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Verstärker für Mess- und Registriergeräte
Gegenstand der Erfindung ist die Weiterentwicklung von Verstärkern für Mess-und Registriergeräte mit einer im Gegentakt geschalteten Leistungsendverstärkerstufe, welche mit einem Dreheisenmesswerk in Verbindung steht, das einen drehbar gelagerten, federgefesselten Weicheisenanker und ein lediglich aus Weicheisenelektromagneten bestehendes Magnetgestell aufweist, dessen Erregerspule mit einem Ende mit- einander verbunden und gemeinsam anden positiven Pol der Stromquelle angeschlossen sind und mit ihrem andern Ende an die Anode je einer der beiden im Gegentakt geschalteten Endröhrendes Verstärkers gelegt sind, so dass die Spulen vom Gesamtanodenstrom des Endverstärker durchflossen werden.
Durch die Gegentaktschaltung werden bekanntlich die Verzerrungen und die Empfindlichkeit gegen Störeinflüsse der Versorgungsspannungen und gegen Gleichtakt-Störsignale vom Eingang des Verstärkers her verringert.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Beseitigung von Schwierigkeiten, die sich bei der Dämpfung des Messwerkes und bei seiner Anpassung an die Verstärker-Endstufe oft herausstellen, da die MesswerkImpedanz nach Betrag und Phase stark frequenzabhängig ist. Für medizinische und technische Anwendungen wird aber'verlangt, dass die durch das MMwerk aufgezeichnete Registrierung ein getreues Abbild der Verstärkereingangsspannung ist ; d. h., die Registrierung muss weitgehend frei von Amplitudenlaufzeitverzerrungen sein.
Demgemäss liegt der Erfindung auch die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung zu schaffen, bei welcher Korrekturglieder und Abgleichvorrichtungen für den Amplituden- und Laufzeitfrequenzgang weitestgehend entfallen und somit auch deren Rückwirkungen auf die vorgeschalteten Messspannungsgeber und Verstärkerstufen unterbleiben.
Die vorgenannten Probleme werden durch die erfindungsgemässe Schaltung in aufbaumässig und handhabungsmässig einfacher und auch in wirtschaftlicher Weise gelöst. Erfindungsgemäss werden bei einem Verstärker der eingangs angegebenen Art als Verstärkerröhren in der im Gegentakt geschalteten Endstufe des Verstärkers in an sich bekannter Weise Pentoden vorgesehen, deren Anoden über parallel zu den Erregerspulen des Messwerkes liegende Impedanzen miteinander verbunden sind und deren Schirmgitter mit ihren einzigen Zuleitungen an den die Anoden verbindenden Impedanz-Zweig angeschlossen sind, so dass die Spulendes Messwerkes auch vom Schirmgitterstrom durchflossen werden.
Durch die Anordnung von Schirmgitterröhren in der Verstärker-Endstufe ist es möglich, dass die für bestimmte Frequenzen erforderlichen hohen Antriebsspannungen bei möglichst niedrigen Betriebsspannungen des Verstärkers aus ihm entnommen werden können ; denn solche hohe Verstärker-Wirkungsgrade sind nur mit Schirmgitterröhren erreichbar. Diese haben ausserdem den Vorteil eines verhältnismässig hohen Innenwiderstandes, der auch deshalb wünschenswert ist, damit der für das Messwerk nötige Dämpfungswiderstand im wesentlichen durch einen konstanten ohm'sehen Widerstand verkörpert werden kann. Diesem gegenüber sollte der zeitlich inkonstante Verstärker- Innenwiderstand möglichst wenig wirksam werden.
Die Erfindung stellt im übrigen eine Weiterentwicklung einer bereits mit der deutschen Patentschrift
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selspannungen mit drehbar gelagertem, federgefesseltem Weicheisenanker und mit einem Magnetgestell aus Weicheisen dar. Bei diesem Messwerk wurdedie gesamte magnetischeDauererregung des Magnetgestelles von den mittleren Anodenströmen der beiden Zweige der Verstärkerendstufe geliefert.
Durch die erfin- dungsgemäss vorgeschlagene Verbindung der Anoden der Schirmgitterröhren der beiden Gegentaktzweige
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der Endstufe mittels eines impedanzbehafteten, die beiden Erregerwicklungen des Messwerks überbrückenden Zweiges und durch Anschluss der Schirmgitter der beiden Röhren der Endstufe an diesen impedanzbehafteten Zweig wird diese bekannte Schaltung mit in entscheidender Hinsicht vorteilhaften Auswirkungen ergänzt, wie dies aus der nachfolgenden Beschreibung im einzelnen hervorgeht.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist darin gelegen, dass der Impedanz-Zweig aus zwei Impedanzen besteht und dass die Schirmgitter im wesentlichen unmittelbar an den Mittelpunkt zwischen den beiden Teilimpedanzen angeschlossen sind.
Gegenstand der Erfindung bildet auch die Massnahme, den Impedanz-Zweig in drei Teilimpedanzen aufzuspalten und die Zuleitungen der Schirmgitter im wesentlichen unmittelbar an je einen der zwischen den Teilimpedanzen liegenden Punkte anzuschliessen.
Weiters sieht die Erfindung vor, dass die Zuleitungen zu den Schirmgittern zur Erzielung einer Mitkopplung einander überkreuzend an die zwischen je zwei der drei Teilimpedanzen liegenden Punkte angeschlossen sind.
Schliesslich ist ein Merkmal der Erfindung noch darin gelegen, dass an den Impedanz-Zweig zusätzliche Verbraucher angeschlossen sind, deren Strom ebenfalls die Spulen des Messwerkes durchfliesst.
Die Erfindung wird im folgenden näher an Hand von Figuren erläutert. Fig. l zeigt den Grundaufbau eines Leistungsverstärkeis mit der erfindungsgemässen Endstufenschaltung ; Fig. 2 zeigt eine gegenüber Fig. 1 weiterentwickelte Schaltung der Endverstärkerstufe ; Fig. 3a zeigt schematisch eine bevorzugte Kreuzspul- schaltung der Erregerwicklungen des Messwerkmagnetgestells, Fig. 3b seinen Aufbau im Querschnitt, Fig. 3c im Längsschnitt.
Gemäss Fig. 1 umfasst ein erfindungsgemäss aufgebauter Verstärker für Mess-und Registrierzwecke als wesentliche Organe eine schematisch dargestellte Eingangsverstärkerstufe 1, die z. B. mindestens zwei Röhren in Gegentaktschaltung enthält, in welcher die von den Eingangsklemmen 5 aufgenommenenelek- trischen Messimpulse verstärkt und über die Klemmen 6 an die'beiden Steuergitter der Röhren 2 und 3der Leistungsverstärker-Endstufe weitergeleitet werden. Die Rohren 2 und 3 sind voraussetzungsgemäss Schirmgitterröhren, die im Gegentakt geschaltet sind.
Weiterhin umfasst der Verstärker eine Gleichstromquelle 4
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umrissenes, schematisch angedeutetes Weicheisenmesswerk 7 mit den gegeneinander geschalteten Erregerwicklungen 7a, 7b und dem den Zeiger oder Schreibarm tragenden Magnetanker 8 ist ausgangsseitig an die Anoden 2a, 3a der Schirmgitterröhren 2 und 3 angeschlossen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt parallel zu den beiden Erregerwicklungen 7a, 7b des Messwerks ein Leitungszweig 11 mit zwei Impedanzen 9 und 10, über welche die'Anoden 2a, 3a der Schirmgitterröhren an den zwischen den beiden Impedanzen liegenden Verzweigungspunkt l la an- geschlossen sind. Ausserdem sind die beiden Schirmgitter 2b, 3b der Schirmgitterröhren 2,3 im wesentlichen unmittelbar an diesen Verzweigungspunkt 1 la mit ihren einzigen Zuleitungen 12, 13 angeschlossen, so dass sie über die beiden Impedanzen 9 und 10 mit Strom gespeist werden.
Durch die beiden Impedanzen 9 und 10 werden die Anoden 2a, 3a der beiden Schirmgitterröhren entkoppelt. Erstere werden ausserdem zweckmässig so dimensioniert, dass sich für das Messwerk 7 eine Dämpfung ausreichender Stärke ergibt. Die im Messwerk erzeugte Induktionsspannung kann sich nämlich sowohl über dieInnenwiderständeder Verstärkerröhren 2, 3als auch über die dazu parallel liegenden Anoden-Entkopplungsimpedanzen 9,10 ausgleichen. Für die korrekte Betriebsweise des Verstärkers ist die Grösse dieser Impedanz nicht sehr kritisch, so dass ihr Wert vorzugsweise mit Rücksicht auf die gewünschte Dämpfung festgelegt werden kann.
Dabei wird die Anodenspannung so gewählt, dass für den durch die Dämpfung festgelegten Wert dieser Impedanz der Betriebszustand des Verstärkers günstig liegt.
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übrigen von den Anodenströmen erregten Messwerks 7. noch durch einen zusätzlichen aus dem durch den Verzweigungspunkt 11a definierten elektrischen Mittelpunktder Anoden-Entkopplungsimpedanz 9, 10ab- genommenen Strom verstärken. Dieser kann dann beliebigen Verbrauchern 24 über eine zusätzliche Impedanz 17 zugeführt werden, was in Fig. l gestrichelt angedeutet ist.
Mit der Schaltung nach Fig. l werden die beiden Schirmgitter 2b, si zwangsläufig stets auf gleichem Potential gehalten. Demgegenüber können in weiterer Ausbildung der Erfindung gemäss Fig. 2 die Schirmgitter 22b, 23b aus getrennten Ankopplungspunkten 21a, 21b der Anodenentkopplungs-Impedanz 14, 15, 16 gespeist werden. Der impedanzbelastete Zweig 21 ist dazu in drei Teilimpedanzen 14, 15, 16auge- spalten. Infolgedessen ist die zwangsläufige Gleichheit der beiden Schirmgitter-Potentiale aufgehoben und ein Teil der Anodenaussteuerungauf die Schirmgitter 22b, 23b zurückgeführt. Diese Rückkopplung könnte grundsätzlich statt als Mitkopplung auch als Gegenkopplung gewählt werden.
Eine Mitkopplung, wie sie in
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Fig. 2 dargestellt ist, hat sich aber als besonders günstig erwiesen.
In die Kathodenzuführungen der Röhren 22 und 23 sind Widerstände 19 und 20 eingefügt. Ferner liegt zwischen den beiden Kathoden eine Verbindung mit dem Widerstand 18. Diese Widerstände haben die Aufgabe, eine Stromgegenkopplung zu bewirken und damit den Innenwiderstand der Verstärkerröhren zu erhöhen, so dass die Anoden-Entkopplungsimpedanzen 14, 15, 16 in verstärktem Masse die Dämpfung für das Messwerk 7 bestimmen.
Für das Weicheisenmesswerk ist eine Kreuzspulschaltung der Erregerwicklungen 7a, 7b gemäss dem in Fig. 3a dargestellten Prinzip vorzuziehen. Die Wicklungen sind in Punkt 7c zusammengeschaltet und an den positiven Pol der Stromquelle angeschlossen. Die andern Enden 25,26 der Wicklungen liegen an den ihnen zugeordneten Anoden der Verstärkerröhren. Es ist besonders günstig, wenn gemäss Fig. 3b und 3c das Magnetgestell 18 vier Pole 28a... d hat und je zwei gegenüberliegende Pole 28a, 28b bzw. 28c, 28d gemeinsam vom summierten Anoden-und Schirmgitterstrom eines Zweiges der Gegentaktendstufe erregt sind.
Zwischen den Magnetpolen 28a, 28d liegt der Drehanker 8 aus Weicheisen, der den Schreibzeiger oder den Messwerkzeiger 8a trägt. Durch die Rückstellfeder 29 wird er in einer definierten Ruhelage bei fehlender Erregung festgehalten.
In Fig. 4 ist in Abhängigkeit von der auf die Eigenkreisfrequenz wo des Messwerkes bezogenen Kreisfrequenz w sowohl die zwischen den Anoden der Röhren 2 und 3 auftretende Betriebsspannung Ua-a wie auch der Ausschlag y des Messwerkzeigers 8a aufgetragen, wobei durchweg die Messung bei konstanter Eingangsspannung an den Gittern des Verstärkers und ohne eine Mitkopplung erfolgte. Danach entspricht dem Minimum des Messwerk-Ausschlags bei der etwa 0,8-fachen Eigenfrequenz (f/to 0, 8) ein Maximum der zwischen den Anoden der Röhren 2 und 3 auftretenden Wechselspannung Ua-a und dem Maximum des Ausschlages y bei (j/o a ; 1,2 entspricht ungefähr das scharfe Minimum der Anoden Wechselspannung Ua-a.
Hienach ist es verständlich, dass die Rückführung der Anoden-Wechselspannung im Sinne der Mitkopplung die unerwünschte Welligkeit des Amplitudenfrequenzganges y = f (w/wa) ausgleichend beeinflusst.
Bei der erfindungsgemässen Schaltung, wie sie den Fig. l und 2 zugrunde liegt, trägt die Summe der Anoden- und Schirmgitterströme voll und ausschliesslich zur Gleichstromdauererregung des Messwerkes 5 bei.
Infolgedessen wird der eingespeiste Strom vollständig ausgenutzt. Zusätzliche Organe wie besondere Anschlüsse, Stromquellen und Vorschaltwiderstände für die Schirmgitterzweige entfallen. Der Pegel der ma- gnetischen Gleichfelderregung liegt im Vergleich zu einem sonst ähnlichen Aufbau ständig höher als bei einer
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nötigten und nicht unbegrenzt leicht auszubildenden Schreibzeigers 8,8a, vor allem bei hohen Messfre- quenzen, z. B. bei der Aufzeichnung von Herzströmen und Herzschall, nur mit ziemlich grosser Kraft überwunden werden kann. Die mit den. Impedanzen 9, 10 bzw. 14,15, 16 belasteten Zweige 11, 21 übernehmen eine vielfältige Funktion.
Abgesehen davon, dass sie die beiden Anoden der Schirmgitterröhren gut entkoppeln, wirken sie als Dämpfung für das Messwerk, was die Röhren allein wegen ihres hohen In-
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nen, alle wesentlichen Korrekturfunktionen übernehmen, die sonst von besonderen Korrekturgliedern und Abgleichvorrichtungen, wie Frequenzfiltern, in der Eingangsstufe 1 ausgeübt werden. Insgesamt ergibt sich durch den erfindungsgemässen Schaltungsaufbau somit eine überraschende Vereinfachung von Registrierverstärkern.
Als besonderer Vorteil der Erfindung sei noch erwähnt, dass das Messwerk auch im Betrieb ohne Nachteil für die Verstärkerröhren vom Verstärker getrennt werden kann, da die Schirmgitter zusammen mit den Anoden stromlos werden. Bei der üblichen Anschaltung von Schirmgitterröhren, bei denen die Schirmgitter direkt, also unter Umgehung des Messwerkes, aus der Stromversorgung gespeist werden, würde hingegen die Unterbrechung der Messwerk-Zuleitungen zur thermischen Überlastung der Schirmgitter und damit zur Zerstörung der Röhren führen, wenn vorher die Schirmgitterzuleitungen nicht auch unterbrochen werden.
Schliesslich hat die gemäss der Erfindung aufgebaute Schaltung, bei der die Korrekturmittel für Amplituden-und Laufzeit-Frequenzgang durchweg ausserhalb der Steuergitterkreise der Endröhren liegen, den Vorteil, dass die Verstellung der genannten Korrekturglieder keine merkliche Rückwirkung auf den vorgeschalteten Steuer Verstärker ausüben kann.