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Verstärker.
Verstärker, die Schwingungsgemische zu verstärken haben, die bis zur Frequenz null, d. h. bis zum Gleichstrom reichen, pflegt man bei Anwendung von Direktverstärkung als Gleichstromverstärker zu bezeichnen. Bei Verwendung mehrerer Stufen zur Erzielung eines hohen Verstärkungsgrades haben alle bisher bekannten Gleichstromverstärker einen grundsätzlichen Fehler. Er besteht darin, dass die Verstärker nicht nur die an die Eingangsklemmen gelegte zu verstärkende Spannung verstärken, sondern auch die praktisch nie zu vermeidenden Schwankungen der Gitter-, Heiz-und Anodenspannungen.
Das hat zur Folge, dass bei hohen Verstärkungsgraden schon ganz geringe Änderungen, z. B. der ersten Gittervorspannung, genügen, um den Arbeitspunkt in den Endröhren wesentlich zu verlagern, und dass schon nach kurzer Betriebszeit eine Blockierung der Endröhren stattfindet. Dieser grundsätzliche Fehler hat bisher jede Anwendung des Gleichstromverstärkers für hohe Verstärkungsgrade unterbunden.
Die vorliegende Erfindung beseitigt diesen Fehler des Gleichstromverstärkers, indem dem Verstärker ein Unterscheidungsvermögen zwischen gewünschten und ungewünschten Spannungsschwankungen erteilt wird und die ungewünschte Spannungsänderungen im Verstärker unterdrückt werden.
Erfindungsgemäss besteht der Verstärker aus zwei symmetrisch zu gemeinsamen Strom-und Spannungsquellen bzw. auch Elektronen (Ionen) quellen angeordneten Verstärkersystemen gleichen Verstärkung- grades, von denen das eine System im Ausgang entweder durch eine unsymmetrische Zusatzröhre oder durch unsymmetrische Ausrüstung der letzten Verstärkerstufe mit einer Röhre fallender Charakteristik eine Phasenumkehr aufweist, so dass bei gegenphasiger Eingangserregung durch die Nutzspannung
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von R 1 verbunden ist. Der Anodenwiderstand ra 1 ist somit den beiden Rohren R 1, R 2'gemeinsam. Erfindungsgemäss haben die beiden hintereinandergeschalteten Rohre R 1', R 2'die gleiche Verstärkung wie das Rohr R 1.
Der Verstärker arbeitet derart, dass auf die Eingangsklemmen a-b die zu verstärkende Spannung in Gegentakt einwirkt. Da auf dem oberen Weg durch das eine Rohr R 1 nur eine einmalige Phasenumkehr der am Widerstand rg 1 liegenden Spannung stattfindet, auf dem unteren Weg durch die zwei hintereinandergeschalteten Rohre R 1', R 2'aber eine zweimalige Phasenumkehr der am Widerstand rg l'liegenden Spannung stattfindet, so addieren sich die durch die gegenphasige Anregung an den Eingangsklemmen a-b hervorgerufenen verstärkten Spannungen am Widerstand ra 1 und damit an den Ausgangsklemmen e-f. Tritt dagegen eine Spannungsänderung, beispielsweise der Gitterspannung Eg 1, ein,
so wirkt diese Spannungsschwankung gleichphasig auf die Gitter der Rohre R 1 und R l'und wird bei dem gleichen Verstärkungsgrad im oberen und unteren Zweig am Widerstand ra 1 offenbar herauskompensiert. Auf diese Art werden die am Eingang a-b gegenphasig angelegten Spannungen in gewünschter Weise verstärkt, während die ungewünschte Spannungsschwankungen unterdrückt werden.
Das dargelegte Prinzip gestattet vielfältige Anwendungen. Fig. 2 zeigt. z. B. einen dreistufigen Gleichstromverstärker, bei dem die Kathoden gleichstrommässig verschiedene Potentiale haben. Im oberen Zweig liegen drei Röhren in Reihenschaltung, während im unteren Zweig vier Röhren liegen.
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als an Stelle der Gegenbatterie Eg 2 (Fig. 1) der stromdurehflossene Widerstand)'7 (Fig. 2) tritt. Die Spannung E (Fig. 2) erzeugt in dem Kreis m'-)'7-)'2-T ? einen solchen Strom, dass am Widerstand '1
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geeigneten Wert bringt.
Die Arbeitsweise des Verstärkers der Fig. 2 ist im übrigen die gleiche wie in Fig. 1, indem an den Eingangsklemmen a-b die zu verstärkende Spannung gegenphasig angelegt wird und an den Ausgangsklemmen e-/die verstärkte Spannung abgenommen werden kann. Die unerwünsch- ten, praktisch aber unvermeidbaren Spannungsschwankungen der die symmetrischen Teile der beiden
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die ersten Stufen bis zum Gitter des dritten Rohres mit ihren Strom-und Spannungsquellen. Alle Schwankungen dieser Stromquellen werden am Ausgangswiderstande Ra herauskompensiert, wenn das dritte und vierte Rohr hintereinander im unteren Verstärkerweg den gleichen Verstärkungsgrad wie das dritte Rohr im oberen Weg haben. Das Prinzip ist offenbar für beliebige Stufenzahl anwendbar.
An Stelle der in Fig. 2 gezeichneten Batterien kann auch ein grosses aus einer Spannung gespeistes Potentiometer mit verschiedenen Abgriffen benutzt werden.
Um dem Verstärker der Fig. 2 eine möglichst günstige Frequenzeharakteristik zu geben, sind einmal zur Kompensation der schädlichen Gitteranodenkapazitäten mehrere Neutralisationskondensatoren k vorgesehen, die in an sich bekannter Weise immer von der Anode eines Rohres zum Gitter des vorhergehenden Rohres liegen. Um die Frequenzcharakteristik des weiteren zu beeinflussen, ist über den stromdurchflossenen Widerstand rl in Fig. 2 ein tberbrückungskondensator J (gelegt. Des weiteren ist ein Verbindungskondensator C zwischen zwei gleiehphasigen Punkten des oberen und unteren Verstärkerweges geschaltet, der den Zweck hat, eine Verstärkungssteigerung für Schwingungen höherer Frequenz herbeizuführen.
An Stelle des Verstärkers gemäss Fig. 2 zeigen die Fig. 3 und 4 beispielsweise Schaltungen nach den Grundsätzen der Erfindung mit glatt durchgeführter Kathode. In Fig. 3 werden die notwendigen Gegenspannungen zwischen den einzelnen Stufen durch stromdurehflossene Widerstände erzeugt, wie es schon an Hand der Fig. 2 für die Kopplung zwischen den letzten beiden Stufen im unteren Ver- stärkerveg besprochen wurde.
Zur Verbesserung der Frequenzcharakteristik sind in Fig. 3 die stromdurchflossenen Kopplungswiderstände zwischen den einzelnen Rohren durch Kondensatoren K über- brücke. Ebenso sind durch eine Anzahl von Neutralisationskondensatoren/f die schädlichen Gitteranodenkapazitäten ausgeglichen, während beispielsweise zwei Verbindungskondensatoren C, die zwischen
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Fig. 4 zeigt eine weitere Möglichkeit der Verstärkerschaltung nach dem Grundsatz der Erfindung, wobei auch die Kathoden der einzelnen Stufen direkt verbunden sind. Die Erzeugung der notwendigen Gegenspannung erfolgt auch hier durch stromdurchflossene Widerstände, deren Stromkreis im Gegensatz zur Fig. 3 vom Verstärkerstromkreis abgetrennt ist.
Uberbrückungs-, Neutralisierungs-und Verbindungskondensatoren haben auch hier die gleichen Aufgaben wie oben.
Die bisher angegebenen Schaltungen führten von einem gegenphasigen Eingang zu einem ein-
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sehwankungen der symmetrisch liegenden strom-und Spannungsquellen des Verstärkers an den Ausgangsklemmen herauskompensieren. Man kann nun mehrere solcher in sieh ausgeglichenen Verstärkersysteme hintereinanderschalten oder auch das Prinzip der Schaltung nach Fig. 5 mit den vorher angezeigten Schaltungsprinzipien vereinigen.
Alle bisher angegebenen Anordnungen hatten den Zweck, die unerwünschten Spannungsschwankungen der Strom- und Spannungsquellen des Verstärkers unwirksam zu machen. Nach demselben
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gemeinsamen Elektronenquelle beziehen. Hiedurch tritt der Schroteffekt dieser Elektronenquelle gleichphasig in den beiden jeweils einander gegenüberliegenden Rohren auf, und dieser gleichphasig Schroteffekt in den beiden Verstärkerwegen wird, wie oben gezeigt, wie jede andere gleichphasige Spannungssehwankung in den beiden Verstärkerwegen am Ende herauskompensiert. Möglichkeiten für eine gemeinsame Elektronenquelle der ersten beiden symmetrisch liegenden Verstärkersysteme zeigen beispielsweise die Fig. 6 und 7 schematisch.
Derartige Verstärkersysteme, die mit gemeinsamer
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Elektronenquelle ausgerüstet sind, werden zweckmässig in einem gemeinsamen Glaskörper untergebracht. In Fig. 6 speist die innenliegende Kathode H die beiden Verstärkersysteme H, G , J. J und H, G 2, A 2. In Fig. 7 liegt zwischen einer mit einer Öffnung versehenen Elektrode a und der emittierenden Kathode H eine Spannung, unter deren Einfluss ein Teil der von der Kathode emittierten Elektronen durch die Öffnung in a hindurchfliegt. Ein Bremsgitter Bss verwandelt diesen Elektronenstrom in eine Raumladungswolke, wobei z. B. die Rückkehr der Elektronen zur positiven Elektrode a durch geeignete Isolation unterbunden wird.
Aus der neu entstandenen Raumladungswolke entnehmen nun die beiden Verstärkersysteme BG, G 1,. 1 und BG, G 2, A12 ihre Elektronen.
Die angegebenen Anordnungen wurden nur mit Eingitterröhren gezeichnet. Selbstverständlich gelten die gleichen Überlegungen auch für Schaltungen mit Mehrgitterröhren oder Ionenröhren. Auch eine gemischte Verwendung solcher Röhren ist möglich, wobei nützlicher Gebrauch von der fallenden Kennlinie einzelner dieser Systeme zu machen ist. Es ist nur immer der Grundsatz beizubehalten, dass von zwei Verstärkerwegen, die symmetrisch zu gemeinsamen Strom- und Spannungsquellen und gegebenenfalls auch gemeinsamen Elektronen- bzw.
Ionenquellen angeordnet sind, die beiden somme-
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der beiden Verstärkerwege die verstärkte Spannung gleichphasig an einen gemeinsamen Kreis abgeben, während alle Schwankungen, die aus Strom-, Spannungs- und Elektronen (Ionen) quellpn gleichphasig auf die symmetrischen Teile der beiden Verstärkerwege wirken, herauskompensiert werden.
Dieses Verstärkerprinzip ist natürlich nicht nur an Gleichstromverstärker gebunden, sondern auch dort, wo es sich nur um Beseitigung von Sehroteffekt, Batterierauschen und ähnlichen Störungen handelt, mit Nutzen zu verwenden. Es gilt also ebenso für C- und transformatorgekoppelte Verstärker wie für die oben beschriebenen Gleichstromverstärker.
Bei der Verwendung von Widerständen und andern Schaltmitteln, die nicht beiden Verstärkerzweigen gemeinsam sind, ist es notwendig, ihnen eine ausreichende Konstanz zu geben und sie vor allem gegen Temperatur-und Feuchtigkeitseinflüsse zu schützen. Erfindungsgemäss werden deshalb die Widerstände als Vakuumwiderstände ausgeführt, beispielsweise als Drahtwiderstände in evakuierten Glasgefässen.
Die Stromversorgung der Verstärker kann aus Batterien, Umformern oder Netzanschlüssen erfolgen. Die starken Netz-oder Batterieschwankungen, die bei Gleichstromverstärkern leicht zu einer Blockierung der Endröhren führen können, sollen erfindungsgemäss durch geeignete Beruhigungs- schaltungen zwischen Spannungsquellen und Verstärker ausgeglichen werden.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens auf Gleichstromverstärker, bei denen die Kathoden der einzelnen Stufen verschiedene Potentiale haben, ist es besonders vorteilhaft, indirekt geheizte Röhren zu verwenden, da dann trotz der verschiedenen Kathodenpotentiale eine Stromquelle für die Heizungen verwendet werden kann. Da des weiteren bei Gleichstromverstärkern die Kennlinien der verwendeten Röhren einen sehr wesentlichen Einfluss auf die Verstärkung haben und da erfindungsgemäss die beiden Verstärkerzweige gleiche Verstärkung haben sollen, können, um den Ersatz einzelner Röhren zu erleichtern, einzelne Widerstände des Verstärkers ganz oder teilweise veränderlich gemacht werden.
Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt in der Fernsehtechnik und Bildtelegraphie, in der Ton-und Musikübertragung, in der Tonfilmtechnik und im Fernspreehweitverkehr.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verstärker mit Einrichtung zur Beseitigung von Störspannungen beliebiger Frequenz, die z. B. aus den Stromquellen oder Kathoden herrühren, ohne Beeinflussung der gegebenenfalls gleiche Frequenzen aufweisenden Nutzspannung, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker aus zwei symmetrisch zu gemeinsamen Strom- und Spannungsquellen bzw. auch Elektronen (Ionen) quellen angeordneten Verstärkersystemen gleichen Verstärkungsgrades besteht, von denen das eine System im Ausgang entweder durch eine unsymmetrische Zusatzröhre oder durch unsymmetrische Ausrüstung der letzten Verstärkerstufe mit einer Röhre fallender Charakteristik eine Phasenumkehr aufweist, so dass bei gegenphasiger Eingangserregung durch die Nutzspannung gleichphasige Ausgangsnutzspannungen entstehen, die einem gemeinsamen Verbraucher zugeführt sind.