Kondensator
17 übertragen und mit ihr die Gitterspannung beeinflußt. Für jede Häufigkeit der
dem Relais i zufließenden Stromimpulse gibt es eine bestimmte Spannungsdifferenz
zwischen den oberliegenden Belegungen der Kondensatoren 9 und 14, bei der sich ein
Beharrungszustand einstellt. Dieser Beharrungszustand ist verhältnismäßig weitgehend
unabhängig von der Charakteristik der Gitterröhre i o, denn selbst eine starke Verschiebung
dieser Charakteristik kann schon durch geringe Änderung der Gitterspannung ausgeglichen
werden, die zwar einen erheblichen Prozentsatz der steuernden Spannungsdifferenz,
aber einen nur sehr kleinen Prozentsatz der konstant zu haltenden Gleichspannung
bedeuten. Um die Einstellung der konstanten Spannung möglichst aperiodisch zu gestalten,
ist es zweckmäßig, den Kondensator i 9 nicht zu klein gegenüber dem Kondensator
17 zu bemessen, so daß bereits nach wenigen Parallelschaltungen des Kondensators
i 9 zum Kondensator 17, dessen mittlerer Betriebszustand den neuen Verhältnissen
angepaßt ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Instrument irgendwelchen plötzlichen
Belastungsänderungen schnell folgt und kurzzeitige Belastungsspitzen,- z. B. Kurzschlüsse,
sehr vollkommen registriert. Dabei darf man indessen nicht zu ,veit gehen, weil
sonst die Gefahr des überregelns besteht. Als brauchbarer Wert hat sich z. B. das
Verhältnis i : z zwischen den Kapazitäten der Kondensatoren i 9 und 17 herausgestellt.
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Zweckmäßig wird als Gitterröhre eine Röhre mit möglichst großer Steilheit
und möglichst kleinem Durchgriff verwendet, so daß die Differenz zwischen den Momentunwerten
und damit auch der Einfluß der Röhrencharakteristik möglichst klein werden.
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Es sei nachfolgend die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels zusammenhängend
erläutert.
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Mit Beginn der Dauer -eines jeden dem Relais i zugeleiteten Impulses
und mit Beginn einer jeden Impulspause wird infolge der Umpolung des Kondensators
6 dem Kondensator 9 eine Elektrizitätsmenge zugeleitet, deren Größe im wesentlichen
durch die Kapazität des . Kondensators 6 und die Spannung der Stromquelle 7 bestimmt
ist. Nach jeder Aufladung entlädt sich der Kondensator 9. wieder langsam über den
Widerstand B. An den Klemmen des Kondensators 9 tritt demnach eine periodisch schwankende
Spannung auf. Der Mittelwert und die Augenblickswerte dieser Spannung sind um so
größer, j e häufiger der Kondensator ,9 aufgeladen wird. Da die Häufigkeit der Rufladung
der Häufigkeit der dem Relais i zugeleiteten Impulsfolge entspricht, geben der Mittelwert
und auch periodisch lherausgeggriffene Augenblickswerte der an den Klemmen des Kondensators
9 auftretenden Spannung ein Maß für die Häufigkeit der dem Relais i zugeleiteten
Impulsfolge. Das gilt auch z. B. für den vor Beginn einer neuen Rufladung jeweils
an dem. Kondensator 9 herrschenden Augenblickswert der Spannung. Aus diesem Momentunwert
und der von der Röhre io gelieferten und an dem Kondensator 14 bzw. an der Reihenschaltung
des Widerstandes 13 und des Meßgerätes 15 herrschenden Gleichspannung, die bei konstanter
Häufigkeit der dem Relais i zugeleiteten Impulsfolge im wesentlichen konstant ist,
wird der zur Steuerung der Röhre i o notwendige Differenzwert
gebildet.
Hierzu dient der Kondensator i g, der bei Nichterregung des Relais i zwischen-den
oberen Belegungen der Kondensatoren 9 und 14 liegt. Da die anderen Belegungen der
Kondensatoren 9 und 1 4. untereinander verbunden sind und daher das gleiche Potential
besitzen, kommt auf den Kondensator i g die Differenzder jeweiligen Augenblickswerte
der an den Kondensatoren 9 und 14 herrschenden Spannungen zur Wirkung. Diesem Differenzwert
entspricht die auf dem Kondensator i g jeweils befindliche Ladung. Bei jeder Erregung
des Relais i wird der Kondensator i9 durch Umlegung der Kontaktlamelle 18 auf den
Steuerkondensator 17 geschaltet, wobei auf diesen im wesentlichen die auf dem Kondensator
i g unmittelbar zuvor befindliche Ladung übertragen wird. Die Größe dieser Ladung
ist, wie aus obigem hervorgeht, durch den Unterschied der unmittelbar vor der Umschaltung
an den Kondensatoren 9 und 1 ¢ herrschenden Momentanspannungen bedingt. Vor der
Größe der an dem Steuerkondensator 17 herrschenden Spannung ist das Potential des
Gitters der Röhre und damit die Stärke des Anodenstromes bzw. die Größe der gelieferten
kontinuierlichen Gleichspannung abhängig.
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Es werden also bei der beschriebenen Anordnung Augenblickswerte der
an dem Kondensator 9 herrschenden periodisch schwankenden Spannung und der an dem
Kondensator 1 4. auftretenden, im wesentlichen gleichförmigen Spannung sozusagen
periodisch miteinander verglichen und die Abweichungen vermittels des Kondensators
19 auf den Kondensator 17 und das Steuergitter der Röhre i o übertragen, deren Anodenkreis
dann die annähernd gleichförmige Spannung entnommen ward.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Bildung der
Differenzwerte der an dem Kondensator g herrschenden periodisch schwankenden Spannung
und der an dem Kondensator 14 auftretenden, im wesentlichen gleichförmigen Spannung
und die üb@ertragung dieser Werte auf den Kondensator 17 in Zeitabständen von jeweils
einer Periode. Es ist aber leicht einzusehen, daß dieser Vorgang auch in Zeitabständen
von jeweils mehreren Perioden durchführbar ist. Man könnte z. B. hierfür die Umschalteinrichtung
für den Kondensator i g von dem Relais i trennen und so ausbilden, daß sie beispielsweise
bei jeder zweiten Betätigung des Relais i, also jeweils in Abständen von zwei Perioden,
anspricht.
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Ein weiterer - Fortschritt im Sinne der Erfindung läßt sich dadurch
erreichen, daß die in dem Kondensator ig gespeicherte Elektrizitätsmenge durch Verringerung
der Kapazität des Kondensators auf eine hohe Spannung gebracht wird, bevor dieser
Kondensator parallel zu dem Kondensator 17 geschaltet wird. Hierzu kann z. B. ein
Kondensator benutzt werden, dessen Kapazität durch Änderung des EIektrodenabstandes
z. B. über das Relais i einstellbar ist. Da die Spannung an einem Kondensator dem
Quotienten aus der Ladung und der Kapazität proportional ist, so hat eine Verringerung
der Kapazität eines aufgeladenen Kondensators eine Erhöhung der Spannung zur Folge.
Dadurch ist es möglich, die in' dem Kondensator i g gespeicherte Elektrizitätsmenge
nahezu restlos auf den Kondensator 17 zu überführen und vor allem mit praktisch
verschwindend kleinen Spannungsdifferenzen zwischen den Kondens,atorbelegungen 9
und 1¢ beliebig große Steuerwirkungen auf das Gitter auszuüben. Im Idealfalle ergibt
sich aus einer solchen Anordnung eine völlige Unabhängigkeit von der Charakteristik
der verwendeten Gitterröhre i o.