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Leistungsverstärker mit Schirmgitterröhren in Gegentakt-Schaltung
für Registriergeräte mit Dreheisenmeßwerk im Anodenkreis Es hat sich in der Praxis
als vorteilhaft erwiesen, Registrierverstärker in Gegentaktschaltung aus zu führen.
Dadurch ergeben sich die von Tonvers.tärkern her bekannten Vorteile, z. B. kleinere
Verzerrungen, Unempfindlichkeit gegen Störeinflüsse der Versorgungsspannungen (Schwankungen,
Brumm usw.) und gegen Gleichtaktstörsignale vom Eingang des Verstärkers.
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Eine gùnstigeAusführungsform eines als Registrierorgan besonders
geeigneten Dreheisenmeßwerks ist in der deutschen Patentschrift 970573 beschrieben.
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Bei ih.r wird eine magnetische Gleichfelderregung durch einen besonderen
Gleichstrom oder durch. Permanentmagnete vermieden und der ohnehin durch. die in
Gegen taktanordnung geschalteten Wicklungen flie ßende Anodenstrom auch für die
Gleichfeldmagnetisierung ausgenutzt.
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Eine grundsätzliche Schwierigkeit besteht dabei in der Erzielung
des gewünschten Dämpfungsgrades und in der Anpa,ssung des Meßwerks an die Verstärkerendstufe,
da die Meßwerkimpedanz nach Betrag und Phase stark frequenzabhängig ist. Für medizinische
und technische Anwendungen wird aber verlangt, daß die durch das Meßwerk aufgezeichnete
Registrierung ein getreues Abbild der Verstärkereingangsspann.ung ist, d. h., die
Registrierung muß weitgehend frei von Amplituden- und Laufzeitverzerrungen sein.
Daher ist es unerläßlich, Korrekturglieder und Abgleiehvorrichtungen für den Amplituden-
und Laufzeitfrequenzgang einzufügen, die jedoch keine merkbare Rückwirkung auf vorgeschaltete
Meßspannungsgeber oder Verstärkerstufen haben sollten.
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Die vorerwähnte Fre(luenzaShängigkeit der Meßwerkimpedanz führt bei
bestimmten Frequenzen zu einem besonders hohen Spannungsbedarf des MeR-werks. Um
diese hohen Antriebsspannungen bei möglicht niedrigen B etneb.-sspannungen des Verstärkers
aus ihm entnehmen zu können, ist die Erzielung eines hoben Verstärkerwirkungsgrades
erforderlich, wie er nur mit Schirmgitterröhren erreichbar ist. Diese haben außerdem
den Vorteil des verhältnismäßig hohen Innenwiderstandes, der auch deshalb wünschenswert
ist, damit der für das Meßwerk nötige Dämpfungswiderstand im wesentlichen durch
einen konstanten ohmschen Widerstand verkörpert werden kann. Diesem gegenüber sollte
der zeitlich inkonstarite Verstärkerinnenwiderstand möglichst wenig wirksam sein.
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Die Erreichung der vorstehend dargestellten Ziele, nämlich: Leistungsmäßige
Anpassung des Meßwerk an die Verstärkerendstufe, Erzielung des gewünschten Dämpfungsgrades
sowie Entzerrung des Ampl ituden-und Laufzeitfrequenzganges erforderte in den bisher
bekanntgewordenen Schaltungen eine Vielzahl von Korrekturmitteln. Demgegenüber löst
die Schaltung
nach der vorliegenden Erfindung, die sich auf derartige mit Schirmgitterröhren
bestückte Verstärker-Gegentaktendstufen für Dreheisenmeßwerke bezieht, die umrissenen
Aufgaben in aufbaumäßig und handhabungsmäßig einfacher und somit wirtschaftlicher
Weise.
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Erfindungsgemäß kennzeichnet sich der Leistungsverstärker mit Schirmgitterröhren
in Gegentaktschaltung für Registriergeräte mit Dreheisenmeßwerk im Anodenkreis durch
eine unter Vermeidung besonderer Gleichstromerregerwicklungen oder besonderer Dauermagnete
allein durch die Summe der Anoden- und Schirmgifterströme der Endstufe bewirkte
magnetische Dauererregung der beiden Pole oder Polpaare des Dreheisenmeßwerkes in
der Weise, daß die beiden Anoden über jeweils einen eine Impedanz enthaltenden Zweig,
welche zusammen einen die Meßwerkwicklungen überbrückenden Zweig bilden, mit einem
gemeinsamen Stromverzweigungspunkt verbunden sind, in welchem auch die beiden Schirmgitter
der Endstufen mit ihren einzigen Zuleitungszweigen angeschlossen sind.
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Durch die Belastung des Verbindungszweiges zwischen den beiden Anoden
mit einer Impedanz werden letztere in ausreichendem Maße gegenseitig entkoppelt.
Die Stromversorgung der Schirmgitter kann ebenfalls durch eine passen.de Bemessung
der Teilimpedanzen des Parallelzweiges zu den Erregerwicklungen des Meßwerkes richtig
abgestimmt werden.
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Die Verbindung der beiden Schirmgitteranoden von Gegentaktverstärkerstufen
durch eine Impedanz und
der Anschluß der Schirmgitter an diesen
Verbindungszweig ist an sich eine durch mehrere Vorschläge dieser Art schon lange
bekannte Maßnahme zur Rückkopplung, insbesondere Mitkopplung. Obwohl ebenfalls seit
vielen Jahren die Vorschaltung von Gegentaktverstärkern an Dreheisenmeßwerken mit
zur Erzeugung eines Drehmomentes in Bezug auf einander im entgegengesetzten Sinne
wirkenden Erregerwicklungen üblich ist, wurde überraschenderweise dafür die vorher
angegebene Rückkopplungsmaßnahme bisher nacht in Betracht gezogen. Vermutlich hat
dies seine Ursache in Bedenken gegenüber der Parallelschaltung eines Zweiges zu
den Erregerwicklungen des. Dreheisenrneß werkes, da diese, jedenfalls. für Registrierverstärker,
eine vergleichsweise hohe Leistung benötigen. Wie aber hier gezeigt wird, führt
die gleichzeitige Verwendung der beiden vorgenannten Schaltungseigenarten gemäß
der vorliegenden Erfindung zur Lösung zahlreicher Probleme, die bei den in Frage
kommenden Verstärkern und Meßwerken auftreten.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung können nun die Teilimpedanzen
des Parallelzweiges zu den Meßverkwicklungen so dimensioniert werden, daß der ge
wünschte Dämpfungsgrad.des Meßwerkes resultiert.
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Die im Meßwerk erzeugte Induktionsspannung kann sich nämlich sowohl
über die Innenwiderstände der Verstärkerröhren als auch über die dazu parallel liegende
Anodenkopplungsimpedanz ausgleichen. Für die korrekte Betriebsweise des Verstärkers
ist die Wahl dieser Impedanz nicht sehr kritisch, so daß ihr Wert vorzugsweise mit
Rücksicht auf die gewünschte Dämpfung festgelegt werden kann. Dabei wird die Anodenspannung
so gewählt, daß für den durch die Dämpfung festgelegten Wert dieser Impedanz ein
günstiger Betriebszustand des Verstärkers erreicht wird.
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Bei der Schaltung nach Abb. 1 werden die beiden Schirmgitter zwangläufig
stets auf gleichem Potential gehalten. Demgegenüber können in weiterer Ausbildung
der Erfindung die Schirmgitter aus getrennten Ankopplungspunkten der Anodenentkopplungsimp
danz gespeist werden. Hierzu wird sie in an sich bei bekannter Weise in drei Teilimpedanzen
aufgespalten (#1, #2 und #3 in Abb. 2). Dadurch wird die zwangläufige Gleichheit
der beiden Schirmgitterpotentiale aufgehoben und ein Teil der Anodenausstenerung
auf die Schirmgitter zurückgeführt Diese Rückkopplung könnte grundsätzlich statt
als Mitkopplung auch als Gegenkopplung gewählt werden. Aus später dargelegten Gründen
hat sich jedoch eine Mitkopplung der Schirmgitter als besonders günstig erwiesen.
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Schließlich läßt sich die bereits durch die Schirmgitterströme verstärkte
magnetische Erregung des im übrigen von den Anodenströmen erregten Meßwerkes noch
durch einen zusätzlich aus dem elektrischen Mittelpunkt der Anodenentkopplungsimpedanz
abgenommenen Strom verstärken; dieser kann beliebigen Verbrauchern zugeführt werden,
wie in Abb. 1 gestrichelt angedeutet.
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Im folgenden sollen die Schaltungen nach der Erfindung im einzelnen
erklärt werden: Abb. 1 zeigt den Grundaufbau des Gegentaktverstärkers; in ihr sind
1 und 2 zwei Schirmgitterleistungsröhren. Mit M ist das Weicheisenmeßwerk gemäß
der deutschen Patentschrift 970 573 angedeutet. t und 2 sind zwei Teilimpedanzen,
die zwischen die Anoden der Röhren 1 und 2 geschaltet sind und aus deren Verbindungspunkt
die beiden zusammengeschalteten Schirmgitter der. Röhren 1 und 2 gespeist werden.
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Abb. 2 enthält zwischen den Teilimpedanzen und 2 eine dritte (Trenn-)
Impedanz 3, die vorzugsweise einstellbar ausgeführt ist. Die in Abb. 3 dargestellte,
gekreuzte Anschluß weise der Schirmgitter an die Enden von ! ergibt Spannungsmitkopplung.
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In die Kathodenzuführungen der Röhren 1 und 2 sind Widerstände Rkt
und R,2 eingefügt; zwischen die beiden Kathoden ist ferner ein Widerstand Rk3 eingeschaltet.
Die Aufgabe dieser Widerstände ist es, durch die von ihnen bewirkte Stromgegenkoppinug
den Innenwiderstand der Verstärkerröhren zu erhöhen, so daß die als zasä.tzlicher
Dämpfungswiderstand wirkende Anodenentkopplungsimpedanz (1 + R2 + Rs) in höherem
Maße für den Dämpfungsgrad ausschlaggebend wird.
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In-Abb. 3 ist in Abhängigkeit von der auf die Eigen-Kreisfrequenz
w0 des Meßwerkes bezogenen Kreisfrequenz w sowohl die zwischen den Anoden der Röhren
1 und 2 auftretende Wechselspannung (usa) wie auch der Ausschlag des Meßwerkzeigers
(y) -durchweg aufgenommen bei konstanter Eingangsspannung an den Gittern des Verstärkers
und ohne die in Abb. 2 dargestellte Mitkopplung - aufgetragen. Danach entspricht
dem Minimum des Meßwerkausschlages bei der etwa 0,8fachen Eigenfrequenz (w/w0=O,8)
ein Maximum der zwischen den Anoden der Röhren 1 und 2 auftretenden Wechselspannung
Ua-a, und dem Maximum des Ausschlages y bei co/cvO=1,2 entspricht ungefähr das scharfe
Minimum der Anoden-Wechselspannung Uaa. Hiernach ist es verständlich, daß die Rückführung
der Anoden-Wechselspannung im Sinne der Mitkopplung die unerwünschte Welligkeit
des Amplitudenfrequenzganges y=f (#/#0) ausgleichend beeinflußt.
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Als besonderer Vorteil der Erfindung sei noch erwähnt, daß das Meßwerk
auch im Betrieb ohne Nachteil für die Verstärkerröhren vom Verstärker getrennt werden
kann, da die Schirmgitter zusammen mit den Anoden stromlos werden. (Bei der üblichen
Anschaltung von Schirmgitterröhren, bei denen die Schirmgitter direkt, also unter
Umgehung des Meßwerkes, aus der Stromversorgung Ub gespeist werden, würde die Unterbrechung
der Meßwerkzuleitungen zur thermischen Überlastung der Schirmgitter und damit zur
Zerstörung der Röhren führen.) Schließlich hat die gemäß der Erfindung aufgebaute
Schaltung, bei der die Korrekturmittel für Amplituden- und Laufzeitfrequenzgang
durchweg außerhalb der Gitterkreise der Endrohren liegen, den Vorteil, daß die Verstellung
der genannten Korrekturglieder keine merkliche Rückwirkung auf den vorgeschalteten
Steuerverstärker ausüben kann.