DE1155820B

DE1155820B - Elektrischer Spannungsteiler, vorzugsweise fuer impulsfoermige Spannungen, in Geraeten der elektrischen Nachrichtentechnik

Info

Publication number: DE1155820B
Application number: DEF30655A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Herbert Baehring
Original assignee: Fernseh GmbH
Current assignee: Robert Bosch Fernsehanlagen GmbH
Priority date: 1960-03-01
Filing date: 1960-03-01
Publication date: 1963-10-17
Also published as: DE1155820C2

Description

Elektrischer Spannungsteiler, vorzugsweise für impulsförmige Spannungen, in Geräten der elektrischen Nachrichtentechnik In der elektrischen Nachrichtentechnik finden Spannungsteiler mannigfaltige Anwendung, beispielsweise in der Meßtechnik und in der Verstärkertechnik.
Es sind schon mehrere spezielle Ausführungsformen von Spannungsteilern bekanntgeworden, bei denen durch besondere Dimensionierung der einzelnen Glieder eine frequenzunabhängige Spannungsteilung erfolgt, also Signale, welche Komponenten verschieden hoher Frequenz enthalten, formgetreu mit verkleinerter Amplitude abgegriffen werden können.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die bisher bekanntgewordenen oder vorgeschlagenen Regeln zur Bemessung derartiger elektrischer Spannungsteiler für manche in der Praxis vorkommenden Anwendungszwecke zu ungünstigen technischen Lösungen führen. Bei einem Spannungsteiler zwischen zwei Röhrenverstärkerstufen ist es bereits bekannt, den Einfluß der Eingangskapazität der dem Spannungsteiler folgenden Röhre durch eine Parallelkapazität im anderen Glied des Spannungsteilers auszugleichen, wobei die Zeitkonstanten beider Glieder einander gleichgemacht werden.
Diese Maßnahme ergibt wohl eine Verbesserung des Frequenzganges im Bereich hoher Frequenzen, jedoch noch keine exakte frequenzunabhängige Spannungsteilung, da der Widerstand der als Spannungsquelle wirksamen Verstärkerröhre vor dem Spannungsteiler nicht berücksichtigt ist.
Die Erfindung bezweckt, neuartige Bemessungsregeln anzugeben, durch welche die vorstehend genannten Schwierigkeiten vermieden werden und eine exakte frequenzunabhängige Spannungsteilung erhalten werden kann.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Spannungsteiler, vorzugsweise für impulsförmige Spannungen, in Geräten der elektrischen Nachrichtentechnik zur Erzielung einer frequenzunabhängigen und gegebenenfalls zusätzlichen frequenzabhängigen Spannungsteilung, bestehend aus 2 (n+1) Gliedern (n # 1, 2, 3 ... ), von denen je (n+1) aufeinanderfolgende Glieder eine Gruppe bilden und mindestens ein Glied jeder Gruppe ein RC-Glied ist. Erfindungsgemäß haben hierbei die ersten Glieder beider Gruppen untereinander gleiche Zeitkonstanten und entsprechend die zweiten Glieder untereinander und gegebenenfalls die dritten und etwaigen weiteren Glieder untereinander, und die einerseits aus dem Widerstand oder der Kapazität des ersten Gliedes und andererseits der Kapazität bzw. dem Widerstan des zweiten Gliedes einer Gruppe gebildete Zeitkonstante soll gleich sein der aus den entsprechenden Gliedern der anderen Gruppe gebildeten Zeitkonstante. Zweckmäßigerweise sind bei Vorhandensein von Induktivitäten in einzelnen Gliedern auch die Eigenfrequenzen entsprechender Glieder beider Gruppen untereinander gleich.
Bei einer Anwendung auf Verstärker ist es vorteilhaft, wenn das erste Glied durch eine Verstärkerstufe mit ihrem Innen- und Außenwiderstand und ihrer schädlichen Kapazität, das zweite Glied durch das Koppelglied dieser Verstärkerstufe mit einer nachgeschalteten Verstärkerstufe gebildet ist und die beiden letzten Glieder zwischen den Steuerelektroden ,der zweiten Verstärkerstufe liegen.
Die Erfindung wird in Verbindung mit den Ausführungsbeispiele darstellenden Figuren näher beschrieben, wobei einander entsprechende Teile in allen Figuren in gleicher Weise bezeichnet sind. Es zeigt Fig. 1 in drei Varianten das Prinzip der Erfindung, Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel, Fig. 3 die Anwendung der Erfindung zur Gewinnung von Signalen unterschiedlicher Form.

In Fig. 1 a bis 1 c sind drei verschiedene Beispiele von Spannungsteilern dargestellt. Bei einem Spannungsteiler nach Fig. 1 b erhält man als bekannte Lösung eine frequenzunabhängige Spannungsteilung U2 an allen Gliedern und somit auch für-, wenn die U, Zeitkonstanten aller Glieder gleich sind: C1R1 = (7.R2 # C3R3 = C4R4 (Lösung 1). Beschränkt -man sich darauf, daß nur - frequenzunabhängig werden soll, so ergeben sich erfindungsgemäß noch zwei weitere Lösungen der Dimensionierung, und zwar:

Lösung 11 Lösung 111

Für Fig. la CR2 = C4R4

C2R1 = C4R'3

C2R, = C4R, er CR, = C4R,

,Für Fig. lb CIR, = C3R3 C1R1 = C3R3

C2R1 = C4R3 C1R2 = C3R4

CIR, = C,R3 oder CR, = C,R,

Für Fig. 1 c C2R2 = C4R4 C2R2 = C4R4

C2R1 = C4R3 CIR2 = C,R4

L3C3 = L1C1 L3C3 = LICI

- Von diesen beiden weiteren Lösungen ist die Lösung 11 besonders vorteilhaft bei der Anwendung des Spannungsteilers für die Kopplung zweier Verstärkerstufen, wobei das erste Glied die Ersatzschaltung der ersten Verstärkerstufe, z. B. eines Röhrenverstärkers, mit dem aus Außen- und Innenwiderstand R" bzw. R, resultierenden Widerstand R, und der schädlichen Kapazität an der Anode der Verstärkerröhre C, darstellt, das zweite Glied die Kopplung zwischen Anode der ersten Verstärkerstufe und Steuergitter der zweiten Verstärkerstufe, während das dritte und vierte Glied zwischen den Steuerelektroden der zweiten Verstärkerstufe liegen und u, durch- -ersetzt wird (ug = Steuerspannung, D = Durchgriff der ersten Röhre; vgl. auch Fig. 2). Diese Art der Kopplung zwischen zwei Verstärkerstufen hat für die Impulsverstärkung gegenüber bekannten Kopplungsarten den Vorteil, daß nach Fig. lb und le der schädliche Einfluß der Röhrenkapazität C, auf die Impulsforin durch die Wirkung des Gliedes R" C3 kompensiert wird und somit der Frequenzgang für alle Frequenzen konstant ist. Das ist auch der Fall, wenn der Außenwiderstand R" - der Röhre, der in R, in der Berechnung eingeht, groß gewählt wird, wodurch man einen großen Verstärkungsfaktor der ersten Verstärkerstufe -erreicht. Selbst nach der Schaltung 1 a geht die Röhrenkapazität für hohe Frequenzen viel weniger in den Frequenzgang ein als bei den bekannten üblichen Verstärkerkopplungen, die einen Spannungsteiler bilden. Der Außenwiderstand kann bei gleichem Frequenzgang für hohe Frequenzen ohne Schwierigkeit drei- bis viermal so groß gewählt werden als bei den bisher bekannten Schaltungen, Das Spannungsoszillogramm zeigt den Impuls f (entsprechend u,) gegenüber dem zugeführten Impuls d (entsprechend ul bzw. ug) vollkommen unverzerrt, während die zwischen R, und R, und zwischen R,9 und R4 abgenommenen Impulse verzerrt erscheinen.

In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Kopplung zwischen zwei Röhrenverstärkerstufen eingezeichnet und mit der Dimensionierung eines Versuchsaufbaues wiedergegeben. Das Steuergitter der Röhre 1 wird von einem kurzen Rechteckimpuls d gesteuert. An der Anode der Röhre tritt ein verschliffener Impuls e auf, am Gitter der zweiten Stufe dagegen ist der Impuls f wieder proportional zu ug, also verzerrungsfrei. Die Kapazität C, (welche auch die Gitterkathodenkapazität der Röhre 2 einschließt) ist so gewählt, daß die Zeitkonstante C, R, gleich ist der Zeitkonstante C, R, so daß die Bedingungen gemäß Anspruch 1 erfüllt sind. Wäre Ra eine Induktivität, so müßte die Ankopplung an die zweite Verstärkerstufe entsprechend Fig. Ic geschaltet werden; es müßte dann auch parallel zu C, eine Induktivität liegen.
Die Anwendung des Spannungsteilers ist nicht auf die Kopplung von Verstärkerstufen beschränkt. Es läßt sich z. B. auch die Aufgabe lösen, aus einem Spannungsteiler außer einer frequenzunabhängigen Teilspannung zusätzlich noch eine frequenzabhängige Teilspannung oder die Summe von beiden Teilspannungen zu entnehmen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Besteht z. B. die zugeführte Spannung ul aus Rechteckimpulsen und sind die Zeitkonstanten R, C, und R4 C4 groß gegenüber der Periodendauer (Wiederholungsfrequenz), so erhält man am Widerstand R4 eine Sägezahnspannung g, an R, + R4 eine zu u, proportionale Impulsspannung f und an R, + R3 + R4 ein Gemisch h aus Sägezahn- und Impulsspannung, wenn die erfindungsgemäßen Bedingungen erfüllt werden. Durch geeignete Dimensionierung von R, und R, sowie R3 und R4 läßt sich ein vom Verhältnis . und abhängiges bestimmtes Verhältnis der Sägezahn- und Impulskomponente erzielen, das unabhängig von der Größe von ul immer konstant ist.
Es ist auch möglich, daß der Spannungsteiler aus noch mehr Gliedern besteht, wobei durch Dimensionierung entsprechend der Erfindung am mittleren Abgriff eine der Eingangsspannung proportionale, an den anderen noch andere Spannungsforinen, z. B. eine zusätzliche differenzierte Spannung, entstehen, die oberhalb des mittleren Abgriffs mit der ursprünglichen Spannungsform gemischt auftreten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrischer Spannungsteiler, vorzugsweise für impulsförmige Spannungen, in Geräten der elektrischen Nachrichtentechnik zur Erzielung einer frequenzunabhängigen und gegebenenfalls zusätzlichen frequenzabhängigen Spannungsteilung, bestehend aus 2 (n + 1) Gliedern (n # 1, 2, 3 ... ), von denen je (n+1) aufeinanderfolgende Glieder eine Gruppe bilden und mindestens ein Glied jeder Gruppe ein RC-Glied ist, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Glieder beider Gruppen untereinander gleiche Zeitkonstanten haben (R, C, = R, C,) und entsprechend die zweiten Glieder untereinander (R2 C2 = R4 CJ und gegebenenfalls die dritten und etwaigen weiteren Glieder untereinander und daß die einerseits aus dem Widerstand (R,) oder der Kapazität (C,) des ersten Gliedes und andererseits der Kapazität (C2) bzw. dem Widerstand (R,) des zweiten Gliedes einer Gruppe gebildete Zeitkonstante gleich ist der aus den entsprechenden Gliedern der anderen Gruppen gebildeten Zeitkonstante (R, C2 = R, C4 oder C., R2 = C, R4 in Fig. 1 b). 2.
Elektrischer Spannungsteiler nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein von Induktivitäten in einzelnen Gliedern auch die Eigenfrequenzen entsprechender Glieder beider Gruppen untereinander gleich sind. 3. Elektrischer Spannungsteiler nach Anspruchl, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Glied (R,C1) durch eine Verstärkerstufe (1) mit ihrem Innen- und Außenwiderstand und ihrer schädlichen Kapazität, das zweite Glied (R2 C2) durch das Koppelglied dieser Verstärkerstufe mit einer nachgeschalteten Verstärkerstufe (2) gebildet ist und die beiden letzten Glieder (R, C, und R, C4) zwischen den Steuerelektroden der zweiten Verstärkerstufe (2) liegen (Fig. 2).
In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 1835 080, 1885 798; schweizerische Patentschrift Nr. 205 658.