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Schaltung für die Zeitverzögerung von Signalen Die Erfindung betrifft
eine Schaltung für die Zeitverzögerung von Signalen, insbesondere für Zwecke der
Ueberstrom-Schutztechnik. Solche Zeitschaltungen werden z.B. in der Netzschutztechnik
für die selektive Abschaltung von Leitungen oder Netzbereichen im Kurzschlussfall
mit entsprechenden Ueberströmen benötigt.
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In der elektrischen Schutztechnik und insbesondere in der
Netzschutztechnik
werden Verzögerungszeitglieder bekanntermassen in Form von elektromagnetischen Relais
mit elektrisch, magnetisch oder mechanisch bedingter Schaltverzögerung verwendet.
Für Zwecke der Stromstaffelung sind allgmein elektromagnetische Drehfeldrelais (Ferraris-Relais)
mit verzögerungsbestimmender Dämpfungs- und Rückstellkraft in Anwendung. Die Drehgeschwindigkeit
des Relaisankers und damit die sogenannte Ablauf zeit, d.h. das Zeitintervall zwischen
Anwurf und Auslösung, ist hier von dem Erregerstrom abhangig, der z.B. einem auf
einen Nennwert bezogenen Messstrom entspricht. Diese Abhängigkeit ist so beschaffen,
dass die Ablaufzeit mit zunehmendem Erregerstrom nach einem im allgemeinen hyperbolischen
Verlauf abnimmt. Dieser Verlauf wird je nach seiner schwächeren oder stärkeren Steilheit
bei einem bestimmten Erregerstrom als "invers", stark invers" bzw. extrem invers"
bezeichnet und ist durch den schaltungsbedingten Funktionscharakter und die eingestellten
Funktionsparameter bestimmt.
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Eine wesentliche und im allgemeinen nachteilige Eigenschaft der bekannten
Zeitrelais ist die Ansprechverzögerung und die Nachlaufzeit. Bei ersterer handelt
es sich um das Zeitintervall zwischen dem Einschalten des Erregerstromes bzw. dem
Ueberschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes durch einen Messstrom einerseits
und dem Anwurf des Zeitwerkes als Beginn
der vorgesehenen Verzögerungszeit
andererseits. Dieses auch als Eigenzeit bezeichnete Zeitintervall sollte möglichst
kurz sein, weil es einerseits die mögliche einstellbare Gesamtverzögerungszeit nach
unten begrenzt und andererseits infolge von nur schwer einzuschränkenden Fertigungstoleranzen
vergleichsweise starken Exemplarstreuungen unterliegt, die ein individuelles Ausmessen
und gegebenenfalls Justieren der Relais bedingt. Die Nachlaufzeit ist das Zeitintervall
zwischen dem Abschalten des Erreger stromes vor der Auslösung und der Rückkehr des
Relais, vor allem des Zeitwerkes, in den Ausgangszustand. Eine möglichst weitgehende
Verringerung der Nachlaufzeit ist noch wichtiger als diejenige der Ansprechverzögerung,
weil die Nachlaufzeit eine vollständige Ausnutzung der eingestellten Verzögerungszeit
unmöglich macht.
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Wenn nämlich das Relais innerhalb eines der Nachlaufzeit entsprechenden
Intervalls vor der Auslösung durch verschwinden des Ueberstromes - z.B. bei vorübergehenden
Fehlern -wieder ausgeschaltet wird, so erfolgt trotz des inzwischen wieder verschwundenen
Fehlers eine Auslösung mit unnötigem Abschalten des zu schützenden Anlagenteils.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Zeitschaltung mit vom Eingang
signal ausgelöster bzw. gesteuerter Verzögerungszeit zu schaffen, die sich neben
den allgemeinen Vorteilen einer elektronischen Schaltung durch geringe Ansprechverzögerung
und
gegebenenfalls Nachlaufzeit auszeichnet. Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe
kennzeichnet sich bei einer Schaltung der eingangsgenannten Art durch einen Integrator
mit mindestens einem über eine Eingangsventil schaltung steuerbaren Integrandeneingang
und durch einen an den Ausgang des Integrators angeschlossenen Schwellenwertschalter.
Damit ergibt sich eine verzögerungsfreie Einschaltung eines zeitlichen Integrationsvorganges,
der je nach der Grösse und dem Zeitverlauf des gewählten Integrandensignals und
der Integrationszeitkonstanten nach einem definierten Zeitintervall zum Ansprechen
des Schwellenwertschalters, d.h. zur Auslösung führt.Bei einem Abschalten des Integrandensignals
wird eine weitere Veränderung des Integratorausgangssignals praktisch verzögerungsfrei
beendet, womit die angestrebte Verminderung der Nachlaufzeit erreicht ist.
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Eine Weiterbildung der Erfindung geht dahin, dass zur Erzeugung einer
von einer Eingangsgrösse nach einer hyperbolischen Funktion abhängigen Verzögerungszeit
ein Integrator mit zwei Integrandeneingängenvorgesehen ist, deren erster der Eingangsgrösse
und deren zweiter einer gegebenenfalls einstellbaren Konstanten zugeordnet ist.
Bei einer solchen Schaltung gilt für die Verzögerungszeit eine gebrochene Funktion,
in deren Nenner die Summe der Eingangspulse bzw.
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einer davon gebildeten weiteren Funktion und der gegebenenfalls einstellbaren
Konstanten steht. Auf diese Weise lassen sich die vorerwähnten inversen Zeitfunktionen,
insbesondere die bekannte stark inverse Zeitfunktion, wie sie für Zwecke der elektrischen
Schutztechnik benötigt werden, mit dem Vorteil einer geringen Ansprechverzögerung
und Nachlaufzeit verwirklichen.
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Eine andere Fortbildung der Erfindung betrifft ebenfalls eine Schaltung
zur Erzeugung einer hyperbolisch eingangssignalabhängigen Verzögerungszeit, bei
der ein Integrator mit einem Integrandeneingang mit einem dessen Integrandeneingang
vorgeschalteten Signalverarbeitungskanal vorgesehen ist, welch letzterer in Aufeinanderfolge
bis zu diesem Integrandeneingang folgende Funktionsgruppen enthält: a) einen Signalgeber
mit einem Ausgangssignal, welches durch das Produkt aus einem Eingangssignal und
einer Messnennspannung gebildet ist, b) einen logarithmierendenFunktionsgenerator
und c) einen Multiplikator mit einem gegebenenfalls einstellbaren Faktorwert.
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Eine solche Schaltung verwirklicht mit einer insbesondere für die
Praxis der elektrischen Schutztechnik weithin ausreichenden
Annäherung,die
in der Ueberstrom-Schutztechñik bekannte Inverscharakteristik gemäss einer Funktion
wobei T die Verzögerungszeit K ein durch Schaltungsparameter bestimmbarer Konstantfaktor
und i/in als Beispiel einer Eingangsgrösse den auf einen Nennstrom in normierten
Wert eines Messstromes i darstellt. Logarithmierende Funktionsgeneratoren - beispielsweise
solche mit geeigneten nichtlinearen Halbleiterelementen - sind als analoge Bauelemente
handelsüblich, so dass die erfindungsgemässe Schaltung mit geringem Aufwand einer
speziellen,vergleichsweise komplizierten Zeitfunktion ermöglicht.
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Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Hierin zeigt: Figur 1 das Schaltbild eines einstellbaren Zeitschalters
nach der Erfindung, Figur 2 ein Mehrfach-Zeit diagramm der in der Schaltung nach
Figur 1 auftretenden Signale, Figur 3 das Schaltbild einer erfindungsgemässen Verzögerungsschaltung
mit stark inverser Schaltcharakteristik, Figur 4 ein Diagramm mit der Verzögerungszeit
in Abhängigkeit von einem normierten Messstrom für stark inverse
und
einfach inverse Charakteristik, Figur 5 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen
Zeitschaltung mit potenzierendem Funktionsgenerator zur Darstellung einer einfach
inversen Zeitcharakteristik, Figur 6 ein Diagramm der Eingangs-Ausgangskennlinien
verschiedener Funktionsgeneratoren, die in einer erfindungsgemässen Zeitschaltung
zur Darstellung einer einfach inversen Zeitcharakteristik verwendet werden können,
Figur 7 das Prinzipschaltbild einer erfindungsgemässen Zeitschaltung mit einem logarithmierenden
Funktionsgenerator, ebenfalls zur Darstellung einer einfach inversen Zeitcharakteristik
und Figur 8 das Einzelschaltbild einer Zeitschaltung gemäss Figur 7.
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Bei der Anordnung nach Figur 1 handelt es sich um eine Zeitschaltung,
die neben einem Zeitglied A eine dieses Zeitglied auslösende und damit den Beginn
der.Verzögerungszeit markierende Steuerschaltung B umfasst. Die Steuerschaltung
B wird aus dem zu überwachenden Stromkreis 20 über einen Messstromwandler 21 mit
einem Messstrom i beaufschlagt, der durch Bemessung eines Bürdenwiderstandes 22
auf einen Nennstrom in normiert ist und an diesem Widerstand eine zu dem Verhältnis
ilin proportionale
Messspannung liefert. Ein Gleichrichter 23 mit
nachfolgendem Glättungskondensator 24 erzeugt eine entsprechende, mit dem normierten
Messstrom i/in veränderliche Messgleichspannung Um am Eingang eines als mitgekoppelter
Operationsverstärker ausgebildeten Schwellenwertschalters 25. Im Eingangskreis des
Letzteren ist der genannten Messgleichspannung eine mittels Eingangspotentiometers
Re einstellbare Schwellenspannung Ueo entgegengeschaltet, so dass der Schwellenwertschalter
25 bei ueberschreiten eines an R einstellbaren e Grenzstromes Io, der einem durch
den Bürdenwiderstand 22 bestimmten normierten Messstrom i/in entspricht, umschaltet
und ausgangsseitig eine konstante, positive Eingangsspannung u für das nachfolgende
Zeitglied A liefert.
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e Dieses Zeitglied umfasst einen zweistufigen Eingangsschalter 4
mit einem ersten Transistor 41 und einem zweiten Transistor 42 sowie einen Integrator
1 mit Operationsverstärker la, Gegenkopplungskapazität C und Eingangswiderstand
R sowie einen nachfolgenden Schwellenwertschalter 3. Wenn der Messstrom den vorgegebenden
Grenzstrom nicht überschreitet und demgemäss keine positive Eingangsspannung ue
vorhanden ist, sperrt der Transistor 41, während einer an dessen Kollektor angeschlossene
Diode 43 und der hierüber angekoppelte Transistor 42 leiten. Der invertierende Eingang
des Operationsverstärkers la ist dann gegen einen Nullleiter 0 kurzgeschlossen,
während
der nichtinvertierende Einfang übe die leitende Diode 43 eine positive Steuerspannung
u5t erhält. Die Integrator-Ausgangsspannung u nimmt somit a einen positiven Sättigungswert
an. Der über seinen invertierenden Eingang mit der Integrator-Ausgangsspannung beaufschlagte
Schwellenwertschalter 3 befindet sich somit in seinem Ausschaltzustand und liefert
am Ausgang 30 des Zeitgliedes die Schaltspannung u5 Null.
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Wenn der Messstrom den Grenzstrom überschreitet und u e positiv wird,
geht der Transistor 41 in den Leitzustand über und die Diode 43 sperrt. Nun liegt
der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers la über einen Widerstand
R2 ebenso wie über Widerstände R3 und R4 die Basis des Transistors 42 auf dem Potential
des mit dem Emitter vom Transistor 42 verbundenen Nulliteiter 0. Damit sperrt der
Transistor 42, und der invertierende Eingang des Operationsverstärkers la wird vom
Potential des Null4niters 0 entkoppelt. Gleichzeitig erhält der über den Eingangswiderstand
R an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers angeschlossene Integrandeneingang
2 eine an einem Potentiometer R1 einstellbare, positive Integrandenspannung u1 gegen
den Nulloeiter 0. Infolge der Invertierung beginnt nun ein Integrationsvorgang mit
negativem Vorzeichen, d.h.
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eine zeitlinieare Abnahme der Ausgangsspannung u des a Integrators
vom Sättigungswert U aus.Im Eingangskreis ao
des Schwellenwertschalters
3 ist der integrator£usganqs spannung u eine an einem Potentiometer 31 einstellbare
a Schwellwertspannung U entgegengeschaltet. Wenn ua bei 0 seiner Abnahme Uo unterscheidet,
so geht der Schwellenwertschalter 3 in seinen Einschaltzustand mit positiver Schaltspannung
u5 am Ausgang 30. Die Schwellenspannung U 0 bestimmt, wie noch näher erläutert wird,
die jeweils wirksame Verzögerungszeit, so dass die Einstellung des Potentiometers
31 unmittelbar ein Mass für letztere ist.
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Demgemäss sind im Beispielsfall mit dem Potentiometer 31 beiderseits
Trimmpotentiometer 32 und 33 verbunden, die eine Nullpunkteinstellung und Eichung
des Potentiometers in Zeiteinheiten ermöglichen.
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Die Zeitdiagramme in Figur 2 veranschaulichen die Wirkungsweise der
Schaltung nach Figur 1. In Zeile a) ist ein Messbeispielhafter Verlauf des\stromes
i dargestellt, der zur Zeit so den Grenzstrom I überschreitet und zur Zeit t2 0
wieder unterschreitet. Demgemäss springt die in Zeile b) dargestellte Eingangsspannung
u bei t auf einen positiven e 0 Wert, während die Steuerspannung ust gemäss Zeile
c) von ihrem positiven Ausgangswert Uh auf Null geht. Gleichzeitig springt die Integrandenspannung
u auf den positiven Wert U, so dass die Integrator-Ausgangsspannung u gemäss Zeile
d) t a ihren linearen Abstieg vom Ausgangswert Uao beginnt. Für
diesen
Abstieg gilt die Zeitfunktion
Hierin ist für die Integrandenspannung ul der am Potential meter R1 eingestellte
Wert Ut einzusetzen. Beierreichen der Schwellenspannung UO durch u zur Zeit t1 springt
a die Schaltspannung u5 am Ausgang des Zeitgliedes gemäss Zeile d) auf ihren positiven
Wert, womit das in bezug auf den Zeitpunkt to um die Verzögerungszeit T = tl- to
verschobene Ausgangssignal gegeben ist. Damit ergibt sich für die Verzögerungszeit
Demgemäss lässt sich also mit der angegebenen Schaltung durch Einstellung des Potentiometers
R1 eine zu der abgegriffenen Spannung reziproke Aenderung der Verzögerungszeit T
erreichen, während die Einstellung des Potentiometers 31 eine Aenderung der Verzögerungszeit
T zwischen-einem Höchstwert für UO = 0 und dem Wert Null für UO = U ao d.h. eine
Zeiteinstellung mit linearem Massstab ermöglicht.
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Beim Unterschreiten des Grenzstromes I durch den Messtrom i zur Zeit
t2 gringt die Eingangsspannung ue wieder auf Null, was die sofortige Rückstellung
des Schalters 4 in den Ausgangszustand mit sperrendem Transistor 41 und leitendem
Transistor 42 zur Folge hat. Damit liegt der invertierende
Eingang
des Operationsverstärkers la und der zugehörige Anschluss der Gegenkopplungskapazität
C über den Transistor 42 am Nullleiter 0, während der andere Anschluss der Gegenkopplungskapazität
über den geringen Ausgangswiderstand des Operationsverstärkers la mit dem Null4aiter
verbunden ist. Dadurch ergibt sich praktisch sofortige Entladung dieser Kapazität,
während der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers la wieder an der
positiven Spannung Uh liegt. Es wird also mit praktisch verschwindender Verzögerung
der Ausgangszustand des Integrators wiederhergestellt, was einer vorteilhaften,
ebenfalls praktisch verschwindenden Nachlaufzeit des Zeitgliedes entspricht.
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Die Zeitschaltung nach Figur 3 weist ebenfalls einen Integrator 1
mit eingangsseitigem Schalter 4 sowie einen nachfolgenden Schwellenwertschalter
3 mit Ausgang 31 auf.
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Der Integrator selbst und der Schalter 4 mit Transistoren 41 und 42
sowie der Schwellenwertschalter 3 stimmen mit den entsprechenden Schaltungsteilen
gemäss Figur 1 überein und sind insoweit mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Auch hier wird der Schalter 4 durch eine Steuerschaltung, die nicht
dargestellt ist und am Schaltungspunkt E angeschlossen zu denken ist, in Abhängigkeit
vom überschreiten eines vorgegebenen Grenzstromes durch einen Messstrom mit einer
Eingangsspannung-u beaufschlagt und entsprechend
hinsichtlich seines
Transistors 42 zwischen Sperrzustand und Leitzustand umgeschaltet. Mit dem Ueberschreiten
des Grenzstromes und dem entsprechenden Uebergang des Transistors 42 in den Leitzustand
wird ebenfalls übereinstimmend der Beginn einer Verzögerungszeit markiert, die sich
nun jedoch abweichend von der Ausführung nach Figur 1 selbsttätig in Abhängigkeit
von dem Messstrom einstellt.
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Zu diesem Zweck sind an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers
la zwei Summierwiderstände Ra und Rb angeschlossen, die einen ersten und einen zweiten
Integrandeneingang 2a bzw. 2b bilden. Der erste Integrandeneingang 2a ist an den
Ausgang eines Signalgebers 5 angeschlossen, der aus einem zugeführten Messstrom
i über einen Messwandler 52 mit Bürdenwiderstand 53 sowie einen Gleichrichter 51
eine Messspannung u1 bildet. Der Bürdenwiderstand 53 wird so bemessen, dass sein
Wert R53 dem Quotienten aus einer vorgegebenen Messnennspannung U n und einem ebenfalls
vorgegebenen Messnennstrom in entspricht. Dann gilt für die Messspannung u1
Die Messspannung u1 entspricht also dem Produkt aus dem normierten Messstrom und
der Messnennspannung.
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Der zweite Integrandeneingang 2b ist über einen durch einen Potentiometer
gebildeten Multiplikator 7 und eine Temperatur-Kompensationsschaltung 6 an eine
Konstantspannung U angeschlossen, die infolge der Anordnung des Multiplikators 7
zwischen dem Null-Ieiter 0 und der Minusleitung der für die Zeitschaltung vorgesehenen
Gleichstromversorgung bezüglich der Messspannung u1 entgegengesetzte Polarität hat.
Demzufolge ergibt sich am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers la ein
resultierendes Integrandensignal, welches der Differenz zwischen der Messspannung
u und einer Spannung U2 entspricht, welch letztere mittels des Multiplikators 7
auf einen gewissen Bruchteil k der Konstantspannung U eingestellt wird. Damit ergibt
sich ein Verlauf der Integrator-Ausgangsspannung u a über der Zeit t
wobei t wie in den Zeitdiagrammen gemäss Figur 2 o der Anfangszeitpunkt der Verzögerungszeit
ist. Nun wird der Multiplikator 7 so eingestellt, dass k = Un /U und damit U2 =
U ist. Mit dieser Potentiometereinstellung,die durch Abgleich leicht erreicht wird,
ergibt sich für die Integrator-Ausgangsspannung
und mit t = t für die Verzögerungszeit T
Der konstante Faktor der entscheidenden, stromabhängigen Funktion
ist durch die-Schwellenspannung Uo einstellbar und im übrigen von der durch den
Bürdenwiderstand bestimmten Messnennspannung Un rezipok abhängig. Die vorgenannte
Zeitfunktion bestimmt die Abhängigkeit der Verzögerungszeit T vom Ueberstromverhältnis
bzw. vom normierten Messstrom i/in, wie er in Kurve a) von Figur 4 angedeutet ist
und der in der elektrischen Netzschutztechnik bekannten stark inversen Charakteristik
entspricht.
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Die Verwendung eines Gleichrichters im Signalgeber 5 bedingt eine
vergleichsweise starke Temperaturabhängigkeit der Innenimpedanz dieser die Spannung
u1 liefernden Quelle. Eine dadurch verursachte Aenderung von u1 würde sich ohne
Gegenmassnahmen selbst dann, wenn sie als solche innerhalb der zulässigen Genauigkeitsabweichungen
liegt, in der Verzögerungszeit stark bemerkbar machen, weil die resultierende Integrandenspannung
wie erwähnt durch die Differenz der messstromabhängigen Integrandenspannung u1 und
der von letzterer im Mittel gegebenenfalls
nur wenig verschiedenen
Konstantspannung U2 gebildet wird. Die gemäss Figur 3 vorgesehene Gegenmassnahme
besteht darin, dass der die Spannung U2 liefernde Multiplikator 7 nicht unmittelbar,
sondern über die bereits erwähnte Temperatur-Kompensationsschaltung 6 an die Konstantspannung
U angeschlossen ist. Wesentlich an dieser Kompensationsschaltung ist eine zum Innenwiderstand
des Signalgebers 5 gleichsinnig temperaturabhängige Impedanz-Komponente , die der
zweiten Integrandenspannung U2 eine zur ersten In tegranden spannung u1 gleichsinnige
Temperaturabhängigkeit verleiht und daher die temperaturabhängige Differenz zwischen
den beiden Integrandenspannungen auf ein zulässiges Mass vermindert. Im Beispielsfall
ist die temperaturabhängige Impedanz-Komponente durch eine Dioden-Reihenschaltung
6a gebildet, die in Serie mit einer der Anpassung dienenden, stromlinearen und vergleichsweise
wenig temperaturabhängigen Impedanz-Komponente 6b liegt.
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In Figur 4 zeigt die Kurve a) die Abhängigkeit der Verzögerungszeit
T vom normierten Messstrom i/in bzw.
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vom Ueberstromverhältnis des zu überwachenden Stromkreises, wie sie
durch den Ausdruck
bestimmt und in der elektrischen Netzschutztechnik
als stark inverse
Charakteristik bekannt ist. Die Kurve b) in Figur 4 zeigt im Vergleich dazu einen
im Mittel schwächer geneigten Verlauf entsprechend der ebenfalls in der elektrischen
Netzschutztechnik bekannten einfach inversen Zeitcharakteristik, die durch den stromabhängigen
Ausdruck
mit gegenüber dem Wert Eins sehr viel kleinerem Exponenten c bestimmt ist.
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Figur 5 zeigt eine Zeitschaltung zur Verwirklichung einer einfach
inversen Zeitcharakteristik der letztgenannten Art. Auch hier wird in einem Signalgeber
5 ein Messstrom i in eine - wegen der übereinstimmenden Abhängigkeit vom Messstrom
übereinstimmend mit Figur 3 bezeichnete - zum normierten Messstrom i/i n und einer
Messnennspannung Un proportionale Spannung u1 umgesetzt.
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Letztere wird nun jedoch nicht unmittelbar, sondern erst nach weiterer
Umsetzung in einem Funktionsgenerator 8 in eine Spannung u dem ersten Integranden-Eingang
2a eines Integrators 1 zugeführt, der ebenso wie der nachfolgende Schwellenwertschalter
3 mit der einstellbaren Schwellenspannung U0 der Schaltung nach Figur 3 entspricht.
Der zweite Integranden-Eingang 2b des Integrators 1 wird ebenfalls wie in Figur
3 mit einer einstellbaren Konstantspannung U2 beaufschlagt.
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Der Funktionsgenerator 8 verknüpft die Spannungen u und u durch die
Potenzbeziehung
mit c « 1 gemäss der vorgenannten Bedingung für eine einfach inverse Zeitcharakteristik,
beispielsweise speziell c = 0,02. Damit ergibt sich für die erzielte Verzögerungszeit
Potenzierende Funktionsgeneratoren der vorerwähnten Art sind zwar grundsätzlich
verfügbar, beispielsweise solche mit vergleichsweise umfangreichen Schaltungskombinationen
von nichtlinearen Halbleiterelementen, jedoch wäre für praktische Zwecke insbesondere
eine Zeitschaltung mit einem einfacheren Funktionsgenerator erwünscht. Dieses Ziel
wäre mit einem logarithmischen Funktionsgenerator erfüllt, der sich bekanntlich
mit vergleichsweise grosser Annäherung an die genaue mathematische Funktion mit
üblichen Halbleiterdioden verwirklichen lässt. Solche logarithmischen Funktionsgeneratoren
sind bekanntlich handelsüblich und bedürfen für sich keiner besonderen Erläuterung.
Es wurde nun festgestellt, dass sich die für inverse Zeitcharakteristik massgebende
stromabhängige Funktion insbesondere für
sehr geringe Exponenten
des Ueberstromverhältnisses i/i n vergleichsweise gut durch eine logarithmische
Kennlinie annähern lässt. Zur Veranschaulichung dieses Sachverhaltes sind in Figur
6 die entsprechenden Funktionen
mit dem Exponenten c = 0,02 angedeutet. Die ausserdem angedeutete KUrve- f(i/in)
entspricht einer einfachen Dioden-Kennlinie, die durch eine Nullpunktverschiebung
auf der i/in -Achse in eine der angedeuteten logarithmischen Funktion weitgehend
entsprechende Kennlinie umgesetzt werden kann.
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Figur 7 zeigt das Prinzipschaltbild einer einfach inversen Zeitschaltung
mit logarithmischem Funktionsgenerator 9, der die vom Signalgeber 5 in Uebereinstimmung
mit den vorangehenden Ausführungsbeispielen gelieferte Spannung ul in eine entsprechende
Funktionsspannung u' umsetzt und eine justierbare Nullpunktf verschiebung 9c aufweist.
Für diese erste Funktionsspannung gilt
Ein nachfolgender Multiplikator 10 mit Faktoreinstellung lOb führt hierzu einen
Proportionalitätsfaktor K ein, 1 der den gemäss vorstehender Beziehung als Faktor
C.
auftretenden Rezipokwert des Exponenten c sowie gegebenenfalls
eine sonstige Multiplikative Parametereinstellung ermöglicht. Die somit gebildete
weitere Funktionsspannung
wird einem Zeitglied A zugeführt, welches mit dem entsprechenden Schaltungsteil
der Ausführung nach
Figur 1 übereinstimmt und somit\Integrator mit nur einem Integranden-Eingang aufweist.
Dieses stellt neben dem logarithmischen Funktionsgenerator eine weitere erwünschte
Vereinfachung dar und hat ausserdem zur Folge, dass die temperaturkritische Differenzbildung
des reßulterenden Integrandenaignals der Ausführung nach Figur 5 entfällt.
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Das Einzelschaltbild gemäss Figur 8 zeigt den Anschluss des Funktionsgenerators
9 an den Signalgeber 5 über einen Vorverstärker V. Der Funktionsgenerator umfasst
einen nicht linearen Schaltungsteil 9a und einen Schaltungsteil 9b für die bereits
erläuterte Nullpunktverschiebung. Der Schaltungsteil 9a besteht aus einem nichtlinearen
Verstärker 91 mit Diodenkennlinie und einem nachfolgenden linearen Differenzverstärker
92, der die nullpunktfreie Ausgangsspannung des Verstärkers 91 an das Potential
des NulEXeiters 0 anschliesst und
durch den speziellen Aufbau der
handelsüblichen Diodenverstärker bedingt ist. Der Schaltung steil 9b umfasst eine
Potentiometer 9c für die Justierung der Nullpunktverschiebung. Es folgt ein Operationsverstärker
l0a, dessen erster Summiereingang 12 an den Ausgang des Schaltungsteils 9a und dessen
zweiter Summiereingang 13 an den Abgriff des Potentiometer 9c angeschlossen ist.
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Letzteres bildet zusammen mit einem vorgeordneten Spannungsteiler,
der eine Diode lla als Unterwiderstand und einen Ohmschen-Oberwiderstand llb umfasst,
eine einstellbare Spannungsquelle mit temperaturabhängiger Innenimpedanz, die der
Temperaturabhängigkeit der kennlinienbestimmenden Halbleiterschaltung infolge der
Anordnung der Diode lla als Unterwiderstand des genannten Spannungsteilers entgegenwirkt.
Es handelt sich hier um eine additive Temperaturkompensation, die in Vergleich zu
der Differenz-Temperaturkompensation der Schaltung nach Figur 3 unkritischer ist.
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Die Temperaturabhängigkeit des im Signalgebers 5 enthaltenen Gleichrichters
ist wie erläutert für sich ebenfalls unkritisch.
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Der Operationsverstärker l0a bildet mit seinen Eingängen die nicht
nur die erläuterte Summierschaltung für Nullpunktverschiebung, sondern ist auch
Bestandteil des Multiplikators lo und ermöglicht über seinen Gegenkopplungszweig
mit
Potentiometer lOb die Einstellung des in Zusammenhang mit Figur 7 erläuterten Faktors
K.
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Am Ausgang des Operationsverstärkers lOa ergibt sich somit die Funktionsspannung
uf, die dem Integrator 1 des Zeitgliedes A zugeführt wird. Am Integrator-Ausgang
ergibt sich dementsprechend eine Spannung
die in Verbindung mit dem nachfolgenden Schwellenwertschaltung 3, dessen Schwellenspannungseinstellung
hier der iinfachheiqhalber nicht mehr gezeigt ist, zur einer Verzögerungszeit
entsprechend der verlangten inversen Zeitcharakteristik führt.