-
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.