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Gleich- und Wechselspannungsverstärker für erdsymmetrische Ausgangsspannungen
Die Erfindung betrifft einen Gleich- und Wechselstromverstärker zur Umwandlung einer
erdunsymmetrischen in eine verstärkte erdsymmetrische Spannung.
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Für viele Zwecke, insbesondere zur Herstellung der den Ablenkplatten
von Kathodenstrahloszillographen zuzuführenden Steuerspannungen, besteht das Bedürfnis
nach einem Verstärker, welcher Eingangswechselspannungen und -gleichspannungen verstärkt
und an dessen Ausgang die verstärkte Spannung erdsymmetrisch entnommen werden kann.
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Es sind zu diesem Zweck bereits zweistufige Gleich-oder Wechselstromverstärker
bekannt, deren erst Stufe aus zwei aus einer gemeinsamen Anodenspannung über gleiche
Anodenwiderstände gespeisten gleichen Röhren besteht, deren Kathoden mittelbar mit
der geerdeten Eingangsklemme verbunden sind, an der auch das Gitter der einen Röhre
liegt, während das Gitter der anderen Röhre mit der freien Eingangsklemme verbunden
ist. Die Anoden der Röhren der ersten Stufe sind mit je einem Gitter der beiden
die zweite Stufe bildenden gleichen Röhren verbunden, die über gleiche Anodenwiderstände
ebenfalls aus einer gemeinsamen Anodenspannung gespeist werden und mit ihren Kathoden
über einen gemeinsamen Widerstand mit Erde verbunden sind.
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Den bekannten Einrichtungen haften jedoch verschiedene Nachteile an.
Ihre Stabilität ist für viele Zwecke, bei denen es auf eine möglichst stabile Lage
des Nullpegels der verstärkten Spannung ankommt. nicht ausreichend. Will man die
Gefahr der Unstabilität vermeiden, so muß man sich mit einer verhältnismäßig geringen
Verstärkung begnügen. Vor allem treten jedoch bei den bekannten Anordnungen über
einen größeren Frequenzbereich unerwünschte Nichtlinearitäten in der Verstärkungscharakteristik
und Schwankungen des Verstärkungsgrades auf.
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Zur Vermeidung dieser Nachteile der bekannten Anordnung sieht dieErfindung
eine solcheAusbildung derartiger Gleich- und Wechselstromverstärker vor, daß der
die Röhren der zweiten Stufe mit Erde verbindende gemeinsame Kathodenwiderstand
durch eine für konstanten Anodenstrom geschaltete Röhre von hohem inneren Widerstand,
insbesondere durch eine Pentode, gebildet wird.
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Mit Hilfe der Erfindung gelingt es, einen derartigen Verstärker so
zu bauen, daß er von der Frequenz lull (Gleichstrom) bis zu sehr hohen Frequenzen
(beispielsweise 10 bis 20 MHz) praktisch mit linearer Verstärkungscharakteristik
und konstantem Verstärkungsgrad einwandfrei arbeitet.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.
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Diese zeit das schematische Schaltbild eines zemäß der Erfindung ausgebildeten
zweistufigen Verstärkers, welchem an den Eingangsklemmen u, v eine Gleich-oder
Wechselspannung zugeführt wird und an dessen Ausgangsklemmen L%, TV die verstärkte
Spannung erdsymmetrisch entnommen und beispielsweise einem Ablenkplattenpaar einer
Kathodenstrahlröhre K zugeführt werden kann.
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Die erste Stufe des Verstärkers besteht aus zwei gleichen Röhren (z.
B. Type U F 42), die an einer gemeinsamen Anodenspannung A1 von beispielsweise +300V
liegen und über Kathodenwiderstände w$ bzw. w9 mit der geerdeten Eingangsklemme
v verbunden sind. Der Kathodenwiderstand w9 der Röhre R2 ist dabei als Regelwiderstand
ausgebildet. Die Eingangsklemme tt führt an das Gitter der Röhre RV während das
Gitter der Röhre R2 mit der Klemme v verbunden ist. Die Anodenwiderstände w3 und
w4 haben gleiche Werte.
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Die zweite Stufe des Verstärkers besteht aus zwei gleichen Röhren
R, und R4 (z. B. Type U L 41), welche über gleiche Widerstände w5 und w. an einer
gemeinsamen Anodenspannung .42 von z. B. -f-800 V liegen. Die Gitter dieser beiden
Röhren sind mit der Anode der vorhergehenden Röhre R1 bzw. R2 verbunden. Ihre Kathoden
liegen über die als gemeinsamer Hochohmwiderstand wirkende Pentode R5, die in an
sich bekannter Weise für konstanten Anodenstrom geschaltet ist. an Erde. Das Schirmgitter
der Pentode kann dabei beispielsweise aus der Spannungsquelle A, der ersten Verstärkerstufe
gespeist werden.
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Im folgenden soll die Wirkungsweise dieser Verstärkeranordnung beschrieben
werden: Legt man an den Klemmen u-v und somit am Gitter der Röhre R1 eine Gleich-
oder Wechselspannung an, so tritt diese im Anodenstromkreis der Röhre entsprechend
dem Verstärkungsfaktor der Röhre R, verstärkt auf, wobei
ein gewisser
Verstärkungsverlust infolge der durch den Kathodenwiderstand w$ der Röhre R1 bewirkten
Gegenkopplung zu berücksichtigen ist. In der ersten Stufe findet bei dieser Schaltungsart
mit getrennten Kathodenwiderständen zu, und zu, auch keine Symmetrierung der verstärkten
Spannung statt. Vielmehr bilden die Röhren R1, R2 zusammen mit ihren Anodenwiderständen
w3, w4 lediglich eine Brückenschaltung, deren einem Zweig R1 die Eingangsspannung
zugeführt wird, die an dem Zweig w3 entsprechend jedoch noch erdunsymmetrisch auftritt,
während dieRöhreR, einen weiteren Zweig der Brückenschaltung bildet, dessen Widerstand
mittels des veränderlichen Kathodenwiderstandes w9 in einfacher Weise veränderbar
ist. Die in dem Anodenkreis der ersten Stufe entstehende verstärkte, jedoch noch
erdunsymmetrische Spannung wird den Gittern der Röhren R3, R4 der zweiten Verstärkerstufe
zugeführt, in welcher sie bei nochmaliger Verstärkung in der weiter oben beschriebenen
Weise in eine erdsymmetrische Spannung umgewandelt wird. Da die Anodenkreise der
Röhren R1 und R2 eine Brückenschaltung bilden, werden die an den Anoden dieser Röhren
wirksamen Spannungen von Schwankungen der zugeführten Spannung A1 in weiten Grenzen
unabhängig sein.
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Die Röhren R, und R4 der zweiten Stufe werden demnach im Gegentakt
gesteuert, so daß ihre Ausgangsspannungen sich an den Widerständen w5, w. erdsvmmetrisch
zusammensetzen. Dabei fließen durch die als gemeinsamer Kathodenwiderstand wirkende
Pentode R5, unter der Voraussetzung, daß die an den Röhren R3 bzw. R4 wirksamen
Eingangsspannungen genau gleich und entgegengesetzt sind, der von den beiden Röhren
abgegebenen gleichen und entgegengesetzten Anodenströme, die sich demnach aufheben,
so daß die Pentode RS keine Gegenkopplung bewirkt. Sollten jedoch die Eingangsspannungen
dieser beiden Röhren in der Größe oder ihre Phasenverschiebung von 180° abweichen,
so werden in RS entsprechende Restglieder auftreten, die eine Gegenkopplung bewirken,
so daß die aus den Röhren R3, R4 bestehende Verstärkerstufe im Sinne einer Erdsymmetrierung
selbstkompensierend wirkt.
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Mittels des regelbaren Kathodenwiderstandes w9 der Röhre R, der ersten
Stufe läßt sich dabei in besonders einfacher und eleganter Weise eine Verschiebung
der Nullpunktslage der am Ausgang U, h abgenommenen erdsymmetrischen Spannung erzielen.
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Die Pentode R5 ist dabei in an sich bekannter Weise auf konstanten
Anodenstrom geschaltet. Das Schirmgitter der Pentode kann beispielsweise aus der
Anodenspannungsquelle A1 der ersten Verstärkerstufe gespeist werden. Um diese Regelwirkung
im Sinne einer Selbstkompensation durch Gegenkopplung Möglichst stark zu machen,
ist für diesen gemeinsamen Kathodenwiderstand der zweiten Röhrenstufe ein möglichst
hoher und möglichst konstanter Widerstand erwünscht. Beide Bedingungen lassen sich
durch Verwendung einer in der beschriebenen Weise geschalteten Pentode erfüllen.
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Durch diese Maßnahme gelingt es, einen Verstärker zu bauen, der von
der Frequenz Null bis zu sehr hohen Frequenzen (z. B. 10 bis 20 MHz) praktisch mit
linearer Verstärkungscharakteristik und konstantem Verstärkungsgrad einwandfrei
arbeitet, wobei sich mit einer zweistufigen Verstärkerschaltung der beschriebenen
Art Verstärkungen von etwa 50 000 bei vollkommen stabilem Betrieb, sogar mit Netzanschluß,
erzielen lassen. Es besteht ohne weiteres die Möglichkeit, den Verstärker-durch
weitere Stufen zu ergänzen, wobei sich weit höhere Verstärkungen erreichen lassen,
die praktisch bis an die Rauschgrenze getrieben werden können.
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Als Röhren können zweckmäß steile HF-Pentoden Verwendung finden.