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Kaskadenschaltung zur Verstärkung tiefer Frequenzen Um Frequenzen
unter 1 Hz zu verstärken, ist es grundsätzlich möglich, direkt gekoppelte Verstärker
zu verwenden. Derartige Verstärker sind jedoch bei hohen Verstärkungen in bezog
auf ihre Nullpunktskonstanz sehr anfällig gegen Speisespannungsschwankungen. Es
muß daher ein recht beträchtlicher Aufwand an Stabilisierungsmitteln für die Anoden-
und Heizspannungen getrieben werden. Somit sind diese \,'erstärker sehr umfangreich
und dadurch teuer. Da bei diesen Verstärkern eine direkte Kopplung von Stufe zu
Stufe erfolgt, ergeben sich auch beim Röhrenwechsel sehr oft Schwierigkeiten, die
darin liegen, daß durch die abweichenden Daten der Röhren der geforderte Arbeitspunkt
nicht erreicht wird und somit entweder ein Aussuchen der Röhren erfolgen muß oder
ein neuer Abgleich des Verstärkers notwendig ist. Diese Nachteile lassen derartige
Verstärker für Betriebsmessungen nicht -sehr geeignet erscheinen, so daß eine Anwendung
praktisch nur in Einzelfällen erfolgt.
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Bei den bekannten RC-gekoppelten Verstärkern treten die genannten
Nachteile nicht so stark in Erscheinung, so daß derartige Verstärker bei geringem
Aufwand bedeutend stabiler arbeiten. Die Verstärkung tiefer Frequenzen mit diesen
Verstärkern, deren einzelne Stufen also durch eine RC-Kopplung miteinander verbunden
sind, bereitet jedoch insofern Schwierigkeiten, da weder der Kopplungskondensator
noch der zum Koppelglied gehörende Gitterableitwiderstand beliebig groß ausgebildet
werden können. Bei zu hoher Ausbildung von Kondensator und Gitterableitwiderstand
- die an sich wegen der möglichst gleichen Verstärkung der tiefsten gegenüber den
höheren Frequenzen erwünscht ist - wirken sich jedoch alle Schwankungen der Anodenspannungen
über den Kondensator auf das Gitter der Röhren aus und ergeben so Nullpunktsschwankungen,
die sich bei mehrstufigen Verstärkern mit hohem Verstärkungsfaktor bis zu einem
periodischen Kippen der Einrichtung steigern kann. Ferner muß die Größe des Gitterableitwiderstandes
mit Rücksicht auf ein sicheres störungsfreies Arbeiten der Röhre gewählt werden.
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Da, wie bereits angedeutet, der Frequenzausgang für die tiefen Frequenzen
von der Ausbildung des RC-Gliedes bestimmt wird und dieses aus Gründen der Verstärkerstabilität
in seiner Zeitkonstante relativ klein gehalten werden muß, können mit den bekannten
RC-gekoppelten Verstärkern ohne wesentlichen Abfall nur Grenzfrequenzen verstärkt
werden, die etwa bei 1 I-Iz liegen. Verstärker mit einer derartigen unteren Grundfrequenz
benötigen jedoch bereits eine sorgfältige Auswahl der verwendeten Schaltelemente.
Bei hohen Verstärkungsziffern ergibt sich durch die Schwingneigung ein komplizierterAufbau,
Abgesehen davon, daß die geforderte untere Frequenzgrenze von < 1 Hz nicht sicher
erreicht wird, sind derartige mehrstufige Verstärker auch wegen ihrer Instabilität
als Betriebsgeräte ungeeignet.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kaskadenschaltung zur Verstärkung
sehr tiefer Frequenzen mittels mehrerer abwechselnd in Kathodenbasis- und in Anodenbasisschaltung
betriebener Elektronenröhren. Die Erfindung besteht darin, daß die Kathodenbasisstufe
jeweils an die vorangehende Anodenbasisstufe galvanisch, an die nachfolgende Anodenbasisstufe
dagegen kapazitiv angekoppelt ist und daß die dynamische Zeitkonstante des Gliedes
aus Koppelkondensator und Gitterableitwiderstand in an sich bekannter Weise durch
Heranführung des Gitterableitwiderstandes an einen Abgriff des Kathodenwiderstandes
der Anodenbasisstufe vergrößert ist.
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Es ist bereits ein Verstärker für ein breites Frequenzband, beispielsweise
für Fernsehzwecke, bekanntgeworden, der als zweistufiger Gleichstromverstärker ausgebildet
ist und auch die Frequenz 1u11 überträgt. Um mit diesem Verstärker sehr hohe Frequenzen
ohne wesentliche Dämpfung übertragen zu können, wird die in der Kathode der Ausgangsröhre
angeordnete Impedanz gleich der Belastungsimpedanz der Eingangsröhre gemacht. Diese
Maßnahme ist vorgesehen, um eine weitgehende gleichförmige Verstärkung der höchsten
Frequenzen zu erreichen. Um höhere Verstärkungen zu erzielen, werden dieser zweistufigen
Anordnung weitere gleiche Anordnungen in Kaskade geschaltet. Die Kopplung der einzelnen
Kaskadenstufen erfolgt dabei unter anderem auch kapazitiv. Durch diese Ausbildung
wird dieser bekannte Verstärker hinsichtlich der Verstärkung sehr tiefer Frequenzen
ganz wesentlich verschlechtert.
Es sind ferner Schaltungsanordnungen
für einen zweistufigen Verstärker bekannt, bei denen die Kathode der ersten Stufe
unmittelbar bzw. über eine Drossel mit dem Gitter der zweiten Stufe verbunden ist.
Auch bei diesen Schaltungsanordnungen handelt es sich um einen reinen Gleichstromverstärker.
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Inder Zeichnung ist ein schematisches Ausführungsbeispiel nach der
Erfindung dargestellt. Die Zeichnung zeigt einen mehrstufigen Elektronenröhrenverstärker,
bei welchem die Eingangsstufe aus einer Triode oder Pentode 1 besteht, in deren
Anodenkreis ein Außenwiderstand 2 angeordnet ist, an welchem eine verstärkte, an
die Eingangsklemmen 3, 4 angeschaltete Spannung abgenommen wird. Wie ersichtlich,
ist die Eingangsstufe als normaler Spannungsverstärker ausgebildet. Der Ausgang
dieser Stufe ist nun über ein RC-Kopplungsglied 5, 6 an das Gitter einer Kathodenstufe
angeschaltet, deren Verstärkung G 1 ist. Der in der Kathodenleitung dieser Röhre
7 angeordnete Widerstand 8 besitzt einen Abgriff, an den ein Ende des Kopplungswiderstandes
geführt ist. Durch diese Anschaltung des Kopplungsgliedes 5, 6 an die Kathodenstufe
wird eine scheinbare Vergrößerung der Zeitkonstante erreicht. An den Ausgang dieser
Stufe wird nun ohne weitere Verwendung von Kopplungsgliedern wieder eine Verstärkerstufe
derart angeschaltet, daß das Steuergitter einer Röhre 9 unmittelbar mit der Kathode
der Röhre 7 verbunden wird. In. dem Anoden- und Kathodünkreis der verstärkenden
Röhre 9 sind die Widerstände 10, 11 angeordnet. Von der Anode dieser Röhre 9 wird
analog der Röhre 1 die verstärkte Spannung abgenommen und über ein weiteres Kopplungsglied
12, 13 der aus der Röhre 14 bestehenden Kathodenstufe zugeführt. Diese ist in ihrer
Schaltung genau wie die Röhrenstufe 7 ausgebildet, so daß auch hier die Zeitkonstante
wieder vergrößert erscheint. Der unsymmetrische Ausgang der Kathodenstufe 14 wird
unmittelbar mit dem Eingang einer aus den Röhren 15, 16 bestehenden kathodengekoppelten
Gegentaktstufe geschaltet, so, daß Kopplungsglieder zwischen den Röhren 14, 15,
16 nicht benötigt werden. Die verstärkte Spannung wird an den Ausgangsklemmen 17,
18 abgenommen. Wird eine unsymmetrische Ausgangsspannung benötigt, so entfällt die
Röhre 16.
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Es ist offensichtlich, daß die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung,
die also eine jeweilige Einschaltung einer Kathodenstufe zwischen zwei Verstärkerstufen
zum Kennzeichen hat, ein Minimum an Kopplungsgliedern benötigt, die in ihren Werten
klein gehalten werden können, jedoch durch die Schaltungsart der Anordnung eine
hohe Zeitkonstante ergeben. Es ist somit möglich, die Kapazitäten 5,12 so
klein zu halten, daß Schwankungen der Anodenspannungen nicht auf die Gitter der
Röhren gelangen. Außerdem wird eine bei großen Kapazitäten durch deren Leitfähigkeit
bedingte Verschiebung des Arbeitspunktes der Röhren vermieden, die unter Umständen
zum voll-
ständigen Versagen des Verstärkers führen kann.
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Derartig ausgebildete Verstärker können mit hohen Verstärkungsziffern
gebaut werden, ohne daß ein unstabiles Arbeiten, beispielsweise in Form von Schwankungen
des Nullpunktes, auftritt. Hinzu kommt die Erreichung einer unteren Grenzfrequenz,
die mit den bekannten Wechselspannungsverstärkern, bei denen jede Stufe eine Verstärkung
über 1 aufweist, nur unter großen Schwierigkeiten möglich ist.
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Um eine weitere Herabsetzung der unteren Grenzfrequenz zu erreichen,
ist es selbstverständlich möglich, in bekannter Weise eine frequenzabhängige Gegenkopplung
vorzusehen.