DE1104555B

DE1104555B - Counter-coupled pulse amplifier with a large linear range

Info

Publication number: DE1104555B
Application number: DEP18348A
Authority: DE
Inventors: Petar Palic; Friedrich Kirchner
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1957-04-13
Filing date: 1957-04-13
Publication date: 1961-04-13

Description

Gegengekoppelter Impulsverstärker mit großem Linearbereich Für Impulszähl- und Diskriminatorvorrichtungen, z. B. bei kernphysikalischen Messungen, werden Linearverstärker benötigt, die Impulse unterschiedlichster Amplitude in sehr kurzer zeitlicher Aufeinanderfolge einwandfrei verstärken müssen. Schwierigkeiten treten besonders dann auf, wenn Impulse mit sehr kleiner Amplitude in der Nähe von solchen mit sehr großer Amplitude erfaßt werden sollen, was besonders bei der y- und ß-Energiespektrenbestimmung vorkommt. Die derzeit bekannten Verstärker genügen für das Studium von Impulsverteilungen, wenn das Amplitudenverhältnis zwischen dem kleinsten und größtem Impuls etwa 1 : 20 beträgt. Bei noch kleineren Eingangsimpulsen muß das Verstärkungsmaß geändert werden, um ihre Amplitude für Meßzwecke ausreichend anzuheben. In diesem Fall würde jedoch ein auftretender besonders großer Impuls eine Übersteuerung des Verstärkers verursachen. Eine derartige Übersteuerung durch Impulse großer Amplitude würde nun aber ein Unterschwingen in der folgenden Verstärkerstufe bewirken und ein entsprechendes Überschwingen in der Verstärkerausgangsstufe ergeben. Das Überschwingen erzeugt unter Umständen einen an sich nicht vorhandenen Zählimpuls, während das Unterschwingen zur Amplitudenverfälschung der dicht nachfolgenden zu zählenden Impulse oder gar bei besonders kleinen nachfolgenden Impulsen zu deren Nichterfassung führen kann. Üblicherweise werden die von einem Strahlendetektor abgegebenen Impulse integriert und verstärkt, um an einer günstigen Stelle im Zuge des Verstärkers differenziert zu werden, damit sie als Zählimpulse für die Zählanordnung verwertbar sind.Counter-coupled pulse amplifier with large linear range For pulse counting and discriminator devices, e.g. B. in nuclear physical measurements, linear amplifiers required, the pulses of different amplitudes in a very short time sequence need to reinforce properly. Difficulties arise especially when impulses detected with very small amplitude in the vicinity of those with very large amplitude should be, which occurs especially when determining the y- and ß-energy spectra. The currently known amplifiers are sufficient for the study of momentum distributions, if the amplitude ratio between the smallest and largest pulse is about 1: 20 is. The gain must be changed for even smaller input pulses in order to raise their amplitude sufficiently for measurement purposes. In that case it would however, a particularly large impulse that occurs will overload the amplifier cause. Such an overdrive by pulses of large amplitude would now but cause an undershoot in the following amplifier stage and a corresponding one Overshoot in the amplifier output stage. The overshoot creates possibly a non-existent counting pulse during the undershoot for the amplitude falsification of the closely following pulses to be counted or even in the case of particularly small subsequent pulses, this can lead to their non-detection. The pulses emitted by a radiation detector are usually integrated and amplified to differentiate at a convenient point in the course of the amplifier to become so that they can be used as counting pulses for the counting arrangement.

Es hat nicht an Vorschlägen gemangelt, die geschilderten Schwierigkeiten bei Linearverstärkern zu umgehen oder diese Nachteile zu vermindern. In der angelsächsischen Literatur sind solche Verstärker unter dem Namen »long-tail paired« bekanntgeworden. Sie bestehen z. B. aus einer Doppelröhreneingangsstufe mit gemeinsamem Kathodenwiderstand und einer über RC-Glieder angekoppelten Ausgangsstufe, von der eine über RC-Glieder geführte Gegenkopplung für die Eingangsstufe abgenommen wird. Bei geeigneter Wahl der Kapazitäts- und Widerstandswerte für die Gegenkopplung sind diese Verstärker bei nicht zu großen Amplitudenverhältnissen zwischen starken und schwachen Impulsen durchaus übersteuerungsfest, d. h., die Verstärkung bleibt im Aussteuerbereich linear. Durch etwaige Übersteuerung dieses Bereiches bei starken Impulsen auftretende Ausgleichsvorgänge mit ihren Nebenerscheinungen, wie Unter- und Überschwingen, wurden durch zusätzliche Mittel, z. B. Dioden oder nichtlineare Korrekturglieder, gemindert, die jedoch bei einem Linearv erstärker nur mit besonderer Vorsicht anzuwenden sind.There was no shortage of suggestions, the difficulties outlined to circumvent or reduce these disadvantages with linear amplifiers. In the Anglo-Saxon Such amplifiers have become known in the literature as "long-tail paired". They consist e.g. B. from a double tube input stage with a common cathode resistance and an output stage coupled via RC elements, one of which is via RC elements guided negative feedback for the input stage is removed. With a suitable choice the capacitance and resistance values for the negative feedback are these amplifiers if the amplitude ratios between strong and weak pulses are not too large quite resistant to overload, d. This means that the gain remains linear in the dynamic range. Compensation processes occurring due to possible overriding of this range in the event of strong impulses with their side effects, such as under- and overshoot, were due to additional Means, e.g. B. diodes or non-linear correction elements, reduced, however, at a linear amplifier should only be used with particular caution.

Die Erfindung bezieht sich nun auf eine derartige Linearverstärkerstufe für unregelmäßig zeitlich aufeinanderfolgende Impulse unterschiedlichster Amplitude, die jedoch im Gegensatz zum Bekannten keine zusätzlichen korrigierenden Schaltelemente bzw. Impedanzen benötigt und einen wesentlich größeren linearen Aussteuerbereich besitzt, so daß um Größenordnungen höhere Amplitudenverhältnisse ohne nachteilige Nebenerscheinungen übertragbar sind. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsröhrenstufe anodenseitig galvanisch mit dem Steuergitter der Ausgangsröhrenstufe verbunden ist und kathodenseitig im Gegenkopplungszweig einer Kathodenfolgestufe in an sich bekannter Weise über einem gemeinsamen Kathodenwiderstand liegt und zur Gegenkopplung zwischen Ausgangs- und Eingangsstufe potentialmäßig dem an der Anode der Ausgangsstufe liegenden Steuergitter der Kathodenfolgestufe angepaßt ist.The invention now relates to such a linear amplifier stage for irregularly successive pulses of different amplitudes, However, in contrast to the known, no additional corrective switching elements or impedances and a much larger linear dynamic range possesses, so that magnitudes higher amplitude ratios without disadvantageous Side effects are transferable. It is characterized in that the input tube stage is galvanically connected on the anode side to the control grid of the output tube stage and on the cathode side in the negative feedback branch of a cathode follower stage in a known manner Way over a common cathode resistor and for negative feedback between Output and input stage in terms of potential to that lying at the anode of the output stage Control grid of the cathode follower is adapted.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele in Form von Schaltungen dargestellt.The drawing shows two exemplary embodiments in the form of circuits shown.

Ein von einem Differenzierg?ied oder einem Vorverstärker gelieferter Impuls negativer Polarität wird nach Fig. 1 dem Steuergitter 1 eines Elektronenröhrensystems 2 zugeführt, das mit einem als Kathodenfolgestufe geschalteten Röhrensystem 3 einen gemeinsamen Kathodenwiderstand 4 besitzt. Die Anode 5 des Röhrensystems 2 ist vor dem Anodenwiderstand 6 direkt mit dem Gitter 7 einer Ausgangsstufe 8 verbunden. Deren Anode 9 ist mit dem Gitter 10 des Röhrensystems 3 direkt oder über einen Widerstand 11 verbunden.One supplied by a differentiator or preamplifier A pulse of negative polarity is shown in FIG. 1, the control grid 1 of an electron tube system 2 supplied, which is connected to a tube system 3 connected as a cathode follower stage common cathode resistor 4 has. The anode 5 of the tube system 2 is in front the anode resistor 6 is connected directly to the grid 7 of an output stage 8. Their anode 9 is connected to the grid 10 of the Tube system 3 directly or connected via a resistor 11.

An der Anode 9 kann der verstärkte Ausgangsimpuls von gleicher Polarität wie der des Eingangsimpulses abgenommen und über Kondensator 12 einer Zählanordnung zugeleitet werden. Dieser Ausgangsimpuls wird gleichzeitig auf das Gitter 10 des Röhrensystems 3 gegeben und bewirkt dadurch am Kathoden--,viderstand 4 einen Impuls, der zum an der Anode 5 stehenden Impuls eine entgegengesetzte Polarität besitzt, so daß bei geeigneter Wahl der Spannungsverhältnisse eine Übersteuerung des Verstärkers und Überschwingen sowie Unterschwingen in Folge eines besonders starken Impulses vermieden sind. Da in der gesamten Verstärkerstufe keine zusätzlichen Impedanzen vorhanden sind, ist kein Anlaß zu insbesondere bei höheren Frequenzen leicht auftretenden Phasendrehungen gegeben, die die gewünschte Gegenkopplung in eine unerwünschte Mitkopplung umwandeln würden.At the anode 9, the amplified output pulse of the same polarity as that of the input pulse can be picked up and fed via capacitor 12 to a counting arrangement. This output pulse is simultaneously applied to the grid 10 of the tube system 3 and thereby causes a pulse at the cathode resistor 4 which has an opposite polarity to the pulse at the anode 5, so that with a suitable choice of the voltage ratios, the amplifier and Overshoots and undershoots as a result of a particularly strong impulse are avoided. Since there are no additional impedances in the entire amplifier stage, there is no reason for phase rotations which occur easily, especially at higher frequencies, which would convert the desired negative feedback into undesired positive feedback.

Die im Ausführungsbeispiel beschriebenen Trioden-Systeme können gegebenenfalls auch durch Mehrelektrodensysteme ersetzt werden, ohne daß die Vorteile der Erfindung verlorengehen.The triode systems described in the exemplary embodiment can optionally can also be replaced by multi-electrode systems without the advantages of the invention get lost.

Nach Fig. 2 wird z. B. als Eingangsstufe eine an sich bekannte Cascode-Stufe benutzt, die aus einer Röhre 13 in Kathodenbasisschaltung besteht, an deren Anode 14 eine Gitterbasisstufe 15 liegt, deren Anode 16 direkt mit dem Gitter 7 der Ausgangsstufe 8 verbunden ist.According to Fig. 2, for. B. used as the input stage a known cascode stage, which consists of a tube 13 in a cathode base circuit, at the anode 14 of which there is a grid base stage 15, the anode 16 of which is directly connected to the grid 7 of the output stage 8 .

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Counter-coupled pulse amplifier with large linear range for irregularly consecutive pulses of different amplitudes, characterized in that the input tube stage is galvanically connected to the anode side is connected to the control grid of the output tube stage and on the cathode side in the negative feedback branch a cathode follower stage in a manner known per se over a common cathode resistor and for negative feedback between the output and input stage in terms of potential the control grid of the cathode follower stage located at the anode of the output stage is adapted.

2. Counter-coupled linear amplifier stage according to claim 1, characterized characterized in that a cascode stage serves as the input tube, in which the cathode base stage is directly coupled to the output tube via a grid base stage. Into consideration Printed publications: Radio Magazin mit Fernsehmagazin, 7/1954, pp. 205, 206; Techn. Zentralblatt, 1956, pp. 818, 819.