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Galvanisch- gekoppelter mehrstufiger Widerstandsmeßverstärker Bei
Verstärkerschaltungen, bei denen zwischen Gitter und Kathode der Eingangsröhre ein
Spannungserzeuger von sehr hohem inuierem Widerstand liegt, wie ihn z. B. Piezokristalle
darstellen, ergeben sich bekanntlich bei der Verwendung normaler Verstärkerröhren
dadurch Schwierigkeiten, daß der innere Widerstand der Strecke Gitter-Kathode, kleiner
ist als der innere Widerstand des Spannungserzeugers. Da der innere Widerstand dieser
Strecke zugleich den Arbeitswiderstand für den Spannungserzeuger darstellt; so entsteht
an ihm auch nur ein geringer Spannungsabfall, so daß die Spannungsschwankungen am
A.nodenkreiswiderstand- entsprechend gering sind. Ein weiteres Absinken der Steuerspannung
wird dadurch verursacht, daß bei negativ vorgespanntem Gitter infolge thermischer
Emission des Gittermetalls die Elektronen vom Gitter unter der Einwirkung der Anodensaugspannung
als negativer *Gitterstrom zur Anode abfließen können, wobei die Größe des negativen
Gitterstromes mit der Höhe der Anodensaugspannung zunimmt. Dieses ist auch besonders
dann nachteilig, wenn es. sich um die Messungen außerordentlich geringer Ströme,
z. B. in der Größenordnung von to-6 A, handelt; die in der Größenordnung dieses
negativen Gitterstromes liegen. Höhere Steuerspannungen -lassen sich erzielen unter
Verwendung an sich bekannter Verstärkerröhren, deren Widerstand Gitter-Kathode durch
eine hervorragende Isolation @entsprechend hoch gehalten. ist und bei denen der
negative Gitterstrom durch entsprechende Anordnung der Elektroden sowie- durch Verwendung
einer niedrigen Anodensaugspannung möglichst klein gehalten ist. Derartige Röhren
besitzen, infolge der geringen Anode;nsaugspannung nur einen äußerst geringen Anodenruhestrom
und infolge- der vorexwähnten
Anforderungen einen großen Durchgriff
und eine geringe Steilheit. .Bei der Ankopplung derartiger Röhren an eine weitere
Verstärkerstufe ergeben sich Schwierigkeiten, wenn zur Vergrößerung der Steilheit
in der nachfolgenden Stufe mehrere Röhren parallel" geschaltet werden sollen. Da
man in dieser nachfolgenden Stufe Röhren mit großer Verstärkerwirkung, also normale
Röhren verwenden wird, muß man den Einfluß des negativen Gitterstromes dieser Röhren
auf die Vorstufe sowie auch die gegenseitige Beeinflussung der nachgeschalteten
Röhren verhindern. Der Einfluß des negativen Gitterstromes auf die Vörröhre entsteht
dadurch, daß bei schwankender Steuerspannung an den Gittern der nachgeschalteten
Röhren der negative Gitterstrom dieser Röhren ebenfalls schwankt und am Arbeitswiderstand
der Vorröhre einen unerwünschten Spannungsabfall, hervorruft, der .infolge des großen
Durchgriffes dieser Vorröhre auf deren Verstärkungsgrad zurückwirkt. Der Einfluß
dieser Gitterstromschwanknngen läßt sich in bekannter Weise durch einen Dämpfungswiderstand
herabsetzen, der zwischen dem Anschlußpunkt des Gitters der nachfolgenden Röhre
und der Anode der Vo_ rröhre angeordnet ist.
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Bei einer derartigen Schaltung besteht jedoch noch eine gegenseitige
Beeinflussung der Röhren in der zweiten Stufe infolge der direkten galvanischen
Kopplung der Gitter dieser beiden Röhren, da jede durch eine Schwankung des Gitterstromes
der einen Röhre hervorgerufene `Schwankung der Steuerspannung infolge der direkten
gälvanisclhen Kopplung der beiden Gitter sich auf diese in gleicher Weise auswirkt.
Die Erfindung besteht darin, diese gegenseitige Beeinflussung 'dadurch zu verhindern,
daß bei einem derartigen galvanisch gekoppelten mehrstufigen Widerstandsverstärker
mit einer Eingangsröhre, an deren Ausgang zwei parallel geschaltete Röhren angekoppelt
sind und an deren Gitter ein oder mehrere Spannungserzeuger mit hohem .innerem Widerstand,
z. B. Piezoquarze, angeschlossen sind oder die zur Verstärkung äußerst geringer
Ströme dient und deren durch die Steuerung bewirkte Anodenstromänderung nicht zur
verzerrungslosen Deckung der durch den Gitterstrom der nachfolgenden Röhren hervorgerufenen
Verluste ausreicht, der im Anodenkreis der Vorröhre liegende Widerstand, der sich
aus dem Arbeitswiderstand und dem Dämpfungswiderständ zusammensetzt, nochmals in
zwei gesonderte, nach Art einer Wheatstoneschen Brücke geschaltete Widerstandszweige
aufgeteilt- -ist,-: an deren Diagönalpunkten die Gitter der nachgeschalteten Röhren.
angeschlossen sind. Eine durch die Gitterstromschwankung der einen nachgeschalteten
Röhre verursachte Spannungsschwankung in dem einen Brückenzweig wirkt sich auf den
anderen Brückenzweig praktisch nicht mehr aus, womit die gegenseitige Beeinflussung
der beiden nachgeschalteten Röhren verhindert ist. Bei Verwendung gleichartiger
Röhren in der zweiten Stufe müssen die einzelnen Widerstände der beiden Brückenzweige
einander gleich sein, während bei Verwendung von Röhren unterschiedlicher Charakteristik
die Widerstandszweige _ungleich aufgeteilt sein können. Es können. auch mehrere
Röhren an die Vorröhre angeschlossen werden. Es ist dann eine der Zahl der anzuschließenden
Röhren entsprechende Zahl von parallelen Widerstandszweigen vorzusehen.
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Die Zeichnung zeigt in der Abbildung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Ri ist die -in der ersten Verstärkerstufe liegende, durch piezoelektrische
Meßkammern Q1, Q2 gesteuerte Spezialröhre mit hoher Isolation zwischen Gitter und
Kathode und geringer Anodensaugspannnng. R2, R3 sind die Röhren der nachfolgenden
Verstärkerstufe. Im Anodenkreis der ersten Röhre liegen zwei parallel geschaltete
Widerstandszweige, die aus den Widerständen W1, W3 bzw. Ws, W4 gebildet sind und
eine Wheatstonesche Brücke bilden. Das Gitter der Röhre R2 ist an den Diagonalpunkt
b2 und das Gitter der Röhre R3 an den Diagonalpunkt bi geführt. Die Kathoden der
Röhren R2, R3 liegen gemeinsam an. dem der Anode der Röhre Ml abgewandten Verzweigungspunkt
Z der Widerstände. Die Anoden der Röhren R2, Rs liegen einander parallel und werden
von der Gleichspannungsquelle B, z. B. einer Anodenbatterie, gespeist. Zwischen
den Kathoden dieser Röhren und dem negativen Pol der Anodenbatterie liegt ein veränderlicher
Widerstand W. An diesem erzeugen die Anodenströme der Röhren R2, R's einen Spannungsabfall,
der als Anodenspannung der Röhre R, in Erscheinung tritt. Das Potential der Punkte
b1, b2 ist niedriger als das Potential des Verzweigungspunktes Z. Durch Verstellung
des Widerstandes W J.äßt sich die Gittervorspannung der .Röhren R2, R3 in bekannter
Weise ändern bzw. einstellen. Hierdurch lassen sich bei zeitlich auseinanderliegendei
Messungen die bei der Eichung zugrunde gelegten Verhältnisse einstellen.
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Verwendet man zwei gleichartige Röhren R2, Rs, so macht man einander
entsprechende Widerstände der Widerstandsverzweigung einander gleich, also Wl=W2
und W3=W4.
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Die Röhren R2, Rs können auch unterschiedliche Charakteristik besitzen.
In diesem Falle sind die Widerstandszweige ungleich aufgeteilt. Man kann auch die:
Axi._
odenspannung einer der Röhren R2, R3 als Ausgang für eine
weitere, in gleicher Weise gekoppelte Verstärkerstufe benutzen.
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-Die Anoden der Röhren R2, R3 können auch an getrennten Spannungsquellen
liegen. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn diese Spezialröhren für besondere
Zwecke sind und zum Verstärken einer bestimmten Frequenz dienen.