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Rohrenverstärker.
Die Erfindung betrifft Röhrenverstärker, bei denen bestimmte Frequenzen des übertragenen Frequenzbereiches vom Ausgang zum Eingang derart rückgekoppelt werden, dass der Grad der Verstärkung unter jenen herabgesetzt wird, den er ohne Rückkopplung haben würde, um ungewünschte Modulation oder niehtlineare Wirkungen zu verringern und die Stabilität der Verstärkung im Vergleich zu jener ohne Rückkopplung zu verbessern.
In solchen Verstärkern ist die Verringerung der Modulation für Komponenten bestimmter Frequenz stark, wenn die Verstärkung (für die Modulationskomponenten) bei einmaligem Durchgang durch die Rückkopplungsscl1leife gross ist. Die Modulationskomponenten, die durch die Rückkopplung verringert werden sollen, sind gewöhnlich Frequenzen innerhalb des Frequenzbereiches, der durch den Verstärker verstärkt werden soll.
In der Praxis ist die Verstärkung, wenn die Schleifenverstärkung (d. i. die Verstärkung bei einem einzigen Durchgang durch die Schleife) für die Frequenzen des verwendeten Frequenzbereiches gross ist, für einige höhere Frequenzen grösser als Null und wenn die bei einmaligem Schleifendurchgang auftretende Phasenverschiebung Null oder für irgendeine Frequenz, bei der die SchleifenVerstärkung gleich oder grösser als Null ist, ein Vielfaches von 360 ist, kann der Verstärker bei dieser Frequenz pfeifen. Um das Pfeifen zu vermeiden, ist es wünschenswert, die Phasenverschiebung der Schleife und die Schleifenverstärkung mit Rücksicht auf das gesamte Frequenzspektrum sorgfältig zu regeln. (Diese Regelung ist auch aus andern Gründen wünschenswert, z.
B. um zu verhindern, dass durch die Phasenverschiebung in der Schleife die Verstärkung erhöht wird, da diese Verstärkung wegen der sie begleitenden entsprechenden Modulationsverstärkung unerwünscht sein kann. ) Wird die Phasen- verschiebung in der Schleife bei +1800 aufrechterhalten, so ist damit die weitest mögliche Entfernung von den Potentialpfeifwerten, die bei 00 und Vielfachen von 3600 auftreten, gegeben. Es ist jedoch praktisch nicht notwendig, so weit zu gehen.
Die Pfeiffreiheit wird immer erreicht werden, wenn für jede Frequenz der Schleifenverstärkung (d. h. jede Frequenz, bei der die Schleif enverstärkung Null oder darüber ist) die Phasenverschiebung der Schleife anders ist als 0'oder ein Vielfaches von 360 oder, in andern Worten, wenn die Phasenverschiebungsfrequenz-Charakteristik der Schleife die Nullachse des Frequenzbereiches, in dem eine Verstärkung in der Schleife vorhanden ist, weder kreuzt noch berührt.
Um einen Verstärker mit negativer Rückkopplung zur Verringerung der Verzerrung unter der Annahme zu entwerfen, dass die Vakuumröhre oder-röhren jeder Stufe eine Phasenverschiebung von 180 (ausser irgendeiner z. B. auf Elektrodenkapazitäten zurückzuführenden Ursache) ergeben, kann sowohl eine gerade als auch ungerade Anzahl von Vakuumröhrenstufen gewählt werden, um die Regelung der Pfeifneigung zu erleichtern. Die Frage, ob eine gerade oder ungerade Anzahl geeigneter ist. wird davon abhängen, ob noch andere Mittel zur Phasenumkehrung benutzt werden als die Röhren, und davon, welche andern Phasenverschiebungen in der Schleife vorhanden sind.
Die Schwierigkeit, die Änderung der Schleifenphasenverschiebung der Frequenz innerhalb der notwendigen Grenzen über dem Frequenzbereich der Schleifenverstärkung aufrechtzuerhalten, wird im allgemeinen dadurch erhöht, dass im Falle die Verminderung der Verzerrung und die damit verbundene Verstärkungsverminderung, die durch Rückkopplung hervorgerufen wird, gross ist, die Leistung des Verstärkers ohne Rückkopplung sehr hoch gegriffen und durch eine grosse negative Rückkopplung bedeutend verringert werden muss. Dies erfordert die Verwendung mehrerer Stufen und mehrerer
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Kopplungsstromkreise zwischen den Stufen. Die Pfeifneigung kann besonders störend werden, wenn z.
B. der Verstärker für die Übertragung breiter Frequenzbänder für sehr hohe Frequenzen verwendet wird.
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so ungünstig zu beeinflussen, dass der verwendete Frequenzbereich gestört wird.
Diese Impedanz ist vorzugsweise ein Netzwerk, das bei einer Frequenz in der Nähe einer Frequenz. bei der der Verstärker ohne die Impedanz singen würde, in Resonanz ist.
Die Erfindung ist an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher besehrieben, in welchen Fig. l ein Schema eines Verstärkers nach der Erfindung darstellt. Die Fig. 2 und 3 zeigen Kurven, die die Erfindung näher erklären.
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aus der Leitung oder dem Stromkreis LI erhält, und gibt die verstärkten Wellen durch den Ausgangstra. nsformator an die Leitung oder den Stromkreis weiter.
Der als Beispiel gezeigte Verstärker hat drei Elektronenröhren 1, 2 und 3, die durch Zwischenstufennetzwerke 4 und. 5 hintereinandergeschaltet sind, und hat einen Ausgleieher 6 in Form einer Brücke, wie solche aus der amerikanischen Patentschrift Nr. 1915440 bekannt sind, in seinem Ausgangsstromkreis und eine Rüekleitung 7. die sich von dem Ausgleicher zu einem Widerstand 8 in Serie mit der Sekundärwicklung des Eingangstransformators erstreckt.
Bei Verstärkern dieser Art ist die Sehleifenverstärkung für den übertragenen Frequenzbereich.
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mindert, dass sie unter den Wert sinkt, den sie ohne Rückkopplung hätte, um Verzerrungen zu verringern und die Stabilität des Verstärkers zu erhöhen.
In der Zeichnung sind die Röhren 1 und 2 beispielsweise als Penthoden dargestellt und die Röhre. 3 als Röhre mit gleichflächig angeordneten Gittern.
Die Heizstromkreis der Röhren sind in der Zeichnung nicht dargestellt, sondern nur Wicklung 9 eines Transformators für die Speisung der Röhre. j ? i und R2 sind Gittervorspannungswiderstände für die Röhren 1 und 2 und sind durch die Kondensatoren C'i und C2 für Wechselstrom überbrückt.
Ein Netzwerk N, das die Induktanz L, Widerstand R und Kapazität C enthält, die in der Kathodenzuleitung einer der Röhren, z. B. der Röhre 1, parallel verbunden und den Gitter-und Anodenstromkreisen der Röhre gemeinsam sind, sieht frequenzselektive Amplitude und Phasenregelung der durch die Röhre ausgesandten Wellen vor.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die für Verstärker nach Fig. 1 typischen Kurven. In jeder dieser beiden Figuren'sind die Abszissen Frequenzen in Kilohertz und die Ordinaten die Phasenwinkel und Ver-
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winkel der Schleife (für die Verstärkerrückleitungsschleife einschliesslich der Rückleitung 7), wenn das Netzwerk N weggelassen wird (z. B. kurzgeschlossen). In Fig. 3 zeigen die Kurven G und P die Sehleifenverstärkung und den Phasenversehiebungswinkel der Schleife für den Verstärker mit dem
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stärkung und die Komponente der Phasenverschiebung der Schleife, die das Netzwerk V zum Verstärker beiträgt. So erhält man die Kurve P der Fig. 3, indem man die Ordinaten der Kurven Pi und P2 der Fig. 2 addiert.
Die Kurve G in Fig. 3 erhält man, indem man die Ordinaten der Kurven G'i und G2 der Fig. 2 addiert. Die Komponente der Schleifenverstärkung, die durch das Netz N hervorgerufen wird, ist eine negative Verstärkung, d. h. eine Abschwächung. Das Übertragungsband oder der verwendete Frequenzbereich des Verstärkers ist in Fig. 2 mit 8-56 Kilohertz angegeben.
Die Kurve PI zeigt die Phasenverschiebung der Schleife (ohne N) als kleinen negativen Winkel (im vierten Quadranten) bei einer Frequenz unter dem verwendeten Frequenzbereich. Mit zunehmender.
Frequenz sinkt zunächst die Phasenverschiebung bis zu einem Wert von-180 . Hier hat die Kurve eine Unstetigkeitsstelle, der Wert der Phasenverschiebung springt auf +180 um, Nimmt die Frequenz noch weiter zu, so sinkt die Phasenverschiebung wieder ab. Bei noch höheren Frequenzen zeigt die Kurve eine Phasenverschiebung der Schleife, die sieh dem Nullpunkt nähert, den es bei einer Frequenz t ;, erreicht, einer Frequenz. wie oben gezeigt, und in der Nähe von 400 Kilohertz. Die Frequenz p ist daher eine Spannungspfeiffrequenz, d. h. eine Frequenz, bei der der Verstärker ohne N pfeifen würde (in der Schleife samt Leitung 7), da die Kurve ssj eine Schleifenverstärkung bei jener Frequenz, die in gleicher Phase ist, aufweist.
Die Impedanz der Kathodenzuleitung, die einen Widerstand enthält, der den Gitter-und Anodenstromkreisen der Röhre gemeinsam ist, neigt dazu, die Verstärkung durch die Röhre zu verringern, ohne dabei Phasenverschiebung zu erzeugen. Wird eine Kapazität parallel mit dem Widerstand verbunden, so zeigt die Kathodenzuführung, in der ein Widerstand parallelgeschaltet mit einer Kapazität liegt, die Neigung, in der Röhre einen Verlust und eine Phasenverschiebung zu erzeugen, wobei der Verlust geringer ist als die Frequenzverstärkung und der Phasenverschiebungswinkel bei niedrigen Frequenzen
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bis zu einem Maximum steigt und dann bei unendlicher Frequenz bis auf Null abfällt.
Besteht das Kathodenzuleitungsnetzwerk aus parallelgeschalteter Induktanz und Kapazität, so hat es die Neigung. in der Übertragung durch die Röhre einen Verlust und eine Phasenverschiebung zu erzeugen, wobei der Verlust bei einer Nullfrequenz zu einem Höchstverlust bei unendlicher Frequenz ansteigt und die Phasenverschiebung von Null zu einem negativen Höchstwert fällt und dann wieder bis auf Null bei unendlicher Frequenz ansteigt. Stellt das Kathodennetzwerk parallelgeschaltete Induktanz, Kapazität und Widerstand dar, wie im Falle des Netzes N in Fig. 1, so neigt es dazu, bei der Übertragung durch die Röhre einen Verlust und eine Phasenverschiebung zu erzeugen, wie dies durch die Kurven G2 und P2 in Fig. 2 gezeigt ist.
Die Phasenverschiebung steigt von Null auf einen negativen Höchstwert an und fällt dann wieder bis auf Null bei einer Resonanz-oder kritischen Frequenz des Netzes (in Fig. 2 mit 400 Kilohertz angegeben), steigt dann auf einen positiven Höchstwert an und fällt dann wieder auf Null bei Unendlich. Der Verlust steigt von einem Nullverlust bei einer Nullfrequenz bis zu einem Höchstverlust bei der Resonanz-oder kritischen Frequenz des Netzes und fällt dann wieder bis auf Null bei unendlicher Frequenz.
Bei der Resonanzfrequenz des Netzwerkes und in der Nähe der Potentialpfeiffrequenz Fp tritt, wie dies in Fig. 2 gezeigt wird, die Wirkung ein, dass die Frequenz, bei der die Verstärkung Null wird, auf den Frequenzwert, der bei F' in Fig. 3 gezeigt wird, erniedrigt wird und gleichzeitig die Frequenz, bei der der Phasenversehiebungswinkel Null wird (und sein Vorzeichen wechselt), von dem Frequenzwert, der in Fig. 2 gezeigt ist. auf den Frequenzwert F in Fig. 3 gehoben wird. Auf diese Weise wird, wenn das Netzwerk arbeitet, die Sehleifenverstärkung ein Verlust, bevor die Phasenverschiebung Null erreicht, und infolgedessen wird die Pfeifneigung des Verstärkers verringert und die zulässige Sehleifenverstärkung für die verwendeten Frequenzen vergrössert, ebenso wie die Entzerrung vergrössert wird und eine grössere Stabilität erreicht wird.
Die Gitterkathodenspannung, die in dem Steuergitter der Röhre 1 durch das Netzwerk N erzeugt wird, kann nicht nur von diesem Netz abhängen, sondern in bedeutendem Ausmasse auch von dem Zwischenstufennetzwerk 4 und von den Eigenschaften der Röhre und andern Komponenten des Verstärkers.
Durch geeignete Wahl dieser Komponenten kann diese Abhängigkeit möglichst klein gehalten werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Röhrenverstärker, in welchem eine phasenverkehrte Spannung für alle Frequenzen innerhalb des Arbeitsbereiches des Verstärkers rückgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine frequenzabhängige Impedanz in die Kathodenzuleitung mindestens einer Elektronenröhre derart eingeschaltet wird, dass sie dem Eingangs-und Ausgangsstromkreis derselben gemeinsam ist, um die Pfeifneigung des Verstärkers bei Frequenzen ausserhalb des Arbeitsbereiches zu verringern.