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Zwei- oder mehrstufiger Röhrenverstärker mit direkter Kopplung Die
Verkopplung der einzelnen Stufen eines zwei-oder mehrstufigen Röhrenverstärkers
wird im allgemeinen entweder direkt, d. h. galvanisch, über geeignete ohmsche Widerstände
oder indirekt unter Zuhilfenahme einer Widerstands-Kapazitäts-, Widerstands-Übertrager-
oder übertragerkopplung vorgenommen. Die direkte Kopplung, welche die Verstärkung
von Wechselspannungen sehr niedriger Frequenz und von Gleichspannungen gestattet,
erfordert jedoch bei mehrstufigen Verstärkungsschaltungen eine meist nur schwer
erfüllbare Konstanz der Gleichspannungsquellen. Ein weiterer Nachteil besteht darin,
daß eine Potentialstaffelung der einzelnen Stufen notwendig ist, zu welchem Zweck
für jede Stufe eine eigene Anodenstromquelle vorgesehen werden muß. Die indirekte
Kopplung hat demgegenüber die Nachteile, daß die Übertragung von niedrigen Frequenzen,
beispielsweise unterhalb von 30 Hz, unförmig große und teure Koppelelemente verlangt
und insbesondere eine Gleichstromverstärkung überhaupt unmöglich ist.
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Bei einer bekannten Verstärkerschaltung wird eine direkte Verkopplung
der einzelnen Verstärkerstufen unter Vermeidung der genannten Nachteile über zwischengeschaltete
Spitzentransistoren vorgenommen. Die Einschaltung eines solchen Transistors zwischen
zwei aufeinanderfolgende Verstärkerstufen erfolgt dabei im einzelnen in der Weise,
daß seine Basiselektrode über einen Basiswiderstand geeigneter Größe mit dem nicht
am Bezugspotential liegenden Pol der Anodenstromquelle verbunden ist, während seine
Emitter- und Basiselektroden jeweils an die miteinander zu verkoppelnden Elektroden
der Verstärkerröhren beider Verstärkerstufen (d. h. mit der Anode bzw. Kathode der
ersten Röhre und dem Gitter der zweiten Röhre) verbunden sind. Zur Einstellung der
Betriebspotentiale am Spitzentransistor dient hierbei der Basiswiderstand, der infolge
des relativ großen Basisstromes einen Spannungsabfall geeigneter Größe bewirkt,
sowie weitere zwischen die Kollektorelektrode und den am Bezugspunkt der Schaltung
liegenden Pol der Anodenstromquelle geschaltete ohmsche Widerstände, was jedoch
eine nachteilige zusätzliche Leistungsaufnahme der gesamten Verstärkerschaltung
mit sich bringt. Ein anderer wesentlicher Nachteil besteht darin, daß der Basiswiderstand
des Spitzentransistors zu einer Verminderung der Entkopplung zwischen den beiden
aufeinanderfolgenden Röhrenstufen führt.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen zwei- oder mehrstufigen Röhrenverstärker
mit direkter (galvanischer) Kopplung zwischen den einzelnen, vorzugsweise Pentoden
enthaltenden Verstärkerstufen, bei dem die direkte Kopplung zweier aufeinanderfolgender
Verstärkerstufen über einen Transistor erfolgt, wobei die genannten Nachteile der
bekannten Anordnung unter Verwendung von Spitzentransistoren als Koppelelemente
vermieden sind. Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß der als Koppelelement
verwendete Transistor mit seinem Basisanschluß an den Bezugspunkt der Schaltung
(Masse) gelegt ist, während seine weitere Zuleitung an das negative Ende des Kathodenwiderstandes
der ersten Stufe und seine weitere Ableitung an die Gitterelektrode der nächsten
Stufe geführt sind, und daß er in seinem Ausgangskreis eine dem Gitterwiderstand
der nächsten Stufe nachgeschaltete, zur Einstellung des Ausgangsspannungspegels
unabhängig von den Kathodenspannungen der Verstärkerröhren dienende, eigene Spannungsquelle
besitzt.
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Die Erfindung ermöglicht die wahlweise Verwendung von in ihren allgemeinen
technischen Eigenschaften vorzuziehenden Flächentransistoren oder von herkömmlichen
Spitzentransistoren. Des weiteren wird durch die Anordnung nach der Erfindung eine
Einsparung an Widerständen erreicht, wodurch eine unnötige Leistungsaufnahme der
Verstärkerschaltung vermieden wird und die Temperaturabhängigkeit der Gesamtschaltung
verringert wird. Die bei der Anordnung nach der Erfindung verwendete zusätzliche
Spannungsquelle zur Einstellung des Ausgangsspannungspegels des Transistors kann
im übrigen unabhängig von den Kathodenspannungen der Verstärkerröhren eingestellt
werden.
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Zweckmäßigerweise erhalten die Verstärkerröhren die zum Betrieb erforderliche
Gleichspannung aus
einer gemeinsamen Anodenstromquelle, während
die Kopplungstransistoren die zu ihrem Betrieb erforderlichen Gleichspannungen aus
einer gemeinsamen Gleichspannungsquelle erhalten. Vorzugsweise dient die zum Betrieb
der Kopplungstransistoren erforderliche Gleichspannung gleichzeitig als Gittervorspannungen
der Verstärkerröhren.
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Weiterhin ist vorgesehen, daß die Arbeitspunkte der Röhren und/oder
der Transistoren in an sich bekannter Weise stabilisiert sind. Da die maximal mögliche
Stufenzahl vom inneren Widerstand der Batterien abhängt und da dieser Widerstand
bei elektronisch stabilisierten Geräten sehr klein gehalten werden kann, ist es
möglich, die erforderlichen Gleichspannungen elektronisch stabilisierten Netzanschlußgeräten
zu entnehmen.
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Die Erfindung wird an Hand eines als Ausführungsbeispiel zu wertenden,
in der Figur dargestellten Schaltschemas näher erläutert. Das hierbei gewählte Ausführungsbeispiel
stellt einen zweistufigen, die Röhren R1 und R, aufweisenden Verstärker dar. Ein
zu verstärkendes Signal wird dem Steuergitter der ersten Verstärkerröhre R1 über
das Klemmenpaar 1, 2 zugeführt. Die Kathode der Verstärkerröhre R, ist mit dem Gitter
der Verstärkerröhre R2 über einen in Basissehaltung betriebenen pnp-Transistor T,
gekoppelt. Ein in Basisschaltung betriebener pnp-Transistor arbeitet bekanntlich
mit positiver Emitter- und negativer Kollektorspannung. Der Transistor hat dabei
einen sehr kleinen Eingangswiderstand, der bei den heute handelsüblichen Transistoren
in der Größenordnung von 20 Ohm liegt, einen Stromverstärkungsfaktor, der nahe bei
1 liegt, und einen sehr hohen Ausgangswiderstand. Wird nun ein pnp-Transistor zur
Kopplung der Kathode einer Verstärkerröhre mit dem Gitter der nächsten Röhre verwendet,
so setzt er den Kathodenstrom JI i der Verstärkerröhre R, in eine Gitterspannung
U, 2 an der Röhre R= um. Die gemäß der Erfindung vorgenommene Kopplung mittels eines
Transistors ist frequenzabhängig von 0 Hz an bis zu etwa der Grenzfrequenz des Transistors.
In der Basisschaltung besitzt der Transistor die höchstmögliche Grenzfrequenz. Sie
liegt zur Zeit je nach dem zur Verwendung gelangenden Typ etwa zwischen 0,1 bis
10 MHz. Der maximale im Steuergitterkreis der Verstärkerröhre R2 liegende Widerstand
Rg , wird durch die Röhre R2 und den Transistor T1 bestimmt. Er ergibt sich in erster
Näherung als Quotient aus maximal zulässiger Kollektorspannung des Transistors und
Kathodenstrom im Arbeitspunkt der Röhre.
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An die Kathode der Röhre R2 kann nun über den ebenfalls in Basisschaltung
betriebenen Kopplungstransistor T2, eine weitere an dem Klemmenpaar 3,
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liegende Verstärkerstufe, beispielsweise eine aus einer Röhre oder einem
Transistor bestehende Endstufe, angekoppelt sein.
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Bei der Kopplung der Röhren enthaltenden Verstärkerstufen mit Transistoren
kann man für mehrere Stufen, im Gegensatz zu den sonst üblichen, direkte Kopplung
verwendenden Verstärkern, eine gemeinsame Anodenbatterie für die Röhren verwenden.
Die Gleichstromversorgung der Röhren erfolgt aus der Batterie Bi. Die Kollektorspannung
für die Transistoren kann gleichfalls einer gemeinsamen Batterie, im vorliegenden
Beispiel ist es die Batterie B2, entnommen werden. Beide Batterien können einpolig
geerdet sein. Wenn erforderlich, können die Arbeitspunkte der Röhren in bekannter
Weise, z. B. durch geeignete Gegenkopplungsschaltung, stabilisiert werden. An Stelle
der Batterien verwendet man zweckmäßigerweise elektronisch stabilisierte Netzanschlußgeräte.