DE1516287C3 - Elektronische Verstimmungsschutzschaltung - Google Patents

Description

zweckmäßiger Weise ein astabiler Multivibrator und als Schwellwertverstärker im Anschluß an die andere Wicklungshälfte ein Schmitt-Trigger verwendet, wobei es von Vorteil ist, den Schmitt-Trigger temperaturkömpensiert auszuführen. Außerdem sind zweckmäßig die Betriebsspannungen des astabilen Multivibrators und des Schmitt-Triggers mittels einer Zenerdiode stabilisiert. Hierdurch werden die Amplitude des Multivibrators sowie der Triggeransprechwert, d. h. der Schwellwert des Schmitt-Triggers konstant gehalten.

Der Ansprechwert des Eingangsstromes am Schwellwertverstärker ist durch Vorschalten eines veränderbaren Vorwiderstandes an seinem Eingang in vorteilhafter Weise einstellbar. Außerdem ist der Steuerwicklung des Transduktor-ein Widerstand vorgeschaltet, der zur Anpassung an den Brückenzweigwiderstand dient.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand zweier Figuren näher erläutert. ao

F i g. 1 zeigt eine bekannte Meßschaltung eines Leistungs- und Anpassungsmessers und

Fig. 2 das Prinzipschaltbild einer an diesen Leistungs- und Anpassungsmesser angeschalteten Verstimmungsschutzschaltung.

Die Meßschaltung des Leistungs- und Anpassungsmessers in F i g. 1 besteht aus einem Stromwandler K mit einem daran angeschlossenen Netzwerk. Mit ihr läßt sich in konventioneller Form die Senderausgangsleistung und die Welligkeit auf einem Antennenkabel V mit einem außenliegenden Kreuzzeigerinstrument P messen. Es sei zunächst die Arbeitsweise des eigentlichen Anpassungsmessers mit Kreuzzeigerinstrument .Perläutert. Der Leistungs- und Anpassungsmesser ist als Durchgangsleistungsmesser aufgebaut und läßt sich in den Leitungszug eines koaxialen Antennenkabels V einfügen. Das Kreuzzeigerinstrument P zeigt außer der von der Antenne Y aufgenommenen Wirkleistung auch die Welligkeit auf dem Antennenkabel V sowie die höchste auf dem Kabel V auftretende Spannung an. Die Anzeige beruht auf der vektoriellen Addition und Subtraktion der zur Antenne Y hinlaufenden und bei Fehlanpassung von dort reflektierten Welle. Aus der zwischen dem Innen- und Außenleiter des Antennenkabels V liegenden Betriebsspannung U stellt der aus drei Kondensatoren C5, C6 und Cl zusammengesetzte Spannungsteiler mit dem Verhältnis C5/C6 + Cl eine dieser Spannung U proportionale und phasengleiche Meßspannung Uu her. Zu dieser Spannung Uu wird in 5" beiden Richtungen eine Meßspannung Ut addiert, die sich an zwei Bürdenwiderständen A4 und R5 unter dem Einfluß des Sekundärstromes des Wandlers K aufbaut. Die Spannungen ± Ui sind dem Primärstrom des Wandlers K proportional und phasengleich, da die Summe der Bürdenwiderstände /?4 und R5 gegenüber der Reaktanz der Sekundär- und Streuinduktivität des Stromwandlers K vernachlässigbar klein ist. Ein Widerstand R6 und zwei Kondensatoren C8 und C9 kompensieren den noch vorhandenen kleinen Phasenfehler der Meßspannung Ui durch frequenzabhängiges Drehen der Spannungskomponente Uu um den gleichen Betrag. Die Spannungen Uu und Ui sind so hintereinandergeschaitet, daß sie sich für die vorlaufende Welle vektoriell zu einer Spannung Uv addieren und für die rücklaufende Welle zu- einer Spannung Un subtrahieren. Zwei Dioden Dl und aZ)3, die im linearen Gebiet arbeiten, richten die Summen und Differenzspannung getrennt gleich und setzen die Hochfrequenz-Spannungen Uy ■ und Ur in eine Summengleichspannung Us und eine Differenzgleichspannung Ud um. Die aus den Meßspannungen gewonnenen Ströme /5 und J_D sind daher der (doppelten) hinlaufenden bzw. rücklaufenden Spannungswelle auf der Leitung V proportional. Die beiden Ströme I_s und I_D werden in zwei Diagonalpunkte einer Brücke B aus vier gleichen Widerständen eingespeist und in der Brückenschaltung nochmals addiert und subtrahiert. Durch zwei Widerstände RS und Rl und durch das rechte System des Kreuzzeigerinstrumentes P fließt dann der Strom As· + h, der ein Maß für das in einem Spannungsbauch auf dem Kabel V auftretende Spannungsmaximüm ist. Zwei Widerstände Rl und i?9 und das linke System des Kreuzzeigerinstrumentes P werden dagegen von dem Strom I_s — Id durchflossen, der dem Wert des Spannungsminimums auf dem Kabel V proportional ist. Das Produkt der beiden Anzeigen des Kreuzzeigerinstrumentes P ist 'der Durchgangsleistung direkt proportional. Der Quotient der beiden

Anzeigen ist ein Maß für die Welligkeit s =

Es sind zwei Widerstände R10 und Λ11 in die Brücke B als Ersatzwiderstände für den Systemwiderstand eines außenliegenden zweiten Kreuzzeigerinstrumentes eingeschaltet. Mit 1 und 2 sind in F i g. 1 die Klemmen bezeichnet, an die die Verstimmungsschutzschaltung angeschlossen wird. In diesem Brückenzweig tritt ein Meßwert für die maximale Spannung auf dem Antennenkabel V auf, der ein Maß für die Verstimmung bildet.

In F i g. 2 sind zwischen zwei Eckpunkten 1 und 2 des mit der Brückenschaltung B versehenen Leistungsund Anpassungsmessers der zur Anpassung an den Brückenzweigwiderstand dienende Widerstand Rl und die Steuerwicklung W3 eines Transduktors T in Serie zueinander eingeschaltet. Diese beiden Schaltelemente werden im Verstimmungsfall von einem vergrößerten Strom If durchflossen. An den einen Anschluß 6 der aus zwei Wicklungshälften W\ und Wl bestehenden Arbeitswicklung des Transduktor T ist über einen Kondensator C3 der Ausgang eines astabilen Multivibrators M angeschaltet, der als Verstärkungssysteme zwei Transistoren A1 und Al. aufweist. Die Sperrzeiten der beiden Verstärkungssysteme A1 und Al lösen sich gegenseitig ab. Zu jeder Sperrzeit gehört die Entladung eines der zwei Kondensatoren Cl und Cl. Jeweils einer dieser Kondensatoren Cl oder C2 wird beim öffnen des anderen Verstärkungssystems durch den Spannungssprung aufgeladen, der mit dem Auftreten eines Spannungsabfalls im damit leitend verbundenen Kollektorwiderstand verknüpft ist. Der Anschluß 7 an der anderen Wicklungshälfte Wl der Arbeitswicklung des Transduktors T ist über eine Serienschaltung, bestehend aus einer Diode Dl und einem einstellbaren Widerstand Rl, an den Eingang eir.es Schmitt-Triggers S geführt. Im Querzweig dieses Eingangs sind ein Kondensator C4 und ein Heißleiter H angeordnet. Der Schmitt-Trigger S weist als Verstärkungssysteme zwei Transistoren A3 und A4 auf. An einer Klemme 5 wird der Schaltung über einen Widerstand R3 die Betriebsspannung zugeführt, die über eine an Masse geführte Zenerdiode Z stabilisiert ist. Zwischen einem Anschluß 3 am Kollektor des Transistors A 4 des Schmitt-Triggers S und einer Klemme 4 mit Massepotential wird das Ausgangs-

signal abgenommen. Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: Der dem Quadratwurzelwert der Verstimmung proportionale Fehlerstrom V> steuert den induktiven Widerstand der aus den beiden Wicklungshälften Wl und Wl bestehenden Arbeitswicklung des Transduktors T. Die Arbeitswechselspannung des Transduktors T wird von dem astabilen Multivibrator M erzeugt. Der induktive Widerstand Xl der Transduktorarbeitswicklung W\ und Wl ist gegeben durch

IO

X_L = M)L = infL,

wobei ω der Kreisfrequenz, /der Frequenz und Lder Induktivität der Transduktorarbeitswicklung W\ und Wl entspricht. Zum einfachen Verständnis des Transduktors T sei hier nur die Grundwelle der Wechselspannung des Multivibrators M betrachtet, da die ungeradzahligen Oberwellen nur in wesentlich kleineren Amplituden auftreten. Da die Frequenz / des Multivibrators M konstant ist, wird eine Änderung des induktiven Widerstandes X^ nur über eine Änderung der Induktivität L erreicht. Die Induktivität L ist bestimmt durch

: μ_τ · -

H-,

wobei L der Induktivität der Transduktorarbeitswicklung Wl und Wl, μ_τ der relativen Permeabilität des verwendeten Materials, μ₀ der absoluten Permeabilität, α der Feldlinienfläche, / der Feldlinienlänge und w der Windungszahl entspricht. Die Feldlinienfläche α ist praktisch der Eisenquerschnitt und die Feldlinienlänge / die Eisenweglänge. Eine Veränderung der Induktivität L wird nur durch eine Veränderung der relativen Permeabilität μ_τ erreicht, da der restliche Ausdruck auf der rechten Gleichungsseite im Falle des Transduktors konstant ist.
Die relative Permeabilität ist definiert als

Ab

wobei b die Induktion im Eisen und /; die magnetische Feldstärke ist. Da die Hysteresisschleife eine gekrümmte Kennlinie darstellt und die magnetische Feldstärke proportional zum durch die Steuerwicklung W3 fließenden Strom If ist, ergibt sich durch eine Stromänderung auch eine Änderung der relativen Permeabilität μ_τ und damit eine Änderung der Induktivität L der Arbeitswicklung W\ und Wl. Der induktive Widerstand der Arbeitswicklung Wi und Wl steuert den Eingangsstrom des nachfolgenden, durch den Heißleiter H temperaturkompensierten Schmitt-Triggers S. Bei Überschreitung eines bestimmten Verstimmungswertes, d. h. eines bestimmten Fehlerstromes If in der Steuerwicklung W3, erscheint somit zwischen den Ausgangsklemmen 3 und 4 des Schmitt-Triggers Sein Schutzsignal. Die Arbeitswicklungen Wl und Wl des Transduktors sind gegeneinander geschaltet, so daß sich die auf der Steuerwicklung W3 induzierten Spannungen aufheben und nicht in die Brückenschaltung B gelangen können. Durch die Spannungsstabilisierung mittels der Zenerdiode Z werden die Spannungsamplitude des Multivibrators M sowie der Triggeransprechwert des Schmitt-Triggers S konstant gehalten. Der Widerstand R3 dient zur Aufnahme der Spannungsdifferenz zwischen zugeführter Spannung und Betriebsspannung. Mit Hilfe des einstellbaren Vorwiderstandes Rl kann der Triggeransprechwert des Schmitt-Triggers S verändert werden. Der Kondensator C4 dient zur Glättung des Eingangssignals am Schmitt-Trigger S.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 P "ch · rungen der Bauteile im Sender und in der Antennen- ^ " leitung durch Spannungsüberhöhung auftreten.

1. Schaltungsanordnung zur Signalisierung eines Es sind Schaltungsanordnungen zur Überwachung maximal zulässigen Verstimmungswertes, insbe- der Größe der Fehlanpassung bekannt, bei weichen im sondere der Fehlanpassung einer Antennenzu- 5 als Brückenschaltung ausgebildeten Leistungs- und leitung in einer Sender-Endstufe, unter Verwendung Anpassungsmesser ein Signalausgang vorgesehen ist, einer Brückenschaltung, über deren eines Brücken- an den ein Verstimmungsschutz angeschaltet ist. element ein bei steigendem Verstimmungswert Sämtlichen dieser Schaltungen ist es gemeinsam, daß wachsender Fehlerstrom fließt, dadurch ge- bei Überschreitung eines bestimmten, mit steigender kennzeichnet, daß als das vom Fehler- io Verstimmung wachsenden Stromes zwischen zwei strom (/f)durchfiossene Brückenelement die Steuer- benachbarten Brückeneckpunkten des Leistungs- und wicklung (W3) eines Transduktors (T) eingeschaltet Anpassungsmessers die Signalgabe des Verstimmungsist, und daß an einen Außenanschluß (6) der aus Schutzes ausgelöst wird. Bei den bekannten Schaltunzwei Wicklungshälften (Wl, Wl) bestehenden gen übernimmt diese Tätigkeit ein polarisiertes Relais Arbeitswicklung des Transduktors (T) eine Ar- 15 oder ein Drehspulinstrument mit induktiver Zeigerbeitswechselspannungsquelle (M) und an den ande- abtastung. Derartige Schaltelemente besitzen vor allem renAußenanschluß (7) ein Schwellwertverstärker(S) die Nachteile, daß sie mit verhältnismäßig langen angeschlossen ist, der an seinem Ausgang (3) bei Auslöse- und Umschaltzeiten behaftet und außerdem Erreichen einer bestimmten, von der Fehlerstrom- sehr erschütterungsempfindlich sind.

stärke abhängigen Eingangsstromamplitude ein 20 Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde,

Signal abgibt. diese Nachteile zu überwinden und einen besseren

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Schutz für die Bauteile der zu schützenden Schaltungsdurch gekennzeichnet, daß als Arbeitswechsel- anordnung sowie in einfacher Weise eine größere Spannungsquelle ein astabiler Multivibrator (M) Funktionssicherheit der Sighalgabe und damit vorgesehen ist. 35 schnellere Sperrung der Übertragung der Hoch-

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, frequenz zu erreichen.

dadurch gekennzeichnet, daß als Schwellwertver- Gemäß der Erfindung, die sich auf eine Schaltungsstärker ein vorzugsweise temperaturkompensiert anordnung zur Signalisierung eines maximal zulässigen ausgebildeter Schmitt-Trigger (S) vorgesehen ist. Verstimmungswertes auf einer Hochfrequenzleitung

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorher- 30 der eingangs genannten Art bezieht, wird diese Aufgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, gäbe in der Weise gelöst, daß als das vom Fehlerstrom daß die beiden Wicklungshälften (Wl, Wl) der durchflossene Brückenelement die Steuerwicklung Arbeitswicklung des Transduktors (7") derart gegen- eines Transduktors eingeschaltet ist, und daß an einen einander geschaltet sind, daß sich die auf die Außenanschluß der aus zwei Wicklungshälften be-Steuerwicklung (W3) induzierten Spannungen auf- 35 stehenden Arbeitswicklung des Transduktors eine heben. Arbeitswechselspannungsquelle und an den anderen

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorher- Außenanschluß ein Schwellwertverstärker angegehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß schlossen ist, der an seinem Ausgang bei Erreichen die Betriebsspannungen des astabilen Multivi- einer bestimmten, von der Fehlerstromstärke abbrators (M) sowie des Schmitt-Triggers (S) über 40 hängigen Eingahgsstromamplitude ein Signal abgibt, eine Zenerdiode (Z) stabilisiert sind. Der dem Quadratwurzelwert der jeweiligen Ver-

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorher- Stimmung proportionale, durch die Steuerwicklung gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, des Transduktors fließende Fehlerstrom steuert die

daß dem Schmitt-Trigger (5) ein einstellbar ausge- Magnetisierungsfeldstärke und damit auch den in- (j(

führter .Vorwiderstand (Rl) vorgeschaltet ist. 45 duktiven Widerstand der Arbertswicklung des Trans-

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorher- duktors. Die Größe dieses induktiven Widerstandes gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmt ihrerseits die Stärke des Eingangsstromes des zur Anpassung an den Brückenzweigwiderstand in nachgeschalteten Schwellwertverstärkers. Bei Erreichen Serie zur Steuerwicklung (^3) des Transduktors (T) eines bestimmten Verstimmungswertes auf der Hochein Widerstand (Al) vorgesehen ist. 50 frequenzleitung tritt in der Steuerwicklung des Transduktors ein Fehlerstrom von solcher Größe auf, daß der Strom am Eingang des Schwellwertverstärkers

dessen Ansprechwert erreicht und somit an dessen

Ausgang ein Signal erscheint, welches z. B. zur Ab-55 schaltung der Hochfrequenzübertragung benutzt wer-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan- den kann. Dadurch werden lange Auslösezeiten Verordnung zur Signalisierung eines maximal zulässigen mieden, während der bereits eine Zerstörung der zu Verstimmungswertes, insbesondere der Fehlanpassung schützenden Baugruppen erfolgen kann,
einer Antennenzuleitung in einer Sender-Endstufe, Die beiden Wicklungshälften der Arbeitswicklung unter Verwendung einer Brückenschaltung, über deren 60 des Transduktors sind vorteilhaft gegeneinander geeines Brückenelement ein bei steigendem Verstim- schaltet, so daß sich die von ihnen auf der Steuerwickmungswert wachsender Fehlerstrom fließt. Besonders lung induzierten Spannungen aufheben und nicht in bei Sendeanlagen wird in die Zuleitung zur Sende- schädlicher Weise in die Brückenschaltung gelangen antenne ein sogenannter Leistungs- und Anpassungs- können. Die Wechselspannung der Arbeitswechselmesser eingeschaltet, mit dem die abgegebene Sender- 65 Spannungsquelle wird der Brückenschaltung somit leistung und die Fehlanpassung der Antenne ange- ferngehalten.

zeigt wird. Bei Überschreitung einer maximal zulässi- Als an die eine Wicklungshälfte der Arbeitswicklung

gen Fehlanpassung (Verstimmung) können Zerstö- angeschaltete Arbeitswechselspannungsquelle wird in