DE933835C - Schaltungsanordnung fuer elektromechanische Einrichtungen, wie mit Analogiegroessen arbeitende Rechenmaschinen oder aehnliche Geraete - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für elektromechanische Einrichtungen, wie mit Analogiegrößen arbeitende Rechenmaschinen, bei denen die Größen durch elektrische Spannungen oder durch die Lage von eine bestimmte Bewegung erfahrenden mechanischen Organen dargestellt sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der von einem bewegten Körper mit einer gegebenen Geschwindigkeit und in einer gegebenen Zeit durchlaufene Raum durch die elektrische Spannung dargestellt werden kann, die an den Ausgangsklemmen eines Potentiometers entnommen wird, das mit einer der Zeitdauer dieser Verschiebung proportionalen Spannung gespeist wird und dessen Abgriff um einen der Geschwindigkeit proportionalen Winkel gedreht worden ist.

Potentiometer oder ähnliche Organe spielen bei diesen elektromechanischen Einrichtungen eine bedeutende Rolle, und bei bestimmten Anwendungen schaltet man sie in Kaskaden. Abb. ι zeigt eine derartige Kaskadenanordnung von beispielsweise drei Potentiometern 2, 4 und 6, deren Abgriffe 3, 5 und 7 die Regelung der Spannung gestatten, welche von einer Spannungsquelle 1 geliefert und den Ausgangsklemmen 8 und 9 der gesamten Schaltung zugeführt wird.

Wenn man mit E die elektromotorische Kraft des Stromkreises und mit K₁, K₂, K_s die den Stellungen

der Abgriffe entsprechenden Verkleinierungsf aktoren bezeichnet, muß die durch das letzte -Potentiometer gelieferte Spannung u möglichst angenähert die Gleichung erfüllen

U = E(K₁-K₂-K₃).

Bei dieser Schaltung führt die von einem der Potentiometer zu dem folgenden abgegebene Spannung einen Fehler in die von diesem letzteren gelieferte Spannung ein. Soll dieser Fehler beispielsweise ι % nicht überschreiten, so muß der Widerstand des zweiten Potentiometers mindestens gleich dem 25fachen des Widerstandes des ersten Potentiometers sein. Praktisch ist es aber notwendig, daß das an der Spitze der Kaskade befindliche Potentiometer, bei der ihm auferlegten Spannung einen Mindestwiderstand bewahrt, da sonst seine Erhitzungsgrenze überschritten wird. Ferner ist das am Ende der Kaskade angeordnete Potentiometer hinsichtlich seines Höchstwiderstandes durch die Wicklungsschwierigkeiten und die Anwesenheit von Nebenwiderständen beschränkt.

Diese Unvereinbarkeit von Bedingungen macht bei der Ausführung der Potentiometer die Verringerung des erwähnten Fehlers unmöglich, und, um dem abzuhelfen, hat man schon vorgeschlagen, die als ohmsche Widerstände ausgebildeten Potentiometer durch Potentiometer zu ersetzen, die einen induktiven Widerstand aufweisen. Diese induktiven Potentiometer beanspruchen jedoch viel Raum und sind außerdem kostspielig.

Die Erfindung bezweckt daher, die in Kaskade geschalteten, aus ohmschen Widerständen bestehenden Potentiometer, welche für die Bildung von. elektromechanischen Einrichtungen, wie mit Analogiegrößen arbeitenden Rechenmaschinen oder ähnlichen Geräten, verwendet werden, durch Ergänzung in ihrer Wirkungsweise zu verbessern und dadurch eine vervollkommnete Schaltanordnung für derartige elektromechanische Einrichtungen zu schaffen.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht dabei darin, bei einer elektrommechanischen Einrichtung, wie z.B. einer Analogiegrößen benutzenden Rechen- +5 maschine oder einen ähnlichen" Einrichtung, mit mehreren in Kaskade geschalteten Potentiometern von bestimmtem Widerstand an den Klemmen eines jeden dieser Potentiometerorgane einen elektrischen Widerstand vorzusehen, der negativ gegenüber dem elektrischen Widerstand des Potentiometers ist und diesem Widerstand im absoluten Wert annähernd gleichkommt.

Dieser gegenüber dem Widerstand des parallel liegenden Potentiometers negative elektrische Widerstand kann erfindungsgemäß vorzugsweise durch einen aus einer Doppeltriode bestehenden Verstärker gebildet sein, der so geschaltet ist, daß man eine positive Nebenschluß- ode'r Spannungsgegenkopplung und eine negative Reihenschaltungs- oder So Stromgegenkopplung oder umgekehrt erreicht, wobei der Verstärkungskoeffizient und die Gesamtsteilheit des Verstärkers ziemlich hoch gewählt werden, damit der durch diesen Verstärker ge- ! gebene negative Widerstand unabhängig von den Daten der Röhren ist.

Nach der Erfindung ausgeführte Schaltungsanordnungen sind im einzelnen aus den Abb. 2, 3 und 4 der Zeichnungen ersichtlich, welche schematisch das Prinzip der Verwendung negativer Widerstände bei einer mit Potentiometern in Kaskadenanordnung ausgerüsteten elektromechanischen Einrichtung, z. B. bei einer auf der Benutzung von Analogiegrößen beruhenden Rechenmaschine, veranschaulichen.

Gemäß Abb. 2 ist die Schaltanordnung der Abb. 1 durch an die Klemmen der Potentiometer gelegte negative Widerstände 10, 11, 12 ergänzt, deren absoluter Wert den Widerständen der Potentiometer 2, 4, 6 gleich ist. Nimmt man für den aus Abb. 2 ersichtlichen elektrischen Stromkreis eine elektromotorische Kraft E' an, und bezeichnet man mit K₁, R₂, R₃ die Widerstände der in Kaskade geschalteten Potentiometer und mit —R₁, —R₂, —R₃ die an die Klemmen der Potentiometer angeschlossenen negativen Widerstände,, die ungefähr den gleichen absoluten Wert wie die der entsprechenden Potentiometer haben, sowie mit u die Spannung an den Klemmen A und B, d. h. am Eingang der Schaltung, und mit I₁ und i_z die beispielsweise das Potentiometer 2 und den Widerstand 10 durchfließenden Ströme, so ergibt sich

und L =

Daraus folgt, daß I₁ + i₂ = 0 ist und demnach die Spannungsquelle U keinen Strom liefert. Der Wert des Widerstandes in jedem Potentiometer kann daher beliebig gewählt werden, ohne daß Fehler der erwähnten Art auftreten. Ein Schaltungssystem dieser Art, in welchem die Summe der Widerstände Null sein würde, wäre daher auf jeden Fall stabil, praktisch genügt es aber schon, den positiven Widerstand bis auf einen kleinen Überschuß zu beseitigen, um die Instabilität zu vermeiden.

Gemäß Abb.-3 tritt der negative Widerstand an den Ausgangsklemmen 14 und 15 eines Verstärkers 13 auf, und durch einen Widerstand 16 und einen Transformator 17 ist eine in Reihe mit den Klemmen 14 und 15 liegende und durch ein Potentiometer 18 und einen Transformator 19 eine zu den Klemmen 14 und 15 parallele Gegenkopplungsschaltung gegeben. Wenn man mit K die Verstärkungsziffer und mit ρ den inneren Ausgangswiderstand des Verstärkers 13 und mit β das Einstellverhältnis des Potentiometers 18 und mit γ den Wert des Widerstandes 16 bezeichnet, und wenn man das Übersetzungsverhältnis der Transformatoren 17 und 19 mit ι: ϊ annimmt, so hat bei einer Schaltanordnung in der Art der Abb. 3 die innere Impedanz, gesehen von den Klemmen 14, 15 aus, den angenäherten Wert

Die Transformatoren 17 und 19 bieten die Möglichkeit, den Richtungssinn der mit den Klemmen

14, 15 in Reihe liegenden Gegenkopplung, d. h. der Spannungsgegenkopplung, zu wählen. Man kann einen negativen Wert der Impedanz ρ aber auf zwei Arten erzielen, indem man entweder mit einer positiven Stromgegenkopplung und mit einer negativen Spannungsgegenkopplung oder umgekehrt arbeitet. Die Benutzung einer gemischten Gegenkopplung ergibt den Vorteil, daß der Wert der Impedanz ρ sehr wenig durch die etwaigen Änderungen der kennzeichnenden Größen K und des Verstärkers beeinflußt wird, wovon man sich überzeugen kann, wenn man die Gleichung für die Impedanz ρ' unter Heranziehung der Gesamtsteilheit S des Verstärkers in der Form schreibt

ρ' == —

JL ß

¹ ± -c-

ι Τ

Kß

In dieser Formel gelten von den Zeichen + und — die oberen für eine negative Stromgegenkopplung und eine positive Spannungsgegenkopplung, und die unteren entsprechen dem umgekehrten Fall. Man kann leicht die mit dem Zeichen + oder — versehenen Werte vernachlässigbar gestalten, wenn man einen Verstärker mit einen Verstärkungsgrad und einer Steilheit von genügender Größe verwendet. Der erhaltene negative Widerstand wird dann unabhängig von den Daten der verwendeten Röhren, und die Stabilität der Schaltungsanordnung ist dadurch verwirklicht, so daß sie dem gewünschten Zweck Genüge leistet.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel für die Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist aus Abb. 4 ersichtlich, wo der negative Widerstand durch einen mit zwei Trioden 20, 20' bestückten Verstärker gebildet ist, in welchem die Spannungsgegenkopplung positiv und die Stromgegenkopplung negativ ist und die Widerstände 21, 22, 23 die Werte dieser Gegenkopplung bestimmen. Eine an den Klemmen des Widerstandes 21 entnommene negative Stromgegenkopp lungs spannung wird über den Widerstand 22 und den Kondensator 24 auf das Gitter des Triodensystems 20 übertragen, und an den Klemmen des Widerstandes 22, der einen Teil eines aus den Widerständen 22 und 23 bestehenden Potentiometers bildet, wird eine positive Gegenkopplungsspannung abgeleitet und mittels des Kondensators 24 ebenfalls dem Gitter des Triodensystems 20 zugeführt. Bei einer genaueren, aber für das Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Erläuterung der in der Schaltungsanordnung nach Abb. 4 sich abspielenden elektrischen Vorgänge müßte man auch den sekundären Wirkungen Rechnung tragen, die hier jedoch vernachlässigt werden sollen und können.

Mit einer Schaltungsanordnung dieser Art und mit Röhren üblicher Ausführung kann man leicht eine Verstärkungsziffer X = 300 und einen inneren Ausgangswiderstand ρ = 50 000 Ohm erzielen, was einer Steilheit von S = 6 · io~³ Ampere/Volt entspricht. Wenn man dem Potentiometerverhältnis zwischen dem Widerstand 22 einerseits und der Summe der Widerstände 22 und 23 anderseits den Wert 0,5 und dem Widerstand 21 den Wert 1500 Ohm gibt, liefert die Anwendung der erwähnten Formel für die Impedanz ρ' einen Wert von 3000 Ohm, den man in der Praxis ohne Schwierigkeit erreicht.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltungsanordnung für elektromechanische Einrichtungen, wie mit Analogiegrößen arbeitende Rechenmaschinen oder ähnliche Geräte mit mehreren in Kaskade geschalteten Potentiometern von bestimmtem Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß an den Klemmen eines jeden dieser Potentiometer (2, 4, 6) ein gegenüber dem elektrischen Widerstand des Potentiometers negativer und diesem im absoluten Wert annähernd gleicher Widerstand (10 bzw. 11 bzw. 12) angeordnet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu dem elektrischen Widerstand der einzelnen Potentiometer (2,4,6) parallel liegenden negativen Widerstände aus je einem mit zwei Trioden (20 und 20') bestückten Verstärker bestehen, der mit einer positiven Nebenschluß- oder Spannungsgegenkopplung (22) und einer negativen Reihenschaltungs- oder Stromgegenkopplung (21) oder umgekehrt versehen ist, einen hohen Verstärkungsgrad hat und ferner eine beträchtliche Steilheit aufweist, um den durch ihn dargestellten negativen Widerstand von den Daten der Trioden (20, 20') unabhängig zu machen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

509 552 9.55