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Diodenvoltmeter, bei dem der Ruhestrom der Meßdiode durch eine zweite
Diode kompensiert wird
Es sind Voltmeter und Spitzenspannungsmesser für Wechselstrom
bekanntgeworden, bei denen die Spannung aus einem in einer Diode fließenden Anodengleichstrom
ermittelt wird. Wird der Diode ein Kondensator vorgeschaltet, so lädt sich dieser
so weit auf, daß im Grenzfalle an ihm die Spitzenspannung (E herrscht, so daß in
einem parallel! zur Diode liegenden Widerstandskreis ein der Spitzenspannung proportionales
Potential herrscht.
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In dieser einfachen Form würde jedoch die Schaltung eine ziemliche
AShängigkeit des Nullpunktes von den Netzspannungsschwankungen zeigen., solange
der Widerstandskreis so niedrigohmig ist, daß ein merklicher Anlaufstrom fließen
kann. Jede Schwankung der Heizspannung würde sich als Schwankung des Anlaufstromes
bemerkbar machen, die dann voll in das Meßresultat eingeht.
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Man hat bereits vorgeschlagen, den Ruhestrom der Diode durch eine
zweite Diode so zu kompensieren, daß der Kompensationsstrom mit wachsender Meßspannung
abnimmt. Die Kathoden beider Dioden werden dabei mit dem Mittelabgriff eines Widerstandes
verwunden, dessen Teile von dem Ruhestrom der Meß- und der Kompensationsdiode in
entgegengesetzter Richtung durchflossen werden und an dessen Enden die Spannung
mit Hilfe eines stromverbrauchenden Voltmeters gemessen wird, das im Ruhezustand
stromlos ist. Beabsichtigt war hierbei also eine größere Empfindlichkeit bei kleinen
Meßspannungen.
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Die Erfindung betrifft.demgegenüber ein Diodenvoltmeter mit im wesentlichen
linearer Skala. Die Anlaufströme J1 und J2 der beiden Dioden sollen dabei in Abhängigkeit
von der Heizspannung Unetz. etwa entsprechend den Kurven I und 2 der Fig. I verlaufen..
Bei der Untersuchung mehrerer Dioden hat sidh gezeigt,- --daß bei gleichen Widlerständen
immer ein System einen um einige ,mA größeren Anlaufstrom als das andere besitzt.
Dagegen--verlaufen die Anlaufströme im wesentlichen linear mit der Heizspannung,
und zwar für alle Systeme mit im wesentlichen der gleichen Steigung. Es gelingt
also leicht, den Einfluß der Heizspannungsschwankunden zu kompensieren, wenn man
das Anzeigeinstrument so schaltet, daß es nur auf dte Differenz J2-J,. anspricht.
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Am einfachsten verwendet man zur Kompensation eine Brückenschaltung
gemäß .Fig.2. Der Instrumentenstrom ergibt sich als. Differenz zweier den Anlaufströmen
proportionaler Ströme ii und i2 zu
wobei K1 und K2 Faktoren sind, die mit zunehmenden Widerständen W1 und W2 abnehmen,
und Ri den Instrumentenwiderstand bedeutet. Der Instrumentenstrom 1o ist also im
wesentlichen unabhängig von der Heizspannung.
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Ein Diodenvoltmeter, bei dem der Ruhestrom der Meßdiode durch eine
zweite Diode und insbesondere durch das zweite System einer Duodiode kompensiert
und ein Anzeigeinstrument von dlen beiden Diodenströmen im entgegengesetzten Sinne
beeinflußt wird, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der zur Kompensation
dienenden Diode eine zusätzliche Spannung derart zugeführt wird, daß der das Anzeigeinstrument
durchfließenldeRuhestrom beliebig einstellbar und unabhängig von der angelegten
Meßspannung wird. Man hat durch diese Maßnahme insbesondere den Vorteil, daß das
Anzeigeinstrument z. B. bei Umschaltung auf verschiedene Meßbereiche immer so eingestellt
werden kann, daß es bei der Meß/spannung Null auch auf Null zeigt. Die zusätzliche
Spannung wird dabei insbesondere von der Heizspannungsquelle abgeleitet, um auch
Heizspannungsschwankungen noch weitgehender ausgfricben zu können.
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Bei der Festlegung des kleinsten Spannungsmeßbereiches hat man zu
berücksichtigen, daß einmal der Scheinwiderstand des Voltmeters möglichst groß sein
soll, zweitens, idaß mit zunehmendem Widerstand bei gegebener Spannung der Gleichrichterstrom
immer kleiner wird, wobei noch zu beachten ist, daß infolge der gewählten Brückenschaltung,
selbst im günstigsten Fall (K1 = K2 und, Ri # R), vom Instrument nur der halbe Gleichrichterstrom
angezeigt wird. Bei Verwendung eines empfindlichen Strommessers mit einem Meßbereich
von 30 MA. wurde der niedrigste Meßbereich zu 2 Veff festgelegt. Eine Erweiterung
ist durch Vergrößerung der Widerstände W möglich, wodurch die weiteren Bereiche
6; 20, 60, 120 Veff entstehen.
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Mit wachsenden Widerständen W linearisiert sich die Gleichrichterkennlinie
immer mehr, so daß reine Knickgleichrichtung einsetzt und zwischen angelegter Wechselspannung
und Gleichrichterstrom eine lineare Beziehung besteht. Bei kleinen Widerstän---den
W dagegen tritt dieser lineare Zusammenhang erst bei größeren Amplituden ein, da
der Anlaufsfrom hier in der Größenordnung des Gleichrichterstromes liegt. Bei Spannung
o zeigt das Instrument nicht mehr den Strom o, sondern den Wert o an.
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Mit Rücksicht auf eine einheitliche Skalenbezifferung ist es notwendig,
daß die Verlängerung der geradlimgen Kurventeite der Kennlinien sämtlicher Meßbereiche
für die Spannung Null auch einen Instrumentenstrom Null ergeben. In Bereichen, in
denen der Anlaufstrom noch merklich ist (Bereich 2 V), muß also eine Möglichkeit
bestehen, den richtigen Anfangspunkt der Kennlinie einzustellen.
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Wählt man das System I der Diode als Meßsystem, so wird wegen der
verschieden großen Anlaufströme (Jt > J2) der sich einstellende Strom 1o stets
größer als der mit Rücksicht auf die Skalenbezifferung no"endige. Durch eine dem
System 2 eingeprägte Wechselspannung, die zweckmäßig der Heizwiclilung des Netztransformators
entnommen wird, hat man es aber in der Hand, J0 auf den nötigen Wert zu verkleinern.
Man hat dabei den Vorteil, daß man keine gesonderten Gleichrichter zur Kompensation
verwenden muß und daß mit zunehmende Widerstand W der Einfluß dieser Kompensation
verschwindet, wie das ja auch sein soll.
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In der Fig. 4 ist an Hand des Schaltschemas eine beispielsweise Ausführung
eines Dioden-Spitzenspannungsmessers für Netzheizung gemäß der Erfindung dargestellt.
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Mit DD ist die Duodliode, mit I und 2 ihre beiden Systeme bzw. Anoden,
mit 1 der Strommesser und mit Msp die mittels einer abgeschirmten Leitung mit dem
Instrument fest verbundene Meßspitze bezeichnet Ein nicht dargestellter doppelpoliger
Umschalter gestattet durch Verändern der Vorwiderstände bVnI und Wn2, die Meßbereiche
einzustellen. Um einen unerwünschten Frequenz gang zu vermeiden, wird durch einen
Kondensator C2 der Instrumentenkreis für Wechselstrom überbrückt. Die richtige Einstellung
des Ruhestromes Io nach einem Röhrenwechsel erfolgt an einem Spannungsteiler Sp>
- von dem auch der Wechselstrom für das zweite, für die Kompensation verwendete
System der Diode abgenommen wird. Ferner ist mit Tr der Netzanschlußtransformator,
mit R3 ein Vorwiderstand und mit Gi der Gleichrichter für die Diodenheizung bezeichnet.
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An die Meßspitze Msp und den Ladekondlensator C1 wird die zu messende
Wechselspannung angelegt. Der Ladekondensator ist mit Rücksicht darauf, daß auch
im niedrigsten Meßbereich die Frequenzabhängibekeit von 50 Hz bis 20 MHz höchstens
f'3 Olo betragen darf, sehr groß bemessen und besitzt einen tYberbrückui1gswiderstand
R4 von mindestens 10 Megohm, über den er sich bei abgeschaltetem Instrument entladen
kann.
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Der Scheinwiderstand des Voltmeters wird bei tiefen Frequenzen durch
den Widerstand W, bei hohen durch die Kapazitäten der Eingangsschaltung und der
Diode bestimmt. die bei günstigem Aufbau zu etwa IopF angenommen werden können.
Der Widerstand bei tiefen Frequenzen beträgt für die Grundwelle der Wechselspannung
etwa 1/3 der angeschalteten Widerstände W, was insbesondere daher rührt, daß W auch
vom Wechselstrom durchflossen wird, so daß er sich dem vom idealen Spitzengleichrichter
her bekannten Ersatzwiderw stand noch parallel schaltet.
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Gegen modulierte Hochfrequenz verhält sich das Voltmeter in den einzelnen
Meßbereichen verschieden. Bei reiner Spitzengleichrichtung, also in den hohen Meßbereichen,
stellt sich die Spannung am Ladekondensator auf den Maximalwert der Hüllkurve der
modulierten Hochfrequenzspannung ein.
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Je weiter sich aber mit abnehmendem Widerstand W die Gleichrichtung
von der Spitzeugleichrichtung entfernt, desto mehr weicht die Kondensatorspannung
Uc vom Maximalwert der Hüllkurve ab, da die kurzzeitigen Ladeimpulse der Trägerfrequenz
nicht mehr ausreichen, um die durch W abfließende I,adung des Kondensators zu ersetzen.
Je nach Modulationsgrad und dem Verhältnis von Modulationszur Trägerfrequenz erhält
man verschiedene Ströme im Anzeigeinstrument.
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Ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Diodenvoltmeter ist ebenso
einfach zu bedienen wie die bisher bekannten Instrumente. Die Handhabung unterscheidet
sich nur insofern, als bei der Inbetriehnahme vor Anlegen der Spannung der Bereichschalter
auf 2 V und dann mit Hilfe des von außen zugänglichen Spannungsteilers Sp der Zeiger
des Meßinstrumentes J auf die rote Markte der Skala eingestellt wird. Ein eventueller
Röhrenwechsel hat keinen Einfluß auf die Eichung, da bei Spitzengleichrichtung die
Röhrensteilheit keine Rolle spielt. Zur Vereinfachung der Bedienung kann es zweckmäßig
sein, die Meßwiderstände Wn1 und W>z2 der beiden Diodensysteme I und 2 durch
einen gemeinsamen Umschalter gleichzeitig miteinander umzuschalten.
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In manchen Fällen ist ein vom Lichtnetz unabhängiges Gerät erwünscht.
Es ist dann zweckmäßig, dieHeizbatterie gleich in das Voltmeter einzubauen.
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Die Spannungsahnahme der Trockenelemente ist hierbei völlig bedeutungslos,
da die Meßschaltung infolge der erfindungsgemäßen Kompensation in weiten Grenzen
unabhängig von der Größe der Heizspannung richtig arbeitet.