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Rauscharme elektronische Eingangsschaltung für UHF-Verstärker
Die Erfindung bezieht sich auf eine raucharme Eingangsschaltung eines vorzugsweise mit nur einer Röhrentype bestückten UHF-Verstärkers, insbesondere des Zwischenfrequenzverstärkers in einer Richtfunkanlage.
Die Grenzempfindlichkeit einer Verstärkeranordnung ist bekanntlich durch das Röhrenrauschen der Eingangsstufe bestimmt. Sobald die Spannung des Eingangssignals in die Grössenordnung der Spannung dieses Rauschens kommt, ist einwandfreier Empfang nicht mehr möglich. Man verwendet daher in solchen Eingangsstufen Röhren, deren Eigenrauschen möglichst kleine Werte aufweist. Die günstigsten Rauscheigenschaften haben Trioden mit hoher Steilheit. Ihre Verwendung in Eingangsschaliungen für UHF-Verstärker ist
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stand Re einer zweiten in Gitterbasis geschalteten Triode Rö, arbeitet. Die Cascodeschaltung ist dadurch ausgezeichnet, dass sie bei hohem Eingangswiderstand die Verstärkungseigenschaften einer Pentode mit den günstigen Rauscheigenschaften einer Triode verbindet.
Die Eigenart der Cascodeschaltung verlangt einerseits die Verwendung von Spezialröhren und bedingt anderseits, dass nur die zweite Stufe zur Verstärkung des Eingangssignals zur Verfügung steht.
Spezialröhren sind deshalb erforderlich, weil ihr Aufbau mit gängigen Pentoden (in Triodenschaltung), wie sie allgemein in UHF-Verstärkern zur Anwendung gelangen, an der zweiten Stufe scheitert.
Das Bremsgitter einer solchen gebräuchlichen UHF-Pentode ist nämlich innerhalb des Glaskolbens direkt mit der Kathode verbunden, so dass eine solche als Triode in Gitterbasis geschaltete Pentode einen sehr grossen Durchgriff zwischen Anode und Kathode aufweist, der ihre Verwendung in einer Cascodeschaltung für sehr kurze elektromagnetische Wellen unmöglich macht. Die Röhrenbestückung von UHF-Verstärkern mit hoher Eingangsempfindlichkeit weist daher wenigstens zwei verschiedene Röhrentypen auf. Dieser Umstand stört aus ökonomischen Gründen besonders bei kommerziellen Einrichtungen und Anlagen, weil sich die Wartung von Verstärkern mit nur einem Röhrentyp gegenüber solchen, deren Bestückung zwei oder mehrere Röhrentypen aufweist, wesentlich einfacher gestaltet.
Abgesehen von den günstigen Rauscheigenschaften der Cascodeschaltung sowie abgesehen von ihrem hohen Eingangswiderstand und ihrer Stabilität bei hohen Frequenzen, muss es ebenfalls als nachteilig angesehen werden, dass nur ihre zweite Stufe für die Verstärkung des Eingangssignals ausnutzbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingangsschaltung der einleitend beschriebenen Art unter Gewährleistung der bei der Cascodeschaltung erzielbaren Eingangsempfindlichkeit wesentlich zu verbessern.
Bei einer rauscharmen Eingangsschaltung eines vorzugsweise mit nur einer Röhrentype bestückten UHF-Verstärkers, insbesondere des Zwischenfrequenzverstärkers in einer Richtfunkanlage, dessen Eingangs- schaltung zwei Stufen aufweist, deren erste Stufe eine als Triode in Kathodenbasis geschaltete Pentode enthält, wird erfindungsgemäss die Aufgabe dadurch gelöst, dass die beiden Stufen miteinander über einen die Anodenwechselspannung der ersten Stufe zum Steuergitter der zweiten Stufe hochtransformierenden Übertrager verbunden sind, der mittels zu seiner Primär- und Sekundärwicklung parallelgeschalteten Blindwiderständen zueinem eine Bandpasscharakteristik aufweisenden Netzwerk ergänzt ist,
und dass der
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die Verstärkungseigenschaft beeinträchtigende Einfluss der zwischen dem Schirmgitter und dem Steuergitter der als Triode in Kathodenbasis geschalteten Pentode vorhandenen Kapazität durch eine gegenphasige kapazitive Rückführung eines Teiles an der Primärseite des Übertragers auftretenden Hochfrequenzspannung auf das Steuergitter dieser Röhre kompensiert ist.
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Eingangsschaltung verstärkt die Eingangswechselspannung ähnlich. der Cascode-schaltung ebenfalls in zwei Stufen.
Ihr wesentlicher Unterschied und Vorteil zugleich besteht jedoch darin, dass die erste Stufe nicht unmittelbar auf den elektronischen Eingangswiderstand einer in Gitterbasis geschalteten Triode, sondern auf den niederohmigen Eingang eines zu einem Bandpass ergänzten Übertragers arbeitet, dessen hochohmigemAusgang sodann die zweite Stufe, eine in Kathodenbasis geschaltete hoch verstärkende Pentode nachgeschaltet ist. Die Eingangsempfindlichkeit der erfindungsgemässen Verstärkerschaltung ist derjenigen der erwähnten Cascodeschaltung durchaus gleichwertig, besitzt aber darüber hinaus eine wesentlich höhere Verstärkung, da die Verstärkung der ersten Stufe, ohne Berücksichtigung des die Wechselspannung gegen das Gitter der zweiten Stufe hochtransformierenden Übertragers, bereits grösser als 1 gewählt werden kann.
Die erfindungsgemässe, für grösste Eingangsempfindlichkeit geeignete Schaltung hat ausserdem den Vorteil, dass sie sich mit gängigen UHF-Pentoden aufbauen lässt, wodurch die Bestückung von UHF-Verstärkern hoher Eingangsempfindlichkeit mit einem einzigen Röhrentyp ermöglicht wird.
Der zu einem Bandpass ergänzte Übertrager kann auch in vorteilhafter Weise durch eine äquivalente Schaltung, beispielsweise durch ein kapazitives Netzwerk oder durch die angezapfte Spule eines Schwingkreises verwirklicht werden.
Zum besseren Verständnis soll der Erfindungsgegenstand im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispieles im Vergleich mit der bekannten Cascodeschaltung näher erläutert werden.
Die Fig. 1 stellt, wie bereits erwähnt, die aus zwei Stufen sich aufbauende bekannte Cascodeschaltung dar. Die Eingangswechselspannung Ue liegt am Steuergitter der in Kathodenbasis geschalteten Triode Rol, die über einen Koppelkondensator l, 1 auf den elektronischen Eingangswiderstand Re, der folgenden, in Gitterbasis geschalteten Triode Rö arbeitet. Die Verstärkung der ersten Stufe V1 = Ua/Ue hat ungefähr den Wert 1, da die innere Verstärkung der Triode Rö. praktisch gleich dem Teilverhältnis des sich aus dem inneren Widerstand Ri1 der Triode Röl und dem Eingangswiderstand Re der Triode Rö bestehenden Spannungsteiler ist.
Die eigentliche Wechselspannungsverstärkung erfolgt in der zweiten Stufe, so dass die gesamte Verstärkung der Cascodeschaltung
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ist. Die Ausgangsspannung der zweiten Stufe Ua wird in üblicher Weise über einen Koppelkondensator C zwischen Anode der Triode Rö und Masse abgenommen.
Die Verstärkung V, 1 der ersten Stufe gewährleistet einen hohenEingangswiderstand Rs, da die der Verstärkung V, proportionale, über die Gitter-Anodenkapazität wirksame Gegenkopplung entsprechend klein ist. Ferner unterbindet die geringe Verstärkung V die Neigung der ersten Stufe zur Selbsterregung.
Diese Neigung ist ebenfalls durch die Gitteranodenkapazität bedingt, über die eine Rückkopplung der Energie des Anodenkreises in den Gitterkreis erfolgt. Die zweite Stufe besitzt auf Grund ihrer in Gitterbasis geschalteten Triode Rö keine Neigung zur Selbsterregung, da hiebei eine Rückwirkung des Anodenkreises durch Erdung des Steuergitters weitgehend ausgeschaltet ist. Die Verstärkungseigenschaften der Triode Rö können daher voll ausgenützt werden.
Für die Eingangsempfindlichkeit der Cascodeschaltung ist lediglich die fiktive Rauschspannung Ur
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keinen Anteil zur Rauschspannung, da sie durch den im Vergleich zum Eingangswiderstand Re grossen Innenwiderstand Ril der Triode Röl bezüglich des Röhrenrauschens stark gegengekoppelt ist.
Die erfindungsgemässe Eingangsschaltung ist in Fig. 2 dargestellt. Die als Triode in Kathodenbasis geschaltete Pentode Rö entspricht dabei praktisch der ersten Stufe der Cascodeschaltung nach Fig. 1. In Abweichung zur Fig. 1 arbeitet die Pentode Rög jedoch über ihren Innenwiderstand Ri und einen Koppelkondensator C auf den niederohmigen Eingangswiderstand Reü der Primärwicklung eines Übertragers Ü mit dem Übersetzungsverhältnis 1 : n, dessen sekundäre, die höhere Spannung führende Wicklung dem Steuereingang einer folgenden in Kathodenbasis geschalteten Pentode parallel angeschaltet ist.
Die Primärwicklung des Übertragers Ü ist zur Ausschaltung der Riickwirkung des Anodenkreises auf den Gitterkreis (Neutralisation) der als Triode geschalteten Pentode Rö mitverwendet. Zu diesem Zweck liegt die primäre Wicklung mit ihrem Abgriff A an Masse, während ihr unteres Ende über den Neutralisationstrimmer CN mit dem Steuergitter der Pentode Rö verbunden ist. Im Gegensatz zur ersten Stufe der Cascodeschaltung,
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bei der die Verstärkung V : 1 zwangsläufig gegeben ist, kann die auf die Anode der Rö bezogene Stufenverstärkung V3=Ua3/Ue grösser als 1 gewählt werden. Die obere Grenze der Verstärkung Vs ist da gegeben, wo die Neigung zur Selbsterregung noch mit Sicherheit durch die Neutralisation unterbunden ist.
Man wird V im allgemeinen nicht grösser als 2, 5 wählen. Der hohe Eingangswiderstand Re, ist durch die höhere Stufenverstärkung nicht in Frage gestellt, da die Neutralisationsschaltung die Anoden-Gitterkapazität ausschaltet. Die anodenseitige Wechselspannung Ua wird mittels des Übertragers Ü auf n. Ua hochtransfor-
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Steuereingang der Pentode Rö grogs (nit gewählt werden kann, ist die Verstärkung V.. genau so gross, erreicht im allgemeinen grössere Werte, wie die Gesamtverstärkung der bekannten zweistufigen Cascodeschaltung.
Die erfindungsgemässe Eingangsschaltung hat also gegenüber der Cascodeschaltung praktisch
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Ua/Ugnung Ur der als Triode geschalteten Pentode Rö bestimmt, weil die am Steuergitter der Pentode Rö, anliegende, um denFaktorV verstärkte Eingangsspannung bereits so gross ist, dass die hier auftretende fik- tive Rauschspannung Ur nicht mehr wirksam werden kann.
Die Ergänzung des Übertragers Ü zu einem selektiven Netzwerk mit Bandpasscharakteristik kann bei- spielsweise, wie beim Ausftihrungsbeispiel der Fig. 2 gezeigt, in Form eines Zweikreisbandfilters erfolgen. Hiezu ist parallel zur Primärwicklung des Übertragers Ü ein Abgleichkondensator Ca und parallel zur Sekundärwicklung über einen Koppelkondensator Ck ein Parallelschwingkreis Lp/Cp angeschaltet. Eine bandpassartige Charakteristik lässt sich aber auch bereits mit einem parallel zur Sekundärwicklung des Übertragers Ü angeschalteten Abgleichkondensator erzielen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Rauscharme Eingangsschaltung eines vorzugsweise mit nur einem Röhrentyp bestückten UHF-Verstärkers, insbesondere des Zwischenfrequenzverstärkers in einer Richtfunkanlage, dessen Eingangsschaltung zwei Stufen aufweist, deren erste Stufe eine als Triode in Kathodenbasis geschaltete Pentode (Rö) und die zweite Stufe eine in Kathodenbasis geschaltete Pentode (Rö) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stufen miteinander über einen die Anodenwechselspannung der ersten Stufe zum Steuergitter der zweiten Stufe hochtransformierenden Übertrager (0) verbunden sind,
der mittels zu seiner Primär- und Sekundärwicklung parallelgeschalteter Blindwiderstände zu einem eine Bandpasscharakteristik aufweisenden Netzwerk erganzt ist, und dass der die Verstarkungseigenschaft beeinträchtigende Einfluss der zwischen dem Schirmgitter und dem Steuergitter der als Triode in Kathodenbasis geschalteten Pentode (Rö) vorhandenen Kapazität durch eine gegenphasige kapazitive Rückführung (Cn) eines Teiles der an der Primärseite des Übertragers (Ü) auftretenden Hochfrequenzspannung auf das Steuergitter dieser Röhre (Rö) kompensiert ist.