DE899369C

DE899369C - Verstaerker fuer kleine Gleichstroeme, insbesondere fuer Messzwecke

Info

Publication number: DE899369C
Application number: DEA11763D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-06-01
Filing date: 1938-06-02
Publication date: 1953-12-10

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verstärkung von Gleichspannungen oder -strömen, die sich durch potentialmäßige Unabhängigkeit von Ein- und Ausgang des Verstärkers sowie durch große Konstanz des Nullpunktes auszeichnet, wodurch sie besonders für Messungen kleiner Gleichströme bei großer Genauigkeit geeignet ist.

Gleichstromverstärker der bekannten Ausführungen haben mehrere Eigenschaften, die sie für Mefizwecke ungeeignet machen, so z. B. die potentialmäßige Abhängigkeit der Ausgangsstufe von der Eingangsstufe, wodurch kleine Änderungen der Betriebsbedingungen der Eingangsröhre in verstärktem Maße auf den Ausgang übertragen werden, ferner das Fehlen einer Anpassungsmöglichkeit des Einganges an die Meßspannungsquelle und schließlich die potentialmäßige Abhängigkeit der Meßspannungsquelle von dem Verstärkereingang, wodurch es oft unmöglich ist, die Summe bzw. die Differenz mehrerer Meßspannungen an den Gleich- ao Stromverstärker zu legen. Die größte Schwierigkeit bei der Verstärkung kleiner Gleichströme und -Spannungen bildet jedoch die Konstanthaltung des Nullpunktes. Durch die verstärkte Übertragung von Unregelmäßigkeiten der Eingangsstufe auf den as Verstärkerausgang ist eine genaue Festlegung des Nullpunktes nicht möglich. Die dem Verstärker zugeführten zu verstärkenden Größen müssen daher mindestens einen derartigen Wert haben, daß die durch sie bewirkten Änderungen des Anodenstromes der Endstufe deutlich von den durch eventuelle Unregelmäßigkeiten bewirkten Änderungen unter-

schieden werden können. Hierdurch wird aber der Anwendungsbereich der Gleichstromverstärker erheblich eingeschränkt, da bei der Verstärkung kleinerer Werte die Spannungsmessungen am Ver-Stärkerausgang mit großer Unsicherheit behaftet sind.

Die Erfindung beschreibt .nun eine Anordnung, mit deren Hilfe es gelingt, den Anwendungsbereich des Gleichstromverstärkers um mehrere Größenanordnungen zu erweitern, d. h. eine um ebensoviel Größenanordnungen kleinere Gleichspannung mit derselben Genauigkeit zu verstärken wie mit einem der bekannten Verstärker.

Die Anordnung besteht aus einem Gleichstromröhrenverstärker und einer Vorstufe. In der Vorstufe befinden sich zwei, elektrisch gleichartige Wechselstromkreise, die mit Wechselspannungen gleicher Frequenz und Amplitude gespeist werden; der Ausgang der Wechselstromkreise besteht aus je einem Gleichrichter. Die beiden Gleichrichter werden gegeneinandergeschaltet und bilden den Eingang des Gleichstromverstärkers. Die Wechselstromkreise werden von zwei in Gegentakt geschalteten Steuerdrosseln beeinflußt, deren. Vormagnetisierung von dem zu verstärkenden Gleichstroim bzw. von einem von der zu verstärkenden Gleichspannung abgeleiteten Gleichstrom geändert wird.

An Hand der Abb. 1 und 2 seien ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und dessen Wirkungsweise erläutert.

Der zu verstärkende Gleichstrom ΐ_μ (Abb. 1) durchfließt die Wicklungen gleicher Windungszahl V und I" zweier als S teuer drosseln im Sättigungsgebiet arbeitender Drosselspulen D' und D" und ändert die Vormagnetisierung der Eisenkerne. Durch die Gleichspannungsquelle 1 wird ein konstanter Gleichstrom i₀ erzeugt, der die Wicklungen gleicher Windungszahl II' und II" von D' und D" durchfließt und dadurch in D' und in D" gleich große konstante Vormagnetisierungen erzeugt. Durch den Widerstand R ist i₀ regelbar und ermöglicht die Einstellung des Arbeitspunktes. Der Windungssinn der Wicklungen Γ und II' bzw. Γ - 45 und II" zueinander ist dabei so gewählt, daß in D'. eine Stärkung, in D" eine nahezu ebenso große Schwächung der Vormagnetisierung hervorgerufen wird, bzw. umgekehrt, wenn D' und D" in jeder Beziehung die gleichen Abmessungen haben. D' und D" liegen also in Gegentakts chaltung. Durch die Änderung der Vormagnetisierung der Drosseln wird der Wechselstromwiderstand der Wicklungen gleicher Windungszahl III' und III",, die mit den einem gemeinsamen Transformator 2 entnommenen Hilfswechselspannungen 3' bzw. 3" in Reihe liegen, geändert und somit die hinter den Gleichrichtern 4' bzw. 4" auftretende Spannung u' und u" beeinflußt. Für ίμ. = ο haben 3' und 3" gleiche Amplituden. Ist der zu verstärkende Stromΐ_μ Null, so sind auch«' und u" gleich groß, und da sie gegeneinandergeschaltet sind, ist die resultierende Spannung u$t ebenfalls Null. Ist i_a von Null verschieden, so tritt infolge der Änderung der Vormagnetisierungen eine Änderung von %' und u" in entgegengesetztem Sinn ein, und es entsteht eine resultierende Spannung u_st. Aus den in Abb. 2 gezeigten Kennlinien der Drosselspulen wird die Abhängigkeit u_st von? „ deutlich. Kurve α und b zeigen u' bzw. u" in Abhängigkeit von «.„, Kurve c die aus u' und u" resultierende Spannung %_;. Durch geeignete Wahl von i_Q wird eine weitgehende gerade Kennlinie für u_st erzielt. Das Arbeitsgebiet ist, wie ersichtlich, durch die Grenzen ί,_Λ = ± i₀ eingegrenzt. Zum Ausgleich von etwa vorhandenen Unsymmetrien kann die Vormagnetisierung der beiden Drosselspulen auch durch voneinander unabhängig veränderbare Gleichströme eingestellt werden.

Die resultierende Spannung ·κ-_5ί steuert den Eingang eines gewöhnlichen Gleichstromverstärkers V und wird an 5 verstärkt abgenommen. ■

Durch entsprechend hohe Windungszahlen der Wicklungen III' und III" ist es möglich, eine optimale Steilheit der Kennlinie c zu erreichen. Dem eigentlichen Verstärker V wird eine soizusagen vorverstärkte Gleichspannung zugeführt, während die Nullpunktunsicherheit auf derselben Höhe gehalten worden ist. Die Verstärkungsmöglichkeit und somit die minimal zu verstärkenden· Gleichströme sind jetzt durch die Unregelmäßigkeit der Drosseln und Gleichrichter bedingt. Da es sich um eine Gegentaktschaltung handelt, heben sich gleichartige Fehler derselben auf. Die Empfindlichkeit der Anordnung steigt also mit der Verstärkung durch die Drosselspulen·. Es hat sich beispielsweise bei den Versuchen gezeigt, daß man mit Wicklungen Γ bzw. I" von 17 000 Windungen und ΙΙΓ bzw. III" vonj 6000 Windunigen durch einen Strom ϊ_μ von 10"-⁵A eine Steuerspannung u_st von etwa 5 Volt erhält, wobei die Wicklung Γ bzw. I" einen Gleichstromwiderstand von 1000 Ohm hatte. Die Ver-Stärkung hängt von der Amplitude der Wechselspannungen 3' und 3" ab, daher muß diese möglichst konstant gehalten werden. Eine geeignete Wahl der Wicklungen I' und I" ermöglicht eine Anpassung der Verstärkungsanordnung an den betreffenden Meß spannungskreis.

Würde man die durch die Drosseln gesteuerten Hilfswechselspannungen direkt einem Wechselspannungsgegentaktverstärker zuführen und erst dann gleichrichten, müßte ein ungleich größerer Aufwand in Kauf genommen werden, da mit der Änderung der Vormagnetisierung nicht nur die Amplitude, sondern auch die Phase von 3' bzw. 3" in verschiedenem Sinn geändert wird. Man müßte also· noch eine Vorrichtung haben, die die Phasen von u' und u" vergleicht (Phasometer). Wenn man nur die von einer Drosselspule gesteuerte Hilfsfrequeniz u' einem Wechselstromiverstärker oder gleichgerichtet einem Gleichstromverstärker zuführen würde, hätte man, abgesehen von der weniger iao geraden w'-v -Kennlinie, wieder erhöhte Nullpunktunsicherheit in Kauf zu nehmen, da die Verstärkung von der Amplitude der Hilf swechselspannung 3' abhängt, so daß bei kleinen Schwankungen der Amplitude auch der Nullpunkt seine Lage verändem muß, da auch für f„ = 0 dem Röhrenverstärker

eine von Null verschiedene Spannung zugeführt wird. Bei der beschriebenen Gegentaktschaltung kann sich durch Schwankungen der Amplitude der Hilfsfrequenz zwar der Verstärkungsgrad, nicht aber der Nullpunkt verändern.

Als Hilfswechselspannung kann man zweckmäßigerweise 50 Hz Netzspannung verwenden. Soll mit Rücksicht auf die Einstellgeschwindigkeit die Zeitkonstante der Eingangsstufe klein gehalten werden, so kann eine Hilfsspannung mit entsprechend höherer Frequenz vorgesehen werden. Die Drosselspulen werden in bekannter Weise so ausgeführt, daß eine Rückwirkung des Wechselstromkreises auf den Gleichstromkreis nicht stattfindet.

Abb. 3 zeigt z. B. eine der möglichen Ausführungen. Die von der Hilfsfrequenz durchflossene Wicklung III der Drossel ist aufgeteilt und in entgegengesetztem Sinn auf die äußeren Schenkel der Drossel gewickelt, so daß sich die von ihnen hervor-

ao gerufenen Kraftflüsse im mittleren Schenkel, auf den die Wicklungen I und¹ II des Gleichstromkreises gewickelt sind:, aufheben. Zur günstigen Spannungsausnutzung kann man für die Gleichrichter 4'und 4" je vier in Graetzschaltung gelegte Trockengleichrichter verwenden, die auch bei längerer Betriebsdauer ihre Kennlinien nicht verändern. Diese Kennlinie kann man als weitgehend geradlinig ansehen, da durch entsprechend große Wahl der Amplituden von 3' und 3" erreicht werden kann, daß jeder Punkt innerhalb des in Frage kommenden Arbeitsgebietes oberhalb des quadratischen Teiles der Gleichrichterkennlinie liegt.

Außer der durch die beschriebene Eingangsstufe erzielten Empfindlichkeitssteigerung -und der Anpassungsmöglichkeit der Meßspannungsquelle an den Verstärker ergibt sich noch der Vorteil, daß der die zu verstärkende Größe liefernde Kreis gleichspannungsmäßig unabhängig vom Potential des Verstärkers geworden ist, so daß auch die Möglichkeit gegeben, ist, die Summe bzw. Differenz von Gleichspannungen an den Verstärker zu legen, ohne daß eine potentialmäßige Gebundenheit der einzelnen Spannungsquellen untereinander oder vom Verstärker erforderlich ist. Es braucht nur für jede zu verstärkende Größe je eine Wicklung mit gleicher Windungszahl auf jede Drosselspule aufgebracht zu werden. So sind z. B. in Abb. 3 zwei Wicklungen für zwei zu verstärkende Ströme i_{ti 1} und ϊ_μ ₂ auf dem mittleren Schenkel der Drosselspule aufgebracht.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Anordnung zur Verstärkung von Gleichströmen oder -spannungen mittels eines Gleich-Stromröhrenverstärkers, dadurch gekennzeichnet, daß zwei gleichartige, mit Wechselspannungen gleicher Frequenz und gleicher Amplitude gespeiste Wechselstromkreise, an die je ein Gleichrichter angeschlossen ist, derenAusgangskreise gegeneinandergeschaltet sind und den Eingangskreis des Gleichstromröhrenverstärkers bilden, von zwei in Gegentakt geschalteten Steuerdrosseln beeinflußt werden, deren Vormagnetisierung von dem zu verstärkenden Gleichstrom bzw. von einem von der zu verstärkenden Gleichspannung abgeleiteten Gleichstrom geändert wird.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung der beiden Drosselspulen durch zwei voneinander unabhängig veränderbare Gleichströme erzeugt wird.
3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Vormagnetisierung der beiden Drosselspulen von einer gemeinsamen Stromquelle ein Gleichstrom über einen regelbaren Widerstand abgenommen wird.
4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannungen für die beiden Wechselstromkreise einer gemeinsamen Spannungsquelle, beispielsweise über einen gemeinsamen Transformator an zwei gleichartigen Wicklungen, abgenommen werden.
5. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Rückwirkung des Wechselstromkreises auf die von Gleichströmen durchflossenen Wicklungen die von Wechselstrom durchflossene Wicklung der Drosselspule in an sich bekannter Weise aufgeteilt und so auf dem Kern aufgebracht ist, daß sich die von diesen Teilwicklungen in den von den Gleichströmen durchflossenen Wicklungen induzierten Wechselspannungen aufheben.
6. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Wechselstrom durchflossene Wicklung der Drosselspule in zwei Wicklungen gleicher Windungszahl geteilt und in entgegengesetztem Windungssinn auf die äußeren Schenkel des Kernes der Drosselspule aufgebracht ist, während die von Gleichströmen durchflossenen Wicklungen auf dem mittleren Schenkel aufgebracht sind.
7. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl der Wicklungen auf der Drosselspule den übrigen elektrischen Größen so angepaßt wird, daß eine möglichst empfindliche Steuerwirkung der Drosselspule erreicht wird.
8. Anordnung nach Anspruch 1 und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Summe oder Differenz mehrerer Gleichströme bzw. -spannungen für jede dieser Größen je eine besondere Wicklung auf den Drosselspulen aufgebracht ist.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 615 136, 635 022,

657127; französische Patentschriften Nr. 800 970,820 282, iao

825 770; britische Patentschrift Nr. 460 807.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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