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Verstärkerschaltung für kleine Spannungen Bei der Verstärkung sehr
kleiner Spannungen mit geringer Frequenz, die unter Umständen zu Null herabsinkt,
bereitet die Eliminierung von Störspannungen, die auf den Eingang des Verstärkers
gelangen, z. B. bei der Verstärkung von Körperpotentialen, große Schwierigkeiten.
Andererseits ist die Beseitigung dieser Störspannungen aber spätestens schon nach
der ersten Verstärkerstufe notwendig, um zu verhindern, daß durch diese Störspannungen
die nachfolgenden Verstärkerstufen zugestopft werden. Es kann sonst leicht der Fall
eintreten, daß die eigentlichen Meßsignale überhaupt nicht mehr erkennbar sind.
Derartige Verhältnisse treten z. B. bei Untersuchungen an biologischen 01r jekten
auf. Bei derartigen Messungen wirkt der Körper, an dem die zu verstärkende kleine
Spannung abgenommen wird, als Antenne, die von Fremdfeldern herrührende Störspannungen
aufnimmt. Da die zu messenden geringen Spannungen bei derartigen Anordnungen aus
Symmetriegründen zur Vermeidung einer Spannungsabhängigkeit von der Speisequelle
und um an Kathoden- und kleinen Gitterkondensatoren zu sparen, durch Gegentaktverstärker
verstärkt werden, lassen sich die Störspannungen und die MeBspannungen daran unterscheiden,
da13 die Störspannungen gleichphasig auf die beiden Eingangsgitter kommen, während
die Meßspannung gegenphasig ist. Man hat deshalb die Störspannungen durch eine Differenzschaltung
zu eliminieren versucht, indem man z. B. das Schirmgitter einer Eingangsröhre der
Gegentaktschaltung zur Differenzbildung von der Anode der zweiten Eingangsröhre
her gesteuert hat. Dabei ist nachteilig, daß der Verstärker hinter der Gegentaktstufe
eine Einwegschaltung sein muß und außerdem noch unsymmetrisch zum Erdpotential.
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Eine andere Möglichkeit zur Eliminierung der Störspannungen besteht
darin, daß man auf Schirmgitterröhren
verzichtet, aber mit der
einen zur Gegentaktstufe gehörenden Triode eine weitere Röhre für eine Phasenumkehr
vorsieht. Auch hierbei bleibt der Nachteil bestehen, daß die Spannung, die der nächsten
Verstärkerstufe zugeleitet wird, eine Einwegverstärkung erzwingt und somit auch
unsymmetrisch sein kann.
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Die Verwendung eines Transformators mit zwei gegeneinandergeschalteten
Primärwicklungen ist mit Rücksicht auf die niedrige Frequenz der zu messenden Ströme
nicht anwendbar.
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Zur Beseitigung von Störspannungen bei der Verstärkung kleiner Spannungen,
insbesondere solcher von niedriger Frequenz, wird erfindungsgemäß die als Gegentaktspannung
aufgenommene Nutzspannung, der eine Gleichtaktstörspannung überlagert ist, den unterteilten
Steuerspulen einer Magnetfeldröhre derart zugeführt, daß sich nur die Wirkungen
der beiden gegenphasigen Teilspannungen unterstützen. Bei einer derartigen Schaltung
ist es dann möglich,. daß die auf die Magnetfeldröhre folgende Verstärkerstufe oder
auch mehrere Verstärkerstufen als symmetrische Gegentaktverstärkerstufen ausgebildet
sind.
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Unter Zuhilfenahme einer Magnetfeldröhre mit unterteilter Steuerspule
läßt sich die Selbstauslöschung der an den beiden Steuerspulen gleichphasig auftretenden
Störspannung erreichen, selbst wenn diese Störspannung die Frequenz Null hat.
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Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Magnetfeldröhre besteht
darin, daß diese Magnetfeldröhre nicht auf die Änderungen des Flusses anspricht,
sondern unmittelbar auf seine Größe. Die Magnetfeldröhre arbeitet magnetostatisch.
Weiterhin ermöglicht die Magnetfeldröhre die Verwendung einer Gegentaktverstärkerstufe
als nächste Verstärkerstufe. Somit kann der Verstärker im ganzen als Gegentaktverstärker
durchgeführt werden, soweit dies erwünscht ist. Die Eingangsschaltung des Verstärkers
bleibt vollkommen symmetrisch im Aufbau.
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Es ist auch möglich, an Stelle der magnetostatisgh arbeitenden Magnetfeldröhre
'eine mit Ab lenkelektroden versehene elektrostatische Röhre zu verwenden.
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Zur Erläuterung der Erfindung sind drei Schaltungsbeispiele in Skizzen
wiedergegeben, die aber nicht eine Beschränkung der Erfindung bedeuten sollen.
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Abb. i und a erläutern den Stand der Technik; Abb. 3 gibt ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung wieder. , Gemäß Abb. i wird die MeBspannung U den Steuergittern zweier
Schirmgitterröhren i und 2 zugeleitet und mit Hilfe einer Brücke 3, welche einerseits
im Schirmgitter der Röhre i und andererseits an der Anode der Schirmgitterröhre
2 liegt, wird eine gleichphasige Spannung im Beeinflussungskreis der Gegentaktschaltung
eliminiert. Es ergibt sich aber zwangsläufig, daß die weitere Verstärkerstufe 4.
nicht mehr eine Zweiwegschaltung, sondern eine symmetrisch angeschlossene Einwegschaltung
ist.
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Eine weitere, nicht zur Erfindung gehörende Schaltung zeigt Abb. 2.
Hier ist zur Eliminierung einer gleichphasig auftretenden Störspannung ebenfalls
eine Differenzbildung angewendet, für die aber in dem einen Verstärkungsweg eine
besondere Umkehrröhre 5 notwendig ist. Außerdem entsteht auch bei dieser Schaltung
für die weitere Verstärkerstufe eine Einwegschaltung.
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Eine Anordnung nach der Erfindung zeigt Abb. 3. Von den beiden in
Gegentakt geschalteten Verstärkerröhren 6 und 7 führt der eine Anodenabgriff über
eine Steuerspule 8 und der andere Anodenabgriff über eine Steuerspule 9 einer Magnetfeldröhre
io. Die Meßspannungen haben dabei entgegengesetzte Phase, wie durch Pfeile i i und
12 angedeutet ist. Eine in diesem Kreis gleichphasig auftretende Störspannung hat
keine Wirkung auf die Magnetfeldröhre io, während sich die Wirkungen der beiden
gegenphasigen verstärkten Konstanten der Meßspannung in den beiden Spulen 8 und
9 wirkungsmäßig unterstützen. Die Schaltanordnung zur nächsten Verstärkerstufe
13 ist derart symmetrisch, daß auch diese nachfolgende Verstärkerstufe und
gegebenenfalls weitere Verstärkerstufen als Gegentaktstufen ausgeführt werden können.