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Rückgekoppelte Verstärkersysteme und Servoeinrichtungen für mit sehr
niedrigen Frequenzen veränderliche Steuervorgänge Die Erfindung bezieht sich auf
negativ rückgekoppelte Verstärkersysteme oder Servoeinrichtungen und besonders auf
solche für primäre Eingangssignale, die Änderungen mit sehr niedrigen Frequenzen
unterliegen. Ein Elektronenröhrenverstärker, der allgemein als Gleichstromverstärker
bekannten Art, ist, wenn er eine negative Rückkopplung enthält, ein Sonderfall eines
Verstärkersystems der beschriebenen Art.
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Eine Schwierigkeit, die in Verbindung mit allen Verstärkern und Servoeinrichtungen
auftaucht, welche auf Eingangswechsel von sehr niedriger Frequenz oder von sehr
langer Zeitkonstante ansprechen, wie Gleichstromröhrenverstärker, besteht darin,
daß sie auf unerwünschte, langsame Strom-oder Spannungsänderungen ansprechen, die
zufällig in den Kreisen des Verstärkers oder der Servoeinrichtung auftreten. Beispielsweise
können sie auf Spannungsänderungen in einem Teil eines Kreises ansprechen, die von
Schwankungen einer Speisespannung herrühren, oder von langsamen Schwankungen der
Größe einer Konstanten, die eine quantitative elektrische Eigenschaft einer elektrischen
Kreiskomponente mißt, z. B. die Leitfähigkeit einer Elektronenröhre in dem Verstärker;
solche Schwankungen können z. B. ihrerseits auf Temperaturänderungen beruhen. Änderungen
dieser Art werden als Abtriebeffekte bezeichnet.
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Ein negativ rückgekoppelter Verstärker der bekannten Art ist in Fig.
i dargestellt.
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Das Schema der Fig. i ist in gleicher Weise bei einem negativ rückgekoppelten
Vakuumröhrenverstärker
und bei einer Servoeinrichtung anwendbar,
wobei der wesentliche Unterschied darin liegt, daß im ersten Falle der Verstärker
A nur aus elektrischen Kreisen besteht, während bei einer Servoeinrichtung der Energieverstärker
A eine elektromechanische Anordnung enthält, dsie eine mechanische Ausgangsleistung
liefert. Diese kann die der Belastung L zugeführte letzte Ausgangsgröße i sein oder
die Erzeugung der Größe i durch eine Kraftverstärkerstufe steuern. Ein System dieser
Art bewirkt, wenn es stabil ist, die Steuerung der Ausgangsgröße i in der Weise,
daß die Rückkopplungsgröße 3 dem primären Signal 2 in der V erbin.dttngsanordnung
oder dem Komparator C in <lern Maße entgegenwirkt, daß das Ausgangssignal 4 der
Verbindungsanordnung viel kleiner wird, als es bei demselben Primärsignale sein
würde, wenn keine Rückkopplung der Größe 3 vorhanden wäre. Die Au'sgangsgröße 4
aus der Differentialanordnung C wird in der Theorie der Servosteuerungen als Fehlersignal
bezeichnet, weil es den Fehler derAnpassung des primären Signals 2 durch die Rückkopplungsgröße
3 mißt. Dieser Ausdruck wird deshalb für die Größe 4 in der folgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen der Erfindung verwendet.
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Die Erfindung bezieht sich auf Systeme dler beschriebenen Art, bei
welcher der Verstärker A auf äußerst langsame Änderungen des Fehlersignals 4 anspricht,
insbesondere auf sogenannte Gleichstromsysteme dieser Art, d. h. Systeme, bei welchen
entsprechend einem stetigen Fehlersignal .4 eine stetige Ausgangsgröße i von dem
Verstärker erzeugt wird, deren Wert von dem Wert des Eingangsfehlers,ignals abhängt.
Solche Gleichstromsysteme sind Abtriebfehlern ausgesetzt, als deren Folge der Verstärker
A eine Ausgangsleistung i erzeugen kann, selbst wenn das Fehlersignal 4 Null ist.
Wenn Abtriebeffekte in einem System der beschriebenen Art auftreten, gelangt das
System in einen Dauerzustand, in welchem, wenn das primäre Signal 2 Null ist, ein
Abtriebfehlereingangssignal4 und eine Abtriebfehlerausgangsgröße i vorhanden sind,
die beide von Null abweichen und von denen die erste von der zweiten durch den Rückkopplungskreis
ß und die Differentialanordnung C aufrechterhalten wird. Die so entstehende Eingangsabtriebspannung
4 bewirkt, daß die Ausgangsabtriebspannung i viel kleiner ist als sie sein würde,
wenn keine degenerative Rückkopplung vorhanden wäre, jedoch ist die Ausgangsabtriebspannung
noch nicht vernac'hläss@igbar im Vergleich zu einem etwa vorhandenen Au:sgangssignal
und ruft ernste Fehler in dem Betriebe solcher Systeme hervor.
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Fig.2 veranschaulicht ein Steuersystem gemäß der Erfindung, welches
von dem System der Fig. i durch Anwendung einer Kompensationseinrichtung D abweicht,
die zwischen die Differentialanordnung C und den Energieverstärker A eingefügt ist.
Das von der Verbindungsanordnung C in Abhängigkeit von dien primären Signal e und
der Rückkopplungsgröße 3 erzeugte, resultierende Signal 4 wird der Kompeirsationseinrichtung
D am Eingang zugeführt und die Ausgangsgröße 6 der letzteren wird als Eingangssteuerung
dem Energieverstärker A zugeführt.
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Die Kompensationseinrichtung D umfaßt einen Kompensationsverstärker
E und eine, Verbindungsanordnung F. Der Kompensationsverstärker E nimmt das resultierende
Signal 4 als Eingangssteuerung auf undi führt seine Ausgangsgröße 7 der Verbindungsanordnung
F zu. Das Fehlersignal .4 wird auch über den Verstärker E hinweg in einen Kreis
8 oder Verbindungsanordnung F zugeleitet und in dieser dem Signal 7 zugefügt zur
Erzeugung des Signals 6, welches die Eingangs-, Steuerung für den Verstärker-4 bildet.
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Fig.3 veranschaulicht eine praktische Ausführungsform der Erfindung,
bei welcher ein und derselbe Kompensationsverstärker, entsprechend dem Verstärker
E der Fig.2, verwendet wird, um Abtriebeffekte zu kompensieren, die in dem Hauptkanalenergieverstärker
von zwei getrennten Servoeinrichtungen auftreten. Die beiden Servoeinrichtungen,
die in Fig. 3 wiedergegeben wurden, sind identisch und es wird genügen, die Wirkungsweise
der Erfindung in Verbindung mit einer von beiden zu beschreiben. Die Servoeinrichtung
umfaßt einen bei 7 schematisch angegebenen Motor A 2, der die Welle 8 dreht, um
einen nicht dargestellten Gegenstand über einen Abstand zu verschieben, der proportional
ist zu der Verschiiebung eines als Handknopf 9 dargestellten Steuerorgans. Der Bedienungsknopf
g dreht den Schleifarm g' eines Potentiometers über dessen Wicklung io. Diese Wicklung
ist an Gleichst,romspeisleleitungen 12 und 12' geschaltet, die bei dem beschriebenen'Ausführungsbeispiel
zur Verwendung auf einem Flugzeug von der Flugzeugbatterie mit 27 V gespeist werden.
Der Schleifarm g' ist über einen Widerstand i i' mit hohem Widerstandswert von z.
B. i Megohm mit der Klemme P eines Eingangsklemmenpaares P, Q für den Mischverstärker
F und dadurch mit dem Gitter einer Röhre 14 dieses Verstärkers verbunden. Ein Spannungsteiler
13 liegt zwischen den Speiseleitungen 12 und 12', und sein Mittelpunkt ist geerdet.
Bei Drehung des Knopfes g entsteht daher an dem Arm g' eine Spannung gegenüber Erde,
welche ein Maß ist für die Verschiebung dieses Armes von dem Mittelpunkt des Potentiometers..
Sie wird benutzt, um das Potential des Gitters der Röhre 14 gegen Erde zu ändern.
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Die Anoden der Röhren 14 und 15 des Mischverstärkers, sind über @\'idenstän&
16, 17 mit hohem Widerstandswert, etwa o,5 Megohm, mit der positiven Klemme einer
Gleichstromquelle 18 verbunden, deren negative Klemme geerdet ist, während :die
beiden Kathoden miteinander verbunden und gemeinsam über einen hohen Widerstand
ig, etwa 0,25 Megohm, an die negative Klemme einer Gleichspannungsquelle
2o angeschlossen sind, deren positive Klemme geerdet ist. Zwei Widerstände 21, 22
sind in Reihe zwischen die Anode der Röhre 15 und die negative Klemme der
Quelle
2o geschaltet und ihr Verbindungspunkt 23 bildet die Ausgangsklemme R des Mischverstärkers
F, die ein Ausgangspotential gegenüber Erde liefert. Die zweite Eingangsklemme Q
ist mit dem Gitter der Röhre 15 verbunden.
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Bekanntlich ist ein in dieser Weise mit einem gemeinsamen Kathodenwiderstand
verbundenes Röhrenpaar eine geeignete. Form eines Signalmischers, im Sinne eines
wirklich additiven oder auch subtraktiven Signalmischers, nicht im Sinne eines Vervielfachers
oder Zwischenmodulators, für Signale, die von zwei Quellen den Gittern der leiden
Röhren des Paares zugeführt werden. Daraus folgt, daß der Verstärker F als Mischverstärker
oder Verbindungskreis betrachtet werden kann, der den Klemmen P und Q zugeführte
Eingangsspannungen addiert bzw. subtrahiert.
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Die Ausgangsgröße 6 des Mischverstärkers F (Fig. 2) wird dem Hauptkanalenergieverstärker
A als Eingangssteuerung zugeführt, der zwei in Kaskade arbeitende Teile A i und
A2 umfaßt (Fig. 3). Der Teil A i ist ein Röhrenverstärker und der Teil :42 ist der
Motor 7, der als elektromechanischer Energieverstärker betrachtet werden kann. Der
Verstärker A i ist in seinen Vorstufen als normaler Gleichstromverstärker und in
seiner Endstufe als ausgeglichener Modulator (bala,nced modulator) ausgebildet,
der von einer Wec'hselstromquelle 24 gespeist wird. Diese, erzeugt bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel 6o V bei 4oo Hz. Der Verstärker A i liefert daher an den Ausgangsklemmen
T i, T 2 einen Wechselstromaus:gang, der sich nach Amplitude und Polarität mit der
Amplitude und Polarität der zugeführten Fingangsspannung ändert. Solche Gleichstromverstärker
und ausgeglichene i\lodulatoren sind an :ich bekannt.
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Der Motor 7 (oder A 2) ist ein zweiphasiger Ferrarisinduktionsmotor
einer Bäuart mit geringer IZcytorträfheit. Eine seiner Phasenwicklungen 25, die
Wicklung mit fester Phase, wird während des 13etriehes des Systems dauernd aus der
Quelle 24 erregt. Die andere Phasenwicklung 26, die gesteuerte Phase, wird von den
Ausgangsklemmen S i, S 2 des Röhrenverstärkers A i gespeist.
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Der Verstärker A i liefert einen veränderlichen Betrag der Energie,
,die er aus der Quelle 24 aufnimmt, an seine Ausgangsklemmen T i, T 2 mit Steuerung
durch das dem Verstärker von der Ausgangsklemme R zugeführte Eingangssignal, und
der Motor A 2 liefert einen erhöhten Betrag von mechanischer Energie an die Welle
8, um diese in der einen oder anderen Richtung zu drehen, je nach der Polarität
gegen Erde der Eingangsspannung des Verstärkers A i. Die von dem Motor 7 bewirkte
Drehung der Welle 8 kann als Ausgangsgröße des Energieverstärkers A betrachtet werden.
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1?ine negative Rückkopplung ist mittels einer Mutter 27 vorgesehen,'
die in das Schraubengewinde. 28 auf der Welle 8 eingreift. Diese Mutter bewegt einen
Schleifarm 29 über eine zwischen die Gleichstromspeiseleitungen 12, 12' geschaltete
Potelitiometerwicklung 30, wobei sie ihn elektrisch in entgegengesetztem Sinne verschiebt,
wie der Schleifarm 9' vorher auf der Potentiometerwicklung io bewegt wurde. Der
Schleifarm 29 ist mit der Eingangsquelle P des Mischverstärkers F über einen hohen
Widerstand 31 von z. B. 1 Megohm verbunden.
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Die Widerstände 31 und i i', welche die Schleifarme 29 und 9' miteinander
verbinden, bilden einen Spannungsteiler, so daß die Klemme P, die an den Verbindungspunkt
der beiden Widerstände angeschlossen ist, ein Potential aufnimmt, welches eine Funktion
der von dem Schleifarm 9' gelieferten primären Signalspannung und der von dem Schleifarm
29 geliefertere Rückkopplungssignalspannung ist. Der Spannungsteiler biildet tatsächlich
einen Misch- oder Verbindungskreis für die Addition der primären Signalspannung
aus dein Potentiometer io und der negativen Rückkopplungsspannung aus dem Potentiometer
30, um die Klemme P von beiden abhängig zu machen. Unter der Annahme, d@aß der von
dem Verstärker F aus der Klemme P entnommene Strom Null ist, ist ersichtlich, @daß
,das Potential von P zwischen demjenigen des Schleifarmes 29 und dem des Schleifarmes
9' liegt gemäß .dem Widerstandsverhältnis der als Spannungsteiler betrachtetenWiderstände31
und i i', so d'aß dier Spannungsteiler so angesehen werden kann, als ob er das primäre
Signal und die Rückkopplungsspannung in einem Verhältnis mischt oder kombiniert,
das durch das Verhältnis der Widerstände des Spannungsteilers bestimmt ist.
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Unter der Annahme, daß der Verstärker A i einen so hohen Verstärkungsfaktor
besitzt, daß der Motor 7 auch bei einem sehr niedrigen Potentialwert der Klemme
P gegen Erde umlaufen wird, ist ersichtlich, daß jede Drehung des Motors 7, die
durch eine Potentialänderung der Eingangsklemme P, hervorgerufen durch eine Betätigung
des Knopfes 9, veranlaßt wurde, zum Stillstand kommt, wenn der Schleifarm 29 sich
über - die Potentiometerwicklung 30 um eine solche Strecke bewegt, daß das
Potential der Klemme P annähernd auf auf Null vermindert wird. Dies tritt ein, wenn
das Potential des Schleifarmes 29 zu dem des Schleifarmes 9' im wesentlichen das
Widerstandsverhältnis der Widerstände 3r und i i' aufweist. Die Gesamtverstärkung
oder das Übertragungsverhältnis des Systems ist so im wesentlichen durch dieses
Rückkopplungsverhältnis bestimmt und im wesentlichen unabhängig von dem Verstärkungsfaktor
des Verstärkers A i, immer vorausgesetzt, daß dieser Verstärkungsfaktor groß ist.
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Tatsächlich arbeitet das System so, daß die von dem Potentiometer
30 gelieferte Rückkopplungsspannung dem primären Signal in dem Verhältnis
der Widerstände des Spannungsteilers 31, 11'
angepaßt «-ird. Die Eingangsspannung
an der Klemme P ist Null, wenn die richtige Anpassung erreicht ist. Wenn die richtige
Anpassung nicht erreicht ist, ist das Potential an der Klemme P nicht Null. Es ist
daher angebracht, das Potential
von P gegenüber Erde als Fehlersignal
zu bezeichnen. Es kann auch als ein Maß betrachtet werden für den Fehler des Systems,
der bei der Anpassung der Drehung der Welle 8 an die Drehung des Knopfes q auftritt,
d. h. in der Anpassung der Ausgangsgröße des Systems an die Eingangssteuerung.
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Gemäß der Erfindung wird das Fehlersignal auch einem abtriebfreien
Hilfskompensationsverstärker E zugeführt. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist der Verstärker ein Gleichstromverstärker, .der nur in einer Folge von Zeitperioden
wirksam gemacht und in den Perioden in an sich bekannter Weise selbstkompensierend
ist. Der wiederkehrende Wechsel von dem Betriebs- zu dem selbstkompensierenden Zustand
und umgekehrt wird dabei durch eine dauernd betriebene Schalteinrichtung bewirkt.
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Wie dargestellt umfaßt die Schalteinrichtung zwei Umschalter S i,
S2, die aus gegenüberliegenden Paaren von Umschaltsegmenten 32a, 32b, 33 a, 33 b,
34 d, 34b (Schalter S i) und 35a, 35b, 36a, 36b und 37a, 37b (Schalter
S 2) bestehen. Umlaufende Schaltarme 38 und 39 verbinden die gegenüberliegendien
Paare der Umschaltsegmente bei dem Schalter S i bzw. S2. Diese Arme sind auf einer
gemeinsamen Welle 4o angebracht, die dauernd umläuft, wenn das System in Betrieb
ist.
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Der Verstärker E enthält zwei in gleicher Weise wie im Verstärker
F angeordnete Verstärkerröhren. Seine Eingangsklemme P", die innerhalb mit dem Gitter
einer der Röhren verbunden ist, ist außerhalb mit dem Umschaltsegment 35a des Schalters
S 2 und außerdem über einen Kondensator 40' mit den Segmenten 32b, 33b und 34b des
Schalters S i verbunden. Die andere Eingangsklemme Q" des Verstärkers E, die innerhalb
an das Gitter der zweiten Röhre angeschlossen ist, ist außerhalb mit Erde terbunden.
Die Ausgangsgröße des Verstärkers entsteht zwischen der Ausgangsklemme R" einerseits
und Erde oder Q" andererseits. Die Klemme R" ist mit Segmenten 35 b, 36 b und'
37 b des Schalters S2 verbunden.
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Wie ersichtlich wird bei Umlauf der Schaltarme 38 und 39 die Eingangsklemme
P" über den Kondensator 4o' aufeinanderfolgend mit den Segmenten 32a, 33a
und 34a verbunden, während gleichzeitig die Ausgangsklemme R" aufeinanderfolgend
mit den Umschaltsegmenten 35a, 36a und 37 a verbunden wird.
Das Segment 32 a ist an Erde angeschlossen; während das Segment 33a über einen hohen
Widerstand 41, z. B. i Megohm, mit der Eingangsklemme P des Verstärkers F verbunden
ist. Das Segment 34a ist über einen ähnlichen Widerstand 41 mit der Eingangsklemme
P' eines Mischverstärkers F' einer zweiten Servocinrichtung verbunden, die derjenigen
ähnlich ist, welche die Verstärker F und A umfaßt.
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Wie erwähnt, ist das Segment 35ä d; s Schalters S 2 mit der Eingangsklemme
P" des Verstärkers E verbunden. Das Segment 36a ist über einen Filterkreis 42 mit
der zweiten Eingangsklemme Q des Verstärkers F und das Segment 37 a über
einen a -h l* litli F'Iterkreis 42' init der z#% Ein,,ingsn ic 1 1 '
klemme
Q' des Verstärkers F' der zweiten Servoeinrichtung verbunden.
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In der in Fig. 3 gezeigten Stellung der Schalter S i und S2 ist die
Ausgangsklemme R" mit der Eingangsklemme P" verbunden und der Kondensator 4o' zwischen
die Eingangsklemmen P" und Q" des Verstärkers E geschaltet. Die Eingangs- bzw. Ausgangsklemmen
1'" und R" sind auch von den Mischverstärkern F und F' völlig abgetrennt. In dieser
Stellung empfängt der Verstärker E keine Eingangssignale, und er ist so geschaltet,
daß er alle in sich selbst e;ntstehend.-n Abtriebspannungen selbst dämpft, indem
er an der Eingangsklemme P" eine Korrekturspannung entwickelt, die erforderlich
ist, um Abtriebeffekte zu kompensieren und die Ausgangsgröße an der Klemme R" annähernd
auf den Nullwert zu vermindern, d. h. auf einen Wert, der vernachlässigbar ist,
verglichen mit den Ausgangssignalspannungen dieses Verstärkers, wenn dieser Signalspannungen
verstärkt. Der Kondensator 4o' wird mit dieser an der Klemme P" entwickelten Korrektur-
oder Kompensationsspannung geladen.
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In der nächsten Stellung der Schalter S i und S2, die bei Umlauf der
Arme 38, 39 erreicht wird, ist die Ausgangsklemme R" des Verstärkers E von der Eingangsklemme
P" abgetrennt und über das Segment 36 b, den Kontaktarm 39 und Segment
36a mit dem Filter 42 und dadurch mit der zweiten Eingangsklemme Q des 1Lischverstiirkers
F verbunden. Eine Klemme des Kondensators 4o' bleibt somit an die Eingangsklemme
P" des Verstärkers E angeschlossen, seine andere Klemme wird jedoch von Erde abgeschaltet
und über das Kontaktsegment 33 b, Kontaktarm 38 und Segment 33
a des Schalters S i mit dem \\'idei-stand 4i und durch diesen finit der Eingangsklemitie
P des Verstärkers F verbunden. Auf diese Weise ist der Kondensator nicht mehr als
Cberbriickung der Eingangsklemmen P" und Q" des Verstärkers E geschaltet, sondern
in Reihe mit der Eingangssteuerung von der Klemme P de; \"erstäi-kers F zu der Klemme
P".
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Daraus folgt, dali bei dieser Schalterstellung das der Klemme P des
Verstärkers F zugeführte Fehlersignal auch der Klemme I'" des Verstärkers E zugeführt
wird, jedoch über den Kondensator 40', v-elc'her diesem Fehlersignal die gespeicherte
Spannung zufügt, um die Summe der beiden der Klemme, P" als Eingangssteuerung zuzuführen.
Die so durch den Kondensator 40' zugefügte Spannung hat den richtigen \\-ert, um
Abtriebeffekte in dem Verstärker E zu kompensieren, so daß die Ausgangsgröße an
der Klemme R" eine verstärkte: Umbildung des an der Klemme 1' des Verstärkers F
entwickelten Fehlersignals und frei von irgendwelchen Fehlern ist, die von in dem
Verstärker E entstandenen #Xl>triebeffekten herrühren. Dieses verstärkte Fehlersignal
wird der zweiten Eingangsklemme Q des Verstärkers F zugeführt, wo es sich additiv
zu dem bei P direkt zugeführten Fehlersignal auswirkt. Die Ausgangsgröße
an
der Klemme R ist demnach viel größer, bei demselben Eingangsfehlersignal, als wenn
der Verstärker E nicht in Betrieb wäre.
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Daraus folgt, daß in der Ruhestellung das Fehlersignal kleiner sein
wird, als wenn der Verstärker E in dem System nicht vorhanden wäre. Insbesondere
werden Fehler, die von in dem Verstärker A auftretenden Abtriebeffekten herrühren,
kleiner sein, weil sie wegen der größeren Verstärkung in der Verstärkungs- und Rückkopplungsschleife
bei Betrieb des Verstärkers E in einem größeren Ausmaß der Selbstdämpfung unterliegen.
In sehr enger Annäherung wird nämlich der von dem Abtrieb in dem Verstärker A herrührende
Fehler durch Verwendung des Verstärkers E um einen Faktor vermindert, der gleich
ist dem Verstärkungsfaktor des Verstärkers E. In enger Annäherung führt auch der
Verstärker E dem Verstärker A im wesentlichen seine ganze Eingangsgröße zu, die
die Ausgangsabtriebspannwng auf ihrem niedrigen Wert erhält.
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Der Filterkreis 42 in Fig. 3 besteht aus einem zweistufigen Tiefpaß-RC-Filter,
welcher die von dem Kompensationsverstärker E und den mit ihm verbundenen Schaltern
ausgehenden S.ignalschwankungen glättet, so daß zu der Eingangsklemme Q des Verstärkers
F- nur ein geglättetes Signal gelangt. Die Zeitkonstante dieses Filters bei Anschluß
an den Verstärker E soll lang sein gegen die Zeitkonstanten oder natürlichen Perioden
des Hauptkanalverstärkers A, in welchem Falle keine Neigung besteht, daß das System
bei seinen natürlichen Frequenzen auf Grund der erhöhten Verstärkung in der Verstärkungs-
und Rückkopplungsschleife, die durch Anwendung des Verstärkers E eintritt, unstabil
wird.
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Der Filterkreis 42 hat eine besondere Aufgabe im Falle eines intermittierend
arbeitenden Kompensationsverstärkers, wie er in Fi:g. 3 gezeigt ist, in welcher
der Verstärker E in :dem System nur arbeitet, wenn die Schalter S i und S2 sich
in einer ihrer drei Schaltstellungen befinden, während er in den Zwischenzeiten
von dem System abgetrennt ist. In den Zeiträumen, in welchen der Verstärker arbeitet,
wird die Abtriebkompensationsapannung, welche der Verstärker E an die Klemme Q des
Mischverstärkers F liefert, über .das Filter 42 zugeführt, und die quer geschalteten
Kondensatoren dieses Filters werden auf eine Spannung geladen, die gleich ist der
Abtriebkompensationss,pannung. In den Zwischenzeiten wird das Filter, obwohl es
mit dem Eingang Q des Verstärkers F verbunden bleibt, von allen äußeren Kreisen
abgetrennt, und seine Kondensatoren haben keinen Entladungsweg mit Ausnahme der
Ableitung. Die Zeitkonstante des Filterkreises ist daher während dieser Perioden
äußerst groß. Die Kondensatoren halten deshalb ihre Ladung im wesentlichen unverändert,
bis der Kompensationsverstärker E wieder in den Kreis zurückgeschaltet wird. Die.
Potentialdifferenz, auf welche sie geladen wurden, wird zwischen Erde und Eingangsklemme
Q des Mischverstärkers F zugeführt, die somit dieselbe volle Abtriebkompensations:spannung
aufnimmt, welche erforderlich ist, um .das Servosystem gegen Fehler durch Abtriebeffekte
zu kompensieren, wie sie zugeführt wird, wenn der Verstärker E in dem System arbeitet.
Auf diese Weise wird: das System dauernd gegen Abtrieb kompensiert, obwohl der Kompensationsverstärker
E in dem System nur intermittierend in Betrieb ist.
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Ein wichtiges Merkmal der Erfindung liegt darin, daß der Schaltzyklus
der Schalter S i und S 2 den Gesamtbetrieb des Systems nicht berührt. Dies beruht
auf dem Umstand, daß, selbst wenn der Kompensationsverstärker E nicht in den Verstärkungskanal
geschaltet ist, d. h. selbst wenn die Schalter sich nicht in der Stellung befinden,
die die Segmente 33a., 33 b einerseits und 36a, 36 b
andererseits verbindet,
denpoch ein Verstärkungskanal für das Fehlersignal in Betrieb ist, nämlich der direkte
Kanal über die Eingangsklemme P des Mischverstärkers F, entsprechend dem Kanal 8
in Fig.2, durch welchen das Fehlersignal an dem Kompensationsverstärker E vorbeigeführt
wird, und auf der Tatsache, .daß die Gesamtleistung des Systems in Abhängigkeit
von einem primären Eingangssignal im wesentlichen dasselbe ist, ob der durch den
Kompensationsverstärker gebildete Zusatzkanal in Betrieb ist oder nicht. Dieses
letzte Ergebnis beruht auf der Tatsache, daß, vorausgesetzt, daß Abtriebfehler durch
Zufuhr der richtigen Kompensationsspannung beseitigt wurden; die durch das Verhältnis
der Ausgangsgröße des Systems zu dem primären Eingangssignal gemessene Gesamtleistung
im wesentlichen alleine bestimmt ist durch das Rückkopplungsverhältnis und deshalb
im wesentlichen dasselbe ist, ob das Fehlersignal nur durch den Verstärker A oder
durch die Verstärker E und A in Kaskade verstärkt wird, nur vorausgesetzt, daß der
Verstärkungsfaktor des Verstärkers A hoch ist.
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Die Umschalter S i und S2 sind so ausgelegt, daß jeder Kontaktarm
38 und 39 beim übergang von einem Segment zu einem anderen einen Moment mit beiden
Segmenten Kontakt macht. Dies ist der Grund, warum der Widerstand 41 vorgesehen
wird, da ohne diesen das Fehlersignal am Eingang des Verstärkers F zweimal bei jeder
Umdrehung des Kontaktarmes 38 für einen Moment nach Erde kurzgeschlossen würde.
Die Kontaktarme können etwa vier oder fünf Umdrehungen in der Sekunde ausführen.
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Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß in der dritten Stellung der Schalter
Si und S2 die Kontaktarme 38, 39 das Paar der Umschaltsegmente 34a, 34 b und auch
Idas Paar der Segmente 37a, 37 b miteinander verbinden. In dieser Stellung ist daher
der Kompensationsverstärker so geschaltet, daß er am Einbang das Fehlersignal der
zweiten Servoeinrichtung aufnimmt, das an der Klemme P' des Verstärkers F' entsteht,
und die verstärkte Umbildung dieser Fehlerspannung als Eingangssteuerung der Klemme
Q' des Mischverstärkers F' zuführt, wodurch die Abtriebeffekte in dem Hauptkanalverstärker
A' vermindert werden.
:Auf diese Weise kompensiert der Kompensationsverstärker
E beide Servoeinrichtungen gegen Al>-triel>fehler, die in den Hauptkanalverstärkern
der Systeme, auftreten, indem er wechselweise in jedem der beiden Systeme arbeitet
und in jedem System eine passende Ahtriebkompensationsspannung einem Kondensator
zur Spannungsspeicherung in diesem System zuführt, welcher die Kompensationsspannung
in den Intervallen aufrechterhält, in denen der Kompensationsverstärker nicht in
dieses System eingeschaltet ist.
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Die Arbeitsweise des Verstärkers F in Fig. 3 kann unter einem weiteren
Gesichtspunkt betrachtet werden, wonach er nicht als Mischverstärker, sondern als
Geradeausverstärker angesehen wird oder tatsächlich als Vorstufe des Verstärkers
A i. Unter diesem Gesichtspunkt, der häufig zur Erklärung der Wirkungsweise eines
Zweiröhrenverstärkers der beschriebenen Art mit einer gemeinsamen Kathodenimpedanz
herangezogen wird, wird die Eingangssteuerung des Verstärkers so betrachtet, als
wenn sie zwischen den Gittern der beiden Röhren 14 und 15 zugeführt wird anstatt
zwischen dem Gitter der Röhre 14 und ihrer Kathode Tiber den Widerstand i9. Unter
diesem Gesichtspunkt ist nur eine Eingangsgröße an dem Verstärker F vorhanden, und
diese wird zwischen den Klemmen P und Q zugeführt. Als Eingangskreis des Verstärkers
muß dann betrachtet werden der Kreis von P über die Potentiometerwicklung io und
Speiseleitungen 12, 12' nach Erde, von dieser zurück zur Klemme Q über einen oder
beide der zwei Wege, von denen der eine von der Klemme Q" (les Verstärkers F_ über
den Ausgangskreis des Verstärkers E zu der Klemme R" und von da Tiber die Reihenwiderstände
des Filters 42 führt und der andere über die Querkondensatoren des Filters 42. In
jedem Falle schließt der Weg. die Kompensationsspannung ein, die von dem Verstärker
E geliefert wird, oder die in den Kondensatoren des Filters 42 gespeicherte Kompensationsspannung.
Unter diesem Gesichtspunkt trifft in gleicher Weise zu, daß die Ausgangsgröße des
Verstärkers E, die eine verstärkte Umbildung des Fehlersignals ist, dem Fehlersignal
zugefügt wird, so daß die Summe der beiden in dem Verstärker A verstärkt wird. Unter
diesem Gesichtspunkt ist jedoch der Mischkreis nicht der Verstärker F, sondernder
Eingangskreis dieses Verstärkers zwischen den Eingangsklemmen P und Q, in welchem
das Fehlersignal und die Ausgangsgröße des Verstärkers F_ in Reihe geschaltet sind.
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Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung
bei einem negativ rückgekoppelten Vakuumröhrenverstärker. Ein primäres Gleichstromsignal,
das nach Größe und gegebenenfalls in seiner Polarität gegen Erde veränderlich ist,
wird von einer Quelle io über einen 'hohen Widerstand i i (i Megohm) der Eingangsklemme
P eines Gleichstrommischverstärkers F zugeführt, dessen Ausgang zu einem Verstärker
A geführt ist. ()er Mischverstärker ist ähnlich wie der in Fig.3 gezeigte. Der Verstärker
A ist ein Gleichstromvierstärker der Standardtyj>e. Eine seiner Aüsgangsklemmen
T2 ist mit Erde verbunden und die andere T i über einen lohen VNli,derstand 31 (ioo
Mego'hm) mit der Eingangsklemme P des Mischverstärkers F. Der A'erstärker besitzt
einen negativen Verstärkungsfaktor, d. h. daß ein positiver .Potentialwechsel bei
I' einen negativen Wechsel an T t erzeugt. Die Verbindung von T i
Tiber den Widerstand 31 nach P ergibt so eine negative Rückkopplung, die bewirkt,
daß die Ausgangsgröße des Verstärkers proportional zu dein primären Eingangssignal
in (lern durch das Verhältnis der Widerstände 31 : i i bestimmten Rückkopplungsverhältnis
.gemacht wird, d. h. in dern dargestellten Falle in dem Verhältnis ioo : i. Die
Ausgangsspannung kann irgendeinem Zweck zugeführt werden, z. 13. einem Schreiber
zur Aufzeic'hnung der Änderungen der primären Eingangsspannung.
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In allen anderen Beziehungen ist das System ähnlich demjenigen der
Fig.3, ausgenommen, daß der Verstärker Energie aus einer Gleichstromduelle anstatt
aus einer Wechselstromquelle aufnimmt und der Filterkreis 42" nur ein einstufiges
RC-Filter enthält. Die Abtriebkompensation wird daher in gleicher Weise wie in Fig.
3 durchgeführt. Das System ergibt deshalb einen dauernd arbeitenden Gleichstromverstärker,
der frei ist von Fehlern durch Abtriebspannungen.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt,
die in verschiedener Hinsicht abgeändert werden könnten. Insbesondere braucht der
Kompensationsverstärker nicht ein solcher zu sein, bei welchem jede Verstärkerstufe
ein Gleichstromverstärker ist. Beispielsweise kann der Kompensationsverstärker einen
Zerhacker zur Unterbrechung des Eingangssignals, einen Verstärker zur Verstärkung
der so erzeugten pulsierenden Signale und einen Gleichrichter bekannter Art zur
Phasendetektion umfassen, der aus den verstärkten Signalpulsationen eine Gleichstromausgangsgröße
erzeugt, die nach Größe und Polarität mit der Größe und Polarität der Eingangsspannung
des Kompensationsverstärkers veränderlich ist.
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Außerdem kann der Verstärker I: so geschaltet werden, daß er das Fehlersignal
indirekt anstatt direkt empfängt. Beispielsweise kann die Eingangsgröße von der
Ausgangsklemme R des Verstärkers F anstatt von der Eingangsklemme P abgenommen werden,
in welchem Falle jedoch der Verstärker E einen Verstärkungsfaktor haben muß, der
unter der Einheit liegt, da er so geschaltet ist, daß er seine eigene Eingangssteuerung
regeneriert.