DE1089050B

DE1089050B - Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung

Info

Publication number: DE1089050B
Application number: DEN7980A
Authority: DE
Inventors: Peter Gareth Lovell; Robert Bryce Stephens
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-11-05
Filing date: 1953-11-05
Publication date: 1960-09-15

Description

Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für Spannungsregelung mit einem magnetischen Spannungsgleichhalter, der einen hochgesättigten Kernteil, einen nicht gesättigten Kernteil und einen parallel zu dem erstgenannten liegenden Kondensator enthält, ferner mit einer veränderlichen Drosselspule, die zwischen einer Ausgangsklemme des Spannungsgleichschalters und einer Ausgangsklemme der Schaltungsanordnung im Kreis der vom hochgesättigten Kernteil getragenen Wicklung und dem zugehörigen Kondensator oder in beide Kreise eingeschältet ist, ferner mit einer an die Ausgangsklemmen der Schaltungsanordnung angeschlossenen, auf Ausgangsspannungsabweichungen ansprechenden Vorrichtung und mit dieser Vorrichtung zugeordneten Mitteln, mit denen der Wert der veränderlichen Drosselspule so geregelt werden kann; daß eine Abweichung der Spannung an den Ausgangsklemmen vom Nennwert verhindert wird.
Die Erfindung betrifft demnach eine an eine Wechselspannungsquelle veränderlicher Spannung und Frequenz anzuschließende Schaltungsanordnung zum Aufrechterhalten einer praktisch konstanten Ausgangswechselspannung trotz Schwankungen der Eingangsspannung, der Frequenz, der Belastung und der Umgebungstemperatur.
Es ist eine Schaltungsanordung bekannt, bei der eine Drossel durch einen Strom vormagnetisiert wird, der von der Ausgangsspannung durch Gleichrichtung gewonnen wird. Bei derartigen Regelschaltungen erfolgt die Regelung stets auf einer Charakteristik, die nur innerhalb eines gewissen Bereiches als Gerade angesehen werden kann. Sobald die Abweichung der Charakteristik von der Geraden einen bestimmten Wert überschreitet, ist praktisch die Grenze für den Regelbereich erreicht. Wird nun aus der Ausgangsspannung eine Steuergröße in Form eines Gleichstroms gewonnen, so kann nur ein Teil der gesamten Charakteristik bestrichen werden, da die Richtung des Gleich= stroms nicht ohne weiteres umkehrbar ist. An sich ist es ferner bekannt, bei Spannungsregeleinrichtungen eine auf Ausgangsspannungsabweichungen ansprechende Vorrichtung zu verwenden.
Demgegenüber besteht die Erfindung darin, daß die an sich bekannte, auf Ausgangsspannungsabweichungen ansprechende Vorrichtung ein zunehmendes Abweichungssignal ergibt, wenn die Ausgangsspannung an den Klemmen der Schaltungsanordnung vom Nennwert abweicht, wobei die Phase des Abweichungssignals, wenn die Spannung über den Nennwert hinausgeht, derjenigen entgegengesetzt ist, die beim Abfall der Spannung unter diesen Wert auftritt, und daß die auf Ausgangsspannungsabweichungen - ansprechende Vorrichtung Steuerströme liefert, die in an sich bekannter Weise den Effektivwerten derAusgangsspannungsdifferenzen entsprechen, und auf diese Weise eine Regelung bewirkt, die nahezu unabhängig von Veränderungen der Wellenform ist, wobei die Steuerspannung von einer Brückenschaltung mit einem Thermistor geliefert wird, der zum Eliminieren von. Änderungen der Umgebungstemperatur indirekt mittels eines durch einen zweiten, auf die Umgebungstemperatur ansprechenden Thermistor beeinflußten. Stromes geheizt wird.
Mit der Kombination der Merkmale gemäß der Erfindung wird eine Spannungsregeleinrichtung geschaffen, mit der eine sehr gute Spannungsregelung erzielt wird, wobei auch Änderungen der Umgebungstemperatur keinen nachteiligen Einfluß auf die erzielte Spannungskonstanz ausüben können.
Vorzugsweise spricht die auf Ausgangsspannungsabweichungen reagierende Vorrichtung auf Effektivwerte an, damit auf diese Weise die Regelung nahezu unabhängig von Veränderungen der Wellenform erfolgt.
In Fig. 1 der Zeichnung ist eine derartige Schaltungsanordnung im Blockschaltbild dargestellt. Hier sind die Eingangsklemmen 1 und 2 mit einer Wechselstromquelle und mit der Eingangswicklung eines Spannungsgleichhalters 3 der beschriebenen Art verbunden. Der Gleichhalter 3 weist eine mit einem Kondensator überbrückte Wicklung auf. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Schaltung ist dieser Kondensator mit 4 bezeichnet und mit dem Gleichhalter über die Hauptwicklung einer Drosselspule 5 verbunden, die auch mit dem Ausgang des mit den Ausgangsklemmen 6 und 7 der Schaltung verbundenen Gleichhalters 3 in Reihe geschaltet ist. Eine auf Ausgangsspannungsabweichungen ansprechende Vorrichtung 8 liegt an den Ausgangsklemmen 6 und 7 und führt einem Verstärker 9 ein mit der an den Klemmen 6 und 7 auftretenden Spannung wechselndes Signal zu. Der Ausgang dieses Verstärkers 9 liefert einen Steuerstrom für die Steuerwicklung der Drosselspule 5 und regelt die Reaktanz dieser Drosselspule derart, daß jede Abweichung der Ausgangsspannung von ihrem Nennwert verhindert wird.
Alle in Fig. 1 im Blockschaltbild dargestellten Elemente können verschieden ausgebildet werden und zeitigen die gewünschten Ergebnisse für die Schaltung als Ganzes, wenn ihre Kennlinien aneinander angepaßt sind.
Geeignete Ausführungsformen dieser Elemente sind beispielsweise in den Fig. 2 bis 9 der Zeichnung dargestellt, in den Fig.2 und 3 Ausführungsformen des Spannungsgleichhalters 3 gemäß Fig. 1, in den Fig. 4 und 5 Ausführungsformen der Drosselspule 5 gemäß Fig. 1, in den Fig. 6 und 7 Ausführungsformen der auf Ausgangsspannungsabweichungen ansprechenden Vorrichtung 8 gemäß Fig. 1 und in den Fig. 8 und 9 Ausführungsformen des Verstärkers 9. Der Spannungsgleichhalter gemäß Fig.2 besitzt eine an die Wechselstromquelle angeschlossene Primärwicklung 10. Sein Kern besteht aus zwei Teilen 11 und 12, die so bemessen sind, daß Teil 11 im Betrieb hoch gesättigt, Teil 12 hingegen nicht gesättigt wird. Auf dem gesättigten Kernteil 11 ist eine mit einem Kondensator 14 überbrückte Wicklung 13 vorgesehen. Der ungesättigte Kernteil 12 trägt eine Wicklung 15.
Der Tranformator gemäß Fig. 3 ist mit einer Wicklung 16 auf einem gesättigten Kernteil 11 versehen. Ein Teil der Wicklung 16 ist mit einer anderen auf dem ungesättigten Kernteil aufgebrachten Wicklung 17 so in Reihe geschaltet, daß beide Wicklungsabschnitte gemeinsam die Primärwicklung des Gleichhalters bilden. Die ganze Wicklung 16 ist mit einem Kondensator 14 überbrückt. Ein Teil der Wicklung 16 ist mit einer Wicklung 15 auf dem ungesättigten Kernteil 12 in Reihe geschaltet; diese letzteren beiden Wicklungsabschnitte bilden gemeinsam die Sekundärwicklung des Gleichhalters.
Die beiden Spannungsgleichhalter sind einander grundsätzlich gleich, denn die Pirmärwicklung erzeugt Kraftlinien sowohl im- gesättigten als auch im ungesättigten Kernteil, Die Wicklung auf dem gesättigten Teil erzeugt eine Spannung, die mit wachsender Eingangsspannung nicht proportional zunimmt. Die Wicklung auf dem ungesättigten Kernteil ist der ersten Wicklung entgegengeschaltet und erzeugt eine geringere Spannung, die ihrerseits proportional zur Eingangsspannung ansteigt und, weil sie der Hauptausgangsspannung entgegengesetzt ist, die resultierende Ausgangsspannung innerhalb ziemlich weiter Grenzen bei Eingangsspannungsänderungenpraktisch konstant hält. Bei beiden trägt der gesättigte Kernteil eine mit einem Kondensator überbrückte Wicklung. Dieser Kondensator hat einen solchen Wert, daß er gemeinsam mit der Wicklung einen sich der Resonanz nähernden Zustand ergibt, wodurch der Strom in der Reihenschaltung der Wicklung und des Kondensators zunimmt.
Die mit X, X' und X" in Fig. 2 und 3 bezeichneten Punkte stellen beispielsweise Punkte dar, die jeweils für das Einschalten der Drosselspule 5 in Frage kommen. Im Punkt X" liegt die Drossel in Reihe mit dem Kondensator, im Punkt X' liegt sie in Reihe mit dem Transformatorausgang, und im Punkt X, der vorteilhaftesten Stelle für die einzuschaltende Drosselspule, liegt diese sowohl mit dem Ausgang als auch mit dem Kondensator in Reihe. Gegebenenfalls kann die Drosselspule auch zum Kondensator 14 parallel geschaltet sein.
Weil die Ausgangsspannung eines Gleichhalters gemäß Fig.2 und 3 bei wechselnder Eingangsspannung und Belastung nahezu konstant ist, soll beim Fehlen der weiteren Elemente 8 und 9 die Einschaltung einer Drosselspule 5 an der Stelle X' die Ausgangsspannung an den Klemmen. 6 und 7 von dem die Drosselspule durchfließenden Belastungsstrom abhängig machen. Jede solche durch eine Belastungsänderung verursachte Spannungsänderung wird durch die Wirkung der Elemente 8 und 9 korrigiert, aber die von den Elementen 8 und 9 zu erfüllenden Anforderungen der Korrektionsmöglichkeit werden hierbei erhöht, die Drosselspule 5 muß derart ausgebildet sein, daß sie innerhalb weiterer Grenzen der Induktanzwerte wirkt, und die Kombination des spannungsabhängigen Gliedes 8 und des Verstärkers 9 muß Anforderungen größerer Empfindlichkeit und schnelleren Ansprechens erfüllen.
Es hat sich herausgestellt, daß beim Einschalten der Drosselspule 5 entweder an der Stelle X oder an der Stelle X" der Ausgang eines Gleichhalters gemäß der Fig.2 und 3 dennoch bei veränderlicher Eingangsspannung und Belastung bei einem bestimmten Wert der Drosselspule 5 konstant bleibt.
Änderungen der Eingangsspannung und Belastung können schnell auftreten und werden durch die normale Wirkung des Spannungsgleichhalters schnell korrigiert, und zwar, wie vorstehend erwähnt, in einem Zeitraum weniger Perioden der Eingangsfrequenz. Die Eingangsfrequenz ändert sich üblicherweise in langsamerem Tempo, und wenn die Elemente 8, 9 Spannungsänderungen am Ausgang 6, 7 korrigieren müssen, die nur auf eine Änderung der Eingangsfrequenz zurückzuführen sind, so genügt eine geringere Empfindlichkeit und ein langsameres Ansprechen der Kombination der Elemente 8 und 9, was eine Verbilligung mit sich bringt.
Die Drosselspule kann aus einer Hauptwicklung und einer Steuerwicklung bestehen, die auf denselben Kern aufgewickelt sind, aber vorzugsweise besteht die Hauptwicklung aus zwei Teilen. Fig.4 stellt eine solche Vorrichtung dar; hier trägt der Kern 22 eine Steuerwicklung 23, und die Hauptwicklung besteht aus zwei Teilen 20 und 21. Diese beiden Teile 20 und 21 sind so miteinander verbunden, daß jede Wechselspannungskomponente des die Wicklung23 durchfließenden Stroms in den beiden Wicklungsteilen gleiche, aber entgegengesetzte Spannungen induziert, die sich infolgedessen in der Wicklung völlig aufheben.
Bei der Vorrichtung gemäß Fig.5 besteht die Hauptwicklung aus zwei Teilen 20 und 21, wie bereits an Hand der Fig. 4 beschrieben. Der Kern 22 trägt die Steuerwicklung 23 und eine zusätzliche Wicklung 24. Bei dieser Vorrichtung vollzieht sich die Regelung der Reaktanz dadurch, daß ein konstanter Strom die Wicklung 24 und der Steuerstrom die Wicklung 23 so durchfließt, daß der dem Strom in der Wicklung 24 entgegenwirkt. Eine Änderung des Steuerstroms in einer bestimmten Richtung führt infolgedessen bei den beiden in den Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen einer Drosselspule eine Änderung der Reaktanz in entgegengesetzten Richtungen herbei.
Das in Fig. 1 dargestellte spannungsabhängige Glied 8 kann in seiner einfachsten Form aus einem Spannungsteiler mit einem Widerstand und einem Thermistor (d. h. einem Widerstand mit hohem Temperaturkoeffizienten) bestehen und ist, gegebenenfalls über einen Abwärtstransformator, an die Ausgangsklemmen 6 und 7 angeschlossen, wobei sich das der Spannungsabweichung entsprechende Signal entweder am Thermistor oder am Widerstand ergibt. Vorzugsweise findet jedoch eine Wheatstonesche Brücke Verwendung, so daß das Abweichungssignal Null ist, solange Brückengleichgewicht besteht, d. h. dann, wenn die Spannung an den Klemmen 6 und 7 ihren Nennwert aufweist.
Fig.6 stellt eine solche Brückenschaltung dar, bei der ein Brückenzweig einen Thermistor 30 und die anderen drei Brückenzweige ohmsche Wider stände 31, 32 und 33 enthalten. Der Eingang der Brücke ist über einen Abwärtstransformator mit den Ausgangsklemmen 6, 7 verbunden, und das Verhältnis zwischen der an die Brücke angelegten Ausgangsspannung und den Widerstandswerten der Brückenzweige ist so gewählt, daß die Brücke im Gleichgewicht ist, wenn die Ausgangsspannung den Nennwert aufweist. Es ergibt sich ein rasch zunehmendes Abweichungssignal, sobald die Ausgangsspannung an den Klemmen 6 und 7 vom Nennwert abweicht, wobei die Phase des Signals, wenn die Spannung über den Nennwert hinausgeht, derjenigen entgegengesetzt ist, die auftritt, wenn die Spannung unter den Nennwert sinkt.
Ein wichtiger Nachteil, der der einfachen Brücke gemäß Fig. 6 anhaftet, ist der, daß sich drei Stromwerte ergeben können, die einem bestimmten Spannungsabfall in der Kombination von Thermistor und ohmschen Widerständen entsprechen, so daß sich eine Mehrdeutigkeit hinsichtlich der Wirkung der Brücke ergibt, wenn nicht Maßnahmen getroffen werden, durch die die Brücke gewünschtenfalls außer Tätigkeit gesetzt wird.
Dies wird in Fig. 10 der Zeichnung näher erläutert, in der die Kurve A eine typische Spannungs-Strom-Kennline eines Thermistors darstellt, B die Spannungs-Strom-Kennlinie eines ohmschen Widerstandes und C die sich durch Addition der Ordinaten der Kurven A und B ergebende Resultierende. Die KurveA des Therrnistors steigt zunächst rasch bis zu einem Maximum an, worauf bei zunehmenden Stromwerten die Spannung am Thermistor zunächst rasch und dann immer langsamer absinkt. Die Kennlinie eines ohmschen Widerstandes ist selbstverständlich eine gerade Linie durch den Anfangspunkt, und die Resultierende des Thermistors und des ohmschen Widerstandes ist eine Kurve, die rasch bis zu einem Maximum ansteigt, auf ein Minimum herabsinkt und dann erneut ansteigt. Auf der Kurve C ist dieses Minimum bei D angegeben. Bei oberhalb dieses Minimums liegenden Spannungswerten, wie beispielsweise bei Vi in Fig. 10, ergeben sich drei mögliche Stromwerte der Kurve C, und zwar bei den. mit P, Q und R bezeichneten Abszissenpunkten. Der Punkt R ist der normalerweise für den Gleichgewichtszustand der Brücke erforderliche Punkt, und verwickelte Maßnahmen müssen getroffen werden, um die Regelvorrichtung außer Betrieb zu setzen, wenn die Eingangsspannung der Brücke so von dem Nennwert abweicht, daß der Arbeitspunkt des Thermistors außerhalb des Bereichs .dieses Punktes R zu liegen kommt. Solche Mittel sind an sich bekannt und können aus Relais bestehen, die die Brücke außer Betrieb setzen oder bei Änderung der Brücken-Eingangsspannung über die zulässigen Grenzen hinaus eine Spannung der erforderlichen Größe aus einer anderen Quelle anlegen.
Bei einer Schaltung gemäß der Erfindung empfiehlt es sich, diese Mehrdeutigkeit durch Anwendung einer Brückenschaltung, wie sie in Fig. 7 dargestellt ist, zu beseitigen.
Bei dieser Schaltung liegt in dem einen Zweig einer Wheatstoneschen Brücke ein indirekt geheizter Thermistor mit einem Widerstandselement 30 und einem Heizelement 34. Die anderen drei Arme der Brücke bestehen aus ohmschen Widerständen 31, 32 und 33, wie bei der Schaltung gemäß Fig. 6.
Die Wirkungsweise dieser Brückenschaltung ist am besten an Hand der Fig. 11 der Zeichnung verständlich, in der die Kurve .q der entsprechenden Kurve in Fig.10 entspricht und die Kennlinie eines fremdgeheizten Thermistors mit einem Heizstrom vom Wert Null darstellt. Die Kurve B entspricht gleichfalls der Kurve B gemäß Fig. 10 und kennzeichnet einen ohmschen Widerstand. Die Kurve E stellt eine der Kurven einer Kennlinienschar für den indirektgeheizten Thermistor dar, die für den Fall gilt, daß ein Strom durch das Heizelement fließt. Es ist ersichtlich, daß der Spannungswert des ursprünglichen Maximums mit zunehmendem Heizstrom abnimmt. Die Kurve F stellt die sich durch Addition der Kurven B und E ergebende Resultierende dar. Es ist ersichtlich, daß das Minimum D der Kurve C gemäß Fig. 10 jetzt vermieden wird, wobei oberhalb des Wertes V2, d. h. oberhalb des neuen Wertes des ursprünglichen Maximums der Kurve E plus des Wertes der Kurve B bei dem gleichen Stromwert, die Kurve F kontinuierlich in nahezu linearer Weise ansteigt. Bei der Brückenschaltung gemäß Fig. 7 ergibt sich demnach keine Mehrdeutigkeit, und die bei der einfachen Brückenschaltung gemäß Fig. 6 erforderlichen Maßnahmen sind hier entbehrlich.
Bekanntlich ändert sich der Widerstand des Thermistors mit der Umgebungstemperatur, und der Abgleich der vorstehend an Hand der Fig. 7 beschriebenen Brücke würde sich infolgedessen mit der Umgebungstemperatur ändern. Um diesem Nachteil zu begegnen, wird der Strom für das Heizelement 34 einem mit einer Spannungsquelle verbundenen Spannungsteiler entnommen, der aus einem ohmschen Widerstand 36 und einem Thermistor 35 besteht. Der Strom für das Heizelement 34 wird der Spannung am Thermistor 35 entnommen. Nimmt die Umgebungstemperatur zu, so nimmt der Widerstand des Thermistors 35 ab und die Spannung am Thermistor gleichfalls. Infolgedessen nimmt der das Heizelement 34 durchfließende Strom ab, und die Temperatur des Thermistors 30 sinkt, so daß die Zunahme der Umgebungstemperatur ausgeglichen wird.
Wenn die Spannung an den Klemmen 6 und 7 der Schaltung gemäß Fig. 1 vom Normalwert abweicht, bei dem die Brücke im Gleichgewicht ist, ergibt sich am Ausgang der Brücke ein Signal, das zu dem am Eingang gleich- oder gegenphasig ist, je nachdem, ob die Ausgangsspannung oberhalb oder unterhalb des Nennwertes liegt. Dieses Signal wird dem Verstärker 9 zugeführt und dient dazu, den die Steuerwicklung der Drosselspule 5 durchfließenden Strom so zu ändern, daß die Ausgangsspannung ihren Nennwert wieder annimmt. Zu diesem Zweck soll der Verstärker sowohl auf die Größe als auch auf die Phase des Ausgangssignals ansprechen. Geeignete Verstärkerschaltungen sind in den Fig. 8 und 9 dargestellt.
Bei der Schaltung gemäß Fig. 8 wird das sich am Ausgang der Thermistorbrücke ergebende Signal an die Primärwicklung 40 eines Aufwärtstransformators 41 angelegt, der ein großes Übersetzungsverhältnis aufweist und dessen Sekundärwicklung zwischen Steuergitter und Kathode einer mit einer Gittervorspannungsduelle44 versehenen Pentode43 liegt. Anode und Kathode der Pentode 43 sind mit den Klemmen 6 und 7 verbunden, so daß als Anodenspannung für die Pentode 43 die an den Klemmen 6 und 7 auftretende Spannung dient, die über einen einphasigen Gleichrichter 45 der Anode und dem Schirmgitter der Pentode 43 zugeführt wird. Der Gleichrichter 45 dient nur dazu, die Röhre gegen Spannungsumkehr zu schützen. Die in Fig. 8 nicht dargestellte Anodenimpedanz besteht aus der Steuerwicklung der Drosselspule 5, und daher sind die Enden der Wicklung 23 mit den Klemmen 47 und 48 verbunden und durch einen Kondensator 46 überbrückt. Weil die an den Klemmen 6 und 7 auftretende Wechselspannung nach einphasiger Gleichrichtung an der Anode der Röhre 43' liegt, ist es ersichtlich, daß diese Verstärkerschaltung sowohl auf die Phase als auch auf die Größe des an die Primärwicklung 40 angelegten Signals anspricht und daß ein gleichgerichteter und gesiebter Strom, dessen Wert von der- Phase und Größe des Eingangssignals abhängig ist, durch die Wicklung 23 der Drosselspule 5 fließt.
Bei der Schaltung gemäß Fig. 9 ist die eine Eingangsklemme 50 mit dem Steuergitter einer Triode 52 verbunden, in deren Anodenkreis die Parallelschaltung eines Belastungswiderstandes 53 und eines Kondensators 54 vorgesehen ist. Das andere Ende dieser Parallelschaltung 53, 54 liegt an dem einen Ende der Sekundärwicklung 55 des Transformators 56, dessen Primärwicklung 57 mit den Ausgangsklemmen 6 und 7 verbunden ist. Die Wicklung 55 weist eine Mittelanzapfung auf, die mit der anderen Eingangsklemme 51 verbunden ist, während das andere Ende der Sekundärwicklung 55 zu einem aus den ohmschen Widerständen 58 und 59 bestehenden Spannungsteiler geführt ist. Das andere Ende dieses Spannungsteilers ist mit der Anode der Röhre 52 verbunden, während sein Anzapfpunkt am Steuergitter einer zweiten Triode 60 liegt. Die Kathode der Röhre 60 ist über einen Widerstand 61 mit der Eingangsklemme 51 verbunden. Im Anodenkreis der Röhre 60 liegt die Wicklung 23 der Drosselspule 5 (was in Fig. 9 nicht dargestellt ist), die mit den Klemmen 47 und 48 verbunden und durch einen Kondensator 46 überbrückt ist. Der Anodenkreis der Röhre 60 ist mit dem gleichen Ende der Sekundärwicklung 55 verbunden wie der Anodenkreis der Röhre 52.
Die Wirkungsweise der in Fig. 9 dargestellten Verstärkerschaltung ist am besten verständlich, wenn die Schaltung als eine Abart der bekannten Schmitt-Sprungschaltung betrachtet wird, die nicht mit einer Anodengleichspannung, sondern mit Wechselspannung betrieben wird, so daß die bekannte Schaltung in dem Sinne geändert wird, daß sie mittels einer an die Klemmen 50 und 51 angelegten Wechselspannung eine phasenunterscheidende Wirkung aufweist.
Die bekannte Schmitt-Sprungschaltung kann zwei stabile Zustände annehmen, wobei einmal die eine und das andere Mal die andere Röhre Strom führt. Ein ähnliches Ergebnis läßt sich selbstverständlich bei der Wechselstromausführung der Schaltung erreichen, beider die Wirkung einer jeden Röhre von der Phase des Eingangssignal abhängt. Für die Zwecke der Erfindung muß der Ausgangsstrom jedoch der Größe nach von der Größe des Eingangssignals abhängig sein, und um zu erreichen, daß die Schaltung als Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad und nicht als Sprungschaltung arbeitet, müssen die Werte der ohmschen Widerstände 58, 59 und 61 passend bemessen oder aber ein in der Zeichnung durch gestrichelte Linien dargestellter ohmscher Stabilisierungswiderstand 62 zwischen der Anode der Röhre 52 und der Anode der Röhre 60 eingeschaltet werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig. 1 wird jetzt an Hand der Fig. 12 näher erläutert. Bei dieser Schaltung ist der Spannungsgleichhalter 3 von der in Fig. 2 dargestellten Art, und die Eingangsklemmen 1 und 2 der Schaltung sind mit den Enden der Primärwicklung 10 verbunden. Die Drosselspule 5 entspricht der gemäß Fig. 4, und die Hauptwicklungen 20 und 21 sind mit dem Ausgang des Gleichhalters 3 und dem zur Wicklung 13 parallel liegenden Kondensator 4 in Reihe geschaltet. Wie eingangs erwähnt, ist dies eine vorteilhafte Lage für die Drosselspule 5. Die Ausgangsspannung der Schaltung wird über die Reihendrosselspule 5 dem Ausgang des Gleichhalters 3 entnommen und tritt an den Ausgangsklemmen 6 und 7 auf. Mit dem Ausgang der Schaltung ist die Primärwicklung 71 eines Transformators 70 verbunden. Dieser Transformator liefert die Anoden- und Heizspannung für den Verstärker, die Heizspannung eines indirekt geheizten Thermistors und den Eingang einer Thermistorbrücke, wie nachstehend näher erläutert wird.
Die auf eine Spannungsabweichung ansprechende Vorrichtung ist eine Thermistorbrücke von der in Fig. 7 gezeigten Art, weist aber geringfügige Abänderungen auf, und zwar enthält der eine Arm der Brücke das in Reihe mit einem kleinen ohmschen Widerstand 37 geschaltete Widerstandselement 30, und die Arme 32 und 33 bestehen aus den Teilen eines zuvor eingestellten veränderlichen Spannungsteilers. Der Ausgang der Brücke wird von der Anzapfung des zuvor eingestellten Spannungsteilers 32, 33 einerseits und dem Verbindungspunkt des Widerstandselementes 30 und des ohmschen Widerstandes 31 andererseits dargestellt.
Die hier auftretende Spannung wird an den Eingang eines Verstärkers gemäß Fig. 8 angelegt, zu welchem Zweck der Verbindungspunkt des Thermistorelementes 30 und des Widerstandes 31 mit dem einen Ende der Primärwicklung 40 des Transformators 41 über einen ohmschen Widerstand 38 verbunden ist, der jedoch im normalen Betrieb mittels eines Relaiskontaktes Rc kurzgeschlossen wird.
Der Transformator 70 hat eine Niederspannungssekundärwicklung 72, die- den Heizfaden eines Diodengleichrichters 45 speist. Eine zweite Niederspannungswicklung 73 ist mit dem Heizfaden einer Pentode 43 verbunden. Das eine Ende der Wicklung 73 liegt zugleich an der -gemeinsamen Leitung 77, die mit der Ausgangsklemme 7 der Schaltung verbunden ist. Das andere Ende der Wicklung 73 liegt über einen kleinen ohmschen Widerstand 78 an einem weiteren Relaiskontakt Rb, der beim normalen Betrieb unterbrochen ist.
Bei einer weiteren Sekundärwicklung 74 des Transformators 70 ist das eine Ende mit der Leitung 77 und das andere Ende über einen im normalen Betrieb geschlossenen Relaiskontakt Ra mit dem zuvor eingestellten veränderlichen ohmschen Widerstand 36 verbunden. Bei dieser Schaltung ist die normalerweise am Thermistorheizelement 34 liegende Spannung jener Teil der Spannung der Wicklung 74, der an der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes 39 und des Thermistors 35 auftritt.
Zwei weitere Sekundärwicklungen 75 und 76 des Transformators 70 sind in Reihe geschaltet, -wobei das eine Ende der Wicklung 75 mit dem Eingang der Thermistorbrücke am Verbindungspunkt der ohmschen Widerstände 33 und 37 verbunden ist. Die Wicklung 76 ist durch einen zuvor eingestellten veränderlichen Spannungsteiler 79 überbrückt, dessen Abgriff am Verbindungspunkt der ohmschen Widerstände 31 und 32 mit dem anderen Eingangspunkt der Thermistorbrücke verbunden ist.
Von der Primärwicklung 71 des Transformators 70 ist ein in der Nähe der Leitung 77 liegender Teil 80 angezapft und liefert eine Vorspannung für die Röhre 43. Diese Spannung wird durch einen Gleichrichter 81, der zwischen der Anzapfung der Primärwicklung und dem einen Ende einer Parallelschaltung eines Kondensators 82 und eines zuvor eingestellten veränderlichen Spannungsteilers 83 liegt, gleichgerichtet, während die anderen Enden der Parallelschaltung mit der Leitung 77 verbunden sind. Auf diese Weise ergibt sich am Spannungsteiler 83 eine Gleich-Vorspannung. Die Anzapfung des Spannungsteilers 83 ist über einen Entkopplungswiderstand 84 mit einem Ende der Sekundärwicklung 42 eines Transformators 41 und über einen Entkopplungskondensator 85 mit der Leitung 77 verbunden.
Die Sekundärwicklung 42 ist mit einem kleinen Kondensator 86 überbrückt, und das andere Ende der Wicklung ist über die Parallelschaltung eines Gleichrichterelementes 87 und eines ohmschen Widerstandes 88 mit dem Steuergitter der Röhre 43 verbunden.
Der Kondensator 86 hat die Aufgabe, eine Phasenkorrektion vorzusehen, um die Ausgangsspannung der Brücke genau mit der an die Anode der Röhre 43 angelegten gleichgerichteten Spannung in Phase bzw. Gegenphase zu bringen.
Der Gleichrichter 87 und der Widerstand 88 haben die Aufgabe, einen effektiven Kurzschluß der Brücke durch den Gitterstrom der Röhre 43 zu verhüten, falls das Gitter einmal ein hohes positives Potential annimmt. Die Anode der Röhre 43 ist über einen Kondensator 89 mit dem einen Ende eines zuvor eingestellten Spannungsteilers 90 verbunden, dessen anderes Ende an der Anzapfung des Spannungsteilers 83 liegt. Die Anzapfung des Spannungsteilers 90 ist über ein entkoppeltes Netzwerk, das aus einem Querkondensator 91, einem ohmschen Längswiderstand 92, einem zweiten Querkondensator 93 und einem zweiten ohmschen Längswiderstand 94 besteht, mit dem unteren Ende der Sekundärwicklung 42 verbunden. Ein Teil der Augangsspannung der Röhre 43 tritt am Spannungsteiler 90 auf, und der an ihm abgegriffene Teil wird als Gegenkopplungsspannung dem Eingang der Röhre 43 zugeführt. Wenn sich an der Anode der Röhre 43 eine rasch veränderliche Spannung ergibt, so verhütet diese Gegenkopplung jede Neigung der Vorrichtung zum Pendeln, ohne die Empfindlichkeit des Verstärkers zu beeinträchtigen.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Anode der Röhre 43 mit der Steuerwicklung 23 der Drosselspule 5 und bei dieser Schaltung über die Relaiswicklung R mit dem Reihendiodengleichrichter 45 verbunden. Zu dem Relais R sind ein Kondensator 95 und die Reihenschaltung eines zuvor eingestellten veränderlichen ohmschen Widerstandes 96 und des beim normalen Betrieb geöffneten Relaiskontakts Rd parallel geschaltet. Das Relais R betätigt nicht nur die Rd, sondern auch die Kontakte Ra, Rb, Rc und Re, wie vorstehend erläutert.
Bei etwaigem Ausbleiben des Anodenstroms der Röhre 43 und dem hierdurch bedingten Ausbleiben des Steuerstroms in der Drosselspulenwicklung 23 gelangt der Kreis 4, 13 nahezu in den Resonanzzustand, so daß die sich an den Klemmen 6 und 7 ergebende Ausgangsspannung stark anzusteigen beginnt. Das Relais R ist in den Anodenkreis der Röhre 43 eingefügt, um dies zu verhüten. Beim Ausbleiben des Anodenstroms fällt das Relais R ab und schließt den die Hauptwicklungen 20 und 21 der Drosselspule 5 überbrückenden Kontakt Re. Der Kurzschluß dieser Wicklungen hat zur Folge, daß sich der Kreis 4, 13 vom Resonanzzustand entfernt und auf diese Weise eine niedrige Spannung an den Ausgangsklemmen der Schaltung erzeugt, so daß der Belastungskreis gegen zu hohe Spannung geschützt wird.
Das Relais E erleichtert zugleich das Inbetriebsetzen der Vorrichtung, da beim Einschalten der Vorrichtung die Röhre 43 wegen des noch kalten Heizfadens nicht sofort Anodenstrom und das Relais R daher keinen Erregerstrom führt. Im unerregten Zustand des Relais ist nicht nur der Kontakt Re geschlossen, wie vorstehend beschrieben, sondern auch der Kontakt Rb, während der Kontakt Ra geöffnet ist. Letzterer legt also die Spannung der Wicklung 73, die über diejenige der Wicklung 74 hinausgeht, an den Spannungsteiler 36, 39, 35 an und somit an das Heizelement 34 des indirekt geheizten Thermistors, wodurch das Thermistorelement 30 rasch in seinen richtigen Arbeitspunkt gelangt. Im unerregten Zustand des Relais R ist der Kontakt Rc geöffnet und infolgedessen der ohmsche Reihenwiderstand 38 eingeschaltet, so daß die zu hohe, bei Nichtabgleich am Ausgang der Brücke auftretende Spannung nicht in voller Höhe dem Transformator 41 zugeführt wird. Der Kontakt Rd ist auch geschlossen; und daher liegt der ohmsche Widerstand 96 parallel zum Relais R.
Wenn der Anodenstrom der Röhre 43 einen Wert erreicht, der groß genug ist, um das Relais R zu erregen, so wird der normale Heizstrom an das Heizelement 34 des Thermistors aus der Wicklung 74 über den Kontakt Ra angelegt. Der ohmsche Widerstand 38 wird durch den Kontakt Rc kurzgeschlossen und gibt dadurch der Brücke und dem zugehörigen Verstärker ihre ganze Empfindlichkeit wieder. Der Kontakt Rd wird geöffnet und trennt den ohmschen Widerstand 96 ab.
Der Wert des Anodenstroms, bei dem das Relais R erregt wird, hängt von dem Wert des zuvor eingestellten veränderlichen ohmschen Widerstandes 96 ab und wird infolgedessen auf einen Wert eingestellt, der keinen Impuls in der Ausgangsspannung des Kreises erzeugt, wenn der Kontakt Re, der parallel zu den Wicklungen 20, 21 der Drosselspule 5 liegt, geöffnet wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der beschriebenen Schaltung kann, um der Röhre 43 eine gleichgerichtete und gesiebte Vorspannung zuzuführen, die Röhre mit einer gegenphasig zur Anodenspannung schwingenden Gitterwechselspannung in Betrieb gesetzt werden. Vorzugsweise legt man diese Wechselstromvorspannung in den Kathodenkreis der Röhre, und die Kathode wird hierfür an das obere Ende der Wicklung 80 oder an die Anzapfung eines zu dieser Wicklung parallel geschalteten Spannungsteilers angeschaltet.
Wie vorstehend beschrieben, nimmt die Reaktanz der Drosselspule 5 zu, wenn der Anodenstrom der Röhre 43 ab- und die an den Klemmen 6 und 7 auftretende Ausgangsspannung zunimmt. Fällt die Röhre 43 aus oder fließt gleich nach dem Einschalten noch kein Anodenstrom, so beginnt die Ausgangsspannung stark zuzunehmen, und um dies zu verhüten, wird das Relais R in die Schaltung gemäß Fig. 12 eingefügt, wie dies im vorstehenden beschrieben worden ist. Es kann auch eine Drosselspule der in Fig. 5 dargestellten Art Verwendung finden. Bei dieser Schaltung fließt ein konstanter Gleichstrom durch die Wicklung 24, und der diesen Strom liefernde Gleichrichter wird so ausgebildet, daß sich dieser Strom beim Einschalten der Vorrichtung rasch ergibt. Auf diese Weise wird die an den Klemmen 6 und 7 auftretende Ausgangsspannung beim Einschalten oder beim Ausfallen der Röhre 23 auf einem niedrigen Wert gehalten. Die Phasenlage am Eingang des Verstärkers wird umgekehrt, so daß ein die Wicklung 23 durchfließender zunehmender Strom die Ausgangsspannung der Schaltung erhöht.
Gemäß einer abgeänderten Ausführungsform des Verstärkers, wie sie an Hand der Fig. 8 beschrieben und in einer vorteilhaften Ausführungsform in Fig.12 dargestellt ist, kann der Eingangstransformator 41 durch eine als Spannungsverstärker wirkende Röhre ersetzt werden. Der Ausgang der Thermistorbrücke wird in diesem Falle an das Steuergitter dieser Röhre angelegt, und deren Ausgangsspannung wird dem Steuergitter der Röhre 43 zugeführt.
Eine solche Schaltung ist in Fig. 13 der Zeichnung dargestellt, in der entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig.12 bezeichnet sind. Die zusätzliche Röhre ist mit 100 bezeichnet, und ihre Anode ist über einen Kondensator 101 mit dem Steuergitter der Röhre 43 verbunden. Die Anoden der Röhren 100 und 43 sind über die Wicklung des Relais R miteinander verbunden, wodurch sich eine gewisse Gegenkopplung ergibt und Unregelmäßigkeiten in der Wirkung verhindert «erden. Gleichstrommäßig ist dieser Gegenkopplungsweg durch den Kondensator 101 blockiert, ähnlich wie dies bei der Schaltung gemäß Fig. 12 mit Hilfe des Kondensators 89 der Fall ist.
In Fig. 13 ist der Spannungsgleichhalter nicht dargestellt, und die Punkte I und II entsprechen den Enden der Wicklung 13 in Fig. 12.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Schaltung gemäß Fig. 1 ist die auf Ausgangsspannungsabweichungen ansprechende Vorrichtung eine magnetische Brücke und der Verstärker 9 kein Elektronenröhrenverstärker, sondern ein magnetischer Verstärker, so daß die Verwendung von Elektronenröhren in der Vorrichtung vermieden wird.
Bei noch einer weiteren Ausführungsform fällt der Verstärker fort, und es findet ein Kohleregler Anwendung, um den Gleichstrom in der Wicklung 23 der Drosselspule zu steuern. Ein solcher Stromkreis ist in Fig. 14 dargestellt.
Diese Schaltung hat den Vorteil, daß keine einzige Elektronenröhre Verwendung findet. Ein an den Ausgangsklemmen 6, 7 liegender Speisetransformator 120 besitzt eine Sekundärwicklung 121, die Strom für die Drosselspulenwicklung 23 liefert. Dieser wird durch ein Trockengleichrichtersystem 122 gleichgerichtet und durch den Kohleregler 123 gesteuert. Eine weitere Sekundärwicklung 125 liefert über ein weiteres Trockengleichrichtersystem 127 Strom für die Wicklung 126, die den Kohleregler betätigt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Schaltungsanordnung für Spannungsregelung mit einem magnetischen Spannungsgleichhalter, der einen hochgesättigten Kernteil, einen nicht gesättigten Kernteil und einen parallel zu dem erstgenannten liegenden Kondensator enthält, ferner mit einer veränderlichen Drosselspule, die zwischen einer Ausgangsklemme des Spannungsgleichhalters und einer Ausgangsklemme der Schaltungsanordnung im Kreis der vom hochgesättigten Kernteil getragenen Wicklung und dem zugehörigen Kondensator oder in beide Kreise eingeschaltet ist, ferner mit einer an die Ausgangsklemmen der Schaltungsanordnung angeschlossenen, auf Ausgangsspannungsabweichungen ansprechenden Vorrichtung und mit dieser Vorrichtung zugeordneten Mitteln, mit denen der Wert der veränderlichen Drosselspule so geregelt werden kann, daß eine Abweichung der Spannung an den Ausgangsklemmen vom Nennwert verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte, auf Ausgangsspannungsabweichungen ansprechende Vorrichtung ein zunehmendes Abweichungssignal ergibt, wenn die Ausgangsspannung an den Klemmen der Schaltungsanordnung vom Nennwert abweicht, wobei die Phase des Abweichungssignals, wenn die Spannung über den Nennwert hinausgeht, derjenigen entgegengesetzt ist, die beim Abfall der Spannung unter diesen Wert auftritt, und daß die auf Ausgangsspannungsabweichungen ansprechende Vorrichtung Steuerströme liefert, die in an sich bekannter Weise den Effektivwerten der Ausgangsspannungsdifferenzen entsprechen, und auf diese Weise eine Regelung bewirkt, die nahezu unabhängig von Veränderungen der Wellenform ist, wobei die Steuerspannung von einer Brückenschaltung mit einem Thermistor geliefert wird, der zum Eliminieren von Änderungen der Umgebungstemperatur indirekt mittels eines durch einen zweiten, auf die Umgebungstemperatur ansprechenden Thermistor beeinflußten Stromes geheizt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 689 512, 696 976, 885 271; Keith H e n n e y, »Electron Tubes in Industry«, New York und London 1934, S. 240.