DE2323372A1

DE2323372A1 - Verfahren und schaltung zur festlegung einer impulsfolge auf ein bestimmtes potential

Info

Publication number: DE2323372A1
Application number: DE2323372A
Authority: DE
Inventors: Wallace Henry Coulter; Walter Robert Hogg
Original assignee: Coulter Electronics Inc
Current assignee: Coulter Electronics Inc
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1973-05-09
Publication date: 1973-11-29
Also published as: IL42224A; NL7306451A; IT1053516B; BE799303A; US3772604A; JPS4962186A; AU5549373A; AU473647B2; GB1436891A; IL42224A0; CA970442A; SE383671B; CH573189A5; ES414601A1; FR2191359B1; FR2191359A1; BR7303362D0; ZA733156B

Description

PATENTANWÄLTE D-3 MÜNCHEN OO

ä:ARiAHI CFP i^AV;: S * 3

DK. O. DITTMANN POGTArRESSB

K. L. SCHIFF , _D.S MÜNCHEN 95

OR. A. V. FÜNER POSTFACH 85 Ol OO

DIPL-ING. P. STREHIj TELEFON (Ο8Π) 45 8354

DR. TJ. SCHÜBELrHOPF TELEGR. AUROMARCPAT MÜNCHEN

Dipl. ινπ. D. EBBINGHATJS 2323372 ^TBLBX ^²³ ^ses ^{AURO D}

Coulter Electronics Limited ■" 9. Mai 1973

DA-10492 DE/Sg

Verfahren und Schaltung zur Festlegung einer InIpUlSfOlPe₁ auf

ein bestimmtes Potential

(Priorität: 12. Mai 1972, USA, Nr. 252 794)

Die Erfindung bezieht sich auf die elektrische Festlegung (clamping) einer Signalepannung, beispielsweise zur Festlegung des Basispotentials einer Impulsfolge auf eine bestimmte Spannung'. Die Impulsfolge kann beispielsweise durch Teilchen erzeugt werden, die durch eine elektrische Heßzone in einem Gerät zur Analyse von in einem Fluid suspendierten Teilchen hindurchtreten.

Das Grundprinzip einer derartigen Analyse, das auch als Coulter-Prinzip bezeichnet wird, ist in der US-PS 2 656 508 beschrieben. Nach diesem Prinzip hat der Durchtritt von mikroskopischen Teilchen durch eine Meßöffnung, die in einer leitenden Flüssigkeit suspendiert sind, wobei die Abmessungen der Meßöffnung etwa denen der Teilchen gleich sind, eine Impedanz änderung der elektrischen Strecke durch die Flüssigkeit zur Folge, die in der Meßöffnung enthalten ist, wenn das Material· der Teilchen und die Flüssigkeit unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisen. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Größe dieser Änderung proportional ist dem Volumen des Teilchens, wenn die Querschnittsfläche des Teilchens wesentlich ge-

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ringer ist als die Querschnittsfläche der Keßöffnüng und Teilchen klein genug ist, daß es in der so gebildeten Meßzone völlig aufgenommen werden kann.

Bei richtig gewählten Bedingungen werden elektrische Signale erzeugt, deren jeweilige Amplitude dem Volumen des jeweils durch die Meßöffnung hindurchtretenden Teilchens linear proportional ist. Diese Signale bestehen aus einer Gleichspannung, der Impulse überlagert sind. Da der Gleichspannungspegel nicht zuverlässig konstant ist, ist es.zur Analyse der Impulse wünschenswert, die Gleichspannung zu eliminieren oder zu stabilisieren. Wie im folgenden beschrieben wird, wird die Gleichstromkomponente der Impulse selbst durch die Erfindung ausgeschaltet oder unterdrückt.

Die Elimination oder Stabilisation des Gleichspannungspegels, der häufig als Basislinie der Impulse bezeichnet wird, ist ein spezielles Beispiel für einen allgemeineren Vorgang, der als "clamping", "Potentialklammerung" öder "-festlegung" bekannt ist. Die Potentialfestlegung wird allgemein in Geräten zur Verarbeitung von Impulsfolgen von Signalen angewendet und wurde allgemein als Verfahren zur Verarbeitung von Impulsen definiert, mit dem sichergestellt wird, daß die Basislinie, d.h. der Signalpegel zwischen den Impulsen auf einem gewünschten Gleichspannungspegel liegt. Die Basislinie eines solchen impulsartigen Signals kann auf das Potential null oder eine bestimmte Spannungshöhe festgelegt werden.

Die einfachste Form einer Festlegungsschaltung, die bisher in hohem Maße angewendet wird, enthält eine mit einer Widerstand-Kapazitätsschaltung verbundene Diode.

Um eine Impulsfolge festzulegen, so daß die Basislinie auf Masse oder einem beliebigen Gleichspannungspegel liegt, wird eine Diode an die Ausgangsseite eines Koppelkondensators angeschlossen und ein Widerstand parallel zur Diode geschaltet.

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Werden positive Impulse verwendet, so liegt die Anode dieser Diode auf Masse und die Kathodevist mit der Signalleitung verbunden. Erreicht ein Impuls die Schaltung, so wird die Kathode positiv,so daß kein Strom durch die Diode fließt. Während des Impulses fließt ein geringer Teil der Ladung des Koppelkondensators durch den Widerstand ab. Am Ende des Impulses geht das Potential an der Eingangsseite des Kondensators auf das der Basislinie zurück, die Ausgangsseite wird negativ. Sobald dies der Fall ist, leitet die Diode und der Ladestrom fließt in dieselbe und den Kondensator. Hierdurch wird der Kondensator wieder auf die ursprüngliche Ladung aufgeladen, die er vor dem Impulse hatte. Durch die niedrigen Impedanzen der leitenden Diode und des speisenden Verstärkers wird die ins Negative gehende Spannung ausgeblendet oder unterdrückt. Somit liegt die Spannung an der Ausgangsseite des .Kondensators auf der der auf Messe gelegten Basislinie, so daß, wie gewünscht, nur positive Impulse abgegeben werden. Ferner können Einrichtungen vorgesehen sein, durch die der Durchlaß-Spannungsabfall der Diode ausgeglichen wird. Auch kann eine Rückkopplungsschleife vorgesehen sein, um die Auswirkung des Dur-hlaßspannungsabfalls zu vermeiden.

Das herkömmliche Verfahren eignet sich für den Fall, daß ein hohes Signal/Rauschverhältnis besteht. Sind jedoch die Störungen gegenüber'den Impulsen nicht gering, so arbeitet die Festlegungsschaltung wie ein Halbwellengleichrichter und richtet die Störungen gleich. Der Ruhepegel, der auch als Basislinie bezeichnet werden kann, liegt dann auf einer positiven Spannung, die etwas geringer ist, als der Spitzenwert der Störungen. Beträgt beispielsweise die gleichgerichtete Rauschspannung ein Millivolt und tritt ein Impuls von ein Millivolt auf, so wird durch die Kombination ein Schwellenpegel a*uf zwei Millivolt getriggert. Tritt weiterhin ein Impuls von zwei Millivolt auf, so triggert die Summe eine Schwellenschaltung, die auf drei Millivolt anspricht. Somit betätigen die beiden Impulse

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mit einem Amplitudenverhältnis von 2:1 Schwellenwertschaltungen, deren Pegelverhältnis 3:2 beträgt. Hat die Rauschspannung stets eine konstante Amplitude, beispielsweise ein Millivolt, so könnte die Basislinie in der Gegenrichtung um ein Millivolt verschoben werden, so daß der gleichgerichtete Rauschpegel unterdrückt würde. Die Rauschspannung ändert sich jedoch üblicherweise zusammen mit anderen Faktoren.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich wird, bildet der Koppelkondensator zusammen mit dem Gleichstromwiderstand der ihm folgenden Schaltung eine Einrichtung, die der folgenden Stufe alle Impulsinformationen zuführt, jedoch den Gleichspannungspegel und darüberhinaus in befriedigendem Maße langsame Änderungen des Gleichspannungspegels gegenüber der folgenden Stufe abblockt, so daß diese richtig arbeiten kann.

Auf der anderen Seite muß, da der alte Gleichspannungspegel eliminiert wurde, ein neuer Gleichspannungspegel für die folgende Stufe gebildet werden,. Hierin liegt wie im folgenden noch näher erläutert, eines der Ziele der vorliegenden Erfindung .

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Festlegung einer Impulsfolge aus einem ersten Gleichspannungspegel und diesem überlagerten Wellen, zur Festlegung der Basislinie derselben auf ein bestimmtes zweites Gleichspannungspotential zeichnet sich dadurch aus, daß der erste Gleichspannungspegel der Impulsfolge einer Festlegungsstufe zugeführt wird, die einen Eingang und einen Ausgang aufweist, daß die Festlegungsstufe so gleichstromgekoppelt wird, daß der Gleichspannungspegel der Impulse, die am Ausgang der Festlegungsstufe auftreten, eine Funktion des Gleichspannungspegels am Eingang derselben ist, daß der Gleichspannungspegel vom Ausgang gefiltert und ein diesem proportionaler Gleichspannungspegel auf den Eingang der Festlegungsstufe rückgekoppelt wird, daß der Rückkopplungs-

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Gleichspannungspegel mit dem ersten Gleichspannungspegel und dem Signal überlagert wird, daß die Rückkopplung unterbrochen wird, wenn sich das Ausgangssignal von dem gewünschten Gledchspannungspegel um einen vorherbestimmten Wert unterscheidet, und daß die Rückkopplung wieder hergestellt wird, wenn die Größe der Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem gewünschten Pegel unter den vorherbestimmten Wert fällt.

Die erfindungsgemäße Schaltung zur Festlegung elektrischer Impulse enthält Eingangs- und Ausgangsklemmen zum Empfang eines Eingangssignals bestehend aus einer Impulsfolge, die einem ersten Gleichspannungspegel überlagert ist und erzeugt ein zusammengesetztes Ausgangssignal bestehend aus einer Impulsfolge proportional denen des Eingangssignals, die einem zweiten Gleichspannungspegel überlagert sind,und zeichnet sich aus durch eine Einrichtung zur Bildung eine s gewünschten Gleichspannungspegels, durch ein Vergleichselement zum Vergleich des Ausgangssignals mit dem gewünschten Gleichspannungspegel, durch eine Verbindung zur Kombination des Eingangssignals mit einem Rückkopplungssignal, durch eine Filterschaltung zur Rückkopplung des Ergebnisses des Vergleichs des gewünschten Pegels mit dem Ausgangssignal, das den zweiten Gleichspannungspegel enthält, auf eine Klemme der Kombinationsverbindung, durch ein Organ zur Modifikation der Rückkopplungsschaltung wenigstens während derjenigen Zeitperioden, während deren die Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem gewünschten Pegel einen vorherbestimmten Wert übersteigt, zur Erzeugung des Rückkopplungs~ signals, und durch eine Einrichtung, durch die das Rückkopplungssignal während der Zeit im wesentlichen konstant gehalten wird, während der der Rückkopplungspfad modifiziert wird, wodurch der zweite Pegel und der gewünschte Pegel unabhängig von der Anzahl und Größe der Impulsfolge im Eingangssignal einander gleich werden.

Anhand der in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevor-

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zugten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine herkömmliche Festlegungsschaltung; Fig. 2 einen Impuls am Eingang des Kondensators der Schaltung der Fig.1 und einen von dieser ausgehenden Impuls;

Fig. 3 Signalverläufe mit Störungen, die gegenüber dein Signal nicht gering oder vernachlässigbar sindj

Fig. 4 das grundlegende Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung;

Fig. 5 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung;

Fig. 6 durch die Schaltung der Fig. 5 vorarbeitete Signalverläufe;

Fig. 7 das Schaltbild der in Fig. 5 in Blockform dargestellten Absolutwertschaltung;

Fig. 8 ein dem der Fig. 5 ähnliches Ausführungsbeispiel mit einer zusätzlichen Tpannungszufuhr;

Fig. 9 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung, bei der eine Flanke des Signals eliminiert wird;

Fig. 10 durch die Schaltung der Fig. 9 verarbeitete Signalverläufe;

Fig. 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung zur Unterdrückung der "Kragen" auf beiden Seiten des Signals;

Fig. 12 ein durch die Schaltung der Fig. 11 verarbeitetes Signal;

Fig. 13 einen Schaltungsausschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung mit Schaltungselementen, « insbesondere eines elektronischen Shunt-Schalters; und

Fig. 14 das Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung, bei der zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen keine Verstärkung erfolgt.

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Fig. 1 zeigt eine bekannte Festlegungsschaltung 20 mit einem Kondensator 22, einer Diode 24 und einem Widerstand 26. Der Ausgang der Festlegungsschaltung 20 ist an den Eingang eines Verstärkers 28 angeschlossen.

Fig. 2 zeigt zwei Impulse, nämlich einen Impuls 31, der dem Kondensator 22 zugeführt wird, und einen Impuls 33, der auf den Impuls 31 hin am Ausgang des Kondensators abgegeben wird. Der gestrichelte Teil 35 des Impulses 33 ist vorhanden, wenn die Diode 24 in der Schaltung fehlt. Die Diode bewirkt die Unterdrückung des gestrichelt dargestellten Teils 35 des Impulses 33, so daß der Kondensator 22 auf den Pegel wieder aufgeladen wird, den er vor Beginn des Impulses hatte. Dieser Vorgang zeigt sich bei idealen Bedingungen, d.h., wenn der Signalpegel beträchtlich höher ist als der Rauschpegel und der Spannungsabfall an der Diode.

Fig. 3 zeigt einen Eingangs- und Ausgangsimpuls 37 bzw. 39, wenn die SLUrspannungen gegenüber der Signalspannung nicht gering sind. Das Eingangssignal enthält Impulswellen 40 und Störwellen 41 und 42. Das Ausgangssignal 39 enthält Impulswellen 44 und Störwellen 45 und 49. Wie erwähnt, besteht das dabei auftretende Problem darin, daß die Störwellen gleichgerichtet werden, so daß sich eine korrigierte Basislinie ergibt, die gegenüber dem Null- oder Massepegel 49 verschoben ist. Dieser erhöhte Pegel liegt etwas unter dem der Störsignalspitze, was aus den erläuterten Gründen unerwünscht ist.

Fig. 4 zeigt das Grundkonzept der erfindungsgemäßen, eine Rückkopplung enthaltenden Festlegungsschaltung. Hierin wird keine Diode verwendet, so daß keine Gleichrichtung auftritt. Die Schaltung enthält einen Differenzverstärker 50 mit zwei Eingängen 52 und 54, ein RC-Filter mit einem Widerstand 56 und einem Kondensator 58, das an den Eingang 54 angeschlossen ist, ein Gatter- oder Analogschaltelement 60, das in der Rück-

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kopplungsleitung 62 des Verstärkers 50 liegt, und eine Schwellenschaltung 64, deren Eingang über eine Leitung 66 an den Ausgang 70 und deren Ausgang über eine Leitung 68 an das Gatter 60 angeschlossen ist.

Bei dieser Schallung wird die Verstärker-Eingangsspannung β_Ί· , die eine Gleichspannung enthält, dem Eingang 52 des Verstärkers 50 zugeführt. Ein Überschwingen in den negativen Bereich tritt nicht auf, weil während eines Impulses kein Koppelkondensator zu entladen ist. Wie erwähnt, dient die Rückkopplungsanordnung dazu, den Gleichspannungspegel zu eliminieren. Die am Ausgang 70 des Verstärkers 50 abgegebene Spannung wird über das RC-Filter 56,58 rückgekoppelt und dem Eingang 54 des Differenzverstärkers 50 zugeführt. Dieser spricht nur auf die Spannung zwischen den Eingängen 52 und 54 an, so daß die Spannung am Eingang 54 von der am Eingang 52 subtrahiert wird. Das analoge Schaltelement 60 wird durch die Schwellenschaltung 64 gesteuert .

Die Schwellenschaltung 64 gibt einen Rechteckimpuls ab, wenn das Ausgangssignal am Ausgang 70 des Verstärkers 50 den Rauschpegel übersteigt. Dies ist der Fall, wenn ein Signalimpuls von dem Analysegerät dem Eingang 52 des Verstärkers 50 zugeführt wird. Der-Rechteckimpuls wird dem Gatter 60 zugeführt, das dann für die Dauer des Signalimpulses den Rückkopplungspfad öffnet. Während das Gatter 60 geöffnet ist, kann sich der Filterkondensator 58 nicht entladen. Damit bleibt.die Basislinie auf dem Potential, das sie bei Abwesenheit des Signalimpulses hatte.

Fig.· 6a bis 6D zeigen Signalverläufe, die der Schaltung zugeführt und von dieser erzeugt werden. Diese Signalverläufe gelten für die Schaltungen der Fig. 4 und 5. Sie werden daher zusammen mit der letzteren erläutert.

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Die Schaltung der Pig. 5 enthält einen Haupt-Differenzverstärker 71 und einen Rückkopplungspfad mit einem elektronischen Schalter 72, einem Widerstand 73» einem zweiten Verstärker 74 und einem Kondensator 75· Diese sind äquivalent dem Verstärker 50, dem Gatter 60, dem Widerstand 56 und dem Kondensator 58 der Grundschaltung der E¹Ig. 4. Der Verstärker 74, der Kondensator 75 und der Widerstand 73 bilden zusammen einen aktiven Integrator, durch den längere Zeitkonstanten und höhere Spannungsschwingungen erreicht v/erden. Der Verstärker 74 ist als Differenzverstärker gezeigt, dessen nichtumkehrender bzw. positiver Eingang über eine Leitung 91 an Masse liegt. Der V/iderstand 73 ist einerseits über eine Leitung 89 mit dem elektronischen Schalter 72 und andererseits mit dem negativen Eingang des Verstärkers 74 verbunden. In der Ausgangsverbindung 94 des Integrators ist ein aus Widerständen 76 und 77 bestehendes Dämpfungsglied (Spannungsteiler) vorgesehen. Hierdurch kann der Vorteil der großen Spannungsschwingungen des Integrators Linter Beibehaltung der Freiheit aus der Integratordrift ausgenutzt v/erden. Das Dämpfungsglied 76, 77 kann bei bestimmten Anwendungsfällen weggelassen werden. Das Äquivalent der Schwellenschaltung 64 der Fig. 4 umfaßt einen Komparator 81, eine BezugsSpannungsquelle 78, deren Spannung mittels eines Potentiometers 79 abgesenkt und eingestellt werden kann, und die über eine Leitung 80 mit einem Eingang eines Komparators 81 verbunden ist. Der andere Eingang des Komparators 81 ist über Leitungen 67 und 52, die Absolutwertschaltung 51 und eine Leitung 53 mit dem Ausgang des Verstärkers 71 verbunden. Übersteigt die Spannung auf der Leitung 53 die auf der Leitung 80, so wird auf der Leitung 87 ein Signal zur Betätigung des Schalters 72 abgegeben.

Die Polarität der Spannung am Ausgang 53 der Absolutwertschaltung 51 ist die gleiche, unabhängig von der Polarität des Eingangsimpulses auf der Leitung 52, obwohl die Amplitude des Eingangssignals nicht geändert wird. Hierdurch kann das

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System mit positiven oder negativen Impulsen arbeiten. Für Anwendungszwecke, in denen nur Impulse mit einer Polarität verarbeitet werden, kann die Absolutwertschaltung 51 weggelassen werden. Die Eingangsleitung 53 zum Komparator 81 kann dann direkt über die Leitung 67 an den Verstärker 71 angeschlossen werden. Sie kann auch weggelassen v/erden, wenn vor der Eingangsklerame 82 keine RC-Zeitkonstantenglieder zur · Erzeugung eines Rücklaufs vorgesehen sind.

Es sei nun die Arbeitsweise der Schaltung beschrieben und angenommen, daß dem Hauptverstärker 71 über die erste Eingangsleitung 82 ein Signal 83 (Fig. 6A) zugeführt -wird. Der Verstärker 71 ist ferner mit einer zweiten Eingangsleitung 84 verbunden. Das durch den ersten Eingang 82 einlaufende Signal wird invertiert, während das über die Eingangs leitung 84 einlaufende Signal nicht invertiert wird. Damit kehrt also der Verstärker 71 das Signal 83 um. Seine Verstärkung wird durch die negative Rückkopplung (Gegenkopplung) über eine die Widerstände 85 und 86 enthaltende Schaltung stabilisiert. Auf das Signal 83 wird auf der Ausgangsleitung 67 des Hauptverstärkers 71 ein Signal 83' (gestrichelte Linie in Fig.6A) erzeugt. In Fig.. 6C ist der vertikale Maßstab verkleinert. Das Ausgangssignal des Verstärkers 71 wird durch die Abs olutwertschaltung gleichgerichtet und dem Spannungskomperator 81 zugeführt, der, wie erwähnt, als Schwellenschaltung arbeitet und einen Schwellenpegel 92 (Fig. 6a, 6C) bildet. Schneidet der gleichgerichtete Ausgangspegel die Schwellenspannung 92 (Zeit t*, Fig."6C), so erzeugt der Komparator 81 ein Ausgangssignal. Fällt der Impuls unterhalb den Schwellenpegel 92 (Zeit tp), so verschwindet "das Ausgangssignal des Komparators 81 und es wird ein Impuls 93 (Fig. 6b) erzeugt.

Der elektronische Schalter 72 ist mit seinen Eingangsleitungen 87 und 88 an den Ausgang des Komparators 81 bzw. des Hauptverstärkers 71 angeschlossen. Sein Ausgang 89 ist mit dem Ver-

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stärker 74 verbunden. Der Schalter 72 ist ein normalerweise geschlossener Ruheschalter, so daß eine auf der Leitung 88 anliegende Spannung auch auf der Ausgangsleitung 89 anliegt. Der Verstärker Ik ist als Differenzverstärker gezeigt, sein nichtumkehrender oder direkter Eingang 91 liegt an Masse. Der Zweck dieser Eingangsverbindung wird im folgenden noch erläutert. Der wie vorstehend erwähnt gebildete Integrator ist auf Masse bezogen. Wenn der Schalter 72 nicht betätigt ist, so daß eine Verbindung zwischen den Leitungen 88 und 89 besteht, so arbeitet die Gleichspannuiigs-Rückkopplungsstrecko und gewährleistet, daß der Gleichspannungspegel auf der Leitung 67 bei Abwesenheit eines Signalimpulses genau auf dem Massepegel liegt.

Der Verstärker 74 v/eist eine zweite Eingangsieitung 92 auf, die über den Widerstand 73 und die "Leitung 89 mit dem Schalter 72 verbunden ist. Das Ausgangssignal am Ausgang 94 des Verstärkers 74 ist gleich der Verstärkung des Verstärkers multipliziert mit dem Eingangssignal, das die Differenz zwischen den Eingangssignalen auf den Leitungen oder Eingängen 91 und 92 darstellt. Die Spannung ani Ausgang 94 ist somit das Integral der Spannung auf der Leitung 89. Da im Signal auf der Leitung 89 enthaltene höhere Frequenzen annähernd vollständig durch die Rückkopplung über den integrierenden Rückkopplungskondensator 79 unterdrückt werden, wird praktisch eine reine Gleichspannung erzeugt. Mit anderen Worten, wenn die Spannung am Ausgang 88 des Verstärkers 71 und damit auf der Leitung 89 sich von der Spannung auf der Leitag 91 unterscheidet, die in diesem Fall gleich Massepotential ist, so wird die Differenz verstärkt und dem nichiinvertierenden Eingang 84 des Hauptverstärkers 71 aufgedrückt, der sich in einer Phase befindet, in der er versucht, die Differenz abzusenken. Wegen der hohen Verstärkung des Verstärkers 74 muß die Spannung am Eingang 92 extrem nahe am Massepotential liegen, wenn Verschiebungen am Eingang des Verstärkers 74 vernach-

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lässigt werden. Diese Verschiebungsspannung ist gering gegenüber dem Signal auf der Ausgangs leitung 67. Das rückgekoppelte Signal muß dem direkten Eingang 84 des Hauptverstärkers 71 zugeführt werden, da infolge des Verstärkers 74 die Rückkopplungsspannung nicht umgekehrt wird. Selbstverständlich sind bei gleicher Arbeitsweise auch andere Verstärkerpolaritäten möglich. In bestimmten Anwendungsfällen können mehr oder weniger Verstärkerstufen zur Erzielung des gleichen Ergebnisses verwendet werden. Sämtliche Teile in der Rückkopplungsstrecke, also die Leitungen 88 und 89, der Widerstand 73, die Leitung 92 und die Leitung 84 arbeiten so zusammen, daß der Gleichspannungspegel am Ausgang 67 des Verstärkers 71 in Abwesenheit eines Signals auf der Spannung am Eingang 91 des Verstärkers 74 gehalten wird.

Wenn ein 'Signalimpuls, beispielsweise der Impuls 83 (Fig. 6A) in den Eingang 82 des Hauptverstärkers 71 einläuft, so schneidet das Ausgangssignal des Verstärkers 71 auf der Leitung 67 den Sehwellenpegel 92, der auf das zwei- oder dreifache des Effektivwerts der Störsignale oberhalb des Spannungspegel auf der Leitung 91 eingestellt ist, der hier auf Massepotential liegt und erzeugt den Rechteckimpuls 93 (Fig· 6B), wie bereits erwähnt.

Der Rechteckimpuls 93 wird über die Leitung 87 dem Schalter 72 zugeführt. Er unterbricht die Rückkopplungsstrecke für die Dauer des Signalimpulses. Daher ist der einzige Teil des Impulses der in der Rückkopplungs-Gleichspannung enthalten ist, der aus den kleinen gekrümmten Teilen, den sogenannten "Kragen" 83" lind 83"' (Fig. 6C) bestehende. Der Kondensator 75, der Verstärker 74 und der Widerstand 73 wirken somit zusammen und filtern die kleinen Oberwellen heraus, so daß die Gleichspannung und sehr niederfrequente Komponenten des verbleibenden Signals auf den Eingang 84 des Verstärkers 71 rückgekoppelt werden. Mit Ausnahme der Kragen 83" und '83 "^f bleibt der

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gleiche Zustand erhalten wie bei Abwesenheit eines Signals, mit der Ausnahme, daß der Gleichspannungs-Rückkopplungsfaktor während der Impulsdauer des Impulses 93 abgesenkt wird. Die Verstärkung ist jedoch so hoch, daß die Absenkung des Rückkopplungsfaktors keine Auswirkungen hat.

Fig. 7 zeigt eine genauere Darstellung der in Fig. 5 lediglich als Block gezeigten Absolutwertschaltung 51· Gleiche Leitungen und Bauelemente sind in Fig. 7 mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 5. Die Absolutwertschaltung weist also zwei Eingänge 52 und 95 auf. Der Eingang 95 ist notwendig, wenn die Basislinie am Ausgang 67 auf einem anderen Potential als Massepotential liegen soll. Wenn der Eingang 95 wie in Fig. 5 an Masse liegt, wird das Ausgangssignal des Hauptverstärkers 71 der Absolutwertschaltung 51 über den Eingang 52 zugeführt. Zwei Widerstände 98 und 99 dienen als negative Rückkopplung (Gegenkopplung) zur Stabilisierung der Verstärkung eines Verstärkers 300. Für viele Anwendungszwecke kann die Verstärkung des die Rückkopplungswiderstände enthaltenden zusammengesetzten Verstärkers gering sein, beispielsweise gleich eins. Wie die anderen Verstärker ist er direkt gekoppelt, damit keine niederfrequenten Phasenverschiebungen auftreten können und um die Gleichspannungspegel der verwendeten Signale aufrechtzuerhalten. Die Differenz zwischen den Spannungen an den Eingängen 92 und 95 erscheint verstärkt auf der Ausgangsleitung 301 des Verstärkers 300. Sie wird direkt einer Diode 305 und indirekt über eine Phasenumkehrstufe, die aus einem Verstärker 304 und Widerständen 302 und 303 besteht, einer Diode 306 zugeführt. Dies ergibt einen Vollwellengleichrichter, so daß die Spannung, auf der Verbindungsleitung 307 unabhängig von der Polarität der Differenz zwischen den Spannungen auf den Eingangsleitungen 52 und 95 positiv ist. Bei Abwesenheit von Impulssignalen treten die Storspannungen gleichgerichtet nur

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auf der Leitung 307 auf, hierdurch wird jedoch, wie erwähnt, kein Ausgangssignal der Schwellenschaltung erzeugt. Positive oder negative Impulse auf der Leitung 67 erscheinen auf der Leitung 307 als positive Impulse. Diese werden dem Komparator 81 über eine Antiblockierschaltung 308 zugeführt, die aus einem Koppelkondensator 309, einer Clampingdiode 310 und eine Vorspannungsv/iderstand 311 besteht. Der Vorspannungswiderstand 311 ist über eine Leitung 314 an eine negative Spannungsquelle angeschlossen, so daß ein geringer Vorstrom * in die Diode 310 fließt, so daß eine Stabilisierung eintritt und verhindert wird, daß Störspannungen den Komparator 81 bei Abwesenheit der Impulssignale triggern. Wenn ein Signalimpuls infolge eines durch die Meßöffnung hindurchtretenden Teilchens am Eingang 82 der Schaltung einläuft, so wird unabhängig von der Polarität des Signalimpulses ein positiver Impuls auf der Leitung 307 erzeugt. Die Spannung de„s positiven Impulses wird mittels des Komparators 81 mit der Spannung am Schleifer des Schwellenpegel-Einstellpotentiometers 79 verglichen. Wenn Signalspannung plus Störspannung den Schwellenpegel übersteigen, erzeugt der Komparator 81 einen Impuls, der über die Leitung 87 weitergeleitet wird und den Schalter 72 öffnet.

Die Antiblockierschaltung 308 dient als Vorsichtsmaßnahme, damit die gesamte Schaltung der Fig. 5 nicht in einen irreversiblen Zustand gelangen kann. ÜBersteigt nämlich die Spannung auf der Leitung 67, beispielsweise wenn die Schaltung eingeschaltet wird, den durch die Bezugsspannungsquelle 78 und das Einstellpotentiometer 79 vorgegebenen Schwellenpegel, so schaltet das Ausgangssignal des Komparators 81 auf der Ausgangsleitung 87 den Schalter 72 aus. Unter diesen Umständen erfolgt keine Rückkopplung und es gibt keine Möglichkeit, daß der Gleichspannungspegel auf der Leitung 67 beim gewünschten Pegel, hier dem Massepegel, ausgeglichen v/erden könnte. Mit der Antiblockierschaltung 308 der Fig. 7 wird die

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Gleichspannungskomponente des Ausgangssignals durch den Kondensator 309 blockiert. Wenn-daher der genannte Fall eintritt, erscheint die Fehlerspannung zeitweilig an der Verbindung 307, die Ladung des Kondensators 309 verschwindet jedoch schließlich, so daß die Spannung am Eingang 53 auf einen Pegel fällt, der den Komparator 81 den Rückkopplungsschalter 72 schalten läßt. Wenn der Schalter 72 auf diese Weise geschlossen wird, wird die Gleichspannungs-Rückkopplungsschleife über die Leitungen 88 und 89, den Verstärker 74 und den Eingang 84 des Verstärkers 71 geschlossen, so daß die Schaltung selbst den Gleichgewichtszustand herbeiführt. Die Zeitkonstante des Kondensators 309 und des Widerstandes 311, der vorzugsweise an eine negative Spannung angeschlossen ist, damit ein geringer Ruhe-Vorstrom durch die Diode 310 fließt, ist kürzer als die effektive Zeitkpnstante des Integrators, der durch den Kondensator 75 und den Widerstand 73 gebildet wird, so daß die langsame Geschwindigkeit des Integrators " über die Leitung 84 nicht schnell genug ist, daß die Spannung auf der Leitung 53 die am Potentiometer 79 übersteigen könnte. Hierdurch schaltet der Komparator 81 den Schalter 72 aus. D.h., daß die langsame Änderungsgeschwindigkeit der Spannung (V/s) an der Verbindung 307 den Vorstrom im Widerstand 311 geteilt durch die Kapazität des Kondensators 309 nicht übersteigt. Mit anderen Worten, der Strom, der die Kapazität multipliziert mit der Änderungsgeschwindigkeit der Spannung darstellt, übersteigt*nicht den Vorstrom, der sich aus dem Spannungsabfall am Widerstand 311 geteilt durch dessen Widerstandswert ergibt.

Eine alternative Möglichkeit, diese Schwierigkeit zu umgehen besteht darin, einen Widerstand 315 (Fig.5) parallel zum elektronischen Schalter 72 zu schalten, so daß die Gleichspannungs-Rückkopplungsstrecke nicht vollständig unterbrochen wird, wenn der Schalter 72 ausschaltet. Diese Methode läßt die

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Schaltung etwas weniger vollkommen erscheinen, so daß sie nicht bevorzugt wird..

Für manche Anwendungsfälle ist es wünschenswert, die Basislinie statt auf das Massepotential auf einen anderen Spannungspegel zu legen. Bei der in der US-Patentanmeldung 196 09*4 beschrie Schaltung muß die Basislinie auf einen Befehl der Bedienungsperson auf einen beliebigen Pegel einstellbar sein. In diesen: Fall ist es notwendig, den Eingang 91 des integrierenden Verstärkers 74 auf eine andere gewünschte Spannung als die Spannung null zu legen. Dies ist in der Schaltung der Fig. 8 gezeigt, die eine zweite Bezugsspannungsquelle 90 enthält« Dabei ist nicht nur der Bezugseingang des integrierenden Verstärkers 74, sondern auch der Bezugseingang 95 der Absolutwertschaltung an die Bezugsspannungsquelle 90 geführt. Wird die Antiblockierschaltung verwendet,- so kann sie wie in Fig. 7 auf Masse bezogen sein. Wird Jedoch festgestellt, daß die Antiblockierschaltung nicht notwendig ist, so .wird die Verbindung 316 von Masse getrennt und wie in Fig. 8 ebenfalls an die Spannungsquelle 90 angeschlossen. In diesem Fall werden die Verbindungen 316 und 91 miteinander verbunden. Durch diese Verbindung sucht die Basis ein Gleichgewicht mit der Basis auf der Spannung der Bezugsspanmmgsquelle 90 und die Schaltung befindet sich im Gleichgewicht, wenn die Spannung am Eingang 92 und damit auf der Leitung 67 gleich der Spannung auf der Leitung 91 ist.

Fig. 9 und 10 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung, bei dem eine Einrichtung zur Unterdrückung des Kragens 83"' (Fig. 6C) an der Rückenflanke vorgesehen ist. Die Schaltung der Fig. 9 ähnelt insgesamt der der Fig. 5. Gleiche Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die beiden Schaltungen unterscheiden sich Jedoch in einigen Punkten. Der elektronische Schalter 72 wird in der

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Schaltung gemäß Fig. 9 durch ein RS-Flip-Flop 103 gesteuert, das über zwei parallele Leitungen 87*und 87" an den Ausgang des Komparators 81 angeschlossen ist. Die erste Leitung 87^f stellt eine direkte Verbindung zwischen dem Komparatorausgang und einem ersten Eingang des Flip-Flop-Schalters dar, der den Setzeingang des Flip-Flops bildet. Die zweite Leitung 87" führt vom Komparatorausgang über einen ersten Rückenflankendetektor 104, einen monostabilen Mulivibrator 105 und einen zweiten Rückenflankendetektor 107 zu einem zweiten Eingang 108 des Flip-Flops 103. Der Eingang 108 ist der Rücksetzeingang des Flip-· Elops. Der Ausgang 110 des Flip-Flops 103 ist an den elektronischen Schalter 72 angeschlossen.

Fig. 10A zeigt einen Impuls 121, der an der Ausgangsleitung 67 des Verstärkers 71 (Fig.9) auftritt. Dieser Impuls 121 wird dem Komparator· 81 zugeführt, der die gleiche Funktion hat, wie der Komparator der Schaltung gemäß Fig. 5 und am Ausgang 87 einen Impuls 124 (F.ig.iOB) abgibt, wenn der Impuls 121 den Schwellenpegel 92^f (Fig. 10A) übersteigt, der durch die Spannungsquelle 78 und das Potentiometer 79 vorgegeben wird. An der Vorderflanke des Impulses 124 (Fig. 10B) wird das Flip-Flop über die direkte Leitung 87 gesetzt und damit der elektronische Schalter 72 geöffnet. Kehrt der Ausgangsimpuls 121 unter den Schwellenpegel 92' zurück, so wird die Rückenflanke des Impulses 124 durch den ersten Rückenflankendetektor 104 geme.ssen, der einen kleinen Kondensator und eine Diode enthält. Der Detektor 104 erzeugt auf der Leitung 111 einen Triggerimpuls 125 (Fig. 10C). Dieser triggert den monostabilen Multivibrator 105, der seinerseits den in Fig.. 10D gezeigten Impuls 126 erzeugt. Dieser Impuls wird für die längste wahrscheinliche Dauer des Kragens an der Rückenflanke des Signalimpulses gesetzt. Der Impuls 126 erreicht über die Leitung 106 den zweiten Rückenflankendetektor 107, der am Ende des Impulses 126 einen Triggerimpuls 127 (Fig. 10E)

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erzeugt. Der Triggerimpuls 127 wird über die Leitung 108 dem FHp-Flop-Schalter 103 zugeführt und dient zur Rücksetzung desselben. Das Flip-Flop 103 schaltet den elektronischen Schalter 72 ein, der damit die Gleichspannungs-Rückkopplungssehleife schließt.

Alternativ kann ein Impuls 128 (Fig. 10F), der dem elektronischen Schalter 72 über die Leitung 110 zugeführt wird, durch ein ODER-Gatter aus den beiden Impulsen 124 und 126 gebildet werden, so daß tier Schalter 72 öffnet, v/enn entweder auf der Leitung oder auf der Leitung 106 ein Ausgangssignal vorhanden ist.' Hierdurch werden der zweite Rückenflankendetektor 107 und das Flip-Flop 103 überflüssig. Zu beachten ist jedoch, daß bei der Umschaltung kein- Zwischenraum entsteht, in dem weder der Impuls 124 noch der Impuls 126 den Schalter geöffnet hält. Bei ausreichend schnellen Schaltungen ist jedoch dies nur ein untergeordnetes Problem.

Fig. 11 UP^ -j? zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltung, bei der die Kragen auf beiden Seiten des Impulses daran gehindert werden, den Gleichspannungspegel zu beeinflussen. Dies geschieht durch eine verzögernde Schaltung zwischen der Ausgangs leitung 67 und dem Schalter 72, die eine Verzögerungsleitung 101 enthält, der ein-Widerstand 109 vorgeschaltet ist. Die Schaltung der Fig. 11 ähnelt im wesentlichen der der Fig. 9. Gleiche Bestandteile, sind daher mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Unterschied zwischen den beiden Schaltungen besteht in der Verzögerungsleitung in der Gleichspannungs-Rückkopplungsschleife der Fig. 11.

Ein Signal, das in die Verzögerungsleitung 101 einläuft, wird von dieser je nach den Zeitkonstanten verzögert, aber nicht verzerrt. Dies betrifft sowohl das Signal als auch den Gleichspannungspegel. Dabei ist die Verzögerung der Gleichspannung unbedeutend. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß unvorhergesehenen Ereignissen vorgebeugt und gegenüber Vorgängen auf der ,

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Leitung 102 reagiert werden kann, bevor sie eintreten.

Im Betrieb wird ein Impuls 121 auf der Ausgangsleitung 67 des Verstärkers 71 dem Komparator 81 zugeführt, der auf der Ausgangsleitung 87 einen Impuls 124 abgibt, wenn der Impuls 121 den durch die Bezugsspannungsquelle 78 und das Potentiometer vorgegebenen Spannungspegel übersteigt. An der Stirnflanke des Impulses 124 (Fig. 12C) wird das Flip-Flop 103 über die Leitung 87 gesetzt und damit der elektronische Schalter 72 geöffnet. Dies geschieht, bevor der Kragen des Impulses 120' (Fig. 12B) die Verzögerungsie itving 101 verläßt. Somit entsteht infolge dieses untergeordneten Effekts keine Ungenauigkeit. Die Rückenflanke des Impulses wird auf die gleiche ¥eise wie bei der Schaltung der Fig. 9 eliminiert, d.h. durch die Rückenflankendetektoren und den monostabilen Multivibrator.

Es sei erwähnt, daß der vom monostabilen Multivibrator erzeugte Inrnu3s 126 (Fig. 12E) für die Dauer der Summe der Verzögerung durch die Verzögerungsleitung plus die längste wahrscheinliche Dauer des Signalimpulskragens gesetzt ist. Bei der Schaltung der Fig. 11 kann ferner auch das in der Beschreibung der Schaltung der Fig. 9 erwähnte ODER verwendet werden.

Damit enthält das Spannungssignal auf der Eingangsleitung 94 zum Integrator 73» 74, 75 der Fig. 11 nur die Störungen, wobei das Signal mit ausreichendem Abstand vor und hinter den Signalen ausgeblendet wurde, um sicherzustellen, daß die Gleichstromkomponente der Signalimpulsfolge keinen Einfluß auf den Arbeitspunkt hat. Damit wird, wie erwähnt, erreicht, daß die Basislinie wie gewünscht in der Mitte der Störsignale liegt.

Fig. 13 zeigt einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäß aufgebauten Klemm- oder Festlegungsschaltung.

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XO

Zur Zuordnung des Schaltbildes der Fig. 13 zu der Grundschaltung der Fig. 4 sei darauf hingewiesen,daß der Gatter- oder Analogschalter 60 der Fig. 4 das Äquivalent eines elektronischen Schalters oder einer Gruppe 172 von Elementen darstellt, die Dioden, Trioden und Widerstände enthält. Eine Doppeltriode 174 besteht aus einer Triode 176 und einer Triode 177» wobei die Triode 177 normalerweise leitet und das Gitter derselben über eine Leitung 232 an eine nichtgeseig-te Schvellenschaltung angeschlossen ist, die unmittelbar oberhalb des Störpegels eingestellt ist. Zwei Diodenpaare 178, 179 und 180, 181 sind so geschaltet, daß die Kathoden der Dioden 178 und 179 gemeinsam über einen Widerstand 1S2 an eine Spaimungsquelle von 150 Volt und ferner an die Anode der Triode 176 angeschlossen sind. Die Anoden der Dioden 180 und 181 sind gemeinsam über einen Widerstand 183 an eine Spannungsquelle von 150 Volt und ferner an die Anode der Triode 177 angeschlossen. Die Kathoden der Trioden 176 und 177 sind gemeinsam über einen Widerstand 184 an ein Potential von - 300 Volt geführt. Die Schaltubei gänge auf der die Anode der Diode 179 mit der Kathode der Diode 181 verbindenden Leitung 187 sind mittels eines Kondensators 188 (100 pF) kurzgeschlossen. Die Leitung 187 ist ferner mit Pentoden 191 und 193, einer Triode 194 (linke Seite 'der Fig.) und über einen großen Widerstand 224 mit dem Gitter einer Triode 195 verbunden.

Die Verstärkung wird durch die Röhren 191 und 193 (Typ 6136) erzeugt. Eine Spannungsreglerröhre 299 reguliert und glättet die Speisespannung der Anoden der Röhren 19I, 192, 194, 195 und 196. Die Triode 192 ist als Kathodenfolger geschaltet. Sie verbindet die erste Stufe 191 mit der zweiten Stufe 193 über einen Spannungsteiler 198, 199. Ein einen Kondensator 220 kurzschließender Widerstand 198 hat einen geringen Widerstandswert und dient zur Verhinderung des Verlustes hoher Frequenzen. Widerstände 201 und 202 bilden die Kathodenwiderstände für den Kathodenfolger 192. Ihr Thevenin 'sches

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Äquivalent ist ein an -159 Volt angeschlossener Widerstand von 47 kOhm.

Ein Widerstand 210 von 10 kOhm, der zwischen die Kathode der Triode 92 und das erste Gitter der Pentode 193 geschaltet ist, dient als Schutzwiderstand gegen Störschwingungen. Die Triode 194 und der Widerstand 211 bilden einen dynamisehen Belastungswiderstand für die Pentode 193· Den Ausgang des gesamten Verstärkers bildet eine Leitung 213, die an die Leitung 107 im Gatter oder Schalter 172 angeschlossen ist. Die Breitband-Gegenkopplung zur Stabilisierung der Signalverstärkung besteht aus Widerständen 214 und 215·

Im Normalzustand, wenn kein Signal anliegt, ist die Triode 176 abgeschaltet und die Triode 177 gesättigt. Die Dioden 178 und 179 sind in Sperrichtung vorgespannt (ihre Kathoden sind stark positiv) und die Dioden 180 und 181 sind in Sperrrichtung vorgespannt (ihre Anoden sind stark negativ). Es besteht dahe^ von der Verbindung 187 keine Gleichspannungsverbindung nach Masse. Die Gleichspannungskomponente des Signals auf der Ausgangsleitung 213 v/ird durch den Widerstand 223 (270 kOhm) und den Widerstand 224 (3,3 HOhm) nicht gedämpft oder abgesenkt. Die Triode 195, die mit ihrem Anodenwiderstand 227 und ihrem Kathodenwiderstand, bestehend aus der Triode 196 und ihrem Kathoden- und Anodenwiderständen 228 bzw. 229 zusammen wirkt, bildet einen Miller-Integrator infolge des starten Kondensators 225, der zwischen ihrem Gitter und ihrer Anode liegt. Die symmetrische Verbindung der Trioden 195 und 196 senkt die Drift infolge Kathoden-Temperaturänderungen und des Kontaktpotentials auf ein Minimum ab. Somit unterliegt nur die Gleichspannungskomponente der weiteren Verstärkung.

Die so verstärkte Gleichstromkomponente des Signals wird über den Kathodenfolger 230 auf das Gitter 231 der Eingangsröhre rückgekoppelt. Das Gitter des Kathodenfolgers ist direkt auf

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die Anode des Gleichstromverstärkers 195 geschaltet. Damit liegt der Gleichspannun^egel an der Verbindung 213 sehr nahe an Massepotential. Dabei wird die Genauigkeit prinzipiell durch die Stabilität der Doppeltriode 195-196 bestimmt. Die Schwankungen liegen bei einer derartigen symmetrischen Schaltung mit niedrigem Arbeitsstrom innerhalb eines sehr geringen Bruchteils von einem Volt.

Die Ausgangsspannung auf der Verbindungsleitung 213 wird ähnlich verstärkt oder wird einer oder mehreren, Schwellenschaltungen zugeführt. Wie bereits erv/ähnt, wird eine Schwelle unmittelbar oberhalb des Störpegels gelegt, so daß ein Ausgangssignal abgegeben wird, wenn ein Teilchen beliebiger Größe durch die Heßöffnung hindurchtritt. Sobald die Signalspannung über diese Schwelle hinaus ansteigt, wird ein großer Rechteckimpuls der Verbindung 232 (rechte untere Ecke der Zeichnung) aufgedrückt, der die Triode 177 abschaltet. Da diese über den gemeinsamen Kathodenwiderstand 184 an die Triode 176 angeschlossen ist, wird diese stattdessen gesättigt.

Infolge dieser Schaltung schwingt die Anode der Triode in den negativen Bereich, bis die Diode 178 leitet. Die Anode der Triode 177 schwingt in den positiven Bereich, bis die Diode 180 leitet. Das Potential beider Anoden liegt damit sehr nahe an Massepotential, Hierdurch werden auch die Dioden 179 und 181 leitend, so daß das Signal auf der Leitung 187 v/irksam nach Masse geschaltet wird. Damit wird verhindert, daß die Gleichspannungskomponente des Impulses im Eingangssignal'zum niederfrequenten Verstärker 195 enthalten ist.

Damit wird die Rückkopplungsschleife während der Signalimpulse unterbrochen und die Gleichstromkomponente der Impulse wird nicht rückgekoppelt. Bei Abwesenheit der Impulssignale hält jedoch die Rückkopplungsschleife die Basislinie sehr nahe

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am gewünschten Massepotential. Die sehr lange Zeitkonstante des MiHer-Integrators 224, 195,' 225, 227 usw. verhindert, daß sich die Basislinie während eines Impulses ändert.

Die bevorzugten Zusätze der analogen Signalverzögerungseinrichtung 101 der Fig. 11, der Absolutv/ertschaltung, der Antiblockierschaltung und der Einrichtung zur Einstellung des Basislinienpegels (Fig.7) sind zwar nicht in sämtlichen gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispielen enthalten. Je nach den Umständen und Erfordernissen können diese Bestandteile jedoch bei jedem der Ausführungsbeispiele vorgesehen sein.

Fig. 14 zeigt eine Schaltung, die die Spannung an der Ausgangsklemme 70 in diesem Fall auf Massepotential klemmt, die jedoch keine Verstärkung hat. Ihr einziger Zweck besteht darin, das Basislinienpotential der Ausgangsimpulsfolge auf Massepotential zu legen.

Die Schal luiig, deren Aufbau analog dem der oben beschriebenen Schaltungen ist, weist eine Eingangsklemme e^ und eine Ausgangsklemine e auf, die durch eine Leitung 70 miteinander verbunden sind. Angrenzend an die Eingangsklemme e^ ist ein Kondensator 22 in die Leitung YO geschaltet." Zwischen dem Ausgang des Kondensators 22 und der Ausgangsklemrne e ist eine Rückkopplungsschleife vorgesehen, die eine zu einem Gatter

60 führende Leitung 62, einen über einen Widerstand 73 an das Gatter 60 angeschlossenen Verstärker 74 und einen Widerstand in einer Leitung enthält, die den Ausgang des Verstärkers mit der Ausgangsseite des Kondensators 22 verbindet. Ein Kondensator 75 verbindet den Eingang mit dem Ausgang des Verstärkers 74. Parallel zum Gatter 60 liegt eine Schwellen-

schaltung 64, deren Eingang 66 mit der Leitung 62 verbunden ist. Die Schwellenschaltung 64 ist über eine Leitung 68 mit dem Gatter 60 verbunden. Eine auf Masse geführte Bezugsspannungsquelle 78 führt der Schwellenschaltung 64 die

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Bezugsspannung zu. An die Ausgangsklemmen ist ein Belastungswiderstand Rj angeschlossen.

Die Arbeitsweise ist wie eben. Das der Eingangsklemme zugeführte Eingangssignal wird über den Kondensator 23 in der Leitung 70 der Ausgangsklemme zugeführt. Übersteigt die Signalspannung die von der BezugsSpannungsquelle 78 erzeugte Bezugsspannung, so erzeugt die Schwellenschaltung 64 auf der Leitung 68 einen Ausgangsimpuls, der das Gatter 60 öffnet und verhindert, daß die Ausgangsspannung über den Integrator 73, 74, 75 und den Widerstand 76 zurückgeleitet wird. Der Widerstand 76 und der Koppelkondensator 22 dienen zur weiteren Filterung. Bei Abwesenheit eines Impulssignals wird der Schwellenpegel der Schwellenschaltung 64 nicht überschritten und die Ausgangsspannungj die die Basislinienspannung darstellt, wird über das Gatter 60 dem Integrator 73, 74, 75 zugeführt. Das Integral der Spannung erscheint am Ausgang des Integrators und läßt einen Strom durch den Widerstand 76 fließen, der den Kondensator auflädt oder entlädt, bis die Spannung andsr Ausgangsklemme gleich null ist. Wird dem Eingang und damit dem Ausgang eine Folge aus positiven Impulsen zugeführt, so wird der Bereich des Signals unterhalb der Basislinie, der normalerweise gleich ist dem Bereich oberhalb der' Basislinie, damit die Gleichstromkomponente gleich null ist, durch den Integrator 73, 74, 75 integriert. Damit fließt ein Strom im Widerstand 76, der die Ladung des Kondensators 22 ändert und damit diese fehlerhafte Basislinien-Verschiebungsspannung um einen Faktor vermindert, der gleich ist der Verstärkung des Operationsverstärkers 74 multipliziert mit der Impulsdauer der auf der Leitung 68 anliegenden Impulsfolge. Da die Impulsdauer bzw. das Tastverhältnis selten größer als 10 oder 15 % ist, und da der Operationsverstärker normalerweise eine Verstärkung in der Größenordnung von 50 000 bis 100 000 hat, wird das Basislinienpotential auf der Leitung 70 für sämtliche praktischen Zwecke richtig positioniert. Der sich ergebende, durch den Widerstand 76 und damit in den Be-

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lastungswiderstand Rj fließende Gleichstrom erzeugt einen Gleichspannungsabfall, der im wesentlichen gleich ist der Spannung, durch die die Basislinie ansonsten herabgedrückt •würde.

Innerhalb des Rahmens der Erfindung sind verschiedene Abwandlungen und jjiderungen möglich.

Patentansprüche

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

Λ/ Verfahren zur Festlegung einer Folge elektrischer Impulse mit einem ersten Gleichspannungspegel und diesem überlagerten Wellen, zur Festlegung des Basislinienpotentials auf einen gewünschten zweiten Gleichspannungspegel, dadurch gekennzeichnet , daß der erste Gleichspannungspegel der Impulsfolge einer Festlegungsstufe mit einem Eingang und einem Ausgang zugeführt v/ird, daß die Festlegungsstufe gleichspannungsgekappelt wird, so daß der Gleichspannungspegel der Impulse am Ausgang der Festlegungsstufe eine Funktion des Gleichspannungspegels am Eingang derselben ist, daß der Gleichspannungspegel vom Ausgang gefiltert und ein diesem proportionaler Gleichspannungspegel auf den Eingang der Festlegungsstufe rückgekoppelt wird, daß der Rückkopplungs-Gleichspannungspegel mit dem ersten Gleichspannungspegel und dem-Signal überlagert wird, daß die Rückkopp lungs strecke unterbrochen wird, wenn sich das Ausgangs signal vom gewünschten Gleichspannungspegel um einen vorherbestimmten Wert unterscheidet, und daß die Rückkopplungsstrecke wieder eingeschaltet wird, wenn die Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem gewünschten Pegel unter den vorherbestimmten Wert fällt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsfolge mit dem ersten Gleichspannungspegel und den diesem überlagerten Wellen verstärkt wird.

3. Schaltung zur Festlegung elektrischer Impulse, mit einer Eingangs- und Ausgangsklemme zur Zufuhr eines Eingangssignals bestehend aus einer Folge von Impulsen, die einem ersten Gleichspannungspegel überlagert sind und zur Erzeugung eines zusammengesetzten Ausgangssignals aus einer Folge von Impulsen, die denen des Eingangssignals proportional und einem zweiten Gleichspannungspegel überlagert sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Erzeugung eines" gewünschten Gleichspannungs-· pegels, durch ein Vergleichselement zürn Vergleich des Ausgangssignals mit dem gewünschten Gleichspannungspegel, durch eine Verbindung (52, 54) zur Kombination des Eingangssignals mit einem Rückkopplungssignal, -durch eine Filterschältung (56,58) zur Rückkopplung des Ergebnisses des .Vergleichs des gewünschten Pegels mit dem Ausgangssignal, das den zweien Gleichspannungspegel enthält, auf eine Klemme (55) der Kombinations- oder Überlagerungsverbindung, durch ein . Organ (64) zur Modifikation der Rückkopplungsschaltung wenigstens während der Zeitperioden, während deren die Differenz zwischen dem Ausgangssignal und dem gewünschten Pegel eine vorbestimmte Höhe übersteigt, zur Ausbildung des RückkopplungssignalSjUnd durch eine Einrichtung, durch die

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das Rückkopplungssignal während der vZeit, während der die Rückkopplungsstrecke modifiziert wird, im wesentlichen konstant gehalten wird, so daß der zweite Pegel und der gewünschte Pegel unabhängig von Anzahl und Größe der Impulsfolge im Eingangssignal einander gleich werden.

4. Schaltung nach Anspruch 3> gekennzeichnet durch einen gleichspannungsgekoppelten Verstärker (50).

5. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (50) eine erste Eingangsleitung (52), eine zweite Eingangsleitung (54) und eine Ausgangsleitung (70) enthält, daß die Rückkopplungsschaltung (66) eine Rückkopplungsstrecke enthält, die die Ausgangsleitung (70) des Verstärkers (50) mit der zweiten Eingangsleitung (54) koppelt, daß das Modifikationsorgan ein Gatter (60) und eine Schwellenschaltung (64) enthält, wobei die Eingänge der letzten zwei Schaltungen an den Ausgang (70) des Verstärkers (50) angeschlossen sind, und daß der Ausgang (68) der Schwellenschaltung (64) zu dessen Steuerung an das Gatter (60) angeschlossen ist.

6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschaltung einen Tiefpaßfilter mit einem ersten Kondensator (58) und einem ersten Widerstand (56) enthält, daß der erste Kondensator und der erste Widerstand mit der zweiten Eingangsleitung (54) des Ver-

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stärkers (50) verbunden sind, daß die zweite Klemme des ersten Kondensators (58) an Masse liegt, und daß die zweite Klemme des ersten Widerstandes (56) mit der Ausgangsleitung des Gatters (60) verbunden ist.

7. Schaltung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine stabilisierende Rückkopplungs-Widerstandsschaltung mit einem zweiten Widerstand (85) in der ersten ■ Eingangsleitung (82) des Verstärkers (71) und einem dritten

. Widerstand (86) in einer den ersten Eingang (82) mit dem Ausgang (67) des Verstärkers (71) verbindenden Leitung, durch einen Integrator mit einer an das Gatter (72) angeschlossenen Eingangsleitung und einer an die zweite Eingangsleitung (84) des Verstärkers (71) angeschlossenen. Ausgangsleitung, wobei die Schwellenschaltung einen Komparator (81) mit einer ersten Eingangsleitung (53), eine zweite Eingangsleitung (80) und eine Ausgangsleitung (87) enthält und die Ausgangsleitung an das Gatter (72) angeschlossen ist, durch eine Absolutwertschaltung (51) mit einer ersten Eingangsleitung (52), die an den Ausgang des Verstärkers (71) angeschlossen ist, mit einer zweiten an Masse angeschlossenen Eingangsleitung (95) und einer an die erste Eingangsleitung (53) des Komparators (81) angeschlossenen Ausgangsleitung, und durch eine erste Spannungsquelle (78) und einen hierzu parallel geschalteten und an !lasse geführten Spannungsteiler (79), dessen Schleifer an

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den zweiten Eingang (80) des !Comparators (81) angeschlossen ist.

8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Gatter (72) durch einen Widerstand (315) geshuntet ist.

9. Schaltung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine an den Integrator und die erste Spannungsquelle (78) angeschlossene zweite Spannungsquelle (90).

10. Schaltung nach Anspruch-7» dadurch gekennzeichnet., daß der Verstärker ein erster Verstärker (71) ist_} daß der Integrator einen zweiten Verstärker (74) mit einer ersten an das Gatter (72) angeschlossenen Eingangsleitung (92), mit einer zweiten an Masse angeschlossenen Eingangsleitung (91), eine an die zweite Eingangsleitung (84) des ersten Verstärkers (71) angeschlossene Ausgangsleitung (94), einen zweiten in der den Ausgang (94) des zweiten Verstärkers (74) mit dein ersten Eingang (92) desselben verbindenden Leitung liegenden Kondensator (75)*... einen in einer den ersten Eingang (92) des zweiten Verstärkers (74) mit dem Gatter (72) verbindenden Leitung liegenden Widerstand (73) enthält, und durch ein Dämpfungsglied.mit einem ersten und zweiten Widerstand (76,77), die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Widerstand (77) an Masse geführt und der Verbindungspunkt zwischen den letzten beiden Widerständen (76,77) an den

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zweiten Eingang (84) der ersten Verstärkers (71) angeschlossen ist.

11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net , daß die Absolutwertschaltung (51) folgende Bestandteile enthält: einen dritten Verstärker (300) ■ mit einer ersten, an die Ausgangsleitung (67) des ersten Verstärkers (71) angeschlossenen Eingangsleitung (52), eine an Masse geführte zweite Eingangsleitung (95), eine Ausgangsleitung (301), einen Widerstand (9Ca) in der ersten Ausgangsleitung (52) und einen Widerstand (99a) in einer die erste Eingangsleitung (52) mit der Ausgangsleitung (301) verbindenden Leitung, einen vierten Verstärker (304) mit einer ersten, an die Ausgangsleitung (301) des dritten Verstärkers (300) angeschlossenen Eingangsleitung, einer zweiten, an die zweite Eingangsleitung (95) des dritten Verstärkers (300) ang'eschlossenen Eingangsleitung und einer an den Komparator (81) angeschlossenen Ausgangsleitung (312), einem Widerstand (302) in der ersten Eingangsleitung und einem Widerstand"(303) in einer die erste Eingangsleitung und die Ausgangsleitung (312) verbindenden Leitung, eine erste Diode (305) in der Ausgangsleitung des dritten Verstärkers (300), eine zweite Diode (306) in der Ausgangsleitung (312) des vierten Verstärkers (304), wobei die Kathoden der beiden Dioden gemeinsam über eine Leitung (307) an den Komparator (81) an-

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geschlossen sind, und eine Antiblockierschaltung (308), die zwischen die beiden Dioden (305,306) und den Komparator (81) geschaltet ist.

12. Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net , daß die Antiblockierschaltung (308) einen dritten Kondensator (309) in der ersten Eingangsleitung (53) des Komparators (81) sowie eine dritte Diode (310) und einen Yfiderstand (311) enthält, die parallel zur ersten Eingangsleitung (53) des Komparators (81) geschaltet sind.

13. Schaltung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen ersten Rückenflankendetektor (104), dessen Eingang mit dem Ausgang (87) des Komparators (81) verbunden ist, und durch einen monostabilen Multivibrator (105), dessen Eingang an den Ausgang (111) des Rücken-, flankendetektors (104) angeschlossen ist, wobei der Ausgang (106) des monostabilen Multivibrators (105) an das Gatter (72) angeschlossen ist.

Ϊ4. Schaltung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch einen Flip-Flop-Schalter (103), der an das Gatter (72) angeschlossen ist, wobei der Flip-Flop-Schalter (103) eine erste Eingangsleitung (87), eine zweite Eingangsleitung (108) und eine Ausgangsleitung (110) aufweist, die erste Eingangsleitung (87) des Flip-Flop-Schalters (103) direkt an den Ausgang des Komparators .(81) zum Setzen des

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Flip-Flop-Schalters (103) angeschlossen ist, die zweite Eingangsleitung (108) des Flip-Flop-Schalters (103) elektrisch parallel zur ersten Eingangsleitung (87) geschaltet und an den Ausgang des Komparators (81) zum Rücksetzen des Flip-Flop-Schalters (103) angeschlossen ist, und die Ausgangsleitung (110) des Flip-Flop-Schalters (103) direkt mit einem Eingang des Gatters (72) verbunden ist, und durch einen zweiten Rückenflankendetektor (107),dessen Eingang an den Ausgang des monostabilen Multivibrators (105) und dessen Ausgang (108) an den zweiten Eingang (10S) des Flip-Flop-Schalters (103) angeschlossen ist.

15. Schaltung nach Anspruch 14, ge ken.n zeichnet durch ein Verzögerungsglied (101), dessen eine Klemme an den Ausgang des ersten Verstärkers und dessen andere Klemme an das Gatter (72) angeschlossen ist, durch einen zwischen das Verzögerungsglied (101) und den Ausgang (67) des ersten Verstärkers (71) geschalteten Widerstand (109), und durch einen weiteren Widerstand, dessen eine Klemme an die das Verzögerungsglied (101) mit dem Gatter (72) verbindende Leitung (102) und desssen andere Klemme an Masse angeschlossen ist.

16. Schaltung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine erste Pentode (191), deren erstes Gitter an die Signal-Eingangsleitung angeschlossen ist, durch zwei

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an die Kathode der ersten Pentode angeschlossene Widerstände (214,215) zur Stabilisierimg der Verstärkung des negativen Rückkopplungssignals, durch eine zweite Pentode (193), durch eine Verbindung zwischen der zweiten Pentode (193) und der ersten Pentode (191), niit einem Glied zur Kopplung der Kathode der zweiten Pentode mit der Anode der ersten Pentode, durch eine als Kathodenfolger geschaltete, an die erste Pentode (191) angeschlossene erste Triode (192), durch einen Spannungsteiler (198,199) zur Gleichspannungskopplung der ersten Triode (192) mit der ersten Pentode(191), durch zwei als Kathodenwiderstand des Kathodenfolgers (192) in Reihe geschaltete Widerstände(201,202), die auf einer Seite mit einem Potential von -I50 Volt und auf der anderen Seite mit einem Potential von --300 Volt verbunden sind, durch einen Widerstand (210) der Größenordnung von etwa 10 kOhm, der als Schutzwiderstand gegen Störschwingungen zwischen das erste Gitter der zweiten Pentode (193) und die Kathode des Kathodenfolgers (192) geschaltet ist, durch eine zweite Triode (194), mit deren Kathode ein Widerstand (211) in Reihe geschaltet ist, der als dynamischer Belastungswiderstand für die zweite Pentode (193) dient, durch eine Ausgangsleitung (213) der zweiten Pentode (193) mit einer Abzweigklemme, die an das Gatter (172) angeschlossen ist, und durch einen an das Gatter angeschlossenen Miller-Integrator.

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17. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß im Gatter eine vierte (178) und eine fünfte Diode (179) vorgesehen sind, deren Kathoden gemeinsam an eine Spannungsquelle in der Größenordnung von +150 Volt angeschlossen sind, daß die Anode der fünften Diode (179) an die Ausgangsspannungsleitung (213) der zweiten Pentode (193) angeschlossen ist, daß die Anode der vierten Diode (178) an Masse angeschlossen ist, daß die Anoden einer sechsten (180) und einer siebten Diode (181) gemeinsam an eine Spannungsquelle in der Größenordnung von +150 Volt angeschlossen sind, daß die Kathode der siebten Diode (181) an die Ausgangsspannungsleitung der zv/eiten Pentode angeschlossen ist, daß die Kathode der sechsten Diode (-180) an Masse gelegt ist, daß eine erste, eine dritte Triode (176) und eine vierte Triode (177) enU:>Jtende Doppeltriode (174) vorgesehen ist, daß die Anode der dritten Triode (176) mit dem Verbindungspunkt der Kathoden der vierten und fünften Diode (178,179) verbunden ist, daß die Anode der vierten Triode (177) an den Verbindungspunkt der Anoden der sechsten (180) und siebten Diode (I8I) angeschlossen ist, daß die Kathoden der dritten (176) und vierten Triode (177) gemeinsam über einen Widerstand an eine Spannungsquelle in der Größenordnung von -300 Volt ange-. schlossen sind, daß das Gitter der dritten Triode (176) über einen Widerstand an Masse und über einen weiteren Widerstand an eine Spannung von -300 Volt angeschlossen ist,

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daß das Gitter der vierten Triode (177) an eine Schwellenschaltung angeschlossen ist, deren Schwellenpegel unraittä-bar oberhalb der negativen Störpegelimpulse liegt, und daß ein Kondensator (188) vorgesehen ist, dessen eine Klemme an Nasse und dessen andere Klemme an die Ausgange-Spannungsleitung (187) der zweiten Pentode (197) an einem Punkt angeschlossen ist, der zwischen den Verbindungspunkten mit der Anode der fünften Diode (179) und der Kathode der siebten Diode (181) liegt.

18. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Miller-Integrator folgende Bestandteile enthält: eine fünfte (195) und eine sechste Triode (196), deren Kathoden gemeinsam über einen Widerstand (228) in der Größenordnung" von 270 kOhm an eine Spannungsquelle von etwa -150 Volt angeschlossen sind, wobei das Gitter der fünften Triode (195) über einen Widerstand (224) in der Größenordnung von 3*3 Megohm an die Ausgangsleitung (187) der zweiten Pentode (193)₅ das Gitter der sechsten Triode (196) über einen Widerstand an Masse, die Anode der fünften Triode (195) mittels eines Kondensators (225) in der Größenordnung von 1,0 pF an das Gitter, die Anoden der fünften (195) und sechsten Triode (196) über Widerstände (227,229) in der Größenordnung von 470 kOhm je an eine Leitung, die die Anoden der ersten und zweiten Triode (192,194) und die

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Anoden der ersten Pentode (191) verbindet, angeschlossen ist, und eine Einrichtung zur Koppelung der Anode der fünften Triode (195) an die erste Pentode (191 ).

19. Schaltung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich- -net, daß die Einrichtung zur Koppelung der Anode der fünften Triode (195) an die ersten Pentode (191) eine siebte Triode (230) enthält,deren Kathode an das zweite Gitter (231) der ersten Pentode (191), das Gitter der siebten Triode (230) an die Anode der fünften Triode (195) und die Anode der siebten Triode (230) an ein Potential von -300 Volt angeschlossen und mit der Anode der ersten Pentode (191) verbunden ist, und daß eine Spannungsreglerröhre (299) an die Kathode der ersten Pentode (191) und deren Anode angeschlossen ist.

20. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Glied zur Koppelung der Kathode der zweiten Pentode (193) mit der Anode der ersten Pentode (191) einen Widerstand (201) in der Größenordnung von 50 kOhm und einen Widerstand (202) in der Größenordnung von 680 kOhm enthält, die miteinander in Reihe geschaltet und deren Verbindungspunkt an die Kathode der ersten Triode (192) angeschlossen ist.

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