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Schaltung zur Erzeugung einer konstanten Spannung für Röhrengeräte
Eine große Anzahl der verschiedensten Röhrengeräte, insbesondereMeßgerätefür Wechselspannungen,
enthält eine oder mehrere Verstärkerröhren, die zur Verstärkung und bzw. oder zur
Gleichrichtung der in irgendeiner Weise auszuwertenden, z. B. zu messenden Wechselspannung
dienen. Da die Verstärkungs-bzw. Gleichrichtereigenschaften der Röhren im allgemeinen
stark von den Betriebsspannungen (Anodengleichspannung, Gitterv orspannungen, Heizspannung)
abhängen, ist man bestrebt, durch besondere Maßnahmen entweder Schwankungen der
Betriebsspannungen weitgehend zu beseitigen oder, beispielsweise durch Gegenkopplung,
diese unerwünschten Einflüsse herabzusetzen.
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In der Regel ist nun dazu ein erheblicher Aufwand an zusätzlichen
Mitteln erforderlich. Um diesen Aufwand nicht zu groß werden zu lassen, hat man
beispielsweise bei Meßgeräten, die mit Verstärkerröhren arbeiten, eine besondere
Eicheinrichtung vorgesehen, die mit Hilfe eines Umschalters in Betrieb genommen
wird und jederzeit ermöglicht, die Richtigkeit der Anzeige des Meßgerätes nachzuprüfen.
Bekannt ist beispielsweise die sogenannte Pfeifpunkteichung.
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Da die meisten der gebräuchlichen Röhrengeräte für den Anschluß an
das Wechselspannungsnetz gebaut sind, die Röhren daher ihre Betriebsspannungen über
Transformatoren und Gleichrichter erhalten, ist es naheliegend, den Netzteil solcher
Geräte mit einer einfachen und geringen Aufwand erfordernden Zusatzeinrichtung zu
versehen, die eine konstante, von Schwankungen der Netzspannung unabhängige Wechselspannung
liefert, die bei Meßgeräten beispielsweise als Eichspannung verwendet werden kann.
Eine solche bekannte Einrichtung zur Erzeugung einer konstanten, von der Speisespannung
in weiten Grenzen unabhängigen Spannung besteht z. B. aus einer Brückenschaltung,
die teils aus spannungsabhängigen Widerständen, z. B. Glühlampen, teils
aus
spannungsunabhängigen Widerständen zusammengesetzt ist. Bei Meßgeräten hat man auch
bereits einen besonderen kleinen Eichgenerator vorgesehen, der zum Zwecke der Eichung
des Meßgerätes bei Bedarf an die Eingangsklemmen gelegt werden kann.
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Die erwähnten bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie
einen beträchtlichen Aufwand an zusätzlichen Mitteln notwendig machen. Durch die
im folgenden beschriebene Erfindung wird eine einfache und gegenüber den Bekannten
äußerst geringen zusätzlichen Aufwand erfordernde Lösung der Aufgabe angegeben,
bei Röhrengeräten der obergenannten Art, bei denen die Betriebsspannungen dem Wechselspannungsnetz
entnommen werden, eine hinreichend konstante Wechselspannung zu erzielen, wobei
von der oben bereits erwähnten Brückenschaltung mit spannungsabhängigen und spannungsunabhängigen
Widerständen Gebrauch gemacht wird. Erfindungsgemäß werden in einer solchen Schaltung
als spannungsabhängige Widerstände die Heizfäden von in dem Röhrengerät an sich
vorhandenen Röhren verwendet.
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Damit wird der für die Erzeugung der konstanten Spannung erforderliche
zusätzliche Aufwand auf ein Mindestmaß herabgedrückt. Er besteht nur noch aus zwei
bis höchstens drei spannungsunabhängigen ohmschen Widerständen handelsüblicher einfachster
Bauart.
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Bei Anwendung der Erfindung in Meßgeräten mit Röhren, bei denen die
so erzeugte konstante Wechselspannung vorzugsweise als Eichspannung verwendet wird,
kommt noch ein einfacher Umschalter hinzu, mit dessen Hilfe die erzeugte Eichspannung
auf den Eingang des Meßgerätes gegeben wird und so jederzeit eine Überprüfung der
Richtigkeit der Anzeige vorzunehmen ermöglicht.
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Im folgenden soll zunächst an Hand der Fig. z bis q. das an sich bekannte
Prinzip der Erzeugung einer konstanten Spannung mit Hilfe einer sogenannte Kaltleiter
enthaltenden Brückenschaltung kurz erwähnt werden. Die weiteren Fig. 5 und 6 zeigen
zwei Anwendungsbeispiele der Erfindung, und zwar Röhrenspannungsmesser, in denen
die gemäß der Erfindung erzeugte konstante Spannung als Eichspannung dient. Es ist
jedoch offensichtlich, daß diese durch die Erfindung angegebene- Methode, die Heizfäden
an sich vorhandener Röhren für die Spannungskonstanthaltung auszunutzen, nicht auf
diese Anwendungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr auch bei beliebig gearteten Röhrengeräten
im Bedarfsfalle mit Vorteil angewendet werden kann.
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In der Fig. z ist zunächst die bekannte Widerstandscharakteristik
von Kaltleitern R = f (U) dargestellt, wobei U den Effektivwert der an den
Widerstand gelegten Spannung darstellt. Fig. 2 zeigt die Stromspannungskennlinie
J = f (U) eines solchen Kaltleiters. Dabei sei mit P der Arbeitspunkt bezeichnet,
bei dem der Kaltleiter im allgemeinen betrieben wird. Die zugehörigen Strom- und
Spannungswerte seien J, und U9. Legt man in diesem Arbeitspunkt P die Tangente an
. die Strom-Spannungscharakteristik, so hat diese den Neigungswinkel a gegen die
U-Achse und schneidet die 1-Achse in einem Punkte Jo. Es sei nun das Verhältnis
als der Ersatzwiderstand des Kaltleiters im Arbeitspunkt P bezeichnet.
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Die in der Fig.3 dargestellte Brücke stellt eine Schaltung zur Erzeugung
einer von Schwankungen der Eingangsspannung U, unabhängigen Ausgangsspannung U"
dar. Sie enthält drei spannungsunabhängige Widerstände R1, R2, R3 und einen spannungsabhängigen
Widerstand RH in Gestalt eines Kaltleiters. Die gewünschte Wirkung wird erzielt,
wenn die Bedingung
erfüllt ist. R$ ist hierbei der oben definierte Ersatzwiderstand des Kaltleiters,
wobei unter Arbeitspunkt P der mittlere Arbeitspunkt zu verstehen ist, der bei Schwankungen
der Eingangsspannung auftritt.
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Eine andere Schaltung für denselben Zweck zeigt Fig. q.. In dieser
Brückenschaltung sind jedoch zwei spannungsabhängige Widerstände Rxl und RH2 neben
zwei spannungsunabhängigen Widerständen R1, R, verwendet. Die Abgleichbedingung
zur Erzielung der gewünschten Wirkung lautet hier im einfachsten Falle: Ri-Ra=Rai=Rx2.
Die allgemein gültige Abgleichbedingung ist
Ob nun in der Brückenschaltung nur ein Kaltleiter verwendet wird (Fig. 3) oder ob
zwei einander gegenüberliegende Brückenzweige Kaltleiter enthalten (Fig. q.), die
Ausgangsspannung U" ist jedenfalls immer dann in weiten Grenzen von der Eingangsspannung
unabhängig, wenn die Brückenschaltung für die im mittleren Arbeitspunkt jedes Kaltleiters
vorhandenen, durch
definierten Ersatzwiderstände abgeglichen ist.
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Fig. 5 zeigt nun eine- Anwendung des in Fig. 3 dargestellten Prinzips
gemäß der Erfindung. Es handelt sich um ein Gerät zur Messung von Wechselspannungen,
das eine aus dem Wechselstromnetz gespeiste Verstärkerstufe enthält. An der Heizwicklung
w$- des Netztransformators iYT liegt eine Brückenschaltung nach Fig.3; als belastungsabhängiger
Widerstand wird dabei erfindungsgemäß der Heizfaden der Verstärkerröhre verwendet.
Im Eingangskreis des Meßgerätes liegt ein einfacher Umschalter S. In Stellung 1l1,1
des Umschalters wird die zu messende Spannung an das Gitter der Röhre gelegt; in
Stellung E liegt die Spannung des Nullzweiges. der Heizkreisbrückenschaltung am
Gitter der Röhre, d. h. die von Schwankungen der Netzspannung unabhängige Eichspannung.
Um den
Ausschlag des Anzeigegerätes A bei Abweichung von der Eichmarke
richtigstellen zu können, ist eine Möglichkeit der Verstärkungsregelung (Ck an Abgriff
von Rk) vorgesehen.
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Fig. 6 zeigt als weiteres Anwendungsbeispiel einen aus dem Wechselstromnetz
betriebenen Röhrenspannungsmesser, bei dem das in Fig. q. gezeigte Prinzip zur Erzeugung
einer konstanten Spannung für Eichzwecke angewendet wird. Die Wirkungsweise dieser
Anordnung ist die gleiche wie die der Anordnung nach Fig. 5.
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Die Anwendung der Erfindung ist, wie bereits erwähnt, nicht auf Einrichtungen
zur Erzeugung einer konstanten Eichspannung für Meßgeräte beschränkt. Ebensowenig
ist es aber erforderlich, gerade die in den beiden Beispielen gezeigten Schaltungen
anzuwenden. Es ist z. B. ohne weiteres möglich, in einer Röhrenschaltung mit mehreren
Röhren die Brückenschaltung mit nur einem spannungsabhängigen Widerstand anzuwenden
und hierfür den Heizfaden einer bestimmten einzelnen Röhre zu verwenden. Ebenso
kann man natürlich die Reihenschaltung mehrerer Heizfäden in einem Brückenzweig
und andere Schaltungsvarianten anwenden.