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Driftkompensierter, nichtkontinuierlich arbeitender Gleichspannungsverstärker
mit Röhrenelektrometer-Eingangsstufe Die Erfindung betrifft einen driftkompensierten,
nichtkontinuierlich arbeitenden Gleichspannungsverstärker mit Röhrenelektrometer-Eingangsstufe
zur Lösung von meß-, Steuer- und regelungstechnischen Aufgaben bei der Automatisierung.
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Für die Lösung derartiger Aufgaben, z. B. aus dem Gebiet der elektronischen
Meßtechnik, bei denen eine kontinuierliche Arbeitsweise der Meßverstärker nicht
erforderlich ist, bietet sich bei Gleichspannungsverstärkern eine Driftkorrektur
durch Speicherkondensatoren an. Diese wird umso wirksamer anzuwenden sein, je kleiner
das Verhältnis von Meßdauer zu Meßpause und je kleiner die absolute Meßzeit ist.
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F i g. 1 zeigt eine bekannte Anordnung. Bei ihr wird die Drift am
Ausgang durch eine Gegenspannung am Eingang kompensiert. Die Eingangsspannung wird
periodisch mit der tatsächlichen Höhe der Ausgangsdriftspannung in Übereinstimmung
gebracht. Der Speicherkondensator wird auf die Driftspannung augeladen und während
der Arbeitszeit des Verstärkers so in Reihe mit der Eingangsspannung geschaltet,
daß der Beitrag der Driftspannung im Ausgangssignal verschwindet.
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Weiterhin ist eine Anordnung nach F i g. 2 bekannt. Hier erfolgt die
Driftkorrektur jeweils im Ausgang der einzelnen Verstärkerstufen. Die Speicherkondensatoren
werden während der Meßpausen auf die Ruheausgangsspannungen der Verstärkerstufen
aufgeladen und nehmen Änderungen dieser Spannungen auf, so daß an der folgenden
Stufe stets eine Spannung Null herrscht.
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Kurz vor Beginn der Messung werden die Kontakte (ebenso wie bei der
Anordnung in F i g. 1) geöffnet. Die Speicherkondensatoren bleiben aufgeladen auf
den entsprechenden Kompensationsspannungsbeträgen.
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Spezielle Meßprobleme der Dosimetrie machen neben Gleichspannungsverstärkern
mit geringer Drift Verstärker mit hohem Eingangswiderstand (Elektrometereingang)
erforderlich. Außerdem kann durch die Forderung nach einem bestimmten übergangsverhalten
(z. B. integrales oder proportional-integrales Verhalten) eine Einfügung eines RC-Netzwerkes
im Eingang nötig werden. Die Anwendung der Verstärkerschaltung nach F i g. 1 ist
dann aus folgenden Gründen nicht möglich: Die Isolationswiderstände des Speicherkondensators
sowie der Kontakte für die Speicheraufladung müßten sehr hoch sein, damit der Elektrometereingang
und ein unter Umständen im Eingang benötigtes RC-Netzwerk unbeeinflußt bleiben.
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Die Kapazitäten der Kontakte für die Speicheraufladung sowie die Schaltkapazitäten
durch die Zuleitungen der Kontakte, die zum Teil im Rückkopplungszweig des Verstärkers
liegen, verfälschen ein Zeitverhalten des Verstärkers.
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Der Isolationswiderstand des Kontaktes im Rückkopplungszweig verfälscht
das Zeitverhalten des RC-Netzwerkes bzw. des Verstärkers.
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Die Anordnung nach F i g. 2 bietet die Möglichkeit, den Elektrometereingang
von der Driftkorrektur unberührt zu lassen. Sie hat jedoch folgende Nachteile: Die
Drift der letzten Verstärkerstufe wird, um einen technisch sinnvollen Verstärkerausgang
(niederohmig) zu schaffen, nicht korrigiert.
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Jede Stufe des Verstärkers muß elektrometrische Eigenschaften besitzen,
um die Speicherkondensatoren während der Meßzeit nicht über einen zulässigen Betrag
zu entladen.
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Bei der Lösung von meß-, Steuer- und regelungstechnischen Aufgaben
treten z. B. in der Röntgendiagnostik neue Forderungen auf. Der Zweck der Erfindung
ist es, mit geringem technischem Aufwand einen empfindlichen, genau arbeitenden
und nullpunktstabilen Verstärker zu schaffen, der außerdem eine Kombination von
Subminiaturelektrometerröhren mit Transistoren ermöglicht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten
Verstärkerschaltungen mit Speicherkondensatoren zur automatischen Driftkorrektur
zu beseitigen. Hierzu wird der Verstärkerzug aufgetrennt und eine Speicherkondensatoranordnung
zur Driftkorrektur eingefügt.
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Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, daß der Verstärker in zwei
Teilverstärker aufgegliedert wird und daß zwischen den zwei Teilverstärkern eine
Reihenschaltung von zwei Speicherkondensatoren, mit denen die selbsttätige Driftkorrektur
vorgenommen
wird, angeordnet ist. Der gemeinsame Verbindungspunkt
der Kondensatoren ist über einen hochisolierten Kontakt mit Masse verbunden. Ein
weiterer hochisolierter Kontakt stellt die Verbindung zwischen dem Ausgang des zweiten
Teilverstärkers und dem Speicherkondensator im Eingang des zweiten Teilverstärkers
her.
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In F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Der Verstärker besteht aus zwei Teilverstärkern. Der erste Teilverstärker
besteht aus der Röhrenelektrometer-Eingangsstufe.
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Die Drift des ersten Teilverstärkers wird durch entsprechende Aufladung
des Speicherkondensators C1 am Ausgang des ersten Teilverstärkers kompensiert.
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Der zweite Teilverstärker setzt sich aus einer ungeraden Zahl von
Verstärkerstufen zusammen, welche die Phase um je 180° drehen, wobei sich die Stufenzahl
nach dem benötigten Verstärkungsgrad richtet. Die erste Stufe des zweiten Teilverstärkers
besitzt elektrometrische Eigenschaften.
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Die Drift des zweiten Teilverstärkers wird im Eingang des Verstärkers
durch entsprechende Aufladung von C2 kompensiert.
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Damit erfolgt eine selbsttätige Korrektur der Gesamtdrift während
der Meßpausen bei geschlossenen Kontakten K1 und K2.
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Kurz vor der Messung werden K 1 und K 2 geöffnet. Durch die Reihenschaltung
der Speicherkondensatoren C 1 und C 2 zwischen den zwei Teilverstärkern liegen die
zwei Korrekturspannungen in Reihenschaltung mit dem Ausgang der Elektrometerstufe
und dem Eingang des zweiten Teilverstärkers.
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Die Driftanteile bleiben durch die hochisolierten Kontakte K1 und
K2 sowie durch den elektrometrisehen Eingang des zweiten Teilverstärkers während
der Meßzeit gespeichert und entfallen so im Ausgangssignal.
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Nach der Messung schließen K1 und K2. Die Gesamtdrift des Verstärkers
wird bis zum Beginn der nächsten Messung wieder ständig korrigiert.
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Die Anordnung nach der Erfindung ermöglicht es, driftkompensierte
Gleichspannungsverstärker mit nichtkontinuierlicher Arbeitsweise aufzubauen.
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Als Meß-, Regel- und Steuerverstärker kann die beschriebene Anordnung
wegen ihrer hohen Eingangsimpedanz in der Dosimetrie und überall dort, wo extrem
leistungsarm gemessen oder an einen entsprechenden Geber angepaßt werden muß, Verwendung
finden.
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Der Typ der elektrischen Verstärkerelemente, der im zweiten Teilverstärker
Anwendung findet, ist frei wählbar. Der hochohmige Eingang der Elektrometerröhre
wird für die Driftkorrektur nicht benötigt. Er ist frei von jeglichen Ankopplungen
und steht allein für die Messung bzw. für den Anschluß des Meßobjektes zur Verfügung.
Von Bedeutung ist weiterhin das Ausgleichen der Gesamtdrift. Da Elektrometerröhren
im allgemeinen niedrige Verstärkungsgrade besitzen oder nur die Funktion von Impedanzwandlern
haben, wird die Hauptverstärkung im zweiten Teilverstärker liegen und auch die letzte
Stufe ihren Driftanteil liefern. Das gilt besonders dann, wenn der zweite Teilverstärker
bei geringem Verstärkungsbedarf nur aus einer Stufe besteht.