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Anordnung zur Messung von Spitzenspannungswerten einer Wechselstromspannungs-
oder Impulsquelle
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung von Spitzenspannungswerten
einer Wechselstromspannungs- oder Impulsquelle und besteht im wesentlichen darin,
daß die Steuerelektrode eines Steuerelementes einer Meßeinrichtung mit dem Ausgang
einer einen Gleichrichter enthaltenden, eine dem Spitzenpotential entsprechende
Spannung erzeugenden Einrichtung und die Steuerelektrode eines weiteren Steuerelementes
der Meßeinrichtung mit dem Ausgang einer Anordnung zur Ableitung des gewünschten
Bezugspotentials aus der gleichen Quelle leitend verbunden ist, wobei die Ausgangsleistungen
der beiden Steuerelemente zwecks Anzeige od. dgl. der den gesuchten Spannungswert
darstellenden Potentialdifferenz miteinander kom iniert werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird zur Messung der Spannungsspitzendifferenz
einer Wechselstrom- oder pulsierenden Wellenkurve die zu messende Wellenkurve einer
Phasenteilerröhre zugeführt, deren beide Ausgänge an je eine Gleichrichterschaltung
angeschlossen sind, die die Spitzenspannung der entsprechenden Halbwelle mißt, wobei
die Spannungsspitzendifferenz als Summe der Ausgangswerte beider Vorrichtungen erhalten
wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert,
in der drei verschiedene Schaltschemen dargestellt sind.
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Eine Schaltanordnung eines einfachen Voltmessers nach der Erfindung
zur Messung der Spannungsspitzendifferenz, unter der die Summe der positiven
und
der negativen Spitzenspannung verstanden werden soll, ist in Fig. 1 dargestellt,
V1 ist eine Phasenteilerröhre, deren Eingangsgitter eine Spannungswelle zugeführt
wird, deren Spannungsspitzendifferenz gemessen werden soll. Wenn die Widerstände
R2 und R3 gleich sind, so sind die Spannungswellenkurven an diesen Widerständen
in Form und Amplitude gleich, jedoch befinden sie sich in Gegenphase. Diese Wellenkurven
werden über die Kondensatoren C1 und C2 den Anoden der Dioden oder anderen Gleichrichtern
V2 und Vs zugeführt, deren Kathoden auf einem die Gittervorspannung für die weiteren
Röhren V4 und V5 darstellenden Potential e gehalten werden, indem sie über die Spannung
herabsetzende Widerstände R13 und R6 an die Anodenspannungsquelle angeschlossen
sind. Dem Widerstand R5 liegt parallel der Kondensator C3, und die Anoden und Kathoden
der beiden Dioden V2 und 7g sind über die Widerstände R4 und R5 miteinander verbunden.
Die Dioden arbeiten dadurch als Spitzengleichrichter, so daß an deren Anoden die
positiven Spannung spitzen der Eingangswelle auf die Spannung e gebracht werden,
da unter der Wirkung der Dioden V2 und V3 die Kondensatoren C1 und C2 eine solche
Ladung erhalten, daß zu den Wellenkurven negative Gleichstromkomponenten addiert
werden, die den positiven Spannungsspitzen der beiden Wellenkurven, gerechnet von
der mittleren Spannung aus, gleich sind. Diese Gleichstromkomponenten werden über
die Glättungsschaltungen R8, C5 bzw. R7, C4 den Gittern der beiden Röhren 75 und
74 zugeführt. Da- die Kondensatoren C4 und C5 ursprünglich mit der Spannung e aufgeladen
waren, fällt ihre Spannung um den negativen Betrag der Gleichspannungskomponenten,
die den Wellenkurven zuaddiert sind, also um den Betrag E (p -) bzw. E (p +). Die
Änderungen im Durchfluß der beiden Röhren 74 und V5 sind proportional den zugeführten
Spannungen (falls die Röhren und auch ihre Kathodenwiderstände R9 und Rlo gleich
sind). Der resultierende Strom im Widerstand R11 und daher die Spannungsänderung
im Punkt A ist dementsprechend proportional der Summe aus den beiden Spannungen
E (p +) + E (p -), und dies ist die Spannungsspitzendifferenz. Diese kann auf beliebige
geeignete Weise gemessen werden, z. B. mittels des Meßgerätes M, welches zwischen
dem Punkt A und einem geeigneten Punkt des Potentiometers R12 liegt.
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Die Röhren V4 und V5 brauchen nicht absolut identisch zu sein, wenn
- sehr viel kleiner ist als der g Wert der Widerstände R9 und R10, wobei g die Steilheit
der Röhre ist.
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Fig. 2 zeigt ein verbessertes Schaltschema, bei dem jede der beiden
einzelnen Dioden V2 bzw. V3 durch drei Dioden V20, V21, V22 bzw. durch zwei Dioden
VsO und V31 ersetzt ist, wobei jede Anode über einen getrennten Kondensator C1O,
Cll, C12 bzw.
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C20, C21 an der -Eingangswellenkurve liegt und die einzelnen Anoden
durch Widerstände R13, R14 und R15 miteinander verbunden sind. Diese Widerstände
verzögern das Absinken des Ladungspotentials an den Anoden der Dioden, so daß mit
Hilfe der Anordnung der Spannungsspitzendifferenz selbst von Spannungskurven mit
sehr kurzen Impulsspitzen gemessen werden kann. In der beispielsweise beschriebenen
Schaltung der Spitzenspannung sind zur Messung einer Halbwelle mehr Dioden verwendet
als für die andere Halbwelle, weil die Schaltung dazu bestimmt ist, die Spitzenspannungsdifferenz
von Impulswellen zu messen, deren positive Spannungsspitzen von kürzerer Dauer sind
als die negativen Spannungsspitzen.
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Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Schaltung, die es ermöglicht, die Spitzenspannung
von einem bestimmten Pegel aus zu messen, z. B. die helle Spitzenspannung vom Schwarzpegel
aus bei einer Fernsehwellenkurve.
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Das Gitter der Röhre V1 ist gleichstromverbunden mit dem Wellenkurveneingang,
so daß die ihm zugeführte Wellenkurve Wechselspannungskomponenten und auch Gleichstromkomponenten
enthält. Eine entsprechende Wellenkurve mit Wechsel- und Gleichspannungskomponenten
entsteht an der Kathode der Röhre V1 als Spannungsabfall am Widerstand R2.
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Die Ausgangsspannung am Widerstand R2 ist in zwei Kanäle aufgeteilt.
Ein Kanal speist die Röhre V4 über die Glättungsschaltung R7, C4. Am Gitter der
Röhre 74 tritt daher ein Potential auf, welches gleich der mittleren Spannung Eav
der Welle plus einer konstanten Spannung EG ist, die auf den bei Abwesenheit eines
Eingangssignals in V1 fließenden Strom zurückzuführen ist. Bei Änderung der Wellenform
ändert sich nur Eav.
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Der zweite Kanal speist die Diode V2 über den Kondensator C1. Dadurch
wird die Gleichstromkomponente aus der Wellenkurve eliminiert. V2 in Verbindung
mit C1 -und R4 bildet einen Spitzengleichrichter, der der Wellenform eine Gleichspannungskomponente
überlagert, die gleich der Potentialdifferenz zwischen der mittleren. Spannung Eav
und der positiven Spitzenspannung E, ist. Diese Wellenkurve wird über die Glättungsschaltung
R8, C5 dem Gitter der Röhre V5 zugeführt, so daß am Gitter von V5 eine Gleichspannung
mit dem Wert Eo + Eav - Ep liegt. EO ist das Potential, auf dem die Kathode der
Diode V2 durch die Widerstände R6, R13 gehalten wird.
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Der Spannungsabfall im Widerstand Rlo nimmt einen Wert an, der proportional
dem Wert (Eo + EavEV) plus einer konstanten Spannung e1 ist.
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Der Spannungsabfall an R9 ist proportional mit (EaV + EG)) d. h.
gleich dem Gitterpotential, plus einer konstanten Spannung e2.
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Die Potentialdifferenz P zwischen den Kathoden V5 und V4 ist daher
P = K1 (Eav + Ec) - K2 (Eo + Eav - Ep) + e2 - e1, wobei K1 und K2 Konstanten sind.
Wenn V5 ähnlich 74 ist und die Widerstände Rlo und R5 gleich und im Wert hoch genug
sind, dann ist K1 = K2 = K, und diese Werte liegen sehr nahe dem Wert I. Man kann
daher schreiben P = K (Ep + Ec - Eo) + e2 - e1.
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Wenn nun mittels des verstellbaren Widerstandes R6 der Wert von EO
derart eingestellt wird, daß die
Potentialdifferenz P gleich o ist,
sobald dem Gitter V1 nur das Schwarzpegelpotential EO (oder eine andere bestimmte
Spannung) zugeführt wird, dann ist K (Eb + Ec - Eo) + e2 - e1 = 0 oder K Eb = ele2K
(E0-E0).
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Die gemessene Potentialdifferenz ist daher P=K (E-E,), also proportional
zur Spannungsdifferenz zwischen dem Schwarzpegel und dem hellstem Weiß entsprechenden
Spitzenpotential, und dementsprechend ist natürlich der Strom über den Widerstand
R20 und das Milliamperemeter M proportional dem Wert (EpEb).
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C,, C20, C21 und C22 sind Sperrkondensatoren, und R3,R21 und R52
sind Sperrwiderstände.
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An Stelle von M und R20 können auch andere geeignete Spannungsanzeiger
verwendet werden.
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An Stelle der einfachen Spitzengleichrichterschaltung, bestehend
aus V2, C, und R4, kann naturgemäß auch der kompliziertere Kreis nach Fig. 2 verwendet
werden.