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Verfahren und Schaltung zur Erhöhung der Rauschfreiheit bei Übertragung elektrischer
Schwingungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Rauschfreiheit in einer Schaltung zur Übertragung elektrischer Schwingungen, die wenigstens eine gesteuerte Entladungsröhre enthält, in der ausser der Ausgangselektrode noch wenigstens eine weitere stromführende Elektrode angeordnet ist. Die Erfindung bezweckt, Mittel zu schaffen, durch die das bei solchen Schaltungen auftretende Geräusch vermindert werden kann.
Dieses Geräusch, das sich insbesondere bei der Übertragung schwacher Signale sehr störend bemerkbar macht, wird teilweise von den Entladungsröhren, teilweise von den übrigen Schaltelementen herbeigeführt und kann daher in Rohrengeräusch und Schaltungsgeräusch unterschieden werden.
Das Schaltungsgeräusch wird durch spontane Spannungsschwankungen herbeigeführt, die infolge der thermischen Bewegung der Elektronen an den Enden jedes Leiters auftreten, u. zw. umso stärker, je grösser der Ohmsche Widerstand des betreffenden Leiters ist. So tritt an den Klemmen eines in den Eingangskreis einer Hochfrequenzverstärkerröhre aufgenommenen
Schwingungskreises eine Rauschspannung auf, die gewohnhch mit"Kreisgeräusch"bezeichnet wird.
Das Röhrengeräusch kann in Emission ? geräusch und Verteilungsgeräusch unterschieden werden.
Das Emissionsgeräusch wird durch statistische
Schwankungen der Emission einer Kathode verursacht, wobei es sich sowohl um eine thermionische Kathode als auch um eine sekundäremittierende Hilfskathode oder eine Photokathode handeln kann. Das Verteilungsgeräusch entsteht durch Schwankungen der Stromverteilung in
Röhren mit mehr als einer positiven Elektrode und tritt also z. B. bei Schirmgitterröhren und
Mehrgittermischröhren auf.
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dass bei Schirmgitterröhren und Mehrgittermisch- röhren das Gesamtgeräusch im wesentlichen durch das Verteilungsgerä'jsch bestimmt wird.
Man hat schon versucht, das Verteilungsgeräusch durch besondere Rohrenkonstruktionen zu vermindern. So kann z. B. bei Schirmgitter- röhren das Verteilungsgeräusch vermindert werden, entweder durch eine Beschränkung des Schirmgitterstromes oder durch eine solche geometrische Anordnung der Elektroden, dass die Emission von bestimmten Teilen der Kathode ausschliesslich zum Schirmgitterstrom und die von anderen Teilen ausschliesslich zum Anodenstrom beiträgt.
Die Erfindung schafft Mittel, durch die ohne Verwendung von besonderen Röhrenkonstruktionen das Verteilungsgeräusch stark ermässigt oder sogar völlig aufgehoben werden kann.
Erfindungsgemäss wird dem Kreis der genannten stromführenden Elektrode eine mit den Zufallsschwankungen der Stromverteilung zwischen der Ausgangselektrode und der genannten stromführenden Elektrode korrelierte Rauschspannung entnommen, welche Spannung den Ausgangsstrom der Rohren in solcher Phase steuert, dass der von den genannten Schwankungen im Ausgangskreis herbeigefuhrte Rauschstrom aufgehoben oder wenigstens erheblich verringert wird.
Zu diesem Zwecke wird bei einer Schaltung mit einer Sclùrmgitterröhre vorzugsweise in den Schirmgitterkreis eine Induktivität aufgenommen und wird die über diese Induktivität auftretende Rauschspannung mittels der naturhchen Schirmgitter-Steuergitter-Kapazität auf das Eingangssteuergitter der Röhre übertragen.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Schirmgitterkreis mittels eines Transformators mit dem Kreis des Eingangssteuergitters der Röhre gekoppelt wird. In Mischchaltungen kann auf diese Weise z. B. eine Verminderung des Verteilungsgeräusches dadurch erreicht werden, dass in den Kreis von wenigstens einem der Schirmgitter eine Spule aufgenommen wird und letztere mit einem auf die Zwischenfrequenz abgestimmten, in einem der Steuergitterkreise liegenden
Schwingungskreis induktiv gekoppelt wird.
Die Erfindung wird an Hand der eine Anzahl
Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung i15her erläutert.
Fig. 1 stellt eine Verstärkerschaltung dar, bei der ein auf das zu verstärkende Signal abge- stimmter Schwingungskreis 1 in den Steuergitter- kreis einer Schirmgitterröhre 2 aufgenommen ist. Im Anodenkreis ist ein auf die gleiche Fre-
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quenz abgestimmter Schwingungskreis 3 angebracht, dem die verstärkte Spannung entnommen wird. Erfindungsgemäss ist in den Schirmgitterkreis eine Selbstinduktionsspule 12 aufgenommen.
Über diese Spule tritt eine mit dem Verteilungs- geräusch korrelierte Rauschspannung auf, die 900 in bezug auf den im Schirmgitterkreis fliessenden Verteilungsrauschstrom nacheilt. Diese Rauschspannung verursacht einen Strom über die (in der Figur gestrichelt dargestellte) Steuergitter-Kathode-Kapazität 13, der um 90 in bezug auf die Spannung über die Spule 12 voreilt und daher mit dem im Schirmgitterkreis fliessenden Verteilungsstrom in Phase ist. Für diejenigen Frequenzen des Rauschspektrums, die von der Schaltung durchgelassen werden, bildet der Kreis 1 praktisch einen Ohmschen Widerstand, so dass für diese Frequenzen eine Rauschspannung über den Kreis 1 entsteht, die mit dem im
Schirmgitterkreis fliessenden Verteilungsrauschstrom in Phase ist.
Es ist nun zu beachten, dass die Verteilungsrauschströme im Anodenkreis und im Schirmgitterkreis gegenphasig sind, u. zw. weil eine virtuelle Zunahme des Anodenstromes eine Abnahme des Schirmgitterstromes um den gleichen Betrag zur Folge hat. Die über den
Kreis 1 auftretende Rauschspannung ist demnach gegenphasig zu dem im Anodenkreis fliessenden
Verteilungsrauschstrom. Diese Rauschspannung tritt gleichzeitig am Steuergitter der Röhre 2 auf und veranlasst daher einen zusätzlichen
Anodenstrom, der in Gegenphase mit dem im Anodenkreis fliessenden Verteilungsrauschstrom ist, so dass der mit dem Verteilungsgeräusch kor- reherte Rauschstrom im Anodenkreis abnimmt.
Diese Verringerung des Verteilungsgeräusches im Anodenkreis bringt eine Entdämpfung des Eingangskreises mit sich. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Verteilungsrauschströme im Anodenkreis und im Schirmgitterkreis, wie oben schon erwähnt, gegenphasig, während die Signalströme in den beiden Kreisen gleichphasig sind. Die Induktivität 12 und die Kapazität 13 können daher unbedenklich derart gewählt werden, dass das Verteilungsgeräusch völlig behoben wird.
Bei einem Fernsehempfänger ist die zum vollständigen Ausgleich des Verteilungsgeräusches benötigte Induktivität der Spule 12 von der Grössenordnung von 0-25 jiH.
Fig. 2 zeigt eine Mischschaltung, bei der Mittel zum Vermindern des Verteilungsgeräusches angewendet sind. Das empfangene Signal tritt im Eingangskreis 1 auf, der in den Kreis des ersten Steuergitters der Hexode 2 aufgenommen ist. Der Kreis des zweiten Steuergitters enthält den schematisch dargestellten örtlichen Oszillator . Im Anodenkreis liegt em auf die Zwischenfrequenz abgestimmter Schwingungskreis 3.
Zur Verminderung des Verteilungsgeräusches sind in die Kreise der beiden Schirmgitter Spulen 15 und 15'auge- nommen, die mit einem auf die Zwischenfrequenz abgestimmt\. n Schwingungskreis 16 im Kreis des ersten Steuergitters in solcher Phase induktiv gekoppelt sind, dass der mit dem Verteilunggeräusch korrelierte Rauschstrom im Anodenkreis abnimmt. Die Verteilungsrauschströme in den Kreisen der beiden Schirmgitter sind mit den entsprechenden Verteilungsrauschströmen im Anodenkreis gegenphasig. Der Signalstrom im Anodenkreis ist gleichphasig mit dem Signalstrom im Kreis des äusseren Schirmgitters, aber gegenphasig mit dem Signalstrom im Kreis des inneren Schirmgitters.
Demzufolge wird die von der Spule 15 herbeigeführte Rückkopplung den Signalstrom im Anodenkreis steigern, während die von der Spule 15'herbeigeführte Rückkopplung den Signalstrom im Anodenkreio vermindert.
Die Spule 15 verursacht daher für das Signal eine positive und die Spule 15'eine negative Rückkopplung. Daraus ergibt sich, dass das von dem äusseren Schirmgitter herbeigeführte Verteilungsgeräusch vollständig behoben, während das von dem inneren Schirmgitter herbeigeführte
Verteilungsgeräusch zwar vermindert, aber nicht völlig unterdrückt werden kann.
Eine geeignete Bemessung der beiden Rück- kopplungen ist z. B. diejenige, bei der die Rück- kopplung mittels der Spule 15 so gross ist, dass das von dem äusseren Schirmgitter herbeigeführte
Verteilungsgeräusch gerade beseitigt wird, während die Rückkopplung mittels der Spule 15'derart gewählt ist, dass das Signal gleich stark positiv (von der Spule 15) wie negativ (von der Spule 15') rückgekoppelt wird. Die Signalstärke im Anoden- kreis ist dann gleich gross wie ohne Rausch- ausgleich, während das Geräusch im Anodenkreis wesentiich verminder-t ist.
Statt der getrennten Spulen 15 und 15'ist auch eine gemeinsame Spule verwendbar, bei der die beiden Schirmgitterkreise vorzugsweise an verschiedene Anzapfungen angeschlossen sind. Bei Verwendung einer Röhre, in der die beiden Schirmgitter innen durchverbunden sind, ist letzteres nicht möglich, so dass eine möglichst günstige Rauschverminderung in diesem Falle im allgemeinen nicht erhalten werden kann.
Der Kreis 16 hat vorzugsweise eine Impedanz von etwa 1000 Ohm.
Im Prinzip wäre statt der beschriebenen Rückkopplung mittels der Zwischenfr'*quenz- kreises 16 auch eine aperiodische Rückkopplung verwendbar. Dies hat aber den Nachteil, dass auch die empfangenen Schwingungen und die örtlichen Schwingungen rückgekoppelt werden, so dass die gute Wirkung der Mischröhre gestört werden könnte. Die beschriebene frequenzabhängige Rückkopplung hat daher den Vorzug
In Fig. 3 ist eine Niederfrequenzverstarker- schaltung dargestellt, die Mittel zur Verminderung des Verteilungsgeräusches enthält. Die zu verstärkende Spannung wird mittels der Klemmen 17 und 18 der Primärwicklung des Eingangstrans- formators 19 zugeführt, dessen Sekundärwicklung zwischen dem Steuergitter und der Kathode der Verstärkerröhre 2 angeschlossen ist.
In den Anodenkreis der Röhre ist die Primärwicklung
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eines Ausgangstransformators 20 aufgenommen) dessen Sekundärwicklung mit den Ausgangsklemmen 21 und 22 verbunden ist. Zur Verminderung des Verteilungsgeräusches ist der Eingangstransformator 19 mit einer Zusatzwicklung 23 versehen, die in den Schirmgitterkreis aufgenommen ist und eine mit dem Verteilungsgeräusch korrelierte Rauschspannung von richtiger Phase in der Sekundärwicklung des Eingangstransformators induziert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erhöhung der Rauschfreiheit in einer Schaltung zur Übertragung elektrischer Schwingungen, die eine gesteuerte
Entladungsröhre enthält, in der ausser der Aus- gangselektrode noch wenigstens eine weitere stromführende Elektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kreis der genannten stromführenden Elektrode eine mit den Zufalls- schwankungen der Stromverteilung zwischen der
Ausgangselektrode und der genannten strom- führenden Elektrode korrelierte Rauschspannung entnommen wird, welche den Ausgangsstrom der
Rohre in solcher Phase steuert, dass der von den genannten Schwankungen im Ausgangskreis herbeigeführte Rauschstrom aufgehoben oder wenigstens erheblich verringert wird.