DE1151283B - Regelanordnung fuer seismische Transistorverstaerker - Google Patents

Description

Wesentliches Kennzeichen der seismischen Verstärker ist ihre umfangreiche automatische Regelung. Diese Regelung ist in der Lage, bei einem Amplitudengang des Eingangssignals um vier bis sechs Zehnerpotenzen ein nahezu konstantes Ausgangssignal zu liefern. In der Schaltungstechnik der seismischen Verstärker mit Elektronenröhren werden Spannungsteiler als Regelstrecken benutzt, bei denen ein oder auch beide Widerstände des Spannungsteilers aus elektronisch steuerbaren Impedanzen bestehen. Als elektronisch steuerbare Impedanzen haben sich antiparallel geschaltete Siliziumdioden bewährt, deren dynamischer Widerstand durch einen weit außerhalb des Signalfrequenzbereiches liegenden Hochfrequenzstrom gesteuert wird. Die Übertragung dieser Regelstrecken auf seismische Verstärker mit Transistoren führt jedoch stets zu unbefriedigenden Ergebnissen. Die Gründe liegen einerseits darin, daß man bei dem sehr viel niedrigeren Eingangswiderstand der Transistoren einen im Vergleich zu den Schaltungsanordnungen mit Elektronenröhren sehr viel höheren Hochfrequenzstrom zum Steuern des dynamischen Widerstandes der antiparallelen Siliziumdioden benötigt. Zum anderen können Elektronenröhren sehr viel größere Signalspannungen verarbeiten als Transistoren. Wenn z. B. am Ausgang der ersten Transistorverstärkerstufe eines seismischen Verstärkers bei einem minimalen Eingangssignal von Ιμν etwa 30 uV liegen, dann würde bei einer Dynamik der Eingangsspannung von sechs Zehnerpotenzen die größte an dieser Stufe auftretende Ausgangssignalspannung 30 V betragen, ein Wert, der mit Elektronenröhren ohne weiteres zu beherrschen ist, der aber die Betriebsspannung eines Transistorverstärkers schon weit übersteigt. Der niedrige Eingangswiderstand der Transistoren führt zu aufwendigen Schaltungsanordnungen zur Erzeugung des Hochfrequenzstromes zur Steuerung des dynamischen Widerstandes der antiparallelen Siliziumdioden. Die geringe lineare Aussteuerbarkeit von Transistorstufen von nur einigen Volt begrenzt den Regelumfang eines seismischen Transistorverstärkers zu sehr.

Die Verwendung von antiparallelen Dioden als elektronisch steuerbare Impedanzen in Spannungsteilern ist an sich bekannt. Weiterhin sind Schaltungsanordnungen von zwei Transistoren bekannt, die als elektronisch steuerbare Impedanz in Spannungsteilern verwendet werden. Es werden ebenfalls Spannungsteiler beschrieben, bei denen die elektronisch steuerbare Impedanz nicht als Querwiderstand, sondern im Längswiderstand eines Spannungsteilers wirkt. Ebenso sind Spannungsteiler bekannt, bei denen so-Regelanordnung
für seismische Transistorverstärker

Anmelder:

Seismos G. m. b. H.,
Hannover, Wilhelm-Busch-Str. 4

Dipl.-Phys. Christoph Fahl, Hannover-Wiesenau,
ist als Erfinder genannt worden

wohl Längs- als auch Querwiderstände aus elektronisch steuerbaren Impedanzen bestehen. Diese Schaltungsanordnungen sind jedoch nicht zur Lösung der vorliegenden Aufgabe geeignet, da sie stets nur einen Spannungsteiler benutzen und folglich neben der geteilten Signalspannung auch stets die volle Signalspannung am Spannungsteiler liegt. Weiterhin werden Steueranordnungen beschrieben, bei denen ein Stellglied mit einer Gleichspannung gesteuert wird, die durch Gleichrichtung einer in der Amplitude veränderbaren Hochfrequenz gewonnen wird. Eine solche Anordnung ist nicht Gegenstand der Erfindung. Erfindungsgemäß werden die aufgezeigten Nachteile von antiparallel geschalteten Siliziumdioden als elektronisch steuerbare Impedanzen in seismischen Transistorverstärkern durch eine Schaltungsanordnung behoben, bei der einem oder auch mehreren antiparallelen Siliziumdiodenpaaren ein Transistor-Hochfrequenzgenerator zugeordnet ist, dessen HF-Ausgangsamplitude durch eine Steuergleichspannung verändert wird und die auf diese Weise den dynamischen Widerstand der antiparallelen Siliziumdioden steuert, während die geringe lineare Durchsteuerbarkeit von Transistorverstärkerstufen insofern berücksichtigt wird, als im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen die Verstärkungsregelung nicht durch einen Spannungsteiler mit einer oder zwei elektronisch steuerbaren Impedanzen erfolgt, sondern dadurch, daß die Verstärkung der Transistorstufen selbst herabgesetzt wird. Das wird auf folgende Weise erreicht: Die Spannungsverstärkung einer Transistorstufe ist direkt proportional der Impedanz, mit der der Kollektor belastet ist. Erfindungsgemäß wird nun der Kollektor der Transistorverstärkerstufe über einen Mn-

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reichend groß dimensionierten Kondensator direkt ohne Zwischenschaltung eines Längswiderstandes mit der elektronisch steuerbaren Impedanz, gebildet aus dem dynamischen Widerstand von antiparallel geschalteten Siliziumdioden, belastet. Die Spannungsverstärkung der Transistorstufe ist auf diese Weise direkt proportional dem dynamischen Widerstand der antiparallel geschalteten Siliziumdioden. Die Ausgangsspannung des Transistors kann auf diese Weise gesteuert werden, so daß im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen am Transistor keine größeren Signalspannungen liegen als an den antiparallelen Siliziumdioden. Dadurch werden große Signalamplituden am Transistor vermieden. Man kommt mit der geringeren linearen Durchsteuerbarkeit der sistoren aus.

mischen Widerstand der antiparallelen Siliziumdioden und 13, der über den hinreichend groß dimensionierten und für die Signalfrequenzen einen Kurzschluß bildenden Kondensator 15 angekoppelt ist. Der Widerstand 18 ist hochohmig gegenüber dem dynamischen Widerstand der antiparallelen Siliziumdioden und 13, so daß dieser allein maßgebend für die Spannungsverstärkung der Transistorstufe ist. Der dynamische Widerstand der antiparallelen Silizium-

o dioden 12 und 13 und damit auch die Spannungsverstärkung der Transistorstufe werden gesteuert durch einen Hochfrequenzstrom, der über die Wicklung 11 des Hochfrequenzgenerators in den Kreis, bestehend aus den antiparallelen Siliziumdioden 12 und 13 und Tran- 15 dem Hochfrequenzkondensator 10, eingekoppelt wird. Die Wicklung 11 bildet für die seismischen Signal-

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des frequenzen einen Kurzschluß, der Kondensator 10 ist

Erfindungsgedankens. Die Regelanordnung besteht für die seismischen Signalfrequenzen vernachlässig-

im einfachsten Fall aus zwei Teilen. Der eine Teil ist bar, so daß der Kollektor des Transistors 17 wesent-

der den Regelstrom erzeugende Hochfrequenzgene- 20 lieh nur durch den dynamischen Widerstand der

rator mit den Bauteilen 1 bis 9. Der zweite Teil wird Siliziumdioden 12 und 13 belastet wird. Dieser ist

von der eigentlichen Regelstrecke mit den Bauteilen somit allein maßgebend für die Spannungsverstärkung

10 bis 21 gebildet. Die Regelanordnung hat die Auf- der Transistorstufe.

gäbe, das Verhältnis der Signalspannungen V₂: U₁ in Der Vorteil dieser Regelanordnung liegt darin, daß

Abhängigkeit von der Gleichspannung U₃ zu ver-

ändern, also den Verstärkungsgrad der Transistorstufe 10 bis 21 zu verändern. Das wird auf folgende Weise erreicht:

Mit der Gleichspannung C/₃ läßt sich der Queram Kollektor des Transistors 17 stets nur die Ausgangsspannung U₂ liegt, während bei Regelanordnungen, die nach dem Prinzip eines Spannungsteilers mit elektronisch steuerbaren Impedanzen arbeiten, die Signalwechselspannung am Kollektor um einige Zeh

strom durch den Schwingtransistor 6 steuern. Die 30 nerpotenzen größer als die Ausgangsspannung U₁, sein Kombination der Siliziumdiode 2 mit dem Wider- kann, stand 3 bewirkt, daß der Querstrom durch den Schwingtransistor 6 bis zu Werten von 0,8 Volt der Gleichspannung U₃ vernachlässigbar klein ist. Erst nach Überschreiten der Schwellspannung von Diode 2 35 und der Basisemitterdiode des Schwingtransistors 6 wächst der Querstrom sehr schnell an. Die Hochfrequenzschwingung setzt ein und läßt sich durch geringe Änderungen von U_s sehr weitgehend ändern. Das Amplitudenverhältnis von 1:50 ist bei Ände- 40 rungen von EZ₃ um 0,3 V sicher erreichbar. Diese Art der Abhängigkeit der Hochfrequenzamplitude von U₃ ist für die seismische Regelung erwünscht. Der Schwingtransistor 6 arbeitet in Basisschaltung. Die Kondensatoren 1 und 4 stellen einen hochfrequenz- 45 mäßigen Masseschluß dar. Der durch den Widerstand 9 bedämpfte Schwingkreis aus 7 und 8 koppelt über die Wicklung 5 in den Emitter des Schwingtransistors 6 zurück. Über die mit den Wicklungen S und 7 auf demselben Hochfrequenzkern sitzende Wicklung 50 11 wird ein Hochfrequenzstrom in die eigentliche Regelstrecke geschickt. Diese Art der Steuerstromerzeugung ermöglicht es, neben der Wicklung 11 noch weitere, gleichartige Wicklungen auf denselben Hochfrequenzgenerator zu legen und damit weitere Regel- 55 strecken zu betätigen. Das ist für moderne seismische Verstärker, deren großer Regelumfang von sechs Zehnerpotenzen nicht mit einer Regelstrecke bewältigt wird, eine bedeutende Vereinfachung.

Die eigentliche Regelanordnung besteht aus der Verstärkerstufe 10 bis 21. Über den Kondensator 21 wird dem Transistor 17 ein seismisches Signal zugeführt. Die Widerstände 19 und 20 erzeugen eine geeignete Basisgleichspannung. 16 ist der Emitterwiderstand. Der Kollektor des Transistors 17 wird belastet durch den Widerstand 18 sowie durch den dyna-

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Regelanordnung für seismische Transistorverstärker, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung ausschließlich der dynamische Widerstand zweier antiparallel geschalteter Siliziumdioden vorgesehen ist, der dem Transistorausgang parallel geschaltet ist, und daß dieser dynamische Widerstand durch Hochfrequenz aus einem selbstschwingenden, durch eine Regelgleichspannung steuerbaren Hochfrequenzgenerator gesteuert wird.

2. Regelanordnung für seismische Transistorverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator ein Transistoroszillator ist, in dessen Emitterstrecke eine Siliziumdiode eingeschaltet ist.

3. Regelanordnung für seismische Transistorverstärker nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die steuernde Hochfrequenz induktiv von dem Generator auf die den dynamischen Widerstand bildenden antiparallelen Siliziumdioden übertragen wird.

4. Regelanordnung für seismische Transistorverstärker nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator mehrere gleichartige antiparallele Siliziumdioden-Regelstrecken steuert.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 654 884, 738 932; USA.-Patentschriften Nr. 2 270789, 2 842 669, 849 611, 2863123;
französische Patentschrift Nr. 1195 610; »Electronics« vom 1. 2.1957, S. 168 und 169.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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