DE969504C - Gleichstromverstaerkerschaltung mit mehreren hintereinandergeschalteten, galvanisch miteinander gekoppelten Roehrenstufen - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 12. JUNI 1958

T 6251 Villa/21 α²

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Verstärkung von Spannungs- oder Stromänderungen sehr niedriger Frequenz einschließlich der Gleichspannungs- bzw. Gleichstromwerte. Derartige Schaltungen werden gewöhnlich als Gleichstromverstärker bezeichnet. Es ist bekannt, daß diese Verstärkerschaltungen sehr empfindlich gegenüber Schwankungen der Betriebsspannungen sind, besonders der an den Röhrenelektroden liegenden Betriebsgleichspannungen, da diese Schwankungen mitverstärkt werden. Besonders bei Anordnungen mit mehreren hintereinandergeschalteten, galvanisch miteinander gekoppelten Röhrenstufen beobachtet man von der verstärkenden Eingangsspannung unabhängige, meist langsam verlaufende Änderungen der Ausgangsspannung. Im allgemeinen wurde bei bekannten Schaltungen dieser störenden Erscheinung durch von Hand zu bedienende Einstellorgane entgegengewirkt, mit deren Hilfe beispielsweise eine der unerwünschten Verlagerung entgegenwirkende Spannung an irgendeiner geeigneten Stelle des Verstärkers zugeführt werden konnte. Bei dieser Methode der manuellen Nachregelung ist eine dauernde Überwachung durch das Bedienungspersonal erforderlich; außerdem muß für die Durchführung der Kontrolle und der Nachregelung der Verstärker im allgemeinen aus dem Übertragungskanal herausgeschaltet werden, da die Verlagerungsspannungen nicht ohne weiteres von

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den verstärkten Werten der Eingangsspannung unterschieden werden können und daher als solche nur durch Abschalten der Eingangsspannung bzw. Kurzschließen der Verstärkereingangsklemmen erkannt werden können.

Für -die Überwindung dieser Schwierigkeiten sind einige Möglichkeiten bereits erkannt. Eine solche besteht in der möglichst vollständigen Stabilisierung sämtlicher den Röhrenelektroden ίο zugeführten Betriebsgleichspannungen, wodurch die erwähnten Störungen verringert werden. Der dazu erforderliche Aufwand ist — besonders wenn eine Speisung der Anlage durch Netzanschluß beabsichtigt ist — sehr groß.

Eine andere bekannte Schaltung arbeitet zur Verstärkung langsamer Gleichspannungsänderungen mit einem elektrischen Zerhacker, durch welchen entsprechende Wechselspannungswerte erzeugt werden, die dann von einem gewöhnlichen Verstärker unter Vermeidung der direkten Kupplung verstärkt werden können. Es ist klar, daß die von dieser Schaltung übertragene Bandbreite nach höheren Frequenzen hin durch die Zerhackerfrequenz begrenzt ist, was ihre Anwendung in den meisten Fällen ausschließt. Ferner ist es bekannt, das störende Weglaufen von der gewünschten Nulleinstellung durch eine Kombination einer vom Ausgang auf den Eingang zurückwirkenden Gegenkopplung mit einer vorwärts wirkenden Regelanordnung zu bekämpfen, welche die Summenspannung aus Eingangs- und Gegenkoppelspannung in einem Nebenzweig verstärkt und im ausgleichenden Sinne an einer nachgeschalteten Verstärkerstufe zur Wirkung bringt. Bei dieser Schaltung wird neben der Verringerung des Ausmaßes langsamer Nullpunktsverschiebungen aber auch eine Verringerung des Verstärkungsgrades für ebenso¹ langsam verlaufende Änderungen der Eingangsspannung bewirkt. Außerdem erfordert die Schaltung ebenfalls einen ziemlich hohen Aufwand an. zusätzlichen Schaltmitteln.

Es sei erwähnt, daß einstufige Schaltungsanordnungen bekannt sind, in welchen der Anodenruhestrom der einzigen Verstärkerröhre mit Hilfe einer Brückenschaltung, in deren Diagonale beispielsweise ein Anzeigegerät liegt, von dem letzteren ferngehalten wird. Da der Gleichstromwiderstand¹ der Verstärkerröhre einen Zweig der Brücke bildet, deren übrige Zweige ohmsche Widerstände sind, wird das Brückengleichgewicht wegen des nichtlinearen Verhaltens der Röhre gestört, wenn sich die der Brücke zugeführte Betriebsgleichspannung ändert. Zur Aufrechterhaltung des Brückengleichgewichtes bei Betriebsspannungsschwankungen sind verschiedene Möglichkeiten bekannt. In. einer bekannten Schaltung (USA.-Patentschrift 2219928) wird dem Steuergitter der Röhre eine Korrekturspannung zugeführt, welche aus einer konstant gehaltenen Spannung und einer mit der Betriebsgleichspannung veränderlichen Spannung zusammengesetzt ist. In einer ähnlichen Schaltung (französische Patentschrift 895 977) wird die Korrekturspannung dem Fanggitter einer Pentode zugeführt und außerdem eine Gegenkopplung durch einen Kathodenwiderstand verwendet. Bekannt ist auch die Einführung einer Gegenkopplung durch einen mit dem Röhrenwiderstand in der Brücke in Reihe liegenden Kathodenwiderstand oder der Ersatz eines in einem Brückenzweig liegenden Widerstandes durch eine weitere Röhre (französische Patentschrift 868 954). Außerdem ist auch die Kombination einer Stromgegenkopplung durch einen Kathodenwiderstand mit der Zuführun einer mit der Betriebsspannung veränderlichen Korrekturspannung am Steuergitter der Röhre bekannt (schweizerische Patentschrift 218 125).

Diesen mit brückenartigen. Anordnungen arbeitenden einstufigen Schaltungen kann die Aufgabe als bekannt entnommen werden, den inneren Gleichstromwiderstand, den Ausgangsstrom oder die Ausgangsspannung einer einzelnen Röhrenstufe bei Bietriebsspannuragsschwankungen konstant zu halten. Die dazu angegebenen Lösungen beschränken sich auf Brückenschaltungen, also auf Anordnungen, welche bereits eine natürliche Kompensationseigenschaft besitzen, sich aber nicht gut für mehrstufige Verstärkeranordnungen anwenden lassen, weil die Wiederholung der angegebenen Lösungsmöglichkeiten in mehreren in Kaskade geschalteten Stufen einen zu großen Aufwand ergibt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere Kompensation für eine Anordnung mit beliebig vielen galvanisch miteinander gekoppelten Verstärkerstufen anzugeben.

Die Erfindung beruht, auf der Erkenntnis, daß die Änderungen der Betriebsgleichspannungen im allgemeinen an allen Röhrenelektroden gleichsinnig verlaufen und auch wenigstens annähernd linear miteinander zusammenhängen, wenn alle Spannungen durch Transformation und Gleichrichtung der aus einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle, beispielsweise dem Stromversorgungsnetz, entnommenen Wechselspannung erzeugt werden.

Von einer mehrstufigen Gleichstromverstärkerschaltung mit einer in dieser Weise aufgebauten zentralen Erzeugung der Betriebsgleichspannungen, in der auch Mittel zur weitgehenden Herabsetzung des Einflusses von Änderungen der Betriebsgleichspannungen auf die Größe der den Spannungsabfalil am Ausgleichswiderstand der ausgangszeitigen Röhrenstufe enthaltenden Ausgangsgleichspannung vorhanden sind, geht die Erfindung aus. Erfindungsgemäß wird bei einer im Normalbetriebsfall innerhalb des praktisch linearen Kennlinienbereiches liegenden Aussteuerung der einzelnen Röhrenstufe in einer Röhrenstufe, beispielsweise in der Ausgangsstufe zwischen den Ausgangsklemmen und dem genannten Ausgangswiderstand und außerdem oder allein in einer der Vorstufen', eine Ausgleichsspanmung eingeführt; welche durch Gleichrichtung aus der gemeinsamen Wechselspannungsquelle gewonnen und mit den Betriebsgleichspannungen proportional veränderlich ist, wobei der Wert der Ausgleichspannung bzw. der Ausgleichspannungen derartig gewählt ist bzw.

sind, daß für eine Verstärkereingangsgleichspannung Null auch die Verstärkerausgangsgleichspannung wenigstens angenähert gleich Null ist.

Die so aufgebaute Schaltung kompensiert die Auswirkungen der störenden Betriebsspannungsschwankungen auf die Größe der Ausgangsspannung einer Gleichstromverstärkerschaltung mit beliebig vielen Röhreinstufen selbsttätig in einem für praktische Bedürfnisse meistens hinreichenden

ίο Ausmaß, so daß auf weitere Kompensationsmittel verzichtet werden kann. Die Wirkung kann folgendermaßen erklärt werden:

Es sei U _a die Ausgangsspannung des Verstärkers, und es seien U_Bv U_B2, ... sämtliche im Verstärker vorhandenen Gleichspannungsquellen, ferner sei U_e die zu verstärkende Eingangs spannung und seien K, K₁, K₂,. . . die auf die einzelnen Spannungen bezogenen Verstärkungsfaktoren, also Proportionalitätsfaktoren, welche angeben, in welchem Maße die einzelnen Spannungen an den Änderungen der Ausgangsspannung beteiligt sind, so gilt eine Beziehung von der Form:

U₀ =

U_B2+ .. .

Fügt man nun entsprechend dem Erfindungsgedanken eine in der gleichen Weise wie die anderen Spannungen sich ändernde zusätzliche Spannung U_z an einer geeigneten Stelle in den Verstärker ein, so ergibt sich:

U₁₁=K ■ U_e + K_t ■ U_Bl+K₂ -U_Bt... +K_z ■ U_z

Sind die Änderungen aller Spannungen außer Ug, aber einschließlich der zusätzlichen Spannung Uz, linear miteinander verknüpft, also beispielsweise alle in der gleichen Art von der Netzspannung abhängig, so kann man die letzten. Glieder zusammenfassen:

U_a=K-U_e+K'-U_Net2.

Wählt man nun K₂'U_z so, daß für U_e — o annähernd auch U_a = ο wiird, so* muß notwendigerweise K'=o sein. Dies bedeutet aber, daß der Abgleich auch für geänderte Netzspannungen erhalten bleibt.

Die allgemeine Form der Bedingung zeigt die Möglichkeit auf, die zusätzliche Spannung an einer Stelle einzuführen, wo dies möglichst wenig Aufwand erfordert, z. B. besonders am Eingang oder in den Anfangsstufen des Verstärkers. Da zur Erreichung des Kompensationseffektes die relative Schwankung aller Spannungen gleich groß sein muß, ist es bei Speisung aus dem Drehstromnetz auch erforderlich, alle Spannungen von der gleichen Phasenspannung herzuleiten. Bei Spannungs-Schwankungen können einzelne Stufen des Verstärkers durchaus Pegelschwankungen aufweisen; die Einhaltung der Abgleichbedingung gemäß der Erfindung bewirkt damn aber, daß sich am Ausgang des Verstärkers die einzelnen Schwankungen gerade zu Null ausgleichen.

Die entsprechend der Erfindung ausgebildete mehrstufige Gleichstromverstärkerschaltung weist gegenüber den erwähnten gleichartigen bekannten Schaltungen den Vorteil auf, daß auf eine vollständige Stabilisierung sämtlicher den Röhrenelektroden zugeführter Betriebsgleichspannungen und den damit verbundenen hohen Aufwand verzichtet werden kann. Sie ist auch wesentlich einfacher als Schaltungsanordnungen, welche sich aus der Übertragung der für die erwähnten einstufigen Schaltungen in Brückenform bekannten Maßnahmen auf mehrstufige Anordnungen ergeben würden.

In der Zeichnung ist in Form eines teilweise vereinfachten Schaltbildes ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Die Schaltung weist die Röhrenstufen 1, 2, 3 und 4 auf, die in an sich bekannter Weise mittels galvanischer Verbindungen zwischen der Anode der vorhergehenden und dem Steuergitter der nachfolgenden Röhre miteinander gekoppelt sind. An den Eingangsklenimen S, 6 ist die zu verstärkende Eingangsspannung U_e angelegt, während die Ausgangsspannung U_a an den Klemmen 7, 8 erscheint. Bei. den Klemmenpaaren 9, 10 und 11 sind entsprechende Quellen von Betriebsgleichspannungen für die Röhrenelektroden angeschlossen. Die bei 9 und 11 angeschlossenen Spannungsquellen liefern die Anodenspannung der Röhren 1 und 2 bzw. 3 und 4, während die bei 10 angeschlossene Spannungsquelle dazu dient, die Gitterspannung der Röhre 3 auf den geeigneten Wert einzustellen. Die bei 12 angeschlossene Spannungsquelle dient nicht zur Lieferung einer Elektrodenspannung; sie soll den am Arbeitswiderstand der Röhre 4 vorhandenen Spannungsabfall des Anodengleichstromes ganz oder zum Teil ausgleichen. Diese Spannung kann aber auch im Sinne der Erfindung dazu dienen, die beabsichtigte Kompensation der Wirkungen von Betriebsspannungsänderungen zu erreichen.

Es sei angenommen, daß die Änderungen der Spannungen bei 9, 10 und 11 in fester, vorzugsweise linearer Beziehung zueinander stehen. Die Spannungen können beispielsweise einem Netzanschlußgerät üblicher Bauart ohne besondere Stabilisationseinrichtungen entnommen werden. Wird dafür gesorgt, daß die bei 12 zugeführte Spannung eine solche Größe hat, daß für eine Eingangsspannung Null auch U_a Null ist und daß die bei 12 zugeführte Spannung sich im gleichen Verhältnis ändert wie die Spannungen an 9, 10 und 11, so ist die gewünschte Kompensation erzielt. Es kann durch geeignete Ausbildung des Netzanschlußgerätes erreicht werden, daß alle abgenommenen Gleichspannungen bei Netzspannungsänderungen und bei Änderungen des Stromverbrauches auf der Abnahmeseite sich prozentual gleich stark ändern.

Es kann vorteilhafter sein, den Ausgleich der Ausgangsspannung U_a zu Null mit Hilfe einer zusätzlichen Spannung zu bewirken, welche in der Nähe des Einganges in den Verstärker eingeführt wird. Dies könnte beispielsweise mit Hilfe der bei den Klemmen /3 eingeführten und in der gleichen Weise von den Schwankungen der Betriebsspannungen abhängigen zusätzlichen Spannung geschehen.

Es ist manchmal erwünscht, daß der Verstärker für U_e=o bereits eine endliche feste Ausgangsspannung U₁₁ liefern soll. Beispielsweise kann dies bei einem Modulationsverstärker für einen Fernsehsender zweckmäßig sein, dessen Ausgang unmittelbar mit dem Steuergitter einer zu:modulierenden Senderöiire verbunden ist. Es sei beispielsweise für U_e = o die Ausgangsspannung gleich — 6o V. In diesem Fall hat man für die Kompensation des

ίο Einflusses der Spannungsänderungen zunächst in der gleichen Weise vorzugehen, wie dies vorher beschrieben wurde. Man wählt die Betriebsspannungen bzw. die Größe einer ebenso wie die Betriebsspannungen sich verhaltenden zusätzlichen Spannung so·, daß für U_e = o sich zunächst auch eine Ausgangsspannung von der Größe Null ergibt. In dieser Einstellung ist der Verstärker gegenüber Betriebsspannungsänderungen stabil. Die gewünschte Größe der Ausgangsspannung könnte

ao nun durch Einschaltung einer zusätzlichen, stabilisierten Spanmungsquelle von —6oV in Reihe mit der Ausgangsspannung erhalten werden. Wesentlich vorteilhafter ist es aber, die Spannung ebenfalls am Verstärkereingang oder in den Anfangs-

a5 stufen des Verstärkers einzuschalten. Die Verstärkerwirkung wird dann für die Erzeugung der gewünschten stabilisierten Ausgangsspannung mit herangezogen. Beträgt der Gesamtverstärkungsfaktor K 300, so genügt am Eingang die Einfügung einer zusätzlichen stabilisierten Spannung von

— 0,2 V, um die feste Ausgangs spannung von

— 60 V zu erzeugen. Da an dieser Stelle keine Strombelastung der stabilisierten Zusatzspannung auftritt, wenn ■—· wie üblich — die erste Verstärkerstufe 1 nur innerhalb des negativen Gitterspannungsbereiches ausgesteuert wird, bietet eine sehr vollkommene Stabilisierung dieser verhältnismäßig kleinen Spannung keine technischen Schwierigkeiten. Zu diesem Zweck ist in der Schaltzeichnung das mit dem Verstärkereingang verbundene Gerät 14 vorgesehen, von welchem dem Eingang die stabilisierte Spannung von — 0,2 V zugeführt wird.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   I. Gleichstromverstärkerschaltung mit mehreren hintereinandergeschalteten, galvanisch miteinander gekoppelten Röhrenstufen und mit Mitteln zur weitgehenden Herabsetzung des Einflusses von Änderungen der durch Transformation und Gleichrichtung aus einer gemeinsamen Wechselspannungsquelle erzeugten Betriebsgleichspannungen auf die Größe der Ausgangsgleichspannung, welche den Spannungsabfall an dem vom Entladungsstrom der ausgangsseitigen Röhrenstufe durchflossenen Ausgangswiderstand enthält, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer im Normalbetriebsfall innerhalb des praktisch linearen Kennlinienbereiches' liegenden Aussteuerung der einzelnen Röhrenstufen in einer Röhrenstufe, beispielsweise in der Ausgangsstufe zwischen den Ausgangsspannungsldemmen (7, 8) und dem genannten Ausgangswiderstand und außerdem oder allein in einer der Vorstufen, eine Ausgleichspannung eingeführt ist, welche durch Gleichrichtung aus der gemeinsamen Wechselspannungsquelle gewonnen und mit den Betriebsgleichspannungen proportional veränderlich ist, und daß der Wert der Ausgleichspannung bzw. die Werte der Ausgleichspannungen derartig gewählt ist bzw. sind, daß für eine Verstärkereingangsgleichspannung Null auch die Verstärkerausgangsgleichspannung (JT₀) wenigstens angenähert gleich Null ist.
2. 2. Schaltung' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Spannung am Eingang des Verstärkers eingeführt ist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung aus dem Drehstromnetz alle Spannungen von der gleichen Phasenspannung hergeleitet sind.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzanschlußgerät derartig ausgebildet ist, daß die abgenommenen Gleichspannungen bei Netzspannungsänderungen und bei Änderungen des Stromverbrauches auf der Abnahmeseite sich untereinander prozentual gleich stark ändern.
5. 5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer konstanten und von Null verschiedenen Ausgangsspannung bei der Eingangsspannung Null eine zusätzliche stabilisierte Spannung vorzugsweise am Eingang oder in den Anfangsstufen des Verstärkers zugeführt ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2219928; französische Patentschriften Nr. 868 954,

   §95 977; schweizerische Patentschrift Nr. 218 125.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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