DE1170999B - Integrator-Schaltung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/02

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

C 26112 VIII a /21 al
30. Januar 1962
27. Mai 1964

Die Erfindung betrifft eine Integrator-Schaltung mit einer Integratorröhre, zwischen deren Anode und Steuergitter ein Kondensator angeordnet ist, und einer im wesentlichen gleichen und gleichartig geschalteten Bezugsröhre, deren zugeordneter Kondensator eine wesentliche geringere Kapazität als der erstgenannte besitzt.

Es ist bekannt, daß, wenn eine Spannung £ dem Eingang einer Integratorröhre während einer Zeit T zugeführt wird, die am Ausgang auftretende Spannung während dieser Zeit von einem Anfangswert F₀ auf einen Wert V₁ übergeht und danach, wenn dem Eingang keine Spannung mehr zugeführt wird, von diesem Wert V₁ in der Zeit T₁ allmählich wieder auf den Grundzustand V₀ zurückkehrt. Dieser allmähliche Spannungsrücklauf wird in der Folge als »Driften« bezeichnet.

Die Zeit T₁ ist dabei eine Funktion der Röhreneigenschaften und der Zeitkonstante τ der mit der Röhre verbundenen Schaltkreise, wobei τ—RC ist und in Sekunden angegeben wird, wenn R in Megohm und C in Mikrofarad ausgedrückt wird.

Bei bestimmten Anwendungen ist es erwünscht, dieses Driften möglichst weitgehend zu vermeiden, um die Ausgangsspannung V₁ am Ende der Periode T so lange wie möglich zu halten. Zu diesem Zweck werden Schaltkreise mit einer relativ großen Zeitkonstante verwendet.

Dies führt zur Verwendung von Widerständen und Kondensatoren mit großen Werten. Kondensatoren großer Kapazität, z. B. größer als 10 μΡ, sind jedoch relativ großvolumig und haben nichtvernachlässigbare Verluste. Werden hochohmige Widerstände in den Gitterkreisen verwendet, so vermeidet man normalerweise wegen der Elektronen- und Ionenströme, die in diesen Kreisen fließen können, über einen Wert von 10 Megohm hinausgehen.

Es ist daher nicht ganz einfach, in der Praxis Schaltkreise mit einer Zeitkonstante von mehr als 100 Sekunden zu verwirklichen.

Bei bestimmten Anwendungen ist es jedoch notwendig, das Driften eines Integrators über wesentlich längere Perioden auszudehnen, die beispielsweise die Größenordnung mehrerer 1000 Sekunden haben.

Die vorstehend genannten Schwierigkeiten ergeben sich ganz allgemein bei der Erzeugung von Sägezahnspannungen langer Perioden.

Ziel der Erfindung ist es, zeitlineare Spannungsänderungen großer Zeitkonstante unter Vermeidung des »Drittens« der Schaltung zu erzeugen, wobei für die Widerstände und Kondensatoren der Zeitkon-Integrator-Schaltung

Anmelder:

CSF Compagnie Generale de Te^graphie

sans FiI, Paris

Vertreter:

Dr. W. Müller-Bore und Dipl.-Ing. H. Gralfs,

Patentanwälte, Braunschweig, Am Bürgerpark 1

Als Erfinder benannt:
Jean Claude Marchais, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 30. Januar 1961 (851 093)

stantenglieder kleinere Werte benutzt werden können als in den herkömmlichen Schaltungen.

Dieses Ziel wird bei der Integrator-Schaltung der obengenannten Art dadurch erreicht, daß die Ausgangsspannungen der beiden Röhren einem Gleichstrom-Differenzverstärker zugeführt werden, dessen Ausgangsspannung über einen an sich bekannten Impedanzwandler auf die Steuergitter der beiden Röhren rückgekoppelt wird, und daß die zu integrierende Spannung dem Steuergitter der Integratorröhre zugeschaltet wird.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild einer Integratorschaltung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 ist das ins einzelne gehende Schaltbild der Integratorschaltung gemäß der Erfindung;

F i g. 3 und 4 zeigen die mit den erfindungsgemäßen Schaltungen erzielten Spannungsverläufe.

In der Zeichnung sind für die verschiedenen Ausführungsformen entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

In F i g. 1 ist eine Miller-Integratorröhre 1 dargestellt, deren Steuergitter eine impulsförmige Steuerspannung E gemäß F i g. 3 und 4 zugeführt wird. Zwischen Anode und Steuergitter der Röhre 1 liegt in üblicher Weise ein Kondensator C₁.

Eine der Röhre 1 ähnliche und als Bezugsröhre betriebene Röhre 2 ist in gleicher Weise wie die Röhre 1 geschaltet mit der Ausnahme, daß der zwi-

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sehen Anode und Steuergitter liegende Kondensator C₂ eine viel kleinere Kapazität als C₁ hat; d. h. also C₁ > C₂.

Die Änodenspannungen F bzw. V der Röhren 1 und 2 werden einem Gleichstrom-Differenzverstärker 3 zugeführt, der diese Spannungen vergleicht und eine Ausgangsspannung abgibt, die sich in Abhängigkeit von der Differenz V'—V der dem Eingang zugeführten beiden Spannungen mit der Zeit

Der Differenzverstärker 3 wird durch eine Duotriode gebildet. Es versteht sich, daß ebenso auch zwei getrennte Röhren gleicher Art hierzu verwendet werden können.

Der Impedanzwandler 4 besteht aus einer als Kathodenverstärker geschalteten Triode.

Eine Spannungsquelle E₁ liefert eine positive 300 Vl d d

pgq ₁ p

Spannung von 300 Volt zu den Anoden der RÖh-

g p ren 1, 2 und 4 und eine positive Spannung von

ändert, und zwar derart, daß die Ausgangsspannung io 450 Volt zu den Anoden der Röhre 3, während die des Verstärkers 3 zunimmt, wenn die Anodenspan- Spannungsquelle £., eine in bezug auf Masse neganung der Röhre 1 abnimmt und umgekehrt. i S "d Rükli d Khd

Eine Impedanzwandlerstufe 4, wie z. B. ein Kathodenverstärker, setzt die seinem Eingang zügeführte Ausgangsspannung des Verstärkers 3 in eine phasengleiche Spannung U um, die an den Klemmen des Widerstandes/? auftritt. Der funktioneile Zusammenhang zwischen U und V'—V läßt sich dann wie folgt darstellen:

_4_^ — χ.
At

— y)

tive Spannung zu "den Rückleitungen der Kathoden der Röhren 3 und 4 liefert. Die Kathoden der Röhren 1 und 2 liegen an Masse.

Die Röhre 1 ist die Integratorröhre, deren Driften beseitigt werden soll, während die Röhre 2 die Bezugsröhre darstellt, deren Anodenspannung mit der der Röhre 1 verglichen wird.

Die Röhre 2 ist vorzugsweise in gleicher Weise wie die Integratorröhre 1 geschaltet, jedoch ist der Kondensator C₂ viel kleiner als der Kondensator C₁. Bei einer praktisch ausgeführten Schaltung hat der Kondensator C₁ einen Wert von 10 Mikrofarad und

worin K eine Konstante ist. Die Steuergitter der der Kondensator C₂ einen Wert von 0,1 Mikrofarad. Röhren 1 und 2 werden durch die Spannung U ge- 35 Dem Steuergitter der Röhre 1 werden Spannunsteuert. gen E zugeführt, und die Gittervorspannung der

Die in F i g. 1 dargestellte Schaltungsanordnung Röhren 1 und 2 wird vom Verbindungspunkt des arbeitet wie folgt: Widerstandes R₁ mit der Kathode der Röhre 4 ab-

Im Anfangszustand t₀ sind die Röhren 1 und 2 im geleitet. Es ist leicht zu ersehen, daß bei Abnahme Gleichgewicht, und die Anodenspannungen V und V 30 der Anodenspannung der Röhre 1 infolge der Zuder Röhren haben gemäß F i g. 3 einen gemeinsamen führung einer positiven Spannung E zum Steuer-Wert F₀, der durch den Wert einer Vorspannung U₀ gitter dieser Röhre die Ausgangsspannung des an den Klemmen des Widerstandes R gegeben sei. Differenzverstärkers 3, die von dessen linker (in der Wird während einer Zeit T eine Gleichspannung E Zeichnung) Anode abgenommen wird, zunimmt, und dem Steuergitter der Integratorröhre 1 zugeführt, so 35 infolgedessen eine positive Spannungszunahme an geht die Anodenspannung dieser Röhre von dem den Klemmen des Widerstandes R₁ erfolgt. Die dem Anfangswert V₀ auf einen neuen Wert V₁ über, der Steuergitter der Integratorröhre zugeführten Spansich am Ende der Periode T einstellt. Wird die nungen sind daher Änderungen unterworfen, die die Steuerspannung E dann vom Steuergitter der Inte- Anodenspannung der Röhre nach Schluß der Zufühgratorröhre abgeschaltet, so würde die Röhre wieder 40 rung des Signals E aufrechterhalten, so daß das in ihren Anfangszustand, d. h. den Gleichgewichts- Driften im wesentlichen gegen Null geht, zustand zurückkehren, falls die Spannung U unver- Die Maßnahme der Beseitigung des Driftens hat

ändert geblieben wäre. zahlreiche Vorteile. Unter anderem wird hierdurch

Infolge der Wirkung des Differenzverstärkers 3 die Verwendung von Schaltkreisen mit relativ kleihat sich jedoch die Spannung U während der Zeit T 45 nen Zeitkonstanten für Generatoren zur Erzeugung geändert und ist von einem Ausgangswert U₀ auf von Sägezahnspannungen langer Periode ermögeinen neuen Wert CZ₁ übergegangen. Bei einer ge- licht. Diese Möglichkeit ergibt sich daraus, daß die nauen Einstellung der Schaltung ist Sinn und Am- Schaltung ohne Driften mit sehr geringen Eingangsplitude dieser Änderung so, daß die Anodenspan- spannungen E arbeiten kann, die in der Größenordnung V₁ genau der Gitterspannung CZ₁ gemäß der 50 nung von Bruchteilen von 1 Volt liegen, während die Röhrenkennlinie für den verwendeten Arbeitswider- gebräuchlichen Schaltungen, bei denen das Driften stand entspricht. Die Anodenspannung V der
Bezugsröhre 2 ändert sich im gleichen Sinne wie V,
folgt aber den Änderungen von U wegen des geringeren Wertes von C₂ schneller als die Anodenspan- 55
nung F. Die Differenz V'—V und damit die Änderung von U mit der Zeit bleibt also relativ gering;
ihr Wert wird durch die Größe der Steuerspannung E
bestimmt. gpg

Nach Abschaltung des Eingangssignals E nehmen 60 von einigen Stunden zu erzielen, wobei der Eingang beide Röhren wieder die gleiche Anodenspannung der Röhre eine Rechteckspannung von sehr geringem

Wert, z. B. 0,1 Volt, zugeführt wurde. Unter diesen Bedingungen ändert sich die Anodenspannung der Röhre 1 linear um 200 Volt, wobei sie innerhalb der angegebenen Periode von 50 auf 250 Volt übergeht. Die F i g. 3 und 4 zeigen die Änderungen der Anodenspannung V der Integratorröhre und der Vorspannung U als Funktion verschiedener Span-

gebräuchlichen Schaltungen,
nicht im wesentlichen gegen Null geht, im allgemeinen Eingangsspannungen in der Größenordnung von 10 bis 30 Volt erfordern.

Bei der in F i g. 2 dargestellten Schaltung, in der A₂=A₃ = IO Megohm und C₁ = 10 Mikrofarad ist, ergibt sich daher eine Zeitkonstante für die Röhre von 100 Sekunden. Es war möglich, an der Anode der Röhre 1 eine Sägezahnspannung mit einer Periode

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an, so daß U sich nicht weiter ändert und somit ein
Gleichgewichtszustand eintritt.

F i g. 2 zeigt ein genaueres Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

Wie in F i g. 1 ist die Integratorröhre mit 1 bezeichnet, die Bezugsröhre mit 2, der Differenzverstärker mit 3 und der Impedanzwandler mit 4.

nungen£, die dem Steuergitter der Integratorröhre in einem erfindungsgemäßen Schaltkreis zugeführt werden. F i g. 4 zeigt im einzelnen einen symmetrischen Sägezahnverlauf, der mit Hilfe einer mäanderförmigen Steuerspannung mit positiven und negativen Bereichen erzielt wurde.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Integrator-Schaltung mit einer Integratorröhre, zwischen deren Anode und Steuergitter ein Kondensator angeordnet ist, und einer im wesentlichen gleichen und gleichartig geschalteten Bezugsröhre, deren zugeordneter Kondensator eine wesentlich geringere Kapazität als der erstgenannte besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen (V, V) der beiden Röhren (1, 2) einem Gleichstrom-Differenzverstärker (3) zugeführt werden, dessen Ausgangsspannung über einen an sich bekannten Impedanzwandler (4) auf die Steuergitter der beiden Röhren (1, 2) rückgekoppelt wird, und daß die zu integrierende Spannung (E) dem Steuergitter der Integratorröhre (1) zugeschaltet wird.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler (4) aus einer Kathodenfolgerschaltung besteht, an welche das zur Differenz (V—V) der beiden Röhren-Ausgangsspannungen proportionale Differenzsignal angelegt wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zu integrierende Spannung (E) zur Erzeugung eines symmetrischen Sägezahn-Spannungsverlaufs eine Mäanderform mit positiven und negativen Bereichen hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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