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Mehrstufiger Verstärker mit Spannuugsgegeuliopplung. Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Verstärker mit einer derart ausgebildeten Spannungsgegenkopplung zwischen einer End- röhre hohen innern Widerstandes., zum Beispiel einer Pentode, und einer Vorröhre, dass der die Gegenkopplung erzeugende Span- nungsteilerwiderstand gleichzeitig eine Eigen- gegenkopplung dieser Vorröhre bewirkt.
In Fig. 1 ist eine derartige Verstärkerschaltung unter Fortlassung der für die Erläuterung des Erfindungsgedankens unwesentlichen Elemente dargestellt. Die Endröhre E ist über den Übertrager T mit dem äussern Belastungswiderstand Re belastet. 'Der auf die Primärseite des Übertragers T übersetzte Widerstand Re ist mit Ra, bezeichnet. Der aus den beiden Widerständen R und r gebildete Spannungsteiler dient zur Erzeugung der Gegenkopplungsspannung. Cl und C, bedeuten unvermeidbare Schaltkapazitäten.
Der 0 Widerstand r, von dem die Gegenkopplungs- spannung abgegriffen und dem Gitterkreis der Vorröhre p zugeführt wird, ist im gewählten Beispiel gleichzeitig Kathodenwiderstand dieser Röhre und bewirkt, da er vom Anodenwechselstrom dieser Röhre durchflossen wird, eine Eigenlt"egenkopplung der Vorröhre.
Bei dem voraussetzungsUmäss hohen innern Widerstand der Endröhre wird dar Widerstand R",, der aus Gründen der Reflexionsvermeidung etwa gleich r + R gewählt ist, so gross gemacht, wie es mit Rücksicht auf die Kapazitäten C, und C2 zur Erzielung eines ausreichend frequenzunabhän- gigen Verstärkungsverlaufes möglich ist.
Soll bei einer derartigen Schaltung durch Wahl eines hohen Wertes des Widerstandes r die Spannungsgegenkopplung möglichst gross gemacht werden, so tritt eine entsprechende grosse Eigengegenli:opplung der Vorröhre V auf, die die Gesamtverstärkung in unnötiger Weise herabsetzt, da eine so hohe Eigenlinea.risie- rung der Vorröhre nicht nötig ist mit Rück-
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sieht auf die verhältnismässig geringen nichtlinearen Verzerrungen dieser schwach ausgesteuerten Röhre.
Da der Verstärkungsgrad der Vorröhre als Faktor in die Gesamtverstärkung eingeht, verringert sich diese bei Erhöhen des Widerstandes r mit dem Quadrat des Faktors, um den sich der Gesaml- gegenkopplungsgrad über die erfassten St,ii- fen erhöht. Hierin ist zweifellos ein Nachteil zu erblicken, da bei dieser Schaltung die Gesamtverstärkung in wesentlich stärkerem Masse zurückgeht, als dies der Linearisierung der Endröhre. die den Hauptanteil der nichtlinearen Verzerrungen liefert, ent>z#pi#ieht.
Ein weiterer Nachteil dieser Sehaltuno: besteht darin, dass die unmittelbare Parallelschaltung des Gegenkopplungsspannungs- teilers und des Ausgangsübertragers an den Grenzen und ausserhalb des zii übertragenden Frequenzbereiches zu umerwünschten Phasendrehungen führt, die die Stabilität des Ver- stärhers gefährden.
Bekanntlich geht durch die Gegenkopplung die Verstärkung auf den Wert
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zurück, worin v die Verstärkung der Kaskade ohne Gegenkopplung und 7,- den Gegenkopp- lungsfaktor (in dem vorliegenden Fall
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bedeuten. Die Verstärkung einer Peirtodl. ist bekanntlich Z, - ,S . R', wenn S die Steilheit und R' den Gesaint- belastungswiderstand bedeuten.
Im vorliegenden Fall ergibt sieh für die Verstärkung der Wert
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Mithin wird der für die Linearisierung üben die Kaskade massgebende Fald;or (das heisst der Linearisierungsfaktor)
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Im Anpassungsfall r + R --- R;
, ergibt sieh hieraus
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Die Verstärkung bis zum Ausgangswider- stand Rf. ist unter Berücksichtigung des I"hersetzungsverhältnisses
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izn Anpassungsfall ohne Gegenkopplung
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Der oben angegebene Wert für (k .
v)' stellt ein Mass für die Verstärkungsverminderung durch CTegenkopplung, jedoch nur für den Fall dar, dass der Widerstand r nicht gleichzeitig eine Verstrii-kungsverminderung durch Eigengegenkopplung der Vorröhre bedingt. In Wirkliehl@eii ist infolge dieser Eigen- gegenkopphing. wie schon er\vährit, der Ver- stärkungsverhist höher.
Um eine unnötig grosse Eigengegenkopp- lung der Vorröhre zu vermeiden, ist beim Verstlirker gemäss der Erfindung zwischen den Gegenkopplungsspannungsteiler der End- röhre und den Belastungswiderstand ein Reihenwiderstand eingeschaltet und der die Gegeilkopplung erzeugende Spannungsteiler- widerstand (r) kleiner beinhssen, als dies zur Erzielung desselben Linearisierungsfa,ktors (l,- . v) ohne den Reihenwiderstand erforderlich wäre.
Ein Ausführungsbeispiel für eine derartige Schaltung ist in F'ig. ? dargestellt. Sie unterscheidet, sieh von der Schaltung nach Fig. 1 lediglieb dadurch, dass zwischen dem Spannungsteiler R, r- und der Primärseite des Arisga,ngsiihertragc@rsT ein Reihenwiderstand P, eingeschaltet ist.
Bei dieser Schaltung errechnet sich für den Anpassungsfall für R" = r -!- R + R,. die Verstärkung bis zur llnode der letzten Röhre ohne Berücksichtigung derGegenkopp- liing 'lll -
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Mit
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ist dann der die Eigengegen- kopplung der Vorröhre nicht miteinbezie- hende Linearisierungsfaktor über die Kaskade:
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Die Verstärkung ohne Gegenkopplung, bezogen auf die Sekundärseite des Übertragers, wird bei Anpassung
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Hierin bedeutet
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den reziproken Wert des Übersetzungsverhältnisses Ü des Übertragers T. Daraus ergibt sich
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Die Gleichung für den Linearisierungsfaktor (Ir. .
v)' zeigt, dass dieser Wert im Gegensatz zu der Schaltung nach Fig.l nicht nur von der Steilheit und dem Gegenkopplungswider- stand r abhängt, sondern auch von dem Verhältnis
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Man erhält also durch die Schaltung gemäss Fig. 2 die Möglichkeit, ein und denselben Gegenkopplungsfaktor wie bei der Schaltung nach Fig. 1 zu erhalten, jedoch mit einem kleineren Wert von r, indem der Quotient
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entsprechend gewählt wird.
Da. durch Verkleinern des Spannungsteilerwider- standes r auch der unnötige Verstärkungsverlust durch Eigengegenkopplung der Vorröhre zurückgeht, ist bei gleichem Linearisie- rungsfaktor (lc . v)' über Kaskade der Ge- samtverstärkungsverlust geringer.
Es tritt zwar, wie die Formel für v' zeigt, eine Verringerung des Gesamtverstärkungsfaktors im Verhältnis
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auf, jedoch lässt sich diese Verstärkungsverminderung niedriger halten als die im Falle der Schaltung nach Fig. 1 durch die grössere Eigengegenkopplung der Vorröhre bedingte Verstärkungsverminde- rung. Es besteht auch die Möglichkeit, mit steigendem Wert von Rv den Abschluss R" grösser zu machen, da durch das Einschalten von Rv zwischen den beiden Kapazitäten Cl und C2 auch die Gesamtparallelkapazität zu R,, herabgesetzt wird.
Auch bezüglich der .Stabilität wirkt sich die Einschaltung des Widerstandes R., günstig aus, da es gelingt, den phasendrehenden Einfluss des Ausgangsübertragers mehr und mehr auszuschalten.
Bezeichnet man mit Ra, den Anpassungs- widerstand für den Fall Rv = 0, so ist der Verstärkungsgewinn, der sich bei gleichem Linearisierungsfaktor mit der Schaltung gemäss F'ig. 2 gegenüber der ,Schaltung gemäss Fig. 1 ergibt, durch das Verhältnis der zuvor abgeleiteten Verstärkungen v' auszudrücken, es ist also der Verstärkungsgewinn in logarithmischem Masse
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und damit
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Der Reihenwiderstand R" kann grundsätzlich auch in die kathodenseitige Anschlussleitung der Primärwicklung des tbertragers T eingeschaltet werden.