DE1029879B - Eingangsstufe eines Gleichspannungs-verstaerkers - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Eingangsstufe eines Gleichspannungsverstärkers für sehr niedrige Spannungen, insbesondere für Meßzwecke. Unter einem Gleichspannungsverstärker wird hier ein Verstärker mit direkter Kopplung verstanden, mit dessen Hilfe nicht nur Gleichspannungen, sondern auch Wechselspannungen sehr niedriger Frequenzen verstärkt werden können. Bei solchen Verstärkern für sehr niedrige Spannungen entstehen jedoch Schwierigkeiten infolge der unvermeidlichen Änderungen der Kathodenemission, d. h. Emissionsänderungen, der Kathode täuschen Meßspannungsänderungen vor.

Zur Unterdrückung des Einflusses dieser Änderungen ist es bekannt, in die Kathodenzuleitung einen Widerstand zu schalten, der gleichzeitig einen Teil des Kreises zwischen Kathode und Steuergitter bildet, so daß die über diesen Widerstand auftretenden Spannungsänderungen im Steuergitterkreis wirksam sind. Je höher der Wert dieses Kathodenwiderstandes gewählt wird, desto besser wird der Einfluß der Kathodenemissionsschwankungen unterdrückt; gleichzeitig wird aber die unerwünschte Gegenkopplung erhöht. Zur Behebung dieses Nachteils ist es bekannt. Röhrenschaltungen mit Stromverteilungssteuerung zu verwenden. Dazu wird eine Röhre mit mindestens vier Gittern vorgesehen; an das erste Gitter wird eine konstante Vorspannung gelegt, das zweite und vierte Gitter wird positiv vorgespannt, während am dritten Gitter die Eingangsspannung wirksam ist.

Bei dieser Art der Eingangsschaltung eines Gleichspannungsverstärkers würde die Wahl eines verhältnismäßig hohen Kathodenwidearstandes bezüglich der Verstärkung nichts ausmachen, wenn diese Maßnahme nicht von der unangenehmen und insbesondere für Gleichspannungsverstärker sehr störenden Erhöhung der Mikrofonieempfindlichkeit begleitet wäre. Der Mikrofoneffekt wird durch mechanische Erschütterungen der Elektroden, insbesondere der kathodennahen Elektroden, bewirkt, kann aber auch von Verlagerungen und Formänderungen der Kathode infolge der Heizung herrühren.

Der Erfindung liegt nun die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem Gleichspannungsverstärker mit hohem Verstarkungsgrad sowohl die Einflüsse der Emissionsänderungen als auch eine Anfälligkeit gegen Mikrofomeerscheinungen mit bisher bekannten Schaltungen nicht beseitigt bzw. nennenswert vermindert werden können, weil dort der eine Effekt immer durch Maßnahmen gegen den anderen Effekt gefördert wird.

Werden nun gemäß der Erfindung die Werte des Käthodenwiderstandes im Kreis zwischen der Kathode und dem dritten Gitter mindestens zwanzigfach und eines am zweiten und vierten Gitter liegenden, zur Kopplung dienenden gemeinsamen Widerstandes um

Eingangsstufe eines Gleichspannungsverstärkers

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)

Vertreter: Dipl.-Ing. K. Lengner, Patentanwalt,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
Niederlande vom 5. August 1953

Joseph Lodewijk Maria Reijnders,

Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

mindestens dreifach höher als normal zur Erzielung einer wesentlich höheren dynamischen Steilheit des dritten Gitters gegenüber der Anode im Vergleich zur statischen Steilheit gewählt, so sind sowohl Einflüsse der Emissionsänderung als auch die Mikrofonieempfindlichkeit bei einer solchen Gleichspannungsverstärkeirstufe mit Stromverteilungssteuerung beseitigt, ohne daß der angestrebte hohe Verstarkungsgrad leidet.

Physikalisch kann die erfindungsgemäße Maßnahme damit erklärt werden, daß bereits bei Erhöhung der dynamischen Steilheit nur am Steuergitter der von allen Elektroden bedingte Mikrofoneffekt relativ schwächer wird. Bei einer Verteilungssteuerung an sich kann sich der Anodenstrom etwa bei Elektrodenverlagerung praktisch nicht ändern. Die notwendige Erhöhung der dynamischen Steilheit beruht nun darauf, daß bei Änderung der Spannung am Steuergitter im positiven Sinne der Strom zu den Schirmgittern abnimmt, während der Anodenstrom um den gleichen Betrag zunimmt. Wegen des hohen Schirmgitterwiderstandes nimmt nun die Spannung am vierten Gitter zu. Dieses Gitter wirkt ebenfalls als Steuergitter und unterstützt somit die Wirkung des eigentlichen Steuergitters.

Bemerkt sei, daß es bei Verstärkern der in der Einleitung erwähnten Art bekannt ist, die beiden Schirmgitter über getrennte Widerstände an positive Poteri-

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tiale anzulegen oder direkt an die positive Spannungsquelle anzuschließen. Diese Maßnahme bedingt jedoch keine Erhöhung der dynamischen Steilheit gegenüber der statischen. Außerdem ist bei den bekannten Verstärkern der Kathodenwiderstand verhältnismäßig niedrig, so daß allenfalls der_ Mikrofoneffekt in gewissen Grenzen herabgesetzt wird, jedoch nicht der Einfluß der Emissionsänderungen. Nach der Erfindung wird nun einerseits der Kathodenwiderstand mehrfach

Röhre und zum Stabilisieren ihrer Verstärkung. Die Gegenkopplungsspannung wird auf die in nachfolgendem noch zu beschreibende Weise gewonnen.

Die verstärke Spannung wird der Anode des Systems entnommen und kann unmittelbar als Meßspannung, z. B. als Ablenkspannung eines Elektrohenstrahloszillographen, verwendet werden. Im allgemeinen muß noch eine weitere Verstärkung an-

diejenigen djer bisher üblichen Verstärker um ein Mehrfaches übertreffen.

Das Steuergitter 4 kann dine kleine negative oder positivei Vorspannung haben, um den gewünschten 5 Emissionsstrom einzustellen. Die erzielte sehr hohe dynamische Steilheit des dritten Gitters gegenüber der Anode ist z. B. 10- bis 50mal höher als die statische * Steilheit.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dient höher gewählt werden, als es zur Beseitigung des io das Steuergitter 4 gleichzeitig zum Erzielen einer Mikrofoneffektes notwendig wäre, um gleichzeitig die Gegenkopplung zum Linearisieren der Kennlinie der viel stärker störenden Emissionsänderungen auszugleichen, und andererseits wird das zweite und vierte
Gitter . über einen gemeinsamen, verhältnismäßig
hohen Widerstand mit einem Punkt positiven Poten- 15
tials verbunden, so daß eine wesentliche Erhöhung der
dynamischen Steilheit gegenüber der statischen erreicht ist, wodurch trotz des' hohen Kathodenwiderstandes die Verstärkung-nicht.vermindert ist.

Die erforderliche Kopplung zwischen den Schirm- 20 gewendet werden, wobei aber die Schaltung der nächstgittern kann auch dadurch erzielt werden, daß zwi- folgenden Stufen, einfacher sein kann, da die zu verschen die Gitter ein Widerstand geschaltet und das stärkende Spannung höher ist. Bei der dargestellten allein zweite Gitter über einen Widerstand mit einem Schaltung liegt in der zweiten Verstärkerstufe eine Punkt positiven Potentials verbunden ist. Das letztere Penthode 16, deren Anode über einen Kopplungs-Gitter besitzt dann das höhere Potential, was in den 25 widerstand 17 mit der positiven Klemme der Spanmeisten Fällen die zweckmäßigste Einstellung ist. nungsquelle verbunden ist und deren Kathode, zum

Das erste Gitter der Röhre kann ferner als Gegen- Erzielen der richtigen statischen Einstellung, über kopplungsgitter dienen, indem zwischen diesem Gitter einen Widerstand 25 mit dem Nullpunkt der Schal- und der Kathode die Ausgangsspannung oder ein ver- tung verbunden ist. Die verstärkte Spannung wird der änderlicher Teil der Ausgangsspannung wirksam ist. 30 Anode der Penthode 16 entnommen und über einen

Widerstand 18 dem Steuergitter einer als Kathodenverstärker geschalteten Triode 20 zugeführt, deren Anode unmittelbar an eine Spannung von z. B.* 150 Volt und deren Kathode über einen Widerstand 35 21 an eine negative Spannung von z. B. 125 Volt angeschlossen" ist. Die Ausgangs spannung, die z. B. einer Ablenkelektrode einer Elektronenstrahlröhre zugeführt wird, wird unmittelbar der Kathode der Röhre 20 entnommen. Dieser Punkt ist gleichzeitig über Widergebildet ist. Die Erfindung ist aber auch bei nicht im 40 stände 22 und 23 mit dem Steuergitter 4 des Heptoden-Gegentakt geschalteten Verstärkern angebracht; daher systems verbunden, woraus sich die gewünschte sind im nachfolgenden nur die Elemente einer Hälfte Gegenkopplung ergibt. Zur Erzielung der richtigen der Gegentaktschaltung-:beschrieben. Vorspannung am Steuergitter der Röhre 20 ist dieses

. Die zu verstärkende .Spannung liegt zwischen der über einen Widerstand 19 mit einem Punkt negativen Eingangsklemme 1.und dem geerdeten Nullpunkt der 45 Potentials verbunden.

Schaltung. Zwischen diesen Klemmen kann ein hoher Die Gegenkopplung ist vorzugsweise zur Regelung

Ableitwiderstand 2 liegen.· Die Klemme 1 steht in der Verstärkung einstellbar, was mittels eines Widerdirekter Verbindung mit dem dritten Gitter 6 eines Standes 26 bewirkt werden kann, der in Reihe mit Heiptodensystems, das ferner eine Kathode 3, ein erstes einem festen Widerstand 27 zwischen dem ersten Gitter 4, die, miteinander verbundenen Schirmgitter 5 50 Steuergitter der Heptoden liegt, von denen die der und 7, ein mit der Kathode verbundenes Bremsgitter anderen Gegentakthälfte zugeordneten Heptode jedoch

Vorzugsweise kann als Eingangsstufe eine sogenannte Triode-Heptode. verwendet werden, bei der ein Heptodensystem und ein Triodensystem mit gemeinsamer Kathode in einem gemeinsamen Kolben untergebracht sind.-

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt als Ausführungsbeispiel die eine Hälfte eines Gegentaktverstärker mit drei Stufen, von denen die erste nach der Erfindung aus-

und eine Anode 8 enthält. Die Anode ist über einen Kopplungswiderstand 9: :mit der positiven Klemme einer Spannungsquelle verbunden, deren Spannung z. B. 400 Volt beträgt., :

Die Kathode ist über einen verhältnismäßig großen Widerstand 11 mit einem Punkt konstanten negativen Potentials von z. B. Γ25 Volt verbunden, und die Schirmgitter 5 und 7.sind über einen gemeinsamen,

weggelassen ist. Um z. B. kleine Unterschiede zwischen den beiden Hälften einer Gegentaktschaltüng auszugleichen, könnte zwischen den gemeinsamen Punkten der Widerstände 22 und 23 noch ein Potentiometer 24 liegen, mit dem das Verhältnis der beiden rückgekoppelten Spannungen regelbar ist. *":

Bei Verwendung einer Triode-Heptode 14 kann das Triodensystem zur Erzielung eines gewünschten

ebenfalls verhältnismäßig großen Widerstand 10 mit 60 Spannungsabfalls am Kathodenwiderstand 11 dienen.

einem Punkt konstanten positiven Potentials", im vor- Zu diesem Zweck ist das Steuergitter 13 der Triode an

eine Potentiometerschaltung angeschlossen, die aus zwei Widerständen 28 und 29 besteht, von 'denen ersterer veränderlich ist. Dieser Widerstand ist

liegenden Fall mit der positiven Klemme'der Anodenspannungsquelle, verbunden. Die Werte dieser Widerständer sind erfindungsgemäß derart hoch gewählt, daß
eine hohe dynamische "Steilheit des dritten Gliedes 65 Potentiometer ausgebildet und liegt zwischen den gegenüber der Aricxie erzielt wird, so daß sowohl der Steuergittern, wobei sein Abgriff geerdet ist.' Auf

diese Weise kann z. B. eine richtige Gegefitakteinstelilung erzielt werden. Die Anode ist über einen. Wider-¹

Einfluß zufälliger Änderungen der Kathodenemission unterdrückt und. Mikroforieffekte: weitgehend beseitigt sind. Geeignete :Wefte für die Widerstände 10 und 11

stand 15 mit einem Punkt positiven Potentials :ι/β? sind""ζ. B.' 180 kOhni Kz¹W.. 2(J-.kOhm, d. h. Werte, die 70 bunden. Dieser Widerstand ist derart

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sich der gewünschte wirksame Kathodenwiderstand ergibt.

Die notwendige Kopplung zwischen dem zweiten und dem vierten Gitter des Heptodensystems kann auch dadurch erzielt werden, daß diese Gitter miteinander über einen Widerstand verbunden sind und nur das zweite Gitter über einen Widerstand mit der positiven Klemme der Speisequelle verbunden wird.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gleichspannungsverstärker mit direkter Kopplung, dessen Eingangsstufe eine Röhre mit wenigstens vier Gittern bildet, deren erstes Gitter eine gleichbleibende Vorspannung hat, deren zweites und viertes Gitter gemeinsam über einen Widerstand mit einem Punkt positiven Potentials ver-■ bunden sind und deren für die Eingangsspannung wirksames drittes Gitter eine Stromverteilungssteuerung zwischen der Anode und dem zweiten Gitter bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Werte des Kathodenwiderstandes im Kreis zwischen der Kathode und dem dritten Gitter mindestens zwanzigfach und des gemeinsam am zweiten und vierten Gitter liegenden Koppelwiderstandes mindestens dreifach höher als normal gewählt sind, um eine im Vergleich zur statischen Steilheit wesentlich höhere dynamische Steilheit des dritten Gitters gegenüber der Anode zu erzielen.

2. Verstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Gitter gleichzeitig eine Gegenkopplungsspannung wirksam ist.

3. Abwandlung der Verstärkerstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite und das vierte Gitter über einen Widerstand miteinander in Verbindung stehen und nur das zweite Gitteir über einen Widerstand mit dem Punkt positiven Potentials verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2 273 150, 2 511122,
541198;

britische Patentschrift Nr. 676 454.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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