DE1075195B - Eingangsverstärker zur Meßwert- oder Regelabweichungsverstärkung in Regelkreisen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Bei selbsttätigen Regelungen liegt häufig die Aufgabe vor, den von einem Meßfühler gelieferten Istwert der Regelung oder auch die mit Hilfe des Istwertes und des Sollwertes gebildete Regelabweichung zu verstärken bzw. so zu beeinflussen, daß diese Werte für die Regelung günstige Eigenschaften aufweisen. Die hierzu erforderlichen Verstärker müssen bestimmten Anforderungen genügen, damit die gestellte Regelaufgabe befriedigend gelöst werden kann. Oft kommt es darauf an, eine hohe Regelgenauigkeit zu erzielen. Dies bedingt, daß die genannten Verstärker sehr empfindlich sind. Im allgemeinen achtet man darauf, daß die Empfindlichkeit mindestens eine Zehnerpotenz größer ist als die verlangte Genauigkeit.

Durch die Erfindung wird ein einfacher und vorteilhafter Weg zur Erzielung einer hohen Genauigkeit bei Regeleinrichtungen angegeben, die durch eine neue und besonders empfindliche Eingangsstufe für Verstärker in Regelkreisen ermöglicht wird. Der Eingangsverstärker nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß seine Arbeitskreisimpedanz zumindest teilweise die frequenzbestimmende und/oder Rückkopplungsimpedanz eines Transistorgenerators darstellt. Wird der Verstärker durch die Eingangsgröße ausgesteuert, so ändert sich seine Impedanz und damit die Frequenz bzw. der Amplitude der vom Transistor erzeugten Schwingungen. Diese Frequenz- bzw. Amplitudenänderung wird nun ausgenutzt, um aus dem Eingangssignal ein verstärktes Ausgangssignal zu erhalten.

Vorteilhaft ist für die Zwecke der Erfindung ein Magnetverstärker geeignet, wie im folgenden noch näher erläutert. Es ist jedoch auch möglich, statt des Magnetverstärkers einen dielektrischen Verstärker, Transistorverstärker oder Verstärker beliebiger anderer Bauform einzusetzen, dessen Ausgangsimpedanz durch ein Eingangssignal gesteuert werden kann. In allen Fällen tritt die gleiche, oben beschriebene Wirkung ein.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist im folgenden auf die Zeichnung Bezug genommen, die einige mögliche Ausführungsbeispiele in schematischer Darstellung zeigt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist ein mit 1 bezeichneter dielektrischer Verstärker verwendet. Er hat zwei Eingangsklemmen 2, 3y an denen die zu verstärkende Spannung zugeführt wird. Zur Speisung des Arbeitsstromkreises des dielektrischen Verstärkers dient ein Transistorgenerator 4, der aus einem Transistor 5 und den zugehörigen Kapazitäten bzw. Induktivitäten 6 bis 9 und den zum Betrieb des Transistors erforderlichen Stromquellen 10 und 11 besteht. Der Transistorgenerator 4 kann eine an sich beliebige Schaltung haben und mit einem an sich beliebigen Eingangsverstärker zur Meßwertoder Regelab weichungs verstärkung
in Regelkreisen

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr.-Ing. Georg Sichling, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

Transistor, z. B. auch einem Flächentransistor, arbeiten. Es ist für das Wesen der Erfindung auch gleichgültig, ob der Transistorgenerator seine Schwingungen als Sinusschwingungen oder als Kippschwingungen erzeugt, d. h. ob er als LC- oder als i?C-Generator arbeitet. An Stelle des dargestellten dielektrischen Verstärkers 1 kann ebenfalls eine an sich beliebige bekannte Ausführungsform verwendet werden. Zur gleichstrommäßigen Abtrennung des Eingangskreises vom Ausgangskreis des dielektrischen Verstärkers dient ein Kondensator 12. Den Ausgang des Verstärkers bilden die Klemmen 13 und 14, zwischen denen die Eingangsimpedanz. 15 eines nicht weiter ausgeführten Verstärkers angedeutet ist.

Die durch die Erfindung ermöglichten Vorteile offenbaren sich in besonderer Weise in Verbindung mit Eingangsstufen auf Magnetverstärkergrundlage. Sollen Magnetverstärker in Regelkreisen verwendet werden, so ergibt sich in manchen Fällen, daß die zur Aussteuerung der Verstärker zur Verfügung stehenden Steuerleistungen zu gering sind. Man kann zwar durch Erhöhung der Windungszahl einer Steuerwicklung die Amperewindungen an sich beliebig vergrößern. Jedoch ergeben sich praktisch Grenzen, die durch Größe und Preis des Magnetverstärkers be-

So dingt sind. Wesentlich in vielen Fällen ist aber ein anderer Nachteil, daß sich nämlich große Amperewindungszahlen und eine kleine Zeitkonstante des Magnetverstärkers gegensinnig ausschließen. Wird bei einer kleinen zur Verfügung stehenden Steuerleistung

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gleichzeitig eine kleine Zeitkonstante gefordert, so ist darstellenden Widerstandes 15 und im zweiten Falle man gezwungen, insbesondere in Regelschaltungen, eine Parallelspeisung vorliegt. Der Magnetverstärker besondere Mittel anzuwenden, um die genannten Nach- in Fig. 2 wirkt als steuerbarer Nebenschluß zur Einteile zu beseitigen. Dies gelingt in einfacher und vor- gangsimpedanz 15, während der dielektrische Verstärteilhafter Weise mit Hilfe "der durch die Erfindung 5 ker 1 in Fig. 1 als steuerbarer Serienwiderstand wirkt, angegebenen Mittel, indem also der Magnetverstärker so daß dadurch jeweils bestimmte Aussteuerungsverdurch einen Transistorgenerator gespeist wird. hältnisse vorliegen. Es sind statt dessen auch Schaltun-

Eine besonders kleine Zeitkonstante läßt sich er- gen mit den umgekehrten Verhältnissen möglich. Das reichen, wenn für den Trärisistorgenerator übernetz- Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 nimmt eine Sonderfrequente Schwingungen, .läerwendet werden, insbe- io stellung ein, da der Magnetverstärker 21 gleichzeitig sondere Mittelf requenz-oder-Hochfrequenzschwingun- als Rückkopplungselement des Transistorgenerators 5 gen. Die Speisung von- Magrietverstärkern mit höheren dient. Die Schaltung kann deshalb als Transistor-Frequenzen, insbesondere Mittelfrequenzen in der generator aufgefaßt werden, dessen Rückkopplung mit Größenordnung 500 Hz, ist- an sich bekannt. Zur Er- Hilfe eines - Magnetverstärkers gesteuert wird,
zeugung dieser Frequenzen hat man bisher Dynamo- 15 Wie oben bereits erwähnt, wird man bei Eingangsmaschinen oder Frequenzvervielfacher verwendet. Die verstärkern auf Magnetverstärkergrundlage bestrebt Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß derartige sein, im Interesse großer Ansprechgeschwindigkeiten Maschinen einen unwirtschaftlichen Aufwand dar- bzw. kleiner Zeitkonstanten bei Regelungen als stellen und daß an ihrer Stelle Transistorgeneratoren Schwingfrequenz des Transistorgenerators hohe Freerheblich größere Vorteile bieten. Als Magnetverstär- 20 quenzen zu verwenden. Zu berücksichtigen ist jedoch ker kommen für die Zwecke der Erfindung solche mit auch, allgemein gesehen, bei der Wahl der Frequenz geringer Steuerleistung in Frage, insbesondere mit die Art des nachgeschalteten Verstärkers. Dieser kann auf keramischen Trägerkörpern aufgewickelten Ring- sowohl ein Verstärker sein, der auf Betragsänderunbandkernen und außerdem mit Schichtkernen mit ma- gen anspricht, wie der vorgenannte Magnetverstärker, gnetischem Engpaß aus zum übrigen Kernteil unter- 25 als auch ein Verstärker, der auf Frequenzänderungen schiedlichem Werkstoff, wie sie an anderen Stellen anspricht. Entsprechend kann auch der Transistorbereits vorgeschlagen worden sind. Darüber hinaus generator so ausgebildet sein, daß in seinem Ausgang ergibt sich durch die Erfindung im Gegensatz zu den eine Betrags-■ oder eine Frequenzänderung vorliegt, bekannten Maschinen und Frequenzvervielf achern zur Im letzten Falle, wenn also ein Transistorgenerator Erzeugung der höheren Frequenzen der Vorteil, daß 30 mit Frequenzabbildung der Steuergröße vorliegt, kann mit Transistorgeneratoren erheblich höhere Frequen- aber auch eine amplitudengesteuerte nachfolgende Verzen als in der Größenordnung von 500 Hz hergestellt stärkerstufe verwendet werden, wenn zwischen beiden werden können. Es werden dadurch noch wesentlich ein Frequenzdemodulator, insbesondere ein Verhältnisbessere Bedingungen in bezug auf die Steuerleistung gleichrichter, der auch als Diskriminator aus der zur Zeitkonstante ermöglicht. In bezug auf den Ein- 35 Hochfrequenztechnik bekannt ist, vorgesehen wird, gangsverstärker ergibt sich durch die Wahl einer Ein Diskriminator bietet außerdem den Vorteil, daß höheren Frequenz noch der Vorteil, daß die räum- bei seiner Anwendung in Regelkreisen eine besondere liehen Abmessungen bedeutend verringert werden Spannungsquelle zur Erzeugung des Regelsollwertes können. nicht erforderlich ist.

Zwei Ausführungsbeispiele, die sich auf die Anwen- 40 Die Verwendung von Hochfrequenz als Schwingdung von Magnetverstärkern in Verbindung mit Tran- frequenz des Transistorgenerators ergibt neben der sistorgeneratoren beziehen, sind in den Fig. 2 und 3 hohen Empfindlichkeit noch den weiteren Vorteil, daß schematisch dargestellt. '".;■ zwischen dem Eingangsverstärker und der nach-

Fig. 2 zeigt ein ähnliches Schaltbild wie Fig. 1. An folgenden Verstärkerstufe eine drahtlose Steuerver-Stelle des dort vorhandenen dielektrischen Verstär- 45 bindung hergestellt werden kann. Dies kann vor kers 1 ist hier ein Magnetverstärker 21 vorgesehen. allem in Regelkreisschaltungen Vorteile bieten. Es Für die einander entsprechenden Einzelteile sind die wird also der Meßwertfühler einer Regeleinrichtung gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 gewählt. Der an einem Vorverstärker nach der Erfindung ange-Magnetverstärker 21 ist in sogenannter Ventildrossel- schlossen. Dieser wird mit Hochfrequenz betrieben oder innerer Selbstsättigungsschaltung ausgeführt, 50 und mit einer Sendeantenne versehen. Die nachwas jedoch nur als Beispiel anzusehen ist. Er hat zwei folgende Verstärkerstufe wird räumlich getrennt an-Steuerwicklungen 22, 23, die an den Eingangsklem- geordnet, mit einer Empfangsantenne versehen und men 2 und 3 liegen, außerdem zwei Arbeitswicklungen betreibt einen nachfolgenden Hauptverstärker, der das 24 und 25, die mit je einem Ventil 26 bzw. 27 ent- Stellglied der Regelung beeinflußt. Ein Ausführungsgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe geschaltet 55 beispiel, das sich auf die Regelung eines Leonardsind. Auch hinsichtlich der Schaltung, des Aufbaues satzes bezieht, ist in Fig. 4 dargestellt. Der Leonard- und der Art des verwendeten Transistorgenerators satz hat einen Generator 41, der von einem Drehgilt, daß die Figur nur ein mögliches Ausführungs- strommotor 42 angetrieben wird, und einen Motor 43. beispiel wiedergibt. Es ist eine Regelung in Abhängigkeit vom Strom des

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die 60 Generators vorgesehen. Der Strom stellt die soge-

Impedanz der Arbeitswicklungen 24, 25 eines Magnet- nannte Regelgröße dar und wird durch einen Shunt

Verstärkers 21 gleichzeitig zur Rückkopplung eines 44, der den Meßfühler, der Regelung bildet, abgefühlt.

Transistorgenerators 4 verwendet ist. Alle Einzelteile An ihn schließt sich eine Einrichtung 45 an, die aus

ergeben sich an Hand ihrer Bezugszeichen aus Fig. 2 einem Eingangsverstärker nach der Erfindung besteht

bzw. 1. Der Magnetverstärkerarbeitskreis liegt 65 und beispielsweise der Einrichtung nach Fig. 2 mit

zwischen Emitter und Kollektor des Transistors 5. den Eingangsklemmen 2 und 3 entsprechen kann. Es

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 2 unter- folgt gegebenenfalls unter Vorschaltung eines Vorscheiden sich außer den vorbeschriebenen Uhterschie- Verstärkers eine Antenne 46, die die erzeugten Hochden wesentlich noch dadurch, daß im ersten Falle eine frequenzschwingungen ausstrahlt. Die Hochfrequenz-Serienspeisung des die nachfolgende Verstärkerstufe 70 schwingungen können sowohl ihrem Betrag als auch

ihrer Frequenz nach die Regelgröße wiedergeben. Wird, wie oben bereits erwähnt, eine Frequenzabbildung verwendet, so kann der Empfänger 48, der mit einer Empfangsantenne 47 ausgerüstet ist, vorteilhaft aus einem Diskriminator bestehen oder einen solchen enthalten. Eine besondere Stromquelle zur Erzeugung des Sollwertes der Regelung wird dadurch gespart. An den Empfänger 48 schließt sich ein Verstärker 49 an, der mit Hilfe einer Erregerwicklung 50 auf die Erregung des Generators 41 einwirkt. Dieser wird somit entsprechend der Abweichung des Stromes im Leonardsatz geregelt. Die beschriebene Schaltung stellt nur ein schematisches Ausführungsbeispiel dar, das in mannigfacher Weise abgewandelt werden kann. Dies wird sich nach den jeweils vorliegenden Aufgaben und Bedingungen richten.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Eingangsverstärker zur Meßwert- oder Regelabweichungsverstärkung in Regelkreisen, insbesondere Magnetverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß seine Arbeitskreisimpedanz zumindest teilweise die frequenzbestimmende und/oder Rückkopplungsimpedanz eines Transistorgenerators darstellt.

2. Eingangsverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nachfolgende Verstärkerstufe auf Frequenzänderungen anspricht.

3. Eingangsverstärker nach Anspruch!, dadurch gekennzeichnet, daß eine nachfolgende Verstärkerstufe auf Betragsänderungen anspricht.

4. Eingangsverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen ihn und die nachfolgende Verstärkerstufe ein Frequenzdemodulator, vorzugsweise ein Diskriminator (Verhältnisgleichrichter), geschaltet ist.

5. Eingangsverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistorgenerator eine übernetzfrequente, insbesondere sehr hohe Schwingfrequenz hat.

6. Eingangsverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß er räumlich von der nachfolgenden Verstärkerstufe getrennt angeordnet ist und zu dieser eine drahtlose Steuerverbindung aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
ETZ-A, 1953, S. 215;
Z. VDI, Bd. 95, 1953, S. 338;
Electronics, August 1953, S. 137 bis 140.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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