DE1276733B

DE1276733B - Logarithmischer Stromverstaerker zur Anzeige einer Groesse auf einem Messinstrument

Info

Publication number: DE1276733B
Application number: DEA51604A
Authority: DE
Inventors: Erik Dissing-Soerensen; Anders Gustaf Lyden
Original assignee: Studsvik Energiteknik AB
Current assignee: Studsvik Energiteknik AB
Priority date: 1965-02-19
Filing date: 1966-02-17
Publication date: 1968-09-05
Also published as: SE320697B; NL6601843A; US3479593A; GB1110354A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a2-18/02

Nummer: 1276 733

Aktenzeichen: P 12 76 733.8-31 (A 51604)

Anmeldetag: 17. Februar 1966

Auslegetag: 5. September 1968

Die Erfindung betrifft einen logarithmischen Stromverstärker zur Anzeige einer Größe auf einem Meßinstrument und insbesondere einen solchen, der in einem Strahlungsmeßgerät verwendet werden kann.

Zur Messung der Neutronenstrahlung von Kernreaktoren wird üblicherweise ein Proportionalzähler verwendet, dessen Ausgangsimpulse verstärkt, durch Diskriminatoren gemäß ihren Energieniveaus ausgewählt, integriert und einem Stromverstärker zugeführt werden, dessen Ausgangsspannung proportional dem Logarithmus des Eingangsstromes ist. Dabei wird eine möglichst logarithmische Charakteristik des Verstärkers in einem Meßbereich von etwa fünf Zehnerpotenzen verlangt. Dem Verstärker kann ein Meßgerät nachgeschaltet werden, welches die Strahlungsdosis in mRem/h geeicht anzeigt.

Die Erfindung befaßt sich mit einem solchen Stromverstärker mit (weitgehend) logarithmischer Kennlinie, welcher ganz allgemein verwendbar ist, um eine Größe auf einem Meßinstrument anzuzeigen, die dem Logarithmus eines zugeführten Eingangsstromes entspricht.

Es sind bereits logarithmische Stromverstärker bekannt, welche über eine Diode gegengekoppelt sind. Es zeigt sich aber, daß solche Verstärker keine zufriedenstellende Näherung an eine logarithmische Kennlinie ermöglichen und darüber hinaus auf Grund der Eigenschaften der Diode nur in einem begrenzten Meßbereich brauchbar sind, welcher wiederum gemäß der Exemplarstreuung der Dioden schwankt.

Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden logarithmische Stromverstärker mit einem Verstärkerteil, in dem zwischen Eingang und Ausgang mehrere Transistoren als Verstärkerelemente zur Verstärkung des dem Eingang des Verstärkerteiles zugeführten Eingangsstromes geschaltet sind, sowie mit einem Gegenkopplungszweig, in dem zwischen den Ausgang und den Eingang des Verstärkerteiles ein Gegenkopplungsverstärker geschaltet ist, aufgebaut und untersucht. Da aber die Verstärkung des Gegenkopplungstransistors mit dem Strom, der dem Verstärker zugeführt wurde, anwuchs und daher auch die Schleifenverstärkung mit dem Eingangsstrom zunahm, ergaben sich erhebliche Stabilisierungsschwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Stabilitätsverhalten der bekannten, mit Transistoren aufgebauten und gegengekoppelten logarithmischen Stromverstärker zu verbessern und einen logarithmischen Stromverstärker zu schaffen, bei welchem eine genauere logarithmische Beziehung zwischen seiner Ausgangsspannung und seinen Eingangsstrom besteht.

Logarithmischer Stromverstärker zur Anzeige
einer Größe auf einem Meßinstrument

Anmelder:

Aktiebolaget Atomenergi, Stockholm

Vertreter:

Dr. H.-H. Willrath

und Dipl.-Ing. H. Roever, Patentanwälte,

6200 Wiesbaden, Hildastr. 18

Als Erfinder benannt:

Anders Gustaf Lyden, Jakobsberg;

Erik Dissing-Sörensen, Nyköping (Schweden)

Beanspruchte Priorität:

Schweden vom 19. Februar 1965 (2191)

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Produkt der Spannungsverstärkung des Verstärkerteiles ohne Gegenkopplung und des Gegenkopplungsverhältnisses nicht von dem durch den Verstärker fließenden Strom abhängen darf, und ist dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungstransistor in Basisschaltung und mit seinem Emitter-Kollektor-Zweig zwischen Ausgang und Eingang des Verstärkerteiles geschaltet ist.

Der logarithmische Stromverstärker nach der Erfindung wird vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß die Basis des Gegenkopplungstransistors mit einem gemeinsamen Bezugspunkt für den Verstärkerteil verbunden ist.

Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Verstärkerteil einen ersten Transistor in Basisschaltung aufweist, an den ein zweiter Transistor in Emitterschaltung angeschlossen ist, und daß diese beiden Transistoren komplementäre Transistoren sind.

Der logarithmische Stromverstärker nach der Erfindung kann mit einer Ausgangsstufe verbunden sein, von welcher ein Meßinstrument ansteuerbar ist; dabei besteht die Ausgangsstufe in bekannter Weise aus zwei Kaskaden mit der gleichen Anzahl von Transistoren in jeder Kaskade, wobei die Transistoren vorzugsweise in Emitterfolgeschaltung geschaltet sind, ein erster Transistor in der ersten Kaskade vom Ausgang des Verstärkerteiles angesteuert wird und ein

809 599/388

erster Transistor in der zweiten Kaskade mit einem kompensierenden Transistor gekoppelt ist, welcher vom Ausgang der Verstärkereinheit nicht beeinflußt wird. Der Stromverstärker nach der Erfindung kann mit dieser Ausgangsstufe dahingehend vorteilhaft ausgestaltet werden, daß der Strom durch den kompensierenden Transistor mittels eines Widerstandes von Hand einstellbar ist. Durch den zusätzlichen, von Hand einstellbaren Kompensationstransistor kann Der Strom, der sich aus der Aufintegration der normierten Impulse ergibt, wird einem logarithmischen Impulsratenmeßgerät 4 zugeführt, das aus einem logarithmischen Stromverstärker Aa und einer Ausgangsstufe 4 b besteht, die so ausgelegt ist, daß sie Temperatureffekte des Gegenkopplungstransistors kompensiert. In der Ausgangsstufe ist auch ein Meßgerät zum Ablesen der Strahlungsdosis enthalten.

Eine Stromversorgung 5, die eine Batterie enthal-

die durch die Temperaturabhängigkeit des Gegen- io ten kann, versorgt die Hochspannungseinheit 2, den

kopplungstransistors bedingte Parallelverschiebung seiner Kennlinien ausgeglichen werden.

Diese Anordnung eines logarithmischen Stromverstärkers nach der Erfindung mit der vorstehend gekennzeichneten Ausgangsstufe kann weiterhin dadurch vorteilhaft ergänzt werden, daß das Meßinstrument mit einem weiteren Widerstand in Reihe geschaltet ist, welcher einen geeignet gewählten Temperaturkoeffizienten zum Ausgleich der vom Meßinstru-Impulsverstärker und Diskriminator 3 und das logarithmische Impulsratenmeßgerät 4 mit Strom. Die Stromversorgung 5 braucht nicht näher beschrieben zu werden, da sie nicht Gegenstand der Erfindung ist.

Um nun besser verstehen zu können, wie der logarithmische Stromverstärker nach F i g. 2 arbeitet, sei zuerst auf die F i g. 3 bis 8 Bezug genommen.

In der F i g. 3 ist ein bekannter logarithmischer Stromverstärker dargestellt, in dessen Gegenkopp-

ment angezeigten Angaben bezüglich Änderungen 20 lungszweig eine Diode angeordnet ist. Der Verstär-

der Charakteristik des Gegenkopplungstransistors infolge von Temperaturänderungen des Gegenkopplungstransistors aufweist. Durch eine geeignete Wahl des Temperaturkoeffizienten des Anschlußkreises für ker, der als Rechteck dargestellt ist, kann als Phasenschieber mit der Verstärkung F angesehen werden. Der Eingangsstrom ist mit / bezeichnet worden, die Eingangsspannung mit U_h die Ausgangsspannung mit

rend T₀ den anfänglichen Strom durch die Diode bedeutet.

Da der Ausdruck »Schleifenverstärkung« in der nachfolgenden Beschreibung eine wichtige Rolle spielt, soll kurz erörtert werden, was unter diesem Begriff zu verstehen ist.

Die Spannungsverstärkung eines gegengekoppelten Verstärkers läßt sich durch folgenden Ausdruck beschreiben:

das Meßinstrument wird eine temperaturbedingte 25 CZ₀, der Spannungsabfall an der Diode mit U, wäh-Änderung der Kennliniensteigung ausgeglichen.

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 ist ein Blockschaltbild und zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Strahlungsdosimeters;

F i g. 2 ist ein Schaltbild des logarithmischen Stromverstärkers nebst zugehöriger Ausgangsstufe, bei dem die Bemessung und Wahl der Bauelemente angegeben ist;

F i g. 3 zeigt einen bekannten logarithmischen Stromverstärker mit einer Diode;

F i g. 4 zeigt die idealisierte und die tatsächliche Kennlinie der Diode im Gegenkopplungszweig;

F i g. 5 zeigt einen logarithmischen Stromverstärker mit einem Transistor im Gegenkopplungszweig;

F i g. 6 zeigt die Grundlagen des logarithmischen Stromverstärkers nach der Erfindung;

F i g. 7 zeigt die Kennlinien des Gegenkopplungstransistors bei zwei verschiedenen Temperaturen;

F i g. 8 zeigt die Ausgangsstufe, die an den logarithmischen Stromverstärker angeschlossen ist.

Das Strahlungsdosismeßgerät nach F i g. 1 besteht aus einem Detektor 1, der von einem Hochspannungsteil 2 her mit Hochspannung von beispielsweise mit F₀ = Verstärkung mit Gegenkopplung, F = Verstärkung ohne Gegenkopplung, α = Gegenkopplungsverhältnis.

Der Koeffizient a F wird üblicherweise Schleifenverstärkung genannt und ist ein direktes Maß dafür, wie stark der Verstärker gegengekoppelt ist.

In einem gegengekoppelten Verstärker kann das Signal auf einer Schleife verfolgt werden, die einmal den Verstärker selbst und zum anderen den Gegenkopplungszweig umfaßt, der zum Verstärkereingang zurückführt. Wenn diese Schleife an irgendeinem

2 kV versorgt wird. Der Hochspannungsteil 2 ist nicht 50 Punkt aufgebrochen und anschließend die Verstär-Gegenstand der Erfindung, so daß er nicht näher kung gemessen wird, so zeigt sich, daß diese Verstärbeschrieben wird. Der Detektor 1 ist als Proportio- kung gleich ocF ist. Daher stammt der Ausdruck nalzähler aufgebaut. Er kann beispielsweise eine »Schleifenverstärkung«.

Kammer enthalten, die mit Bortrifluorid gefüllt ist. Für den Stromverstärker nach F i g. 3 beträgt die

Um die Empfindlichkeit des Detektors in Überein- 55 Verstärkung F, da das gesamte Ausgangssignal an Stimmung mit der biologischen Wirksamkeit der Neu- den Eingang des Verstärkers zurückgekoppelt wird tronen im menschlichen Körper zu bringen, ist der
Detektor mit einer Abschirmung umgeben, die beispielsweise aus borhaltigem Polyäthylen bestehen
kann. Die Impulse des Detektors 1 werden an einen 60 Diode ist.

Verstärker und Diskriminator 3 weitergegeben. Dort Weiterhin soll bemerkt werden, daß für eine Halb

leiterdiode aus Silizium folgende Beziehung angenähert gilt:

I = I (e^aU— 1), (1)

und gleicher Breite umgewandelt. Der Impulsverstär- 65 °

ker und der Diskriminator sind ebenfalls nicht Gegen- mit Ω = q/k T, wobei k die Boltzmannsche Konstante,

(α = 1). Das gilt unter der Voraussetzung, daß der Eingangswiderstand R₁ des Verstärkers nicht wesentlich größer als der dynamische Widerstand der

werden nur solche Impulse durchgelassen, die oberhalb einer bestimmten Schwelle liegen. Außerdem werden die Impulse dabei in Impulse gleicher Höhe

stand der Erfindung und werden daher ebenfalls nicht näher beschrieben.

q die Elementarladung und T die absolute Temperatur bedeuten.

Unter der Voraussetzung, daß Ω U sehr viel größer als I₀ ist, gilt die folgende Beziehung:

U = (InUI₀): Ω. (2)

Wird im Verstärker nach F i g. 3 die Größe F sehr groß, so gilt folgende Beziehung:

- U₀ = ^U = (ln///₀) : Ω. (3)

Der Ausdruck (1) ist nur angenähert gültig. Die tatsächlichen Verhältnisse sind in der F i g. 4 dargestellt, genauer gesagt durch den mit α bezeichneten Kurvenzug, während der Kurvenzug b die idealisierten Verhältnisse nach Beziehung (1) zeigt.

Der Grund, warum die tatsächlichen Verhältnisse nicht durch die Beziehung (1) beschrieben werden können, liegt darin, daß der eigentliche Diodenstrom aus einer Summe von Strömen zusammengesetzt ist, die jeweils einem anderen Ω entsprechen.

Um nun die Kennlinie eines logarithmischen Stromverstärkers besser einer idealen logarithmischen Kennlinie anzunähern, kann man einen Transistor verwenden. Bei einem Transistor steigt nämlich der Kollektorstrom I_k in Abhängigkeit von der Emitter-Basis-Spannung U_EB recht genau exponentiell an. Eine exakte exponentielle Abhängigkeit ergibt sich für U_Cß = 0. In diesem Fall tritt nur der Diffusionsstrom auf, und dieser Diffusionsstrom folgt genau der Beziehung (1), d. h., dieser Strom läßt sich exakt durch die Kurve b in F ig. 4 darstellen. Die y-Achse der F i g. 4 zeigt den Strom in logarithmischem Maßstab. Bei dieser Darstellungsweise ist die Neigung der Kurve b überall die gleiche, da die Kurve b eine gerade Linie ist. Die Größe dieser Neigung ist von dem Wert für Ω bestimmt, ist von dem verwendeten Transistorstyp unabhängig und entspricht genau dem theoretischen Wert. Diese Aussage ist durch Messungen bestätigt worden.

Man sieht also, daß die Verwendung eines Transistors im Gegenkopplungszweig an Stelle einer Diode eine erhebliche Verbesserung darstellt. Man kann daher den Verstärker aus F i g. 3 auch so aufbauen, wie er in der F i g. 5 dargestellt ist. In diesen beiden Figuren sind die gleichen Bezeichnungen verwendet worden. Wenn F für den Verstärker nach F i g. 5 sehr groß ist, gilt wie bisher die Beziehung (3), die man aber nun in der folgenden Form schreiben kann:

U₀ = U_EB=-(InIJI₀)/Ω.

(4)

Der Verstärker nach F i g. 5 hat nun den Nachteil, daß die Verstärkung des Gegenkopplungstransistors mit wachsendem Strom (/) zunimmt. Es ergeben sich daher Schwierigkeiten, den Verstärker für große Werte von / stabil zu halten, da auch die Schleifenverstärkung mit / anwächst und sehr groß wird.

Nach der Erfindung ist nun der logarithmische Stromverstärker so ausgelegt, daß seine Schleifenverstärkung konstant bleibt. F i g. 6 zeigt, wie dieser Verstärker im Prinzip aufgebaut ist. Die Eingangsgröße wird diesem Verstärker durch ein Integrationsnetzwerk zugeführt, das in F i g. 2 im einzelnen gezeigt ist. Dieses Integrationsnetzwerk dient dazu, die angelieferten Impulse aufzuintegrieren und den Ruhe-Arbeitspunkt des Verstärkers festzulegen. Es enthält die drei DiodenDl, D 2 und D3, den Widerstand Rl und den Kondensator Cl. Der Verstärker weist einen PNP-Transistor Γ0 in Basisschaltung auf, dessen Kollektor direkt mit der Basis eines NPN-Transistors Γ 2 in Emitterschaltung verbunden ist. Der NPN-Transistor Γ 2 gibt eine Ausgangsspannung ab, die am Kollektor abgenommen wird und in den F i g. 3 und 5 mit U₀ bezeichnet ist. Die Basis des Transistors TO ist geerdet, und der Emitter des Transistors T 2 liegt an —10 Volt. Die Gegenkopplung übernimmt ein weiterer NPN-Transistor Tl, dessen Basis geerdet ist. Sein Emitter ist mit dem Verstärkerausgang und sein Kollektor ist mit dem Verstärkereingang verbunden. Der gesamte Eingangsstrom ist mit / bezeichnet, während der Eingangswiderstand des Transistors TO mit Ri bezeichnet werden soll. I_A bedeutet den Kollektorstrom des Gegenkopplungstransistors, und der Emitterstrom des Transistors TO ist mit // bezeichnet. Wenn man nun annimmt, daß die geschlossene Schleife unmittelbar vor dem Emitter des Transistors TO aufgetrennt wird und daß an den Kollektor des Transistors Tl ein Widerstand vom Wert R₁ angeschlossen ist, so ergeben sich die folgenden Verhältnisse: Die Eingangsspannung U₁ des Transistors TO ist gleich R₁I₁. Der Kollektorstrom des Transistors TO ist etwa gleich /_;, da der Basisstrom dieses Transistors, verglichen mit dem Emitter- und Kollektorstrom, nur klein ist. Der Kollektorstrom des Transistors T 2 ist etwa gleich β I₁, wobei β die Stromverstärkung im Transistor T 2 bedeutet. Der Art der verwendeten Schaltung wegen ist der Kollektorstrom des Transistors Tl weiterhin etwa gleich dem Kollektorstrom des Transistors T 2 und somit etwa gleich β I₁. Dieser Strom ruft nun am Widerstand R, einen Spannungsabfall hervor, dessen Wert gleich

Ua-R, ß I₁
ist. Die Schleifenverstärkung beträgt daher

UJU₁ = R₁ β 1,/R₁I₁ = ß. (5)

DieSchleifenverstärkung ist daher konstant und gleich ß.

Dieses Ergebnis muß nun mit den Ergebnissen verglichen werden, die man mit dem Verstärker nach F i g. 5 erhält. Hierzu sollen zwei einfache Fälle betrachtet und die Schleifenverstärkung für diese beiden Fälle abgeleitet werden.

1. Verstärker mit sehr kleiner Ausgangsimpedanz

In diesem Fall kann angenommen werden, daß die Ausgangsimpedanz des Verstärkers wesentlich kleiner als die Eingangsimpedanz des Verstärkers ist.

Die Schleifenverstärkung ergibt sich dann zu

FF_A. (6)

Bei diesem Ausdruck bedeutet F die Verstärkung des Gegenkopplungstransistors, während F_A durch den folgenden Ausdruck gegeben ist:

Hierbei ist R₁ die Eingangsimpedanz des Verstärkers und I_E der Emitterstrom des Gegenkopplungstransistors. Nun muß die Schleifenverstärkung bereits für die niedrigsten zu messenden Ströme ausreichend hoch sein. Die Schleifenverstärkung wächst dann mit mit / an, da / etwa gleich I_E ist. Wird / dann sehr groß, so wird auch die Schleifenverstärkung sehr groß, so daß sich Stabilitätsschwierigkeiten ergeben.

2. Verstärker mit sehr großer Ausgangsimpedanz

In diesem Fall darf vorausgesetzt werden, daß die Ausgangsimpedanz des Verstärkers immer wesent-

Die eine Seite des Potentiometers Rl ist an eine Spannung von —10 Volt gelegt, während die andere Seite über einen Widerstand R 6 an Masse gelegt ist. Die gestrichelte Linie in F i g. 7 stellt die Kennlinie 5 des Gegenkopplungstransistors dar, die sich ergibt, wenn der Transistor T 9 zwecks Kompensation mittels des Potentiometers R 7 richtig eingestellt worden ist. Außerdem ist der Zusammenhang zwischen der Spannungsdifferenz zwischen den Emittern der Trantreten keine Stabilitätsprobleme io sistoren Γ 5 und Γ 6 als Größe U_s und dem Eingangsfür den Verstärker nach Fig. 6 strom/ dargestellt. Man sieht jedoch, daß die Neigung der gestrichelten Kurve eine andere als die Neigung derjenigen Kurve ist, die für den Transistor bei der Temperatur T₁ gilt. 15 Der durch den Transistor in F i g. 5 fließende

lieh höher als die Eingangsimpedanz des Gegenkopplungstransistors ist. In diesem Fall ist es zweckmäßig, für den Verstärker eine bestimmte Strom-Spannungs-Steilheit S zu definieren.
Die Schleifenverstärkung ist hier gleich

SR₁. (7)

Wenn dieses Produkt konstant und somit unabhängig von / ist und außerdem in der richtigen Größenordnung liegt,

mehr auf. Das ist g

der Fall. Hier ist S R_t = konstant = ß, und daher ist auch die Schleifenverstärkung ausreichend groß. (Es sei bemerkt, daß S linear mit / anwächst, daß jedoch Ri linear mit / abnimmt.)

Wenn man die Schleifenverstärkung konstant gemacht und einen logarithmischen Stromverstärker so ausgelegt hat, daß seine Kennlinie genau logarithmisch ist, verbleibt noch das Problem zu lösen, wie Strom wird gegeben durch

wobei Eg der Bandabstand für Silizium und At die

tür T₀ (° K) ist. Der Exponent

die Ausgangsstufe, die an den eben beschriebenen 20 Temperaturabweichung von der mittleren Tempera-Verstärker angeschlossen werden muß, auszulegen
ist, damit temperaturbedingte Schwankungen kompensiert werden können.

In Fig. 7 ist nun dargestellt, welche Auswirkun- entspricht der Veränderung der Steigung der Kenngen Temperaturschwankungen des Gegenkopplungs- 25 linie, und der Exponent transistors haben. Einmal wird die Kennlinie des QEg-AtIT

Transistors im Kennlinienfeld parallel verschoben, °

und zum anderen ändert sich die Neigung dieser Kennlinie. Um diese Temperatureinflüsse zu kompen-

30 QU(I-AtIT₀)

sieren, ist die Ausgangsstufe in einer besonderen Weise angelegt, die in F i g. 8 dargestellt ist. Die F i g. 8 ist eine Wiederholung desjenigen Teiles aus F i g. 2, der die Ausgangsstufe darstellt. Nach F i g. 8 wird die Ausgangsspannung ZJ₀ des Stromverstärkers an einen Transistor Γ3 angelegt, der der erste von drei in Kaskade geschalteten und als Emitterfolger betriebenen Transistoren Γ 3, Γ 4 und T 5 ist. Diese drei Transistoren sind NPN-Transistoren. Die Eingangsimpedanz dieser drei in Kaskade geschalteten Emitterfolger ist sehr hoch, so daß diese Kaskade gut vom Ausgang des logarithmischen Stromverstärkers angesteuert werden kann, dessen Ausgangsimpedanz für kleine Werte von I ebenfalls hoch ist. Eine solche aus Emitterfolgern aufgebaute Kaskade weist jedoch einen temperaturbedingten Drift auf, der etwa 2,5 mV/° C pro Emitterfolger beträgt. Um diesen Drift zu kompensieren, ist eine weitere Kaskade aus drei gleichartigen Emitterfolgern mit den Transistoren T6, Tl und Γ8 vorgesehen worden. Das Meßinstrument M ist in Serie mit einem Widerstand R 3 an die Emitter der Transistoren Γ 3 und T 6 gelegt, die ihrerseits über Widerstände J? 2 bzw. R 4 an einer Spannung von —10 Volt liegen. Um die bereits erwähnte Parallelverschiebung der Kennlinie des Geentspricht der Parallelverschiebung der Kennlinie.

Der Transistor T9 (Fig. 2) wird zur Kompensation des Faktors

QUEg-AtIT₀

verwendet. Der Faktor

wird durch das Instrument und den in Reihe geschalteten Widerstand kompensiert. Der Temperaturgang der Transistoren Γ 3, Γ 4 und Γ 5 wird durch die Transistoren T 8, Tl und T 6 ausgeglichen.

Diesen Neigungsunterschied kann man dadurch kompensieren, daß man den Widerstand R 3, der mit dem Instrument M in Serie liegt, einen passenden Temperaturkoeffizienten gibt. Um nun dem Gesamtwiderstand, der zwischen die Transistoren Γ 5 und T 6 geschaltet ist, den richtigen Temperaturkoeffizienten zu verleihen, kann man beispielsweise einen Widerstand mit einem Temperaturkoeffizienten von 0,0042/⁰C (das ist der Temperaturkoeffizient von Kupfer) zusammen mit einem Widerstand verwenden, der einen Temperaturkoeffizienten von »C« hat, da die Differenz der Kurvenneigungen in Fig. 7 einen Wert von 0,0037/° C (bei 2O⁰C) darstellt. Hier soll bemerkt werden, daß das Instrument M eine Kupferentwicklung hat und daher in denjenigen Teil

45

genkopplungstransistors Tl zu kompensieren, wird 55 des Gesamtwiderstandes miteinbezogen werden muß, an die Kaskade, die aus den Transistoren T 6, Tl der einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist, und T 8 besteht, eine Spannung angelegt, die von Der Temperaturkoeffizient des Widerstandes i? 3 aus einem als Diode geschalteten Transistor T 9 abgenommen wird. Die Basis und der Kollektor des Tran-

Der

sistors T 9 sind also miteinander verbunden. Strom durch den Emitter des Transistors T 9 ist einstellbar, um diese Parallelverschiebung zu kompensieren, so daß der Arbeitspunkt derjenige Punkt in F i g. 7 ist, an dem der Strom gleich I₁ ist. Diese Einll d S id il i Widd

F i g. 2 ist etwas kleiner als der Temperaturkoeffizient eines reinen Kupferwiderstandes, so daß der Widerstand R 3 in der Praxis zum Teil aus einem Widerstand mit einem Temperaturkoeffizienten von Null aufgebaut ist, während der Rest des Widerstandes auf Kupferdraht entfällt.

Durch die eben beschriebenen Maßnahmen in der

stellung des Stromes wird mittels eines Widerstandes 65 Ausgangsstufe ist es auf einfache Weise möglich, Än- R 5 durchgeführt, der einmal in Serie mit dem Emit- derungen und Wanderungen der Arbeitspunkte zu ter des Transistors T9 liegt und zum anderen mit
dem Schleifer eines Potentiometers R1 verbunden ist.

kompensieren, die durch Temperaturänderungen des Gegenkopplungstransistors verursacht sind. Diese

Kompensation ist für alle praktischen Zwecke ausreichend.

Wie der Fachmann erkennt, können die verwendeten Transistoren gegen komplementäre Typen ausgetauscht werden. Es können also beispielsweise an Stelle von PNP-Transistoren NPN-Transistoren benutzt werden. Die dazu benötigten Maßnahmen, wie beispielsweise die Umpolung der Arbeitsspannung, sind dem Fachmann bekannt.

Claims

Patentansprüche:

1. Logarithmischer Stromverstärker zur Anzeige einer Größe auf einem Meßinstrument, die dem Logarithmus eines zugeführten Eingangsstromes entspricht, mit einem Verstärkerteil, in dem zwischen Eingang und Ausgang mehrere Transistoren als Verstärkerelemente zur -Verstärkung des dem Eingang des Verstärkerteiles zugeführten Eingangsstromes geschaltet sind, sowie mit einem Gegenkopplungszweig, in dem zwisehen den Ausgang und den Eingang des Verstärkerteiles ein Gegenkopplungsverstärker geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenkopplungstransistor in Basisschaltung geschaltet ist und mit seinem Emitter-Kollektor- as Zweig zwischen Ausgang und Eingang des Verstärkerteiles geschaltet ist.

2. Stromverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Gegenkopplungstransistors mit einem gemeinsamen Bezugspunkt für den Verstärkerteil verbunden ist.

3. Stromverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkerteil einen ersten Transistor in Basisschaltung aufweist, an den ein zweiter Transistor in Emitterschaltung angeschlossen ist, und daß diese beiden Transistoren komplementäre Transistoren sind.

4. Stromverstärker nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Meßinstrument von einer Ausgangsstufe angesteuert wird, die aus zwei Kaskaden mit der gleichen Anzahl von Transistoren in jeder Kaskade besteht, wobei die Transistoren vorzugsweise in Emitterfolgeschaltung geschaltet sind, ein erster Transistor in der ersten Kaskade vom Ausgang des Verstärkerteils angesteuert wird und ein erster Transistor in der zweiten Kaskade mit einem kompensierenden Transistor gekoppelt ist, welcher vom Ausgang der Verstärkereinheit nicht beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom durch den kompensierenden Transistor mittels eines Widerstandes von Hand einstellbar ist.

5. Stromverstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßinstrument mit einem weiteren Widerstand in Reihe geschaltet ist, welcher einen geeignet gewählten Temperaturkoeffizienten zum Ausgleich der vom Meßinstrument angezeigten Angaben bezüglich Änderungen der Charakteristik des Gegenkopplungstransistors infolge von Temperaturänderungen des Gegenkopplungstransistors aufweist.

6. Stromverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient für den Gesamtwiderstand des Meßinstruments und des weiteren Widerstandes positiv ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1149 059,

1154520;
USA.-Patentschriften Nr. 2 863 008, 2 867 695,

042 876, 3 018 446, 3124 757;

»Electronic Engineering«, April 1963, S. 257 und

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen