DE722603C - Regelbarer Gleichstromverstaerker - Google Patents

Regelbarer Gleichstromverstaerker

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DE722603C
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DE
Germany
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voltage divider
control
stage
voltage
stages
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Expired
Application number
DES136897D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Habil Wilhelm Bader
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/34DC amplifiers in which all stages are DC-coupled
    • H03F3/36DC amplifiers in which all stages are DC-coupled with tubes only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Regelbarer Gleichstromverstärker Wie bei allen Verstärkern, so besteht auch beim Gleichstromverstärker, bei dem also zur Kopplung der einzelnen Stufen lediglich Ohmsche Glieder dienen, der Wunsch, die Verstärkung stufenweise oder stetig bzw. stufenweise und stetig zu regeln, mit anderen Worten: man will in der Beziehung y-s#V#x, in der x die Eingangsspannung und y die Ausgangsspannung bzw. den Ausgangsstrom bedeuten, die Verstärkungsziffer von ihrem Höchstwert V herab regeln. Hierbei ist s folgender Bedingung unterworfen: o<s<z. Eine Regelung am Eingang des Verstärkers ist für hohe Frequenzen wenig zweckmäßig, und sie scheidet auf jeden Fall dann aus, wenn die zu verstärkende Größe nicht belastet werden darf, z. B. bei Verstärkungen von fotoelektrischen oder piezoelektrischen Strömen und Spannungen. Eine Regelung am Ausgang ist ebenfalls unzweckmäßig, denn man wünscht die Verstärkungsziffer s # h nicht deshalb zu erniedrigen, um bei gegebenem x ein kleineres y zu erlangen, sondern um bei gegebenem y ein größeres x zulassen zu können. Bei der Ausgangsregelung würde in diesem Falle aber der Verstärker übersteuert werden und nicht mehr linear arbeiten.
  • Man muß also die Verstärkungsziffer zur Vermeidung von Übersteuerungsmöglichkeiten nahe am Eingang, z. B. zwischen der ersten und zweiten Stufe, verändern. Bekannt sind hierfür hauptsächlich folgende Methoden: Änderung der Gittervorspannung an einer Regelröhre, also einer Röhre mit einer Kennlinie veränderlicher Steilheit, Änderung der Spannung an einem anderen Gitter, z. B. dem Schirmgitter, oder Änderung des Anodenwiderstandes.
  • Diese Methoden sind beim Gleichstromverstärker jedoch nicht anwendbar, weil sich bei der rein Ohmschen Kopplung gleichzeitig mit der Regelung das Gitterpotential der folgenden Röhre zwangsläufig derart verändert, daß diese Röhre außerhalb ihres erforderlichen Arbeitspunktes betrieben wird.
  • Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Anordnung zur frequenzunabhängigen Regelung des Verstärkungsgrades von Meßverstärkern mit gleichstrommäßig über Spannungsteiler gekoppelten mehreren Stufen, bei denen der regelbare Abgriff des wechselstrommäßig parallel zum Außenwiderstand einer Stufe liegenden Spannungsteilers mit dem Gitter der folgenden Stufe verbunden ist. Das Kennzeichen dieser Anordnung besteht darin, daß die Anzapfungen der alle Stufen speisenden Gleichspannungsquelle derart gewählt sind, daß das Ruhepotential der Anode einer Stufe äquipotential mit dem Anzapfpunkt des zugehörigen Spannungsteilers ist und die Kathoden gegenüber ihren Steuergittern konstant positiv vorgespannt sind.
  • Bei einer derartigen Regelung hat es sich gezeigt, daß die Arbeitspunkte sämtlicher Röhren streng gewahrt bleiben, gleichgültig, ob eine ein- oder mehrstufige Regelung v orgenommen wird. Es sei übrigens noch bemerkt, daß eine frequenzunabhängige Regelung zwischen zwei über einen Kondensator gekoppelten Stufen bereits bekannt ist.
  • In Fig. i ist eine einstufige Regelung und in Fig. 2 eine zweistufige Regelung jeweils eines Teiles der Anodenspannung dargestellt. Die Fig.3 und q. zeigen besonders zweckmäßige Potentiometerausführungen für die Verstärkungsregelung.
  • In Fig. i ist mit i die Röhre der Eingangsstufe bezeichnet, an deren Gitter die Eingangsspannung x, liegen möge. Die Spannung an der Anode sei, wenn x,= o ist, mit x2 bezeichnet. Ihre Anodenspannung erhält die Röhre über den Widerstand a von einer als Spannungsteiler dargestellten allgemeinen Spannungsquelle 3. Mit der Anode der Röhre i ist ein Spannungsteiler q. höheren Ohmwertes verbunden, dessen anderer Pol an dem Spannungsteiler 3 liegt. Der Abgriff 5 des Spannungsteilers q. ist nun so eingestellt, daß, wenn die Eingangsspannung x, = o ist und infolgedessen die Spannung an der Anode x2 = o ist, d. h. seinen Ruhewert aufweist, die Spannung am Abgriff 5 genau gleich diesem Ruhewert ist. An dem Spannungsteiler d. herrscht demnach in diesem Falle kein Potentialabfall. Von dem Spannungsteiler q ist über einen @Xbgriff 6 die Steuerspannung für die Röhre 7 der nächsten Stufe entnommen. Die Röhre 7 erhält ihre @@nodenspannung wiederum über einen Widerstand 8, und das »Klemmenpaar 9 stellt den belasteten oder unbelasteten Ausgang des `'erstärkers dar.
  • Durch den besonderen Abgleich des :#,bgriftes 5 des Spannungsteilers q. auf den Ruhewert der -Anode der Röhre z wird auch bei Verlagerung des Abgriffes 6 die Gittervorspannung für das Gitter des Rohres 7 in keinem Falle geändert. Lediglich der abgegriffene Teil der verstärkten Eingangsspannung, der gemäß der Einstellung von 6 jeweils größer oder kleiner ist, gelangt an das Steuergitter der Röhre 7 und erzeugt die verstärkte Spannung _r, am Ausgang dieser Röhre.
  • Der Vorgang der Verstärkungsregelung lälit sich zahlenmäßig sehr einfach ausdrücken.
  • Es ist ' d. h. also gleich dein am Spannungsteiler abgegriffenen Verhältnis, ferner ist xa=Y2i' x" worin L'2, der Verstärkungsfaktor der Röhre i ist, und schließlich ist x2 = S ' -lf worin .r2' das Potential am Gitter der Röhre 7 ist und schließlich ist xa = v32, x2 wobei V32 der Verstärkungsgrad der Röhre 7 ist.
  • Aus dem Obigen ergibt sich: xs=Ys:'v2i's' xi oder, da 1732 # V21 gleich der Gesamtverstärkung 1' des Verstärkers ist, x3= v's' x, d. h. die Ausgangsspannung ist proportional der Eingangsspannung mal dem V erstärkungsfaktor und dem am Spannungsteiler eingestellten Verhältnis.
  • Will man s in weiten Grenzen oder sehr feinfühlig regeln, so ist eine mehrstufige, praktisch also zweistufige Regelung für s notwendig, wobei im allgemeinen die Grobregelung stufenweise und .die Feinregelung stetig erfolgen soll.
  • Für den Aufbau der Regelung sind zwei Fälle zu unterscheiden, und zwar Verstärker mit nur zwei Röhren und Verstärker mit drei oder mehr Röhren. Am übersichtlichsten liegen die Verhältnisse bei Verstärkern mit drei oder mehr Röhren. Hier kann man gemäß Abb. 2 zwischen der ersten und der zweiten Stufe etwa eine Grobregelung vornehmen und zwischen der zweiten und der dritten Stufe eine Feinregelung. Unter Beibehaltung der für die mit Bezug auf die Fig. i gleichartigen Teile bzw. Potentialpunkte ist eine weitere Stufe io hinzugefügt, die ihre Gittervorspannung aus dem Potentiometer i i erhält und deren Anode über den Widerstand r2 mit dem Potentiometer 3 verbunden ist. Der Ausgang des gesamten Verstärkers ist mit 13 bezeichnet.
  • Bezeichnet man das am Potentiometer q. eingestellte Verhältnis mit s, und das Verhältnis am Potentiometer i.i mit s2, so ist offenbar x4=h#s wenn S=Sl,s2 ist. Zweckmäßig ist dafür zu sorgen, daß durch die Feinregelung gerade immer eine Lücke zwischen zwei Stufen der Grobregelung überstrichen wird, d. h. man wählt für die st-stufige Grobregelung die Abstufung-S, - pr' worin r=o,r, ....... 11-i p-< i und für die stetige Regelung s2 den Bereich x>s2 so daß die Gesamtregelung wie gewünscht s=pr's2 ist. Selbstverständlich kann man kleine Abweichungen von der obenerwähnten Stufung für s, zulassen, um im Dezimalsystem zu bleiben, z. B.
  • si = i; 0,3; 0,0i; 0,003; . . . . . . ., . und man kann ebenfalls zwecks Überlappung den Regelbereich von s2 etwas erhöhen.
  • Besitzt der Verstärker nur zwei Röhren oder will man zur Vermeidung von Übersteuerungen beide Regelstufen schon nach der ersten Röhre einsetzen, so ist der Spannungsteiler 4 in Fig. i durch einen der beiden Spannungsteiler nach Fig.3 oder Fig.4 zu ersetzen. Der Spannungsteiler nach Fig.3 liefert eine arithmetische, also gleichmäßige Unterteilung der Grobstufen, während der nach Fig. 4 eine geometrische, d. h. verhältnisgleiche Unterteilung erzeugt. In beiden Fällen wird durch einen Feinregler der Bereich zwischen je zwei Grobstufen gerade ausgefüllt.
  • Nach Fig. 3 ist der gesamte Widerstand in beispielsweise sieben gleiche Teile 14 bis 2o eingeteilt. Durch den Umschalter 2 1 wird zu jeweils zwei aufeinanderfolgenden Widerständen dieses Reglers als Feinregler ein Spannungsteiler 22 parallel geschaltet, dessen Abgriff 23 an das Gitter der nächstfolgenden Röhre gemäß Fig. i oder 2 geführt ist: Der Ohmwert des Potentiometers 22 ist gleich dem Ohmwert zweier Teilwiderstände des Grobreglers, so daß also die Parallelschaltung den Ohmwert eines Teilwiderstandes aufweist. Durch eine einfache Überlegung erkennt man, daß auch bei dieser Art der Regelung der gesamte Bereich o@s<i lückenlos erfaßt wird.
  • Bei dem Spannungsteiler gemäß Fig. 4 ist eine Anzahl untereinander nicht gleicher Stufen 24 bis 30 mit Zuführungen zu einer Kontaktbahn vorgesehen, und mittels des Kontaktarmes 31 kann zu je einem Teil der Stufen 24 bis 3o das mit einem Festwiderstand vereinigte Feinregelpotentiometer 32 parallel geschaltet werden, dessen Abgriff 33 zum Steuergitter der folgernden Stufe führt. - Auch hier kann man leicht errechnen, daß die bereits früher bei der Erklärung der Fig. i aufgestellte Beziehung s=pr's2 genau eingehalten ist.
  • Durch die Art der Grobregelung nach Fig.4 wird der Gesamtwiderstand zwischen den beiden Endpunkten des aus den Widerständen 24 bis 3o bestehenden Spannungsteilers geändert. Falls dieser Widerstand nicht "hinreichend hochohmig ist und seine Änderung eine Änderung der Verstärkungsziffer hervorrufen sollte, kann man zweckmäßig durch eine nicht dargestellte, mit dem Grobregler mechanisch gekuppelte Kontakteinrichtung zu jeder Stufe einen solchen Widerstand zu dem Gesamtpotentiometer parallel schalten, daß -der Gesamtwiderstand unabhängig von der gewählten Stufe eingehalten bleibt.
  • Unter Umständen kann es auch vorkomtuen, daß die Ruhespannung beispielsweise von x2 in Fig. i nicht genau gleich der Spannung an dem Abgriff 5 des Potentiometers 3 ist. Die Verschiebung der Arbeitspunkte bleibt zwar in tragbaren Grenzen, jedoch wandert der Nullpunkt bei Einstellung des Verstärkungsgrades ein wenig ab. Es ist daher zweckmäßig, eine Regelung vorzusehen. Entweder wird man den Abgriff 5 oder den anderen Festanschluß des Potentiometers 4 veränderlich gestalten, bzw. man wird die Gittervorspannung oder die Gesamtspannung des Rohres i regelbar einrichten. Die Einstellung ei#folgt dann so, daß bei kurzgeschlossener Eingangsspannung die Ausgangsröhre immer unabhängig von der Reglerstellung, also von der Stellung des Kontaktes 6, bleibt.
  • Zu erwähnen ist, daß die Schaltungen auch dann anwendbar sind, wenn entgegen der bisherigen Voraussetzung die Röhren mit ihren Kathoden auf gleichem Potential liegen. In diesem Falle sind die bei Gleichstromverstärkern bekannten Mittel zur Einstellung der erforderlichen Betriebsspannungen zu verwenden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur frequenzunabhängigen Regelung des Verstärkungsgrades von Meßverstärkern mit gleichstrommäßig über Spannungsteiler gekoppelten mehreren Stufen, bei denen der regelbare Abgriff des wechselstrommäßig parallel zum Außenwiderstand einer Stufe liegenden Spannungsteilers mit dem Gitter der folgenden Stufe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfungen der alle Stufen speisenden Gleichspannungsquelle derart gewählt sind, daß das Ruhepotential der Anode einer Stufe äquipotential mit dem Anzapfpunkt des zugehörigen Spannungsteilers ist und die Kathoden gegenüber ihren Steuergittern konstant positiv vorgespannt sind. a. Anordnung bei Meßverstärkern mit mindestens drei Stufen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Kopplung über einen Stufenspannungsteiler zur Grobregelung und die zweite über einen Stetigspannungsteiler zur Feinregelung erfolgt. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsteiler mit Grob- und Feinregelung als Kopplungsglied dient.
DES136897D 1939-04-29 1939-04-29 Regelbarer Gleichstromverstaerker Expired DE722603C (de)

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