DE1126947B - Kettenverstaerker - Google Patents

Description

• Kettenverstärker Es sind bereits Kettenverstärker bekannt, bei denen der Wellenwiderstand des anodenseitigen Kettenleiters von Glied zu Glied verkleinert wird. Sie vermeiden den bei den bekannten Kettenverstärkern vorhandenen Nachteil, daß die von den einzelnen Röhren an die anodenseitige Kettenleitung abgegebenen Signalströme nicht nur in Richtung zum Nutzwiderstand, sondern auch in umgekehrter Richtung fließen. Mit einem derartigen Kettenverstärker wird im Vergleich zu einer gewöhnlichen Verstärkerstufe mit nur einer Röhre bei gleicher Bandbreite die Stromverstärkung, nicht aber die Spannungsverstärkung mit der Anzahl der verwendeten Röhren erhöht. In vielen Anwendungsfällen wird die Vergrößerung der Stromverstärkung durchaus gebraucht. Es gibt aber auch Fälle, in denen eine Vergrößerung der Spannungsverstärkung erwünscht wäre. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Kettenverstärkers für Spannungsverstärkung, bei dem der Vorteil des bekannten Kettenverstärkers gewahrt bleiben kann.
• Diese Aufgabe ließe sich in trivialer Weise etwa dadurch lösen, daß man einen Kettenverstärker mit abnehmendem Wellenwiderstand gemäß dem Bekannten benutzt, um durch Stromverstärkung zunächst die erforderliche Ausgangsleistung herzustellen und im Anschluß daran diese Ausgangsleistung über einen entsprechenden Ausgangstransformator auf die gewünschte Spannung umzusetzen. Ein Schaltbild für diese triviale Lösung ist in Fig.l dargestellt. Diesem gegenüber liefert der erfindungsgemäße Kettenverstärker bei gleicher Röhrenzahl und gleicher Bandbreite sowie gleicher Steuerleistung mehr Ausgangsleistung. Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß bei dem anodenseitigen Kettenleiter die zwischen den Speisepunkten gelegenen Kettenabschnitte von den Verstärkerröhren direkt, von den vorhergehenden Kettenabschnitten jedoch jeweils über einen spannungserhöhenden Transformator gespeist werden, die die Spannung höchstens im Verhältnis 1:2 herauftransformieren.
• Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, in der anodenseitigen Kette bei einem Kettenverstärker Transformatoren einzuschalten. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um spannungserhöhende Transformatoren, sondern um Umpolungstransformatoren.
• Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung und zur Herleitung der optimalen Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren dient das in Fig. 2 dargestellteAusführungsbeispieldes erfindungsgemäßen Kettenverstärkers. Der Verstärker sei mit unter sich gleichen Röhren R1 bis R4 bestückt und die Kettenleiter sowohl auf der Gitterseite als auch auf der Anodenseite jeweils aus gleichen Kettengliedern aufgebaut. Als anodenseitiges Kettenglied ist hierbei das zc-Glied zu verstehen, welches jeweils aus der Röhrenausgangskapazität Co, der Selbstinduktion Lo und dem Zusatzkondensator Cö gebildet wird, wobei Co und Cö gleich groß sind. Diese Kettenglieder sollen erfindungsgemäß über Transformatoren 1 bis 3 vom Übersetzungsverhältnis ü1, ü2 und ü3 miteinander verbunden sein. Um das Verständnis zu erleichtern, sei zunächst vorausgesetzt, daß es sich dabei um Idealtransformatoren handle, also um verlustfreie und frequenzunabhängige Transformatoren ohne Laufzeit und mit unendlich hohem Leerlaufwiderstand. Damit nun alle Röhren trotz des gleichen Wellenwiderstandes aller Kettenglieder Co, Lo, Cö ihre Signalleistung reflexionsfrei nur nach rechts an den Nutzwiderstand R liefern, müssen die verbindenden Transformatoren unterschiedliche Spannungsübersetzungsverhältnisseün haben, und zwar müssen sie von Glied zu Glied kleiner werden, wie dies in Tabelle 1 für sieben Glieder zusammengestellt ist.

  Tabelle I
  in Pn un Pgea
  n
  io - Pi = Ui ün pgi
  1 1,000 1,618 1,000
  2 1,618 1,355 2,618
  3 2,192 1,2535 4,810
  4 2,748 1,1985 7,558
  5 3,293 1,163 10,851
  6 3,831 1,1391 14,681
  7 4,363 1,1212 19,04

  Die Herleitung der Werte ü. findet sich im Anhang Teil 1.
• In der ersten Spalte der Tabelle 1 ist die Anzahl n der Kettenglieder angegeben, in der zweiten der Signalstrom in der n-ten Stufe, bezogen auf denjenigen in der ersten. Am ersten Kettenglied der anodenseitigen Kettenleitung wird genau wie bei dem ersten Glied des Kettenverstärkers gemäß Fig. 1 auch bei dem erfindungsgemäßen Kettenverstärker durch den von der Röhre R, eingespeisten Röhrenstrom io die Spannung u = 1o - Z aufgeworfen, wobei Z sich aus Co, L, und Cö bestimmt. In beiden Fällen wird demnach auch die gleiche Leistung u - 1o in die Kette eingespeist. Im ersten Glied unterscheiden' sich die beiden Verstärker also nicht. Bei den folgenden Gliedern der anodenseitigen Kette bleibt die Spannung bei dem Kettenverstärker nach Fig. 1 gleich u, weil der Wellenwiderstand von Glied zu Glied dem von jeder Röhre gelieferten Signalstrom io entsprechend abnimmt. Infolgedessen arbeiten alle Röhren dieses Verstärkers gegen die gleiche Spannung u, und da sie auch alle den gleichen Signalstrom i, einspeisen, liefern alle die gleiche Leistung, u - 1o in die Kette hinein. Im Gegensatz dazu liegt bei dem erfindungsgemäßen Kettenverstärker wegen des Transformators 1 mit dem Übersetzungsverhältnis ü, an der zweiten Röhre anodenseitig die Spannung u2 = ii, - ü = 1,618 1r. An der dritten Röhre liegt dann die Spannung u3 = ü, - ü2 - u = 2,192 u, an der vierten die Spannung u4 = ü,-ü2-ü3-u =2,748uusw.bisun=ü,-ü2-ü3#...ün-,#u.
• Die Röhren R, bis R4 speisen nun aber als Tetroden oder Pentoden unabhängig von der Ausgangsspannung alle den gleichen Signalstrom 1o = S - ui in die Ausgangskette ein, so daß die von jeder Röhre gelieferte Signalleistung den obengenannten Spannungen proportional ist, wenn S die Steilheit der Röhren R, bis R4 und ui die Spannung an der gitterseitigen Kettenleitung ist. Die von einer Röhre gelieferte Ausgangsleistung steigert sich also fortschreitend von Glied zu Glied, weil der gleiche Signalstrom gegen eine höhere Spannung eingespeist wird. Der fiktive Außenwiderstand auf den die Röhren arbeiten, wird also von Glied zu Glied größer. Dadurch verbessert sich die Leistungsanpassung der Röhren, denn bei den üblichen Breitbandverstärkern ist die geringe Spannungsaussteuerung der Röhren die nicht vermeidbare Ursache für deren geringe Ausgangsleistung. Die bestmögliche Leistungsanpassung wird dann bei der Röhre erreicht, bei der der fiktive Außenwiderstand R, etwa gleich dem Arbeitswiderstand für maximale Leistungsabgabe dieser Röhre ist. Von diesem Glied an ist es dann unzweckmäßig, die Transformation zur Vergrößerung der Spannungsverstärkung fortzusetzen, weil dann die Stromaussteuerung der folgenden Röhren begrenzt wird. Zur weiteren Vergrößerung der Ausgangsleistung kann der Verstärker von diesem Glied ab mit konstanter Spannungsverstärkung, aber steigender Stromverstärkung, d. h. mit abnehmendem Wellenwiderstand der anodenseitigen Kettenleitung fortgesetzt werden.
• In der Spalte 4 der Tabelle 1 ist die durch die Transformatoren von Glied zu Glied steigende Leistung Pn. je Röhre - bezogen auf die Leistung der ersten Röhre - tabelliert. Diese ist der Ausgangsspannung proportional, so daß ist. In der Spalte S ist die Gesamtleistung P_"" des n-gliedrigen Verstärkers - wieder bezogen auf die Leistung der ersten Röhre - angegeben.
• Man erkennt den erheblichen Vorteil dieses Verstärkers im Vergleich zum Verstärker nach Fig. 1, welcher mit n Gliedern nur den n-fachen Wert der ersten Stufe als Gesamtleistung abgibt.
• In einer Abwandlung des Ausführungsbeispieles (Fig.2) kann man sich die jedes Kettenglied abschließenden Zusatzkondensatoren Co von der Primärseite der Transformatoren auf die Sekundärseite mit dem Wert hinübertransformiert denken. Die Transformatoren dienen also nicht nur als Spannungs- und Stromwandler, sondern auch zur Impedanzwandlung. Die Fig. 2 geht dann in die Fig. 3 über, in welcher die Dimensionierung aller übrigen Bauelemente unverändert geblieben ist. Die Arbeitsweise des Kettenverstärkers hat sich durch dieses transformatorische Umsetzen der Zusatzkondensatoren Cö nicht im geringsten geändert. Im Kettenverstärker nach Fig. 3 ist aber, genau wie im Kettenverstärker nach Fig. 1, vorn zweiten Kettenglied an jeder Röhrenausgangskapazität Co ein Zusatzkondensator unmittelbar parallel geschaltet. Eine Vergrößerung der Ausgangskapazität durch Zusatzkondensatoren verschlechtert aber bei normalen Verstärkern die Brauchbarkeit der Röhre für Breitbandverstärkung. Es kann gezeigt werden, daß man auch bei den Kettenverstärkern eine Erhöhung ihres Verstärkungsgrades und eine noch bessere Leistungsfähigkeit erhält, wenn man die Schaltung so abwandelt, daß keine Zusatzkondensatoren mehr notwendig sind. Hierbei soll der Vorzug des Kettenverstärkers nach Schaltbild Fig. 1 und 2 nicht aufgegeben werden, wonach die Signalströme aller Röhren in der anodenseitigen Kettenleitung reflexionsfrei nur nach rechts abfließen sollen. Das Ziel läßt sich erreichen, indem man den Wellenwiderstand der anodenseitigen Kettenglieder von Glied zu Glied fortschreitend vergrößert.
• Das Ersatzschaltbild einer solchen Kettenleitung ist zwecks Erläuterung der Wirkungsweise und zur Herleitung der Dimensionierung eines solchen Kettenverstärkers in Fig. 4 dargestellt.
• Die einzelnen Glieder dieser Kettenleitung sind in der Darstellung durch Trennlinien gegeneinander abgegrenzt und kenntlich gemacht. Wie man sieht, werden in diesem Falle die Transformatoren mit in die Glieder einbezogen. Im Endglied kann der Transformator natürlich fortfallen. Die Transformatoren sind für die Herleitung wieder als Idealtransformatoren vorausgesetzt, die nichts anderes bewirken, als Spannungen, Ströme und Impedanzen zu wandeln. Der Wellenwiderstand Zn = kn - Z der Kettenglieder soll von Glied zu Glied steigen. Hierbei soll k, = 1 sein, damit bleibenkann. Damit dieLaufzeitunddieGrenzfrequenz derGlieder bei dieserÄnderung des Wellenwiderstandes unverändert bleibt, werden die Längsinduktivitäten dieser Glieder um den Faktor k, auf kri * L, ver-

  größert und die Eingangskapazität des Gliedes um

  den Faktor k auf k 'x Co verkleinert. Wegen des

  n

  Transformators vom Übersetzungsverhältnis ü" muß

  dann die Ausgangskapazität des als symmetrischen

  Vierpol gedachten Kettengliedes auf . Co ver-

  üa - k"

  kleinert werden. Hierbei ist zu beachten, daß die Übersetzungsverhältnisse ü" gegenüber den Werten, die für den Verstärker nach Fig.2 angegeben sind, geändert werden müssen, denn die alten Werte waren ja für Glieder mit einander gleichen Wellenwiderständen bestimmt. Die für die Veränderung des Wellenwiderstandes neu eingeführten Größen kn sollen hierbei so bestimmt werden, daß die an den Verbindungsstellen der Kettenglieder einander parallelgeschalteten Kapazitäten zusammen gleich der Ausgangskapazität Co der Röhre werden. Es gilt also: In diesem Falle ist kein Zusatzkondensator zur Ausgangskapazität der Röhre mehr erforderlich. Die Ausgangskapazität der Röhre allein liefert vielmehr sowohl die Abschlußkapazität für das Vorglied wie die Eingangskapazität für das Folgeglied der Kettenleitung. Von der zweiten Röhre ab gehört also die Ausgangskapazität der Röhren zum Teil zum Vorglied und mit dem Rest zum Folgeglied. Fig. 5 zeigt diesen Kettenverstärker.
• Die sich aus der Abbildung II im Anhang ergebenden Werte für die Übersetzungsverhältnisse ü und die Faktoren k sind in Tabelle 2 niedergelegt.

  Tabelle 2

  7t ü k

  un - Pn ges

  rt n + 1

  u1 P1 P1

  1 2 4/3 1 1

  2 3/2 6/4 2 3

  3 4/3 8/5 3 6

  4 5/4 l0/6 4 10

  5 6/5 12/7 5 15

  6 7/6 14/8 6 21

  7 8/7 16/9 7 28

  Ferner zeigt die Tabelle 2 das Verhältnis der Span-

  nungen ü und die gesamte Leistung in der anoden-

  seitigen Leitung P9" im Verhältnis zur Leistung im ersten Glied.
• Aus der Tabelle 2 ist zu ersehen, daß die Spannungsaussteuerung der Röhren von Glied zu Glied fortschreitend bei diesem Verstärker noch schneller anwächst als beim Kettenverstärker nach Fig. 2. Hierfür ist in Tabelle 2, Spalte 4, die Spannung un = üi * ü2, ü3 ... ü.-1 - u als Vielfaches von u1 angegeben. Diese Spannung ist wieder proportional der von Glied zu Glied steigenden Leistung P,, = un io. Außerdem ist in der fünften Spalte der Tabelle 2 die Gesamtleistung des n-gliedrigen Verstärkers tabelliert, also Diese Leistungen sind wieder als Vielfaches der von der ersten Röhre gelieferten Leistung angegeben.
• Ein Vergleich der Tabelle 2 mit Tabelle 1 zeigt, daß der Verstärker nach Fig. 5 tatsächlich noch wesentlich günstiger arbeitet als der nach Fig. 2. Damit ist er also der trivialen Anordnung nach Fig. 1 noch mehr überlegen als der schon recht vorteilhafte Verstärker nach Fig. 2.
• Für die Realisierung der Schaltung stehen natürlich Idealtransformatoren - wie sie zur Vereinfachung der Ableitungen vorausgesetzt wurde - nicht zur Verfügung. Je größer das Verhältnis von oberer zu unterer Grenzfrequenz des zu übertragenden Bandes ist, um so schwerer lassen sich solche Transformatoren auch näherungsweise verwirklichen. Mit Gleichstrom arbeiten sie ja überhaupt nicht. Der Streufluß - der bei keinem Transformator ganz zu vermeiden ist - stört im vorliegenden Falle allerdings am wenigsten, weil die Streuinduktivitäten des Transformators gleich zur Bildung der Längsinduktivitäten der Kettenleitung mitverwandt werden können. Bei der Bildung der anodenseitigen Kettengieder müssen eben die tatsächlichen Eigenschaften der Transformatoren mit berücksichtigt werden. Ihre Streuinduktivitäten, Leerlaufinduktivitäten, eventuell Wicklungskapazitäten usw. müssen also in die Schaltung mit einbezogen werden. Die Kettenglieder brauchen natürlich keine Tiefpässe in g-Schaltung zu sein, wie sie in den Figuren als Prinzipschaltbilder für die Erläuterungen benutzt waren. Gerade um die Eigenschaften wirklicher Transformatoren in die Laufzeitglieder richtig einzubeziehen, können die Kettenglieder als komplizierte Netzwerke aufgebaut werden. Für ZF-Verstärker ist es ohnehin zweckmäßig, die Laufzeitketten als Bandpässe auszubilden. Der Wellenwiederstand der Kettenglieder und damit der Verstärkergrad werden nämlich größer, wenn man den Durchlaßbereich der Kettenglieder auf den gewünschten Übertragungsbereich beschränkt. Die Glieder eines solchen Bandpasses bestehen hier aus LC-Parallelkreisen in den Querzweigen und aus LC-Serienkreisen in den Längszweigen der Kette (vgl. Fig. 6). Die Transformatoren, die zur Kopplung der Kettenglieder im Sinne dieser Erfindung nötig sind, werden hierbei zweckmäßigerweise durch passende Anzapfung der Induktivitäten der LC-Parallelkreise gebildet. Die Anzapfungen der Induktivitäten zur transformatorischen Ankopplung der Vorglieder sind dabei so zu wählen, daß trotz Streuinduktivitäten das hergeleitete Spannungsübersetzungsverhältnis unter Last erreicht wird, was gegebenenfalls experimentell zu erproben ist. In Fig. 6 ist noch der Wellenwiderstand für die Glieder der Ausgangskette in die Abschnitte zwischen den Röhren eingetragen.
• Die Bildung der Laufzeitketten und der Transformatoren ist im übrigen nicht auf Netzwerke aus Induktivitäten, Kondensatoren und üblichen Transformatoren beschränkt. Sie dürfen vielmehr auch mit anderen geeigneten Bauelementen, wie z. B. mit Verzögerungskabeln, Lecherleitungen, Hohlrohren und Hohlraumresonatoren oder unter Verwendung von elektromechanischen Filtern oder Übertragern gebildet werden. Infolge der von Glied zu Glied steigenden Spannungsverstärkung wächst auch von Röhre zu Röhre die Anodenrückwirkung über die Durchgriffskapazitäten Cga. Die dynamische Eingangskapazität C ist bekanntlich: Ce = Ci + Cga . (1 -I- v).
• Hierbei ist Ci die statische Eingangskapazität. Da der Verstärkungsfaktor v von Glied zu Glied steigt, so wächst auch die wirksame Eingangskapazität C, womit die Verhältnisse in der gitterseitigen Kettenleitung gestört werden. Wo dieser Einfuß der Durchgriffskapazität von störender Größe wird, kann er in bekannter Weise durch Neutralisation beseitigt werden. Weniger günstig ist es, die von Röhre zu Röhre steigende Wirkung der Durchgriffskapazität durch kleine Zusatzkondensatoren an den ersten Röhren auszugleichen, so daß dort entweder die statische Eingangskapazität oder die Durchgriffskapazität vergrößert wird. Die gitterseitige Kettenleitung wird dadurch wieder homogen. Für die im vorstehenden näher behandelten Verstärker waren immer einander gleiche Röhren vorausgesetzt. In den meisten Fällen wird eine derartige Röhrenbestückung des Kettenverstärkers auch die zweckmäßigste sein; sie ist aber für die prinzipielle Funktion des Verstärkers nicht notwendig. Die Schaltungen lassen sich ebenfalls mit ungleichen Röhren, insbesondere mit Röhren verschiedener Ausgangskapazität und verschiedener Steilheit ausführen. Die Dimensionierung der Kettenglieder und die Übersetzungsverhältnisse der Transformatoren müssen für den speziellen Fall einer ungleichen Röhrenbestückung natürlich extra berechnet werden, doch ist der Gang der Rechnung genau analog der für gleiche Röhren durchgeführten Herleitung.
• In allen Fällen ist es aber für die exakte Funktion des Verstärkers wesentlich, daß die Röhren die Daten einhalten, welche der Rechnung zugrunde gelegt wurden. Das gilt zunächst für die Röhrenkapazitäten, weil diese zu den Kettenleitungen gehören und damit deren Eigenschaften bestimmen. Die Röhrenkapazitäten streuen aber von Röhre zu Röhre innerhalb der Fertigungstoleranzen. Dieser Streubereich ist für moderne Breitbandröhren jedoch relativ eng, so daß sie keine wesentlichen Fehlanpassungen der Kettenleitungen verursachen werden. In Fällen, in denen es auf die richtige Dimensionierung der Kettenleitung besonders ankommt, können die Unterschiede in den Kapazitätswerten der einzelnen Röhren auch durch kleine Zusatzkondensatoren (Trimmer) ausgeglichen werden. Auch eine Änderung der Kapazitäten während der Lebensdauer der Röhren könnte auf diese Weise ausgeglichen werden. Die Kapazitäten der Röhren ändern sich allerdings während ihrer Lebensdauer sehr wenig, so daß darauf kaum Rücksicht genommen werden muß.
• Anders verhält es sich bei der Steilheit. Auch diese muß die Werte einhalten, die der Auslegung des Verstärkers zugrunde gelegt wurden - allerdings nur relativ zu den übrigen Röhren des Kettenverstärkers. Für die hier berechneten Verstärker mit einander gleichen Röhren müssen also alle Röhren die gleiche Steilheit besitzen, so daß sie alle den gleichen Signalstrom in die anodenseitige Kettenleitung einspeisen. Abweichungen von der Gleichheit der Steilheit würden bei der berechneten Dimensionierung Reflexionen in der anodenseitigen Kettenleitung verursachen. Nun besitzen aber die Röhren bezüglich der Steilheit eine relativ große Fertigungstoleranz von etwa ±150/, vom Sollwert. Während der Lebensdauer der Röhren verändert sich ihre Steilheit außerdem, und zwar bei der einen manchmal schneller als bei der anderen. Man kann also mit Röhren gleicher Steilheit nicht immer rechnen. Die Störung der Verstärkerfunktion, die die geringen Reflexionen infolge der kleinen Fehlanpassung liefern, bleibt aber wesentlich kleiner als beim üblichen Kettenverstärker, bei dem überhaupt nichts getan ist, um die Reflexionen zu verhüten. Außerdem ist es selbstverständlich möglich, die unterschiedliche Steilheit der Röhren durch Einzelregelungen abzugleichen, beispielsweise durch entsprechende Veränderung der Kettenglieder oder durch Spannungsteilung im Gitterkreis bzw. durch Parallelschaltung eines ohmschen Widerstandes im Anodenkreis dieser Röhre. Solche Maßnahmen sind aber unbequem. Leichter durchführbar ist es, die Röhren mit Stromgegenkopplung zu betreiben, um ihre scheinbare Steilheit zu stabilisieren. Änderungen der wahren Steilheit S ändern dann die scheinbare Steilheit S' bekanntlich um so weniger, je stärker die Stromgegenkopplung gewählt wurde, d. h., je größer der Kathodenwiderstand Rk ist. Mit der scheinbaren Steilheit wird dabei aber auch der Verstärkungsfaktor v der Röhren kleiner, und zwar um den gleichen Faktor wie die scheinbare Steilheit. Der Effekt wird aber zum großen Teil dadurch ausgeglichen, daß durch die Stromgegenkopplung auch die Eingangskapazität Ci der Röhre scheinbar auf den Wert verkleinert wird. Mit dieser kleineren Eingangskapazität läßt sich aber der Wellenwiderstand der gitterseitigen Kettenleitung bei gleicher Grenzfrequenz und

  gleicher Laufzeit um den Faktor (1 + S - Rk) vergrößern.

  Bei gleicher Steuerleistung Z' läßt sich durch die Ver-

  größerung des Wellenwiderstandes die Eingangs-

  spannung ui um den Faktor yi -- 1, -s. Rk durch Trans-

  formation vergrößern. Die Verringerung des Verstär-

  kungsfaktors der Röhren durch die Gegenkopplung

  um den Faktor 1 + S . R@ ist also durch die Ver-

  größerung der Eingangsspannung um den Faktor V1 + S - Rk zum Teil wieder ausgeglichen. Die Stabilisierung der Steilheit wird also weniger teuer erkauft. Die verbleibende Minderung der Verstärkung infolge Gegenkopplung läßt sich durch Vermehrung der Gliedzahl des Kettenverstärkers dann leicht ausgleichen. Anhang Teil 1 Zwecks Herleitung der in Tabelle 1, Spalte 3, angegebenen Werte ü. betrachtet man zwei aufeinanderfolgende Glieder n und n -I- 1. Die Röhren - für welche einander gleiche Tetroden oder Pentoden vorausgesetzt sind - liefern gleiche Signalströme 1o = S - ui in die Kettenleitung hinein. Das gilt, obwohl die Ausgangsspannungen an den Röhren verschieden groß sein werden, denn bei Tetroden und Pentoden mit ihrem verschwindend kleinen Durchgriff hat die Anodenspannung keinen merklichen Einfluß auf den Anodenstrom. Wenn nun gemäß der obengenannten Bedingung die Ströme in jedem Kettenglied beim richtigenÜbersetzungsverhältnis ü reflexionsfrei nur nach rechts fließen, dann müssen für dieses Kettenglied dieselben Verhältnisse vorliegen, als wäre dieses Glied nicht mit dem transformatorisch angeschlossenen Folgeglied, sondern mit seinem Wellenwiderstand abgeschlossen. Nur in diesem Fall werden alle links in den Vierpol eingespeisten Ströme rechts reflexionsfrei wieder abgenommen. Für diesen Fall gilt aber die Vierpolbeziehung, daß die Spannung un am n-ten Kettenglied gleich dem Produkt aus dem in das Glied eingespeisten Strom in mal dem Wellenwiderstand Z ist. Der Wellenwiderstand ist hier für alle Kettenglieder: Für das n-te Glied gilt dann: U, = in . Z (2) und für das (11 +1)-te Glied ull+1 = 1n+1 ' Z. (3) Zwischen den Spannungen 11" und un+l besteht aber - wegen des Transformators zwischen den beiden Kettengliedern - die Beziehung: 1i" _ 1 = ün ' 11n. (4) Man braucht noch den Zusammenhang zwischen den Strömen in den aufeinanderfolgenden Gliedern. Der Strom i" _ 1 besteht aus zwei Anteilen, nämlich aus dem Signalstrom i, der (n+ 1)-ten Röhre und dem

  über den Transformator zugeführtenStrom l@ in aus.

  n

  dem Vorglied. Es ist also:

  1

  1n+1 = Ip + # In (5)

  ün

  Einsetzen von 2, 3 und 5 in 4 liefert dann die Beziehung Hieraus erfolgt nach elementarer Rechnung: Da in das erste Glied der Kettenleitung nur der Röhrenstrom i, einfließt, ist offensichtlich: il = io. (8) Einsetzen von 8 in 7 liefert ü1. Dieses in 5 eingesetzt liefert i2. Dieses wiederum in 7 eingesetzt liefert ü2 usw., so daß man der Reihe nach alle Übersetzungsverhältnisse ü, berechnen kann. Hierbei ist noch zu bemerken, daß in der Formel 7 das Minuszeichen vor der Wurzel zwar eine richtige, aber nicht eine vorteilhafte Lösung liefert. Es ist also das positive Vorzeichen zu wählen, und hiermit erhält man die Zahlenwerte der Tabelle 1, Spalte 1 bis 3.
• Teil Il Die Größen ün und kn, mit denen die gewünschte Arbeitsweise des Verstärkers erreicht wird, ergeben sich wie folgt: Aus der Gleichung Co folgt zunächst: Für die Spannungen an den Gliedern n und n +1 gilt jetzt: u, = in .Zn = In.kn.Z (11) un+l = In+l ' Zn+l = 1n+1 ' kn+l ' Z. (12) Für die Ströme in den aufeinanderfolgenden Gliedern gilt wieder wie in Gleichung 5: Auch die Spannungen müssen wieder im Übersetzungsverhältnis des die Stromkreise verbindenden Transformators stehen. Es gilt wieder wie in Gleichung 4: un+l = ün ' un. (14) Einsetzen von 11, 12 und 13 in 14 liefert nach einfacher Rechnung: und mit Formel 10 ergibt sich weiter: Hieraus folgt: Das negative Vorzeichen vor der Wurzel liefert wieder eine zwar richtige, aber nicht vorteilhafte Lösung. Es ist also das positive Vorzeichen zu nehmen. Für die Auswertung der Formel 17 berücksichtigt man, daß il = i, und k1 = 1 bekannt sind. Hiermit liefert Formel 17 zunächst: ü1 = 2 (18) Einsetzen dieses Wertes in 10 und 12 liefert: Durch wechselseitiges Einsetzen der gewonnenen Werte in die Formeln 17 und 10 bzw. 14 erhält man dann der Reihe nach die gesuchten Werte für ün und k". In Tabelle 2 sind diese Ergebnisse bis n = 7 zusammengestellt.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Kettenverstärker, bei dem die von den Röhren gelieferten Signalstromanteile die anodenseitige Kettenleitung im wesentlichen nur in Richtung zum Nutzwiderstand hin durchfließen, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem anodenseitigen Ketterleiter die zwischen den Speisepunkten gelegenen Kettenabschnitte von den Verstärkerröhren direkt, von den vorhergehenden Kettenabschnitten jedoch jeweils über einen spannungserhöhenden Transformator gespeist werden, die die Spannung höchstens im Verhältnis 1 : 2 herauftransformieren.
2. 2. Kettenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung gleichartiger Röhren das Übersetzungsverhältnis der Transformatoren von Stufe zu Stufe kleiner ist.
3. 3. Kettenverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei unter sich gleichen Röhren die Kettenabschnitte der anodenseitigen Kettenleitung unter sich gleichen Wellenwiderstand haben.
4. 4. Kettenverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenwiderstand der Kettenabschnitte der anodenseitigen Kettenleitung so gewählt wird, daß bei der vorgegebenen Laufzeit keine Zusatzkondensatoren zu den Ausgangskapazitäten der Röhren erforderlich sind. In Betracht gezogene Druckschriften Britische Patentschrift Nr. 623 175. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1060 927.