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Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen oder messen des Verstärkungsvermögens
elektrischer Verstärker Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine dazugehörige
Vorrichtung zum überwachen und Messen des Verstärkungsgrades elektrischer Verstärker.
Die Erfindung hat den Zweck. die #1Iessungen möglichst zu vereinfachen und eine
möglichst einfache und dauerhafte Meßvorrichtung ohne empfindliche Teile zu schatten.
Insbesondere können beim Erfindunsgegenstand Messungen ohne Verwendung' von Hilfsspannungen
und Oszillatoren oder anderen teuren Instrumenten ausgeführt «-erden, so daß infolge
der erreichten Verbilligung der Vorrichtung Verstärkungsmessungen überall dort vorgenommen
«erden können, wo dies aus technischen Gründen wünschenswert ist, beispielsweise
sogar in den einfachsten Zwischenverstärkeranlagen.
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Gemäß der Erfindung wird die Ausgangsseite des elektrischen Verstärkers
mit der Eingangsseite rückgekoppelt und mittels einer Schwingungsanzeigevorrichtung,
z. B. eines an den rückkoppelnden Kreis angeschlossenen Fernsprechhörers, festgestellt,
ob der Verstärker sich im Eigenschwingungszustande befindet. Hierbei wird angezeigt,
daß die Verstärkung mindestens so groß ist, daß sie die Dämpfung in dem schwingenden
System deckt. Diese Dämpfung besteht vorzugsweise zum überwiegenden Teil aus einer
in dem rückkoppelnden Kreis enthaltenen, zweckmäßig veränderlichen Kunstdämpfung
o. dgl., die derart eingeregelt wird, daß der Verstärker sich an der Grenze des
Eigenschwingungszustandes befindet. Hierbei dient die Dämpfung im rückkoppelnden
Kreis als Maß für den Verstärkungsgrad.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Abb. r zeigt eine Schaltungsanordnung einer an einen elektrischen
Verstärker angeschlossenen Meßvorrichtung; Abb. z ist ein Diagramm.
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Der elektrische Verstärker A ist durch Vermittlung der durch die gestrichelten
Linien I> dargestellten Meßv orrichtung rückgekoppelt, indem die Eingangsklemmen
t des Verstärkers an die Ausgangsklemmen .4 der Meßvorrichtung und die Ausgangsklemmen
z des Verstärkers an die Eingangsklemmen 3 der Meßvorrichtung angeschlossen sind.
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Die Meßvorrichtung enthält eine direkt an die Eingangsklemmen 3 angeschlossene,
verzerrungsfreieund regelbare Kttnstdämpfttng D, die im Ausführungsbeispiel aus
in H-Form vereinigten Widerständen besteht, jedoch in beliebiger anderer Weise zusammengesetzt
sein kann. Die Ausgangsklemmen der Kunst-,_lämpfung sind an die Primärwicklungen
eines
drei Wicklungen enthaltenden Transformators T angeschlossen. Die Primär- und Sekundärwicklung
des Transformators sind in bezug auf einen zwischen ihnen liegenden, bei E geerdeten
Metallschirm 5 symmetrisch angeordnet. An die dritte Wicklung ( ist ein Fernsprechhörer
H angeschlossen. Zwischen die Klemmen der Sekundärwicklung 7 des Transformators,
an welche die Ausgangsklemmen q. der Meßvorrichtung direkt angeschlossen sind, ist
ein Resonanznebenschluß geschaltet, der aus einer Induktanz L und einem dazu parallel
geschalteten, regelbaren Kondensator C besteht.
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Der Apparat wird in folgender Weise benutzt. Der Resonanznebenschluß
(Schwingungskreis) L, C wird auf die Frequenz abgestimmt, deren Verstärkungsgrad
gemessen werden soll. Die Dämpfung der regelbaren Kunstleitung D wird derart eingestellt,
daß der Verstärker sich an der Grenze des Eigensschwingungszustandes befindet und
gerade beginnt zu schwingen. Dies wird mittels des Fernsprechhörers H festgestellt.
Der Verstärker wird dann im allgemeinen mit der Resonanzfi-eduenz schwingen. Wenn
die Impedanz I. des Resonanznebenschlusses genügend groß gewählt ist im Verhältnis
zu der Impedanz der Kunstdämpfung D und der charakteristischen Impedanz des Verstärkers,
kann die durch den Transformator T, die Selbstinduktion L und die Kapazität C bedingte
Dämpfung der Meßvorrichtung vernachlässigt werden. Unter der Voraussetzung, daß
die Phasenverschiebung innerhalb des Verstärkers, d. h. der Phasenwinkel zwischen
der Ausgangs- und Eingangsspannung des Verstärkers innerhalb gewisser Grenzen gehalten
ist, wird der absolute Wert der Verstärkung, praktisch genommen, gleich dem absoluten
Wert der Dämpfung.
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Im Schema der Abb. z ist der Unterschied d zwischen der tatsächlichen
und der gemessenen Verstärkung als Funktion der Phasenverschiebung a innerhalb des
Verstärkers aufgetragen. Dieser Unterschied kann durch die Gleichung
ausgedrückt werden. Wie ersichtlich, können beträchtliche Phasenverschiebungen zugelassen
werden, ohne daß ein praktisch bedeutender Unterschied entsteht.
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Beim Messen des Verstärkungsgrades eines Verstärkers, der Siebketten
oder Siebkreise enthält, können sehr große Phasenverschiebungen auftreten. Sie hängen
jedoch in diesem Fall sehr stark von der Frequenz ab, so daß im allgemeinen stets
Frequenzen vorbanden sind, bei denen die Phasenverschiebung ausreichend klein ist
und die Meßvorrichtung angewendet werden kann. Diese Frequenzen können dadurch festgestellt
werden, daß bei filmen die gemessene Verstärkung einen gün->tigsten Wert aufweist,
welcher der wirklichen Verstärkung für diese Frequenzen gleich ist.
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Praktische Versuche haben außerdem gezeigt, daß der Resonanznebenschluß
L, C für Frequenzen, die in der Nähe der Eigenfrequenz des Resonanznebenschlusses
liegen, eine phasenverschiebende Wirkung ausübt in der Weise, daß die Phasenverschiebung
des Verstärkers selbsttätig ausgeglichen wird. Der Unterschied zwischen wirklicher
und geines-,ener Verstärkung wird also tatsächlich bedeutend kleiner als der angegebene
theoretische Wert. Für die dein günstigsten Wert der Verstärkung entsprechenden
Frequenzen ist außerdem die Dämpfung des Resonanznebenschlusses konstant, so daß
das Mehergebnis im Bedarfsfalle unschwer für diese Dämpfung berichtigt werden kann.
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Die in der Zeichnung dargestellte Ausführung des Transformators D
hat den Zweck, unsymmetrische Ströme und Spannungen abzuschirmen, die unter gewissen
Umständen, z. B. bei vorhandener Unsyinmetrie der beiden Zweige des rückkoppelnden
Kreises, entstehen und dann einen vom Resonanznebenschluß im wesentlichen unabhängigen
Schwingungszustand bewirken könnten. Der Schirm bildet hierbei sozusagen einen Kurzschluli
für etwa entstehende Ladungsströme, die sonst zwischen den Transformatorwicklungen
hindurchgehen könnten. Der Transformator kann jedoch, insbesondere bei vollständig
symmetrischer Anordnung, durch andere Anordnungen ersetzt oder in gewissen Fällen
weggelassen werden.
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Die Meßvorrichtung läßt sich in gewissen Fällen vereinfachen, beispielsweise
dann, wenn der Verstärkungsgrad eines Verstärkers überwacht oder geprüft werden
soll, dessen Verstärkung z. B. mittels eines Potentiometers regelbar ist. In diesem
Falle sind keine veränderlichen oder einstellbaren Teile in der Meßvörrichtung erforderlich.
Eine solche einfache Meßvorrichtung kann auch dann angewendet werden, wenn man sich
nur überzeugen will, ob der Verstärker eine gewisse Mindestverstärkung erreicht.
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Anstatt, wie dargestellt, den Schwingungskreis L, C als Nebenschluß
zwischen die beiden Zweige der Rückkopplungsvorrichtung zu schalten, kann man auch
Induktanzen und Kapazitäten in die Zweige selbst einschalten in solcher Weise, daß
eine Abstimmung für die gewünschte Frequenz erfolgen kann. Bei dieser Ausführung
ist es jedoch schwieriger, die gewünschte Symmetrie der Rückkopplungsvorrichtung
herzustellen.
Siebgebilde verschiedener Art können an Stelle des Schwingungskreises benutzt werden,
aber sie sind im allgemeinen unnötig kompliziert und führen eine nicht zu vernachlässigende
Dämpfung in das System ein. Allerdings wird hierdurch noch kein fehlerhaftes Meßergebnis
entstehen, wenn die Größe der Dämpfung des Siebgebildes bekannt ist.
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Die iXIeßvor richtung kann auch zur Dämpfungsniessung benutzt werden.
Zu diesem Zweck wird die zu messende Dämpfung in die rückkoppelnde Meßvorrichtung
oder in Reihe mit dieser geschaltet, und die lIeßvorrichtung wird an einen Verstärker
angeschlossen, dessen Verstärkung belmnnt und dein absoluten Betrag nach größer
ist als der absolute Betrag der Gesamtdämpfung. Die gesuchte Dämpfung kann finit
Hilfe des bekannten Verstä rkungsgrades und der Größe der bekannten Dämpfung der
rückkoppelnden Meßvorrichtung durch Einstellung auf den Eigenschwingungspunkt bestimmt
werden.
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Die Meßvorrichtung ist einfach und billig, sie besitzt auch keine
empfindlichen Teile und benötigt weder Hilfsspannungen noch Hilfsstroniquellen.
Weitere Vorteile der Vorrichtung bestehen darin, daß die Messungen leicht ausführbar
sind, und daß das Meßergebnis von subjektiven Meßfehlern frei ist.
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Da der Eigenschwingungspunkt durch den Zustand beim ersten Auftreten
der Eigenschwingungen bestimmt ist, sind auch keine falschen Meßergebnisse infolge
Überlastung des Verstärkers zu befürchten.
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Als Verstärker mag z. B. eine Dreielektrodenröhre in Betracht kommen,
ohne rlaß die Erfindung darauf beschränkt ist.