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Schaltung zur Verstärkung von Ultrahochfrequenzschwingungen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Verstärkung von Ultrahochfrequenzschwingungen (Wellenlänge 0-15 bis 10 m) mit einer Röhre, die wenigstens eine Kathode, ein Steuergitter und eine Ausgangselektrode enthält, und bei der die zu verstärkenden Schwingungen einem zwischen das Steuergitter und die Kathode geschalteten Eingangskreis zugeführt werden, wobei die verstärkten Schwingungen einer zwischen der Ausgangselektrode und dem Steuergitter liegenden Ausgangsimpedanz entnommen werden. Das Gitter ist hiebei mit einem Punkt gleichbleibenden Potentials (Erde) verbunden.
Bei Hochfrequenzverstärkem wird im all- gemeinen die sogenannte Kathodenbasisschaltung verwendet, bei der die Eingangsimpedanz zwischen dem Steuergitter und der Kathode und die Ausgangsimpedanz zwischen der Ausgangselektrode und der Kathode der Verstärkerröhre angeordnet sind. Durch passende Wahl der verschiedenen Schaltungsteile ist es hiebei möglich, einen hohen Verstärkungsgrad zu erzielen, aber die Erhöhung des Verstärkungsgrades geht meistens auf Kosten der Breite des zu verstärkenden Frequenzbandes. Wenn man also eine angemessene Bandbreite beizubehalten wünscht, ist es meistens erforderlich, die verwendeten
Schwingungskreise besonders zu dämpfen, was jedoch naturgemäss den zu erzielenden Ver- starkungsgrad beeinträchtigt.
Wenn es also erwünscht ist, eine angemessene Verstärkung eines breiten Bandes von Ultra- hochfrequenzen zu erreichen, wird daher zumeist eine Verstärkerröhre in sogenannter Gitterbasis- schaltung verwendet, bei der die Ausgangs- impedanz zwischen der Ausgangselektrode und dem geerdeten Steuergitter angeordnet ist. Bei einer solchen Schaltung ist der Eingangsparallel- widerstand der Röhre sehr niedrig, somit die
Dämpfung des Eingangsschwingungskreise : sehr hoch, wodurch ohne besondere Massnahmen eine grosse Breite des zu verstärkenden Frequenz- bandes erzielt wird. Diese Schaltung wird auch deshalb vorzugsweise verwendet, weil die Rück wirkung des Ausgangskreises auf den Eingangs- kreis sehr gering ist, denn das geerdete Steuer- gitter wirkt als elektrostatischer Schirm zwischen der Anode und der Kathode.
Die erwähnte Schaltung wirkt jedoch nicht für alle Zwecke befriedigend und insbesondere ist die zu erreichende Verstärkung niedriger als es in vielen Fällen erwünscht wäre. Die Erfindung bezweckt diesem Übelstande beizukommen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die bei Röhren in Gitterbasisschaltung auftretende Dämpfung des Eingangskreises im allgemeinen viel höher ist, als notwendig wäre, um die gewünschte Bandbreite zu erzielen, und dass diese'Kreis wesentlich entdämpft werden kann, ohne dass die vom Eingangskreis durchgelassene
Bandbreite zu gering wird. Hievon ausgehend, wird bei einer Schaltung von der eingangs erwähnten Art zwischen die Ausgangselektrode und die Kathode eine derart bemessene Impedanz gelegt, dass eine starke Entdämpfung des Ein- gangskreises auftritt, wobei der Verlustwiderstand des Ausgangskreises mittels eines darin aufge- nommenen zusätzlichen Verlustwiderstandes ver- grössert ist.
Es ist bei einer Schaltung von der eingangs erwähnten Art bekannt, eine Rückkopplung zwischen dem Eingangskreis und dem Ausgangs- kreis anzubringen, um Schwingungen zu erzeugen.
Bei Anwendung der Erfindung wird dem spontanen
Auftreten von Schwingungen gerade durch Ein- führung eines Verlustwiderstandes in den Aus- gangskreis entgegengewirkt, wobei sich über- raschenderweise zeigt, dass, wenn die Schaltung ohne diesen Widerstand gerade die Neigung zu
Schwingen hat, eine plötzlich starke Zunahme des Produktes aus Bandbreite und Verstärkung auftritt, wenn die zwischen Anode und Kathode angebrachte Kapazität nur etwas erhöht wird, das eine und das andere unter Beibehaltung der
Verstärkung. Dieser Zustand entsteht bei einer
Wellenlänge der zu verstärkenden Schwingung von z. B. etwa 1 m und bei Verwendung einer
Triode, wenn eine Kapazität von einigen
Zehntel pF zwischen Kathode und Anode bei einer natürlichen Anodenkathodenkapazität von
0 2 pF angeordnet wird.
Der einzuführende Verlustwiderstand kann von einem Verbraucbskreis, z. B. dem Eingangs- kreis einer folgenden Verstärkerstufe in Gitter- basisschaltung geliefert werden ; zu diesem Zweck muss dieser Eingangskreis auf geeignete Weise
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mit dem Ausgangskreis des betrachteten Ver- stärken gekoppelt werden, u. zw. derart, dass der Ausgangskreis 1m erforderlichen Masse gedämpft wird.
Der Erfindungsgedanke ist auch bei Mehrgitterröhren in Gitterbasisschaltung mit Erfolg anwendbar, wie z. B. bei Hochfrequenztetroden, Penthoden und Sekundäremissionsröhren. Mit Rücksicht auf die Anwendung der Erfindung sind diese Röhren insoweit von einer Triode verschieden, dass die reelle Komponente der inneren Rückwirkung zwischen Ausgangselektrode und Kathode (vom inneren Widerstand gebildet) eine viel geringere Rolle spielt, als bei einer Triode in Gitterbasisschaltung. Dies hat den Vorteil, dass von der anzubringenden Rückwirkungsimpedanz sowohl der (positive) reelle Teil als auch der imaginäre Teil (Selbstinduktion oder Kapazität) beliebig gewählt werden können und somit möglichst günstig einstellbar sind mit Rücksicht auf die erforderliche Bandbreite und Verstärkung.
Es kann insbesondere vorteilhaft sein, wenigstens einen Teil der im Ausgangskreis erforderlichen Dämpfung in der Rückwirkungsimpedanz unterzubringen.
Bei einer erfindungsgemässen Verstärkerschaltung, bei der eine Sekundäremissionsröhre verwendct wurde, wurde gemessen, dass bei einer Wellenlänge von 40 cm durch Anordnung einer gleichachsigen Leitung zwischen den Lecher-
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verstärkung um 4 dB anstieg, ohne dass die Bandbreite abnahm.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemassen Schaltung ist in Fig. 1 der Zeichnung dargestellt. Der zur statischen Speisung dienende Teil ist einfachheitshalber weggelassen. Die Trennungskondensatoren sind durch direkte Verbindungen ersetzt. Diese Figur stellt eine als Verstärkerröhre verwendete Triode dar, zwischen deren Steuergitter 2 und Kathode 3 der Eingangskreis 5 geschaltet ist, in dem die zu verstärkenden Schwingungen auftreten. Zwischen dem Steuergitter 2 und der Anode 4 liegt der Ausgangskreis 6, dem verstärkte Schwingungen entnommen werden können. Das Steuergitter 2 ist geerdet. Gemäss der Erfindung ist die Anoden-Kathoden-Kapazitat durch eine Kapazität 7 vergrössert, die auch in der Röhre untergebracht und in diesem Falle durch besondere Ausbildung der Elektroden hergestellt werden kann.
Weiter ist der Ausgangskreis 6 derart mit einem Verbraucherkreis 8 gekoppelt, dass dies im Kreis 6 eine Dämpfung herbeiführt, durch die spontane Schwingungen im Kreis 6 vermieden werden und die die Ver- stärkerschaltung zur Verstärkung eines Frequenzbandes von der gewünschten Breite geeignet macht. Im dargestellten Ausführungsbt,-N ; jiel wird der Verbraucherkreis durch den Eingangskreis 8 einer zweiten Verstärkerstufe mit einer Röhre 10 in Gitterbasisschaltung gebildet. Ähnlich wie bei der ersten Stufe ist hiebei der Eingangs- kreis 8 zwischen Steuergitter 12 und Kathode 13, und der Ausgangskreis 16 zwischen Anode 14 und Steuergitter 12 angeordnet. Die verstärkten Schwingungen werden bei 17 abgegriffen. Zwischen Anode und Kathode liegt wieder entsprechend der Kondensator 11.
Fig. 2 stellt eine Anzahl von Kurven a, b, c und d dar, welche die Beziehung zwischen dem Produkt Bg von Verstärkung und Bandbreite einerseits und der Verstärkung g anderseits für verschiedene Werte der Kapazität zwischen Anode und Kathode der Röhre in Gitterbasisschaltung darstellen. Dabei ist der Verbraucherwiderstand als Parameter genommen. Die Kurve a gilt für den Fall, dass die Anoden-KathodenKapazität nicht künstlich vergrössert ist, während sich die Kurven b, c und d auf den Fall beziehen, dass die Vergrösserung der Anoden-KathodenKapazität etwa 0'2, 0-3 bzw. 0-4 pF beträgt. Bei den Kurven c und d könnten spontane Schwingungen auftreten, wenn nicht in den Ausgangskreis transformatorisch ein Verlustwiderstand eingeführt wäre.
Es ergibt sich, dass insbesondere beim Übergang von 0-3 auf 0 4 pF eine sehr starke Zunahme des Produktes von Bandbreite und Verstärkungsgrad auftritt.
Die Kopplung zwischen dem Ausgangskreis und dem Verbraucherkreis, die gemäss der Erfindung verwendet werden muss, wird in hohem Masse von derjenigen abweichen, bei der die grösste Energieübertragung erzielt wird.
Fig. 3 stellt eine erfindungsgemässe Schaltung mit einer Sekundäremissionsröhre 34 dar, zwischen deren Steuergitter 20 ?'und Kathode 21 der Eingangskreis 5, und zwischen deren Sekundäremissionselektrode 18 und Anode 19 der Ausgangskreis 6 geschaltet ist. Das Steuergitter und die Sekundäremissionselektrode sind miteinander über einen Kondensator verbunden, der eine niedrige Impedanz für die zu verstärkenden Schwingungen hat. In der Figur ist dies als eine unmittelbare Verbindung dargestellt.
Zwischen Anode und Kathode ist eine Impedanz geschaltet, die aus einer Regelimpedanz 23 in Reihe mit einem Regelwiderstand 24 besteht.
Die Impedanz ist als Parallelschaltung einer Kapazität und einer Selbstinduktion dargestellt. Zu diesem Zwecke kann ein Lechersystem mit konzentrischen, ausschiebbaren Leitern verwendet werden. Ähnlich wie bei der Schaltung nach
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gangskreis einer folgenden Verstärkerstufe mit einer ähnlichen Röhre sein kann.
Anstatt mit der Sekundäremissionselektrode kann das Steuergitter auch mit der Anode hochfrequenzmässig verbunden werden ; in diesem Falle wird der Ausgangskreis zwischen das geerdete Steuergitter und die Sekundäremissionselektrode gelegt. Die Rückwirkungsimpedanz wird dabei anders als im Fall von Fig. 3 gewählt werden müssen.
Die Kreise und die Zuführungsleitung der Schaltungen nach Fig. 1 und 3 weisen bei hohen
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Frequenzen verhigt'nismoig hohe Verluste auf. Dies konnte bei den Schaltbildern dadurch berücksichtigt werden, dass Widerstände hinzugefügt werden. Diese sind jedoch deutlichkeithalber weggelassen, obgleich die Verluste eine wichtige Rolle in bezug auf die Bandbreite und die Verstärkung spielen. Ähnlich kann der Widerstand 24, wenigstens teilweise, durch einen Verlustwiderstand gebildet werden.
Fig. 4 stellt eine Schaltung dar, bei der sowohl das zwischen Anode und Kathode geschaltete Netzwerk als auch Eingangs- und Ausgangskreis als Impedanztransformatoren 28, 29 und 30 ausgebildet sind. Jeder dieser Impedanztransformatoren besteht aus drei zueinander parallelen Leitern, deren einer die zwei anderen in Form eines zylindrischen Mantels umschliesst, wobei zwischen den inneren Leitern untereinander sowie einem von diesen und dem Aussenleiter verschiebbare Überbrückungsleitungen angeordnet sind.
Der Eingangskreis 29 besteht aus den Leitern35, 36 und 37, von denen der letztgenannte, der einen Mantel um die beiden anderen bildet, geerdet ist und von denen der zweite über einen Trennungskondensator 26 mit der Kathode der Rohre. ? 4 verbunden ist.
Die Quelle, der die zu verstärkenden Schwingungen entnommen werden, z. B. eine Antenne, wird bei 47 angeschlossen. Abstimmung und Anpassung erfolgt durch Verschiebung der Leiter 43 und 44. Der Ausgangskreis besteht aus den Leitern 38, 39 und 40, von denen wieder der Leiter 40, der die anderen umschliesst, geerdet ist. Der Leiter 39 ist mit der Anode und mit dem Steuergitter und über einen Trennungskonden- sator mit der Sekundäremissionselektrode 18 verbunden. Der Verbraucherkreis kann bei 48 angeschlossen werden. Das zwischen Anode und Kathode geschaltete Netzwerk 28 wird durch die drei Leiter 31, 32 und 33 gebildet, deren letzterer die beiden ersten umschliesst und geerdet ist.
Der Leiter 32 ist über den Widerstand 24, der vorzugsweise regelbar ist, mit der Anode und der Leiter 31 über einen Trennungskondensator mit der Kathode verbunden. Die Regelung erfolgt mittels der verschiebbaren Leiter 41 und 42. Die statischen Speisespannungen werden auf bekannte Weise entkoppelt zugeführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Verstärkung von Ultrahochfrequenzschwingungen mit einer Röhre, die wenigstens eine Kathode, ein Steuergitter und eine Ausgangselektrode enthält und bei der der Eingangskreis zwischen Kathode und Steuergitter, und der Ausgangskreis zwischen Steuergitter und Ausgangselektrode angeordnet ist, wobei das Steuergitter mit einem Punkt gleichbleibenden Potentials (Erde) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ausgangselektrode und der Kathode eine derart bemessene Impedanz angeordnet ist, dass eine starke Entdämpfung des Eingangskreises eintritt, wobei der Verlustwiderstand des Ausgangskreises mittels eines in diesen eingeführten Verlustwiderstandes erhöht ist.