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Anordnung zur Eichspannungserzeugung unter Verwendung eines spannungsabhängigen
Widerstandes, insbesondere für elektrische Meßgeräte mit Batteriebetrieb Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zur Eichspannungserzeugung unter Verwendung eines spannungsabhängigen
Widerstandes im Rückkopplungszweig eines Oszillators, insbesondere für elektrische
Meßgeräte mit Batteriebetrieb, die sich durch Temperaturabhängigkeit und Unempfindlichkeit
gegenüber Speisespannungsschwankungen bei geringem Aufwand auszeichnet. Sie hat
die Erzeugung einer konstanten Niederfrequenz-Rechteckspannung zum Ziel.
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Zur Erzeugung der Eichspannung bei elektrischen Meßgeräten mit Netzbetrieb
wird im allgemeinen eine mit Netzfrequenz betriebene Brücke aus zwei Glühlampen
und zwei ohmschen Widerständen verwendet oder ein Teil der Oszillatorspannung eines
mit stabilisierter Stromversorgung betriebenen Oszillators benutzt. Es ist weiter
bekannt, den Spannungsabfall an einer Zenerdiode, die über einen hohen Vorwiderstand
vom Netztrafo gespeist wird, als Eichspannung zu verwenden. Bei Meßgeräten mit Batteriebetrieb
war nur der zweite Weg gangbar, d. h., es mußte ein Eichoszillator eingebaut werden,
dessen Stromversorgung zu stabilisieren war. In einzelnen Fällen mußte auf eine
Eichmöglichkeit der Geräte mit Batteriebetrieb verzichtet werden, wodurch die Kontrollmöglichkeit
ganz wegfiel.
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Es ist weiterhin bekannt, zur Erzeugung von klirrarmen Wechselspannungen
oder von Wechselspannungen konstanter Amplitude Heiß- oder Kaltleiter im Rückkopplungszweig
mehrstufiger Verstärker zu verwenden.
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Es ist auch bekannt, zur Amplitudenstabilisierung von Transistor-Sinusoszillatoren
parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Oszillatortransistors eine Zenerdiode zu
schalten zum Zweck einer amplitudenabhängigen Bedämpfung des Schwingkreises.
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Außerdem ist bekannt, bei Impulsspannungsgeneratoren die Ausgangsspannung
gegen Schwankungen der Amplitude zu stabilisieren, indem eine Zenerdiode in Reihe
mit einer gegenkoppelnden Hilfswicklung des Impulstransformators den Umschaltvorgang
des Schalttransistors beeinflußt.
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Der Nachteil der Eichspannungserzeugung mit Glühlampenbrücke, die
nicht geeignet ist für Batteriegeräte, besteht darin, daß die erzeugte Eichspannung
über längere Zeit nicht konstant ist und daß es Mühe macht, den durch zwei Einstellregler
bestimmten Punkt optimale Stabilisierung zu finden. Der Nachteil der über einen
Vorwiderstand vom Netztrafo gespeisten Zenerdioden-Anordnung ist der, daß eine Anwendung
nur bei Netzbetrieb möglich ist, wobei die Eichspannung die Frequenz des Netzes
hat. Häufig treten dabei in den Verstärkern durch die niedrige Grundfrequenz von
50 Hz bereits unerwünschte Kurvenformveränderungen durch den Phasengang auf. Die
dritte Möglichkeit, einen Eichoszillator an einer stabilisierten Spannung zu betreiben,
ist für Speisespannung < 6 V unter Verwendung von Zenerdioden nicht realisierbar,
da es Zenerdioden mit kleineren Zenerspannungen nicht mit genügend kleinem dynamischem
Innenwiderstand gibt. Eine elektronische Spannungskonstanthaltung unter Verwendung
einer Nickel-Kadmium-Zelle als Bezugsspannung ist zwar für Speisespannungen bis
etwa 2 V herab möglich, bedeutet aber einen verhältnismäßig großen Aufwand. Darüber
hinaus werden dabei äußere Einflüsse auf den Eichoszillator außer der Speisespannungsschwankung
nach wie vor wirksam.
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Der Nachteil der Stabilisierung der Ausgangsspannung unter Verwendung
von Heiß- oder Kaltleitern liegt in dem erheblichen technischen Aufwand, der besonders
dann wirksam wird, wenn man nicht auf eine verzerrungsarme Sinusschwingung angewiesen
ist und zur Eichung von Geräten eine Rechteckspannung definierter Amplitude verwendet
werden kann.
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Der Zweck der Erfindung ist es, eine neue Möglichkeit zur Eichspannungserzeugung,
insbesondere zur Verwendung in Meßgeräten mit Batteriebetrieb bei geringem technischem
Aufwand, zu schaffen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eichspannungsquelle
so zu entwickeln, daß die obengenannten Nachteile entfallen. Erfindungsgemäß werden
diese Nachteile dadurch behoben, daß im Rückkopplungszweig die Reihenschaltung einer
Diode,
eines Festwiderstandes und einer Zenerdiode angeordnet ist.
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An der Zenerdiode fällt im schwingenden Zustand des Oszillators eine
Wechselspannung konstanter Größe ab, die als Eichspannung verwendet werden kann.
Die Höhe der Eichspannung ist bei entsprechender Dimensionierung des Rückkopplungszweiges
über einen weiten Bereich unabhängig von der Größe der angelegten Speisegleichspannung,
so daß die Alterung der Batterien keinen Einfluß mehr auf die Eichspannung nehmen
kann.
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Im Rückkopplungszweig liegt weiterhin ein Strombegrenzungswiderstand
sowie eine Richtdiode, um den Einfluß der mit einem starken negativen Temperaturkoeffizienten
behafteten Durchlaßspannung der Zenerdiode auszuschalten.
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Die Öszillatorschaltung ist so aufgebaut, daß der eine Pol der Speisespannung
über die Primärwicklung des übertragers mit dem Kollektor des Transistors verbunden
ist und zwischen Basis und Emitter eine Reihenschaltung, bestehend aus Sekundärwicklung,
Richtdiode, Strombegrenzungswiderstand und Zenerdiode angeordnet ist, wobei parallel
zur Sekundärwicklung ein Kondensator liegt und der zweite Pol der Speisespannung
mit dem Emitter verbunden ist. Zur Arbeitspunkteinstellung ist die Basis über einen
Widerstand mit einem Pol der Speisespanmungslluelle verbunden.
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Da meist die an der Zenerdiode abfallende Wechselspannung größer als
die gewünschte Eichspannung ist, ordnet man vorteilhaft einen hochohmigen Spannungsteiler
parallel zur Zenerdiode an, der eine genaue Einstellung der tichspannung ermöglicht.
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Eine weitere Variante des Eichoszillators ist, den Widerstand zur
Basis des Transistors und (oder) den Kondensator parallel zur Sekundärwicklung wegzulassen.
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Wenn der Teinperaturgäng der Zenerdiodehdtirch, laßspannung nicht
stört oder ausgenutzt werden soll, ist es vorteilhaft, die Richtdiode iili Rückkopplutigsr
zweig wegzulassen. Eine weitere Vereinfachung der
Schaltung ist dadurch möglich,
dä13 der ohmsehe Widerstand der Sekundärwicklung des übertragers so dimensioniert
wird, daß er zur Strombegrenzung ausreicht und damit ein äußerer Widerstand im Rückkopplungszweig
entfallen kann.
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An einem Ausführungsbeispiel soll der Gegenstand der Erfindung näher
erläutert werden.
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Die Figur zeigt die Schaltung des Eichoszillätors unter Verwendung
eines pnp=Transistors in Emitterschalturig. In der Figur bedeutet 0 überträger
finit den Windungszahlen wi und wg, Tr Transistor, R1 und R, Festwiderstände, R,
Potentiometer, C Kondensator, D Diode, ZD Zenerdiode, UB Speisespannung
mit den Anschlüssen + und -, Ui", Eich= spannurig.
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Die Arbeitsweise der Schaltung nach der Figur ist folgende: Die Speisespannung
U$ von beispielsweise 2 bis 20 V ist über die Primärwicklüäg w, an Kollektor und
Emitter des Transistors Tr ange§chlossen und hat einen Strom zur Folge, dessen Höhe
vom Kollektor reststrom des Trarisistots bestimmt wird. Gleichzeitig wird über den
Widerstand Ri der Basis-Emitter-Strecke des Transistors ein Steuerstrom zugeführt,
der einen entspiechend stärkereif Köllektorstrom zur Folge hat. Der somit an der
Wicklung wi auftretende Spannungsabfall erzeugt in der mit einer größeren Wiridungszahl
versehenen Sekundärwicklung w2 eitle Sekundärspannung solcher Richtung, daß der
im Rückkopplungskreis w2 R2 D ZD Emitter-Basis-w2 fließende Strom -den Kollektorstrom
weiter vergrößert, bis schließlich Strombegrenzung eintritt und die Sekundärspannung
dadurch plötzlich Null wird.
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Dieser Zyklus wiederholt sich periodisch und bewirkt, daß ein pulsierender
Strom durch die Zenerdiode ZD fließt, so daß die daran abfallende Rechteckspannung,
die durch das hochohmige Potentiometer R, beliebig geteilt werden kann, als Eichspannung
verwendbar ist. Der Temperaturkoeffizient der Eichspannung wird dabei praktisch
ausschließlich vom Temperaturkoeffizienten der Zenerdiode bestimmt, der aber klein
ist für Dioden mit einer Zenerspannung von 5 bis 7 V. Der KSndensatör C dient zur
Speicherung von Mindenergie und kann gege= benenfälls weggelassen werden.
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Die Eich=Oszillatorschalturig itlach der P'igür arbeitet auch noch,
wenn die Elemente R# und G (oder eins von beiden) wegelasseti werden, jedoch können
dann Ansehwinggbhwiefigkeiten auftreten, Des Weiteren kann die Diode D kurzgeschlossen
werden, wenn die Emitterdiode des Transistors Tr die Sekundärspannung an der Wicklung
i . des übertragers ff sperren kann.
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Zum einwandfreien ]Betrieb der Anordnung imiß das Übersetzungsverhältnis
des Übertragers um so größer sein, je kleiner die Speisespännuubg Ug ist. Die Stromverstärkung
des Trafisistors T'r inuß wiederum etwas größer sein als das übersetzuägsverliältnis
des Überträgers V. Vorzugsweise wird das übersetzungsverhältnis
gewählt, um eine ausreichende gute Rechteckforin der Eichsparinung bei nicht zu
großem Leistungsbedarf zu erhalten.