Schaltung zur regelbaren Verstärkung von elektrischen Schwingungen. Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur regelbaren Verstärkung von elektrischen Schwingungen mittels minde- etens zweier parallel geschalteter, gitterge- steuerter Entladungsbahnen mit Charakte ristiken, deren Steilheiten sich als Funktion der Stenergitterspannung verschiedenartig ändern.
An eine Verstärkerschaltung wird im all gemeinen die Anforderung gestellt, dass die Verstärkung über einen grossen Bereich regel bar ist, ohne da3 Verzerrung auftritt; ausser dem wird häufig die Anforderung gestellt, dass die Schaltung in ungeregeltem Zustand, und somit bei verhältnismässig geringen Wer ten der zu verstärkenden Sch-,vingungen, eine sehr grosse Verstärkung liefert.
Diese beiden Bedingungen konnten bisher in der Praxis nicht gleichzeitig erfüllt wer den. Die in den Verstärkerschaltungen ange wendeten Entladungsröhren besitzen nämlich entweder eine Charakteristik mit einer grossen mittleren Steilheit und einem kleinen Aussteuerbereich oder eine Charakteristik mit einer kleinen mittleren Steilheit und einem grossen Aussteuerbereich. Mit Röhren der erstgenannten Art kann eine grosse Verstär kung erzielt werden; aber die Regelmöglich keiten sind sehr beschränkt, da die betref fende Charakteristik im untern Teil zu stark gekrümmt ist, und beim Arbeiten in diesem Gebiet erhebliche Verzerrungen auftreten.
Mit Röhren der zweiten Art .ist eine gute Re gelung möglich, ohne dass grosse Verzerrun- en auftreten; aber .die höchst erreichbare Verstärkung ist nur gering. Es ist bei diesen Betrachtungen zu bedenken, dass ein Ver gleich der Steilheiten von verschiedenen Ent ladungsröhren nur dann einen, Sinn hat, wenn man die Anodenspannung als gegeben an nimmt, oder;
was auf eins hinausläuft, wenn man einen; Maximalanodenstrom festsetzt. Bei Niederfrequenzwiderstandsv erstärkung hat ein hoher Wert der Steilheit nur dann einen Sinn, wenn er bei einem niedrigen Wert des Anodenstromes erreicht wird, da die Grösse des Anodenstromes die im Widerstand zu vernichtende Energiemenge bestimmt. Bei HochfrequenzversMrkung soll gleichfalls ein hoher Wert der Steilheit mit einem niedrigen Wert des Anodenstromes einhergehen,
da hier die Grösse des Anodenstromes den Wert des Anodenirausehstromes bedingt.
Die Erfindung schafft nun eine Schal tung, die sowohl eine grosse Maximalverstär kung wie auch. einen grossen Regelbereich besitzt.
Gemäss der Erfindung werden zwei par allel geschaltete, gittergesteuerte Entladungs bahnen angewendet, von denen die eine eine Charakteristik mit in bezug auf die zweite Bahn.grossar mittlerem .Steilheit, dagegen einen kleinen Aussteuerbereich aufweist, während Mittel vorgesehen sind, die zwangsläufig be- wirken, dass die Verstärkung unterhalb eines gegebenen;
Amplitudenwertes der zu verstär kenden Schwingungen wenigstens nahezu ausschliesslich durch die erstgenannte Bahn und oberhalb dieses Amplitudenwertes wenig stens nahezu ausschliesslich durch die zweite Bahn erfolgt, wobei die Signalspannung auf ein in der Nähe der Kathode angeordnetes Steuergitter. wirkt und die erwähnten Mittel durch weiter von der Kathode entfernte Git ter gebildet werden, auf die von der Signal spannung abhängige Spannungen wirken.
Die zwangsläufige Umschaltung von der einen Entladungsbahn auf die andere kann zweckmässig dadurch erzielt werden, dass die Gittersteuerung durch eine von der Ampli tude der zu verstärkenden Schwingungen ab hängigen Regelspannung erfolgt, die ausser dem das Potential einer in der zweiten Ent ladungsbahn (d. h. der Bahn mit der verhält nismässig kleinen mittleren Steilheit und dem verhältnismässig grossen Aussteuerbereich) liegenden:
Hilfselektrode .auf derartige Weise beeinflusst, dass. diese Bahn beim Unterschrei- ten eines vorgegebenen Wertes der Ampli tude der zu verstärkenden Schwingungen ge sperrt wird.
Die Entladungsbahn mit der verhältnis mässig grossen mittleren -Steilheit und dem verhältnismässig kleinen Aussteuerbereich wird bei grossen Werten der Regelspannung durch diese -Spannung selbst gesperrt.
Die genannte Hilfselektrode wird vor zugsweise über einen Widerstand mit den miteinander verbundenen Anoden der beiden Entladungsbahnen verbunden, und in den, ge meinsamen Anodenkreis der Entladungs bahnen wird ein Widerstand aufgenommen, der derart bemessen ist, dass, beim Unter- schreiten einer vorgegebenen Amplitude der zu verstärkenden Schwingungen die Ent ladungsbahn, in der sich die Hilfselektrode befindet, gesperrt wird.
Der Widerstand, über den die Hilfselek trode mit den Anoden verbunden ist, wird vorzugsweise derart bemessen.,. dass die resul tierende Charakteristik der Entladungsbah nen keine Knickstellen zeigt. Es ist empfehlenswert, den Widerstand, über den die Hilfselektrode mit den Anoden verbunden ist, gross in bezug auf den in den Anodenkreis aufgenommenen Widerstand zu machen.
Es ist manchmal erwünscht, die Hilfs elektrode ausserdem über einen Widerstand mit der beiden Entladungsbahnen gemein samen Kathode zu verbinden.
Die Elektroden beider Entladungsbahnen werden vorzugsweise in einem einzigen Röh renkolben untergebracht.
Bei :einer besonders geeigneten Ausfüh- rungsform der Erfindung wird die Entla dungsbahn, in der sich die genannte Hilfs elektrode befindet, von einem Steuergitter gesteuert, dessen Wicklungsganghöhe und/ öder dessen Abstand von der Kathode nicht konstant sind. Die ,andere Entladungsbahn wird vorzugsweise mittels eines Steuergitters gesteuert, dessen Wicklungsganghöhe sowie dessen Abstand von der Kathode konstant sind.
Die Entladungsbahnen können beispiels weise beide m einer einzigen Regelpenthode untergebracht Bein, in der Weise, dass sie mit einem aus zwei elektrisch voneinander iso lierten Teilen bestehenden Schirmgitter ver sehen sind, dessen Teil, der jenem Teil des Steuergitters gegenüber liegt, dessen Wick- lungs'ganghöhe und/oder dessen Abstand von der Kathode nicht konstant sind, die ge nannte Hilfselektrode bildet.
Die Erfindung wird an Hand der in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Aus führungsbeispiele näher erläutert.
In Fig. 1 ist als Ausführungsbeispiel eine Schaltung zur Verstärkung von Niederfre- quenzschwingungen dargestellt, bei der zwei Entladungsbahnen angewendet werden, die beide im gleichen Röhrenkolben 1 unterge bracht sind. Diese Röhre weist ein Steuer- gitter 2, ein aus. zwei Teilen 3 und 3' be stehendes Schirmgitter, ein Fanggitter 4, eine Anode 5 und eine Kathode 6 auf, die mit dem Fanggitter, 4 verbunden ist. Die oben erwähnte Hilfselektrode wird durch den Teil 3' des Schirmgitters gebildet.
Die Ent ladungsbahn, in der sich diese Hilfselektrode befindet, wird von einem Teil des Steuer gitters gesteuert, der mit ungleichmässiger Wieklungsganghöhe ausgeführt ist. Der in der andern Entladungsbahn befindliche Steuergitterteil ist mit gleichbleibender Ganghöhe bewickelt. Die beiden Steuergitter- teile sind elektrisch miteinander verbunden. Das Fanggitter 4, die Anode 5 und die Ka thode 6 dienen gleichzeitig für die beiden Entladungsbahnen.
Infolge der besonderen Ausbildung des Steuergitters weist die linke Entladungsbahn (in der sieh die Hilfselektrode 3' befindet) eine Charakteristik mit einer verhältnismässig kleinen mittleren Steilheit und einem verhält nilmässig grossen Aussteuerbereich und. die rechte Entladungsbahn eine Charakteristik inii-. einer verhältnismässig grossen mittleren Steilheit und einem verhältnismässig kleinen Aussteuerbereich auf.
Ein derartiger Unter schied in den Charakteristiken lässt sich auch auf andere Weise, beispielsweise durch eine besondere Ausführungsform der Hilfselek trode 3', erzielen.
Der Schirmgitterteil 3 ist über einen aus zwei Widerständen 7 und 8 bestehenden Spannungsteiler mit dem positiven Pol einer in der Figur nicht dargestellten) Gleieli- spannungsquelle und über einen Kondensator 3 mit der Kathode 6 verbunden. Die Hilfs elektrode 3' ist über einen hohen Widerstand 10 mit der Anode 5 und über einen Konden- salor 11 mit der Kathode 6 verbunden. Fer ner liegt im Anodenkreis ein verhältnismässig liolif@r Widerstand 12.
Der Wert des Wide r standes 10 ist in der Regel grösser als der Wert des Widerstandes 12 und vorzugsweise sogar gross! in bezug auf den Wert dieses Widerstandes.
Die zu verstä.rhenden Schwingungen wer den zusammen mit einer von der Amplitude dieser Schwingungen abhängigen Regelspan nung dem Steuergitter 2 zugeführt; die ver- @lä rk ten Schwingungen können über einen Kondensator 13 dem Widerstand 12 entnom men werden. Die Wirkung der Schaltung lässt -sich an Hand der Fig. 2 erklären.
In dieser Figur sind drei Charakteristiken dargestellt, die den Zusammenhang zwischen dem Anodenstrom i;" und der Steuergittergleichspannung Vgi bei drei voneinander verschiedenen Schaltungen darstellen.
Die Charakteristik, dargestellt durch die Kurve a, bezieht sieh auf die Schaltung, die durch Ausschaltung der linken Entladungs bahn erhalten wird; dies wird dadurch er reicht, dass die Verbindung der Hilfselektrode 3' mit der Anode 5 unterbrochen und statt dessen diese Elektrode unmittelbar mit der Kathode 6 verbunden wird.
Die Charakteristik b bezieht sich auf die in hig. 1 dargestellte Schaltung.
Die Charakteristik c bezieht sich auf die Schaltung, die entsteht, wenn die Ililfsekk- trode 3' mit dem Schirmgitter 3 verbunden und die Verbindung der Hilfselektrode 3' mit der Anode 5 unterbrochen wird.
Der Wert des Anodenstromes ist auf der senkrechten Achse in ,yA und der Wert der Steuergittergleichspannung auf der waag- rechten Achse in Volt aufgetragen.
Bei der zuerst erwähnten Schaltung wirkt ausschliesslich die rechte Entladungsbahn, und die Charakteristik a zeigt daher das ge wöhnliche Bild einer Penthodencharakte- ri.stik: einen steilen. Verlauf und einen klei nen Aussteuerbereich; die Bahn ist beim Punkt P bereits vollkommen gesperrt. Eine Entladungsbahn mit einer solchen Charakte ristik besitzt zwar gute Verstärkereigen- scha.ften, aber die Verstärkung ist nur in sehr beschränktem Masse regelbar.
Bei Verstär kung in der Nähe des Punktes P tritt eine unzulässig hohe Verzerrung der zu verstä.r- kenden Schwingungen auf.
Die Schaltung mit der Charakteristik .c entspricht im wesentlichen einer Verstärker scha.ltung, in der eine Regelpenthode ange wendet wird. Diese Charakteristik zeigt einen gleichmässigen Anstieg der Steilheit und einen grossen Aussteuerbereich; die grösste Steilheit - bei gegebener Anoden- Spannung oder bei gegebenem Anodenstrom - und somit die höchst erreichbare Ver stärkung sind jedoch verhältnismässig gering.
Es ergibt sich aus dem Verstehenden, dass eine Schaltung mit grosser Maximalverstär kung, deren Verstärkung überdies über einen grossen Bereich regelbar ist, bis dahin nicht erhalten werden konnte.
Die Schaltung gemäss Fig. 1 entspricht jedoch diesen beiden Anforderungen. Die rechte Entladungsbahn wirkt dabei auf nahezu ähnliche Weise wie bei der Schaltung mit :der Charakteristik a.
Wenn der Strom in dieser Entladungsbahn einsetzt (beim Punkt P), nimmt der Strom in der linken Ent laduna bahn zwangsläufig stets mehr ab, und mit abnehmender Amplitude der zu verstär kenden Schwingungen beim Unterschreiten eines bestimmten Wertes der Amplitude wird er vollkommen gesperrt. Diese Sperrung geht folgendermassen vor sich.
Bei kleiner Ampli tude der zu verstärkenden Schwingungen und somit bei kleiner Regelspannung nimmt der Anodenstrom immer mehr zu, was zur Folge hat, dass der Spannungsabfall am Widerstand 12 gleichfalls zunimmt. Die Anodengleich spannung und die Spannung der Hilfselek- trode 3' nehmen infolgedessen ab.
Die Span nung der Hilfselektrode sinkt infolgedessen unter den Mindestwert, der zum Aufrecht erhalten des Entladungsstromes erforderlich ist, und der Strom dieser Entladungsbahn wird gesperrt. Die Lage des Punktes, in dem die Sperrung anfängt, wird im wesentlichen durch den Wert des Widerstandes 12 be dingt.
Bei grosser Amplitude der zu verstärken den Schwingungen und somit bei grosser Regelspannung befindet sich die rechte Ent- ladungsbahn in. einem Zustand, der in der Charakteristik durch einen Punkt links vom Punkt P .gekennzeichnet wird, das, heisst, dass der Strom der rechten Entladungsbahn in diesem Fall gesperrt ist.
Auf diese Weise wird also, je nach dem Werte der Regelspan- nung, zwangsläufig von der einen auf die andere Entladungsbahn umgeschaltet. Die Charakteristik der Schaltung gemäss Fig. 1 ist in der Kurve b dargestellt. Diese Charakteristik zeigt tatsächlich sowohl einen grossen Regelbereich, wie auch eine hohe Maximalverstärkung bei einem relativ nied rigen Wert des Anodenstromes.
In dem am stärksten gekrümmten Teil der Kurve wirken beide Entladungsbahnen gleichzeitig. Durch eine richtige Wahl der angewendeten Widerstände, insbesondere des Widerstandes 10, und durch geeignete Be messung der Entladungsbahnen kann der Charakteristik ein derartiger Verlauf gege ben werden, dass, die Verzerrungen auch im Gebiet maximaler Krümmung innerhalb der zulässigen Grenzen bleiben.
Bei der beschriebenen Schaltung kann beispielsweise eine 500fache - Verstärkung erreicht werden und die Verstärkung ist in einem Verhältnis von 1 : 10100 regelbar (d. h., dass bei sehr grosser Amplitude die eintreffen den Schwingungen in einem Verhältnis von 1 : 2 abgeschwächt werden). Die Verzerrung bleibt dabei gering und der Magimalanoden- strom niedrig.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungs form der Erfindung dargestellt, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, dass- die Hilfselektrode 3' über einen Widerstand 14 mit der Kathode ver bunden ist und dass die Spannung des Schirm- gitters unmittelbar über einen Widerstand 8 der Anodengleichspannungsquelle entnom men wird.
Bei dieser Schaltung lässt sich eine nahezu exponentielle Regelung der Verstär kung erzielen. Eine solche Regelung ist be sonders wichtig bei Mikrophonverstärkern, bei denen ein linearer Zusammenhang zwi schen dem Wert der Regelspannung und dem Wert der in dB ausgedrückten Verstärkung gewünscht wird.
Durch Änderung des Wertes des Wider standes 14 lässt sich die Steilheit der Cha rakteristik, die den Zusammenhang zwischen dem Logarithmus der Steilheit und der Steuergitterspannung darstellt, ändern.
Falls Hochfrequenzschwingungen zu ver- stärken sind, wird vorzugsweise ein auf diese Schwingungen abgestimmter Kreis in Reihe mit dem Widerstand 12 geschaltet, während dieser Widerstand selbst mitels eines Kon- densators für die Hochfrequenzsch@vingungen überbrückt wird.