DE846415C - Vierpoliges Schaltgebilde mit nichtlinearer Beziehung zwischen den Spannungen oder Stroemen der Eingangs- und der Ausgangsseite - Google Patents

Description

Bei vielen Anwendungen der drahtlos oder über Draht erfolgenden Kernübermittlung vonNachrichten sowie bei der Messung einer beträchtlichen Zahl von physikalischen Erscheinungen ist es von großer Wichtigkeit, über ein Mittel zu verfügen, das die Amplitude eines auf einen angeschlossenen zu beeinflussenden Teil einwirkenden physikalischen Steuermittels nach dem Logarithmus der Ausgangserscheinung oder nach einer anderen Gesetzmäßigkeit ändert.

Man hat hierfür schon vierpolige Schaltgebilde vorgeschlagen, bei denen der Strom oder die Spannung im atisgangsseitigen Stromkreis sich nach dem Logarithmus der Spannung bzw. des Stroms im eingangsseitigen Stromkreis ändert. Die Wirkungsweise aller hierfür bekannten Schaltungen läßt sich durchweg darauf zurückführen, daß die Wirkung eines Verstärkers, der Röhren mit schrittweise veränderlicher charakteristischer Kurve enthält, mit der Höhe der Spannung oder des Stroms der Aus- ao gangs- oder Eingangsseite derart in Beziehung gesetzt wird, daß sich eine Verminderung der Verstärkung nach einer geeigneten Gesetzmäßigkeit bei Zunahme der Höhe des übermittelten Zeichens ergibt, und umgekehrt.

Diese Art von Verstärkern weist vor allem den Übelstand auf. daß ihre Wirkungsweise nicht augenblicklich einsetzt und das für ihr Arbeiten gültige

Abhängigkeitsgesetz eine Funktion der etwaiger! Unterschiede der Charakteristik zwischen den verschiedenen Röhren gleicher Bauform ist. Es sind zwar auch bereits Schaltungen bekannt, die mit Hilfe von nur in einem Richtungssinn leitfähigen Mitteln als Begrenzer oder Gleichrichter wirken, aber dabei wird lediglich die Schaffung eines ebenen Kurvenlaufs von einer bestimmten Höhe der übertragenen Welle ab bezweckt.

ίο Nach der Erfindung wird nun von einem ganz anderen prinzipiellen Gedanken zur Lösung der eingangs geschilderten Aufgabe ausgegangen, indem hierfür ein vierpoliges Schaltgebilde mit einer nicht linearen Beziehung zwischen den Spannungen oder Strömen der Eingangs- und der Ausgangsseite verwendet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß mindestens eine der seine Bestandteile bildenden Impedanzen aus Widerständen besteht, die nach Art eines Kettenleiters mit nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen verbunden sind, die verschiedenen Anfangspolarisationen unterworfen und paarweise gegensinnig für jeden Widerstand geschaltet sind und von denen die Heiden zu einem Paar gehörigen unter der Einwirkung von praktisch gleichen Polarisationen mit entgegen-■ gesetzten Vorzeichen stehen.

Oie Widerstände, die an die nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen angeschlossen sind, erhalten gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorteilhafterweise Werte, die wesentlich höher als die innere Impedanz sind, welche diese einseitig wirksamen Vorrichtungen im Bereich ihrer Leitfähigkeit aufweisen.

Im einzelnen kann die Erfindung insbesondere mit zwei Arten der Anordnung der einseitig leftfähigen Vorrichtungen und der Widerstände ausgeführt werden, die beide Gesetzmäßigkeiten der übertragung mit einem bisher nicht erreichten Grad der Genauigkeit und Schnelligkeit der Wirkung zu erzielen gestatten. Bei der einen Ausführungsform wird ein weniger schnelles Anwachsen der Spannung oder des Stroms der Ausgangsseite als der Spannung oder des Stroms der Eingangsseite z. B. nach einem logarithmischen Gesetz dadurch erhalten, daß die Ladeimpedanz einer einen Bestandteil des ganzen vierpoligen Schaltgebildes darstellenden Verstärkerstufe zwei oder mehr unmittelbar oder über Widerstände in Parallelschaltung verbundene Teilschaltgebilde umfaßt, von denen jedes aus einem Widerstand in Reihe mit zwei nur in einem Richtungssinn leitfähigen Vorrichtungen besteht, die gegensinnig geschaltet und praktisch gleichen Polarisationen mit entgegengesetzten Vorzeichen unterworfen sind.

Bei der anderen der beiden vor allem anzuwendenden Ausführungsform der Erfindung wird eine raschere Zunahme der Spannung oder des Stroms der Ausgangsseite als der Spannung oder des Stroms der Eingangsseite z. B. nach einem Exponentialgesetz dadurch erzielt, daß die Ladeimpedanz einer einen Bestandteil des ganzen vierpoligen Schaltgebildes darstellenden Verstärkerstufe in Reihenschaltung ein oder mehrere Teilschaltgebilde enthält, die Je aus einem Widerstand in Parallelanordnung mit zwei nur in einem Richtungssinn leitfähigen Vorrichtungen besteht, die praktisch gleichen Polarisationen mit entgegengesetzten Vorzeichen ausgesetzt und gegensinnig geschaltet sind. Die Erfindung ist weiterhin auch für Anwendungen der Rückkopplung zur Verwirklichung von besonderen Übertragungsgesetzmäßigkeiten geeignet. So kann man, um ein schnelleres Anwachsen der Spannung oder des Stroms der Ausgangsseite als der Spannung oder des Stroms der Eingangsseite /.. B. nach einem Exponentialgesetz zu erreichen, den Rückkopplungsstromkreis eines ein- oder mehrstufigen, einen Bestandteil des ganzen vierpoligen Schaltgebildes darstellenden Verstärkers mit zwei oder mehr unmittelbar oder über Widerstände parallel geschalteten Teilschaltgebilden ausgestalten, von denen jedes aus einem Widerstand in Reihe mit zwei nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen besteht, die gegensinnig geschaltet und praktisch gleichen Polarisationen mit entgegengesetzten Vorzeichen ausgesetzt sind.

Um die umgekehrte Gesetzmäßigkeit, d. h. eine weniger schnelle Zunahme der Spannung oder des Stroms der Ausgangsseite als der Spannung oder des Stroms an der Eingangsseite z. B. nach einer logarithmischen Beziehung unter Benutzung der Rückkopplung zu erhaltem, können gemäß einer Weiterbildung der Erfindung in dem Rückkopplungsstromkreis eines ein- oder mehrstufigen, als Bestandteil des ganzen vierpoligen Schaltgebildes wirksamen Verstärkers zwei oder mehr unmittelbar oder über Widerstände in Reihe geschaltete Teilschaltgebilde vorgesehen sein, die je aus einem Widerstand in Parallelanordnung mit zwei nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen bestehen, die gegensinnig geschaltet und praktisch gleichen Polarisationen mit entgegengesetzten Vorzeichen unterworfen sind.

Für die Polarisation der verschiedenen einseitig leitfähigen elektrischen Vorrichtungen kann eine einzige Spannungsquelle verwendet werden, welche einen entsprechenden Spannungsteiler speist. Ferner kann man mehrere vierpolige Schaltgebilde nach der Erfindung in Kaskaden schalten, so daß sie nacheinander zur Wirkung kommen und ihre Kurven sich ergänzen. Auch ist das Anwendungsgebiet dieses vierpoligen Schaltgebildes als Steuermittel insbesondere bei der elektrischen Fernübermittlung von Nachrichten und bei der Messung physikalischer Vorgänge außerordentlich umfangreich.

Die Zeichnung veranschaulicht das vierpolige Schaltgebilde nach der Erfindung beispielsweise in Anwendung für die Steuerung von Modulationsmeßgeräten.

Abb. ι zeigt die prinzipielle Schaltung eines Spannungsmessers und

Abb. 2 die Kurve der an diesem wirksamen Spannung als Funktion der zu messenden Spannung, und Abb. 3 läßt die Formänderung der Spanuungsamplitude erkennen;

Abb. 4 gibt das Schaltungsbild eines Verstärkers nach der Erfindung schematisch wieder, und aus

ΛΙ>1>. 5 ^{ist (}''t' Änderung der ausgangsseitigen Spannung dieses Verstärkers in Abhängigkeit von der an dessen Hingangsklemmen angelegten Spannung ersichtlich;

Abb. ft zeigt die Schaltung für die Polarisierung der nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen mittels einer einzigen Spannungsquelle.

Gemäß Abb. ι ist an die Spannungsquelle G ein

ίο logarithmischer Verstärker A mit augenblicklich einsetzender Wirkung nach der Erfindung und an diesen ein Verbrauchsgerät irgendwelcher Art z. B. ein Spannungsmesser V angeschlossen. Wie Abb. 2 näher erkennen laut, ändert sich die ausgangsseitige Augenblicksspannung U 2 des Verstärkers A in Abhängigkeit von der Kingangsspannung Ui nicht wie bei einem gewöhnlichen Verstärker nach einer Geraden i. sondern nach einer logarithmischen Kurve 2, so dal.i für eine in geometrischer Progression veränderliche Kingangsspannung Ui sich eine in arithmetischer Progression veränderliche Ausgangsspannung I '2 ergibt.

Der Spannungsmesser V, dessen Ausschlag eine lineare Funktion der ausgangsseitigen Spannung U 2 des Verstärkers A ist, ermöglicht somit eine logarithmische .Ablesung der eingangsseitigen Spannung I' i. d. h. man kann seine Skala nach linearen Malien einteilen. Wenn man dem vierpoligen Transformator A eine sinusförmige Spannung 1 zuführt, erhält man (vgl. Abb. 3) eine nicht mehr sinusförmige ausgangsseitige Spannung 2, da diese in logarithmische Ordination übertragen ist.

Die aus Abb. 4 ersichtliche Ausführung des vierpoligen Schaltgebildes A der Anordnung nach Abb. 1 weist eine Hingangsröhre r auf, an deren (litter die zu messende Wechselspannung U\ angelegt ist. während die Anode an die erfindungsgemäß ausgebildete Impedanzenschaltung mittels eines Transformators 2 oder sonst eines geeigneten Verbindungsglieds angeschlosen ist. Mit der Ausgangsseite des Transformators 2 sind die in Reihe geschalteten Widerstände 3. 5 und 7 und die im Xebenschluß dazu liegenden Widerstände 4, 6 und 8 verbunden. Die Nebenschlußwiderstände 4, 6 und 8 sind in Reihe mit je zwei nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen, z. B. mit je zwei Zweielektrodenröhren ro, 11 und 12, 13 sowie 14, 15. geschaltet, die durch je zwei Spantiuugsquellen 16. 17 und 18, 19 sowie 20, 21 polarisicrt werden und mit gegensinniger Wirkung angeordnet sind. Die Ausgangsspannung der Impedanzschaltung ist an das (jitter der Röhre 9 herangeführt, an deren Anodenstromkreis über einen Transformator, das mit der Ausgangsspannung U 2 zu speisende Verbrauchsgerät angeschlossen ist.

Das vierpolige Schaltgebilde nach Abb. 4 arbeitet wie folgt: Für geringe Höhen der Eingangsspanliung C ι werden die nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen to bis 15 überhaupt noch nicht zu Leitern, und die Tmpedanzenschaltung bringt keine nennenswerte Schwächung hervor. Bei ein wenig größeren Spannungshöhen (1 wird das erste Paar 10, 11 der einseitig leitfähigen Vorrichtungen in einem Richtungssinn stromdurchlässig, sobald die ihm zugeführte Wechselspannung die durch die Spannungsquelle 16, τ" gelieferte Spannung überschreitet, und daraus folgt eine durch die Widerstände 3. 4 bewirkte Schwächung. Wenn die Höhe der Eingangsspannung U 1 weiter in hinreichendem Maße zunimmt, so daß die au die einseitig leitfähigen Vorrichtungen 12, 13 gelangende Wechselspannung größer als die Spannung der Spannungsquellen ift, 18 und 17. 19 wird, werden diese nur in einem Richtungssinn leitfähigen Vorrichtungen 12, 13 ebenfalls zu Leitern, und außer den Widerständen 3, 4 kommen auch die Widerstände 5, 6 zur Wirkung und rufen eine zusätzliche Schwächung hervor.

Schließlich werden bei noch höherem Ansteigen der Hingangsspannung U\ auch die einseitig leitfähigen Vorrichtungen 14. 15, wenn die an ihnen auftretende Wechselspannung die Spannung der Spanniingsquellen ift, 18. 20 und 17. 19 21 überschreitet, zu Leitern, und die Widerstände 7, 8 veranlassen eine weitere Schwächung. Man erhält demnach eine Schwächung der Wirkung des ganzen vierpol igen Schaltgebildes mit der Höhe der Eingangsspannung (1 nach einer beliebig durch die Wahl des Werts der Polarisationsspannungen und der Widerstände regelbaren Gesetzmäßigkeit.

Wenn die nur einseitig leitfähigen elektrischen Voι richtungen 10 bis 15 nicht vorhanden sind, wird die Verstärkerwirkung des vierpoligen Schaltgebildes konstant bleiben und die Ausgangsspannung (^T2, wie aus Abb. 5 ersichtlich, sich linear in Abhängigkeit von der Eingangsspannung f^T ι nach der Geraden [ ändern, während die aufeinanderfolgenden Schwächungswirkungen der einseitig leitfähigen Vorrichtungen 10 bis 15 für die Abhängigkeit der Spannung U2 von der Spannung Ui die Kurve 2 ergeben, die sich aus den geraden Teilen 3. 4, 5. 6 zusammensetzt, wenn die einseitig leitfähigen Vorrichtungen 10 bis 15 sich wie vollkommene Gleichrichter verhalten. Praktisch sind die gegenseitigen Anschlüsse dieser geraden Teile 3, 4, > 6 abgerundet, was den Gesamtverlauf der Kurve 2 verbessert. An Stelle der vier geraden Teile 3, 4, 5. ft, die mit den drei Paaren 10. 11 sowie 12. 13 und 14, 15 von einseitig leitfähigen Vorrichtungen üblicher Ausführung und den durch tliese bestimmten acht Kurvenpunkten erhält, kann man auch eine größere Zahl gerader Teile durch entsprechende Vermehrung der einseitig leitfähigen Vorrichtungen erzielen und dadurch eine Kurve erhalten, die um weniger als 1 % von der die vorausgesetzte theoretische Gesetzmäßigkeit verwirklichenden Kurve abweicht.

Wenn die Widerstände 4. ft und 8 groß gegenüber dem Widerstand sind, den die einseitig leitfähigen elektrischen Vorrichtungen 10 bis r 5 bei ihrer Wirksamkeit als Leiter aufweisen, hat der Zustand dieser Vorrichtungen 10 bis 15 praktisch keinen Einfluß auf den Wirkungsgrad des ganzen vierpoligen Schaltgebildes. Die Anfangsregelung bleibt daher nach der Änderung dieser Vorrichtungen 10 bis i, erhalten. Sieht man außerdem eine starke Einzel:

rückkopplung an den Röhren ι und 2 vor, so kann man eine sehr hohe, von den Röhren unabhängige Stabilität der Wirkungsweise des vierpoligen Schaltgebildes erzielen.

Die Polarisation der nur in einem Richtungssinn leitfähigen Vorrichtungen kann nach Abb. 6 mit Hilfe einer einzigen Spannungsquelle 30 bewirkt werden, an die ein Spannungsteiler gelegt ist, zu dessen Teihviderständen 31, 34 und 32, 35 sowie 33. 36 die einseitig leitfähigen Vorrichtungen paarweise gegensinnig parallel geschaltet sind.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Vierpoliges Schaltgebilde mit nichtlinearer Beziehung zwischen den Spannungen oder Strömen der Eingangs- und der Ausgangsseite, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der seine Bestandteile bildenden Impedanzen aus Widerständen (3 bis 8) besteht, die nach Art

   ao eines Kettenleiters in Reihen- oder Parallelschaltung mit nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen (10 bis 15) verbunden sind, die verschiedenen Anfangspolarisationen unterworfen und paarweise (10,

   »5 11 und 12, 13 sowie 14, 15) gegensinnig für

   jeden Widerstand (4 und 6 sowie 8) geschaltet sind und von denen die beiden zu einem Paar gehörigen (10, 11 und 12, 13 sowie 14, 15) unter der Einwirkung von praktisch gleichen Polarisationen mit entgegengesetzten Vorzeichen (16, 17 und 18, 19 sowie 20, 21) stehen.
2. 2. Schaltgebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (4, 6, 8), die an die nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen (10 bis 15) angeschlossen sind, Werte aufweisen, die wesentlich höher als die innere Impedanz sind, welche diese nur einseitig leitfähigen Vorrichtungen (10 bis 15) im Bereich ihrer Leitfähigkeit besitzen.
3. 3. Schaltgebilde nach Anspruch 1 und 2, bei dem die Spannung oder der Strom an der Ausgangsseite weniger schnell als die Spannung oder der Strom an der Eingangsseite z. B. nach einem logarithmischen Gesetz anwächst, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeimpedanz einer einen Bestandteil des ganzen vierpoligen Schaltgebildes darstellenden Verstärkerstufe zwei oder mehr unmittelbar oder über Widerstände in Parallelschaltung verbundene Teilschaltgebilde (4, 10, 11 und 6, 12, 13 sowie 8, 14, 15) umfaßt, von denen jedes aus einem Widerstand (4 und 6 sowie 8) in Reihe mit zwei nur in einem Richtungssinn leitfähigen Vorrichtungen (10, 11 und 12, 13 sowie 14, 15) besteht, die gegensinnig geschaltet und praktisch gleichen Polarisationen mit entgegengesetzten Vorzeichen unterworfen sind.
4. 4. Schaltgebilde nach Anspruch 1 und 2, bei dem die Spannung oder der Strom an der Ausgangsseite rascher als die Spannung oder der Strom an der Eingangsseite z. B. nach einem Exponentialgesetz zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeimpedanz einer einen Bestandteil des ganzen vierpoligen Schaltgebildes darstellenden Verstärkerstufe in Reihenschaltung ein oder mehrere Teilschaltgebilde enthält, die je aus einem Widerstand (3 und 5 sowie 7) in Parallelschaltung mit zwei nur in einem Rich-Uingssinn leitfähigen Vorrichtungen (10, ir und 12, 13 sowie 14, 15) bestehen, die praktisch gleichen Polarisationen mit entgegengesetzten Vorzeichen ausgesetzt und gegensinnig geschaltet sind.
5. 5. Schaltgebilde nach Anspruch 1 und 2, bei dem die Spannung oder der Strom an der Ausgangsseite weniger schnell als die Spannung oder der Strom an der Eingangsseite z. B. nach einem logarithmischen Gesetz ansteigt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungsstromkreis eines' ein- oder mehrstufigen, einen Bestandteil des ganzen vierpoligen Schaltgebildes darstellenden Verstärkers zwei oder mehr unmittelbar oder über Widerstände in Reihe geschaltete Teilschaltgebilde aufweist, von denen jedes aus einem Widerstand (3 und 5 sowie f) in Parallelschaltung mit zwei nur in einem Richtungssinn leitfähigen Vorrichtungen (10, 11 und 12, 13 sowie 14, 15) besteht, die gegensinnig geschaltet und praktisch gleichen Polarisationen mit entgegengesetzten Vorzeichen ausgesetzt sind.
6. 6. Schaltgebilde nach Anspruch 1 und 2, bei dem die Spannung oder der Strom an der Ausgangsseite rascher als die Spannung oder der Strom an der Eingangsseite z. B. nach einem Expdnentialgesetz zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungsstromkreis eines ein- oder mehrstufigen, einen Bestandteil des ganzen vierpoligen Schaltgebildes darstellenden Verstärkers zwei oder mehr unmittelbar oder über Widerstände parallel geschaltete Teilschaltgebilde enthält, von denen jedes aus einem Widerstand (4 und 6 sowie 8) in Reihe mit zwei nur in einem Richtungssinn leitfähigen Vorrichtungen (10, 11 und 12, 13 sowie 14, 15) besteht, die gegensinnig geschaltet und praktisch gleichen Polarisationen mit entgegengesetzten Vorzeichen unterworfen sind.
7. 7. Schaltgebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Spannungsquelle (30), die einen Spannungsteiler (31 bis 36) speist, zur Polarisation der verschiedenen, nur in einem Richtungssinn leitfähigen elektrischen Vorrichtungen vorgesehen

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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