Schaltungsanordnung für eine oder mehrere hintercinandergeschaltete Verstärkerröhren. Bei Verstärkerschaltungen mit einem oder mehreren Verstärkern tritt besonders bei hohen Verstärkungsahlen leicht eine Selbsterregung der Schaltung auf, welche sich in Sprach verzerrungen oder einem Selbsttönen (Pfeifen) der Anordnung äussert. Solche Störungen können die Benutzung einer Verstärkervor richtung unmöglich machen. Die Selbster regung rührt davon her, dass die verstärkten Wechselströme auf die Empfangsstelle des Verstärkers, bezw. eines oder mehrerer der Verstärker in irgend einer Weise zurück kehren, so dass ein Teil des verstärkten Stromes wiederholt verstärkt wird.
Diese Rückkoppelungsstörungen sind bis jetzt in der Hauptsache auf die gegenseitige elektromagnetische Beeinflussung der einzel nen in einer Verstärkerschaltung vorhandenen Übertrager zurückgeführt worden. Um sie zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, die Übertrager mit Metallkappen insbesondere Eisenkappen zu umschliessen und dadurch die elektromagnetische Übertragung zu ver hindern. Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieses Mittel nicht genügt, um die Rück- lcppelungsstörungen in allen Fällen zu be seitigen.
Die Erfindung beruht nun auf der Er kenntnis, dass neben der elektromagnetischen Beeinflussung auch noch andere Ursachen zu Riikkoppelungsstörungen Anlass geben kön nen. So spielt die Kapazität der Wicklungs enden der einzelnen Übertrager gegen die Umgebung (Erde) eine nicht minder bedeu tende Rolle als die induktive Rückkoppelung. Auch die elektrostatische Wechselwirkung zwischen gewissen andern Teilen einer Ver stärkerschaltung kann die Ursache der Selbst erregung sein.
Es wurde ferner gefunden, dass bei Verstärkerschaltungen, in sogenannter Kaskadenschaltlug, bei Verwendung nur eitler einzigen Anodenbatterie für die Anodenkreise der verschiedenen Verstärker eine Ursache der Selbsterregung darin besteht, dass der vom @'er;
aärker zur Batterie zurückkehrende Strom die Entstehung von Stri-,men in dein Empfangsbreis des bezw. der vorhergehenden Verstärker verursacht, indem der verstärkte Strom entsprechend seiner Stromstärke und dem innern Widerstand der Batterie an deren Polen eine Potentialdifferenz erzeugt. Erfin dungsgemäss werden nun die aus diesen Ur- saehen entstehenden Rückkoppelungsstörungen durch geeignete Schaltmittel verhütet, die entweder die Ursache der Rückkoppelung beseitigen oder ihre Wirkung aufheben.
Die Verstärker haben im allgemeinen einen sehr hohen innern Widerstand. Es müssen deshalb den Übertragern, durch die der ankommende Strom den Verstärker über mittelt und der verstärkte Strom weiter geleitet wird, ein hohes Übersetzungsverhält nis und damit sehr hohe Windungszahlen gegeben werden. Demgemäss treten au den Wieklungsenden der Übertrager und an den Verstärkern sehr hohe Wechselspannungen auf.
Da ferner die Übertragerwicklung sehr hohe Impedanzwerte besitzt, so bedeuten die Kapazitäten ihrer Enden gegen Erde eine verhältnismässig starke Koppelung zwischen den einzelnen Übertragern, die leicht zu Rück koppelungsstörungen Veranlassung geben, da bei hohen Verstärkungszahlen schon eine geringe Koppelung Ströme erheblicher Stärke von der Sendestelle zur Empfangsstelle der Verstärkeranordnung überträgt.
Gxemäss einer ersten Ausführungsform der Erfindung können nun die auf diese Ursache zurückzuführenden Rückkoppelungsstörungen dadurch beseitigt werden, dass, um die durch Erdkapazitäten bedingten Koppelungen zwi schen den einzelnen Übertragerwicklungen auf ein unschädliches Mass herabzusetzen oder ganz zu beseitigen, sämtliche Übertrager wicklungen mit Ausnahme der Anschluss wicklungen der Empfangs- und Sendestelle, erforderlichenfalls aber auch noch diese Wich- lurren vorzugsweise über Kapazitäten ge erdet sind.
Zur Veranschaulichung der vorliegenden Verhältnisse ist in Fig. 1 schematisch das Ausführungsbeispiel einer Verstärkerschaltung dargestellt, wobei in Reihe zwei Kathoden röhren r1, r2 als Verstärker verwendet wer den. Der ankommende Strom gelangt über einen Vorübertrager v in den ersten Verstär- ker r1, dessen verstärkter Strom über einen weiteren mittleren Übertrager in der Empfangs seite des zweiten Verstärkers r2 zugeführt wird. Ein Nachübertrager n verbindet schliess lich die Senderseite des zweiten Verstärkers mit der Verbrauchsstelle, beispielsweise mit einem Telephon t. Eine Batterie von 6 Volt liefert den Strom für die Glühelektroden der Kathodenröhre, eine Batterie von 110 Volt den Anodenstrom für die Senderseiten der Verstärker.
Am ehesten wird das Pfeifen in einer derartigen Schaltung eintreten, wenn die äusseren Übertrager r und n miteinander ge koppelt werden. Betrachtet man die Einwir kung der Primärseite p des letzten tber- tragers u auf die Sekundärwicklung s des Vorübertragers v, so ergibt sich das in Fig. 2 veranschaulichte vereinfachte Schaltbild, in dem nur die für die vorliegende Untersuchung interessierenden Teile der Schaltung nach Fig. 1 eingetragen sind.
Die Enden der Primärspule p des Nach übertragers n haben gegen Erde E die Teil kapazität C1, C2, die Enden der Sekundär wicklung e des Vorübertragers v die Teilkapa zitäten Cs, C4. Die Punkte a und b der Wick lungen s und p sind durch die .Batterie infolge des geringen Widerstandes wie durch einen Kurzschluss verbunden. Hat nun die Erde das Potential U und haben die Enden der Wick lung p die Potentiale 1'1 und 1'=, so herrscht.
auch an dem Punkte < z das Potential I',. Es kann demnach durch die Wicklung s über C3 zur Erde .E ein der Potentialdifferenz Ti-Cl entsprechender Strom fliessen. Es wird also ein Teil des in das Telephon t zu sendenden verstärkten Wechselstromes zur Empfangs stelle des ersten Verstärkers zurückgelangen, wodurch eine Neuverstärkung und das damit zusammenhängende Pfeifen der Schaltung bewirkt werden.
Diese Erscheinung kann nun dadurch beseitigt werden, dass einzelne Punkte der Schaltungsanordnung, von denen aus schon verstärkte Ströme zur Empfangsstelle der Verstärkeranordnung zurückgelangen können, derart, und zwar vorzugsweise durch Kapa- zitäten so verbunden werden, dass das Poten tial dieser Punkte ganz oder annähernd auf Null gebracht wird.
In Fig. 3, die der)) Schaltbild der Fig. 2 entspricht, ist der Erfindungsgedanke bei spielsweise dadurch verwirklicht, dass die Batterien an ihrem Minuspol durch eine Lei tung e mit der Eide E verbunden sind. Hier durch wird die Potentialdifferenz zwischen dem Punkte a der Spule s und der Erde E und überhaupt das Wechselstrompotential l i auf Null gebracht.
Die in obigem gegebene Betrachtungs weise trifft für alle diejenigen Wicklungs paare zu, die, wie das beschriebene, durch die Batterie oder unmittelbar einseitig ver bunden sind. In dieser Weise sind alle Wick lungen miteinander verbunden bis auf die jenigen, an denen die Empfangs- und Sende station angeschlossen sind. Es ist unter Um ständen nötig, auch die Koppelung dieser Wicklungen unschädlich zu machen. Das kann dadurch erreicht werden, dass sie durch die in Fig. 4 angegebenen Verbindungen k1, k2 mit den übrigen Wicklungen einseitig ver bunden werden, d. h. dadurch, dass je ein Endpunkt a bezw. y der zweiten Wicklung der Übertrager an den Minuspol der Bat terien gelegt wird.
Theoretisch hätte es den selben Erfolg, wenn die Punkte a mit<I>x</I> und<I>b</I> mit y unmittelbar verbunden werden, prak tisch hat dies jedoch den Nachteil, dass in folge der Erdung des Minuspoles der Bat terien (beispielsweise durch die Verbindung e) die Empfangsstation 110 Volt Gleichstrom spannung gegen Erde führen würde.
Sehr häufig, besonders bei nicht allzuhohen Verstärkungszahlen, genügen zur Beseitigung der Störung schon die Verbindungen k1, k2 der Fig. 4 ohne Vornabme der Erdung, und zwar aus folgendem Grunde: Wie aus der schaubildlichen Darstellung nach Fig. 2 er sichtlich, geht ein grosser Teil des von b nach a verlaufenden verstärkten Stromes nicht über die Wicklung x und die Kapazi tät Cs, sondern unmittelbar über die Kapazi tät C4. Während die in Fig. 3 dargestellte Erdverbindung der Batterie einen reinen Kurz- schluss des Stromweges über s - C3 darstellte, kann unter Umständen die Störung schon beseitigt werdet, wenn) die Kapazität C4 er heblich vergrössert wird. Eine derartige Schal tung ist in Fig. 4 schematisch veranschau licht.
Es sind darin zu den Kapazitäten C2 und C4 weitere grosse Kapazitäten parallel geschaltet. Als diese Kapazitäten sind die jenigen der Sende- und Empfangsstation mit ihren Zuleitungen zur Verstärkeranordnung praktisch verwendet. Die Anschaltung dieser verhältnismässig grossen Kapazitäten - sie sind schematisch durch die Kondensatoren ü angedeutet - erfolgt durch die Verbin dungen k1, k2 der Fig. 4.
Fig. 5 zeigt die bei einer Reihenschal tung von zwei Röhren gemäss obigen Aus führungen vorzunehmenden Schutzverbin dungen.
Die Minuspole der 6 V und 110 T Batte rien sind an Eide gelegt, wie in Fig. 3 schematisch veranschaulicht. Über die 6l' Batterie ist das Ende der Sekundärspule s des Übertragers v und über die 110 T Batterie das Ende der PrimärWicklung p des Über tragers -ic an Ei-de angeschlossen. Da der Widerstand der Batterien sehr gering ist, so kann der Wechselstrom-Spannungsunterschied beider Wicklungsenden als gleich 'Null. an gesehen werden.
Die Enden der Primärwick lung von u und der Sekundärwicklung von sind entsprechend dein Schaltungsschema nach Fig. 4 gleichfalls an Ei-de angeschlossen, sa dass auch hier keine Wechsel-Spannungsunter- schiede vorhanden sind.
Bei hohen Verstärkungszahlen genügen die in den Fig. 1-5 erläuterten Hilfsver bindungen nicht. Es hat sich nämlich ge zeigt, dass auch die elektrostatische Wechsel wirkung zwischen) gewisse)) Teilen einer -\Ter- stärkerschaltung eine Ursache der Selbst erregung der Schaltung sein kann.
Um nun die Selbsterregung, soweit sie auf diese Ur sache zurückzuführen ist, zu beseitigen, wer den gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung alle diejenigen Elemente der Schaltung, durch deren gegenseitige Kapazi täten Teile des verstärkten Stromes zu der Empfangsstelle desselben oder eines voraus gehenden Verstärkers zurückgelangen kön nen, mit metallischen Hüllen irgendwelcher Art umgeben und mit einem Pol jeder ein zelnen, bezw. der gemeinsamen Lokalbatterie elektrisch leitend verbunden. Zur Erzielung der beabsichtigten Wirkung kann es unter Umständen schon genügen, nur die Über trager zu umhüllen. Bei höheren Verstär kungsgraden wird man jedoch alle Leiter, welche Wechselstrom-Potentialunterschiede gegeneinander aufweisen, mitschützen müssen.
Solche Leiter sind zum Beispiel bei der Ver wendung von Entladungsröhren als Verstär ker in erster Linie die Zuleitungen zu den Hilfselektroden der Röhren und die Zufüh rungen zu deren Anoden. In gewissen Fällen kann es aber sogar nötig sein, die neue Schutz- malralrme auch noch auf die Verstärker selbst auszudehnen.
U m Hüllen zu ersparen, werden diejenigen Leiter in den Verstärkerschaltungen, die keine oder nur geringe Potentialunterschiede auf weisen, einpolig mit der Lokalbatterie bezw. mit dem Hüllensystem verbunden und erst dadurch zu solchen Leitungen gemacht, die keines- Hüllenschutzes bedürfen, so dass dann ungeschützten Leitern keine schädlichen Potentiale aufgedruckt werden. Die Hüllen schützen nicht nur die einzelnen Elemente der Schaltung gegeneinander, sie bewirken auch die Fernhaltung etwaiger von aussen herrührender elektrischer Störungen. Die Fig. 6 und 7 zeigen eine Lautverstärkungs- Einrichtung mit zwei in Stufen geschalteten Kathodenstrahlenröhren V1, V2.
Der ankommende Wechselstrom gelangt über einen Vorübertrager P1, Si in den ersten Verstärker F1, dessen verstärkter Strom über einen weiteren Übertrager P2, 82 den zweiten Verstärker V2 zugeführt wird. Ein Nach übertrager P3 S3 verbindet schliesslich die Senderseite des Verstärkers V2 mit der Ver brauchsstelle, beispielsweise einem Telephon T. Eine Heizbatterie B1 ist über Vorschaltwider stände w1 bezw. wi an die Glühkathoden der Entladungsröhren Vl und V2 angeschlossen, und eine Batterie B2 liefert den Anodenstrom für die Senderseiten der Verstärker.
Die Übertragerspulen Si, P2, S2, P3 sind an ihrem einen Wicklungsende durch Kurz schlussverbindungen miteinander gekoppelt, während ihre andern Wicklungsenden und die Leitungen l1, l2, l3, l4 zwischen den be treffenden Übertragerspulen und den Hilfs elektroden bezw. Anoden der Röhren V1, V7 wechselseitig durch gegenseitige Kapazitäten verbunden sind, von denen die schädlichsten in Fig. 6 durch die Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 versinnbildlicht sind. Diese Kapa zitäten können sich natürlich auch aus Teil kapazitäten der einzelnen Elemente gegen Erde bezw. das Gehäuse zusammensetzen. Auf diese Weise besteht eine Koppelung zwi schen den einzelnen Übertragerwicklungen S1, P2, Ss, P3, infolge deren der verstärkte Strom zu den Empfangsseiten der Verstärker zurück gelangen kann.
In Fig. 7 ist nun veranschaulicht, wie diese schädliche Wirkung beseitigt wird. Die reit starken Linien gezeichneten Umrahmungen stellen die metallischen Umhüllungen dar, in welche die Übertrager P1 S1, P2 S5, P3 S3 und die Leitungen l1, l2, l3, l4 eingeschlossen sind. Diese Umhüllungen stehen durch Lei tungen 5i bis sc untereinander in elektrischer Verbindung und sind durch eine gemeinsame Leitung s7 über den Punkt R an den nega tiven Pol der Heizbatterie Bi angeschlossen.
Ausserdem sind noch - was für die Erfin dung unwesentlich ist - die Punkte 0, und 09 der Übertragerspulen Pi und 8, durch Leitungen czi, a.2 ebenfalls über-Punkt R mit der Batterie Bi verbunden, wobei Punkt R durch Leitung a:; geerdet ist.
Bei andern Arten von Verstärkern, zum Beispiel Mikrophonverstärkern, finden die beschriebenen Schutzmassnahmen sinngemässe Anwendung.
In den Fig. 5-7 sind Ausführungsbei spiele beschrieben, bei denen eine gemeinsame Anodenbatterie für die verschiedenen Anoden kreise vorgesehen ist. Es hat sich nun ge zeigt, dass bei derartigen Verstärkerschal- tungen trotz der beschriebenen Sicherheits- massnahmen dennoch ein Pfeifen auftritt, wenn der innere Widerstand der Batterie eine ge wisse Grösse besitzt. Dadurch nämlich, dass der verstärkte Strom des letzten Verstärkers auch durch die gemeinsame Batterie fliesst, verursacht er entsprechend seiner Stromstärke und dem innern Widerstand der Batterie an deren Polen eine Potentialdifferenz, welche in den Empfangskreis des bezw. jedes vor hergehenden Verstärkers einen Zweigstrom schickt.
Diese Zweigströme werden wieder verstärkt und bringen, wenn sie einen be stimmten Wert übersteigen, eine Selbster regung der Schaltung hervor.
Man ist nun zwar an und für sich in der Lage, derartige Störungen einfach dadurch zu vermeiden, dass man eine Lokalbatterie von genügend kleinem innern Widerstand, beispielsweise eine Sammelbatterie, verwendet, doch besteht in vielen Fällen, etwa aus Grün den der Raum- und Gewichtsersparnisse, der Wunsch oder die Notwendigkeit, eine mög lichst kleine Batterie, zum Beispiel eine solche von kleinen Trockenelementen zu verwenden. Solche Batterien zeigen aber die unangenehme Eigenschaft, dass ihr Widerstand bei längerern Gebrauch stark ansteigt, bei einzelnen Batte rien sogar schon im Anfang so gross ist, dass bald die angegebenen Störungen auftreten, welche die ganze Schaltung unbrauchbar machen können.
Die folgende Ausführungsform der Erfin dung gibt nun ein Mittel an die Hand, auch bei der Anwendung einer solchen Lokalbat terie, welche infolge ihrer Widerstandsverhält nisse an und für sich eine Selbsterregung der Verstärkerschaltung hervorbringen würde, die Selbsterregung zu unterdrücken. Dieses Mittel besteht darin, zu der gemeinsamen Batterie einen Kondensator von solcher Grösse parallel zu schälten, dass der Scheinwider stand von Batterie und Kondensator für die in Frage kommenden Wechselströme immer unter dem kritischen Wert bleibt, wie hoch auch der Batteriewiderstand allein ansteigen mag.
Unter Umständen ist es sogar vorteilhaft, den Batteriewiderstand künstlich durch Dazu- schalten eines festen Widerstandes zu ver grössern und den Kondensator parallel zu der Batterie und denn in Reihe damit geschalteten Widerstand zu legen, damit der Scheinwider stand der Kombination mit grosser Genauig keit während der gesamten Gebrauchsdauer der Batterie einen konstanten Wert behält. In diesem Falle ist der zurückgeleitete Zweig strom des verstärkten Stromes praktisch dauernd der gleiche, so dass Änderungen in der Verstärkungszahl, Klangfarbe usw. der Verstärkerschaltung nicht eintreten.
In Fig. 8 ist diese Anordnung bei einer Kaskadenschaltung von zwei Enthadungs- verstärkern dargestellt.
V1 und E2 bedeuten dabei zwei Ent ladungsverstärker bekannter Bauart, beispiels weise Hochvakuumröhren, mit den Anoden A1 und A2. Die Kathoden K1 und K2 werden aus einer gemeinsamen Heizbatterie Bh über die Vorachaltwiderstände W1, W2 (regelbare oder Eisenwiderstände) geheizt. Die beiden Anoden Ar und A2 erhalten ihre positive Spannung aus einer gemeinsamen Anoden batterie Ba, deren innerer Widerstand durch Wi dargestellt sei. Der erregende Wechsel strom gelangt bei der Empfangsstelle P in die Kathodenschaltung und wirkt mittelst des Übertragers Ti auf den ersten Verstärker V1. Der verstärkte Strom wird durch den Über trager T2 denn zweiten Verstärker V2 zu geführt.
Der hier zum zweiten Male ver stärkte Strom wird durch den Übertrager T3 auf die Sendestelle 8 der Schaltung übertragen und kann dort beispielsweise urit einem Fern hörer abgenommen werden.
Der verstärkte Strom des zweiten Verstärkers j:: fliesst in folgendem Kreise: :1._. T3, I, Ba, 1f i, Q, h_ und erzeugt zwischen den Punkten r lind Q eine Spannungsdifferenz, die einen Zweigstrom in dem Kreis R, 1'.z, A r. K,, !2 hervorruft.
Dieser Strom wird mittelst des Übertragers T2 auf die Empfangsstelle des Verstärkers V2 übertragen, abermals verstärkt und würde, falls 11'i eine bestimmte Grösse über"chreitet, eine Selbsterregung der Schal tung bewirken. Dies verhindert jedoch der zwischen den Punkten P und L2 parallel zu der gemeiusamen Anodenbatterie Ba bezw. WU geschaltete Kondensator C.
Die Grösse dieses Kondensators hängt von dem Ver stärkungsgrad der ganzen Anordnung ab und kann beispielsweise so bestimmt werden, dass man zunächst eine Batterie mit kleinem inne ren Widerstand aufnimmt, so viel Wider stand zuschaltet, bis Pfeifen eben noch nicht auftritt, und dann eineu Kondensator wählt, dessen Scheinwiderstand für alle in Frage kommenden Frequenzen kleiner ist, als der zugeschaltete Widerstand plus Batteriewider stand. Dieser Kondensator genügt dann für jeden vorkommenden Batteriewiderstand.
Der Widerstand Wi kann auch ein be sonderer fester Widerstand sein, wodurch man, wie bereits erwähnt, den Vorteil erzielt, dass Veränderungen des Widerstandes der Batterie Ba selbst praktisch ohne Einfluss auf die Verstärkungszahl, die Klangfarbe usw. der Schaltung bleiben.
Der parallel zur Batterie liegende Kon densator müsste unter Umständen sehr gross sein, besonders bei Verstärkung von nieder- fiequenten Schwingungen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, zwischen dem Pluspol der Batterie und der Anodenwicklung des Über tragers einen Widerstand geeigneter Grösse einzuschalten und den Kondensator parallel zu Widerstand und Batterie ztt legen.
Es kommt dann nicht die gesamte, am Konden sator herrschende Wechselspannung des ver- stärkten Stromes an den Batteriepolen zur Wirkung, sondern nur ein Bruchteil davon, der bestimmt ist durch das Verhältnis von eingeschaltetem Widerstand zum Batterie widerstand.