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Schaltungsanordnung für Parallel-Serienverstärker
Die Erfindung bezieht sich auf Parallel-Serienverstärker, wie sie in grosser Anzahl als Operationsverstärker und Integratoren in Analogie-Rechenanlagen, Simulatoren und Regelkreisen verwendet werden.
Eine Verstärkerstufe eines solchen Parallel-Serienverstärkers besteht im Grundprinzip aus insgesamt drei Röhrensystemen. Entsprechend ist diese Stufe etwa die Kombination einer Parallelschaltung mit einer Reihenschaltung, wobei ein erstes und ein zweites Röhrensystem die Parallelschaltung darstellen und ein drittes Röhrensystem die Reihenschaltung zu diesen bildet.
Es besteht nun die bekannte Tatsache, dass in derartigen Verstärkern der innere Verstärkungsfaktor sehrhochgewählt werden muss, um die Fehler in den Ergebnissen bzw. bei den Regelungen klein zu halten. Anderseits sind Schaltungen für die oben angeführten Zwecke so aufgebaut, dass die Nullpunktswanderung selbst bei Dauer- bzw. Langzeitbetrieb unterhalb von zirka 1 m V bleibt.
Die z. B. für Operationsverstärker verwendeten Schaltungsanordnungen sind im günstigsten Fall zweistufig aufgebaut, um eine geringe Störanfälligkeit bei hoher Nullpunktsstabilität zu erreichen. In der Praxis hat sich jedoch auf Grund von Versuchen und Messungen herausgestellt, dass die verwendeten Schaltungen trotz ihrer guten Eigenschaften hinsichtlich der Konstanz des inneren Verstärkungsfaktors, bei Röhrenwechsel einen grossen Nachteil aufweisen. Dieser besteht darin, dass zwei der Doppeltrioden im Hauptverstärker auf Grund spezieller Symmetrieanforderungen bei der Bestückung ausgewählt werden müssen, da die erreichbaren Verstärkungsfaktoren beider Stufen im wesentlichen von der Gleichheit des Röhrenverstärkungsfaktors li zweier in einem Kolben vereinigter Röhrensysteme abhängt.
Wird bei Ersatzbestückung keine exakte Auswahl hinsichtlich der Röhrenkenndaten, besonders in bezug auf den Verstärkungsfaktor il, getroffen, tritt dieser Nachteil zutage und der Verstärkungsfaktor der einzelnen Stufen weicht unkontrollierbar ab, so dass sich entweder eine erhöhte Instabilität oder eine wesentliche Verringerung des inneren Verstärkungsfaktors und dadurch eine Verkleinerung der Rechengenauigkeit ergibt.
Bei beliebigem Einsatz von Doppeltrioden, deren Parameter innerhalb der von den Röhrenwerken garantierten Werte liegen, sind Abweichungen des Verstärkungsfaktors einer Stufe im Verhältnis 1 : 3 beobachtet worden, so dass der innere Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers nach Röhrenwechsel um eine Zehnerpotenz und damit auch die Genauigkeit um eine Zehnerpotenz niedriger liegen kann.
Der nachstehend beschriebenen Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die bisher verwendete Schaltunganordnung von Massnahmen, wie z. B. Röhrenwechsel, unabhängig zu machen und darüber hinaus den inneren Verstärkungsfaktor des Rechenverstärkers um etwa eine Zehnerpotenz, d. h. um den Faktor 10 zu erhöhen. Dies wurde dadurch erreicht, dass erfindungsgemäss in einer oder in mehreren Verstärkerstufen parallel zur Anoden-Kathodenstrecke des Verstärkungssystems ein einstellbarer Widerstand angeordnet ist. Die neue Schaltungsanordnung übertrifft damit in ihren Verstärkungseigenschaften alle bisher bekannten Ausführungen..
An Hand eines Ausführungsbeispieles und der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Das Schaltungsbeispiel gemäss der Zeichnung zeigt unter Berücksichtigung des Erfindungsgedankens die Schaltungsanordnung eines üblichen Parallel-Serienverstärkers, wie er z. B. in "Revue Haute Frequence" 11 1954 auf den Seiten 349-358 ausführlich beschrieben ist.
Ein solcher Verstärker besteht im wesentlichen aus einem ersten und einem zweiten Röhrensystem 2 und 2', die parallelgeschaltet sind, und einem dritten dazu in Reihe geschalteten Röhrensystem 1'.
Das Charakteristische dieser Schaltungsanordnung ist, dass sie nur zwei Widerstände enthält, nämlich den
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für das erste und zweite Röhrensystem 2 und 2'gemeinsamen Kathodenwiderstand 5 und den An denwiderstandfürdaserste Röhrensystem 2, der im vorliegenden Fall aus dem ohmschen Widerstand und dem dynamischen Widerstand eines vierten Röhrensystems 1 besteht. Ein weiteres wichtiges Me :
EMI2.1
Röhrensysteme in der dargestellten Schaltung vollständig von derjenigen ab, die sich aus einer einfacl Kombination von Parallel-und Reihenschaltungen der einzelnen Röhrensysteme ergeben würde. Die A beitsweise des Parallel-Reihenverstärkers wird leicht verständlich, indem man sie mit derjenigen d Parallelschaltung vergleicht und die Reihenschaltung gesondert betrachtet.
In dieser Schaltung ändern sich die Spannungen an den Anoden des ersten und zweiten Röhrensystem in umgekehrter Richtung. Wenn das Potential des einen Eingangsgitters konstant gehalten wird, steigt d Potentialdesandern Gitters. Dies geschieht, weil die Anodenstromerhöhung in dem Röhrensystem, dess Gitterpotential gestiegen ist, bestrebt ist, das den Kathoden gemeinsame Potential zu erhöhen, welch den gleichen Wert wie eine entsprechende negative Vorspannung des andern Röhrensystems hat, der Gitter mit einem festen Potential verbunden ist. Dadurch nimmt der Strom ab und ist nunmehr bestrel den ursprünglichen Wert des Kathodenpotentials wieder herzustellen.
Es wird somit ein Gleichgewicht für jeden Wert der Eingangssignale erreicht, der in den normal Arbeitsbereichen der Röhrensysteme liegt.
Der Einfluss der Verbindung zwischen der Anode des ersten Röhrensystems 2 mit dem Gitter d dritten Röhrensystems l'besteht nun darin, dass das Anodenpotential des zweiten Röhrensystems' dazu gebracht wird, den Anodenspannungsschwankungen des ersten Röhrensystems 2 zu folgen. Es e gibt sich daraus eine positive Rückkopplung durch den gemeinsamen Kathodenwiderstand 5, weil e Teil der Spannung, die an der Anode des ersten Röhrensystems 2 liegt, an der Kathode des gleich Röhrensystems wirksam wird.
Parallel zur Anoden- Kathoden -Strecke der Kompensationstriode 2'ist eine Widerstandskombinati eingeführt, die aus einem Festwiderstand 3 und einem stetig regelbaren Widerstand 4 besteht, d in Serie geschaltet sind. Durch diese Schaltungsmassnahme entsteht eine Vergrösserung der Rückkopplu ; zwischen der Röhre l'und der Röhre 2', die über den Durchgriff der Röhre 2'automatisch vo handen ist.
Mit Hilfe des einstellbaren Widerstandes 4 ist der Rückkopplungsfaktor regelbar und damit d Verstärkung dieser Stufe.
Dimensioniert man etwa wie folgt :
EMI2.2
<tb>
<tb> Röhre <SEP> l'= <SEP> 1/2 <SEP> ECC <SEP> 81,
<tb> Röhre <SEP> 2'= <SEP> 1/2 <SEP> ECC <SEP> 83,
<tb> Widerstand <SEP> 3 <SEP> = <SEP> 500 <SEP> KOhm,
<tb> Widerstand <SEP> 4 <SEP> = <SEP> 250 <SEP> KOhm,
<tb>
so lässt sich mit der Schaltungsanordnung leicht ein Verstärkungsfaktor von, V = 1000 erzielen. Diese Be trachtung gilt für eine Stufe (z. B. Eingangsstufe) des Verstärkers. Die gleiche Schaltungsmassnahme i auch in einer zweiten Stufe (Endstufe) des Verstärkers entsprechend durchführbar.
Ist nunmehr einRöhrenwechsel erforderlich, wird der einstellbare Widerstand 4 so eingestellt, d sich der gleiche Verstärkungsfaktor wie vor dem Röhrenwechsel ergibt.
Damit kann jede beliebige Verbundröhre an Stelle der Röhren 2 und 2'eingesetzt werden, dere technische Daten, besonders die Durchgriff und damit die Verstärkungsfaktoren g, innerhalb der vos Hersteller angegebenen Grenzen liegen.
Die erfindungsgemässe Schaltungsmassnahme hat keinen Einfluss auf die Nullpunktsstabilität des Ve ; stärkers. Durch Verkleinern des Gesamtwiderstandes (die Summe aus Widerstand 3 plus Widerstand 4 lässt sich der Verstärkungsfaktor erhöhen, so dass z. B. auch in der Endstufe, unabhängig von den innerha] der üblichen Toleranzgrenzen liegenden Röhrenparametern, der Verstärkungsfaktor z. B. auf den Wert 10C eingestellt werden kann.
Der Einfluss der erfindungsgemäss eingefügten Widerstände ist am einfachsten durch eine Gegenübel stellung der beiden Formeln für die Verstärkung ohne und mit dem zusätzlichen Widerstand zu erkla ren.
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Es gilt die Gleichung :
EMI3.1
hierin bedeuten :
S : die Steilheit der Röhren 2 bzw. 2', die als gleich gross angenommen werden, da ihre 'möglichen unterschiedlichen Grössen nur unwesentlich in den Verstärkungsfaktor V einge- hen.
EMI3.2
D Durchgriffü : Übertragungsfaktor des Kathodenfolgers gebildet durch Röhre 1, ült : Übertragungsfaktor des Kathodenfolgers gebildet durch Röhre 1',
Rk :
Widerstand 5, der den gemeinsamen Kathodenwiderstand der Röhren 2 und 2'darstellt, Ra : Widerstand 6, der den Anodenwiderstand der Röhre 2 darstellt.
Mit dieser Gleichung ist die Grösse des Verstärkungsfaktors V allgemein gegeben. Da sich üll nur wenig von 1 unterscheidet, ist der Verstärkungsfaktor sehr stark von der Grösse di abhängig. Durch Einfügen der erfindungsgemässen Widerstandskombination bestehend aus den Widerständen 3 und 4, die in der folgenden Gleichung für den Verstärkungsfaktor mit Rp bezeichnet werden soll, ergibt sich die Form :
EMI3.3
Man erkennt aus dieser Gleichung sehr leicht, dass sich durch Verkleinern oder Vergrössern von Rp der Wert des Nenners verkleinert bzw. vergrössert und somit der Verstärkungsfaktor V variabel wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für Parallel-Serienverstärker, bei denen der Verstärkungsfaktor zweier Röh-
EMI3.4
stärkerstufen ein einstellbarer Widerstand (3,4) angeordnet ist.