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Schaltungsanordnung mit Verstärkerröhren und Mitteln zur Ausregelung
von Verstärkungsschwankungen Bei Schaltungsanordnungen mit Verstärkerröhren kann
man eine Steuerspannung, deren Frequenz von der Nutzfrequenz abweicht, die Verstärkeranordnung
mit durchlaufen lassen und zur Verstärkungsmessung benutzen. Insbesondere besteht
die Möglichkeit, die Differenz zwischen der Eingangsamplitude bzw. einem Vielfachen
davon und der Ausgangsamplitude der Steuerspannung zur Regelung der Anordnung zu
benutzen. Man erreicht auf diese Weise, daß der Verstärkungs- bzw. Dämpfungsgrad
unabhängig von Netzspannungsschwankungen und Streuungen der verwendeten Verstärkerröhren
wird. Die Erfindung macht von einer solchen Anordnung für die einstellbare Regelung
des Verstärkungsgrades bzw. Dämpfungsgrades Gebrauch. In der exakten Meßtechnik
wurden bisher für hohe Frequenzen, z. B. für Frequenzen oberhalb Zoo kHz, vorwiegend
mechanische Regelelemente, wie Eichleitungen, Differentialkondensatoren u. dgl.,
benutzt. Die Erfindung gibt die Möglichkeit, auch hier die in der Rundfunktechnik
gebräuchlichen sogenannten Regelröhren zu verwenden, da bei Anwendung der Erfindung
die Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse auch bei Röhrenwechsel, Alterung und Meßspannungsschwankungen
gewährleistet ist. Man erhält gegenüber der Anwendung mechanischer Elemente eine
Reihe von Vorteilen; insbesondere ergibt sich kein Leistungsverlust. Auch werden
die sonst notwendigen Schirmungen einfacher und können gegebenenfalls in Fortfall
kommen. Der gesamte Aufbau wird weiterhin
wesentlich einfacher.
Soweit von Hand zu bedienende Drehknöpfe für die Regelung bei der Erfindung erforderlich
sind, sind sie nicht mit den Hochfrequenzkreisen gekuppelt und können beliebig angeordnet,
gegebenenfalls auch fernbedient werden.
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Gemäß der Erfindung ist bei derartigen, eingangs erwähnten Schaltungsanordnungen
der Verstärkungs-bzw. Dämpfungsgrad durch Verwendung einer zusätzlichen einstellbaren
Hilfsregelspannung einstellbar gemacht, und gleichzeitig mit der Änderung der Hilfsregelspannung
wird die Amplitude der der Anordnung zugeführten Steuerspannung derart geändert,
daß die Ausgangsamplitude der Steuerspannung etwa' den gleichen Wert behält. Die
Differenzspannung, die sich beim Vergleich eines Vielfachen der Eingangs- mit der
Ausgangsamplitude der Steuerspannung ergibt, kann wie bei der erstgenannten Anordnung
in beliebiger Weise zur Verstärkungsregelung benutzt werden. In einfacher Weise
kann beispielsweise eine Gitterpotentialverlagerung vorgenommen werden. Ebenso kann
nun auch die Änderung des Verstärkungsgrades durch die einstellbare Hilfsregelspannung
mittels Gitterpotentialverlagerung erfolgen. Die Regelung kann aber auch ganz oder
zum Teil durch Änderung einer vorhandenen Gegenkopplung erfolgen.
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Falls keine Gegenkopplung benutzt wird, ist es mit der Anordnung gemäß
der Erfindung nicht möglich, den Klirrfaktor zu vermindern oder den Frequenzgang
zu linearisieren. Häufig kommt es nun darauf an, außer der Verstärkung auch den
Eingangs- und Ausgangswiderstand der Anordnung möglichst konstant zu halten. Bei
hohen Frequenzen läßt sich eine mehrstufige Gegenkopplung bekanntlich nicht mehr
beherrschen. Bei einer Kaskadenschaltung von Verstärkerröhren ist daher in Durchführung
des Erfindungsgedankens vorgesehen, den Eingangswiderstand der ersten Röhre und
den Ausgangswiderstand der letzten Röhre je durch Anwendung einer Gegenkopplung
konstant zu machen und die Verstärkurigs- bziv. Dämpfungsregelung bei einer der
Verstärkerstufen, z. B. bei einer dazwischenliegenden Stufe, vorzunehmen.
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Besonders vorteilhaft wird die Differenz zwischen der Eingangs- und
Ausgangsamplitude der Steuerspannung zur Steuerung eines Gleichstrommotors benutzt,
der die Verstellung von Widerständen bzw. Potentiometern bewirkt. So wirkt der Gleichstrommotor
insbesondere auf ein die Hilfsregelspannung einstellendes Potentiometer bzw. einen
Widerstand ein.
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Weitere Einzelheiten der Anordnung nach der Erfindung werden an Hand
der in den Fig. r bis 3 dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
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In der Fig. z ist ein die Erfindung anwendender aperiodischer Spannungsmesser
dargestellt, während die Fig. 2 einen Spannungsmesser zeigt, bei dem in bekannter
Weise die Meßspannung im Ausgang bei wechselnder Eingangsamplitude konstant gehalten
wird und die Anzeige an einem den Verstärkungsgrad einstellenden Potentiometer abgelesen
wird.
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In Fig. 3 ist die Anwendung der Erfindung auf Meßgeneratoren in einer
vereinfachten Darstellung gezeigt, wobei der jeweils eingestellte Meßbereich angezeigt
wird. Der aperiodische Spannungsmesser nach Fig. i enthält die beiden Verstärkerröhren
V1 und V2. Die Verstärkerröhre V1 wird dabei zur Regelung benutzt. Als Verstärkerröhren
finden z. B. Mehrelektrodenröhren Anwendung. Zusammen mit der zu messenden Spannung
U1 von der Frequenz f1 läuft über die Verstärkeranordnung die Steuerspannung U3,
deren Amplitude am Spannungsteiler P2 eingestellt wird. Die Frequenz f2 dieser Steuerspannung
liegt außerhalb, insbesondere unterhalb des zu übertragenden Betriebskanals. Mit
dem Spannungsteilersystem P,-P, wird die Gittervorspannung Uo der Regelröhre V1
grob auf den gewünschten Meßbereich eingestellt. Die Hilfsregelspannung ist bei
diesem Ausführungsbeispiel dem Kathodenkreis der Röhre VZ entnommen. Die im Eingang
der Anordnung liegenden Kondensatoren Cl bilden mit dem Widerstand R1 einen Hochpaß,
der die Regelung störende Frequenzen vom Gitter der ersten Röhre fernhält. Die Kondensatoren
C2 sperren zusammen mit dem Widerstand R2 den Meßkreis gegen die Steuerspannung
ab, so daß durch das Instrument I nur die durch den Gleichrichter Gll gleichgerichtete
Meßspannung U1A angezeigt wird. Die Steuerspannung U3 wird nach erfolgter Verstärkung
im Gleichrichter A gleichgerichtet. Der vor dem Gleichrichter angeordnete Übertrager
ist dabei durch Parallelschaltung eines Kondensators C3 auf die Frequenz f2 abgestimmt.
Ein Vielfaches der Steuerspannung, die Spannung U2, wird durch den Gleichrichter
E gleichgerichtet. Die so erhaltene Spannung UZE wird gegen die hinter dem
Verstärker erhaltene Spannung UZA geschaltet und die auftretende Differenzspannung
zur Feinregelung der Regelröhre V, benutzt. Ist z. B. die Spannung UZA größer als
UZE, so entsteht eine zusätzliche negative Spannung, die die Verstärkung so lange
herabregelt, bis die Verstärkung den Sollwert erreicht hat. Die Gesamtverstärkung
ist dann im wesentlichen bestimmt durch das Verhältnis L12: U, bzw. durch die Einstellung
des Spannungsteilers Po.
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An Stelle der unmittelbaren Regelung durch die Differenzspannung kann
man die Differenzspannung auch einen Gleichstrommotor steuern lassen, auf dessen
Achse der Arm eines Potentiometers sitzt, mit dem beispielsweise die Spannung t'o
geregelt wird. Der Regelbereich und die Genauigkeit eines solchen Systems ist größer
als im ersten Fall, da mit dem Motor in jedem Fall innerhalb seiner Ansprechgrenzen
auf Spannungsgleichheit zwischen UZA und UZE geregelt wird, während im ersten Fall
immer die zur Regelung erforderliche Differenzspannung verbleiben muß, die allerdings
durch die Vorregelung mit dem Potentiometer Po klein bleibt.
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Es ist bekannt, den Temperaturfehler des Meßgleichrichterkreises durch
Anwendung eines temperaturabhängigen Widerstandes zu kompensieren. Bei der dargestellten
Anordnung erfolgt die Kompensation beispielsweise dadurch, daß ein entsprechend
bemessener temperaturabhängiger Widerstand RT im Kreise der Steuerspannung angeordnet
ist. Auf diese Weise wird gleichzeitig der Temperaturfehler des Meßgleichrichters
ausgeregelt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der
die Meßspannung t'tA im Ausgang
bei wechselnder Eingangsamplitude
konstant gehalten wird. Die an der Gleichrichteranordnung E-A auftretende Differenzspannung
treibt einen Motor M an, auf dessen Achse die Potentiometer P2 und Po angeordnet
sind. Die zu messende Spannung U, von der Frequenz f, erzeugt im Ausgang die Gleichspannung
UIA- Sobald diese Gleichspannung einen Grenzwert überschreitet, wird durch sie die
Verstärkung der ersten Röhre V, erhöht. Vom Spannungsteiler P2 wird die Steuerspannung
U3 auf die Röhre V, gegeben, und nach Verstärkung wird die Ausgangsspannung UZA
mit der Spannung ('2E verglichen. Der Motor M dreht (las Potentiometer P2 so lange
nach, bis Gleichgewicht zwischen UIA und 1'2E vorhanden ist, d. h. die Steuerfrequenz
tastet jeweils den Verstärkungsgrad ab, und die Stellung des Potentiometerarmes
ist ein Maß für die Eingangsspannung. Von dem Potentiometer kann gleichzeitig direkt
oder indirekt ein Schreiber betrieben werden. Der Motor :'1T ändert bei dieser Ausführungsform
der Erfindung zugleich mit dem Potentiometer P2 auch das Yotentiometer Po und ändert
damit eine-, Hilfsregelspannung, die hier beispielsweise von einer Gitterbatterie
GB entnommen ist. Hierdurch wird die Verstärkunggrobnachgeregelt, sodaßdie
SpannungU1A möglichst konstant bleibt. Die Potentiometer Po und P2 sind so einzustellen,
daß die Verstärkung ohne Regelspannung U,A für die Steuerspannung zu klein ist.
Bei fehlender Spannung U,A wird dann das Potentiometer auf größte Empfindlichkeit
eingestellt. Die Wartestellung wird durch richtige Wahl der Widerstände R, und R2
stabil.
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In den ersten beiden Ausführungsbeispielen wurde die Erfindung in
ihrer Anwendung auf Spannungsmesser behandelt. Die Erfindung ist darüber hinaus
aber für Regelanordnungen verwendbar. Beispielsweise kann eine Anordnung gemäß der
Erfindung auch dazu benutzt werden, die Ausgangsleistung eines Hochfrequenzmeßsenders
zu regeln. Die im Eingang der Anordnung zuzuführende Hochfrequenzspannung wäre dabei
z. B. durch eine Glühlampenbrücke konstant zu halten. Gegenüber dem bisherigen Verfahren
der Leistungsregelung mit Hilfe eines Differentialkondensators ergibt sich der besondere
Vorteil, daß kein Leistungsverlust durch die Grunddämpfung des sonst üblichen Spannungsteilers
auftritt. Weiterhin kann auch der Ausgangswiderstand über das gesamte. Frequenzband
reell und niederohmig wie bei Eichleitungen gemacht werden. Bei Anwendung der Anordnung
als Meßverstärker (vgl. Fig.3), der wahlweise je nach Einstellung des Verstärkungsgrades
auch als Dämpfungsglied verwendet werden kann, tritt gegenüber der bisher verwendeten
Eichleitung der Vorteil auf, daß die Spannungsteilungsschritte unabhängig vom Abschlußwiderstand
sind und die Dämpfung stetig einstellbar ist. Bei herabgeregelter Ausgangsspannung
ist außerdem die notwendige Schirmung allein durch die Leistung in der Schwingröhre
bestimmt und nicht wie bisher durch die wesentlich größere Leistung der Endstufe.
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Bei der Anordnung nach Fig. 3 sei der Verstärker V beispielsweise
als regelbare Endstufe eines Generators benutzt. Die Verstärkung ist durch Regelröhren
über die Gittervorspannung ('g einstellbar. Die bekannte Steuerungseinrichtung mit
Differenzbildung ist hier der Einfachheit halber nicht dargestellt. Durch den Schalter
S3 wird die Gittervorspannung in Stufen so eingestellt, daß sich die Verstärkung
etwa in Dekadensprüngen ändern läßt ; mit dem Potentiometer S$ wird die Verstärkung
fein geregelt. Auf den Eingang des Verstärkers wird die z. B. durch eine Glühlampenbrücke
stabilisierte Spannung der Meßfrequenz UHF gegeben. Gleichzeitig wird eine über
einen Stufenschalter S, einstellbare Steuerspannung UP auf den Verstärker
gegeben. Die Schalter S1 und S$ sind miteinander gekuppelt. Die Frequenz der Steuerspannung
liegt außerhalb des Übertragungskanals, ihre Spannung Up ist ebenfalls stabilisiert,
so daß das Verhältnis UHF : Up konstant ist. Im Ausgang des Verstärkers liegt
eine Weiche, über die einmal die verstärkte Steuerspannung über einen Gleichrichter
einem die Spannung anzeigenden geeichten Meßinstrument J zugeführt wird und zum
andern die geregelte Meßspannung UAHF des Generators an die Ausgangsklemmen -geführt
wird. Wird nun z. B. durch S3 die Verstärkung herabgesetzt, so wird gleichzeitig
durch S, die Amplitude der Steuerspannung erhöht. Um die wahre Ausgangsspannung
UAHp zu ermitteln, multipliziert man die Ablesung des MeßbereichschaltersSl/S3
mit der Ablesung UAp am Instrument J. Die Anordnung hat den Vorteil, daß man mit
zwei Einstellgliedern S,/S3 und S2, wobei nur S, genau abgeglichen werden muß, auf
drei Stellen genau ablesen kann.