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Gestufter Präzisionswiderstand
Die Einzelwiderstände in einer Dekade
eines stufenweise einstellbaren Präzisionswiderstandes lassen sich mit den üblichen
Abgleichs- und Fertigungsmethoden mit hinreichender Genauigkeit auch bei den kleinsten
in Präzisionswiderstandssätzen vorkommenden Widerstandswerten (z. B. O,OI Ohm) herstellen.
Dagegen kommt gerade bei den kleinsten Widerstandswerten diese Genauigkeit nicht
zur Geltung, da vornehmlich der Übergangswiderstand des die Einzelwiderstände in
Reihe schaltenden Stufenschalters sich den Widerstandswerten der Einzelwiderstände
additiv überlagert.
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Die Wirkung dieser tiberlagerung tritt um so mehr zurück, je mehr
man bei der Schalterstellung dem Ende der Dekade näher kommt, da der t;bergangswiderstand,
abgesehen von den in den verschiedenen Kontakten vorhandenen Unterschieden des Übergangswiderstandes,
als konstant betrachtet werden kann und sich zum Ende der Dekade hin der eingestellte
Widerstandswert der Dekade linearer erhöht.
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Der Fehler tritt aber am Anfang einer Dekade (I R1 mit R1 als Einheit
der Dekade) in voller Stärke auf.
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Beispielsweise hat ein Widerstand der Dekade IO O,OI Ohm bei der Stellung
1 0,01 Ohm 2 °|O Fehler, wenn der Übergangswiderstand nur 2 10 Ohm beträgt, ein
Wert, der üblich ist und auch überschritten wird.
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Daher ist eine Schaltung erwünscht, welche ohne Erhöhung des Aufwandes
im Abgleich der Einzelwiderstände nur durch eine besondere Schaltungsart
den
ergangswiderstand des benötigten Stufenschalters weniger stark zur Wirkung kommen
läßt.
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Präzisionswiderstände mit veränderlich einstellbaren Widerstandswerten
pflegt man mit Anordnungen jeder Dekade auszurüsten, derart, daß die Einzelwiderstände
durch den Stufenschalter in Reihe geschaltet werden. Nach der Erfindung wird das
Verlangte dadurch erreicht, daß die die Dekade aufbauenden Einzelwiderstände parallel
geschaltet werden. Die Einzelwiderstände in dieser Schaltungsart haben dann nicht
gleiche Werte bei gleichen Stufenwerten der Dekade.
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Der Höchstwert der Dekade wird durch einen diesen Höchstwert darstellenden,
ohne Kontakt arbeitenden Festwiderstand dargestellt. Die kleineren Werte der Dekade
werden durch zusätzlich parallel geschaltete Widerstände erreicht.
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Die Einschaltung dieser Widerstände erfolgt durch einen Stufenschalter,
wie er zurParallelschaltung Einzelkondensatoren in Präzisionsstufenkondensatoren
üblicherweise verwendet wird.
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Die Widerstandswerte, welche parallel zu schalten sind, ergeben sich
gemäß Abb. 1 mit der Formel Rn = n (n * I) R1 wobei unter s der ganzzahlige oder
auch nicht ganzzahlige Stufenwert der Dekade zu verstehen ist, den R,, besitzen
soll.
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Besteht beispielsweise die Absicht, eine Dekade 10' 0,OI Ohm aufzubauen,
so nehmen die in Abb. I eingetragenen Einzelwiderstände folgende Werte an: R1, =
0,02 Ohm R2, = o,o6 Ohm R3, = 0,I2 Olun R4, = 0,20 Ohm R5' = Olun R6' = 0,42 Ohm
R7, = 0,56 Ohm R8, = 0,72 Ohm R9' = 0,90 Ohm Daraus, daß diese Widerstandswerte
durchweg höher liegen als die in einer Reihenschaltung anzuwendenden Werte der Einzelwiderstände,
geht hervor, daß ein gleich großer Übergangswiderstand eine relativ geringere Wirkung
hat. Hinzu kommt, daß durch die Parallelschaltung jeder Ubergangswiderstand in dieser
Schaltung nur verdeckt zur Wirkung kommt und nicht linear.
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Bei der Parallelschaltung tritt insofern ein Nachteil auf, als in
der Schalterstellung der kleinsten Stufe neun Kontakte durch ihre Übergangswiderstände
wirksam werden, während bei Reihenschaltung immer nur ein Übergangswiderstand wirksam
ist.
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Trotzdem ist die Wirkung sämtlicher fJbergangswiderstände bei der
Parallelschaltung immer kleiner als die Wirkung des einen Widerstandes bei der Reihenschaltung.
Das Verhältnis v des Einflusses der Übergangswiderstände bei der Parallelschaltung
zu der bei der Reihenschaltung wird durch folgenden Ausdruck in allgemeinster Form
angegeben:
Hierbei wird vorausgesetzt, daß sämtliche tbergangswiderstände gleichen Wert haben,
was zur Beurteilung der Wirkung dieser Schaltung ohne Beeinträchtigung angenommen
werden kann. Die Anwendung dieser Formel auf die Stufen 1 bis 10 ergibt der Reihe
nach die folgenden Verhältnisse: 5 v I 0,350 2 0,200 3 0,I34 4 4 0,0958 5 o,o685
6 0,0492 7 0,0336 8 o,o208 9 0,0099 Hieraus ist ersichtlich, daß die Parallelschaltung
der Reihenschaltung um so mehr überlegen ist, je höher der eingestellte Stufenwert
liegt. Aber auch im ungünstigsten Fall zeigt die Parallelschaltung nur 35 Olo derjenigen
der Reihenschaltung.
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Auf diese Weise ist es möglich, mit gleich guten Kontaktbahnen genauere
Stufenwiderstände herzustellen oder mit weniger guten Kontaktbahnen gleich genaue
Widerstände wie bisher. An Stelle des erwähnten Parallelschalters, bei dem sich
eine Kontaktbahn zwischen die Kontaktfedern der Parallelwiderstände einschiebt,
ist auch eine Sonderausführung ausführbar gemäß der Abb. 2. In dieser Ausführung
laufen zu dem Kontakt (10 - s) Leitungen, z. B. beim Kontakt K5 10 - 3 = 7 Leitungen;
dann wird das Kontaktfederbündel des Drehschalters mit den Eingangs- und Ausgangsklemmen
A und E immer nur eine aus mehreren Blättern bestehende Kontaktbahn Kn berühren.
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PATENTANSPRbCHE: I. Gestufter Präzisionswiderstand mit weitgehender
Unabhängigkeit vom Übergàngswiderstand des Stufenschalters, insbesondere für niederohmige
Widerstandsdekaden, gekennzeichnet dadurch, daß die Werte einer Widerstandsdekade
durch parallel geschaltete, unter sich ungleiche Einzelwiderstände gebildet werden,
derart, daß zur Bildung des höchsten Widerstandswertes IO R1 der Dekade nur ein
einziger Widerstand eingeschaltet ist und daß zur Bildung der kleineren Stufenwerte
dieser Dekade von 9... 1 R1 mit obigem Widerstand R1, durch den jeweiligen Stufenwert
bedingt, geeignet bemessene Einzelwiderstände parallel geschaltet sind, so daß der
kleinste Stufenwert (I R1) beispielsweise aus zehn parallel geschalteten Einzelwiderständen
gebildet wird.