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Logarithmischer Wandler Die Erfindung betrifft einen logarithmischen
Wandler, der eine lineare oder nichtlineare Bewegung oder eine elektrisches Signal
genau proportional dem Logarithmus des Verhältnisses einer Eingangsspannung zu einer
Bezugsspannung liefert. Insbesondere bezieht sieh die Erfindung auf einen Wandler,
der in einem großen Frequenz- und Amplitudenbereich angewendet werden kann. Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist, einen Wandler zu liefern, bei dem der negative
Logarithmus einer linearen oder einer nichtlinearen Eingangsspannung genau proportional
dem Verhältnis von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung ist.
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Der Logarithmus der Spannungsverhältnisse, der gewöhnlich in Dezibel
ausgedrückt wird ;(oder dem zwanzigfachen Logarithmus
mit der Basis
10 der Verhältnisse) wird üblicherweise zur Berechnung verwendet, da die komplexen
Funktionen auf einfache Weise durch Addition oder Subtraktion der Logarithmen miteinander
multipliziert oder dividiert werden können. Viele Größen werden in den Rechenmaschinen
aus dem gleichen. Grunde in Logarithmen umgewandelt. Ausserdem läßt sich ein großer
Amplitudenbereich graphisch darstellen, wobei in jedem Punkt der Kurve die gleiche
prozentuale Ablesung ermöglicht wird. Die Skalen von Instrumenten, Spannungsmessern
u.dgl. sind deshalb häufig annähernd logarithmisch unterteilt. Fast alle Angaben
der Akustik oder des Frequenzbereichs bei Lautsprechern , Mikrophonen, Filtern,
Verstärkern u.dgl. werden in Dezibel angegeben, die gegen die logarithmische Frequenz
aufgetragen werden, d.h. beide Skalen sind logarithmisch.
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Zahlreiche Geräte für die selbsttätige Aufzeichnung von Spannungsverhältnissen
in Dezibel sind vorgeschlagen worden. Einige Röhrenvolneter verwenden als Mikroamperemeter
Drehspulinstrumente mit einem besonders ausgebildeten Luftspalt der eine beinahe
gleichmäßige Teilung der Skala in Dezibel gestattet, überdecken aber nur eine Dekade
und erfordern eine häufige Skalenumschaltung. Gegenwärtig ist die größte Genauigkeit,
die von solchen Weehselstromröhrenvoltmetern gefordert wird,.1%. Andere
Vorrichtungen
sind in ihrer Genauigkeit durch die für die logarithmische Umwandlung benutzten
Anordnungen begrenzt. Logarithmische Drehpotentiometer, die bei einer Drehung auf
einen streifenartigen Wicklungsträger gewickelt sind, verwenden Draht von unterschiedlicher
Stärke mit unterschiedlichem Abstand und liefern also eine unzureichend genaue Spannung.
Ausserdem liegen die größten Schwierigkeiten für eine hohe Genauigkeit von Drehpotentiometern
mit einer Drehung, die auf ungeraden Wicklungsträgern gewickelt sind, in der Erzielung
genauer Abmessungen des Wicklungsträgers und der durch die Windungszahl begrenztere
Auflösung. Nichtlineare Drehpotentiometer mit mehreren Drehungen erfordern eine
unterschiedliche Drahtstärke, Anzapfungen und Vorschaltwiderstände, die häufig durch
eine Rechenmaschine ermittelt werden, damit ein großer Bereich von Eingangsspannungen
möglich wird. Diese werden gewöhnlich auf einen schraubenförmigen, metallischen
Kern gewickelt und sind sehr begrenzt in ihrer Wiedergabe von hohen Frequenzen.
Ein geerdeter Kern verursacht, daß die Kapazität zwischen Kern und Wicklung Hochfrequenzströme
in dem einen hohen Widerstand besitzenden Teil der Wicklung kurzschließt. Ein nichtgeerdeter
Kern nimmt ein viel höheres Potential an, als derjenige Teil der Wicklung, in dem
sich der Widerstand mit der Stellung .' des-Schleifers nur langsam ändert, und verursacht
äusserordentlich große Fehler an und zwischen deii Anzapfungen,
die
mit Vorschaltwiderständen versehen sind. Eine große Genauigkeit ist selbst bei niedrigen
Frequenzen nur mit großen Kosten zu erreichen, wenn der Potentiometer über einen
großen Amplitudenbereich arbeiten soll. Beispielsweise muß der Änderungsbereich
des Widerstands bei Drehverstellung oder Schiebeverstellung 1000:1 auf der gleichen
Wicklung betragen, damit ein Bereich von 60 Dezibel überdeckt wird. Eine Fehlergrenze
von 1% der ganzen Skala ist gleich einem Fehler von 1000 % am anderen Ende. Ein
tragbarer, fester Fehler in der Eingangsspannung in % läßt sich mit Hilfe der bekannten
Verfahren zur Herstellung von nichtlinearen oder logarithmischen Potentiometern
sehr schwer erreichen.
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Sowohl der Halbleiter als auch die Diodenröhren liefern unter bestimmten
Betriebsbedingungen ein Ausgangssignal, das dem Logarithmus des Eingangssignals
proportional ist. Solche Vorrichtungen sind üblicherweise in Rechenmaschinen und
logarithmischen Wandlern in Verbindung mit X-Y-Aufzeichenvorrichtungen oder mit
einem Aufzeichnungsstreifen enthalten. Diese Vorrichtungen sind indessen in ihrem
Amplitudenbereich begrenzt, sind temperaturabhängig und schwer einzustellen und
besitzen keine genau bestimmten Endpunkte für ihren Betriebsbereich. Angeschlossene
Stromkreise, die zu ihrer Verwendung erforderlich sind,
sind komplex
und schwierig zu stabilisieren. Die Verwendung logarithmischer Wandler war daher
nur sehr begrenzt möglich.
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Die Erfindung macht sich daher zur Aufgabe, einen logarithmischen
Wandler zu liefern, der verhältnismäßig einfach aufgebaut ist, überwiegend driftfrei
selbst bei sehr untersohiedliohen Bedingungen der Umgebung ist und trotzdem in einem
großen Amplituden- und Frequenzbereich genau arbeitet. Eine andere Aufgabe der Erfindung
ist, ein Mittel zu liefern, mit dessen Hilfe der Logarithmus einer Eingangsspannung
im Verhältnis zu einer bekannten oder unbekannten Bezugsspannung in einem weiten
Amplituden- und Frequenzbereich genau angegeben werden kann und bei dem der Fehler,
in Prozent der Eingangsspannung, im wesentlichen unabhängig von der Höhe der Eingangsspannung
ist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen logarithmischen Wandler
zu liefern, in dem einer der üblichen linearen Potentiometer verwendet werden kann,
so daß kostspielige und besonders aufgebaute nichtlineare Potentiometer eingespart
werden, während gleichzeitig eine größere Genauigkeit erreicht wird als bisher bei
Verwendung von nichtlinearen Potentiometern möglich war.
Darüber
hinaus macht sich die Erfindung zur Aufgabe, einen derartigen Wandler zu liefern,
der einen großen Dezibelbereich besitzt und Transformatorenwicklungen, die derartig
verbunden' sind, daß die Anzahl der Windungen in den Wicklungen wesentlich herabgesetzt
wird, um einen großen Dezibelbereich zu erhalten, Eine noch andere Aufgabe ist,
einen logarithmischen Wandler' zu liefern, der einen Ausgang besitzt, der genau
proportional dem Logarithmus einer Eingangsspannung im Verhältnis zu einer bekannten
oder unbekannter Bezugsspannung ist, wobei der Ausgang die Form einer mechanischen
Bewegung oder eines elektrischen Signals haben kann.
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Weiter setzt sich die Erfindung das Ziel, einen logarithmischen Wandler
zu liefern, der in Verbindung mit einem thermischen Wandler oder einem geeigneten
Detektor und einer Vorrichtung für die Aufzeichnung auf einer logarithmischen Skala,
genaue Wechselspannungsmessungen vornimmt, d. h. mit einer Genauigkeit von weit
unter 0,5
Weitere Aufgaben, Ziele und Vorteile der Erfindung werden
den Fachleuten aus der nachstehenden Beschreibung, den beigefügten Patentansprüchen
und den Zeichnungen einleuchten.
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Die Zeichnungen stellen darf
Fig. 1 ein Schema,
welches den Grundzug der Erfindung verdeutlicht; Fig. 2 eine graphische Darstellung
(die in beiden Achsen logarithmisch ist) der Ergebnisse, die unter Verwendung des
Stromkreises von Fig. 1 tatsächlich erhalten wurden, und den tatsächlichen Wandlerausgang
in Dezibel im Verhältnis zum idealen oder theoretischen Ausgang und die Fehlergröße,
wenn der Spannungswiderständ der Fig. 1 fortgelassen wird; Fig. 3 ein Schema der
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 ein Schema einer anderen Ausführungsform
mit allen Widerstandselementen; Fig. 5 ein Schema einer noch anderen Ausführungsform
der Erfindung, die insbesondere für eine sehr genaue Messung von Wechselspannungen
geeignet ist.
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Erfindimgsgemäß wird ein 1inearer Potentiometer mit einer Arzahl von
Anzapfungen geliefert, die vorzugsweise mit gleichem Abstand vonieinar der angebracht
sind und einer gegebeneen Dezibeleinteilung entsprechen. Eingangsspannung, deren
Logarithmus im Verhältnis zu einer Bezugsspannung bestimmt werden soll, wird in
eine Anzahl von Spannungen. unterteilt, 3o daß der Logarithmus des Unterschieds
zwisehe_1
diesen Unterteilungen der Dezibeleinteilung an den Anzapfungen
des Potentiometers entspricht. Die unterteilten Spannungen werden dann an die Anzapfungen
des Potentiometers angelegt, so daß die Eingangsspannung logarithmisch entlang der
Anzapfungen des Potentiometers verteilt wird und jede Anzapfung an die entsprechende
Spannung geklemmt ist. Ein Schleifkontakt wird dann in seiner Stellung oder Spannung
an jeder Anzapfstelle proportional dem Logarithmus des Spannungsverhältnisses zwischen
der Spannungszufuhr zur Teilervorrichtung und der Ausgangsspannung an der jeweiligen
Anzapfung sein, die durch die Spannungsteilungsvorrichtung bestimmt ist. Da die
Anzapfungen einen bestimmten endlichen Dezibelabstand besitzen, interpoliert der
Schleifer des Potentiometers bei der Bewegung zwischen den Anzapfungen die Spannungen,di
e zwischen diesen bestehen. Man hat herausgefunden, daß die Interpolation durch
den.
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Schleifer zwischen den Anzapfungen logarithmisch und nicht linear
vorgenommen werden kann, wenn mpn einen Belastungswiderstand einschaltet, der elektrisch
mit dem Schleifer und einer bestimmten Spannung verbunden ist, und daß die.Korrektur,
die der Belastungswiderstand ausübt, zwischen allen Anzapfungen des Potentiometers
gleich ist, wobei der Belastungswiderstand bei Bewegung des Schleifer von einem
Ende des Potentiometers zum anderen nicht verstellt werden braucht.
Ohne
den Belastungswiderstand interpoliert der Schleifer arithmetisch, wodurch erhebliche
Fehler in der Dezibelablesung verursacht werden. Beträgt beispielsweise der gewünschte
Dezibelbereich 72 Dezibel und die Dezibeleinteilung des Potentiometers drei Dezibel,
dann würde die Potentiometerwicklung in 24 gleiche Teile eingeteilt sein, damit
ein Bereich von 72 Dezibel bei einem Abstand von 3 Dezibel erhalten wird. 3 Dezibel
entsprechen einem Spannungsverhältnis von 1,41 : 1. Eine lineare, arithmetische
Interpolation würde einen Wert von 1,205 in der Mitte (1,5 Dezibel) ergeben, während
der richtige Wert bei 1,5 Dezibel 1,185 betragen müßte, d. h. es wird ein Fehler
von annähernd 1,7 % geliefert. Dieser Fehler nimmt schnell zu, wenn die gleichmäßige
Unterteilung in Dezibel zwischen den Anzapfungen vergrößert wird. Er beträgt etwa
5 % bei einem Abstand von 6 Dezibel zwischen den Anzapfungen. Da die Herstellungskosten
weitgehend von der Anzahl der erforderlichen Anzapfungen abhängen, ist es höchst
erwünscht und ein entscheidender Vorteil, daß die Anzahl der Anzapfungen sowohl
am Poten tiometer als auch an der Spannungsteilungsvorrichtung, die gewöhnlich die
Form eines Ringtransformators besitzt, verringert wird. Die Einschaltung eines Belastungswiderstands
gestattet eine genaue Interpolation, selbst wenn die Anzapfungen einen verhältnismäßig
großen Dezibelabstand haben, und eine noch größere Genauigkeitlwird geliefert, wenn
der Dezibelabstand geringer ist.
Unter Verwendung eines Belastungswiderstands
ist es also möglich, die logarithmische Funktion zwischen den Anzapfstellen zu interpolieren,
wobei bei einem Abstand von 6 dB eine Genauigkeit von 0,05 Dezibel oder annähernd
0,6 % bei Wahl des richtigen Belastungswiderstands geliefert wird. Eine noch größere
Genauigkeit wird erreicht, wenn die Anzapfstellen einen geringeren Abstand in Dezibel
besitzen. Ein Abstand von beispielsweise 2 Dezibel kann einen Umrechnuwzgsfehler
von weniger als 0,02 % ergeben. Andererseits wachsen die bestmögliche Belastungsfunktion
und der größtmögliche Interpolationsfehler mit größer werdendem Dezibelabstand und
betragen mehr als eine Dezibel oder 10 % bei einem Abstand von 20 Dezibel zwischen
den Anzapf s tellen. Man hat festgestellt, daß ein Abstand von 3 - 12 Dezibel zwischen
den Anzapfungen, abhängig von der geforderten Genauigkeit, zu vertreten ist. Es
leichtet ein, daß ein Ausgleich zwischen Genauigkeit und Herstellungskosten stattfinden
muß. Mit wachsendem Dezibelabstand nehmen die Herstellungskosten ab, ebenso auch
die Genauigkeit. Umgekehrt wird die Genauigkeit mit geringerem Dezibelabstand verbessert.
Für die meisten Anwendungen ist ein Abstand von 3 - 12 Dezibel zwischen den Anzapfungen
tragbar, wobei der jeweils gewählte Abstand von der erforderlichen Genauigkeit ,abhängt.
Ein Abstand von 6 Dezibel scheint gegenwärtig am günstigsten für die meisten Verwendungszwecke
-und ebenfalls aus wirtschaftlichen Erwägungen. Ausserordentlich präzise Wechselspannungsmesser
können indessen entweder eineu
geringeren Abstand oder zusätzliche
Ausgleichsverfahren erfordern, die nachstehend erörtert werden.
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In Fig. 1 wird die Spannungsteilungsvorrichtung als eine Transformatorwicklung
10 dargestellt, die vorzugsweise die Wicklung eines Autotransformators ist. Der
Autotransformator ist vorzugsweise auf einen Ringkern gewickelt. Bei einem Abstand
von 6 Dezibel wird er mit einem Eingangsverhältnis von 2 t 1 dargestellt, wodurch
ein Verhältnis von 6 Dezibel in der Spannung zwischen den Spannungen E1 und E2 geliefert
wird. Der Autotransformator ist mit einer Eingangsklemme 11 und einer Zwischenklemme
12 versehen. Ein linearer Potentiometer P wird über diese beiden Anschlußklemmer
angeschlossen und besitzt einen Schleifer W. In dieser Zeichnung bezeichnet der
Buchstabe "A" den Teil des gesamten Drehwinkels des Schleifers W, der eine Schliferspannung
E0 liefert, und A wird also ei nen Wert zwi schen 0 und 1 , 0 annehmen. Der Einfachheit
halber wird der Abstand von 6 Dezibel als ein Eingangsverhältnis von 2 : 1 betrachtet,
wobei der Fehler lediglich etwa 1/4 % oder 0,025 Dezibel beträgt. Selbstverständlich
wird in der Praxis das genaue Verhältnis von 1,99526 bei der Berechnung für den
Aufbau verwendet, oder andererseits kann das Verhältnis genau 2 : 1 sein und der
Dezibelabstand als 6,0206 angenommen werden, wenn die Vorrichtung für die ip-rnungsable@utlg
geeicht wird,
Eine Analyse der Stromschleifen im Stromkreis der
Fig. 1 ergibt die folgende Gleichung:
Das ideale Verhältnis zwischen
und A wird angegeben durch
Wird die Gleichung.(3) in die Gleichung (1) eingesetzt, wobei A = 0,5 für einen
Fehler von Null an dieser Stelle, dann ist die Lösung für-das Verhältnis-von
gleich 0,241 oder RL 405 Ro (4)
Die Gleichung (1) wird dann:
Der Wert des Belastungswiderstands RL ist also aufgrund der vorstähenden Berechnungen
4,15 Mal der Widerstand zwischen den Anzapfungen am Potentiometer P bei einem Abstand
von 6 Dezibel. Das günstigste Verhältnis von der gleichen Weise errechnen. Gewöhnlich
sollte der Bebei einem anderen Dezibelabstand läßt sich leicht in lastungswiderstand
von hinreichender Größe sein, damit die Ausgangsspannung des Schleifers überwiegend
proportional dem negativen Logarithmus der Bewegung des Schleifers ist. Rin allgemeiner
Ausdruck für die Beziehung des Spannungsverhältnisses zum Dezibelabstand wird gegeben
durchs
worin "dB" den Dezibelabstand bezeichnet. Die Wahl des Mittelpunktes für einen Fehler
von 'Null, d. h. von A = 0, 5, ist nicht das Optimum, aber nahe dem Optimum für
einen
kleinstmöglichen durchschnittlichen Fehler. Der Wert des
Widerstands "RD" ist nicht von größter Wichtigkeit, insbesondere nicht bei einem
geringen Dezibelabstand. Eine Wahl von + 5 % ist zulässig.
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Um die Abnahme im Interpolationsfehler zu erläutern, die durch die
Einschaltung des Widerstands RD erreicht wird, sei angenommen, daß die Anordnung
von Fig. 1 in Verbindung mit einem potentiometrischen Ausgleichsservomechanismus
verwendet wird, in dem die Spannung Eo mit einer Bezugsspannung ER verglichen wird,
so daß der Unterschied oder die Fehlerspannung den Servomechanismus 2o betätigt,
daß der Schleifer derartig bewegt wird, daß EO e ER.
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Mit anderen Worten, der Schleifer wird so bewegt, daß EO konstant
gehalten wird über Abstand von 6 Dezibel, während sich dieEingangsspannung E1 ändert.
Dann ist der Fehler im Drehwinkel in A bei Ruhestellung des Schleifers verglichen
mit der richtigen Stellung das Schleifers und dem entsprechenden Fehler in Dezibel:
| A Fehler in A Fehler in Dezibel |
| 0 0 0 |
| .1 -.005 -,03 |
| . 2 -.007 -.042 |
| .3 -.006 -.036 |
| . 4 -0035 -.021 |
| .5 0 0 |
| .6 +.0038 +.023 |
| .7 +.0068 +.041 |
| 081 +.008 +.048 |
| .9 +.0063 +.038 |
| 1.0 0 0 |
Der grüßte Fehler beträgt also-0.048 Dezibel oder weniger als
0.6 % bei einem Abstand von 6 Dezibel. Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die
die ideale (errechnete), geradlinige Funktion zeigt, die sich ohne den Belastungswiderstand
RL (RL gleich unendlich) ergibt, und die sehr gute Annäherung, die in der vorstehend
beschrieben Weise bei Verwendung eines Belastungswiderstands RL 4,15R0 erlangt wird.
Wie ersichtlich, gibt es bei Verwendung eines Belastungswiderstands drei Punkte,
die mit der idealen Kurve zusammenfallen, d. h. je ein Punkt an jeder Anzapfstelle
an jedem Ende des Potentiometerabschnitts von 6 Dezibel und einen Punkt in der Mitte
eines Abschnitts. Andererseits kann man aus der Darstellung entnehmen, daß die ohne
Belastungswiderstand erhaltene Kurve mit der errechneten lediglich an den Anzapfstellen
und im Mittelpunkt zusammenfällt und daß der Fehler mehr als 0,5 Dezibel beträgt.
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Man wird auch bemerken, daß die Darstellung der Fig. 2 bei
der Auftragen g des tatsächlichen Ausgangs gegen die wahren Werte von 20
log (El/E0) eine Kurve ergibt, die nur geringfügig von der errechneten Kurve abweicht.
Eine genaue Betrachtung zeigt, daß die Abweichung oder der Fehler annähernd einer
Sinuskurve entsprechen. Eine Auf-. trageng des Fehlers geg6n die Schleiferverschiebung
(A) der obigen Tabelle bestätigt diese Annahme. Obwohl der Fehler oder die Abweichung
nicht genau einer Siriuskurve
entspricht, ist die Annäherung groß
genug, damit eine weitere erhebliche Verringerung des Fehlers durch eine zusätzliche
Sinusbewegung des Schleifers erreicht werden kann. Beispielsweise würde eine Sinusberichtigung
in einem logarithmischen Wandler mit einem Abstand von 15 Dezibel zwischen den Anzapfungen
den Fehler von einem Höchstwert von 8,2 % auf 1 herabsetzen. Ein solcher Wandler
kann die Form eines schneckenförmig gewickelten Potentiometers mit 15 Windungen
und einer Anzapfung je Windung haben, so daß ein Gesamtbereich von 75 Dezibel gegeben
ist. Die Sinusberichtigung könn te aus einer ekzentrisch auf der Potentiometerwelle
angebrachten Seilscheibe bestehen, deren Ekzentrizität ausreicht, um annähernd den
Sinusfehler auszugleichen. Für Fig. 2 würde die Ekzentrizität derartig sein, daß
bei einem Wandlerausgang von 0 - 3 Dezibel die Schleifers tellung von der Normalstellung
um einen Wert vorgerückt wird, der annähernd gleich dem waagerechten Abstand zwischen
der erhaltenen und der errechneten Kurve ist. Bei einem Ausgang s von 1 Dezibel
sollte beispielsweise das Vorrücken etwa A1 betragen. Am oberen Ende des Bereichs
(d, h. bei einem Ausgang von 3-6Dezibel) muß der Schleifer-von der Normalstellung
zurückgesetzt werden: Auf diese Weise wird. durch eine Sinusberichtigung der erhaltene
Ausgang stärker dem errechneten angeglichen. Es soll hinzugefügt werden, d.aß eine
solche Ausführungsform dann bevorzugt werden sollte, wenn
die Kostenfrage
(bei vergrößertem Abstand zwischen der Anzapfungen) die ausschlaggebende Rolle spielt.
Durch die nachfolgende Aufstellung für den größtmöglichen Fehler ohne Sinusberichtigung
wird diese Tatsache erhärtet:
| Abstand in dB Widerstandsverhältnis größtmöglicher Fehler |
| in % |
| 1.00 .006631 .0022 |
| 2.00 .026546 .019 |
| 4.00 .10651 .16 |
| 6.00 .24092 .56 |
| 10.00 .68113 2.6 |
| 15.00 1.5861 8.2 |
Bei einem Abstand von 2 dB beträgt der Fehler bei der Umwandlung bei einem geeigneten
Belastungswiderstand 0.019 %, was sehr günstig ist, wenn man bedenkt, daß gegenwärtig
die genaueste NBS AC-Norm 0,05 beträgt. Die Genauigkeit der Annäherung ist nicht
begrenzt, wenn das Spannungsverhältnis der Anzapfungen richtig ist. Der Belastungswiderstand
ermöglicht eine annehmbare Anzahl von Anzapfungen, so daß eine weitere Berichtigung
selbst für große Genauigkeiten nicht erforderlicht ist.
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Die Grundzüge der Erfindung, die vorstehend anhand.der Figuren 1 und
2 beschrieben wurden, können durch zusätzliche Windungen oder Anzapfungen an der
Transformatorwicklung
abgewandelt oder erweitert werden oder durch
zusätzliche Wicklungen, falls erforderlich, und durch zusätzliche Abschnitte der
Potentiometerwicklung am Widerstand R0. Die Schwierigkeit, den Bereich zu erweitern,
kann also in erster Linie durch einen entsprechend aufgebauten Transformator überwunden
werden. Das läß t sich leichter und weniger kostspielig ausführen als die Erweiterung
des Dezibelbereichs in nichtlinearen, logarithmischen Potentiometern oder Dioden,
die in temperaturgeregelter Öfen arbeiten. Noch wichtiger ist, daß ein Sehr genau
arbeitender Wandler mit Hilfe der bekannten Herstellungsverfahren aufgebaut werden
kann und daß der Wandler nicht durch Zeit, Temperatur und Gebrauch beeinträchtigt
wird.
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Eine Abwandlung oder Erweiterung der dargelegte. Erfindung wird durch
Fig. 3 dargestellt, die eine bevorzugte Ausführung sform der Erfi ndung zeit. In
dieser Abbildung wird ein Paar von Ringkerntransformatoren 20 und 21 gezeigt, bei
dem jeder mit den Auschlußklemmen für den Eingang 22 und 23 versehen ist, und bei
dem jeder, wie gezeigt, mit dem unteren Ende geerdet ist. Jeder Transformator ist
ausserdem mit einer Anzahl von Anschlußklemmen für den Ausgang 24 versehen, die
mit Ixen Wicklungen verbunden sind. Die Ausgancrsan.schlußklemmer,
sind
so angebracht, daß der Logarithmus der Spanngugsunterschiede zwischen den einzelnen
Anschlußklemmen etwa gleich ist. Mit anderen Worten: die Ausgangsanschlußklemmen
sind so angeschlossen, daß das Verhältnis der Anzahl der Windungen zwischen aufeinanderfolgenden
Ausgangsanschlußklemmen konstant und gleich dem negativen Logarithmus der Dezibelanzahl
in jeder Unterteilung, durch 20 geteilt ist. Die entsprechenden Transformatoren
werden also so gezeigt, daß die erste Ausgangsanschlußklemme bei 25 Windungen liegt,
die zweite bei 50, die dritte bei 100, usw. Da lediglich gerade Zahlen. von Vindungen
für die Spannungsverhältnisse zuträglich sind, entsteht der größte Fehler in Dezibel
bei 100 Windungen und beträgt 0,04 Dezibel. Eine Erhöhung der Gesamtzahl der Windungen
würde diesen Fehler verringern und genauere Verhältniszahlen liefern, aber die Kosten
für die Herstellung eines derartigen Ringkerntranssformators erhöhen.
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Um einen möglichst großen Dezibelbereich zu erhalten und udie nd gleichzeitig
die Gesamtzahl der Windungen in praktisch vernünftigen Grenzen zu halten, sind,
wie Fig. 3 zeigt, 2 Transformatoren angeschlossen. Das heißt, die Eingangsklemme
23 des Transformators 21 ist mit einer der Ausgangsklemmen des Transformators 20
verbunden, d.h, mit der Ausgangsklemme bei 25 Windu:igen. Bei einem Bereich von
72 Dezibel, der in 6 Dezibel unterteilt ist,
wie Fig. 3 zeigt,
können also 2 Transformatoren mit je 1 577 Windungen verwendet werden. Wird nur
ein Transformator für einen solchen Dezibelbereich verwendet, dann sind etwa 100
000 Windungen für die gleiche Genauigkeit des Windungsverhältni sse s erf orderli
ch. Die Ko sten würden weit höher sein und die größere Windungskapazität und der
-widerstand würden die Genauigkeit beeinträchtigen und den großen Frequenzbereich
eines Ringkerns von 72 Dezibel einschränken. Eine andere Möglichkeit ausser der
beschriebenen ist, wie bereits erwähnt, eine Unterteilung in eine ungerade Zahl
von Dezibel bei geraden Windungsverhältnissen vorzunehmen. Die Kosten für zwei Ringkerne
sind nicht erheblich größer als die für einen, wenn die Gesamtzahl der genau angebrachten
Anzapfungen die gleiche ist.
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Ein linearer Potentiometer p' ist in Fig. 3 mit einer Anzahl von Anzapfungen
versehen, die mit den entsprechenden Ausgangsklemmen der Transformatoren verbunden
sind, so daß ein Abstand von 6 Dezibel zwischen den Anzapfungen am Potentiometer
geliefert wird. Auch in diesem Fall ist ein Schleifer W' angebracht und ein Belastungswiderstand
RZ,ist elektrisch zwischen den Schleifer W' und einer 'Stelle mit gegebener Spannung
geschaltet, z. B. an das untere Ende des Transformators. Die Beziehung zwischen
Rot RZ und E2 ist gleich
dem in den Figuren 1 und 2. Die Anzapfung
oberhalb des Schleifers in jeder seiner Stellungen kann als mit der Spannung E1
belastet und die Anzapfung unterhalb des Schleifers als mit der Spannung E2 belastet
angesehen werden. Das Spannungsverhältnis zwischen zwei benachbarten Anzapfungen
ist b Dezibel oder etwa 2 s 1.
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Ein wesentlicher Zug der Erfindung ist, daß die gleiche Belastungsfunktion
und der gleiche Belastungswiderstand im ganzen Bereich verwendet werden können,
da eine logarithmische Funktion ein weitgehend festes Verhältnis der Windungen oder
der Spannunig zwischen zwei benachbarten, angezapften Unterteilungen des Transformators
voraussetzt und da zwischen den Potentiometeranzapfungen gleiche Abstände liegen.
Mit anderen Worten: man hat fest gestellt, daß die erforderliche Berichtigung von
RL zwischen irgend zwei gewählten Anzapfungen am Potentiometer in gleicher Weise
wirksam wird und daß der Wert nicht geändert werden muß, wenn der Schleifer sich
von einem Ende des Potentiometers zum anderen bewegt.
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Die Metallkerne in Potentiometern mit mehreren Windungen i;,@d gewöhnlich
nicht geerdet und nehmen. bei hohen Frequenzen ein Potential von etwa der Hälfte
des größten Widungspotentials
an, da sie mit der Widerstandswindung
gekoppelt sind. Bei der gezeigten Ausführungsform empfiehlt es sich, den Kern zu
erden, derbei hohen Eingangsspannungen ein Potential annimmt, das mehrere hundertmal
so groß ist wie das des Widerstandsdrahtes, der am Schleifer um den Kern gewickelt
i 3t. (Bei der praktischen Durchführung wirkt sich ein nichtgeerdeter Kern bei mehr
als 5 kHz aus). Da die Spannung an einem Ende der Potentiometerwicklung da 3000-400fache
der Schleiferrpannung sein kann, bewirkt eine Kapazitätskopplungvon. nur einem Mikrofarad
oder weniger, daß die Spannung am Schleifer über den gew ün schten Wert anwächst,
wenn2 der Schleifer sich zwischen zwei Anzapfungen befinde t. Ein kleiner neutralisierender
Kondensator C zwischen einer entgegengesetzt polarisierten Spannung (-kE1) und dem
Schleifer verhindert diese Wirkung weitgehend und macht die Anordnurng beinahe unempfindlich
bis zu einer Frequenz von 20 kHz und verwendbar bis zu 100 kHz.
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Aus der Gleichung (2) geht hervor, daß die Stellung des Schleifers
W' am Potentiometer eire Funktion des Lo arithmus des Verhältnissees der Eingangsspannung
L1 zur Ausgangsspannung Eo ist. Durch ein Bewegung des Schleifers, di e E o bei
unterschiedlichen Eingangsspanirnungen kooi ns tant t h äl t, wird die Stellung
des Schleifers zum Logarithmus dieses Verhältni ssses. Obwohl die Einstellung des
Schleifers in jeder
gewünschten Weise, auch bei Hand, vorgenommen
werden kann, wird in Fig. 3 ein potentiometrischer Stellmechanismus dargestellt.
Die Spannung Eo kann also abgenommen und geglättet werden durch einen Detektor und
eine Siebkette 25 und mit einer Bezugsspannung ER aus einer Quelle 26 verglichen
werden, wobei die Fehlerspannung durch einen Stellverstärker 27 verstärkt wird und
dann dazu verwendet wird, einen Stellmotor 28, der mit dem Schleifer W' verbunden
ist, zu regeln. Folglich wird der Schleifer so bewegt, daß Eo = ER. Der Schleifer
kann entweder mechanisch oder elektrisch mit einer zweckentsprechenden Anzeigevorrichtung
verbunden sein. Folglich leuchtet ein, daß die Potentiometerwelle und die gewählte
Anzeige- oder Aufzeichnungsvorrichtung proportional zum Verhältnis von E1 zu ER
(in Dezibel) bewegt wird.
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Ein zweiter Potentiometer 22 kann eingebaut werden, damit eine Ausgangsspannung
geliefert wird, die proportional der Dezibeländerung ir der Eingangssparnung E1,
bezogen auf die Bezugsspannung ER, ist. Der Potentiometer P2 besitzt also eine Spannungsquelle
29, die mit ihm verbunden ist, und sein. Schleifer 30 ist mit dem Schleifer W' gruppengeschaltet.
Demzufolge ist die Spannung des Schleifers 30 proportional der Stellung des Schleifers
W' und eine Funktion von diesem und also ei@ie Funktion des Verhältnisses von E1
zu ER, in Dezibel ausgedrückt.
Bei dem Aufbau der Anordnung von
Fig. 3 empfiehlt es sich, daß der Transformator durch eine Quelle mit niedriger
Impedanz betrieben wird, z. B. durch einen Kathoden-Nachlaufantrieb. Ausserdem sollte
der Widerstand zwischen den Anzapfungen am Potentiometer P' weitgehend auf den Widerstand
zwischen den Anzapfungen an den Transformatorwicklungen bezogen sein. Beispielsweise
kann der Widerstand Ro zwischen den Anzapfungen am Potentiometer zwischen 3000 und
10 000 Ohm betragen, während die Ausgangsimpedanz an den Anzapfungen des Ringkerns
verhältnismäßig niedrig ist, d. h. weniger als 10 Ohm. Die Belastungswicklung auf
den Transformator ist also ausserordentlich gering und kann, falls erforderlich,
durch Trimmerwiderstände mit hohen Werten weiter berichtigt werden, welche im Neebenschluß
zu den Anzapfungen des Transformators geerdet werden.
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Die Betriebsweise der Ausführungsform von Fig. 3 sollte einleuchten,
wird aber kurz erläutert werden. Bei gegebener Eingangsspannung El stellt der Stellmechanismus
den Schleifer W' so ein, daß dessen Spannung gleich der Bezugsspannung ER ist. Nachfolgend-sollte
die Eingangsspannung zunehmen, wodurch die Schleiferspanriung ebenfalls anwächst
und den Stellmechanismus so bewegt, daß sich der Schleifer gegen das untere Ende
des Potentiometers bewegt, bis erneut
Eo=ER. Die neue Stellung
des Schleifers W' ist proportional dem Verhältnis der erhöhten Spannung Ei zu ER,
in Dezibel ausgedrückt. Weitere Abänderungen der Eingangsspannung verursachen, daß
der Schleifer W' über die Potentiometerskala bewegt wird, wodurch fortlaufend eine
Ablesung der Ausgangsspannung in Dezibel geliefert wird.
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Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die ähnlich der von Fig.3 ist,
aber verfeinert, so daß ausserordentlich genaue Wechselspannungsmessungen möglich
sind. Vor der Beschreibung von Fig.5 soll darauf hingewiesen werden, daß fast alle
Wechselspannung smessungen mit einer Genauigkeit von unter 0,5 % und jede Eichung
auf eine Genauigkeit von weniger als 1 % mit Hilfe von kostspieligen Wärmeaustauschvorrichtungen
erreicht werden. Gewöhnlich wird eine derartige Vorrichtung mit einer Anzahl vor
thermischen Wandlern geliefert, die je einen begrenzten Spannungsbereich besitzen.
Jede Messung mit einem Wärmeaustauscher ist ein schwieriges und zeitraubendes Verfahren.
Eine unbekannte Wechselspannung wird einem Heizkörper eines Vakuum-Thermoelements
in dem thermischen Wandler zugeführt und der Gleichstromausgang des Thermoelements
wird durch einen Gleichstrom-Präzisionspotentiometer gemessen. Eine veränderliche
Gleichspannung, die sich gleichfalls genau messen läßt, wird dann an den Heizkörper
angelegt und so ab.-ewandelt, bis die Ausgangsspannuag de Thermoelements genau gleich
dem Ausgang ist, der durch die unbekannte
Wechselspannung geliefert
wird. Der wahre RMS oder der Wärmewert der unbekannten Wechselspannung ist dann
gleich der ersetzten Gleichspannung. Die Temperatur in der Umgebung des Thermoelements
wird durch einen Ofen o.dgl. konstant gehalten. Die Gründe für die Anwendung solcher
Ersatzverfahren sind erstens, daß die genaue Messung einer Gleichspannung sehr viel
leichter als die genaue Messung einer Wechselspannung bei dem heutigen Stande der
Technik ist und zweitens, daß Vakuum-Thermoelemen te oder thermische Wandler nichtlineare
Geräte sind, die auf Wechsel- oder Gleichspannungsein gänge ansprechen, jedes in
besonderer Weise, aber mit ausgezeichneter Wiederholbarkeit. Ein ausserordentlich
genauer logarithmischer Wandler nach der Erfindung, der mit Handbetrieb oder durch
Stellmotor betrieben wird, würde eine konstante Ausgangswechselspannung liefern,
um den Heizkörper des Thermoelements, unabhängig von der Höhe der unbekannten Wechselspannung
im Wandlerbereich,zu speisen. Ein derartiger Wandler würde in Verbindung mit einem
Vakuum-Thermoelemen t (wie in Fig. 5) oder einem geeigneten Detektor (wie in Fig.
5) (RMSS, Durchschnitts-oder Spitzenwert in Abhängigkeit von der Art der Messung)
das oben beschriebene Ersatzverfahren überflüssig machen. Diese Anordnung würde
in Verbindung mit einem Gleichstrom-Stellmechanismup, in dem der Ausgang des Thermoelements
mit einer
genau angegebenen Bezugsgleichspannung verglichen wird,
so daß das Fehlersignal für den Stellmotor gegeben wird, einen Wechselspannungsmesser
ergeben, der sich selbst ausgleicht und Genauigkeiten liefert, die bisher bei Wechselspannungsanzeigern
nicht erreicht werden konnten. Die Messung könnte durch Zeiger und Skala, die mit
dem logarithmischen Spannungsteiler-Schleifer verbunden sind, angezeigt werden,
so daß auf der gesamten logarithmischen Skala gleichbleibend abgelesen werden kann.
Bei einem logarithmischen Spannungsteiler ist der Zuwachs durch Stellmotor-Rückführung
gleichbleibend. Die für eine Messung erforderliche Zeit würde ein Bruchteil derjenigen
sein, die heute bei thermischen Wandlern erforderlich ist.
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Die Anordnung von Autotransformator und linearem Potentiometer der
Fig. 5 ist ähnlich wie die der Fig. 3, mit dem Unterschied, daß ein geringerer Dezibelabstand
gewählt wurde, damit eine größere Genauigkeit erzielt werden kann. Der Abstand beträgt
hier 2 Dezibel, wodurch ein Fehler von höchstens 0,019 % entstehen sollte. Die Spannung
vom Schleifer W' wird einem Verstärker 33 zugeführt und das verstärkte Wechselspannungssignal
wird dann über einen Heizdraht 34 des Thermoelements geleitet. Dadurch wird eine
Spannung im Thermoelement 35 geliefert, die sich mit dem RMS-Heizwert des Wechsel
spannungs:3ignals ändert.
Gleichzeitig wird eine genau bekannte
Bezugsgleichspannung einem Heizdraht 36 eines anderen Vakuum-Thermoelements von
einer Präzisionsbezugsgleichspannungsquelle 37 zugeführt. Auch in diesem Fall wird
ein Spannungsunterschied im Thermoelement 43 entwickelt, der proportional dem Heizwert
der Bezugsgleichspannung ist. Die beiden Vakuumthermoelemente sind in der dargestellten
Weise miteinander verbunden und ihre Ausgänge werden einem Zerhacker 38 zugeführt
und dann einem Stellverstärker 39, in dem sie miteinander verglichen werden Der
Stellverstärker regelt einen Stellmotor 40. Der Stellmotor ist mit dem Schleifer
W' verbunden, so daß jeder Spannungsunterschied zwischen den beiden Ausgängen aus
den beiden Thermoelementen dazu führt, daß der Stellmotor den Schleifer so bewegt,
daß sich die Wechselspannung ändert, bis ihr Heizwert gleich dem der Bezugsgleichspannung
ist, d. h. daß der Schleifer auf den nullpunkt eingestellt wird. Gleichzeitig kann
der Stellmotor ein Zifferblatt oder eine Aufzeichnungsvorrichtung bedienen, die
so geeicht ist, daß die Voltzahl oder eine gewünschte Einheit abgelesen werden kann.
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Die beschriebene Anordnung besitzt mehrere Vorteile. In erster Linie
soll betont werden, daß diese Anordnung die Eingangswechselspanning für das Vakuum-Thermoelement
auf einem gleichbleibenden Wert hält, wodurch ermöglicht wird, daß das Vakuum-Thermoelement
an einer Stelle arbeiten kann.
Auf diese Weise werden die Schwierigkeiten,
die bei nichtlinearen Geräten auftreten und ausgeglichen oder geglättet werden müssen
und Schwierigkeiten bei unterschiedlichem Stellmotor-Zuwächs, die gewöhnlich eine
AGG-Vorverstärker erforderlich machen, vermieden und eine gleiche Genauigkeit über
die ganze Skala geliefert.
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Falls erwünscht, kann ein Präzisionsrechteckgenerator 41 in Verbindung
mit einem Eichschalter 42 zum Eichen der Anordnung benutzt werden.
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Gewöhnlich empfiehlt es sich, daß die Transformatoren als Ringkernautotransformatoren
gewickelt sind, obwohl auch andere Arten, z. B. die üblichen Transformatoren mit
isolierten Primär- und Sekundärspulen, zur Teilung der Eingangsspannung in den vorgegebenen
Dezibelabstand verwendet werden können. Der Potentiometer ist ebenfalls vorzugsweise
schraubenförmig mit mehreren Wicklungen gewickelt, obwohl jeder Präzisionspotentiometer
verwendet werden kann.
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Obwohl in vielen Fällen. bevorzugt wird, daß die Bezugsqpsnnung BR
einen festen Wert besitzt, kann sie auch abgeändert werden. Beispielsweise wäre
es wünschenswert, wenn eine Anordnung, die geprüft werden soll, von einem Oszillator
mit
unterschiedlicher Ausgangsspannung betrieben wird, den Oszillatorausgang aufzuzeigen
und daraus EH abzuleiten, um das wahre Verhältnis von Ausgang zu Eingang in Dezibel
bei dem zu prüfer den Gerät zu ermitteln, ohne daß unerwünschte Änderungen in der
Oszillatorspannung berücksichtigt werden müssen. In ähnlicher Weise kann die Spannung
-kE1, die für die Neutralisation benutzt wird, aus dem Verstärker, der den Transformator
treibt, oder einer besonderen Wicklung auf einem der Transformatoren abgeleitet
werden. Der Trimmerkondensator C ist so eingestellt, daß die positive Kapazitätskupplung
mit dem Schleifer zwischen den ersten zwei oder drei Anzapfungen vom Boden aus möglichst
gering ist. Der Trimmerkondensator ist bei niedrigen Frequenzen nicht erforderlich.
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Gleichspannungs-Eingangssignale und allmählich sich ändernde Eingangswechselspannungen
lassen sich mit der in Fig. 3 gezeigten Anordnung umwandeln, wenn diese Signale
zunächst moduliert werden. Wird beispielsweise ein 60 Hz-Zerhacker, auf den ein
Verstärker oder ein Kathoden-Nachlaufantrieb folgt, verwendet, dann würden 60 Hz-Rechteckwellen
durch der, Wandler geschickt und in ähnlicher Weise angezeigt. f;iedrige Frequenzen,
etwa unterhalb vor. 10 Hz, können zerhackt und. durch den Wandler als unterdrücktes
Trägersignal
von 60 Hz geschickt Werden. Eine Aufzeichnung einer ganzen Welle wird bevorzugt,
damit das Glätten vereinfacht wird und die Schwebungen verringert werden, wenn die
Signalfrequenz den Subharmonischen oder Harmonischen von 60 Hz nähert, 60 Hz und
die Harmonischen von 60 Hz sollten weitgehend durch die Siebkette gedämpft werden.
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Die Vorrichtung der Fig. 3 hat sich für Anwendungen in einem Bereich
von weniger als 10 Hz bis zu mehr als 20 000 Hz und in einem Amplitudenbereich von
72 Dezibel oder beinahe 4000 : 1 mit einer Genauigkeit von weniger als 1 % bewährt,
die als Prozentsatz des Verhältnisses von Eingangs- zu Ausgangsspannung im ganzen
Bereich ausgedrückt wird. Man kann diese Anordnung für Rechenmaschinen und Aufzeichnungsvorrichtungen
mit logarithmischer Bewegung des Griffels verwenden. Sie ermöglicht den Bau von
logarithmischen Wechsel- und Gleichspannungsmessern mit einem großen Bereich, bei
denen mehrere Dekaden auf einer ,Skala angegeben werden. Ein derartiges Gerät besitzt
den großen Vorteil, daß keine Skalenumschaltung vorgenommen werden muß und die Berechnungsdauer
verkürzt wird, insbesondere wenn das Gerät mit einer r.'ulldzibel-Bpzugsskala versehen
ist, die von Hand betrieben wird.
Fig. 4 zeigt eine andere Vorrichtung
für die Aufteilung der Eingangsspannung in eine Anzahl unterteilter Spannungen und
für die Spannungsanzapfungen am linearen Potentiometer so daß ebenfalls gewählte,
aber gleiche Spannungsverhältnisse zwischen den aufeinanderfolgenden Anzapfungen
bestehen.
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Man wird bemerken, daß diese Anordnung ein Netzwerk von Widerständen
anstel1e der Transformatoren der Figuren 1 und 3 umfaßt. Diese Anordnung von Widerständen
besteht nur aus zwei Widerstandswerten, d. h. aus R und 2R, so daß ein Spannungsverhältnis
von 2 : 1 zwischen den Anzapfungen geliefert wird, das gleich einem Dezibelabstand
von 6.0206 zwischen den Anzapfungen ist. Es wird bemerkt werden, daß der Widerstand
zwischen Anzapfung und Erde an jeder Anzapfung 2/3 R ist.
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Diese Form eines Wandlers mit einem Netzwerk von Widerständen liefert
nicht die gleiche ausgezeichnete Genauigkeit, die durch die Ringkerntransformatoren
der Fig: 3"geliefert wird, aber sein Genauigkeitsgrad ist für viele Anwendungen
ausreichend, vorausgesetzt, daß Ro wesentlich größer als R ist. Gewöhnlich ist diese
Anordnung, selbst bei einem hohen Verhältnis von Ro R, auf die Anwendung bei niedrigen
Eingangsspannungen oder geringen Spannungsbereichen beschränkt.
Auch
in diesem Fall ist ein gewöhnlicher Belastungswiderstand RL vorhanden, der die in
den Formeln angegebene Beziehung zu Ro besitzt.
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Obwohl die Anordnung mit dem Netzwerk aus Widerständen der Fig. 4
für ein Spannungsverhältnis von 2 : 1 zwischen den Anzapfungen dargestellt ist,
können selbstverständlich auch andere Verhältnisse mit einem entsprechend anderen
Dezibelabstand durch Abänderung des Verhältnisses zwischen den Widerständen 31 und
32 erreicht werden.
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Ausserdem können die 2R-Widerstände und die R-Widerstände 31a fortgelassen
werden, wenn die R-Widerstände 32 verschiedene Werte haben, so daß die erwähnte
gewünschte unterteilte Spannung geliefert wird. Die aufeinanderfolgenden Widerstände
können beispielsweise Werte von 10, 10, 20, 40, 80, 160 usw. Ohm haben, wenn der
Dezibelabstand zwischen den Anzapfungen 6.0206 beträgt. Eine solche Anordnung ist
selbstverständlich nicht so einfach wie die Anwendung von nur 2 Werten für die Widerstände,
wie in Fig. 4.
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Andererseits kann eine Anordnung so zusammengesetzt werden, daß man
einen Autotransformator 20 wie in Fig. 3 in Verbindung mit dem "Tetzwerk von Widerständen,
die den Autotransformator 21 ersetzen, benutzt, so daß der Transformator
und
das Netzwerk von Widerständen gemeinsam die Vorrichtung zur Aufteilung der Eingangsspannung
und für das Abklemmen der unterteilten Spannung an den aufeinanderfolgenden Anzapfungen
des Potentiometers bilden. Es kann beispielsweise ein Transformator 20, wie in Fig.
3, mit verhältnismäßig wenigen Anzapfungen dazu verwendet werden, um die Antriebsimpedanz
zur Anpassung an die Siebschaltung mit niedrigem Widerstandswert für die restliche
Spannungsteilung herabzusetzen. Bei einer derartigen Anordnung würden sechs der
2R, R und R0-Zusammenstellungen der Fig. 4 fortfallen, so daß lediglich die Hälfte
der Siebschaltung erforderlich ist, um einen Bereich von 72 Dezibel zu liefern.
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Der Transformator 21 kann auch durch eine Reihe von Widerständen mit
Werten (von unten nach oben) von 10, 10, 20, 40, 80, 160 und 320 Ohm ersetzt werden,
wobei die Anzapfungen des Potentiometer s zwischen,den Widerständen liegen. Die
Ausgangsimpedanzen des Autotransformators 20 ist an den untersten Anzapfungen ausserordentlich
niedrig und beträgt etwa (25)2/(1577)2 mal den Widerstand der Spannungsquelle von
E1. Die größte Impedanz des Widerstandsteilers liegt an der Anzapfung zwischen den
Widerständen mit 160 und 320 Ohm und beträgt 160 Ohm. Da in diesem Fall der
Widerstand jeder Unterteilung 4170 Ohm
beträgt und RL einen Wert
von 17 300 Ohm besitzt, beträgt der Fehler an jeder Anzapfungsstelle weniger als
2 %, ohne daß der Widerstandsteiler getrimmt werden muß.
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Es wird also deutlich, daß lediglich wichtigt ist, daß die Anzapfungsstellen
an dem linearen Potentiometer an die entsprechenden Spannungsverhältnisse geklemmt
werden und daß der Belastungswiderstand RL im entsprechenden Verhältnis zum Widerstand
R0 zwischen den Anzapfungen steht, so daß der Potentiometer derartig belastet wird,
daß seine Ausgangskurve sich der idealen Ausgangskurve nähert, und daß ein Wert
von RL für den gesamten Bereich dient.
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Die Erfindung ist eine Fortsetzung der Anmeldung mit der Nr. 109 776,
die am 12. 5. 1961 eingereicht wurde. Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor,
daß die Erfindung alle angeführten Aufgaben und Ziele und weitere Vorteile, die
aus dem Aufbau des Geräts ersichtlich sind, erfüllt.
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Es leuchtet ein, daß gewisse Abwandlungen unabhängig durchgeführt
werden kö: Lnen iL1d von Nutzen sein können.
Derartige Möglichkeiten
sind in den nachstehenden Patentansprüchen enthalten.
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Im Rahmen der Erfindung lassen sich zahlreiche Ausführungsformen herstellen;
alle beschriebenen und dargestellten Formen der Erfindung dienen lediglich als Beispiele..und
bilden keine Beschränkung.