DE1131265B - Anordnung zur UEbertragung elektrischer Ladungen zwischen Speicherelementen - Google Patents

Anordnung zur UEbertragung elektrischer Ladungen zwischen Speicherelementen

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DE1131265B
DE1131265B DEG15666A DEG0015666A DE1131265B DE 1131265 B DE1131265 B DE 1131265B DE G15666 A DEG15666 A DE G15666A DE G0015666 A DEG0015666 A DE G0015666A DE 1131265 B DE1131265 B DE 1131265B
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Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zum Gebrauch in dem Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist das die Ladung abgebende Speicherelement eine in Reihe mit einer Spannungsquelle liegende Fotozelle.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In Fig. 3 ist eine Schaltung für eine praktische Ausführung der erfindungsgemäßen Anordnung zur tÇbertragung elektrischer Ladungen dargestellt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In einer praktischen Ausführungsform der Erfindung zur Bestimmung der Belichtungszeit fotografischer Materialien durch Röntgen- oder andere Strah-

Claims (5)

  1. len haben sich die folgenden Betriebsswerte für die Schaltelemente der Anordnung nach Fig. 3 bewährt: Widerstand 12 . . 470000 Ohm Widerstand 19 . 20 000 Ohm Widerstand 22 12000 Ohm Widerstand 28 . 6000 Ohm Widerstand 29 . 1000 Ohm Widerstand 30 9 9000 Ohm Widerstand 31 .. 200 Ohm Widerstand 32 .. 1200 Ohm Kondensator 10 . 0,03 tkF Kondensator 10 . 0,3 FtF Kondensator iOb .. 3,0 FtF Speisespannung . 300 Volt Röhrenbestückung: Röhre 8 . . . Typ 6 F 5 Röhre 16' . Typ 6 AC 7 Röhre 21 . Typ VR 150 Anzeigeinstrument . . 0 bis 50 Mikroampere PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur vollständigen Übertragung einer elektrischen Ladung oder zur zeitlich aufeinanderfolgenden vollständigen 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, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichstromverstärker (8, 16) vorgesehen ist, der durch das Potential an den Klemmen des die Ladung abgebenden Speicherelementes (5) derart gesteuert wird, daß in einem Gegenkopplungsstromkreis unter dem Einfluß der Ausgangsspannung des Verstärkers (8, 16) ein Stromfluß durch eine Impedanz (22), über der während der Ladungsübertragung eine zur Messung bzw. Anzeige geeignete Potentialdifierenz besteht, und die in Reihe mit ihr und untereinander geschalteten, abgebenden und aufnehmenden Speicherelemente (5 bzw.
    10) zustande kommt, der während der Ladungsübertragung einen Verschiebungsstrom bildet, eine vollständige Entladung bis zum Potential »Null« des abgebenden Speicherelementes (5) herbeiführt und die Ladung des aufnehmenden Speicherelementes (10) um den Betrag der von dem abgebenden Speicherelement (5) abgegebenen Ladung in einem Sinne verändert, der von der Polarität der übernommenen Ladung abhängt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung parallel zu der Impedanz (22) geschaltet ist und die an dieser während der Ladungsübertragung zusätzlich auftretende Potentialdifferenz in Ladungseinheiten des die Ladung aufnehmendenSpeicherelementes (10) anzeigt.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis des Gleichstromverstärkers eine praktisch unendlich hohe Impedanz aufweist und die im Ausgangskreis bzw. Gegenkopplungskreis liegende Impedanz(22) derart bemessen ist, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers im wesentlichen den Wert »Eins« besitzt.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstromverstärker eine Kathodenverstärker-Eingangsstufe (8) besitzt, die in direkter (galvanischer) Kopplung mit dem Gitter der zweiten Verstärkerstufe (16) verbunden ist, und daß von dem Ausgangskreis der zweiten Verstärkerstufe (16) ein Gegenkopplungskanal (25) über einen die Ladungen aufnehmenden Speicherkondensator(10) zum Eingangskreis der ersten Verstärkerstufe (8) führt und daß dieser Gegenkopplungskanal einen Wider- stand (21) enthält, der zusammen mit dem Anodenwiderstand (19) der zweiten Verstärkerstufe (16) und der Impedanz(22) einen Spannungsteiler bildet.
  5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die Ladung abgebende Speicherelement eine in Reihe mit einer Spannungsquelle liegende Fotozelle ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschriften Nr. 912152, 1041082; USA.-Patentschrift Nr. 2584990.
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