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Mehrstufiger GleichspannungsverstUker mit Gegen- und Mitkopplung
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zipielle Blockdiagramm des erfindungsgemässen Verstärkers und Fig. 2-11 verschiedene Ausführungs- beispiele.
In dem in Fig. 1 dargestellten Blockdiagramm werden die Eingangsklemmen 1 und l'mit einer Spannung e, gespeist. Von dieser Spannung wird die Spannung use, subtrahiert, die aus den Ausgangs- klemmen 2 und 2'durch Gegenkopplung zugeführt wird, so dass an den Eingang der Verstärkers At, des- sen Verstärkung bei offenen Rückkopplungsschleifen Al ist, die Spannung e gelegt wird. Mit der Aus- gangsspannung e3 des Verstärkers Al wird an dessen Innenwiderstand die Spannung ye, welche durch die positive Rückkopplung zugeführt wird, zusammengezählt, so dass in den Eingang des Verstärkers A2, des- sen Verstärkung bei offenen Rückkopplungsschleifen A ist, die Spannung e4 gelangt.
Im Ausgang dieser I Verstärkerstufe und also im Ausgang der ganzen Schaltung befindet sich die Ausgangsspannung e0 (an den
Klemmen 2, 2'). Ein Teil dieser Spannung, nämlich use, welcher durch das Potentiometer R eingestellt wird, wirkt als Gegenkopplung und ein Teil ye dieser Spannung, vom Potentiometer RI abgegriffen, wirkt als positive Rückkopplung (Mitkopplung).
Falls einfachheitshalber angenommen wird, dass dem Eingang des Verstärkers A2 die ganze Summe der Spannung e3 und sse zugeführt wird, gilt für die angeführte Schaltung ;
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1 Falls A > 0, > 0, ss < 0, y < 0 ist.
Daraus folgt
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Aus den angeführten Gleichungen folgt, dass
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Für einfachen Verstärker mit einer Verstärkung A (bei offenen Rückkopplungsschleifen), bei dem die Gegenkopplung durch Beo auf den Eingang und die Mitkopplung durch yen auf den Eingang erfolgt, wenn e die Ausgangsspannung bezeichnet, gilt die einfachere Beziehung :
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Falls y = 1/A2 eingestellt ist und es ändert sich aus irgendwelchen Gründen die Verstärkung der ersten Verstärkerstufe k,-mal und die Verstärkung der zweiten Verstärkerstufe kg-mal, so ändert sich die Verstärkung des ganzen Verstärkers von der ursprünglichen Verstärkung
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auf
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Würde die positive Rückkopplung über beide Verstärkerstufen Al und A2 geführt werden, würde sich unter denselben Bedingungen, wie im vorangehenden Falle die Verstärkung auf
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ändern.
Aus den Gleichungen (12) und (13) ist also zu ersehen, dass bei einem Verstärker, in dem die positive Rückkopplung bloss die Verstärkerstufe A, umspannt, die Änderungen in der Verstärkung weniger kritisch sind. Um die besten Resultate erzielen zu können, ist eine hohe Verstärkung A, zweckmässig.
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Anode der Röhre E3 ist die Ausgangsklemme 2 und der Spannungsteiler R2 angeschlossen, welcher aus zwei Widerständen R und R12 zusammengesetzt ist, so dass die negative Rückkopplung darch einen Teil der Ausgangsspannung use, gebildet wird. Dieser Teil der Ausgangsspannung wird der Eingangsklemme a' zugeführt.
In Fig. 3, 4 und 5 sind verschiedene Ausführungen einer einstellbaren positiven Rückkopplung dargestellt.
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positiven Rückkopplung gesteuert.
In ähnlicher Weise wird bei der Schaltung laut Fig. 5 durch Änderung des Widerstandes R@@ die Verstärkung am Widerstand R10 geändert (ohne dass die Gleichspannung geändert wird, falls sich am zweiten Ende des Widerstandes RI, dieselbe Ruhespannung befindet) und dadurch wird die Grösse der positiven Rückkopplung gesteuert.
Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemässe Verstärkerschaltung, bei der die negative Rückkopplung sseo der Kathode der ersten Verstärkerstufe El zugeführt wird. Im Ausgang des Verstärkers ist eine Anodenbasisschaltung mit einem Kathodenwiderstand R"", und R20 geschaltet. Da zur Erregung der Verstärkerstufe E4 Spannung notwendig ist, die zur Spannung an der Anode der Röhre Es gegenphasig ist, wird in den Anodenkreis der Röhre E2 ein Anodenwiderstand R21 geschaltet und das Gitter der Röhre E4 ist an die Anode der Röhre E2 über einen Spannungsteiler, der aus den Widerständen R22 und R23 besteht, angeschlossen.
In Fig. 7 ist eine ähnliche Schaltung dargestellt, die Röhren El und E2 sind jedoch in den Anodenkrei- sen symmetrisch geschaltet, Die Anodenwiderstände R27 und 8 dieser Röhren sind an die Widerstände R14 und 1\0'die sich in den Anodenkreisen der Röhren E3 und E4 befinden, angeschlossen. Dadurch entsteht eine positive Rückkopplung, deren Grösse durch den Widerstand R13 gesteuert werden kann. An den Aus-
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8R12 angeschlossen sind, kann die Frequenzcharakterisdk des Verstärkers korrigiert werden.
Fig. 9 zeigt eine vorteilhafte Schaltung, in der die erste Verstärkerstufe E. mit einer Heptode (oder Hexode) bestückt ist, bei der die Änderungen der Kathodenmission kompensiert werden. Die Spannung an den Klemmen 1 und l'wird gemessen. Dabei wird an die Klemme l"die Schirmung des Kabels und der Klemme 1 angeschlossen, Kleine Ströme werden dadurch gemessen, dass der Strom durch den an die Klemmen l und l"angeschlossenen Widerstand fliesst. Der Messbereich kann durch Änderung des Wider-
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standes , welcher in Reihe mit dem Messinstrument M geschaltet ist, oder des Widerstandes Ra bei Strommessungen geändert werden.
Wird anstatt des Widerstandes R zwischen den Klemmen 1 und l'eine Kapazität geschaltet, kann das Gerät als Integrator verwendet werden.
Die Schaltung laut Fig. 10 eignet sich für die Messung grösserer Spannungen, oder falls eine grosse
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ist in Reihe mit ihr die Röhre E6 geschaltet, deren Gitter an die durch die Glimmlampe Er stabilisierte Spannung angeschlossen ist. Die Endstufe wird separat durch die Gleichrichter Eu und E (mit entsprechenden Filtern) gespeist. Die ersten zwei Doppelröhren werden mit einer durch die Gleichrichter Eg und E10 gleichgerichteten Spannung, die durch die Glimmlampen E7 und Es stabilisiert wird, gespeist.
Bei Anwendung der erfindungsgemässen Verstärker können die Bedingungen erfüllt werden, welche an ideale Spannungs-oder Stromverstärker gestellt werden, d. h. bei einem Spannungsverstärker ein unendlicher Eingangswiderstand und bei einem Stromverstärker ein dynamischer Null-Eingangswiderstand. Die Stabilität des Verstärkers ist dabei sehr gut.
Der erfindungsgemässe Verstärker kann auch in einer geeigneten Schaltung als Spannungs- oder Strom-Röhrenstabilisator verwendet werden, wenn beim Spannungsstabilisator ein Null-Stabilisierungs- faktor und ein ;Null-Ausgangswiderstand, oder wenn beim Stromstabilisator ein unendlicher Ausgangswiderstand erreicht werden soll.
Fig. 11 zeigt ein Beispiel der Anwendung des erfindungsgemässen Verstärkers in einer Stabilisierungsschaltung. Die Klemmen 1 und 2 werden mit einer Spannung aus einem durch den Netztransformator 24 und die Gleichrichterröhre 22 gebildeten Gleichrichter gespeist. Die gleichgerichtete Spannung wird an den Kondensator 20 angelegt. Die Anode der in Reihe geschaltetemRöhre 7 des Stabilisators wird unmittelbar an diesen Kondensator 20 angeschlossen. Die Spannung für das Schirmgitter der in Reihe geschalteten Röhre 7 wird durch ein RC-Sieb geglättet, welches aus dem Widerstand 21 und dem Kondensator 19 zusammengesetzt ist. Der Anodenstrom der Röhre 7 fliesst nicht durch diesen Widerstand.
Die Ausgangsspannung an den Klemmen 3 und 4 wird mit der Quelle der Bezugsspannung, d. h. mit der Spannung am Kondensator 15, verglichen ; dieserKondensaiorwirduberdenWiderstandl4aufdieSpannungder Glimm- lampe 9 aufgeladen. Das RC-Glied 14, 15 dient zur Filterung des Glimmlampengeräusches. Die auf diese Weise erzielte Spannung der Regelabweichung wird dem dritten Gitter einer Heptode (oder Hexode) zugeführt, welche derart geschaltet ist, dass die Änderungen der Emission ihrer Kathode bei Änderungen der Heizspannung kompensiert werden. An die Anode der Röhre 5 ist das Gitter der rechten Hälfte der in Anodenbasisschaltung geschalteten Röhre 6'unmittelbar angeschlossen. Die linke Hälfte 6 dieser Röhre,
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le 6 und 6 ! verbunden ist.
Die verstärkte Spannung der Regelweichung an der Anode dieser Röhre, am Anodenwiderstand 17, steuert die in Reihe geschaltete Regelröhre 7. Aus einem Teil des Anodenwiderstandes 8 der linken Hälfte der Röhre 6 wird ein Teil der die Röhre 7 steuernden Spannung über den Anodenwiderstand 16 der Röhre 5 an die rechte Hälfte der Röhre 6'zurückgeleitet. So wird die positive Rückkopplung 13 durchgeführt, welche die Erzielung der gewünschten Eigenschaften des Stabilisators ermöglicht. In der erwähnten Schaltung wird eine parallele positive Rückkopplung angewendet, es kann aber auch eine Reihenrückkopplung zur Anwendung kommen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Mehrstufiger Gleichspannungsverstärker mit negativer und positiver Rückkopplung (Gegen- und Mitkopplung), in dem die Gegenkopplung über den gesamten Verstärker geführt wird, während die Mitkopplung bloss die letzten drei Verstärkerstufen umspannt, dadurch gekennzeichnet, dass an dem positiven Ende des Anodenwiderstandes der ersten Verstärkerstufe, welche bereits ausserhalb der Schleife der Mitkopplung liegt, ein einstellbarer Teil der Ausgangsspannung der dritten Verstärkerstufe liegt.