Spannungsvergleichsvorrichtung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vergleich zweier Spannungen, z. B. zur Ermittlung der Gleich heit dieser Spannungen oder zur Prüfung, welche dieser Spannungen die höhere ist.
Solche Spannungsvergleichsvorrichtungen finden unter anderem bei selbsttätigen Signal systemen, z. B. selbsttätigen Telephoniesyste- men, Anwendung, bei denen Anrufsucher oder Wähler unter der Steuerung eines Registers durch ein Spannungsvergleichsverfahren ein gestellt werden.
In einem System dieser Art wird ein Kon takt jedes Ausganges des Wählers mittels eines aus Widerständen bestehenden Span- nungsteilers von einer Gleichspannung be stimmten Wertes markiert. Während der Be wegung des Wählers vergleicht die Span nungsvergleichsvorrichtung das Markierpoten- tial der aufeinanderfolgenden Ausgänge mit einem im Register entsprechend der zu wäh lenden Nummer eingestellten Vergleichspoten tial, welches gleichfalls einem Spannungsteiler entnommen ist.
Sobald ein Ausgang erreicht wird, dessen Markierpotential dem Vergleichs potential im Register entspricht, wird die Spannungsvergleichsvorrichtung betätigt, und es wird, gegebenenfalls unter der Steuerung eines Relais, der Drehmagnet des Wählers ent magnetisiert und der Wähler zum Stillstand gebracht.
Eine Spannungsvergleichsvorrichtung muss verschiedenen Anforderungen entsprechen. Infolge der Abweichung in den Werten der verwendeten Widerstände werden in der Pra xis die miteinander zu vergleichenden Span nungen bei Spannungsgleichgewicht ein ander nicht völlig gleich sein.
Die Vorrichtung wird daher eine be stimmte Schwelle besitzen müssen, in der Weise, dass die Vorrichtung anspricht, wenn der Unterschied zwischen den zu vergleichen den Potentialen einen bestimmten Schwellwert unterschreitet.
Um zu vermeiden, dass unerwünschte Ver bindungen hergestellt werden könnten, darf die Vorrichtung nicht in Wirkung treten, wenn der Spannungsunterschied den Schwel lenwert überschreitet.
Es ist erwünscht, dass eine scharf definierte Grenze zwischen den beiden Bereichen besteht. Bei überschreitung des Schwellwertes des Spannungsunterschiedes muss der eine Wick lung eines von der Vorrichtung zu steuernden Relais oder Haltemagneten durchfliessende Strom eine grosse Änderung erfahren. Auch muss die Vorrichtung schnell ansprechen; so dass ein schnellaufender Wähler nicht auf einem falschen Ausgang anhält. Ferner ist es von Bedeutung, dass der Schwellenwert so-, wohl von dem Wert der Vergleichsspannung, der sich z. B. beim erwähnten System über einen Bereich zwischen 0 und - 60 V ändern kann, als auch von dem Wert der Speisespan nungen praktisch unabhängig ist. Die Schwelle soll vorzugsweise einstellbar sein.
Um die miteinander zu vergleichenden Potentiale nicht zu stören, muss ferner der Eingangswiderstand der Vergleichsvorrich tung einen hohen Wert aufweisen.
Die Spannungsvergleichsvorrichtung nach der Erfindung weist das Kennzeichen auf, dass die zu vergleichenden Spannungen Steuerelektroden zweier Entladungsröhren zugeführt werden, in deren gemeinsamen Kathodenkreis eine dritte Entladungsröhre mit hohem innerem Widerstand liegt, wobei die Anoden der beiden ersten Röhren über Widerstände gespeist werden und ein Aus gangskreis wenigstens einer dieser Röhren über einen Gleichrichter mit einer Steuer elektrode einer vierten Entladungsröhre ge koppelt ist, in der Weise,
dass bei Abnahme des Spannungsunterschiedes wenigstens in einer Richtung und innerhalb bestimmter Grenzen der Strom durch die vierte Röhre abnimmt, wobei diese Röhre derart mit der dritten Röhre gekoppelt ist, dass der Strom durch die dritte Röhre zunimmt.
Im folgenden wird an Hand der beiliegen den Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung näher er läutert.
Die zu vergleichenden Spannungen wer den über die Punkte 1 und 2 den Steuer gittern zweier Entladungsröhren Bi und B2 zugeführt. Im gemeinsamen Kathodenkreis dieser Röhren liegt eine Röhre B3 mit einem hohen innern Widerstand, z. B. eine Pentode, deren Kathode über den Widerstand R5 mit der negativen Klemme der Speisequelle ver bunden ist. Der Widerstand R15, dessen Zweck noch näher erläutert wird, muss vor läufig als kurzgeschlossen gedacht werden.
Die Schirmgitter von B3, Bi und B2 und die Anoden von Bi und B2 werden über Widerstände Ri, R2, R3 und R4 gespeist. Infolge des Widerstandes Rs im Kathoden kreis von B3 tritt eine Stromgegenkopplung auf. Wenn z.
B. infolge einer Erhöhung des Potentials der Anode von Ba (Punkt 5) der Strom durch B3 zunimmt, steigt der Span nungsabfall an dem Widerstand R5, so dass das Potential des Steuergitters von B3, das über den Widerstand Rs mit der negativen Klemme der Speisequelle verbunden ist, ge genüber der Kathode dieser Röhre negativer wird so dass der StromänderLtng entgegen gewirkt wird.
Die Röhre Ba bildet daher einen sehr ho hen Widerstand im gemeinsamen Kathoden kreis der Röhren Bi und B2, der z. B. von der Grössenordnung von 10 Megohm sein kann.
Hierdurch ist der Gesamtemissionsstrom von Bi und Bz von dem Wert der zu ver gleichenden Spannungen nahezu unabhängig, so dass bei Spannungsgleichgewicht zwischen den Punkten 1 und 2 die Potentiale der Anoden von Bi und Bz sich praktisch nicht ändern, wenn die Potentiale der Steuergitter von B, und B.- zwischen 0 und - 60 V ge ändert werden.
Die Widerstände R3 und R4 werden vor zugsweise einander gleich gemacht, so dass bei Gleichheit der Potentiale der Punkte 1 und 2 auch die Anodenpotentiale der Röhren Bi und B2 einander gleich sind. Es ist aber auch mög lich, die Widerstände R3 und R4 so verschie den zu wählen, dass die Anodenpotentiale bei einem bestimmten Potentialunterschied zwi schen den Steuergittern gleich sind.
Wird das Potential des Steuergitters der Röhre B2 herabgesetzt, so nimmt der Strom durch B2 ab und der Strom durch Bi nimmt. um einen gleichen Wert zu. Hierdurch nimmt das Potential der Anode von Bi (Punkt 3) ab und das Potential der Anode von B2 nimmt zu. Wird B2 völlig gesperrt, so wird der An odenstrom von B3 völlig durch die Röhre Bi geleitet.
Der Anodenstrom von Ba ist derart ein gestellt, dass die Röhren Bi und B2 je den ganzen Strom aufnehmen können, ohne einen Gitterstrom zu ziehen, so dass die Vorrichtung für die mit den Klemmen 1 und 2 verbundene Schaltung keine Belastung bildet.
Um zu vermeiden, dass die Anodenspannung der am meisten stromführenden Röhre in zu hohem Masse abnehmen würde, wobei verschiedene unerwünschte Effekte auftreten könnten, sind die Anoden von Bi und B2 über Gleichrichter gs und g'4, welche z: B. aus Selenzellen be- stehen können, mit der Anzapfung 12 an einem von den Widerständen R11 bis R15 gebildeten, zwischen den Klemmen der Speise quelle liegenden Spannungsteiler verbunden.
Die Gleichrichter sind derart gepolt, dass ausserhalb des Spannungsgleichgewichtes die Anodenpotentiale nach unten begrenzt werden. Bei Spannungsgleichgewicht sind sie gesperrt.
Die Anoden von Bi und B2 sind ferner über die Gleichrichter gi und g2 mit dem Punkt 6 an einem zweiten, von dem Potentio- meter R6 und dein Widerstand R7 gebildeten Spannungsteiler verbunden. Das Ruhepoten tial des Punktes 6 kann mittels des Potentio- ineters R6 geändert und z.
B. derart eingestellt werden, dass dieses Potential -das Potential der Punkte 3 und 4 bei Spannungsgleich gewicht um 15 V überschreitet. Die Gleich richter gi und g2 sind dann gesperrt.
Mit einer zweiten Anzapfung 9 des Span- nungsteilers R" R7 ist das Steuergitter einer vierten Röhre B4 verbunden. Das Schirmgitter und die Kathode dieser Röhre sind mit geeig net gewählten Anzapfungen 13 und 14 des Spannungsteilers R1, bis R" verbunden.
Solange die Gleichrichter cgl und g2 ge sperrt sind, hat der Punkt 9 ein solches nega tives Potential gegenüber der Kathode von R4, dass diese Röhre gerade nicht stromfüh rend ist.
Die Anode von B4 wird aus der gemein samen Speisequelle über den Widerstand Rio in Reihe mit der Wicklung S eines Relais oder Haltemagneten gespeist. Das Steuergitter der Röhre B3 ist mit der Anzapfung 10 eines Span- nungsteilers Ra, Ra verbunden, der zwi schen der Anode von B4 und der negativen Klemme der Speisequelle liegt.
Nimmt der Strom von B4 zu, so nimmt das Potential der Anode (Punkt 11) und gleich falls das Potential des Steuergitters der Röhre B3 (Punkt 10) ab. Die Röhre B3 ist somit der art mit B4 gekoppelt, dass bei Zunahme des Stromes durch B4 der Strom durch B3 ab nimmt und umgekehrt. Die _Anzapfung 10 ist derart gewählt, .dass, wenn B4 maximal stromführend ist, der Strom durch die Röhre B3 nicht gesperrt wird, sondern z.
B. um 20 0/0 niedriger ist, als wenn B4 gesperrt ist, denn bei Sperrung von B3 würden die Röhren Bi und B2 ebensowenig stromführend sein und die Steuergitter von Bi und B2 würden keine Steuerwirkung mehr ausüben können.
Der erwähnte Effekt kann auch durch An bringung eines gemeinsamen Widerstandes R15 in den Kathodenkreisen der Röhren B3 und B4 erreicht werden. Bei Zunahme des Emissionsstromes der Röhre B4 nimmt das Potential des Punktes 15 gegenüber der negati ven Klemme der Speisequelle zu.
Hierdurch wird das Potential des Steuer gitters von B3 negativer gegenüber der Ka thode (Punkt 15), und ,der Emissionsstrom von B3 nimmt ab.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist wie folgt Wird das Potential des Eingangs 2 gegen über demjenigen des Punktes 1 herabgemin dert, so nimmt das Potential der Anode der Röhre B2 (Punkt 4) zu. Wenn umgekehrt das Potential des Punktes 2 zunimmt, so erhöht sich,das Potential des Punktes 3. Überschreitet der Spannungsunterschied zwischen den Ein gängen 1 und 2 einen bestimmten Grenzwert, so steigt in Abhängigkeit von der Richtung des Spannungsunterschiedes, das Potential des Punktes 3 bzw.
des Punktes 4 über das Ruhe potential des Punktes 6. Der Gleichrichter gi bzw. g2 wird sodann stromführend, so tlass das Potential der Punkte 6 und 9 erhöht wird. Die Röhre B4 wird stromführend und der Strom durch B3 nimmt, wie im vorstehenden beschrieben, ab.
Hierdurch nehmen auch die Ströme durch Bi und B2 ab, so dass ;das Poten tial des Punktes 3 bzw. 4 noch weiter erhöht wird und der Effekt des Spannungsunter schiedes zwischen den Eingangsklemmen 1 und 2 daher verstärkt wird. Die Röhre B4 wird sodann völlig geöffnet. Bei einer sehr geringen Zunahme des Absolutwertes -des Potential unterschiedes zwischen den Eingangsklemmen der Vorrichtung bis über einen bestimmten Schwellenwert geht die Röhre 4 daher plötz lich von dem nichtleitenden Zustand in den völlig geöffneten Zustand über.
Die Schwel- lenbreite ist durch Verschiebung der Anzap- fung des Potentiometers R6 veränderlich.
Wird die Vorrichtung zur Einstellung eines Wählschalters mittels eines Spannungs- vergleicbsverfa,hrens verwendet, so können die zu vergleichenden Spannungen z. B. einer Prüfbürste des Schalters bzw. einer entspre- chend der zu wählenden Nummer eingestellten Verglreichsspannung in einem Register ent nommen sein.
Beim Einschalten der Vorrichtung wird der Haltermagnet S des Schalters in,den An- odenkreis der Röhre B4 geschaltet. Ist der Schalter in .diesem Augenblick nicht auf einen gewünschten Ausgang eingestellt, so ist der Spannungsunterschied zwischen den Punkten 1 und 2 so gross,
dass B4 geöffnet und der Haltemagnet erregt wird. Die Bürsten des Schalters bewegen sieh, und die Vorrichtung vergleicht die Spannungen der aufeinander folgenden Ausgänge mit oder Spannung im Register. Sobald ein gewünschter Ausgang erreicht wird, wird die Röhre B4 gesperrt und die Bewegung des 'Schalters beendet.
Hierbei vollzieht sich der Vorgang in einer Reihen folge umgekehrt zu derjenigen bei der Zu nahme des Potentialunterschiedes. Infolge der Abnahme des Potentials,des Punktes 3 bzw. 4 fällt das Potential des Punktes 9 herab, und B° wird in geringerem Masse stromfüh rend.
Hierdurch erhöht sich-das Potential des Punktes 10 und auch der Strom durch Bs, so dass das Potential 'der Anoden von Bi und B2 weiter abnimmt und der Vorgang beschleunigt wird.
Auch -in diesem Falle ändert sich -der Strom durch die Röhre B4, und die Potentiale verschiedener Punkte der Schaltung ändern sich sehr steil bei einer kleinen Änderung der Eingangsspannung.
Der Potentialunterschied zwischen den Punkten 1 und 2, bei,dem bei Abnahme des Potentialunterschiedes die Röhre B4 plötzlich gesperrt wird, ist im allgemeinen etwas nied riger als der Potentialunterschied, bei dessen Zunahme die Röhre B4 plötzlich geöffnet wird, mit andern Worten,
bei Zunahmedes Poten- tialunterschiedes ist der Schwellenwert nicht gleich demjenigen bei Abnahme.
Durch eine geeignete Bemessung hat es sich aber als möglich erwiesen, den Unterschied zwischen den beiden .Schwellenwerten sehr klein, z. B. gleich 25 mV, zu wählen. Ferner ist es möglich, die Schwellenbreite in erster Annäherung von dem Wert der Speisespan nungen unabhängig zu machen. Die Schwellen breite wird durch die Potentiale der Punkte 3 und 4 bei Spannungsgleichheit und das Ruhe potential des Punktes 6 bedingt.
Es muss daher dafür gesorgt werden, dass bei Änderung der Speisespannung .das Potential des Punktes 6 sich in gleichem Masse ändert wie :das Poten tial, der Punkte 3 und 4.
Beträgt die Änderung,der Speisespannung A V, so können idie Änderungen der Potentiale der Punkte 6 und 10, welche durch die Stelle der Anzapfung der Spannungsteiler Rg, R7 und S, Rlo, R8, Rfl bedingt werden, durch nz. d V und n. d V wiedergegeben werden. Die Röhre B4 ist gesperrt und hat auf die Potentiale keinen Einfluss.
Ist die Steilheit von Bs gleich S3 und ist der Widerstand Ris kurzgeschlossen, so lässt sich die Anodenstromänderung von B3 durch
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wiedergeben. Die Anodenstromänderung jeder Röhre ist etwa gleich
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der Änderung des Emissions stromes, so dass die Änderung der Potentiale so der Punkte 3 und 4 etwa gleich
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ist. Diese Änderung muss gleich der Potential änderung des Punktes 6 sein, daher
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In einem praktischen Falle ist diese Be dingung z.
B. erfüllt, wenn <I>m = 4 , n = 0,</I><B>83</B> = 6 mAJV, B3 = 20 000 .2, B5 = 630<I>Q.</I> Wenn die Potentiale der Markierkontakte des Schalters nicht systematisch in zunehmen dem oder abnehmendem Sinne geordnet sind, kann es vorkommen, dass beim Übergang der Bürsten von einem Kontakt atü den nächsten der Potent.iälunterschied zwischen 1 und 2 sieh von einem positiven in einen negativen Wert ändert. Das Potential passiert hierbei, wenn auch sehr schnell, den Wert 0. Das Po tential des Punktes 6 fällt von einem hohen Wert auf das Ruhepotential herab und nimmt. darauf wieder zu.
Da die Schaltung besonders schnell anspricht, besteht die Gefahr, dass der Wähler infolge der Sperrung der Röhre B4 zum Stillstand gebracht werden könnte. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, ist der Punkt 6 über einen Kondensator C mit einem Punkt konstanten Potentials, z. B. Erde, ver bunden, so dass das hohe Potential des Punktes 6 beim Übergang der Bürste auf den nächsten Kontakt. zeitweise aufrechterhalten wird.
In der dargestellten Schaltung liegt die Wicklung S des von der Vorrichtung zu steuernden Relais in Reihe mit dem Wider stand Rio im Anodenkreis der Röhre B4. Das plötzliche Öffnen oder Sperren der Röhre kann zu unerwünschten Schwingungserschei nungen im Anodenkreis führen, welche über die Röhre B3 auf .das Steuergitter von B4 zurückwirken. Auch ist es häufig weniger er wünscht, dass die Wicklung des Relais ein hohes positives Potential gegenüber Erde auf weist.
Es ist daher zweckmässig, die Wicklung des Relais oder den Haltemagneten in einem Ausgangskreis einer getrennten Röhre einzu schalten und die Steuerspannung dieser Röhre in geeigneter Weise unmittelbar oder mittel bar einem der Punkte der Schaltung, z. B. der Anode oder dem Steuergitter von B4, zu entnehmen. Die Schaltung wird geeignet ge macht zu prüfen, welches der beiden zu ver gleichenden Potentiale das höhere ist, indem einer der Gleichrichter g1 und g2, z. B. cgi, entfernt oder ausgeschaltet wird.
Die Vorrichtung besitzt dann nur eine einzige Schwelle, welche durch Verschiebung der Anzapfung am Potentiometer R6 derart einstellbar ist, dass, wenn das Potential des Punktes 2 dasjenige des Punktes 1 unter schreitet, die Röhre B4 stromführend ist und diese Röhre gesperrt wird, sobald das Poten tial des Punktes 2 .dasjenige des Punktes 1 überschreitet. Es ist aber möglich, das Ruhe potential des Punktes 6 derart einzustellen, dass die Schwelle bei einem bestimmten posi tiven oder negativen Spannungsunterschied zwischen den Punkten 1 und 2 liegt.