DE1069688B - Verstärkeranordnung für Gleich- und Wechselspannungen mit Triftkompensation - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkeranordnung, die sowohl Wechsel- als auch Gleichspannungen verstärken kann.

Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Arten solcher Verstärker. Eine Art besteht aus einem galvanisch gekoppelten Verstärker und hat den Nachteil, daß es, wenigstens bei verhältnismäßig hoher Verstärkung, äußerst schwierig ist, die bei einer bestimmten Eingangsspannung von dem Verstärker gelieferte Ausgangsspannung zu stabilisieren.

Die andere Art enthält einen mechanisch oder elektrisch wirkenden Umformer, durch den die Eingangsspannung in eine Wechselspannung mit bestimmter Frequenz umgewandelt wird. Diese Wechselspannung wird einem üblichen Wechselspannungsverstärker zugeführt, der sie verstärkt, und darauf gleichrichtet. Um eine Ausgangsgleichspannung mit einer derjenigen der Eingangsspannung entsprechenden Polarität zu erhalten, wird vorzugsweise eine synchrone oder phasenabhängige Gleichrichtung durchgeführt, und die gleichgerichtete Spannung wird durch ein Tiefpaßfilter von den Komponenten der Umformerfrequenz oder damit zusammenhängenden Frequenzen befreit. Diese Art von Verstärker bereitet viel weniger Schwierigkeiten hinsichtlich der Stabilisierung der Ausgangsspannung. Die Frequenz der verstärkbaren Wechselspannungen wird jedoch durch die Umformerfrequenz beschränkt und muß mindestens einen Faktor kleiner als diese sein. Die Umformerfrequenz ist an sich beschränkt, unter anderem durch mechanische Schwierigkeiten.

Wenn man die Ausgangsspannung eines galvanisch gekoppelten Verstärkers durch Gegenkopplung stabilisiert, wird die Verstärkung in gleichem Ausmaß wie die Unstabilität der Ausgangsspannung verringert.

Für bestimmte Zwecke, insbesondere für elektronische Analogrechenmaschinen, hat man diese Schwierigkeit dadurch überwunden, daß der Gegenkopplungsfaktor für die unerwünschten Ausgangsspannungsänderungen größer als für die Nutzausgangsspannung gemacht wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die Summe der Eingangsspannung und der Gegenkoppelungsspannung in eine Wechselspannung umgewandelt, in einem Wechselspannungs-Hilfsverstärker verstärkt und darauf gleichgerichtet wird. Die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Hilfsverstärkers wird geglättet, um die Komponenten der Umformerfrequenz zu entfernen, und dann im entgegengesetzten Sinne dem galvanisch gekoppelten Hauptverstärker zugeführt. Um das Auftreten eines Ausgangsstörsignals mit Umformerfrequenz zu verhüten, muß der Hilfsverstärker für die Umformerfrequenz eine große Dämpfung aufweisen. Für Gleich- und Wechselspannungen mit einer bedeutend kleineren Frequenz als die Umformerfrequenz, welche in dem Hauptverstärker selbst erzeugt werden, d. h. für die unerwünschten Aus-Verstärkeranordnung

für Gleich- und Wechselspannungen

mit Triftkompensation

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dr. rer. nat. P. Roßbach, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 19. April 1956

Samuel Jacob Landsberg, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

gangsspannungsänderungen, hat die Anordnung dann einen Gegenkopplungsfaktor, der um den Wert des Verstärkungsfaktors des Hilfsverstärkers größer ist als der Gegenkopplungsfaktor des Hauptverstärkers, so daß dessen Ausgangsspannungsänderungen um diesen Verstärkungsfaktor verringert werden.

Bedingung für eine befriedigende Wirkung einer solchen Anordnung ist aber, daß der Hauptverstärker eine sehr große Gegenkopplung besitzt, so daß die dem Umformer zugeführte Spannung nur eine verhältnismäßig kleine Eingangsspannungskomponente enthält. Weiter soll die Anordnung in dem Frequenzbereich, in welchem die Schleife über den Hilfsverstärker überträgt, eine flache Frequenzübertragungskennlinie aufweisen, da, falls bei einer bestimmten Frequenz die Summe der Phasenverschiebungen dieser Schleife und des Hauptverstärkers mehr als 180° wäre, ein Selbstschwingen durch Mittkopplung über die Schleife auftreten könnte.

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Man kann auch dafür sorgen, daß bereits am Eingang Hier muß aber ein zweiter mit dem ersten synchroniles Hilfsverstärkers die Signalkomponente der von der sierten Umschalter für die synchrone Gleichrichtung \usgangsspannung des Hauptverstärkers abgeleiteten der Spannung am Ausgang des Hilfsverstärkers verspannung durch eine von der Eingangssignalspannung wendet werden. Dies verursacht neue Schwierigkeiten, les Hauptverstärkers abgeleitete Spannung kompensiert S da Synchronisierungsfehler zwischen den beiden Umvird, so daß das Korrektionssignal praktisch keine schaltern einen Fehler im Werte der gleichgerichteten signalkomponente enthält. Dadurch wird einerseits Spannung verursachen. Auch hat man die Belastung ler Verstärkungsfaktor des Hilfsverstärkers nicht durch der Signalquelle im Gleichgewichts- oder Beharrungslie Eigenschaften des Hauptverstärkers beschränkt, zustand kompensiert, um die Eingangsklemme des ,vährend andererseits die Übertragungseigenschaften der io Hauptverstärkers über ein geeignetes Netzwerk mit ganzen Anordnung unabhängig von der Gegenkopplungs- einem Punkt desselben Verstärkers zu verbinden, an ichleife über den Hilfsverstärker sind. welchem das Potential gleich zweimal des des Eingangs-

Unerwünschte Ausgangsbezugsspannungsänderungen potentials war, also durch eine Rückkopplung (Fig. 2 iönnen aber z.B. bei aperiodischen Signalspannungs- der USA.-Patentschrift 2 714136).
inderungen oder bei Signalspannungsänderungen mit 15 Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird diese ;iner Frequenz niedriger als die Arbeitsfrequenz des Schwierigkeit ohne einen zweiten mit dem ersten syn-LJmformers dadurch hervorgerufen werden, daß solche chronisierten Umschalter und ohne Rückkopplung Überspannungsänderungen im Hilfsverstärker wenigstens wunden. Mittels eines einzigen Umschalters werden ;eilweise gleichgerichtet werden und eine falsche Korn- wechselweise die Eingangs- und die Ausgangsklemmen pensation verursachen. Die Erfindung bezweckt daher 20 des Hilfsverstärkers mit dem Abgriff eines Spannungsiie Stabilisierung der Ausgangsbezugsspannung auch tellers am Ausgang des Hauptverstärkers verbunden. 3ei aperiodischen Signalspannungsänderungen und/oder Dadurch wird periodisch eine vom Ausgang des Hauptbei Signalspannungsänderungen mit einer Frequenz Verstärkers abgeleitete Spannung dem Eingang des niedriger als die Arbeitsfrequenz des Umformers. Hilfsverstärkers zugeführt, wo sie mit einer aus der

Die Anordnung nach der Erfindung mit an sich 25 Signalspannung abgeleiteten Spannung verglichen wird, bekannten Maßnahmen zur Triftkompensation enthält während andererseits der Ausgang des Hilfsverstärkers sinen galvanisch gekoppelten Hauptverstärker und einen periodisch durch den niederohmigen Teil des Spannungs-Wechselspannungshilfsverstärker, dem eine von der tellers praktisch kurzgeschlossen wird. Dabei wird im Eingangssignalspannung und eine von der Ausgangs- Gleichgewichts- oder Beharrungszustand die Signalspannung des Hauptverstärkers abgeleitete Spannung 30 Spannungsquelle nicht belastet, da die von der Signalmittels eines Schalters wechselweise periodisch zugeführt spannung und von der Ausgangsspanmmg des Hauptsvird und dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung Verstärkers abgeleiteten Spannungen dann einander rar Stabilisierung der Ausgangsbezugsspannung des gleich sind.

Hauptverstärkers diesem mit der erforderlichen Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.

Polarität zugeleitet wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, 35 Es zeigt

daß zur Kompensation von den Eingang des Hilfs- Fig. 1 ein Blockschaltbild der Anordnung nach der

Verstärkers erreichenden Änderungen der Signal- Erfindung,

spannung die entsprechenden Änderungen der vom Fig. 2 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der

Ausgang des Hauptverstärkers abgeleiteten Spannung Wirkung dieser Anordnung,

dem Hilfsverstärker in solchem Sinne zugeführt werden; ^o Fig. 3 das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der

daß dieser signalbedingte Schwankungen der Eingangj,--³^ Anordnung nach der Erfindung,

spannung des Hauptverstärkers nicht überträgt. Fig. 4 eine Abart dieses Ausführungsbeispiels,

Die Verstärkung A des Hauptverstärkers ist abhängig Fig. 5 eine weitere Abart und

von der Gegenkopplungsverbindung zwischen Ausgang Fig. 6 die Ausgangsspannung, die mittels einer prak-

und Eingang des Verstärkers und von deren Impedanz Z₁, 45 tischen Ausführungsform für positive Eingangsimpulse

_d. _h. A = ^±£?_. Bei einer bekannten Ausführungs- ^m* ^ ^D,^{auer von} ^^{sec βΛ}<*^βη ™^τά*: ₍

^i Gemäß dem Blockschaltbild nach Fig. 1 enthalt

form einer solchen Anordnung besteht Z_t aus der Reihen- die Verstärkeranordnung einen galvanisch gekoppelten schaltung eines Eingangswiderstandes Ri und der Eigen- Hauptverstärker 1 mit einem Verstärkungsfaktor A impedanz Z₈ der Signalspannungsquelle, so daß eine 50 und Mittel zur Stabilisierung der Ausgangsspannung große Änderung von A mit Z_s unvermeidlich ist, es sei dieses Verstärkers. Diese Mittel umfassen einen Wechseldenn, daß Z_s viel kleiner bleibt als R₍. Um diesen Nach- spannungshilfsverstärker 2 und einen mit einer bestimmteil zu vermeiden, müßte man die Signalspannung und ten Frequenz f₀ wirkenden Schalter 3. Die Eingangsdie Gegenkopplungsspannung den Eingangsklemmen klemmen 4, 4' sind einerseits unmittelbar mit dem des galvanisch gekoppelten Verstärkers in Reihe zu- 55 Eingang des Hauptverstärkers und andererseits über führen. Eine der Eingangsklemmen würde aber dann ein Eingangsnetzwerk aus einem Längswiderstand 11, gegenüber -Erde» einen Spannungsunterschied gleich einem Längskondensator 13 und einem Querwiderder Gegenkopplungsspannung aufweisen, was sehr bedenk- stand 12 mit den Eingangsklemmen des Hilfsverstärkers lieh sein kann. Solche Verstärkeranordnungen sind verbunden. An die Ausgangsklemmen 5,5' des Hauptsomit für viele Zwecke, z. B. für die Verstärkung von 60 Verstärkers ist ein Spannungsteiler angeschlossen, der Spannungen aus Quellen mit verschiedenen, manchmal aus zwei Widerständen 14 und 15 besteht. Die Anzaphohen Eigenimpedanzen und insbesondere für Meß- fung 6 dieses Spannungsteilers ist mit dem beweglichen zwecke, nicht anwendbar. Kontakt 7 des Schalters 3 verbunden. Dieser Schalter L^Tm diese Belastung der Signalquelle zu vermeiden, hat weiter zwei feststehende Kontakte 8 und 9. Der hat man auch bereits vorgeschlagen, eine aus der Ein- 6g Kontakt 8 ist mit dem gemeinsamen Punkt 10 des gangsspannung abgeleitete Spannung mit einer aus der Widerstandes 11 und des Kondensators 13 verbunden. Ausgangsspannung abgeleiteten periodisch zu verglei- An die Ausgangsklemmen des Hilfsverstärkers ist ein chen, und zwar mittels eines Umschalters, der diese Glättungsnetzwerk aus einem Längswiderstand 18 und Spannungen wechselweise dem Eingang des Hilfs- einem Querkondensator 19 über einen Längswiderverstärkers zuführt (USA.-Patentschrift 2 714136, Fig. 1). 70 stand 16 und einen Trennkondensator 17 angeschlossen.

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Der gemeinsame Punkt des Kondensators 17 und des periode i{f₀ des Umformers sehr groß gewählt, z. B.

Widerstandes 18 ist mit dem dritten Kontakt 9 des einige Tausend Male größer als V₂ π/"₀.

Schalters 3 verbunden, und der gemeinsame Punkt des Die Mittel zur Stabilisierung der Ausgangsbezugs-

i?C-Gliedes 18, 19 ist an eine Klemme 20 des Hauptver- spannung arbeiten somit als Spannungsregler, der die

stärkers angeschlossen. 5 Ausgangsspannung in bezug auf eine Bezugsspannung

Der Schalter 3 wird z. B. mittels eines Elektromagneten regelt, wobei die der Anordnung zugeführte Signal-(nicht dargestellt) angetrieben, so daß sein Kontakt 7 eingangsspannung als Bezugsspannung verwendet wird, abwechselnd mit den Kontakten 8 und 9 in Berührung Weiter ist die Stabilität der Schleife von der Klemme 5 kommt. Infolgedessen wird die zwischen der Klemme 10 über den Schalter 3 und den Hilfsverstärker zu der und Erde über den Widerstand 11 zugeführte Eingangs- io Klemme 20 und über einen Teil des Hauptverstärkers 1 spannung et periodisch mit einem bestimmten Teil der zurück zur Klemme 5 unabhängig von den Eigenschaften Ausgangsspannung e₀ des Hauptverstärkers verglichen. des Teiles des Hauptverstärkers vor der Klemme 20. Außerdem wird der gemeinsame Punkt des Konden- Der Hauptverstärker kann somit eine sehr große Bandsators 17 und des Widerstandes 18 periodisch über den breite B und einen sehr hohen Verstärkungsfaktor A kleinen Widerstand 15 mit Erde verbunden, so daß die 15 haben, ohne daß die Mittel zur Stabilisierung das Pro-Ausgangsspannung des Hilfsverstärkers 2 synchron gleich- duktA-B beschränken. Andererseits ist es ohne gerichtet wird. Diese gleichgerichtete Ausgangsspannung weiteres möglich, einen Umformer mit sehr hoher Arbeitswird über das Glättungsnetzwerk aus dem iüC-Glied 18,19 frequenz anzuwenden, so daß die Ausgangsbezugseiner Klemme 20 des Hauptverstärkers zugeführt. spannung auch gegenüber schnellen und/oder kurz-

Die Ausgangsspannung e_n des Hauptverstärkers ent- 20 dauernden Triftspannungskomponenten stabilisiert wird, hält nun zwangsläufig eine gewisse Triftspannungs- Insoweit gehen die bisher beschriebene Anordnung komponente, d. h. eine Spannungskomponente, die sich bzw. deren Stabilisierungsmaßnahmen nicht über den mit der Zeit, mit der Umgebungstemperatur, mit dem Stand der Technik hinaus. Wenn aber die erforderliche Alter der Verstärkerelemente und mit den Speise- Verstärkung sehr groß ist und/oder an die Stabilität spannungen ändert. Ein wesentlicher Teil dieser Trift- 25 der Ausgangsbezugsspannung sehr hohe Anforderungen spannung entsteht bereits in der ersten Stufe des Haupt- gestellt werden, treten zusätzliche Schwierigkeiten auf. Verstärkers und wird durch die weiteren Stufen verstärkt. Hier setzt nun die Erfindung ein.
Die Ausgangsspannung e₀ ist gleich der Signaleingangs- Signalbedingte Änderungen der Eingangsspannung spannung et plus der der Triftspannung entsprechenden erreichen nämlich auch die Eingangsklemmen des HilfsSpannung e_d am Eingang des Hauptverstärkers, ver- ₃₀ Verstärkers über den Widerstand 11 und den Kondenvielfacht mit dessen Verstärkungsfaktor A : sator 13 sowie über den Hauptverstärker, den Spannungsteiler 14, 15, den Schalter 3 und den Kondensator 13. ^eo — \^ei -r ea) · Wenn die dadurch hervorgerufenen Änderungen der

Zwischen Erde und Punkt 6 besteht somit eine Span- beiden über den Schalter 3 zu vergleichenden Span-

nung^ (« + e_d) ^V · Dfe Widerstände 14 und 15 ³⁵ ™f^en nicht identisch und gleichphasig sind, rufen sie

^ö * ""' R_u -\- R_n Änderungen des durch den Vergleich erzeugten Korrek-

sind derart gewählt, daß diese Spannung gleich et + ea, tionssignals und unerwünschte Änderungen der Aus-Hh daß VKl _ i i,t Solana da* Krmtaktnaar gangsbezugsspannung der Anordnung hervor. Identische

LL. 11. LLcLU — /1 IbC. OUldlltdc LLdO iVUHLdKLUclaJ. j '1^1*1-1 - ι · ι , · ι j'i -ι ι > ι

Jf]₅ ^{ö r} oder mchtgleichphasige oder nichtidentische und gleich-

7, 8 offen ist, ist die Spannung zwischen Punkt 10 und 4° phasige Änderungen der zu vergleichenden Spannungen Erde praktisch gleich der Eingangsspannung e_t. Indem werden ebenfalls dem Korrektionssignal überlagert und dieses Kontaktpaar periodisch geschlossen wird, wird der durch den Hilfsverstärker mit verstärkt. Enthalten diese Teil e_s + e_a der Ausgangsspannung des Hauptverstärkers Änderungen Komponenten sehr niedriger Frequenz, so mit der Eingangsspannung «j verglichen. Der Unter- werden sie durch den Schalter in Impulse mit dessen schied e_a zwischen diesen beiden Spannungen ruft 45 Betriebsfrequenz f₀ umgewandelt, nach Verstärkung durch periodisch einen entsprechenden Strom durch den Kon- denselben Schalter gleichgerichtet und über das Glätdensator 13 und den Widerstand 12 hervor, so daß ein tungsnetzwerk 18, 19 geschwächt und verzögert, so daß Korrektionssignal den Eingangsklemmen des Hilfs- sie die Klemme 20 mit einer ihrer Frequenz entsprechenverstärkers zugeführt wird, dessen Amplitude proportional den Phasenverschiebung erreichen, und somit eine Verder Triftkomponente % ist. Dieses Signal wird vom so zerrung der Frequenzkennlinie der Anordnung im Nieder-Hilfsverstärker verstärkt und mittels des Kontakt- frequenzbereich hervorrufen. Komponenten mit einer paares7, 9 gleichgerichtet. Die gleichgerichtete Kor- Frequenz gleich der Betriebsfrequenzf₀ des Umformers rektionsspannung zwischen der Klemme 20 des Haupt- oder gleich einer ungeraden Harmonischen derselben Verstärkers und Erde ist also ebenfalls proportional seiner werden gleichgerichtet und rufen somit eine Änderung Triftkomponente eg,. Sie wird ihm mit solcher Polarität 55 der Gleichspannung an der Klemme 20 hervor, wodurch zugeführt, daß sie der Triftspannung entgegenwirkt. die Ausgangsbezugsspannung unerwünscht beeinflußt Dadurch wird die Triftkomponente e^ des Hauptver- wird. Weiter kann ein plötzlicher Signalspannungsstärkers praktisch proportional dem Verstärkungs- sprung die Eingangsklemmen des Hilfsverstärkers erfaktorG des Hilfsverstärkers verringert. Falls die reichen. Wenn keine besonderen Vorkehrungen geKlemme 20 an einen Punkt des Hauptverstärkers ange- 60 troffen werden, erreicht ein solcher Sprung den Punkt 6 schlossen ist, nach welchem dieser noch eine wesentliche praktisch ungeändert, was durch die Linie e_e in Fig. 2 Verstärkung (A₀) herbeiführt, wird die Triftkomponente angegeben ist. Er wird jedoch durch das Eingangsnetz-

.. 1 -C ι j. ι . /- A · j. u ■ λ λ werk 11, 13, 12 mit der Zeitkonstante T verzerrt und

mit dem Faktor 1 + G -~- verringert, wobei A_n maximal . , , , ' , , _in ., , , , ,. „

A ^{D u} erreicht den Punkt 10 mit der durch die Kurve e₁₀ in

gleich A sein kann. 65 Fig. 2 angedeuteten Form. Über dem Kontaktpaar 7, 8

Das Glättungsnetzwerk 18, 19 entfernt die Wechsel- tritt somit der Spannungsunterschied e_e = e₆ — e₁₀ auf,

Spannungskomponenten des verstärkten und gleich- welcher beim periodischen Schließen des Kontaktpaares

gerichteten Korrektionssignals, insbesondere die Kompo- 7, 8 entsprechende Stromimpulse durch das i?C-Glied

nenten mit der Grundfrequenz f₀. Die Zeitkonstante 12, 13 bzw. entsprechende Spannungsimpulse am Ein-

dieses Netzwerkes wird somit gegenüber der Arbeits- 70 gang des Hilfsverstärkers erzeugt. Nach Verstärkung

and Gleichrichtung werden diese Impulse durch das andererseits über den Widerstand 26 mit dem Gitter der alättungsnetzwerk 18, 19 integriert; sie rufen eine rechten Triode 21 verbunden; weiter ist sie noch an änderung der der Klemme 20 zugeführten Spannung einen Spannungsteiler aus zwei unveränderlichen und und eine unerwünschte Änderung der Ausgangsbezugs- einem veränderlichen Widerstand 14, 15 bzw. 15' anspannung hervor. 5 geschlossen. Ein Ende des Widerstandes 15' ist mit Erde

Wenn nun dafür gesorgt wird, daß der Spannungs- verbunden, und an den gemeinsamen Punkt der Widersprung an Punkt 6 die gleiche Form und Amplitude stände 14 und 15 ist ein Ausgangsnetzwerk angeschlossen, sowie die gleiche Phase hat wie der Spannungssprung an über welches die zweite und dritte Kathodenverstärker-Punkt 10, so wird diese Schwierigkeit an sich vermieden. stufe gesteuert werden. Dieses Ausgangsnetzwerk enthält Aber auch der gemeinsame Spannungssprung wird durch io zwei Längswiderstände 37' und 11', einen ersten Querdas .RC-Netzwerk 12, 13 differenziert, wodurch er an- kondensator 38' und ein zweites Querelement aus einem nähernd die durch Kurve eg in Fig. 2 angegebene Form Kondensator 13' in Reihe mit dem Widerstand 12'. Das annimmt. Er wird auf das Korrektionssignal überlagert Ausgangsnetzwerk ist identisch mit dem zwischen die und mit diesem durch den Hilfsverstärker verstärkt. Eingangsklemmen 4, 4' und den Eingang des Hilfsver-Wenn die Signalspannungssprünge aperiodisch sind oder 15 stärkers geschalteten Eingangsnetzwerk. Die Anoden der wenn ihre Frequenz niedriger ist als die Frequenz f₀ letzten beiden Trioden 36 und 46 sind unmittelbar an des Umformers, werden sie auch, wenigstens teilweise, die + 300-V-Klemme angeschlossen und ihre Kathoden gleichgerichtet und rufen eine, sei es auch geringere über Belastungswiderstände 39 bzw. 47 mit Erde verAbweichung der Ausgangsbezugsspannung hervor. bunden. Ihre Gitter sind an den gemeinsamen Punkt des

Zur Kompensation solcher die Eingangsklemmen des ao Widerstandes 11' und des Kondensators 13' bzw. an den Hilfsverstärkers 2 erreichenden Änderungen der Signal- des Kondensators 13' und des Widerstandes 12' angeeingangsspannung des Hauptverstärkers 1 werden nach schlossen. Die zwei regelbaren Widerstände 25 und 15' der Erfindung entsprechende Änderungen der von der sind miteinander mechanisch gekoppelt.
Ausgangsspannung des Hauptverstärkers abgeleiteten Die Mittel zur Stabilisierung der Ausgangsbezugs-

Spannung über ein Netzwerk 11', 12', 13' bzw. aus dem 25 spannung des Hauptverstärkers enthalten den Schalter 3 Punkt 6' mindestens einer Elektrode eines Verstärker- mit seinen Kontakten 7, 8 und 9, den Wechselspannungselementes des Hilfsverstärkers 2 in kompensierendem hilfsverstärker 2, Gleichricht- und Glättungsmittel, eine Sinne zugeführt. Durch diese Maßnahme wird der Hilfs- weitere Gleichstromverstärkerstufe und eine Kathodenverstärker 2 gegen signalbedingte Schwankungen der verstärkerstufe. Die Kontakte des Schalters sind in einem Eingangsspannung des Hauptverstärkers 1 unempfindlich. 30 Abschirmgehäuse 40 untergebracht, das mit Erde ver-Weitere Einzelheiten werden an Hand der Fig. 3 erläutert. bunden ist und sie gegen elektrische und magnetische

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind ent- Einwirkungen abschirmt. Die Betriebsfrequenz f₀ des sprechende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet Schalters 3 beträgt etwa 70 Perioden pro Sekunde. Man wie in dem Blockschaltbild nach Fig. 1. Der galvanisch kann sie auch wesentlich erhöhen, z. B. bis zu einigen gekoppelte Hauptverstärker 1 besteht aus zwei Verstärker- 35 Hundert Perioden pro Sekunde, so daß schnellere stufen in Kathodenschaltung und drei in Anodenbasis- Änderungen der Ausgangsbezugsspannung unterdrückt schaltung. Die Eingangsstufe enthält eine Doppeltriode 21 werden. Der bewegliche Kontakt 7 ist an die Kathode der mit einem gemeinsamen Kathodenwiderstand 22. Die Triode 36 angeschlossen, und der feststehende Kontakt 8 zwei Anoden sind über je einen Belastungswiderstand 23 ist über einen Widerstand 41 mit dem gemeinsamen bzw. 23' mit der Plusklemme einer Speisequelle von z. B. 4° Punkt 10 des i?C-Gliedes 11, 13 verbunden. Vor den 300 V verbunden, während der Kathodenwiderstand 22 Widerstand 11 ist ein weiterer Widerstand 37 geschaltet an die Minusklemme einer Speisequelle von z. B. 200 V und beide Widerstände haben denselben Wert wie die angeschlossen ist. Das Steuergitter der linken Triode ist Widerstände 37' bzw. 11'. An ihren gemeinsamen Punkt unmittelbar mit der Eingangsklemme 4 und über einen ist ein Glättungskondensator 38 angeschlossen, der den Gitterableitwiderstand 24 auch mit der geerdeten Ein- 45 gleichen Wert wie der Kondensator 38' hat. Der Kondengangsklemme 4' verbunden. Das Gitter der rechten Triode sator 13 und der Widerstand 12 haben denselben Wert ist über einen veränderlichen Widerstand 25 mit Erde wie der Kondensator 13' bzw. der Widerstand 12'. An verbunden und an die Ausgangsklemme 5 über einen den gemeinsamen Punkt dieser zwei Elemente ist das Gegenkoppelwiderstand 26 angeschlossen. Die zweite Steuergitter einer Pentode 42 angeschlossen. Diese Pentode Stufe des Hauptverstärkers enthält auch eine Doppel- 5° bildet die erste Stufe des Hilfsverstärkers. Über einen triode 27 mit einem gemeinsamen Kathodenwiderstand28. Belastungswiderstand 43 ist ihre Anode an die + 300-V-Das Gitter der linken Triode 27 ist mit der Anode der Klemme angeschlossen und über einen Trennkondenrechten Triode 21 durch einen Spannungsteiler aus Wider- sator 44 mit dem Steuergitter einer zweiten Pentode 54 ständen 29 und 30 galvanisch gekoppelt, wobei der gekoppelt. Die Kathode der Pentode 42 ist über einen Widerstand 30 an die — 200-V-Klemme angeschlossen ist. 55 Widerstand 45 an die Kathode der Triode 46 angeschlossen Die Anoden der Doppeltriode 27 sind über Belastungs- und ihr Schirmgitter an die Anzapfung eines Spannungswiderstände 31 bzw. 31' an die + 300-V-Klemme an- teilersaus einem Widerstand 49 und einer Neon-Spannunggeschlossen. Das Gitter der rechten Triode dieser zweiten Stabilisierungsröhre 50. Der Widerstand 49 ist mit der Stufe entspricht der Klemme 20 des Blockschaltbildes + 300-V-Klemme und die Röhre 50 mit der Kathode nach Fig. 1 und ist unmittelbar mit der Kathode eines ⁶° der Pentode 42 verbunden. Die Anode der Pentode 54 Ausgangskathodenverstärkers des Hilfsverstärkers 2 ver- ist über einen Belastungswiderstand 55 an die + 300-V-bunden. Eine dritte Stufe enthält eine Triode 32, deren Klemme angeschlossen und über einen Trennkonden-Anode unmittelbar mit der + 300-V-Klemme verbunden sator 56 mit dem Steuergitter einer Triode 60 gekoppelt, ist. Ihr Gitter ist mit der rechten Anode der zweiten Stufe Das Steuergitter der Pentode 54 liegt an Erde über einen über einen Spannungsteiler aus zwei Widerständen 33 »5 Ableitwiderstand 57 und ihre Kathode ist über einen und 34 galvanisch gekoppelt, von denen der Widerstand 34 Vorspannungswiderstand 58 mit Entkoppelkondensator an die — 200-V-Klemme angeschlossen ist; ihre Kathode 51 mit Erde verbunden, während ihr Schirmgitter über ist über einen Belastungswiderstand 35 mit der —200-V- einen Widerstand 59 gespeist und durch einen Konden-Klemme verbunden. Die Kathode der Triode 32 ist sator 52 entkoppelt ist. Die Anode der Triode 60 ist über einerseits unmittelbar mit der Ausgangsklemme 5 und 7° einen Belastungswiderstand 61 mit der + 300-V-Klemme

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verbunden, und ihre Kathode bzw. ihr Gitter sind über Seine Zeitkonstante soll darum bedeutend größer sein

einen Vorspannungswiderstand 62 mit Entkoppelkonden- ι _d Spanmmgssprung entsprechend

sator 53 bzw. über einen Abieitwiderstand 63 mit Erde 2π/₀ ' r & r s ν

verbunden. Über den Reihenwiderstand 16 und einem der Kurve e₁₀ der Fig. 2 verzögert wird.

Trennkondensator 17 ist die Anode der Triode 60 mit 5 Damit die Korrektionsspannung an der Klemme 20

dem feststehenden Kontakt 9 des Schalters 3 und mit dem nicht unzulässig geändert wird, müssen die Änderungen Glättungsnetzwerk 18,19 verbunden. Zwischen Erde und der Ausgangsspannung an Punkt 6 (Fig. 1) in gleichem dem Kontakt 9 ist außerdem ein Ableitwiderstand 64 Maße gedämpft werden und gleichphasig sein mit den

angeschlossen. An den gemeinsamen Punkt des Glättungs- verbleibenden Änderungen der Eingangsspannung, welche

netzwerkes 18, 19 ist das Steuergitter einer Triode 65 io den Punkt 10 über das Netzwerk 37, 38, 11, 13, 12

galvanisch angekoppelt. Ihre Kathode liegt an Erde über erreichen. Das Ausgangsnetzwerk 37', 38', 11', 13', 12'

einen Vorspannungswiderstand 66 und ihre Anode ist muß somit identisch dem Eingangsnetzwerk 37, 38, 11,

über einen Belastungswiderstand 67 mit der + 300-V- 13, 12 sein. Wie bereits erwähnt, soll das Glättungs-

Klemme verbunden. Die Kathodenverstärkertriode 68 ist netzwerk 18, 19 alle Wechselspannungskomponenten der

durch einen Spannungsteiler aus Widerständen 69 und 15 verstärkten und gleichgerichteten Spannung unter-

70 mit der Triode 65 galvanisch gekoppelt. Das andere drücken. Seine Zeitkonstante wird daher noch bedeutend

Ende dieses Spannungsteilers liegt an der — 200-V- größer gewählt als die des Eingangsnetzwerkes 37, 38,11,

Klemme, an welche außerdem die Kathode der Triode 68 13, 12.

über einen Belastungswiderstand 71 angeschlossen ist. Etwa ein Signalspannungssprung wird durch die

Diese Kathode ist außerdem unmittelbar mit dem Gitter 20 Netzwerke 37, 38, 11, 13, 12 bzw. 37', 38', 11', 13', 12'

des rechten Teiles der Doppeltriode 27 verbunden. stark geschwächt und durch den Teil 13', 12' des Aus-

Die Signalspannung an den Klemmen 4 und 4' wird gangsnetzwerkes auf gleiche Weise wie durch den unmittelbar der Eingangsstufe des Hauptverstärkers 1 entsprechenden Teil 13, 12 des Eingangsnetzwerkes zugeführt. In der Doppeltriode 21 wird die Eingangs- differenziert, annähernd wie durch die Kurve e_g' der spannung verstärkt und der zweiten Stufe des Haupt- 25 Fig. 2 dargestellt. Dieser differenzierte Spannungssprung Verstärkers zugeführt. Durch die Doppeltriode 27 wird wird gleichzeitig dem Gitter der Pentode 42 und, über die verstärkte Eingangsspannung nochmals verstärkt und die Triode 46, ihrer Kathode zugeführt. Er wird somit an die erste Kathodenverstärkertriode 32 gelegt. Der durch die erste Stufe des Hilfsverstärkers nicht überKathode dieser Triode wird die Ausgangsspannung ent- tragen und kann die Ausgangsbezugsspannung der nommen. Über den Spannungsteiler 14, 15, 15' und das 30 Anordnung nicht beeinflussen. Dieser Ausgleich wird Ausgangsnetzwerk 37', 38', 11', 13', 12' wird die Aus- noch dadurch verbessert, daß die Schirmgitter-Kathodengangsspannung außerdem geteilt, geglättet und dem Spannung der Pentode 42 durch die Röhre 50 konstant Gitter der zweiten Kathodenverstärkertriode 36 zugeführt. gehalten wird, so daß z. B. bei einem positiven Spannungs-Die Ausgangsspannung wird ferner über den Längs- sprang sich die entsprechenden Potentiale des Steuerwiderstand 26 in gegenkoppelndem Sinne dem Gitter der 35 gitters, der Kathode und des Schirmgitters gleichzeitig rechten Triode der Doppeltriode 21 zugeführt. Gemeinsam um denselben Wert im positiven Sinne ändern,
mit dem veränderlichen Widerstand 25 bildet der Wider- Bei zunehmender Frequenz ist die Phasenverschiebung stand 26 einen Spannungsteiler, wodurch die Gegen- indem Ausgangsnetzwerk 37', 38', 11', 13', 12'und in dem koppelspannung und somit der Verstärkungsfaktor A Teil 13, 12 des Eingangsnetzwerkes kleiner als oder gleich des Hauptverstärkers geändert werden kann. Der Teil 40 — 90°, und die Phasenverschiebung in dem Glättungsder Ausgangsspannung, der schließlich dem beweglichen netzwerk 18, 19 ist praktisch gleich — 90°, so daß die Kontakt 7 zugeführt wird, muß so bemessen werden, daß Gesamtphasenverschiebung in der Schleife, bestehend er stets gleich e_t + e_d bleibt, und eine Änderung der aus dem Teil des Hauptverstärkers nach der Klemme 20, Verstärkung der Anordnung praktisch keine Änderung dem Schalter 3, dem Hilfsverstärker, dem Gleichrichter ihrer Ausgangs-Nullspannung hervorruft. Dies wird durch 45 und den Gleichspannungsverstärkerstufen 65 und 68, die mechanische Kupplung der veränderlichen Wider- praktisch nicht größer wird als — 180°. Ein Selbststände 25 und 15' erzielt. schwingen infolge Mitkopplung über diese Schleife kann

Die Werte der Widerstände 37 und 11 müssen hoch unter diesen Bedingungen nicht auftreten, da die Zeitgewählt werden, da das Eingangsnetzwerk des Hilfs- konstante des Glättungsnetzwerkes 18, 19 bedeutend Verstärkers die Wechselspannungskomponenten stark 5« größer ist als diejenige der Eingangs- und Ausgangsdämpfen muß. Andererseits werden die Werte der netzwerke 37, 38, 11, 13, 12 bzw. 37', 38', 11', 13', 12'. Widerstände 24 und 12 nur durch die Eigenschaften der Nach der Gleichrichtung des Korrektionssignals enthält Röhren 21 bzw. 42 beschränkt, so daß der Eingangs- die Anordnung gemäß Fig. 3 noch eine Gleichspannungswiderstand der Verstärkeranordnung sehr hoch ist. verstärkerstufe und anschließend einen Kathodenver-Weiter soll noch bemerkt werden, daß die Signal- 55 stärker. Dies ist an sich nicht erforderlich; man könnte Spannungsquelle durch den Schalter 3 nicht belastet auch die Klemme 20 unmittelbar an das Glättungswird, da über dem Widerstand 39 auch die Eingangs- netzwerk 18, 19 anschließen. Die Verstärkung des Hilfsspannung e% auftritt, so daß kein Eingangsstrom über Verstärkers kann jedoch nicht zu hoch getrieben -werden, die Widerstände 37, 11, 41 und die Kontakte 7, 8 dem d. h., eine vierte Wechselspannungsverstärkerstufe könnte Widerstand 39 und Erde zufließt. Der Gleichstrom- 60 Schwierigkeiten dadurch bereiten, daß der Hilfsverstärker Eingangswiderstand der Anordnung ist also praktisch an sich unstabil wird, besonders bei einer geringen gleich dem Gitterableitwiderstand 24. kapazitiven Kopplung zwischen den feststehenden Kon-

Das Eingangsnetzwerk 37, 38, 11, 13, 12 dient für zwei takten 8 und 9. Die Gleichspannungsverstärkerstufe 65

Zwecke. Erstens dämpft es sehr stark die Wechsel- ergibt also auf einfache Weise eine weitere Verstärkung

Spannungskomponente der Signalspannung an den Ein- 65 des gleichgerichteten, geglätteten Korrektionssignals, und

gangsklemmen des Hilfsverstärkers. Zweitens schwächt die Kathodenverstärkerstufe 68 stellt eine einfache

es auch Ströme mit der Betriebsfrequenz f_g, die etwa Korrektionsspannungsquelle niedriger Ausgangsimpedanz

über die Widerstände 37 und 11 die Signalquelle durch- dar.

fließen, so daß diese keine entsprechenden Spannungs- Haupt- und Hilfsverstärker des geschilderten Auskomponenten an den Eingangsklemmen 4, 4' erzeugen. 7° führangsbeispiels sind Röhrenverstärker. Selbstverständ-

Claims (7)

ch kann die Verstärkeranordnung nach der Erfindung uch Verstärker anderen Typs und anderer Bauart, nsbesondere Transistorverstärker enthalten. Auch könnte nan andere Arten von Umformern verwenden, z. B. inen durch eine Lichtquelle gesteuerten elektronischen ichalter. Fig. 4 zeigt eine Abart der Eingangsstufe des Hilfs-■erstärkers. Das Verstärkerelement ist hierbei ein pnpirenzschichttransistor 42' in Emitterschaltung, wobei ier Widerstand 47, über welchen die zurückgeführte Vechselspannung auftritt, zwischen Emitter und Erde ;eschaltet ist. Die erforderliche negative Vorspannung i'ird der Basis über einen Widerstand 72 von der Minus- :lemme einer Speisequelle von z. B. 12 V zugeführt. Der kollektor ist über den Belastungswiderstand 43 an die - 12-V-Klemme und über den Kondensator 44 an die Steuerelektrode des Verstärkerelementes der nacholgenden Stufe angeschlossen. Die Stromverstärkung ines Grenzschichttransistors ist praktisch unabhängig 'on der zwischen Emitter und Kollektor angelegten ao jleichspannung, so daß es genügt, die zurückgeführten ,Vechselspanmingskomponenten dem Emitter des Traniistors zuzuführen, um eine Übertragung dieser Kompoienten durch den Hilfsverstärker zu verhüten oder venigstens sehr erheblich zu dämpfen. Fig. 5 zeigt eine andere Abart der Eingangsstufe des iilfsverstärkers. Hierbei ist die Pentode 42 durch zwei Trioden 42" in Kaskodenschaltung ersetzt; das Steuer- ;itter der zweiten Triode wird durch einen Spannungs- :eiler aus zwei Widerständen 73 und 74 auf konstantem Potential gehalten. Eine bekannte besondere Eigenschaft Ier Kaskodenschaltung ist die, daß die Anoden-Kathoden-■ipannung der ersten Triode durch die zweite Triode praktisch konstant gehalten wird. Es genügt somit, die surückgeführten Wechselspannungskomponenten der Ka- :hode der ersten Triode zuzuführen, um eine Übertragung lieser Komponenten durch den Hilfsverstärker zu verlüten. In einer praktischen Ausführungsform der Anordnung lach der Erfindung waren die Doppeltrioden 21 und 27 lurch zwei Pentoden und die Koppelwiderstände 30 und Ϊ4 durch Trioden ersetzt, deren Kathoden-Anoden-Strecke jeweils einen Zweipol mit konstantem Strom bildet. Die Betriebsfrequenz /"„ des Schalters 3 war 70 per/see, und die Zeitkonstante der Ausgangs- und Eingangsnetzwerke bzw.desGlättungsnetzwerkesbetrugO,15bzw.4OSekunden. Alle Widerstände waren übliche Widerstände mit einer Toleranz von rund 5% oder sogar 10°/0, und die Glühfäden aller Röhren wurden unmittelbar durch übliche Transformatoren mit 50 Hz Wechselstrom gespeist. Nach einer Anheizzeit von einer Minute und während einer Zeit von mehr als 5 Stunden blieb die Triftspannung oder die mittlere Änderung der Ausgangsbezugsspannung dieser Verstärkeranordnung kleiner als dem einer Signalspannungsänderung von 10 μ V entsprechenden Werte mit kurzen Änderungen von 50 μν. Die Stabilität der Anordnung bei verschiedenen Signalgleichspannungen war vorzüglich, und die Brummspannung bei kurzgeschlossenem Eingang war kleiner als 5 μν. Der maximale Verstärkungsfaktor war 8000 bzw. 16000 an einem Gegentaktausgang, und die maximale Ausgangsspannung war 100 bzw. 2 · 100 V bei einer Ausgangsimpedanz von 200 0hm bzw. 2 -200 Ohm. Die Übertragung war konstant von 0 bis mehr als 100000 per/sec und nahm bei 300000 per/sec um 3 db ab. Die Gleichspannungs-Eingangsimpedanz wurde nur durch den Gitterstrom (etwa 0,01 μΑ) der ersten Röhre des Hauptverstärkers bedingt. Die Verstärkung blieb konstant, und die Linearität war gut bei allen übertragenen Frequenzen und vorzüglich bei niedrigen Frequenzen. Fig. 6 zeigt ein Oszillogramm der Ausgangsspannung dieser praktischen Ausführungsform, bei Eingangsspannungsimpulsen von einer Dauer von 4 μββΰ und mit einer Grundfrequenz von 70000 per/sec. Die Ausgangsamplitude war 80 V und war noch dieselbe bei einer Signalgrundfrequenz von 70 oder 1000 per/sec. Bei einer Signalgrundfrequenz gleich der Betriebsfrequenz f0 des Schalters konnte keine Störung festgestellt werden. Patentansprüche:

1. Verstärkeranordnung für Gleich- und Wechselspannungen mit einem galvanisch gekoppelten Hauptverstärker und einem Wechselspannungshilfsverstärker, dem eine von der Eingangssignalspannung und eine von der Ausgangsspannung des Hauptverstärkers abgeleitete Spannung mittels eines Schalters wechselweise periodisch zugeführt wird, und dessen gleichgerichtete Ausgangsspannung zur Stabilisierung der Ausgangsbezugsspannung des Hauptverstärkers diesem mit der erforderlichen Polarität zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation von den Eingang des Hilfsverstärkers (2) erreichenden Änderungen der Signalspannung die entsprechenden Änderungen der vom Ausgang des Hauptverstärkers (1) abgeleiteten Spannung dem Hilfsverstärker in solchem Sinne zugeführt werden, daß dieser signalbedingte Schwankungen der Eingangsspannung des Hauptverstärkers nicht überträgt (Fig. 1).

2. Anordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen der von der Ausgangsspannung abgeleiteten Spannung der ersten Verstärkerstufe des Hilfsverstärkers zugeführt werden.

3. Anordnung nach Anspruch 2, in welcher die erste Verstärkerstufe des Hilfsverstärkers eine Elektronenröhre enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen der von der Ausgangsspannung abgeleiteten Spannung deren Kathode zugeführt werden (Fig. 3).

4. Anordnung nach Anspruch 3 mit einer Schirmgitterröhre, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen der von der Ausgangsspannung abgeleiteten Spannung auch deren Schirmgitter zugeführt werden.

5. Anordnung nach Anspruch 2, in welcher die erste Verstärkerstufe des Hilfsverstärkers einen Transistor in Emitter- oder Basisschaltung enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen der von der Ausgangsspannung abgeleiteten Spannung dessen Emitter- bzw. Basiselektroden zugeführt werden.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschaltkontakt (7) des Schalters mit einem Abgriff eines Spannungsteilers (14, 15) am Ausgang des Hauptverstärkers verbunden ist und dessen anderen Kontakte (8, 9) mit dem Eingang bzw. mit dem Ausgang des Hilfsverstärkers verbunden sind, so daß durch periodisches Kurzschließen des Ausgangs des Hilfsverstärkers über einen niederohmigen Teil des Spannungsteilers eine synchrone Gleichrichtung seiner Ausgangsspannung bewirkt wird, ferner im Gleichgewichts- oder Beharrungszustand die Signalspannungsquelle nicht belastet ist und die von der Eingangsspannung und von der Ausgangsspannung des Hauptverstärkers abgeleiteten Spannungen schließlich einander gleich sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6 mit einem Element zur Verstärkungsregelung vor mindestens einer Stufe des Hauptverstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung des Korrektionssignals von der Ausgangsspannung abgeleitete Spannung mittels eines