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Verfahren und Gerät zum Erzeugen einer Meß- oder Regulierspannung
durch logarithmische Deformation einer Wechselspannung Für verschiedene Zwecke -
hauptsächlich auf dem elektroakustischen Gebiet - .sind Meß- oder Regulierspannungen
erforderlich, die sich innerhalb eines gewissen Bereiches, des Regulierbereiches,
in logarithmischer Abhängigkeitvon einer variierenden Wechselspannung ändern. Bezeichnen
ei und m.. ,ein Paar willkürliche Werte einer variierenden Wechselspannung, so wird
eine derartige Meß- oder Regulierspannung e durch die Gleichung
bestimmt, in der c ein bekannter Proportionalitätsfaktor ist.
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Solche logarithmisch geregelten Spannungen können z. B. für 'logarithmische
Meßinstrumente (logarithmische Voltmeter, Dezibelmeter, Geräuschmesser usw.) oder
zur automatischen Steuerung der Verstärkung bei der Dynamikregu'lierung in e.lektro.akusfischen
Schallübertragungsanlagen, z.. B. in der Radio- und Tonfilmtechnik, benutzt werden.
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Eine Wechselspannung, die dem durch die Gleichung (i) ausgedrückten
Gesetz folgt, .nennt man eine logarithmisch deformierte Wechselspannung. Sie kann
in gewissen Fällen direkt als Meß- oder Regulierspannung benutzt werden, in der
Praxis jedoch zieht man es im allgemeinen vor, die logarithmisch deformierte Wechselspannung
gleichzurichten und die dadurch gewonnene logarithmisch variierende Gleichspannung
sodann den Meß- oder Regulierorganen zuzuführen.
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Es sind zwar verschiedene Mittel und Methoden zur logarithmischen
Deformation von Wechselspannungen für die erwähnten Zwecke bekannt,
z.
B. Trockengleichrichter oder Elektronenröhren mit logarithmischer Charakteristik,
:aber die bislang bekannten Vorrichtungen dieser Art haben unter anderem den Nachteil,
daß sie ohne Verwendung von mehr oder weniger komplizierten Aggregaten für einen
größeren Regulierbereich als etwa 30 bis 4o db nicht verwendhar sind, während oft
ein Bedürfnis für Regulierbereiche in der Größenordnung von 6o bis 7o db vorliegt.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit dazugehörigen Schaltungsanordnungen
zur Erzeugung einer logarithmisch deformierten Wechselspannung, die dem durch die
Gleichung (i) .angeführten Gesetz innerhalb .eines Regulierbereiches von 6o bis
70 db folgt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
ein innerhalb eines begrenzten Regulierbereiches logarithmisch arbeitendes Organ,
z. B. ein Trockengleichri.chteraggregat, mit einer oder mehreren zur Korrektion
der Abweichungen von der logarithmischen Kurvenform :der Charakteristik des genannten
Organs. außerhalb des benannten Regulierbereiches dienenden Röhre -der Korrektionsröhre
- z. B. einer Triode oder Mehrgitterr6hre, -in Serie verbunden wird, rund zwar zu
dem Zweck, eine logarithmische Deformation der Wechselspannungen innerhalb eines
erweiterten Regulierbereiches zu ibewirken.
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Damit eine Elektronenröhre als Korrektionsröhre eines Trockengleichrichteraggregats
arbeiten kann, muß .deren Charakteristik derart angep,aßt werden, daß ,sie in Verbindung
mit der Charakteristik des Trockengleichrichteraggregats eine logarithmische Deformation
der Wechselstromamp.lituden innerhalb des erstrebten Regulierbereiches bewirkt.
Bei Trioden kann eine ,solche Anpassung der Charakteristik durch passende Wahl von
Gitterwiderstand und Anodenbelastung vorgenommen werden, während man bei, Mehrgitterröhren
die Anpassung der Charakteristik durch Wahl der Schirmgitterwiderstände und der
Gittervorspannungen bewerkstelligen kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrene gemäß der Erfindung
wird in den Anodenkreis einer 1Vlehrgitterröhre das Trockengleichrichteraggregat
od. dgl. eingeschaltet, z. B. eine Pentode, deren Charakteristik mit Rücksicht .auf
die logarithmische Deformation beider IATechselstromh.albwel'len durch Verwendung
von besonders ausgewählten Vorwiderständen in Verbindung mit Steuer- und Schirmgittern
derartig .angepaßt wird, daß sie innerhalb des benutzten Regulierbereiches symmetrisch
verläuft.
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Zur näheren Erläuterung des Erfindungsgegenstandes wird auf die Zeichnungen
Bezug genommen. In beispielsweiser Ausführung zeigt Fig. i eine graphische Darstellung
des Verlaufs der durch Kombination eines Trockengleichrichters und einer Korrektionsröhre
logarithmisch deformierten Wechselspannung, Fig. a eine graphische Darstellung logarithmischer
Deformation einer sinusförmigen Wechselspannung; Fig. 3 und 4 zeigen je ein Stromschema
einiger Ausführungsformen mit dem Trockengleichrichteraggregat, das vor bzw. nach
:der Korrektionsröhre angebracht ist; Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit zwei
Korrektionsröhren in Gegenkopplung; Fig. 6 und 7 geben verschiedene Kopplungen einer
als Korrektionsröhre dienenden Mehrgitterröhre wieder.
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In Fig. i sind die Eingangsamplituden längs der Abszissenachse in
logarithmischem Maßstab (Dezibelskala) aufgetragen, während die Ordinaten den Verlauf
der durch Zusammenwirken eines Trockengleichrichteraggregats und einer Korrektionsröhre
deformierten Wechselspannung angeben. Das Kurvenstück a-b gibt den Regulierbereich
.an, innerhalb dessen das Trockengleichrichteraggregat allein mit einer rein logarithmischen
Charakteristik arbeitet. Mit Hilfe der in der Praxis benutzten Trockengleichrichter
kann man - durch Zusammenschaltung zweier Gleichrichter in Gegenkoppdung - einen
Regulierbereich von !etwa 4o bd erreichen. Über diesen Regulierbereich hinaus wird
indessen ein solches Trockengleichrichteraggregat nach der Kurve b-f-d arbeiten,
indem die Charakteristik in einen Übergangsbereich b-f in das Kurvenstück f-d übergeht,
das die Charakteristik eines irein Ohmschen Widerstandes in dem betrachteten logarithmischen
Koordinatensystem ist. Die Erfindung bezweckt, wie erwähnt, eine logarithmische
Deformation der Wechselstrorn.amplituden innerhalb eines größeren Regulierbereiches,
als man durch das Trockengleichrichteraggregat :allein erzielen kann, zu erreichen,
was in Fi,g. i durch das geradlinige Kurvenstück a-b-c, das sich, wie gezeigt, über
70 db erstreckt, veranschaulicht ist. Dieses wird nach der Erfindung durch die Anwendung
einer Korrektionsröhre erreicht, die die Charakteristik des Trockengleichrichters
korrigiert, und zwar in der Weise, daß sie, statt nach dem Kurvenstück b-f-d
zu verlaufen, dazu gebracht wird, dem geradlinigen Kurvenstück b-c zu folgen.
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Die logarithmische Deformation einer sinusförmi.gen Wechselspannung
ist in Fig. 2 veranschaulicht, in der die Ein:gangsamp'lituden a längs der Abszissenachse,
die Ausgangsamplituden e der Ordinatenachse entlang in einem rechtwinkligen Koordinatensystem
- beide in linearen Skalen -aufgetragen sind. Die Charakteristik des durch Kombination
eines Trockengleichrichteraggregats od. dgl. und einer Korrektionsröhre hervorgebrachten
Organs, die sogenann.te Deformationscharakteristik, ist durch die Kurven I-II veranschaulicht,
Von der Deformationscharakteristik I-II kann lediglich der untere Kurvenzweig I
für die logarithmische Deformation benutzt werden, indem der urkorrigierte Kurvenzweig
II von dem durch die Gleichung (i) ausgedrückten Gesetz abweicht. Diese Deformati.anscharakteristik
läßt sich daher nur zu der `logarithmischen Deformation der einen Wechsel-stromhalbwelle
verwenden. Durch passende Mittel, die im folgenden näher erläutert werden, kann
man die Korrektionsröhre jedoch derart anpassen,
d.aß :die Deformationscharakteristik
den durzh die Kurve I-III angegebenen symmetrischen Verlauf bekommt, und sie für
logarithmische Deformation der anderen Wechselstromhalbwelle alsdann auch verwenden.
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Fig. 3 zeigt eine diesem Zweck dienende Scha'1-tung.sanordnung. Die
Eingangsamplituden a werden einem Paar Ein.gangskleminen Ai und .-1, zugeführt und
über einen Vorw iderstand Rd zu einem logarithmisch .arbeitenden Organ, bestehend
aus einem Paar in Gegenkopplung angeordneten Trockengleichrichtern D, und D" geleitet.
Durch einen Kopplungskondensator C y werden die von den Trockengleichrichtern logarithmisch
deformierten Wechselstromamplituden dem Gitter einer Korrektionsröhre K - in der
Zelchnu.ng als eine Triiodie gezeigt - zugeführt, in deren Anodenkreis ein Transformator
7' eingeschaltet ist, .durch welchen die logarithmisch deformierten und von der
Röhre K korrigierten Amplituden an ein Paar Ausgangsklemmen B1 und BZ übertragen
werden, über die die durch ,: Glhei.chung (i) ausgedrückte Wechselspannung e abgeleitet
wird.
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Ist die Korrektionsrö hre - wie in Fig. 3 und 4. gezeigt - eine Triode,
so kann die Charakteristik dadurch angepaßt werden, daß man einen Widerstand Ra
beispielsweise parallel mit der Primärwicklung des Au.sgan.gstr.ansform:ators in
den Anodenkreis einschaltet, wie dies in der Zeichnung i@n Fit-'- 3 veranschaulicht
ist. Der Anodenwiderstand ist bestimmend für die dynamische Charakteristik der Röhre,
und durch passende Wahl ,des Widerstandes Ra. erzielt man, daß die dynamische Charakteristik
der Korrektionsröhre einen solchen Verlauf bekommt, daß die Röhre innerhälb eines
gewissen Gebietes auf die Charakteristik des Trockengleichrichters in der vorgenannten
Art und Weise korrigierend wirkt.
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Durch diese Anpassungsweise fällt derjenige Teil der Charakteristik
der Korrektionsröhre, der sich dem Trockenrichter anpassen läßt, innerhalb des negativen
Gitterspannungsbereiches - der Kurve 1 Fig. 2 entsprechend -, und man kann daher
dafür Sorge tragen, die Wechselstromhalbwellen, die auf der Korrektionsröhre positive
Gitterspannungen geben würden, auszusperren, so daß nur der Kurvenzweig I gemäß
Fig. 2 zur Anwendung kommt. Dieses läßt sich - wie in Fig. 3 und gezeigt - dadurch
erzielen, daß in den Gitterkreis der Korrektionsröhre ein: passend hoher Ohmsoher
Widerstand rg eingeschaltet wird.
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Mit der in Fig. 3 angegebenen Kombination von Trockengleichrichtern
und Korrektionsröhre ist es möglich, innerhalb eines erweiterten Regulierbereiches
eine geradlinige Regulierkurve zu erhalten, wie dies durch die Kurve a-c in Fig.
i veranschaulicht ist. Indessen hat es sich herausgestellt, daß das Anbringen .der
Korrektionsröhre nach den Trockengleichrichtern gewisse praktische Schwierigkeiten
mit sich bringt, die unter anderem darin bestehen, daß, wenn das Trockengleichrichterorgan
unmittelbar nach den Ausgangsklemmen eingeschaltet wurde, es verhältnismäßig hohen
Spannungen ausgesetzt wird, und d.aß man im Hinblick auf die Einwirkung des Gitterstromes
auf den Kondensator C genötigt ist, entweder Transformatorkopplung für die Korrektionsröhre
k .anzuwenden oder aber - wie in Fig. 3 gezeigt -in deren Gitterkreis eine Drosselspule
einzuschalten. Bei Betrachtung der Kurvenform der logarithmisch deformierten Wechselspannung
erkennt man, daß eine derartige Wechselspannung einen Gehalt von verschiedenen höheren
Harmonischen bekommt. Ob man die in Fig. 3 gezeigte Drosselspule oder aber gewöhnliche
Transform,atorkopplung benutzt, immer wird eine verzerrungsfreie Übertragung einer
solchen Wechselspannung, die viele Oberschwingungen enthält, unter allen Umständen
mit praktischen Schwierigkeiten verbunden sein. Aus diesem und anderen praktischen
Gründen zieht man es in der Praxis vor, die in Fig. d. dargestellte Kombination
anzuwenden, bei der die Korrektionsröhre K vor dem Trockengleichrichteraggre-at
Di, D2 in dem Sekundärkreis eines Eingangstransformators T angeordnet ist, während
das Trockengleichrichterorgan in den Gitterkreis einer Ausgangsröhre U, deren Anodenkreis
durch einen Transformator T2 den Ausgangsklemmen Bi, B2 angekoppelt ist, eingeschaltet
wird,. Mittels der in Fig. 4 gezeigten Anordnung erhält man den Vorteil, d.aß das
Trockengleichrichterorgan derartig hohen Spannungen. nicht ausgesetzt wird, indem
die Korrektionsröhre .FL, die innerhalb des Regulierbereiches a- -b nach Fig. i
auf dem ,geradlinigen Teil ihrer Charakteristik arbeitet und ,deshalb anfangs eine
logarithmische Deformation der Eingangsamplituden nicht bewirkt, .im Regulierbereich
b-f-d die Amplituden der Eingangsspannungen herabsetzt, .so daß diese der Regulierkurve
b-c folgen. Ferner kann bei dieser Anordnung Widerstandskopplung zwischen den Röhren
h und U benutzt werden, und es .sind somit keine derartigen Schwierigkeiten mit
dem Anpassen der Vorrichtung an die logarithmisch deformierten Amplituden zu überwinden,
wie es bei der Anwendung von Drossel- oder Transformatorkuppl.ung der Fall ist.
Eiuze derartige Anpassung der Charakteristik der Korrektionsröhre, daß sie auf den
nicht logarithmischen Teil der Charakteristik des Trockengleichrichteraggregats
wirkt, muß auf verschiedene Art und Weise mittels der in Fig. 3 und .I gezeigten
Ausführungsformen bewirkt werden. Im ersteren Falle .soll die Ko.rrektionsröhre
derart angepaßt «erden, daß sie den Wert der Eingangs-.sp annungeri, welche d:e:nTrockenglei-ohri
chtern,auß e rhalb ödes ge:rad'liinige:n. Gebietes a-b iin Fig. i a@ufged,rückt
werden., ermäßigt, während sie im letzteren Falle diese Eingangssp.annungen derart
reduzieren soll, daß die logarithmisch deformierten Ausgangsspannungen nach dem
geradlinigen Kurvenstück b-c verlaufen. Im Bereich a.-b soll die Korrekti.onsröhre,
wie erwähnt, auf dem geradlinigen Teil der Charakteristik arbeiten, so daß .sie
zu der logarithmischen Deformation nicht beiträgt, sondern ausschließlich als Verstärkerröh.re
arbeitet. In dem Übergangsbereich b-f, in dem das Trockengleichrichter-
Aggregat
nicht 'logarithmisch deformierend .arbeitet und als ein rein Ohmscher Widerstand
noch nicht zu arbeiten angefangen hat, soTl die Charakteristik der Korrektions.röhre
so .angepaßt sein, daß sie in Verbindung mit der Charakteristik des Trockengleichrichteraggregats
in dem besagten Übergangsbereich eine resultierende geradlinige Regulierkurve b-f'
ergibt, .und schließlich sol'1 sie in ,dem Bereich f-d, in dem das Trockengleichrichteraggregat.
als rein Ohmsoher Wadems.tand wirkt, eine rein logarithmische Charakteristik haben,
wobei die resultierende Regulierkurve innerhalb des letz-,teiren Bereichs auf der
Strecke f'-c geradlinig wird.
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Anstatt, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt, die Trockengleichrichter direkt
der Korrektion:sröhre an7-ukoppel.n, kann eine oder können mehrere Verstärkerstufen
zwischen die Trockengleichrichter und die Korrektionsröhre eingeschaltet werden..
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Wenn die Charakteristik der Korrektionsröhre, wie oben beschrieben,
durch passende Wahl der . Anodenbelastung angepaßt wird, :dann bekommt die Deformationscharakteristik
den durch die Kurve I-II (Fig. z) dargestellten unsymmetrischen Verlauf, so daß
sie nur der einen Wechselstromhalbwe'lle gegenüber wirksam ist. Bei solchen unsymmetrischen
Korrektionsröhren können bei Aufladung und Entladung des Kopplungskonden-sators
C im Stromkreis Spannungsstöße entstehen, und um diese zu vermeiden, kann, -,vie
in Fig.4 dargestellt, parallel mit dem Anodenwiderstand Ra der Korrektionsröhre
eine S-elb-s-tinduktion La eingeschaltet sein. Sowohl mit Rücksicht auf -den
Wirkungsgrad der Anordnung als auch mit Rücksicht .auf die Zeitkonstanten der .durch
logarithmische Deformation mit etwa darauf£olgender Gleichrichtung hervorgerufenen
Regulier- oder Meßspannung ist es jedoch von Bedeutung, daß beide Wechselstromhalbwellen
innerhalb des ganzen Regulierbereiches einer logarithmischen Deformation unterworfen
werden. Dieses kann unter Benutzung von Korrektionsröhren mit unsymmetrischer Charakteristik
gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, daß man zwei solcher Röhren in Gegentaktschaltung,
-wie in Fig. 5 gezeigt, anordnet. Die beiden Korrektiansröhren K1 und K2 wirken
in d fieser Anordnung logarithmisch deformierend auf je eine von ihren Wechselstromhalbwellen,
und -die somit logarithmisch .deformierten Wechselstromamplituden werden durch einen
Kopplungstransformator T2 .dem Trockengleichrichteraggregat im Ausgangskreise übertragen.
Da aber die Transformierung logar.ithmi-sch deformierter Wechselstromamplitwden,
wie bereits angeführt,. mit Bezug- auf den Frequenzgang Schwierigkeiten mit sich
bringt, so wird man es im allgemeinen vorziehen, andere und einfachere Mittel zu
benutzen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird in Serie
mit dem Steuergitter der Korrektionsröhre ein Ohmscher Witderstand von einem solchen
Wert, ,daß die 'Charakteristik der Röhre einen symmetrischen oder in der Hauptsache
symmetrischen Verlauf bekommt, eingeschaltet. Die Wirkung dieses Widerstandes beruht
auf dem Gitterstrom, .der - wenn das Steuergitter von positiven Gitterspannungen.
beeinflußt wird -entsteht, so daß über den Widerstand ein Spannungsfall erzeugt
wird, wobei der Zuwachs im Anodenstrom der Röhre, je nachdem der Gitterstrom zunimmt,
eine Reduktion erfährt. Ohne Anwendung des genannten Widerstandes in Serie mit dem
Steuergitter -,vird die Charakteristik der Korrektionsröhre den durch die Kurve
I-II in Fig. a angegebenen unsymmetrischen Verlauf erhalten, während sie, wenn ein
:derartiger Widerstand eingeschaltet wird, der Kurve I-III folgt, die in der Hauptsache
symmetrisch ist. Letztere Kurvenform kann man erreichen, wenn man als Korrektionsröhre
eine Mehrgitterröhre, z. B. eine Pentode (Fig.6) oder eine Hexode (Fig. 7) anwendet
und eine weitere Korrektion vornimmt. Bei der Benutzung einer Pentode K (Fig. 6)
läßt sich eine solche Korrektion dadurch erzeugen, daß in Serie mit dem Schirmgitter
G2 ein passend gewählter Widerstand r92 eingeschaltet wird.
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Bei Benutzung einer Heptode Kla, wie in Fig. 7 gezeigt, kann man eine
entsprechende Wirkung dadurch bekommen, daß man die beiden Gitter G2 und
, G4 ran feste Spannungen egg und eg4, eventuell an die gleiche konstante Spannung,
anschließt, und das,dazwischenliegende Gitter G3 in Gegenkopplung mit dem Steuergitter
G1 beispielsweise dadurch, daß .die Sekundärwicklung des Eingangstransformators
bei einer Zurücknahme an die Gitterspannung egi .in zwei Teile aufgeteilt wird,
von denen der eine die Gi.tterrdhre G3, der andere das Steuergitter G1 speist, verbindet.
Mit wachsenden Eingangsamplituden werden die dem Gitter G3 aufgedrückten Spannungen
bewirken, daß die Charakteristik der Röhre einen -symmetrischen Verlauf bekommt.
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Statt, wie in Fig. 7 gezeigt, das Gitter G3 in Gegenkopplung an das
Steuergitter G, zu verbinden, kann man durch Anwendung einer Hexode oder Heptode
als Korrektionsröhre eine symmetrische Charakteristik dadurch erreichen, daß man
die beiden Schirmgitter G2 und G4 an verschiedene passend gewählte feste Spannungen
derart anschließt, daß,das der Kathode .am nächsten liegende Schirmgitter G2 das
niedrigste Potential erhält, während ,das zwischen beiden Schirmgittern liegende
Gitter G3 an eine- feste, passend gewählte Spannung ebenfalls angeschlossen wird.