DE1122590B - Kettenverstaerker - Google Patents

Description

Es sind Breitbandverstärker bekannt, bei denen die Kapazitäten der Eingangs- und Ausgangselektroden der Verstärkerröhren die Querglieder einer Filterkette bilden, so daß die Röhren effektiv parallel geschaltet sind. Dabei sind die Phasenlaufzeiten zwischen den einzelnen Ausgangselektroden ebenso groß wie die zwischen den einzelnen Steuerelektroden, so daß alle Ströme, die von den einzelnen Röhren in den Abschlußwiderstand der Anodenfilterkette fließen, sich phasengleich addieren. Solche Verstärker bezeichnet man allgemein als Kettenverstärker.

Diese Verstärkerart ist vorzüglich für die Verstärkung von breiten Frequenzbändern geeignet, weil die Kapazitäten der Röhren und der Verdrahtung nicht direkt parallel geschaltet sind und sich daher nicht addieren, sondern zumindest teilweise die Querzweige der Filterkette bilden.

Sollen diese Verstärker jedoch zur Leistungsverstärkung benutzt werden, so stellt man fest, daß ihr Wirkungsgrad sehr viel niedriger ist, als es wünschenswert wäre. Bei einem Kettenverstärker beispielsweise, dessen Ausgangsfilterkette aus Gliedern mit gleichem Wellenwiderstand aufgebaut und an ihren Enden mit Widerständen von der Größe des Wellenwiderstandes abgeschlossen ist, werden sich die Ströme aller Röhren, die durch die Abschlußwiderstände am Eingang und Ausgang der Filterkette fließen, phasenrein addieren, vorausgesetzt, die Frequenz ist so niedrig, daß die Phasendifferenz in den einzelnen Gliedern der Filterkette vernachlässigbar ist. Die Folge davon ist, daß die Hälfte der Leistung in dem Abschlußwiderstand am Eingang der Filterkette verlorengeht. Dies bedeutet natürlich, daß die gesamte Leistungsausbeute auf die Hälfte reduziert wird. Steigt die Betriebsfrequenz an, so daß die Phasendifferenz zwischen den einzelnen Gliedern der Ausgangskette nicht mehr vernachlässigbar ist, so addieren sich die Ströme, die in Richtung des Abschlußwiderstandes am Eingang der Filterkette fließen, nicht mehr phasenrein, und die Verlustleistung in diesem Abschlußwiderstand sinkt. Der Gesamtwirkungsgrad wird aber nicht verbessert, da gleichzeitig die Anodenspannungsamplitude in einigen der "Röhren sinkt. Über ein breites Frequenzband kann nur die am Ende der Verstärkerkette befindliche Röhre die zur Verfügung stehende Speisespannung voll ausnutzen.

Die Verwendung eines Abschlußwiderstandes am Eingang der Filterkette kann in bekannter Weise dadurch umgangen werden, daß man den Wellenwiderstand zum Ende der Kette hin abnehmen läßt. In diesem Falle ist die maximale Spannungsamplitude in der Anode der ersten Röhre durch die Röhrencharak-

Anmelder:

Marconi's Wireless Telegraph Company
Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. B. Johannesson, Patentanwalt,
Hannover, Göttinger Chaussee 76

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 23. Juli 1958 (Nr. 23 688)
und 12. Mai 1959

Boleslaw Marian Sosin,

Great Baddow, Essex (Großbritannien),

ist als Erfinder genannt worden

teristiken und den Wellenwiderstand des ersten Gliedes der Filterkette bestimmt, dessen Maximalwert von der Ausgangskapazität der Röhre abhängt. Wird der Wellenwiderstand der Filterkette in gleichen Teilschritten verringert, so tritt bei jeder Veränderung des Wellenwiderstandes eine Reflexion auf, die bewirkt, daß die Spannungsamplitude an der Anode jeder Röhre gleich der Spannungsamplitude an der Anode der ersten Röhre ist. Auf diese Weise kann die Spannungsamplitude entlang der Filterkette nicht ansteigen, und der Wirkungsgrad bleibt demzufolge niedrig.

Gemäß der Erfindung ist ein Kettenverstärker derart ausgebildet, daß die an der Anode liegende Filterkette, zum Ausgang hin gesehen, zuerst konstanten, dann aber abnehmenden Wellenwiderstand hat.

Der Wellenwiderstand des gleichförmigen Teiles der Ausgangsfilterkette wird zweckmäßigerweise so hoch gewählt, wie es die Anodenkapazität der ersten Röhre erlaubt. Die Zahl der Röhren, die an dem gleichförmigen Teil der Filterkette liegen, sollte so groß sein, daß die letzte dieser Röhren über den gesamten Frequenzbereich eine genügend große Spannungsamplitude an der Anode erhält. Diese Spannungsamplitude wird für die nachfolgenden Röhren dadurch konstant gehalten, daß der Wellenwiderstand der Filterkette, an dem diese Röhren

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liegen, von Röhre zu Röhre zum Ausgang hin ver- weiligen Ausgangskapazitäten der Röhren VA, VS, ringen wird. Dies kann dadurch erreicht werden, daß V 6, V 7 und V 8 gebildet werden. Der Teil der die in den Längszweigen liegenden Induktivitäten Filterkette mit abnehmendem Wellenwiderstand ist zum Ausgang hin verringert und die in den Quer- an seinem Ende 2 gegebenenfalls über ein Anpaßzweigen liegenden Kapazitäten vergrößert werden. 5 netzwerk mit einem Lastwiderstand (nicht dar-AHe diese nachfolgenden Röhren arbeiten so bei gestellt) verbunden, so daß die Filterkette mit ihrem einem günstigen Spannungspegel. Die Bestimmung Wellenwiderstand abgeschlossen ist.
des Punktes, bis zu dem der Wellenwiderstand der Die Induktivitäten Ll sind so gewählt, daß Filterkette konstant ist und von dem ab der Wellen- sie in Verbindung mit den Eingangskapazitäten widerstand abnimmt, stellt einen Kompromiß dar io der Röhren ein Filter mit passendem Durchlaßzwischen den Anodenkapazitäten und der geforderten bereich und passendem Wellenwiderstand bilden. Bandbreite auf der einen und den besten Betriebs- Die Bestimmungsstücke der Ausgangsfilterkette sind werten der Röhren auf der anderen Seite. Natürlich so gewählt, daß sich ein passender Wellenwiderstand ist es wünschenswert, den gleichförmigen Teil der und ein passender Durchlaßbereich des Filters er-Füterkette so kurz wie möglich zu halten, bedingt 15 geben. Die Anoden der Röhren sind mit solchen durch den günstigen Arbeitsbereich der verbleibenden Punkten der Ausgangsfilterkette verbunden, daß die Röhren. Phasenlaufzeit zwischen den Anoden benachbarter

Vorzugsweise werden die Kapazitäten in den Quer- Röhren möglichst genau gleich der Phasenlaufzeit

zweigen des gleichförmigen Teiles der Ausgangs- zwischen ihren entsprechenden Steuergittern ist.

filterkette nur durch die Anoden und Streukapazi- 20 Um eine weitgehend konstante Wechselspannungs-

täten gebildet, während die Längszweige dieser amplitude an den Anoden der Röhren V A, V 5, V 6,

Filterkette aus den verschiedenen Teilen einer Spule V 7 und V 8 zu erhalten, ist der zugehörige Teil der

gebildet werden, deren Steigung über dem ungleich- Ausgangsfilterkette in bekannter Weise so dimen-

förmigen Teil der Filterkette, das ist der Teil, übei sioniert, daß sich der Wellenwiderstand stufenweise

dem der Wellenwiderstand abnimmt, schrittweise ver- »5 verringert, wobei der Wellenwiderstand der einzelnen

ändert wird. Stufen von den jeweiligen Röhreneigenschaften ab-

Es ist selbstverständlich, daß die Röhren im hängt.

Interesse einer großen Breitbandigkeit des Ver- In den Schaltungsbeispielen sind Schirmgitterstärkers kleine Kapazitäten, hohe Anodenströme und röhren verwendet. Es eignen sich aber auch andere große Steilheiten aufweisen müssen. Außerdem 30 Röhrentypen. Beispielsweise können die dargestellten müssen die Gitter-Anoden-Kapazitäten der Röhren Röhren durch ein Paar von Ln Kaskade geschaltete sehr klein sein. Trioden ersetzt werden.

In der Zeichnung sind in Fig. 1 und 2 die Schalt- Wenn auch in den Schaltungsbeispielen einfache skizzen von zwei Ausführungsformen eines Ver- Filterglieder dargestellt wurden, so können natürlich stärkers gemäß der Erfindung dargestellt. Dabei 35 auch kompliziertere und mit komplizierteren Netztragen gleiche Schaltelemente gleiche Bezeichnungen. werken abgeschlossene Filterglieder verwendet wer-Außerdem sind die Gleichstromzuführungen und den. Auch können zwischen zwei Röhren mehrere andere zum Verstehen der Schaltung nicht not- Filterglieder angeordnet sein. Die Bemessung der wendige Verbindungen weggelassen. Füterketten entspricht der allgemein bekannten

In Fig. 1 wird das zu verstärkende Signal über ein 40 Technik und braucht hier nicht weiter erläutert zu

nicht dargestelltes Anpaßnetzwerk beim Eingangs- werden.

punkt 1 der Eingangsfilterkette eingespeist. Die Ein- Als Filterkette eignen sich nicht nur Hochpaßfilter, gangsfilterkette weist gleiche Induktivitäten L1 auf, sondern es können auch Tief-oder Bandpaßfilter verwährend die in der Schaltung nicht dargestellten wendet werden.

Kapazitäten der Querzweige der Filterkette durch die 45 Ein häufiger Nachteil von Breitbandverstärkern ist gleich großen Gitterkapazitäten der untereinander die Bildung von unerwünschten geradzahligen Obergleichen Röhren Vl, Vl... VS gebildet werden. wellen. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es Die Steuergitter der Röhren sind mit verschiedenen bekannt, Kettenverstärker als Gegentaktverstärker Punkten der Füterkette zwischen den Induktivitäten auszubilden. Auch der erfindungsgemäße Ketten- Ll verbunden, die so gewählt sind, daß die Steuer- 50 verstärker kann als Gegentaktverstärker ausgebildet spannungen für die einzelnen Gitter weitgehend werden, so daß die Vorteile der bekannten Gegengleich sind. Die Eingangsfilterkette ist mit dem taktkettenverstärker zusätzlich zu den erfindungs-Widerstand R1 abgeschlossen, der so groß ist wie gemäßen Vorteilen auftreten.
der Wellenwiderstand der Füterkette. Die Kathoden Fig. 2 zeigt einen gemäß der Erfindung ausder Röhren liegen an Masse. Die Anodenfilterkette 55 gebildeten Gegentaktkettenverstärker. Dabei liegen besteht aus zwei Teilen. Ein Teil hat konstanten am Eingang der Füterkette beispielsweise Trans-Wellenwiderstand und weist in den Längszweigen formatoren, wodurch Eingang und Ausgang des Vergleiche Induktivitäten L 2 und in den Querzweigen stärkers gleichzeitig erdsymmetrisch werden. Mit gleiche Kapazitäten in Form der Ausgangskapazitäten derartigen Verstärkern kann vor allem⁹ die zweite der Röhren Vl, V2 und V3 auf. R2 ist ein Ab- 6° Harmonische wirkungsvoll unterdrückt werden,
schlußwiderstand von der Größe des Wellenwider- In Fig. 2 zeigen die Kästen A jeweüs Verstärker, Standes. Der andere Teü der Ausgangs- oder Anoden- wie sie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurden, filterkette hat einen Wellenwiderstand, der zum nicht Das Eingangssignal gelangt über ein nicht dargezeichneten Last- und Abschlußwiderstand hin ab- gestelltes Eingangsnetzwerk an die Klemmen 3 der nimmt. Dieser Teü der Füterkette besteht aus den 65 Primärwicklung des Transformators Tl, dessen Induktivitäten L 3, L 4, LS und L 6, während die Sekundärwicklung in der Mitte geerdet ist. Die Aus-Querzweige durch die ParaUelschaltungen der gangsklemmen 1 der Sekundärwicklung sind mit den Kapazitäten Cl, C2, C3, C4 und C5 mit den je- Steuergittern der jeweüs ersten Röhren der Ver-

stärker A verbunden. Die Ausgangsspannung der Verstärker A wird an ihren Ausgangsklemmen 2 abgenommen und in die in der Mitte geerdete Primärwicklung des Ausgangstransformators T 2 eingespeist. Die Ausgangsspannung wird über den Klemmen 4 der Sekundärwicklung abgenommen, an die ein Lastwiderstand über ein Anpaßnetzwerk (nicht dargestellt) angeschlossen ist. Die Transformatoren T1 und Tl sind natürlich so ausgelegt, daß sie das erforderliche Frequenzband übertragen und außerdem zur Anpassung dienen können. Es können Anpaßnetzwerke an dem Eingang und Ausgang der Verstärker A angeschlossen werden, oder aber die Transformatoren Tl und Tl selbst sind so dimensioniert, daß sie die Ein- und Ausgänge der Verstärker anpassen.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Kettenverstärker, dessen an den Ausgangselektroden der Röhren liegende Filterkette zum Ausgangskreis abnehmenden Wellenwiderstand hat, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Ausgangselektroden, insbesondere den Anoden, der Röhren liegende Filterkette, zum Ausgang hin gesehen, zuerst konstanten, dann aber abnehmenden Wellenwiderstand hat.

2. Kettenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der mit der Ausgangsfilterkette mit konstantem Wellenwiderstand verbundenen Röhren und deren Verstärkung so groß sind, daß die Wechselspannung an der Anode der letzten dieser Röhren ihren in bezug auf die Ausnutzung der Speisespannung günstigsten Wert hat, und daß der Wellenwiderstand der mit den Anoden des Restes der Röhren verbundenen Filterkette von Röhre zu Röhre in solcher Weise abnimmt, daß dieser Wert der Wechselspannung für den Rest der Röhren konstant bleibt.

3. Kettenverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnahme des Wellenwiderstandes in dem ausgangsseitigen Teil der Anodenfilterkette durch Verringerung der Induktivitätswerte in den Längszweigen und durch Vergrößerung der Kapazitätswerte in den Querzweigen hervorgerufen wird.

4. Kettenverstärker nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querglieder des Teiles der anodenseitigen Filterkette, der konstanten Wellenwiderstand hat, nur durch die Anoden- und Schaltkapazitäten gebildet werden.

5. Kettenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Gittern und Anoden aufeinanderfolgenden Röhren liegenden Teile der Filterketten gleiche Phasenlaufzeiten haben.

6. Kettenverstärker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivitäten in den Längszweigen durch Teile einer einlagigen Zylinderspule gebildet werden, deren Steigung über den Teil der Filterkette stufenförmig verringert wird, dessen Wellenwiderstand zum Ausgang hin abnimmt.

7. Kettenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker in an sich bekannter Weise mit einem vollkommen gleichen zweiten Verstärker in Gegentakt zusammengeschaltet ist, wobei Mittel vorgesehen sind, die die Verstärker in Gegentakt speisen und die Ausgangsspannung im Gegentakt abnehmen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 924 572;
britische Patentschrift Nr. 623 175.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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