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Symmetrische Brückenfolgeschaltung Die vorliegende Erfindung betrifft
eine symmetrische Folgeschaltung, die beispielsweise einer Zenerdiodenbrücke nachgeschaltet
ist und je einen Schwellwertschalter in jedem Symmetriezweig besitzt.
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Eine derartige Schaltungsanordnung hat im vorliegenden Fall die Aufgabe,
auch besonders schwache Brückenausgangssignale sicher, eindeutig und temperaturunabhängig
auf das nachfolgende Stellglied einwirken zu lassen.
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Diese Aufgabe wurde bei den bislang bekannten Folgeschaltungen nicht
befriedigend gelöst. Sie waren nämlich so aufgebaut, daß die Ausgangsspannung des
Diskriminators halbiert wurde, um zwei gleich große Spannungen zu erhalten, deren
Polung mit Bezug auf einen Mittelpunkt vom Sinne der Abweichung der Meßgröße gegenüber
einem zugelassenen Sollwert abhängig ist. Auf diese Weise erhielten der Diskriminator
oder die Brücke die gewünschten zwei Ausgänge für eine gegensinnige Aussage mit
Dreizonenverhalten und einen gemeinsamen Bezugspunkt, an die zwei Folgekanäle angeschlossen
waren, durch welche die Befehlssignale über Verstärker und elektronische Sollwertschalter
an das Stellglied weitergeleitet wurden. Diese Spannungshalbierung bewirkte jedoch
eine erhebliche Verminderung der Empfindlichkeit.
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Bei der Verwendung von Transistorverstärkern kam noch ein weiterer
Nachteil hinzu. Der jeweils durch die entsprechende Polarität der Brückenspannung
auf Arbeitsstellung gesteuerte Verstärker besaß einen verhältnismäßig kleinen Eingangswiderstand.
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Dadurch verschob er die Spannungsaufteilung der Brückenausgangsspannung
derart zu seinen Ungunsten, daß weniger als die Hälfte der Brückenausgangsspannung
zur Verfügung stand. Denn um einen Transistor sicher zu öffnen, muß eine negative
Basis-Emitter-Spannung von - 0,18 bis - 0,2 V zur Verfügung stehen, während zum
sicheren Sperren eine Spannung von +0,05 V erforderlich ist.
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Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, die genannten Forderungen
zu erfüllen und die geschilderten Mängel zu vermeiden. Dabei wird die Ausgangsspannung
der Brücke so aufgeteilt, daß für den in Arbeitsstellung befindlichen Verstärkerkanal
der weitaus größere Anteil dieser Spannung zur Verfügung steht.
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Demgemäß ist eine symmetrische Brückenfolgeschaltung mit je einem
Schwellwertschalter in jedem Symmetriezweig erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,
daß eingangsseitig zu den zwischen den beiden Kanälen und ihrem gemeinsamen Bezugspunkt
liegenden Symmetrierungswiderständen zwei
gleiche Elemente mit ausgeprägter, von
der Spannungsrichtung abhängiger Ventilwirkung, beispielsweise Halbleiterdioden,
derart parallel geschaltet sind, daß ihre Kathoden am gemeinsamen Bezugspunkt liegen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein temperaturabhängiger
Spannungsteiler vorhanden, der zwischen dem gemeinsamen Bezugspunkt und der Betriebsspannungsquelle
liegt und mit seinem Spannungsteilerpunkt mit dem kathodenseitigen Verbindungspunkt
der Dioden verbunden ist. In Weiterbildung der Erfindung schließt ein an den Ausgängen
der elektronischen Schwellwertschalter liegendes Stellglied je nach Richtung der
Abweichung vom Sollwert einen Schalter, wodurch einem der Vorstufentransistoren
ein regelbarer, sperrender Strom zugeführt wird.
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Mit anderen Worten: Es wird in den Brückenausgang und in elektrisch
symmetrischer Anordnung zu einem gemeinsamen Mittel- oder Bezugspunkt ein Spannungsteiler
geschaltet, der aus zwei nicht linear spannungsabhängigen Widerständen, beispielsweise
Halbleiterdioden, besteht. Diese Dioden sind gegensinnig an den Bezugspunkt angeschlossen
und so gepolt, daß sie eine Beeinträchtigung der ursprünglich richtigen Spannungsaufteilung
durch die Transistoreingänge aufheben. Dadurch erfolgt eine sinngemäße Aufteilung
der Brückenausgangssp annung sowohl auf den im Arbeitszustand wie auch auf den im
Sperrzustand befindlichen Kanal. Dies geschieht dadurch, daß die Dioden mit ihren
Kathoden am Bezugspunkt liegen und eine Wirkungsweise besitzen, die nunmehr an Hand
der Zeichnung erläutert wird.
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Gemäß der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt,
registriert die Meßbrücke 1, die beispielsweise zwei nichtlineare Widerstände
enthält,
die Abweichungen der an den Klemmen A und B liegenden Brückeneingangsspaunung von
einem festgelegten Sollwert. An ihren Ausgangsklemmen C und D sind die gegen den
mit der Klemme verbundenen gemeinsamen Bezugspunkt geschalteten und elektrisch symmetrischen
Kanäle angeschlossen.
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Diese zunächst gleich aufgebauten Kanäle bestehen jeweils aus den
Siebkondensatoren 2 und 3, den Symmetrierungswiderständen 4 und 5 und den Dioden
6 und 7. Ist die Spannung am Punkt C beispielsweise positiv, wird der Widerstand
4 durch die Diode 6 nahezu kurzgeschlossen. Am Widerstand 5, zu dem der unendlich
große Widerstand der gesperrten Diode 7 parallel geschaltet ist, liegt dann praktisch
die gesamte Brückenausgangsspannung. Ist dagegen die Brückenspannung bei D positiv,
wird der Widerstand 5 durch die Diode 7 kurzgeschlossen; die volle Brückenspannung
liegt jetzt am Widerstand 4.
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Die an die Kanaleingänge angeschlossenen Transistorvorstufen bestehen
jeweils aus den Basiswiderständen 8 und 9, den Transistoren 10 und 11 und den Festwiderständen
12, 13, 14 und 15. Zur Justierung der Ansprechwerte der nachgeschalteten elektronischen
Schwellwertschalter dienen die veränderbaren Widerstände 16 und 17.
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Die nachgeschalteten elektronischen Schwellwertschalter (Schmitt-Trigger)
bestehen jeweils aus den Kondensatoren 18 und 19, den beiden Transistorenpaaren
20, 21 und 22, 23 sowie den üblichen Betriebswiderständen, die nicht näher bezeichnet
sind.
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An die Triggerausgänge F und G wird das Stellglied angeschlossen.
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Für den Diodenspannungsteiler werden mit Rücksicht auf die niedrigen
Schwellwerte und den wirtschaftlichen Aufwand Germanium - Dioden verwendet. Da jedoch
die Durchlaßverhältnisse bei Germanium-Dioden gerade bei kleinen Spannungen sehr
temperaturabhängig sind, ändern sich die Schwellwerte ohne besondere Stabilisierungsmaßnahmen
sehr stark. Daher befindet sich in dem einen Kanal in Weiterbildung der Erfindung
ein temperaturabhängiger Spannungsteiler, der einerseits aus dem Festwiderstand
24, andererseits aus dem NTC-Widerstand 25 mit dem parallel zu ihm liegenden Festwiderstand
26 besteht. Durch diesen Spannungsteiler werden die Dioden derart positiv im Sinne
der Durchlässigkeit vorgespannt, daß bei niedriger Temperatur eine Vorspannung von
etwa 0,2V anliegt.
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Diese geht dann bei hohen Temperaturen auf etwa ein Zehntel ihres
Wertes zurück, so daß dann prak-
tisch keine merkliche Vorspannung mehr besteht.
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Die Temperaturabhängigkeit der Vorspannung entspricht dann der Verschiebung
des Schwellwertes der Dioden in Abhängigkeit von der Temperatur. Der Spannungsteiler
ist dabei so angeschlossen, daß er einmal zwischen dem gemeinsamen BezugspunktE
der Kanäle und der Betriebsspannungsquelle liegt und mit seinem Spannungsteilerpunkt
mit dem kathodenseitigen Verbindungspunkt der Dioden verbunden ist.
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Da das den Kanälen an den Ausgängen F und G nachgeschaltete Stellglied
üblicherweise eine bestimmte Trägheit aufweist, ist die Rückführung in Weiterbildung
der Erfindung derart vor dem Schwell- -wertschalter angeordnet, daß vom Stellglied
selbst die Schalter 27 oder 28 betätigt werden, wodurch ein zusätzlicher Strom über
die Emitterwiderstände 13 oder 14 fließt, der mit Hilfe der veränderlichen Widerstände
29 oder 30 einreguliert werden kann.
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Dadurch wird der Schwellwert der Vorstufen-Transistorenl0 oder 11
um einen kleinen Betrag verschoben, wobei die Kondensatoren 18 und 19 hinsichtlich
des zeitlichen Ablaufes mitbeteiligt sind.