DE1080610B

DE1080610B - Ein- oder mehrstufiger frequenz-unabhaengiger Verstaerker

Info

Publication number: DE1080610B
Application number: DEP2123D
Authority: DE
Inventors: Gerard Hepp
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1938-01-04
Filing date: 1938-01-04
Publication date: 1960-04-28
Also published as: FR848402A; BE431973A; NL58853C; GB510503A; US2212204A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Verstärkeranordnungen, die insbesondere geeignet sind, breite Frequenzbänder einschließlich der sehr niedrigen Frequenzen gleichmäßig zu verstärken.

Die Frequenzabhängigkeit eines Verstärkers wird bekanntlich in erster Linie bestimmt durch die Frequenzabhängigkeit der zwischen den einzelnen Verstärkerstufen angeordneten Kopplungsmittel, wie die Impedanz Z_a im Anodenkreis einer Verstärkerröhre, die Impedanz Z₂ im Gitterkreis der nachfolgenden Röhre und die Kopplungsimpedanz Z₁, die die Kopplung zwischen dem Anoden- und dem Gitterkreis vermittelt. Ferner wird die Frequenzabhängigkeit eines Verstärkers besonders bei den niedrigen Frequenzen wesentlich beeinflußt durch die zur Herstellung einer geeigneten Gittervorspannung in die Kathodenleitung eingeschaltete Impedanz Z^, die meistens zusammengesetzt ist aus einem Widerstand mit dazu parallel geschaltetem Kondensator. Bei Verwendung von Mehrgitterröhren kann ferner in der Schirmgitterleitung eine Impedanz Z_s, die zur Abflachung der Schirmgitterspannung dient, und in der gemeinsamen Anoden- und der Schirmgitterleitung eine Impedanz Z_c (z. B. die innere Impedanz der Anodenspannungsquelle) eingeschaltet sein. Auch diese Impedanzen beeinflussen die Frequenzabhängigkeit des Verstärkers.

Unter Berücksichtigung sämtlicher vorerwähnter Impedanzen erhält man so das in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Schaltungsschema einer Verstärkerstufe.

Die vorliegende Erfindung gestattet es nun, mit einer derartigen Schaltung, die eine oder mehrere frequenzabhängige Impedanzen enthält, eine frequenzunabhängige Verstärkung, d. h. also ein frequenzunabhängiges Verhältnis der Spannung e₂ zwischen den Ausgangsklemmen A₁, A₂ zu der Spannung ^e₁ zwischen den Eingangsklemmen E₁, E₂ zu erzielen. "

Es können im Verstärker mehrere Verstärkerstufen gemäß Fig. 1 vorhanden sein, in welchem Fall es durch Anwendung der Erfindung nicht nur möglich ist, jede Stufe für sich frequenzunabhängig zu machen, sondern auch die Frequenzabhängigkeit einer Stufe, die durch eine oder mehrere der Impedanzen Z_a, Z₁, Z₂, Z_s, Zj₁, Z_c in dieser Stufe bedingt ist, in einer anderen Stufe zu kompensieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden zur Erzielung einer frequenzunabhängigen Verstärkung mit einem mehrstufigen Verstärker gleichzeitig folgende Maßnahmen getroffen:

1. Im Anodenkreis einer Röhre, deren Innenwiderstand gegenüber der Gesamtbelastung groß ist, liegen ein Widerstand R_a, eine frequenzabhängige Impedanz Z und eine weitere frequenzabhängige Impedanz

Z₁ =

Ein- oder mehrstufiger frequenzunabhängiger Verstärker

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G.m.b.H.,
Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Anträge nach Gesetz Nr. 8 AHK sind gestellt und vor der

Schiedskommission für Güter, Rechte und Interessen

in Deutschland anhängig

Gerard Hepp, Eindhoven (Niederlande),
ist als Erfinder genannt worden

2. Parallel zum Anodenkreis liegen die frequenzabhängige Kopplungsimpedanz Z₁ der Anode mit dem Gitter der folgenden Röhre, der Gitterableit-

widerstand Rg
pedanz Z' =Z

und
Rg

Ra

erne

frequenzabhängige Imin Reihe.

~ in Reihe.

3. Die frequenzabhängige Impedanz Z im Anodenkreis' besteht aus der Reihenschaltung von frequenzabhängigen Impedanzen, die mit den im Kathoden- und/oder Schirmgitter- und/oder in dem gemeinsamen Schirmgitter- und Anodenkreis liegenden frequenzabhängigen Impedanzen gleiche Zeitkonstanten aufweisen.

Es ist bereits bekannt, die im Kathodenkreis einer Verstärkerröhre liegende Impedanz Z^ auch im Anodenkreis dieser Röhre nachzubilden. Bei diesem bekannten • Vorschlag fehlte jedoch die Erkenntnis, daß die im Anodenkreis der Röhre liegenden Impedanzen auch im Gitterkreis der nächstfolgenden Röhre zu berücksichtigen' sind.

Ferner ist es bekannt, die Kopplungsimpedanz Z₁ im Anodenkreis der vorhergehenden Röhre nachzubilden, Schließlich sollen gemäß einem weiteren bekannten Vorschlag zur Erzielung einer frequenzunabhängigen Verstärkung die im Anodenkreis einer Verstärkerröhre liegenden Schaltelemente am Gitterkreis der nächstfolgenden' Röhre nachgebildet werden. Durch die erfindungsgemäße gleichzeitige Anwendung dieser an sich bekannten Maßnahmen wird aber eine frequenzunabrhängige Verstärkung erst möglich gemacht.

Die Schaltung einer Verstärkerstufe nach der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Wie daraus ersichtlich,

009 507/280

15

besteht die Anodenimpedanz Z_a aus einem Widerstand R_a in Reihe mit Impedanzen a Z₈, ßZ_c, γ Z₁₀ und δ Z_x, die unterschiedlich den Impedanzen Z₈, Z₀, Z^ und Z_x proportional sind, während die Impedanz Z₂ zwischen den Ausgangsklemmen A_x und A₂ zusammengestellt ist aus

einem Widerstand -r- R_a in Reihe mit Impedanzen

~ Z₈, '— Z_c und-^--

Die Proportionalitätsfaktoren α, β, γ, δ müssen gemäß nachstehender Vorschrift gewählt werden:

a = R_aqS_s,

β = (i+q) (RaS₈-1),

γ = Ra (S + S₈) (1 + q),

δ = eine beliebige positive Zahl,

ε = Ra (1 + q) S₈,

-worin bedeuten: q das Verhältnis des Schirmgitter-■Wechselstromes i₈ zum Anodenwechselstrom i_a, welches Verhältnis als konstant betrachtet werden kann, S₈ die Steilheit der Anodenstrom-Schirmgitterspannungskennlinie und S die Steilheit der Anodenstrom-Steuergitterspannungskennlinie. Ist diese Vorschrift befolgt, so beträgt die Verstärkung

— = S R_a, und diese ist somit frequenzunabhängig.

Die Impedanzen Z₈, Z₀ und Zn können beispielsweise bestehen aus Widerständen R₈, R_c, Rn mit Parallelkondensatoren C₈, C₀, C_k, wie in Fig. 3 angegeben ist. Die Impedanzen a Z₈, ßZ_c und γ Z^ im Anodenkreis müssen dann aus Widerständen aR₈, ßR_c, yRk mit Parallelkondensatoren

α ' β ' γ

zusammengestellt sein. In ähnlicher Weise ergeben sich für die Impedanzen

α β γ

&> s > — »ei

ε ε ε

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zwischen den Ausgangsklemmen A_x und A₂ die Parallelschaltungen von Widerständen

45

α
ε

und Kondensatoren
δ

C_c,—

Als Kopplungsimpedanz dient in der Schaltung nach Fig. 3 ein Kondensator C_x. Ein diesem proportionaler

Kondensator -~ muß somit im Anodenkreis eingeschaltet

werden. Dieser blockiert aber den Anodengleichstrom und muß infolgedessen durch einen Widerstand OR_x überbrückt werden. Da man diesen Widerstand einerseits nicht groß wählen kann, wegen des zu großen Spannungsabfalls, den der Anodenstrom sonst hervorrufen würde, und andererseits nicht zu klein wählen darf, weil sonst die Verstärkung der tiefen Frequenzen frequenzabhängig würde, wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung parallel zu dem Kopplungskondensator C_x ein Widerstand R_x vorgesehen. Die im Anodenkreis liegende Impedanz δ Z_x ist dann gleichstromdurchlässig. Sie ist aber auch proportional der Kopplungsimpedanz Z_x, so daß die Frequenzunabhängigkeit der Schaltung gewährleistet bleibt. Wenn an den Ausgangsklemmen A_x, A₂ der Gitterkreis einer folgenden Verstärkerröhre angeschlossen wird, so empfiehlt es sich, in Reihe mit dem Widerstand R_x der Kopplungsimpedanzen einen Kondensator C zu schalten, damit die Anodenspannung E_a vom Gitter dieser folgenden Röhre ferngehalten wird. Dieser Kondensator C muß eine genügend große Kapazität besitzen, so daß seine Impedanz auch bei den niedrigsten zu verstärkenden Frequenzen gegenüber dem Widerstand R_x vernachlässigt werden kann. Um nun zu verhindern, daß die beträchtliche Kapazität gegen Erde eines so großen Kondensators die Verstärkung der hohen Frequenzen beeinträchtigt, wird zweckmäßig der Widerstand R_x in zwei Teile geteilt und zwischen beide der Kondensator C geschaltet (s. Fig. 4).

Der Proportionalitätsfaktor

β = {i+q) (RaS₉-I)

kann, wenn R_a S₈ <1, negativ werden, was zu einer negativen Impedanz ßZ_c im Anodenkreis führen würde, die in den meisten Fällen nicht realisiert werden kann. In solchen Fällen kann man mit Vorteil die in Fig. 5 oder 6 dargestellten Schaltungen anwenden.

Die Schaltung nach Fig. 5 läßt sich aus der Schaltung nach Fig. 2 in folgender Weise ableiten: Schaltet man

in letzterer in Reihe mit Z_x eine Impedanz -^- (1 -j- <?) Z_c, so muß eine proportionale Impedanz (1 -f- ?) Z_c im Anodenkreis eingeschaltet werden. Zusammen mit der Impedanz ßZ_c ergibt sich dann eine positive Impedanz

sZ_c = (1 + q + ß) Z_c = (1 + q) Ra S₈Z₀ .
In Fig. 6 ist in Reihe mit Z_x, die für negative β positive Impedanz — $Z_C geschaltet, in welchem Fall die mitZ_c

proportionale Impedanz im Anodenkreis gänzlich fortfällt.

Es wird klar sein, daß die Erfindung auch Anwendung finden kann in Verstärkern, in denen eine oder mehrere der Impedanzen Z_fo Z₈ und Z_c Null sind. Selbstverständlich sind dann die diesen proportionalen Impedanzen, die in Z_a und Z₂ enthalten sind, ebenfalls Null.

Es ist ferner möglich, in einer Verstärkerstufe den Einfluß einer oder mehrerer der dieser Verstärkerstufe zugeordneten Impedanzen Zk, Z₈, Z₀' und Z_x in einer anderen Verstärkerstufe zu kompensieren, indem in den Impedanzen Ζ_Λ und Z₂ dieser anderen Stufe mit Zk, Z₈ und Z_c' proportionale Impedanzen eingeschaltet werden. Nur müssen dann die Proportionalitätsfaktoren α, β, γ, δ anders gewählt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrstufiger frequenzunabhängiger Verstärker, gekennzeichnet dutch die gleichzeitige Verwendung folgender Merkmale:

1. Im Anodenkreis einer Röhre, deren Innenwiderstand gegenüber der Gesamtbelastung groß ist, liegen ein Widerstand R_a, eine frequenzabhängige Impedanz Z und eine weitere frequenzabhängige

7?

Impedanz Z₁ = Z_x-~- in Reihe.

2. Parallel zum Anodenkreis liegen die frequenzabhängige Kopplungsimpedanz Z₁ der Anode mit dem Gitter der folgenden Röhre, der Gitterableitwiderstand Rg und eine frequenzabhängige Impedanz Z'=Z ■ -^- in Reihe.

3. Die frequenzabhängige Impedanz Z im Anodenkreis besteht aus der Reihenschaltung von frequenzabhängigen Impedanzen, die mit den im

Kathoden- und/oder Schirmgitter- und/oder in dem gemeinsamen Schirmgitter- und Anodenkreis liegenden frequenzabhängigen Impedanzen gleiche Zeitkonstanten aufweisen.

2. Ein- oder mehrstufiger frequenzunabhängiger Verstärker nach Anspruch 1, in welchem in der gemeinsamen Anoden- und Schirmgitterleitung einer Röhre mit Schirmgitter eine frequenzabhängige Impedanz Z₀ Hegt, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Widerstand R_a und der Impedanz Z eine Impedanz (1 + q) {R_aS₈ —V)Z₀ und in Reihe

mit dem Widerstand R_g und der Impedanz -^- Z

zwischen den Ausgangsklemmen eine Impedanz Rg (1 + q) S₈ Z₀ geschaltet ist, wobei q das Verhältnis des Schirmgitterwechselstromes zum Anodenwechselstrom und S₈ die Steilheit der Anodenstrom-Schirm-.gitterspannungskennlinie bedeutet.

3. Ein- oder mehrstufiger frequenzunabhängiger Verstärker nach Anspruch 1, in welchem in der gemeinsamen Anoden- und Schirmgitterleitung einer Röhre mit Schirmgitter eine frequenzabhängige Impedanz Z₀ liegt, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Widerstand R_a und der Impedanz Z eine Impedanz R_a (1 + q) (S₈ Z₀) in Reihe mit dem

Widerstand R_g und der Impedanz -^- Z zwischen den

Ausgangsklemmen eine Impedanz R_g (1 + q) S₈ Z₀ und in Reihe mit der Kopplungsimpedanz Z₁ eine

³°

Impedanz -~ (1 + q) ■ Z_c geschaltet ist, wobei q das

Ka

Verhältnis des Schirmgitterwechselstromes zum Anodenwechselstrom und S₈ die Steilheit der Anodenstrom-Schirmgitterspannungskennunie bedeutet.

4. Ein- oder mehrstufiger frequenzabhängiger Verstärker nach Anspruch 1, in welchem in der gemeinsamen Anoden- und Schirmgitterleitung einer Röhre mit Schirmgitter eine frequenzabhängige Impedanz Z₀ liegt, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Widerstand R„ und der Impedanz -~~- · Z zwischen

Ka

den Ausgangsklemmen eine Impedanz R_g ■ (1 -f- q)S_sZ_c und in Reihe mit der Kopplungsimpedanz Z₁

eine Impedanz -£- (1 + q) · (1 — R_a S₈) geschaltet ist,

Jxa

wobei q das Verhältnis des Schirmgitterwechselstromes zum Anodenwechselstrom und S_s die Steilheit der Anodenstrom-SchirmgitterspannungskennUnie darstellt.

5. Ein- oder mehrstufiger frequenzunabhängiger Verstärker nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, in welchem in die Kathodenleitung der Verstärkerröhre eine Impedanz Z₁₀ geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz Z im Anodenkreis eine Impedanz Ra · (S + S₈) · (1 + q) ■ Z₁₀ enthält, wobei S die Steilheit der Anodenstrom-Steuergitterspannungskennlinie, S_s die Steilheit der Anodenstrom-Schirmgitterspannungskennunie und q das Verhältnis des Schirmgitterwechselstromes zum Anodenwechselstrom bedeutet.

6. Ein- oder mehrstufiger frequenzunabhängiger Verstärker nach Anspruch 1,2, 3, 4 oder 5, in welchem in der Schirmgitterleitung der Verstärkerröhre eine Impedanz Z₈ geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz Z im Anodenkreis eine Impedanz R_a q S₈ Z₈ enthält, wobei S₈ die Steilheit der Anodenstrom.-Schirrngitterspannungskennnnie und q das Verhältnis des Schirmgitterwechselstromes zum Anodenwechselstrom bedeutet.

7. Ein- oder mehrstufiger frequenzunabhängiger Verstärker nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, in welchem die Kopplungsimpedanz Z₁ aus der Parallelschaltung eines Widerstandes und Kondensators besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand aus zwei Teilen besteht, die durch einen Kondensator untereinander verbunden sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen