DE1081514B - Breitbandverstaerkerstufe - Google Patents

Breitbandverstaerkerstufe

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Publication number
DE1081514B
DE1081514B DED24831A DED0024831A DE1081514B DE 1081514 B DE1081514 B DE 1081514B DE D24831 A DED24831 A DE D24831A DE D0024831 A DED0024831 A DE D0024831A DE 1081514 B DE1081514 B DE 1081514B
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DE
Germany
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inductance
resonant circuit
amplifier stage
cathode
broadband amplifier
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Pending
Application number
DED24831A
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Hein Schmidt-Bruecken
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Telekom AG
Original Assignee
Deutsche Telekom AG
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Publication date
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Publication of DE1081514B publication Critical patent/DE1081514B/de
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/42Modifications of amplifiers to extend the bandwidth
    • H03F1/48Modifications of amplifiers to extend the bandwidth of aperiodic amplifiers
    • H03F1/50Modifications of amplifiers to extend the bandwidth of aperiodic amplifiers with tubes only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Breitbandverstärkerstufe Es ist bekannt, daß bei Verstärkerröhren, die für hohe Frequenzen (d. h. etwa 50 MHz und darüber) verwendet werden, die Induktivität der Kathodenzuleiteng nachteilig ist. In Bild 1 ist diese ZuleitungsinduktivitätLK sowie dieRöhrenkapa.zitäten GE und GA gestrichelt eingezeichnert, um hervorzuheben, daß es sich nicht um eingebaute Schaltelemente handelt, sondern um Ersatzschaltbilder für .zwei nicht vermeidbare Eigenschaften der Röhre. Im Eingangskreis wirkt die Röhrenkapazität GE als Schwin:gkreiskapa,zität, während die äußere Induktivität L und die Zuleitungsinduktivität L1 hintereinandergeschaltet die Induktivität des Schwingkreises bilden. Durch die Zuleitungsinduktivität fließt aber nicht nur der Eingangskreisstrolm iE, sondern auch der Kathodenstrom iK. Dadurch wirkt der von der Eingangsspannung gesteuerte Kathodenstrom auf den Eingangskreis zurück und bewirkt eine Bedämpfung. Man beschreibt diese Dämpfung durch den »Eingangswiderstand RE« den man sich als Ersatz für die Kathodeninduktivität in den Schwingkreis gemäß Bild 2 eingeschaltet denkt. Auch dieser Eingangswiderstand RE ist im Schaltbild 2 gestrichelt eingezeichnet, weil es sich um ein Ersatzbild und nicht um das Bild eines wirklichen Schaltelementes handelt. Die Größe des Widerstandes RE wird durch die Formel beschrieben. Je kleiner nun RE im Vergleich zu wird, um so stärker wird der Eingangskreis bedämpft. Dadurch wird die größtmögliche Verstärkungsziffer, die mit der Röhre in Schmalbandverstärkern bei der Betriebsfrequenz zu erreichen ist, begrenzt.
  • Für Breitbandverstärker, die an sich ohnehin mit stark bedämpftem Kreis aufgebaut werden müssen, stört der Eingangswiderstand aber ebenfalls, weil er - im Gegensatz "zum erforderlichen ohmischen Dämpfungswiderstand - frequenzabhängig ist und dadurch den Frequenzgang des Verstärkers beeinträchtigt, Man muß also bestrebt "sein, den Eingangswiderstand RE im Vergleich zu groß zu machen. Aus der Formel für RE ersieht man, daß man zu diesem Zweck bei einer Röhre mit vorgegebener Steilheit die Zuleitungsinduktivität ZK klein machen muß, es sei denn, man könnte ihren Einfluß überhaupt eliminieren, Zu diesem Zweck ist es bekannt, die Kathode an zwei oder mehrere Sockelstifte anzuschließen, so daß mehrere Zuleitungen parallel geschaltet sind, wodurch die Zuleitungsinduktivität wirklich verkleinert wird: Eine noch induktivitätsärmere Kathodenzuleitung besitzen die Scheibenröhren, bei denen die Kathode über einen schmalen Ring allseitig an Masse gelegt wird.
  • Auch durch Schaltungsmaßnahmen hat man versucht, den Einfluß der dämpfenden Kathodeninduktivität zu verringern oder ganz zu vermeiden. So hat man z. B. vorgeschlagen, Röhren mit doppelter Kathodenzuleitung so zu schalten, daß die eine Zuleitung nur vom Kathodenstrom il<, die andere nur vom Schwingkreisstrom iE durchflossen wird, so wie es beispielsweise in Bild 3 dargestellt ist. Da in dieser Schaltung der Gitterkreis nicht mehr an Masse gelegt werden darf,_ ist eine Bandfilterkopplung zur_ vorhergehen.denStüfe erforderlich, die aber zur iichtgenAnpassung der Röhrenkapazitäten ohnehin günstiger ist als die einfache Kopplung gemäß Bild 1. Die Schaltung nach Bild 3 erscheint demnach zunächst ideal. Sie hat sich aber nicht durchsetzen können, weil sich die beiden Kähodenzuleitungen in der Röhre durch ihre Gegeninduktivität beeinflussen, so daß Kathoden-und Gitterkreis nur unvollkommen entkoppelt werden.
  • Bei all diesen Anordnungen, die zur Vermeidung eines kleinen Eingangswiderstandes RE bekanntgeworden sind, wird also versucht, die Induktivität, welche sowohl vom Kathödenström als auch vom Schwingkreisstrom des Eingangskreises durchflössen wird, klein zu' halten.
  • Gemäß der Erfindung wird ein anderer Weg beschritten. Die Erfindung betrifft eine Breitbandverstärkerstufemit Anschaltung der Kathodenzuleitung an eine Anzapfung der Schwingkreisinduktivität und einem Bedämpfungswiderstand zur Verflachung der Resonanzkurve des Eingangskreises, dessen Kapazität im wesentlichen durch die Röhreneingangskapazität gebildet wird. Gemäß der Erfindung sind die beiden Teile der Schwingkreisinduktivität in an sich bekannter Weise derart miteinander gekoppelt, daß die hierdurch eintretende Wirkung einer negativen Induktivität in der Kathodenzuleitung gleich groß ist wie die Kathodenzuleitungsinduktivität und daß der Bedämpfungswiderstand derart im Schwingkreis angeordnet ist, daß der durch ihn fließende Strom nicht vom Kathodenstrom abhängt.
  • Erwähnt sei, daß es an sich bekannt ist, durch gegenseitige Kopplung zweier bereits vorhandener Nutzinduktivitäten eine unerwünschte Induktivität zu kompensieren. (Deutsche Patentschrift 856 006). Bei einer Dreitbandverstärkerstufe ist zunächst jedoch nur die Schwingkreisinduktivität vorhanden; die zweite Nutzinduktivität zur Kompensation der unerwünschten Kathodenzuleitungsinduktivität muß also erst durch Anzapfung der Schwingkreisinduktivität gebildet werden.
  • An sich sind Schaltungen mit einer Kathodenanzapfung der Schwingkreisinduktivität ebenfalls bekannt. Derartige Verstärkerschaltungen dienen jedoch einem von dem der Erfindung völlig verschiedenen Zweck, nämlich der Entdämpfung des Schwingkreises durch eine Rückkopplung. Außerdem ist bei ihnen der Schwingkreisinduktivität eine gesonderte Kapazität parallel geschaltet. Der Schwingkreisstrom fließt daher nicht ausschließlich über die Induktivität, und. eine Kompensation der Kathodenzuleitungsinduktivität ist mit diesen Schaltungen weder beabsichtigt noch erforderlich (USA.-Patentschrift 2021649, französische Patentschrift 894 004, britische Patentschrift 429 291). Im Gegensatz zu diesen Schaltungen ist bei der Breitbandverstärkerstufe nach der Erfindung keine Rückkopplung angestrebt, sondern ein zusätzlicher Bedämpfungswiderstand vorgesehen und so angeordnet, daß dieser die Kompensation der Kathodenzuleitungsinduktivität nicht stört. Mit der Erfindung läßt sich die Induktivität der Kathodenzuleitung einer Breitbandverstärkerstufe auf einfache Weise unabhängig von der Steilheit und den sonstigen Betriebsparametern der verwendeten Röhre kompensieren.
  • Zur Erläuterung der Kompensationswirkung in der Breitbandverstärkerstufe nach der Erfindung betrachtet man einen Vierpol in T-Schaltung, welcher gemäß Bild 4 im Längszweig zwei Induktivitäten L1 und L2 enthält und im Querzweig irgendeinen komplexen Widerstand W. Die beiden Induktivitäten seien aber miteinander gekoppelt, so daß eine positive Gegeninduktivität vorhanden ist. Solch ein Vierpol mit gekoppelten Induktivitäten wirkt bekanntlich genauso wie ein Bedachter Vierpol der gleichen Art, bei dem aber die Induktivitäten L1 und L2 nicht miteinander gekoppelt sind, wenn statt dessen in den Querzweig eine negative Induktivität -L12 geschaltet ist (Bild 5). Die negative Induktivität, die man als selbständiges Schaltelement nicht realisieren kann, bildet also das Ersatzschaltbild für die Gegeninduktivität und kann zur Kompensation einer positiven Induktivität Lg im Querzweig benutzt werden.
  • Zur Kompensation der Kathodenzuleitungsinduktivität werden hierzu die beiden miteinander gekoppelten Induktivitäten im Längszweig durch die angezapfte Schwingkreisinduktivität einer Verstärkerschaltung dargestellt, an deren Anzapfung die Kathodenzuleitung einer Verstärkerröhre liegt. Bild 6 a zeigt die entsprechende Schaltung. Durch die Gegeninduktivität L12 ist der Kathodenstrom iK mit dem Eingangskreis ein zweites Mal gekoppelt worden, aber derart, daß dadurch die nicht vermeidbare Kopplung durch die Zuleitungsinduktivität LK gerade kompensiert wird. Man erkennt, daß die Anordnung einer bekannten Rückkopplungsschaltung völlig gleich ist. Der Sinn ihrer Anwendung und die Bedingung für die Größe der erforderlichen Gegeninduktivität leiten sich aber aus ganz anderen Überlegungen ab.
  • Eine einfache Variante zur Schaltung 6a wäre die Schaltung 6b, in der die Kopplung zwischen Eingangskreis und Anodenstrom auf der Anodenseite durchgeführt ist. Bei näherer Betrachtung erweist sich aber diese Anordnung als unvorteilhaft. Sie verursacht längere Leitungswege auf der Anodenseite und liefert auch unerwünschte kapazitive Kopplungen. Bei Tetroden und Pentoden stören dabei außerdem sowohl der Schirmgitterstrom als auch der Schwingkreisstrom des Ausgangskreises den gewünschten Kompensationseffekt. Die Schaltung nach 6 a vermeidet hingegen alle diese Nachteile.
  • Bei Breitbandverstärkern, bei denen man die Eingangskreise der Röhren durch Zuschalten ohmscher Widerstände bedampfen muß, stört der Dämpfungszweig die Möglichkeit zur völligen Kompensation der Zuleitungsinduktivität. Das ist immer dann der Fall, wenn der durch den Dämpfungswiderstand R fließende Strom auch vom Kathodenstrom il( abhängig ist, was z. B. für die Schaltungen nach Bild 7a und 7b zutrifft. Nach einem Merkmal der Erfindung wird der Entdämpfungswiderstand so angeordnet, daß er die Kompensation nicht stört.
  • Man kann eine ganze Reihe von Schaltungen angeben, für die diese unerwünschte Auswirkung des Dämpfungswiderstandes R fortfällt oder kompensiert ist. Hierbei sind aber die Schaltungen, die die Rückwirkungen nur für ein vorgegebenes Verhältnis von Steuerspannung zu Kathodenstrom vermeiden, unvollkommene Lösungen, weil ihre Wirkung von der veränderlichen Steilheit der benutzten Röhren abhängig ist. Die Bilder 8 a bis 8 e zeigen dagegen Schaltungen, bei denen die Zuleitungsinduktivität LK durch die Gegeninduktivität kompensiert werden kann, ohne daß diese Maßnahme durch die Bedämpfung des Eingangskreises oder eine Veränderung der Röhrensteilheit gestört wird. Bei den ersten beiden Beispielen (Bild 8 a und 8b) ist diese Bedämpfung des Kreises durch einen Serienwiderstand im Schwingkreis bewirkt worden. Das dritte Beispiel (Bild 8 c) entspricht der Bedämpfung durch einen Parallelwiderstand, jedoch ist hier der Widerstand R nur einem Teil der Induktivität L1 parallel geschaltet. Hierbei muß der der angekoppelten Induktivität L2 abgewandte Teil der Induktivität L1 bedampft werden, damit keine Kopplung zwischen diesem Teil und L2 möglich ist, durch welche der Kathodenstrom iK auf die Spannung am Widerstand R einwirken könnte. Besonders sicher und einfach läßt sich solche Kopplung durch Aufteilen der Induktivität Li und räumliche Trennung der Teile gemäß Bild 8 d vermeiden. Der Dämpfungswiderstand kann in den Schwingkreis natürlich auch induktiv eingekoppelt werden, wie es in Bild 8 e dargestellt ist. Auch hier muß die Anordnung der Spulen so getroffen werden, daß eine Kopplung des Dämpfungskreises zur Induktivität L2 vermieden wird.
  • Mit den Ausführungen und den angeführten Schaltungsbeispielen ist gezeigt worden, daß man die schädliche Wirkung der Induktivität der Kathodenzuleitung in geeigneten Schaltungen kompensieren kann und daß sich die Kreise dieser Verstärkerschaltungen auch durch Zusatzwiderstände bedämpfen lassen, ohne daß dadurch die Kompensation gestört wird. Die Kompensation der Zuleitungsinduktivität ist auch vom Alterungszustand der Röhre unabhängig. Die angegebenen Schaltungen sind deshalb für alle hochfrequenten Verstärkerschaltungen anwendbar.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Breitbandverstärkerstufe mit Anschaltung der Kathodenzuleitung an eine Anzapfung der Schwingkreisinduktivität und einem Bedämpfungswiderstand zur Verflachung der Resonanzkurve des Eingangskreises, dessen Kapazität im wesentlichen. durch die Röhreneingangskapazität gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile der Schwingkreisinduktivität in an sich bekannter Weise derart miteinander gekoppelt sind, daß die hierdurch eintretende Wirkung einer negativen Induktivität in der Kathodenzuleitung gleich groß ist wie die Kathodenzuleitungsinduktivität, und daß der Bedämpfungswiderstand derart im Schwingkreis angeordnet ist, daß der durch ihn fließende Strom nicht vom Kathodenstrom abhängt. z. Breitbandverstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedämpfungswiderstand zwischen dem gitterseitigen Ende der Schwingkreisinduktivität und -dem Gitter liegt. 3. Breitbandverstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedämpfungswiderstand zwischen dem kathodenseitigen Ende der Schwingkreisinduktivität (L1) und dem Anschluß für die Kathodenzuleitung und den zweiten Teil der Schwingkreisinduktivität (L2) eingefügt ist. 4. Breitbandverstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedämpfungswiderstand zu einem Teil der Schwingkreisinduktivität parallel liegt, der keine induktive Kopplung zur zweiten Induktivität im Längszweig aufweist. 5. Breitbandverstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bedämpfungswiderstand über eine besondere Koppelschleife induktiv an einen Teil der Schwingkreisinduktivität angekoppelt ist, der keine induktive Kopplung mit der zweiten Irnduktivität des Längszweiges aufweist. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 856 006; französische Patentschrift Nr. 894 004; britische Patentschrift Nr. 429 291; USA.-Patentschrift Nr. 2 021649.
DED24831A 1957-02-05 1957-02-05 Breitbandverstaerkerstufe Pending DE1081514B (de)

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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB429291A (en) * 1932-12-16 1935-05-28 Marconi Wireless Telegraph Co Improvements in or relating to thermionic amplifiers
US2021649A (en) * 1932-06-21 1935-11-19 Jennings B Dow Signaling system
FR894004A (fr) * 1942-04-16 1944-12-12 Philips Nv Montage destiné à amplifier ou à transformer la fréquence d'oscillations électriques
DE856006C (de) * 1951-04-07 1952-11-17 Lorenz C Ag Anordnung zur Neutralisation von Ultrakurzwellen-Schwingkreisen unter Verwendung vonSchirmgitterroehren

Patent Citations (4)

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