DE583460C - Verstaerkeranordnung fuer Messzwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine 'Verstärkeranordnung unter Verwendung elektrischer Entladungsgefäße. Gegenstand der Erfindung ist eine derartige Ausbildung der Anordnung, daß es möglich ist, eine Wechselspannung zu verstärken, ohne daß die Ausgangsenergie des Verstärkers selbst durch verhältnismäßig große Änderungen der zu verstärkenden Spannung beeinflußt wird und ohne daß ein nennenswerter Energiebetrag der Spannungsquelle entnommen zu werden braucht.

Eine derartige Verstärkeranordnung kann mit besonderem Vorteil in Verbindung mit Hochspannungsnetzen o. dgl. benutzt werden, bei denen die Ankopplung der Einrichtungen zur Frequenz- oder Phasenmessung kapazitiv erfolgt. Bei einer derartigen Kopplung ist einerseits nur ein verhältnismäßig kleiner

ao Energiebetrag· zur Betätigung der Anzeigevorrichtungen verfügbar, andererseits sind die Spannungsänderungen der Energiequelle verhältnismäßig groß und reichen beispielsweise von der vollen Netzspannung im normalen Betriebe bis zu wenigen Prozenten der Netzspannung im Kurzschlußfall. Mit der Anordnung gemäß der Erfindung können die gewünschten Frequenz- öder Phasenanzeigevorrichtungen im wesentlichen unabhängig, von Spannungsänderungen oberhalb einer gewissen Mindestspannung betätigt werden.

Zur Ausführung des Erfindungsgedankens wird als, Entladungsgefäß ein Dampfentladungsgefäß benutzt, das die gewünschte Arbeitscharakteristik für die oben angegebenen Zwecke besitzt.

Der Erfindungsgedanke soll an Hand der Abbildungen näher erläutert werden. : "

Abb. ι stellt die Betriebscharakteristik eines Dampfentladungsgefäßes dar,

Abb. 2 ein Schaltschema der Verstärkeranordnung gemäß der Erfindung und . .,

Abb. 3 eine Reihe von Kurven, die die'Wir- '"'' kungsweise der Anordnung erläutern.

In Abb. ι bedeuten 9 und 10 Koordinatenachsen mit dem Anfangspunkt 11. Längs der Ordinate 9. ist der Anodenstrom eines Dampfentladungsgefäßes und längs der Abszisse 10 '" rechts und links von dem Anfangspunkt "i-i die positive und negative Spannung des Gitr ters des Entladungsgefäßes aufgetragen. Die Ahodenstromkurve 12-13-14-15 zeigt, daß der Anodenstrom so· lange auf dem Wert Null längs der Linie.-i2 bleibt, wie sich die negative Gitterspannung in positiver Richtung dem, Werte Null nähert. In der Nähe des Nullpunktes bei 16 springt der Wert des Anodenstromes dann plötzlich von Null auf

einen maximalen Wert längs der Linie 13, und bei wachsender Gitterspannung über Null hinaus in positiver Richtung behält er diesen Wert längs der Linie 14 bei. Wird die Gitterspannung wieder negativ, so behält der Anodenstrom seinen Maximalwert bei längs der Linie 14-15. Bei einem Dampfentladungsgefäß, das für Anodenspannung eine Gleichspannungsquelle besitzt, bleibt infolgedessen der Anodenstrom, wenn er einmal eingesetzt hat, dauernd bestehen, ohne daß er dann durch Änderung der Gitterspannung beeinflußt wird. Bei einer wechselnden Anodenspannung dagegen wird der Anodenstrom während jeder Hälfte einer Periode infolge der Gleichrichtercharakteristik der Anode angeschnitten, und wenn die angelegte Gitterwechselspannung einen genügend negativen Wert erreicht, fließt kein Anodenstrom mehr, nachdem er einmal abgeschnitten ist. Aus diesen Erwägungen heraus wird nun erfindungsgemäß dem Anodenkreis des Dampf entladungsgefäß es eine Wechselspannung mit wesentlich höherer Frequenz als die der Gitterspannung zugeführt. Infolge der erwähnten sperrenden bzw. abschneidenden Wirkung der Charakteristik des Gefäßes ergeben sich dann im Anodenkreis eine Reihe von Wechselstromimpulsen, die die Frequenz der Anodenwechselspannung besitzen und in Gruppen von der Frequenz der Gitterspannung eingeteilt sind. Außerdem entstehen die Harmonischen sowohl der Gitter- als auch der Anodenspannung. Durch geeignete FiI-ter, z. B. Bandfilter, kann dann die Frequenz der Gitterwechselspannung herausgesiebt werden, so daß sie allein in den Ausgangskreis des Entladungsgefäßes gelangt.

Eine Anordnung zur Ausführung dieses Verfahrens ist in Abb. 2 dargestellt. Es bedeutet 17 ein Dampf entladungsgefäß mit einer Kathode 18, einem Steuergitter 19 und einer Anode 20. Die Kathode wird mittels der Zuleitungen 21 von irgendeiner geeigneten (in der Zeichnung nicht dargestellt) Stromquelle, z. B. von einem Wechselstromnetz aus, gespeist. Die zu verstärkende Wechselspannung wird von den Eingangsklemmen 22 aus über Zuleitungen 23 und 24 dem Gitter und der Kathode des Gefäßes zugeführt. Die Kathodenzuleitung 24 ist an die Mittelanzapfung 25 eines Widerstandes 26 geführt, der parallel zu der Leitung 21 liegt. Diese Verbindung schafft für die wechselstromgeheizte Kathode einen elektrischen Mittelpunkt, so daß, wie bekannt, die durch den Wechselstrom hervorgerufenen Spannungsschwankungen aufgehoben werden.

In der Gitterzuleitung 23 liegt ein Wider-

ffo stand 27, um die Ausbildung eines merklichen

Gitterstromes und damit eines merklichen Energiestromes von der Spannungsquelle bzw. den Eingangskreisen 22 her zu verhindern. Zu diesem Zweck kann ein verhältnismäßig hoher Widerstand benutzt werden, weil der Spannungsabfall bei Verwendung eines Dampfentladungsgefäßes gering ist. Eine derartige Anordnung ergibt eine im wesentlichen konstante Ausgangsenergie innerhalb eines großen Änderungsbereiches der Gitterspannung oberhalb eines gewissen Mindestwertes.

Dem Gitter wird eine Vorspannung gegeben durch einen Widerstand oder eine Impedanz 28, die zwischen den Gitterzuleitungen 23 liegt, und eine Batterie 29, die im vorliegenden Fall in Reihe mit der Kathodenzuleitung 24 liegt. Dem Widerstand 28 muß ein verhältnismäßig hoher Wert gegeben werden, damit er keine zu starke Belastung an den Eingangsklemmen 22 bildet, es sei denn, daß die Eingangsspannung eine genügende Kapazität besitzt, um ihr stärkere Belastungsströme zu entnehmen.

Der Anodenkreis des Dampfentladungsgefäßes wird durch 30 dargestellt. Er steht mit der Kathode durch die Mittelanzapfung 25 in Verbindung. In diesem Kreis liegt ein Wechselstromfilter 31, dessen Zweck weiter unten beschrieben wird. Dieses Filter steht über Leitungen 32 und einem geeigneten Kopplungsorgan, z. B. einem Transformator 33, mit den Ausgangsklemmen 34 in Verbindung. An diese Klemmen kann irgendein Nutzkreis, in dem die von der verstärkten Gitterspannung herrührende Energie verwandt werden soll, angeschlossen werden.

Der Anodenkreis ist weiterhin über die Klemmen 35, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Transformators 36, an eine Wechselstromquelle angeschlossen. Die an die Klemmen 35 angeschlossene Stromquelle kann irgendeine beliebige Wechselstromquelle sein, deren Frequenz größer als die dem Gitter zugeführten Frequenz ist. Sie wird zweckmäßigerweise als ein genaues Vielfaches der Gitterfrequenz gewählt, obgleich dies praktisch schwieriger ist, als lediglich einen Frequenzunterschied einzuhalten. Der Transformator 36 dient dazu, um die gewünschte Spannungsumwandlung zwischen Stromquelle und Anodenkreis vorzunehmen.

Wird dem Gitter über die Klemmen 22 eine Wechselspannung zugeführt, so wird der Anodenwechselstrom bei jeder Halbperiode der Gitterspannung abgeschnitten in Gruppen, die die Frequenz der Gitterspannung besitzen. Es rührt dies von der Steuercharakteristik des Verstärkers her, wie im Zusammenhang mit Abb. 2 auseinandergesetzt ist. Denn infolge der Gleichrichterwirkung des Gefäßes wird der Anodenstrom in Halbwellenimpulse

zerlegt, die ihrerseits in Gruppen von der Frequenz der Gitterspannung eingeteilt sind. Es ist hierzu erforderlich, daß die Anodenspannung eine höhere Frequenz besitzt als die Gitterspannung, und für den praktischen Betrieb ist es angebracht, diesen Frequenzunterschied ziemlich groß zu wählen. Z. B. kann zweckmäßiger Weise zur Verstärkung eines ooperiodigen Wechselstromes eine Ano-

jo denwechselspannung von 500 bis 1000 Perioden benutzt werden. Bei einem derartigen großen Frequenzunterschied ist der verstärkte Strom von der Frequenz der Gitterspannung glatter, als dies der Fall ist, wenn die Frets quenzen näher aneinanderliegen, es sei denn, daß die Frequenz der Anodenspannung, wie bereits erwähnt, genau ein Vielfaches der Frequenz der Gitterspannung ist.
Der Grund hierfür liegt darin, daß die Zahl der Anodenstromimpulse oder -halbwellen, die in jeder Gruppe enthalten sind, in gewissen Abschnitten um einen Impuls oder einen Teil eines solchen vermehrt werden, da die Anodenfrequenz, wenn nicht besondere Mittel vorgesehen sind, nicht ein genaues Vielfaches der Gitterfrequenz ist. Wird nun die Anodenstromfrequenz verhältnismäßig hoch gewählt, so macht der zufällig in einer Gruppe der Anodenstromimpulse hinzutretende Impuls nur einen sehr Ideinen Prozentsatz der normalerweise in einer Gruppe vorhandenen Impulse aus und ruft infolgedessen nur eine schwache Kräuselung oder Schwebung in dem verstärkten Ausgangsstrom hervor, die in Kauf genommen werden kann.

Diese Schwebung liegt verhältnismäßig tief unterhalb der Frequenz der Gitterspannung.

Wird dagegen die Anodenfrequenz auf

einem genauen Vielfachen der Gitterfrequenz gehalten, so können keine zusätzlichen Impulse in einzelne Gruppen hinzutreten und infolgedessen auch nicht die Schwebungen auftreten. Wenn also eine niedrige Anodenfrequenz gewünscht wird, so sollte vorzugsweise diese Frequenz ein Vielfaches der Gitterfrequenz sein, und sie muß es sein, wenn ein glatter Ausgangsstrom lediglich von der Gitterfrequenz auftreten soll.

In Abb. 3 sind diese Verhältnisse näher erläutert. In Richtung der Ordinatenachse 38 sind von der Nullinie 39 aus nach oben und unten die Amplituden aufgetragen. Auf der Abszisse 40 ist die Zeit dargestellt. Kurve 41 stellt nun eine niederfrequente Wechselspannung dar, die den Gitterklemmen zugeführt ist. Die Kurven 42 zeigen die gleichgerichteten hochfrequenten Anodenstromimpulse. Durch die punktierten Linien, sind diejenigen dieser Impulse dargestellt, die abgeschnitten werden, sobald bei genügend negativer Gitterspannung der Anodenstromfluß aufhört. Die Punkte, in denen dies eintritt, sind mit 43 bezeichnet. Wie ersichtlich, werden also die Anodenstromimpulse in Gruppen 44 von der Frequenz der Gitterspannung eingeteilt.

Diese Impulse sind zusammen mit Harmonischen der Gitter- und Anodenspannung und den erwähnten niederfrequenten Schwingungen im Anodenkreis 30 vorhanden und werden durch ein geeignetes Filter 31 beseitigt. Dies Filter besitzt einen Durchlaßbereich, der nur wenig über und unter der Gitterfrequenz liegt. Für den Fall, daß die Gitterspannung 60p eriodiger Wechselstrom ist, sollte die untere Grenze des Durchlaßbereiches zwischen 60 und 30, vorzugsweise bei etwa 40 Perioden, und die obere Grenze zwischen 60 und 120 Perioden, vorzugsweise bei etwa 90 Perioden, liegen. In bezug auf die Frequenz der Anodenspannung stellt dies nur einen eng begrenzten Bereich oberhalb und unterhalb der Gitterfrequenz dar.

Kurve 45 stellt die Gleichstromkonstante des hochfrequenten Anodenstromes nach Durchgang durch das Filter dar. Dieser Gleichstrom wird von den Klemmen 34 durch den Transformator 33 ferngehalten, so daß die Ausgangsenergie lediglich die Frequenz der Gitterspannung aufweist.

Zur Ausführung des Erfindungsgedankens kann jedes elektrische Dampf entladungsgefäß, das eine der Abb. 1 entsprechende Charakteristik besitzt, benutzt werden. Derartige Gefäße werden gewöhnlich nicht als Verstärker benutzt, doch können sie in der Anordnung gemäß der Erfindung mit geringer Anodenspannung und geringer Eingangsenergie von geringer Spannung betrieben werden und eignen sich für verschiedene Verwendungszwecke, insbesondere zur Verstärkung der für Frequenz- und Phasenmessung dienenden, kapazitiv von Hochspannungsleitungen abgeleiteten Spannungen.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Verstärkeranordnung für Meßzwecke unter Verwendung von Dampfentladungsgefäßen mit Steuergitter, deren Entladung , durch das steuernde Potential des Steuergitters gezündet bzw. gelöscht wird, oder Entladungsgefäßen entsprechender Charakteristik mit Steuergitter, insbesondere zur Verstärkung der für Frequenz- und Phasenmessung dienenden, kapazitiv von Hochspannungsleitungen abgeleiteten Spannungen, dadurch gekennzeichnet, daß als Anodenspannung eine Wechselspannung dient, deren Frequenz wesentlich höher als die Frequenz der dem Gitter zugeführten zu verstärkenden Wechselspannung ist und ein im Ausgangskreis liegendes, an sich bekanntes elektrisches

   Filter die oberhalb und unterhalb der Gitterfrequenz liegenden Frequenzen unterdrückt.
2. 2. Verstärkeranordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der Anodenspannung ein genaues Vielfaches der Gitterfrequenz ist.
3. 3. Verstärkeranordnung nach AnSpruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Serie mit dem Gitterkreis ein Gitterwiderstand liegt.
4. 4. Verstärkeranordnung nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fernhaltung des Anodengleichstromes vom Ausgangskreis ein Transfermator vorgesehen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen