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Anordnung zur Übertragung elektrischer Ladungen zwischen Speicherelementen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Übertragung einer elektrischen
Ladung oder zur zeitlich aufeinanderfolgenden Übertragung mehrerer elektrischer
Ladungen von einem oder mehreren Speicherelementen, die eine elektrische Ladung
unter Bildung einer Potentialdifferenz zwischen ihren Klemmen speichern, auf ein
anderes Speicherelement, insbesondere zur Verwendung als Meßvorrichtung für beliebige,
physikalische Größen darstellende Ladungspotentiale.
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Ein in der Elektronik häufig angewendetes Arbeitsprinzip besteht
darin, elektrische Ladungen, die in Speicherelementen, wie z. B. Kondensatoren,
gespeichert werden können, als Maßeinheit zur Darstellung bestehender Betriebsbedingungen
zu verwenden oder aber sie zur messenden Erfassung von Veränderungen heranzuziehen,
die in bestehenden Betriebsbedingungen eintreten.
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Es ist auch bekannt, durch eine beliebig bewirkte Ladungsübertragung
zwischen verschiedenen Speicherelementen die integrierende Wirkung auszunutzen,
die entsteht, wenn das die Ladungen übernehmende Element wesentlich größer ist als
das die Ladungen abgebende So gelingt es z. B. leicht, durch die Ubertragung der
Einzelladungen eines oder mehrerer Kondensatoren auf einen die Einzelladungen summierenden
anderen Kondensator einen Summenwert für die Gesamtheit der Einzelladungen zu bilden.
Dabei können die Einzelladungen Maßeinheiten beliebiger physikalischer Größen repräsentieren,
während das Summenergebnis dem Integral dieser Maßeinheiten, z. B. über der Zeit
oder einer anderen Veränderlichen, entspricht.
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Diese bekannte Meßmethode wies jedoch bisher einen wesentlichen Mangel
auf, nämlich den, daß bei der Überführung der Ladungen eines Einzelkondensators
in den Summenkondensator niemals eine vollständige Ladungsüberführung eintrat, sondern
immer nur ein Ladungsausgleich zwischen den beiden beteiligten Kondensatoren zustande
kam. Es verblieb also jeweils ein bestimmter Ladungsrest in dem Kondensator, dessen
Ladung übergefiihrt werden sollte.
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Mit steigender Spannung am Summenkondensator vergrößerte sich von
Übertragungsvorgang zu Übertragungsvorgang dieser verbleibende Rest, so daß untereinander
ungleiche, in ihrer Größe stetig abnehmende Spannungsschritte am Summenkondens ator
die Folge waren. Für viele Verwendungszwecke, und zwar besonders dort, wo es sich
um die Messung von Absolutwerten handelte, war daher dieses Meßprinzip überhaupt
nicht oder nur bedingt und unter Einsatz komplizierter Hilfsmaßnahmen brauchbar.
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Gemäß der Erfindung gelingt eine vollständige Überführung der Ladung
eines Speicherelementes in ein anderes, ausgehend von der eingangs genannten Anordnung,
dadurch, daß ein Gleichstromverstärker vorgesehen ist, der durch das Potential an
den Klemmen des die Ladung abgebenden Speicherelementes derart gesteuert wird, daß
in einem Gegenkopplungsstromkreis unter dem Einfluß der Ausgangsspannung des Verstärkers
ein Stromfluß durch eine Impedanz, über der während der Ladungsübertragung eine
zur Messung bzw. Anzeige geeignete Potentialdifferenz besteht, und die in Reihe
mit ihr und untereinander geschalteten, abgebenden und aufnehmenden Speicherelemente
zustande kommt, der während der Ladungsübertragung einen Verschiebungsstrom bildet,
eine vollständige Entladung bis zum Potential »Null « des abgebenden Speicherelementes
herbeiführt und die Ladung des aufnehmenden Speicherelementes um den Betrag der
von dem abgebenden Speicherelement abgegebenen Ladung in einem Sinne
verändert,
der von der Polarität der übernommenen Ladung abhängt.
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Diese Anordnung bewirkt, daß die im au£nehmenden Speicher verbleibende
Gesamtladung gespeichert wird. Dabei ergibt auch die Summenbildung aus übertragenen
Einzelladungen Meßwerte, die dem Absolutwert der Summe aus den die Meßeinheiten
repräsentierenden und in das aufnehmende Speicherelement überführtenEinzelladungen
entsprechen. Der zur Erreichung dieses Resultates nach der Erfindung notwendige
Aufwand von Schaltelementen ist denkbar gering, und dementsprechend sind diese auch
nur wenig störungsanfällig.
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Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist die Messung beliebiger physikalischer
Größen. Eine Aufgabe dieser Art besteht beispielsweise in der Fotometrie bei der
Messung und Auswertung von Einzel-Lichtwerten in Farbfoto-Kopiervorrichtungen. Kommen
hierbei Meßverstärker in Verbindung mit Fotozellen zur Bestimmung der Lichtwerte
zur Anwendung, so ist es leicht möglich, den Lichtwert für jede einzelne Farbe durch
die Spannung bzw. Ladung je eines Kondensators auszudrücken. Diese Spannungen müssen
während einiger Zeit gespeichert und dann algebraisch, d. h. additiv oder subtraktiv,
vollständig und ohne jeden Verlust auf einen Summenkondensator übertragen werden
können, dessen Ladung sodann den totalen Lichtwert bzw. die Gesamtbelichtungszeit
bei gegebener Helligkeit bestimmt. Die Erfindung erfüllt sämtliche der bestehenden
Forderungen. Eine Anwendung auf anderen Gebieten der Physik und vor allem der Elektronik
ist entweder direkt oder mit nur geringfügigen Abwandlungen, die sich im wesentlichen
auf die Einbringung der die Maßeinheiten repräsentierenden Ladungen in das erste
Speicherelement beziehen, ohne weiteres möglich. Neben dem wichtigen Kennzeichen
einer vollständigen Überführung der Ladungen des einen Speicherelementes in das
zweite ist hier vor allem die durch die Erfindung gegebene Möglichkeit von Bedeutung,
die Meßwerte praktisch verlustlos festzuhalten und Meßwerte zu integrieren.
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Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht vor, daß parallel
zu der Impedanz eine Meßeinrichtung geschaltet ist, die die an der Impedanz während
der Ladungsübertragung zusätzlich auftretende Potentialdifferenz in Ladungseinheiten
des die Ladung aufnehmenden Speicherelementes anzeigt.
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Zum Gebrauch in dem Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist das die
Ladung abgebende Speicherelement eine in Reihe mit einer Spannungsquelle liegende
Fotozelle.
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Einzelheiten und weitere Vorteile der praktischen Ausführung der
Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung an Hand der Zeichnungen, und zwar zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 2 ein vereinfachtes
Schaltschema der Anordnung nach der Erfindung, Fig. 3 eine praktische Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Anordnung, die für unterschiedliche Anwendungsgebiete brauchbar
ist, und Fig. 4 ein Schaltschema einer mit einer Fotozelle arbeitenden Anordnung,
die als Zusatzgerät benutzt werden und dazu dienen kann, das Zeitintegral des Fotozellenstromes
zu messen.
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In dem Blockschaltbild der Fig. 1 ist ein Verstärker dargestellt,
der einen phasenmäßig so angeschlosse-
nen Rückkopplungskreis enthält, daß vom Ausgang
des Verstärkers eine Gegenkopplung auf dessen Eingangskreis wirkt. Verstärker dieser
Art sind allgemein bekannt und können so ausgelegt werden, daß die Gesamtverstärkung
des Verstärkers »Eins« ist.
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Gemäß der Erfindung wird ein derartiger Verstärker verwendet, und
zwar, genauer gesagt, ein solcher, in dem eine direkte galvanische Kopplung zwischen
den einzelnen Stufen zur Anwendung kommt, so daß seine untere Frequenzgrenze bei
0 Hertz liegt, d. h. auch Gleichstrom durchgelassen wird. Dieser Verstärker wird
im folgenden auch aus diesem Grunde als Gleichstromverstärker bezeichnet.
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Das Speicherelement 5, von dem aus die tÇbertragung der elektrischen
Ladungen erfolgen soll, ist im einfachsten Falle ein Kondensator und als solcher
in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Dieser Kondensator 5 liegt im Eingangskreis des
Verstärkers zwischen der Kathode 6 und dem Gitter 7 einer Eingangsröhre 8.
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Das die Ladung aufnehmende Speicherelement 10, in das die Ladung des
Speicherelementes 5 übergeführt werden soll, ist in den Zeichnungen als Kondensator
dargestellt, der in Reihe mit dem Kondensator 5 geschaltet ist und im Gegenkopplungkreis
des Verstärkers liegt.
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Die Elektrizitätsmenge bzw. die Ladung, die ein aufgeladener Kondensator
enthält, hängt von dessen Größe und der an seinen Klemmen bestehenden Potentialdifferenz
ab, und zwar gemäß der Formel Q = C U, worin Q die gespeicherte Elektrizitätsmenge,
C die Kapazität des Kondensators und U dessen Klemmenspannung bedeutet.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird die an den Klemmen des Kondensators
vorhandene Potentialdifferenz durch geeignete elektronische Mittel festgestellt
bzw. abgetastet, und diese Mittel steuern ihrerseits geeignete andere Mittel, die
einen Stromfluß in einem Stromkreis erzeugen, mit dem ein anderer Kondensator in
Reihe geschaltet ist, und wobei der Strom in der Entladungsrichtung des ersten Kondensators
fließt. Der Stromfluß stellt dabei den Verschiebungsstrom des ersten Kondensators,
der entladen wird, dar, während der zweite Kondensator durch den gleichen Strom
aufgeladen wird. Die elektronischen Mittel, die die Spannung an den Klemmen des
ersten Kondensators feststellen bzw. abtasten, sprechen sowohl auf deren Polarität
als auch auf deren Größe an. Daher hört der Stromzufluß jeweils dann von selbst
auf, wenn die Klemmenspannung des die Ladung abgebenden Kondensators zu »Null« wird,
was immer dann der Fall ist, wenn sich der Kondensator ganz entladen hat. Der die
Ladung abgebende Kondensator wird daher ständig im Gleichgewichtszustand der Anordnung
auf dem Potential »Null« gehalten, und jede Störung dieses Gleichgewichtszustandes
bewirkt einen Stromfluß, der diesen Gleichgewichtszustand wiederherstellt. In dieser
Hinsicht arbeitet die erfindungsgemäße Anordnung eigenstabil.
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Die Schaltung der Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform
der Erfindung mit einem zweistufigen, direkt gekoppelten Röhrenverstärker, der eine
Eingangsröhre 8 (Tnode)besitzt, an deren Kathode 6 ein Lastwiderstand 12 liegt,
dessen anderes Ende mit dem negativen Anschlußl3a einer Spannungsquelle
verbunden
ist, die in der Zeichnung beispielsweise aus einer Batterie 13 besteht. Die Anode
14 der Röhre 8 ist über eine Leitung 15 an einen geeigneten Abgriff 13 b der Batterie
13 angeschlossen. Die Eingangsstufe des Verstärkers stellt eine Kathodenverstärkerstufe
dar, die direkt an eine zweiteVerstärkerstufe angekoppelt ist, welche die Röhre
16 (Triode) enthält, und wobei die Kopplung über eine Verbindungsleitung 20 von
der Kathode 6 auf das Gitter 17 der Röhre 16 erfolgt. Die Anode 18 der Röhre 16
ist über einen Lastwiderstand 19 an den höchsten Anschlußpunkt 13 c der Batterie
13 gelegt. Von der Anode 18 führt ein abgezweigter Stromkreis über eine Gasentladungsröhre
21 (z.B. Glimmlampe) und einen als Impedanz wirkenden Widerstand 22 zum negativen
Anschluß 13 a der Batterie 13. Die Kathode 23 der Röhre 16 ist an einen entsprechend
gewählten Abgriff 13 d der Batterie 13 angeschlossen, um dem Gitter 17 über den
Lastwiderstand 12 eine negative Vorspannung zu erteilen und um ferner den Spannungsabfall
zu kompensieren, der durch den Anodenruhestrom der Röhre 8 an dem Widerstand 12
entsteht.
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In den Eingangskreis der Röhre 8 ist zwischen das mit einer Eingangsklemme
11 verbundene Gitter 7 und die Kathode 6 der Lastwiderstand 12 und der zwischen
negativem Anschluß 13 a und Abgriff 13 d liegende Teil der Batterie 13 eingeschaltet,
und an dem Abgriff 13 d der Batterie liegt außer der Kathode 23 noch eine zweite
Eingangsklemme 24. Die am Ausgang der Röhre 16 liegende Gegenkopplungsschleife ist
an dem Verzweigungspunkt 25' der Gasentladungsröhre 21 und des Widerstandes 22 angeschlossen
und führt über eine Leitung 25 zum Gitter 7 der Eingangsstufe, wobei der Kondensator
10 in diesen Stromkreis in Reihe geschaltet ist. Ein Schalter 26 überbrückt den
Kondensator 10, so daß dieser, wenn gewünscht, kurzgeschlossen werden kann. Der
Kondensator 5, der entladen werden soll, wird, wie durch Pfeile angedeutet, an die
Klemmen 11 und 24 angeschlossen, die den Eingang des Verstärkers darstellen.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegen die Kondensatoren 5 und 10 in
Reihe in einem Stromkreis mit niedriger Impedanz, bestehend aus zwei Zweigen, von
denen der eine über die Leitung 25, den Widerstand 22 und einen Teil der Batterie
13, nämlich zwischen den Abgriffenl3a und 13 d, zur zweiten Eingangsklemme 24 führt,
während der andere Zweig die Gasentladungsröhre21, den Widerstandl9 und die ganze
Batterie 13 einschließt.
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Der Anodenkreis der Röhre 16 ist als über die Gasentladungsröhre
21 an den eigentlichen Gegenkopplungsstromkreis gekoppelt zu denken, wobei dieser
eigentliche Gegenkopplungsstromkreis den Widerstand 22, den Kathodenwiderstand 12,
die Kathode 6, das Gitter 7 und den Kondensator 10 enthält. Bei Betrachtung der
Anordnung nach Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Schaltelemente 19,21,22 einen Spannungsteiler
bilden, von dem das Element 21, d. h. die Gasentladungsröhre, einen nahezu konstanten
Spannungsabfall bei unterschiedlichem Stromfluß in einem bestimmten Arbeitsbereich
besitzt. Die Das entladungsröhre bewirkt, sobald die obenerwähnten Gleichgewichtsbedingungen
der Anordnung gestört werden, eine nahezu verlustlose Übertragung der Spannungsschwankungen
im Anodenkreis der Röhre 16 auf den Gegenkopplungskreis und damit sowohl
auf den
Kondensator 10 als auch auf den Widerstand 22. Damit wird sowohl das Potential am
Kondensator 10 als auch der im Ruhezustand vorhandene Spannungsabfall an dem Widerstand
22 verändert und, da der Verstärkungsfaktor der Anordnung zu »1« festgelegt wurde,
die gesamte Ladung auf den Kondensator 10 übertragen und zugleich ein zur Messung
oder Anzeige geeigneter zusätzlicher Spannungsabfall über den Widerstand 22 erzeugt.
Der bei der Ladungsübertragung auftretende Verschiebungsstrom fließt durch die obengenannten
Schaltelemente des eigentlichen Gegenkopplungsstromkreises.
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Wird die Potentialdifferenz am Kondensator 5 »Null«, d. h., ist seine
Ladung vollständig auf den Kondensator 10 übertragen, so sinkt die Anodenspannung
der Röhre 16, der Spannungsabfall am Anodenwiderstand 19 sinkt auf seinen Normalwert,
und wegen der Schaltung als Spannungsteiler sinkt auch der Spannungsabfall über
dem Widerstand 22 auf seinen Normalwert, bei dem das Anzeigegerät 50 infolge seiner
Kompensationsspannung (Batterie 27) »Null« anzeigt. Auf die beschriebene Weise kann
der - zusätzliche - Spannungsabfall über dem Widerstand 22 unter dem Einfluß der
Ausgangsspannung im Anodenkreis der Röhre 16 gesteuert werden.
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Es wurde vorausgesetzt, daß der Kondensator 5 eine gewisse Ladung
enthält, die auf den Kondensator 10 übertragen werden soll. Wie diese Ladung auf
den Kondensator 5 gelangte, ist im Zusammenhang mit der Erfindung unwesentlich.
Die Ladung kann aus einem elektrischen Stromkreis stammen, in dem sie eine gewisse,
variable und von der Zeit abhängige physikalische oder andere Größe darstellt, sie
kann aber auch in Energie bestehen, die z. B. aus einer Strahlung herrührt, welche
durch kernphysikalische Vorgänge erzeugt wurde, oder aus irgendwelchen anderen Quellen
kommen.
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Es ist auch möglich, nacheinander verschiedene, den Kondensator 5
ersetzende Kondensatoren mit unterschiedlichen Ladungen und unterschiedlichen Polaritäten
an die erfindungsgemäße Anordnung zur Übertragung elektrischer Ladungen anzuschließen
und die Gesamtsumme ihrer Ladungen im Kondensator 10 zu speichern.
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Mit anderen Worten: Je nach der Klemmenspannung und der Polarität
der Ladung des Kondensators 5 wird der Kondensator 10 eine Gasamtladung erhalten
die der Summe der Einzelladungen der zwischen den Anschlüssen 11 und 24 angelegten
Kondensatoren entspricht. Bei einer bestimmten Polarität der Ladung des Kondensators
5 wird sich die im Kondensator 10 gespeicherte Ladung vergrößern, während bei der
umgekehrten Polarität der Ladung des abgebenden Kondensators 5 sich die Gesamtladung
des aufnehmenden Kondensators 10 verkleinern wird. Wie weiter unten noch klarer
ersichtlich wird, hängt die Ladung des Kondensators 10 von der Richtung des Stromflusses
in der Gegenkopplungsschleife ab, und dieser Strom kann entweder die bereits vorhandene
Ladung des Kondensators 10 vergrößern oder verkleinern.
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Parallel zum Widerstand 22 ist ein Voltmeter 50 angeschlossen, das
mit einer durch die Batterie 27 angedeuteten Spannungsquelle in Reihe liegt. Die
durch die Batterie 27 gegebene Vorspannung dient zur Kompensation des am Widerstand
22 infolge des durch ihn fließenden Ruhestromes ständig auftretenden Spannungsabfalles.
Durch diese Maßnahme wird
erreicht, daß durch das Voltmeter 50 nur
die Spannungsänderungen angezeigt werden, die am Widerstand 22 durch den jeweils
fließenden Gegenkopplungsstrom bzw. Verschiebungsstrom während einer Ladungsübertragung
erzeugt werden.
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In Fig. 3 ist eine Schaltung für eine praktische Ausführung der erfindungsgemäßen
Anordnung zur tÇbertragung elektrischer Ladungen dargestellt.
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Hier ist die Spannungsquelle durch ein stabilisiertes Stro,mversorgungsgerät51
ersetzt, das in der Schaltung symbolisch als Block angedeutet ist und das aus einem
beliebigen, stabilisierten Gleichrichtergerät bekannter Ausführung bestehen kann,
das seinen Strom aus dem Wechselstromnetz erhält.
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Die einzelnen Betriebsspannungen für die Anordnung werden einem Spannungsteiler
entnommen, der am Ausgang des Stromversorgnngsgerätes liegt und der aus den in Reihe
geschalteten Widerständen 28, 29, 30, 31 und 32 besteht.
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Die zweite Verstärkerstufe enthält als Verstärkerröhre eine Pentode,
die die notwendige Gegenkopplung zur Erreichung des im wesentlichen »Eins« betragenden
Verstärkungsfaktors liefert. Das Schirmgitter der Pentode 16' ist mit dem Verbindungspunkt
der Widerstände28 und 29 verbunden, und das Bremsgitter 36 liegt in üblicher Weise
an der Kathode 23.
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An Stelle des einzelnen Kondensators 10 kann auch jeweils einer aus
einer Gruppe von Kondensatoren 10, 10a und 10b wahlweise mittels des Umschalters
37 in die Anordnung eingeschaltet werden.
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Die Kondensatoren der Gruppe können unterschiedliche Kapazitäten besitzen.
Zum Beispiel kann der Kondensator 10d den zehnfachen Wert des Kondensators 10 haben
und der Kondensator lOb zehnmal so groß sein wie der Kondensator 10 a usw., oder
es können entsprechende Kapazitätsverhäftnisse gewählt werden, je nachdem, für welchen
besonderen Verwendungszweck das System vorgesehen ist. Die Empfindlichkeit des Systems
ist dabei um so größer, je niedriger die Kapazität des Kondensators ist.
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Das zur Anzeige diende Voltmeter ist, wie vorher beschrieben, dem
Widerstand 22 parallel geschaltet, und die Kompensationsspannung wird an einem ein
stellbaren Abgriff am Widerstand 22 abgenommen.
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Die vorgesehene Arbeitsweise der Einrichtung macht es erforderlich,
den Gitterstrom in der Eingangsröhre auf einem Minimum zu halten; anderenfalls würde
sich der aufnehmende Speicherkondensator, der aus der Gruppe ausgewählt wurde, über
die Röhre entladen. Die als Kathodenverstärker ausgebildete Eingangsstufe verringert
die Neigung zur Entstehung von Gitterströmen und gestattet die Verwendung einer
üblichen Triode mi kleinem Durchgriff als Eingangsröhre. So kann z. B. die in großen
Stückzahlen hergestellte und preiswerte Type 6 F5 an Stelle der viel teureren Elektrometerröhren,
wie z. B. der Type FP-54, verwendet werden. Die vorgesehene Regelungsmöglichkeit
der Anodenspannung für die Röhre 8 durch den verschiebbaren Abgriff am Widerstand
30 gestattet die Wahl eines Arbeitspunktes, in dem der Gitterstrom für alle vorkommenden
Verwendungszwecke praktisch zu »Null« wird.
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Wenn die Anordnung zur Ladungsübertragung be nutzt werden soll, wird
zuerst der Schalter 26 geschlossen, um jede eventuell noch bestehende Ladung der
Kondensatoren 10, 10 a oder 10 b zu beseitigen.
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Wird der Schalter 26 dann geöffnet, so nimmt der
durch den Schalter
37 jeweils in den Stromkreis eingeschaltete Kondensator eine Grundladung auf, die
dem durch die hohe Gegenkopplung bedingten Stabilisierungsverhältnis des Verstärkers
entspricht, der bestrebt ist, das Gitter 7 auf dem Potential der Kathode 6 zu halten.
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Wird nun ein geladener Kondensator an die Anschlüssell und 24 gelegt,
wie dies durch den in unterbrochenen Linien eingezeichneten Kondensator 5 angedeutet
ist, so erzeugt die damit auf das Gitter 7 gebrachte Spannung einen Stromfluß durch
den Kathodenwiderstand 12, dem sofort durch eine Gegenkopplungsspannung entgegengewirkt
wird, die infolge des Anodenstromes der Röhre 16' im Widerstand 22 erzeugt wird.
Da der hierbei auftretende Spannungsabfall am Widerstand 22 einen Stromfluß in der
Gegenkopplungsschleife hervorruft, der durch den jeweils in den Stromkreis eingeschalteten
Kondensator der Gruppe 10, 10 a, 10 b fließen und auch über den zwischen den Anschlüssen
11 und 24 liegenden Kondensator gehen muß, findet eine Ladungsübertragung statt.
Diese Ladungsübertragung dauert so lange an, bis die Spannung zwischen den Anschlüssenll
und 24 »Null« geworden ist, d. h. bis zu dem Zeitpunkt, in dem der an diesen Anschlüssen
liegende Kondensator 5 entladen ist. Die in dieser Weise auf den jeweils aus der
Gruppe eingeschalteten Kondensator 10, 10 a oder 10 b übertragene Ladung bleibt
über eine verhältnismäßig lange Zeit erhalten, da kein anderer Entladungsweg vorhanden
ist, außer dem durch den Gitterstrom der Röhre 8 gegebenen und dem, den die Dielektrizitätsverluste
im Kondensator bedingen. Der Grund hierfür liegt darin, daß jede Neigung zu einer
Entladung über den Gitterstromkreis ein Eingangssignal für die Röhre 8 ergibt, welches
die Gegenkopplung sofort wieder auszugleichen bestrebt ist, um die Gleichgewichtsbedingungen
in der Anordnung aufrechtzuerhalten.
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Die Ladung des Speicherkondensators 10 erzeugt eine Spannung zwischen
seinen Klemmen, und die Gegenkopplungsspannung muß notwendigerweise ebenso groß
werden wie diese Spannung, da der Verstärker eine Gesamtverstärkung hat, die praktisch
»Eins« ist. Die Betriebswerte der Schaltung werden so gewählt, daß der Spannungsabfall
am Widerstand 22 eine Gegenkopplungsspannung ergibt, die dem Verstärker einen Verstärkungsgrad
von »Eins« erteilt. Demgemäß steht diese durch ein genügend hochohmiges Voltmeter
angezeigte Spannung in einem bestimmten Verhältnis zu der übertragenen Ladung, so
daß die Anzeigeskala des Voltmeters 50 anstatt in Spannungswerten auch in Ladungseinheiten
geeicht werden kann. Diese Eichung kann für einen bestimmten Kondensatorwert erfolgen,
und für andere Werte von Kondensatoren, die in den Stromkreis eingeschaltet werden,
muß die Anzeige des Voltmeters jeweils mit einem bestimmten Faktor multipliziert
werden.
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In Fig. 4 ist ein vereinfachter Fotozellenstromkreis dargestellt,
der zusammenmit der erfindungsgemäßen Anordnung zur Übertragung elektrischer Ladungen
Verwendung finden kann, um das Zeitintegral des Fotozellenstromes zu messen. Dies
ist besonders wichtig im Zusammenhang mit fotometrischen Aufgaben unterschiedlicherArt,
so z. B. zur Messung der Empfindlichkeit fotometrischer Werkstoffe, der Belichtungszeit
für fotografische Filme, der Lichtintensität usw.
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Der Fotozellenstromkreis besteht aus einer Fotozelle 40, die eine
Kathode 41 und eine Anode 42 besitzt und die in Reihe mit einer Spannungsquelle
43 und dem Ausgangsanschluß 45 der Anordnung geschaltet ist. Der negative Anschluß
der Spannungsquelle liegt am Ausgangs anschluß 46 der Anordnung.
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Die Funktion von Fotozellenstromkreisen ist allgemein bekannt. Auf
die Kathode 41 fallendes Licht macht aus dieser Elektronen frei, die einen Stromfluß
durch die Fotozelle von der Spannungsquelle zur Anode 42 hervorrufen, wenn der Stromkreis
über die Anschlüsse 45 und 46 geschlossen ist. Dieser Strom steht in einem direkten
Verhältnis zur Intensität des auf die Kathode 41 fallenden Lichtes.
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Werden die Anschlüsse 45 und 46 des Fotozellenstromkreises mit den
Anschlüssen 11 bzw. 24 der erfindungsgemäßen Anordnung zur Übertragung elektrischer
Ladungen nach Fig. 3 verbunden, so erzeugt der Fotozellenstrom, der durch die Erregung
der Fotozelle entsteht, eine Signalspannung im Eingangskreis der Röhre 8. Infolge
der Gegenkopplung wird eine Spannung gleicher Höhe, jedoch mit entgegengesetzter
Phasenlage, dem Gitter 7 zugeführt, und der Gegenkopplungsstrom lädt den durch den
Schalter 37 in den Stromkreis eingeschalteten Speicherkondensator auf. Solange ein
Fotozellenstrom fließt, wird der durch den Schalter 37 ausgewählte Kondensator geladen,
da der Verstärker während dieser Zeit einen Gegenkopplungsstrom durch den Widerstand
22 schickt und dieser Strom auch über den Kondensator fließen muß.
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Hieraus ergibt sich, daß eine Eingangserregung des Verstärkers durch
ein Gleichstrompotential bestimmten Wertes jeweils den Kondensator aufladen wird,
der durch den Schalter 37 mit dem Gitter 7 verbunden ist, und zwar in einem Maße,
das von der Kapazität des ausgewählten Kondensators und dem Widerstand des Eingangsstromkreises
zwischen den Anschlüssen 11 und 24 abhängt, wobei der Widerstand des Gegenkopplungsstromkreises
vernachlässigt werden kann. Die Grenzen dieses Ladungsvorganges sind durch die Konstanten
des Stromkreises, die verwendeten Röhren und auch durch die Leistungsfähigkeit des
Stromversorgungsteiles 51 gegeben. Die Anordnung erreicht einen Sättigungszustand,
wenn die Spannung des Stromversorgungsteiles nicht mehr ausreicht, um eine weitere
Verstärkung durch die Röhre 16 zu ermöglichen, und dementsprechend tritt dann keine
weitere Änderung in der Größe des Gegenkopplungsstromes ein.
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Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß der Fotozellenstrom
jeweils durch den aus der Gruppe 10 ausgewählten Kondensator integriert wird und
daß dessen Ladung gemäß der an ihm liegenden Spannung proportional dem Zeitintegral
des Fotozellenstromes ist. Die erfindungsgemäße Anordnung zur Übertragung elektrischer
Ladungen erlaubt eine genaue und einfache Auswertung dieses Zeitintegrals durch
Anzeige der am Kondensator liegenden Spannung, ohne daß dieser bei Aufhören des
Fotozellenstromes gleichzeitig entladen wird. Daher bleibt die Kondensatorladung
auch dann erhalten, wenn die Eingangserregung des Verstärkers aufgehört hat, und
kann weiter bei einer eventuellen Addition bzw. Subtraktion von Ladungen ausgewertet
werden.
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In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung zur Bestimmung
der Belichtungszeit fotografischer Materialien durch Röntgen- oder andere Strah-