DE1150413B - Schaltungsanordnung fuer Gleichspannungsverstaerker mit einstellbarem Verstaerkungsfaktor - Google Patents

Description

• Schaltungsanordnung für Gleichspannungsverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Gleichspannungsverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, wie sie in großer Anzahl als Operationsverstärker und Integratoren in Analogie-Rechenanlagen, Simulatoren und Regelkreisen verwendet werden.
• Es besteht nun die bekannte Tatsache, daß in derartigen Verstärkern der innere Verstärkungsfaktor sehr hoch gewählt werden muß, um die Fehler in den Ergebnissen bzw.. bei den Regelungen klein zu halten.
• Andererseits sind Schaltungen für die oben angeführten Zwecke so aufgebaut, daß die Nullpunkts-, selbst bei Dauer- bzw. Langzeitbetrieb unterhalb von etwa 1 mV bleibt.
• Die z. B. für Operationsverstärker verwendeten Schaltungsanordnungen sind im günstigsten Fall zweistufig aufgebaut, um eine geringe Störanfälligkeit bei hoher Nullpunkisstabilität zu erreichen.
• In der Praxis hat sich jedoch auf Grund von Versuchen und Messungen herausgestellt, daß die verwendeten Schaltungen trotz ihrer guten Eigenschaften hinsichtlich der Konstanz des inneren Verstärkungsfaktors bei Röhrenwechsel einen großen Nachteil aufweisen. Dieser große Nachteil besteht darin, daß zwei der Doppeltrioden im Hauptverstärker auf Grund spezieller Symmetrieanforderungen bei der Bestückung ausgewählt werden müssen, da die erreichbaren Verstärkungsfaktoren beider Stufen im wesentlichen von der Gleichheit des Röhrenverstärkungsfaktors ,u.. zweier in einem Kolben vereinigter Röhrensysteme abhängt. Wird bei Ersatzbestückung keine exakte Auswahl hinsichtlich der Röhrenkenndaten, insbesondere in bezug auf den Verstärkungsfaktor ,p, getroffen, tritt dieser große Nachteil zutage, und der Verstärkungsfaktor der einzelnen Stufen weicht unkontrollierbar ab, so daß sich entweder eine erhöhte Instabilität oder eine wesentliche Verringerung des inneren Verstärkungsfaktors und dadurch eine Verkleinerung der Rechengenauigkeit ergibt.
• Bei beliebigem Einsatz von Doppeltrioden, deren Parameter innerhalb der von den Röhrenwerken garantierte» Werte liegen, sind Abweichungen des Verstärkun@xsfal;tors einer Stufe im Verhältnis 1:3 beobachtet werden, so daß der innere Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers nach Röhrenwechsel um eine Zehnerpotenz und damii auch die Genauigkeit um eine Zehnerpotenz niedriger liegen kann.
• Der nachstehend beschriebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisher verwendete Schaltungsanordnung von Maßnahmen, wie z. B. Röhrenwechsel, unabhängig zu machen und darüber hinaus den inneren Verstärkungsfaktor des Rechenverstärkers um etwa eine Zehnerpotenz, d. h. um den Faktor 10 zu erhöhen.
• Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß in einer oder in mehreren Verstärkerstufen parallel zur Anoden-Katoden-Strecke des Verstärkungssystems ein einstellbarer Widerstand angeordnet und so einreguliert ist, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers um eine Zehnerpotenz erhöht wird.
• Die neue Schaltungsanordnung übertrifft damit in ihren Verstärkungseigenschaften alle bisher bekannten Ausf ührungen.
• An Hand eines Beispieles und der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Das Schaltungsbeispiel gemäß der Zeichnung zeigt die Schaltungsanordnung einer üblichen Gleichspannungsverstärkerstufe, wie sie z. B. in Analogie-Rechenmaschinen verwendet wird, mit Verwirklichung des Erfindungsgedankens in Form einer Widerstandskombination.
• Parallel zu der Anoden-Katoden-Strecke der Kompensationstriode Röhre 2' ist eine Widerstandskombination eingeführt, die aus einem Festwiderstand 3 und einem stetig regelbaren Widerstand 4 besteht, welche in Serie geschaltet sind. Durch diese Schaltungsmaßnahme entsteht eine Vergrößerung der Rückkopplung zwischen der Röhre 1' und der Röhre 2', die über den Durchgriff der Röhre 2' automatisch vorhanden ist. Mit Hilfe des einstellbaren Widerstands 4 ist der Rückkopplungsfaktor regelbar und damit die Verstärkung dieser Stufe, Dimensioniert man etwa wie folgt: Röhre 1' = 1/2 ECC 81 Röhre 2' = 1/2 ECC 83 Widerstand 3 = 500 kOhm Widerstand 4 = 250 kOhm so läßt sich mit der Schaltungsanordnung leicht ein Verstärkungsfaktor von V = 1000 erzielen. Diese Betrachtung gilt für eine Stufe (z. B. Eingangsstufe) des Verstärkers.
• Die gleiche Schaltungsmaßnahme ist auch in der zweiten Stufe (Endstufe) des Verstärkers entsprechend durchführbar.
• Ist nunmehr ein Röhrenwechsel erforderlich, wird der einstellbare Widerstand 4 so eingestellt, daß sich der gleiche Verstärkungsfaktor wie vor dem Röhrenwechsel ergibt.
• Damit kann jede beliebige Verbundröhre an Stelle der Röhren 2 und 2' eingesetzt werden, deren technische Daten, insbesondere die Durchgriffe und damit die Verstärkungsfaktoren /c, innerhalb der vom Hersteller angegebenen Grenzen liegen. Die erfindungsgemäße Schaltungsmaßnahme hat keinen Einfluß auf die Nullpunktsstabilität des Verstärkers.
• Durch Verkleinern des Gesamtwiderstandes, die Summe aus Widerstand 3 plus Drehwiderstand 4, läßt sich der Verstärkungsfaktor erhöhen, so daß z. B. auch in der Endstufe, unabhängig von den innerhalb der üblichen Toleranzgrenzen liegenden Röhrenparametern, der Verstärkungsfaktor z. B. auf den Wert 1000 eingestellt werden kann.
• Der Einfluß der erfindungsgemäß eingefügten Widerstände ist am einfachsten durch eine Gegenüberstellung der beiden Formeln für die Verstärkung ohne und mit dem zusätzlichen Widerstand zu erklären.
• Es gilt die Gleichung: hierin bedeutet: S = die Steilheit der Röhren 2 bzw. 2', die als gleich groß angenommen werden, da ihre möglichen unterschiedlichen Größen nur unwesentlich in den Verstärkungsfaktor V eingehen, DZ = Durchgriff der Röhre 2, D2, = Durchgriff der Röhre 2', D" = Dz (1 + Ö), 8 = Abweichung der Durchgriffe von Röhre 2 und 2', ü,. = Übertragungsfaktor des Katodenfolgers, gebildet durch Röhre 1, it,, = Übertragungsfaktor des Katodenfolgers, gebildet durch Röhre 1', Rk = Widerstand 5, der den gemeinsamen Katodenwiderstand der Röhren 2 und 2' darstellt, Ra = Widerstand 6, der den Anodenwiderstand der Röhre 2 darstellt.
• Mit dieser Gleichung ist die Größe des Verstärkungsfaktors V allgemein gegeben.
• Da sich ü,: nur wenig von 1 unterscheidet, ist der Verstärkungsfaktor sehr stark von der Größe 8 abhängig.
• Durch Einfügen der erfindungsgemäßen Widerstandskombinationen, bestehend aus den . Widerständen 3 und 4, die in der folgenden Gleichung für den Verstärkungsfaktor mit Rp bezeichnet werden soll, ergibt sich die Form: Man erkennt aus dieser Gleichung sehr leicht, daß sich durch Verkleinern oder Vergrößern von Rp der Wert des Nenners verkleinert bzw. vergrößert und somit der Verstärkungsfaktor V variabel wird.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schaltungsanordnung für Gleichspannungsverstärker mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, die aus einer oder mehreren Verstärkerstufen aufgebaut sind und in denen Doppeltrioden oder andere Verbundröhren verwendet werden, bei denen die Durchgriffe der beiden Systeme in einem Röhrenkolben innerhalb der Herstellungstoleranzen verschieden sind und nach Röhrenwechsel der vorher vorhandene Verstärkungsfaktor V trotz der Streuungen der Durchgriffwerte wiederhergestellt werden muß, dadurch gekennzeichnet, daß in einer oder in mehreren Verstärkerstufen parallel zur Anoden-Katoden-Strecke des eine Rückkopplung bewirkenden Verstärkungssystems ein einstellbarer Widerstand angeordnet und so einreguliert ist, daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers um eine Zehnerpotenz erhöht wird.
2. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Widerstand aus einem Festwiderstand und einem Regelwiderstand besteht.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Widerstand in der Eingangsstufe des Verstärkers angeordnet ist. .l.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Widerstand in der Endstufe des Verstärkers angeordnet ist.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Widerstand in allen Verstärkerstufen angeordnet ist.