DE1200881C2 - Regelbarer gleichstromgekoppelter Verstaerker - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Int. Cl.:

H 03 g-3/10

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 a2 -18/07

Nummer:

Aktenzeichen:

Anmeldetag:

Auslegetag:

Ausgabetag:

P 12 00 881.0-31 (T 25548)

3. Februar 1964

16. September 1965

14. Februar 1974

Patentschrift weicht von der Auslegeschrift ab

Die Erfindung betrifft einen in seiner Verstärkung -veränderbaren gleichstromgekoppelten Verstärker mit einem wenigstens ein Potentiometer aufweisenden Spannungsteiler für Gleichspannungskopplung zwischen dem Signalausgang der ersten Stufe und dem Signaleingang der zweiten Stufe, die beide mit dem Spannungsteiler verbunden sind, und zwar einer (Eingang oder Ausgang) über den beweglichen Abgriff zur Verstärkungsänderung, wobei die zwei festen Enden des Potentiometers auf dem gleichen Gleich-Spannungspotential liegen.

Ein derartiger Verstärker ist bereits bekannt, jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß er eine mit zunehmender Verstärkung geringer werdende Frequenzbandbreite aufweist, was sich im wesentlichen darauf zurückführen läßt, daß bei Veränderung des Kopplungsgrades zwischen den zwei hintereinandergeschal-

teten Verstärkerstufen der Eingangswiderstand der zweiten Verstärkerstufe stark verändert wird, sich also der Arbeitspunkt dieser zweiten Verstärkerstufe stark verschiebt. Dieser bekannte Verstärker weist ein Potentiometer mit beweglichem Abgriff auf, dessen eines festes Ende unmittelbar an der Ausgangselektrode der ersten Verstärkerstufe liegt und dessen anderes festes Ende an einem Punkt auf einem Vorspannwiderstand für die Kathode des zweiten Verstärkungselementes bzw. Verstärkerstufe liegt. Die Signalelektrode ist dabei ein Steuergitter, welches unmittelbar mit dem Abgriff des zur Verstärkungsregelung dienenden Potentiometers verbunden ist. Die Kathode der die erste Verstärkerstufe bildenden Röhre ist über einen verstellbaren Widerstand geerdet. Bei Verstärkungsänderung, d. h. Verstellung des mit dem Steuergitter der zweiten Röhre verbundenen Abgriffes, wird die Eingangsimpedanz an der zweiten Röhre mit dem unerwünschten Ergebnis verändert, daß die Frequenzbandbreite sich ebenfalls ändert.

Bekannt ist auch ein in seiner Verstärkung veränderbarer gleichstromgekoppelter Verstärker, der aus einer ersten Verstärkerstufe, bestehend aus zwei in Reihe liegenden Trioden, und dessen zweite Verstärkerstufen ebenfalls aus zwei in Reihe geschalteten Trioden besteht. Die Kathoden der zwei Röhren der ersten Verstärkerstufe sind über Widerstände bzw. Potentiometer miteinander verbunden, wobei den Kathoden der zwei Röhren über ein Spannungsteilernetzwerk ein gleichgroßes Gleichspannungspotential aufgedrückt wird. Im Ruhezustand fließt also durch die Kathodenwiderstände dieser Röhren kein Strom. Das Gitter einer Röhre der zweiten Verstärkerstufe ist über einen Widerstand an den beweglichen Ab-

In seiner Verstärkung veränderbarer
gleichstromgekoppelter Verstärker

Patentiert für:

Tektronix, Inc., Beaverton, Oreg. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. K.-A. Brose, Patentanwalt,
8023 Pullach

Als Erfinder benannt:

Roland Eugene Andrews, Portland, Oreg.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 18. Februar 1963 (259 076)

griff des Potentiometers bzw. Kathodenwiderstands der ersten Stufe angeschlossen. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, den Kopplungsgrad zwischen der ersten und der zweiten Verstärkerstufe zu verändern, ohne dabei den Arbeitspunkt der ersten bzw. der zweiten Verstärkerstufe bzw. den Ausgangswiderstand der ersten Stufe und den Eingangswiderstand der zweiten Stufe zu verändern.

Obwohl diese bekannte Schaltung zu guten Ergebnissen führt, so ist sie doch relativ aufwendig, da sie für den erwähnten Zweck vier aktive Elemente benötigt, also insgesamt vier Trioden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen in seiner Verstärkung veränderbaren gleichstromgekoppelten Verstärker der eingangs definierten Art zu schaffen, der bei vergleichsweise sehr viel geringerem technischem Aufwand die Möglichkeit bietet, bei Veränderung des Verstärkungsgrades die Frequenzbandbreite konstant zu halten.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem Verstärker der eingangs definierten Art dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die zweite Stufe transistorisiert ist und daß am jeweiligen festen Ende des Potentiometers angeschlossene, ein jeweils an diesen Enden, unabhängig vom Ruhestrom der ersten und der zweiten Verstärkerstufe, gleiches Gleichspannungspotential erzeugende erste Mittel vorgesehen sind und daß am Eingang der zweiten transistorisierten Stufe ein mit dem Gleichspannungspotential an den Enden des Potentiometers gleiches Gleichspannungspotential

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erzeugende zweite Mittel vorgesehen sind, wobei die ersten und die zweiten Mittel relativ zu der Ausgangsimpedanz der ersten Stufe und der Quellimpedanz der zweiten transistorisierten Stufe so bemessen sind, daß unabhängig von der Einstellung des Kopplungsgrades zwischen diesen beiden Stufen und damit der Gesamtverstärkung des Verstärkers die Belastungsimpedanz der ersten Stufe und der Quellwiderstand der zweiten Stufe im wesentlichen konstant bleiben.

Im Gegensatz zu dem Bekannten kommt also die Verstärkerschaltung nach der Erfindung mit nur zwei aktiven Elementen aus, so daß der Verstärker nach der Erfindung sehr viel wirtschaftlicher hergestellt werden kann.

Bei der praktischen Ausführung ist die erste Stufe eine als Kathodenfolger geschaltete Vakuumröhre und die zweite Stufe ein als Emitterverstärker geschalteter Transistor.

Im einzelnen kann die Erfindung dadurch eine vorteilhafte Weiterbildung erfahren, daß jeweils am Ende des Potentiometers ein Spannungsteiler mit gleichem Teilungsverhältnis zum Erzeugen eines elektrischen Potentials angeschaltet ist.

Der Verstärker nach der Erfindung eignet sich besonders gut als Eingangsvorverstärker für die Vertikalablenkung eines Kathodenstrahloszillographen, dessen Bandbreite frequenzmäßig von Gleichspannung bis zu einigen MHz reicht. Bekanntlich müssen solche Vorverstärker ständig geeicht werden können, was mit dem Verstärker nach der Erfindung ohne jeden Einfluß auf die Frequenzbandbreite durch Verstellen des Potentiometers bzw. der beiden Potentiometer möglich ist.

Im folgenden wird die Erfindung an dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Der Verstärker weist eine Eingangsstufe mit einer Vakuumtriode 10 und eine Ausgangsstufe mit zwei NPN-Transistoren 12 und 14 auf. Die Transistoren besitzen Emitterkopplung, so daß ein Gegentaktausgangssignal abgegeben wird. Die Röhre 10 kann als Kathodenfolger geschaltet sein, wobei ihre Anode mit einer veränderbaren Spannungsquelle 16 verbunden sein kann, die die Anodenspannung auf einen unterhalb +100VoIt liegende Gleichspannung einstellt. Die Kathode kann über einen Arbeitswiderstand 18 an eine negative Gleichspannungsquelle angeschlossen sein. Das Gitter der Röhre 10 ist mit der Eingangsklemme 20 des Verstärkers über eine Kopplungsimpedanz verbunden, die durch einen zu einem Kondensator 24 parallelgeschalteten Widerstand 22 sowie durch eine Abschwächerimpedanz gebildet wird, welche mittels eines Wählschaiters 28 aus einer Reihe von Abschwächerimpedanzen 26 ausgewählt wird. Die Abschwächerimpedanz 26 bildet zusammen mit einem vom Gitter der Röhre 10 nach Erde führenden festen Widerstand 30 einen Spannungsteiler, so daß die der Röhre zugeführte Eingangsspannung an diesem festen Widerstand ansteht. Jede der Abschwächerimpedanzen 26 ist mittels eines zum Abschwächerwiderstand parallelgeschalteten festen Kondensators kompensiert, so daß sie mit dem festen Widerstand 30 und der Eingangskapazität der Röhre 10 einen frequenzkompensierten Wechselspannungsteiler bildet. Zwischen dem Gitter und der Kathode der Kathodenfolgerröhre 10 ist eine als Spannungsregler arbeitende Neonröhre 32 eingeschaltet, die verhindert, daß die Gittervorspannung dieser Röhre einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Der Ausgang der Kathodenfolgerstufe ist an dem beweglichen Kontakt eines ersten kontinuierlich veränderbaren Widerstandspotentiometers 34 angeschlossen, das einen Teil des Koppelnetzwerkes zwischen den Eingangs- und Ausgangsverstärkerstufen bildet. Ein Ende des ersten Potentiometers 34

ίο ist an die Verbindungsstelle von zwei in Reihe geschalteten Spannungsteilerwiderständen 36 und 38 angeschlossen. Diese Spannungsteilerwiderstände sind zwischen eine positive Gleichspannungsquelle und Erde gelegt und führen dem einen Anschlußende des Potentiometers 34 eine positive Gleichspannung von 1,6 Volt zu. Mit dem ersten Potentiometer 34 ist ein zweites, kontinuierlich veränderbares Widerstandspotentiometer 40 in Reihe geschaltet, wobei ein Anschlußende mit dem anderen Anschlußende des ersten Potentiometers verbunden ist. Das andere Anschlußende des zweiten Potentiometers 40 ist an die Verbindungsstelle von zwei in Reihe geschalteten Spannungsteilerwiderständen 42 und 44 angeschlossen. Die Spannungsteilerwiderstände 42 und 44 sind zwischen eine positive Gleichspannungsquelle und Erde eingeschaltet und führen dem anderen Anschlußende des Potentiometers 40 eine positive Gleichspannung von 1,6 Volt zu. Die mit der Kathodenfolgerröhre 10 verbundene veränderbare Spannungsquelle wird so lange verstellt, bis die Gleichspannung an der Verbindungsstelle von der Kathode dieser Röhre und dem beweglichen Kontakt des Potentiometers 34 ebenfalls +1,6 Volt beträgt. Der bewegliche Kontakt (Schleifer) des Potentiometers 40 ist mit der Basis des Transistors 12 und mit einer Basisstromquelle verbunden, die ein Widerstand 46 und ein Potentiometer 48 bildet, dessen Schleifer so lange verstellt wird, bis die zum Schleifer des Potentiometers 40 gelangende Gleichspannung ebenfalls +1,6VoIt beträgt. Dies bedeutet, daß die den veränderbaren Verstärkungsregelpotentiometern 34 und 40 zugeführten Ruhegleichspannungen abgeglichen sind, so daß durch die Potentiometer kein Ruhegleichstrom fließt. Wird daher die Einstellung der Potentiometer 34 und 40 zwecks Änderung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers geändert, so erfolgt dadurch keine Änderung der der Basis des Transistors 12 zugeführten Ruhegleichspannug, da durch die Potentiometer kein Gleichstrom fließt, so daß der Gleichstrom- (Gleichspannungs-) Ausgangspegel des Verstärkers im wesentlichen konstant bleibt.

Die die Transistoren 12 und 14 enthaltende Ausgangsstufe ist als Verstärker mit Phasenumkehrung geschaltet, der das einpolige Ausgangssignal der Eingangsstufe in zwei Gegentaktausgangssignale verwandelt, die von den mit den Kollektorelektroden der Transistoren 12 und 14 verbundenen Ausgangsklemmen 50 bzw. 52 abnehmbar sind. Die Emitterelektroden der Ausgangstransistoren 12 und 14 sind über einen Kopplungswiderstand 54 miteinander und über zwei Widerstände 56 und 58 mit einer negativen Gleichspannung verbunden. Die Kollektorelektroden dieser Transistoren 12 und 14 sind über Lastwiderstände 60 bzw. 62 und einen festen Widerstand 63 mit einer positiven Spannungsquelle verbunden, die durch einen veränderbaren Widerstand 64 einstellbar sein kann. Die Basis des Ausgangstransistors 14 ist an einen geeigneten, eine Vorspan-

Claims (1)

1. 5 6

   nung liefernden Stromkreis angeschlossen, mit dem Widerstand 22 1 Megohm

   die an den Basiselektroden der Transistoren 12 und Kondensator 24 0,0068 Mikrofarad

   14 anstehenden Ruhegleichspannungen abgeglichen _{widerstand 30} ι Megohm

   werden können. Dieser Stromkreis kann zwei Span- ⁶

   nungsteilerwiderstände 66 und 68 enthalten, die 5 Potentiometer 34 100 Ohm

   zwischen einer positiven Gleichspannungsquelle und Widerstand 36 3,48 Kilohm

   Erde in Reihe geschaltet sind. Die Basis des Tran- Widerstand 38 422 Ohm

   sistors 14 ist an die Verbindungsstelle der Span- Potentiometer 40 250 0hm

   nungsteilerwiderstände 66 und 68 sowie über einen _{widerstand 42 U}3 _Kil_ohm

   Kopplungswiderstand 70 an den Schleifer eines Vor- 10 '

   Spannungspotentiometers 72 angeschlossen, dessen Widerstand 44 162 Ohm

   Anschlußenden zwischen einer positiven Gleich- Widerstand 46 33 Kilohm

   Spannungsquelle und Erde eingeschaltet sind. Potentiometer 48 25 Kilohm

   Wenn die Widerstandswerte der das Koppelnetz- Widerstand 54 56 2 Ohm

   werk zwischen den Verstärkerstufen bildenden festen _{15 Widerstände 56 und 58} ' l',54 Kilohm

   Widerstände 36, 38, 42 und 44 und der Potentio- '

   meter 34 und 40 richtig gewählt werden, bleibt der Widerstände 60 und 62 147 Ohm

   Belastungswiderstand des durch die Röhre 10 gebil- Widerstand 63 464 Ohm

   deten Kathodenfolgerverstärkers einschließlich des Widerstand 64 100 Ohm

   Eingangswiderstandes R_e' des Transistors 12 im ₂₀ Widerstand 66 1 Kilohm

   wesentlichen konstant, auch wenn die Potentiometer ,

   verstellt werden. Bei verschiedener Einstellung der Widerstand 68 115 Ohm

   Verstärkungsregelpotentiometer 34 und 40 bleibt Widerstand 70 . 10 Kilohm

   auch die Quellenimpedanz einschließlich des Innen- Potentiometer 72 25 Kilohm

   Widerstandes 1/Gm der Röhre 10 für den durch den ₂₅
   Transistor 12 gebildeten Emitterverstärker konstant.
   Da sich der Belastungswiderstand und der Quellenwiderstand der Eingangsstufe bzw. Ausgangsstufe Patentansprüche:
   nicht merklich mit der Einstellung der Potentiometer
   34 und 40 ändert, ändern sich auch die Verstär- ₃₀

   kungsgrade dieser einzelnen Stufen nicht. Während !· ¹^ seiner Verstärkung veränderbarer gleichsich daher die zwischen der Eingangs- und der stromgekoppelter Verstärker mit einem wenigstens Ausgangsstufe befindliche wirksame Koppelimpedanz ein Potentiometer aufweisenden Spannungsteiler mit der Einstellung der Potentiometer 34 und 40 zur Gleichspannungskopplung zwischen dem Siändert und somit die Gesamtverstärkung des Verstär- ₃₅ gnalausgang der ersten Stufe und dem Signaleinkers, bleibt die Verstärkung der Eingangsstufe und gang der zweiten Stufe, die beide mit dem Spander Ausgangsstufe einzeln betrachtet im wesentlichen nungsteiler verbunden sind, und zwar einer (Einkonstant. Die von einem Verstärker durchgelassene gang oder Ausgang) über den beweglichen Ab-Frequenzbandbreite ist gleich einer Konstante, divi- griff ^zur Verstärkungsänderung, wobei die zwei diert durch den Verstärkungsfaktor des Verstärkers. 40 ^festen Enden des Potentiometers auf gleichem Die Bandbreite der erfindungsgemäßen Verstärker- Gleichspannungspotential liegen, dadurch gestufe bleibt somit im wesentlichen konstant, und das kennzeichnet, daß die zweite Stufe (12) gleiche trifft auf die Bandbreite des Verstärkers zu. transistorisiert ist und daß am jeweiligen festen Das Potentiometer 34 kann verwendet werden, um Ende des Potentiometers (34, 40) angeschlossene, eine Eichung des Verstärkers gegenüber Verstär- 45 ein jeweils an diesen Enden, unabhängig vom kungsänderungen der Röhre 10 und der Transistoren Ruhestrom der ersten und der zweiten Verstär-12 und 14 vorzunehmen, während das Potentiometer kerstufe, gleiches Gleichspannungspotential erzur kontinuierlichen Veränderung der Spannung des zeugende erste Mittel (36, 38, 42, 44) vorgesehen Ausgangssignals auf einen beliebigen Wert benutzt ^{sind und daß am} Eingang der zweiten transistoriwerden kann, und zwar im Gegensatz zu den durch 30 sierten Stufe (12) ein mit dem Gleichspannungsdie Abschwächerimpedanz 26 bestimmten Festwerte. potential an den Enden des Potentiometers Da die Verstärkung der Kathodenverstärkerstufe gleiches Gleichspannungspotential erzeugende im wesentlichen konstant bleibt, ändert sich auch die zweite Mittel (46, 48) vorgesehen sind, wobei die Eingangskapazität dieser Stufe bei verschiedener Ein- ersten (36, 38, 42, 44) und die zweiten Mittel (46, Stellung der Potentiometer 34 und 40 nicht. Dadurch 55 ⁴⁸) relativ zu der Ausgangsimpedanz (18) der bleibt die Frequenzkompensation der durch eine der ersten Stufe (10) und der Quellimpedanz der Dämpfungsimpedanzen und die Eingangskapazität zweiten transistorisierten Stufe (12) so bemessen und den Eingangswiderstand der Kathodenfolgerstufe ^sind> ^daß unabhängig von der Einstellung des gebildete Spannungsteilerabschwächer im gesamten Kopplungsgrades zwischen diesen beiden Stufen Bandbreitenbereich des Verstärkers bei unterschied- 60 (10, 12) und damit der Gesamtverstärkung des licher Einstellung des Eichpotentiometers 34 er- Verstärkers die Belastungsimpedanz der ersten halten. Stufe (10) und der Quellwiderstand der zweiten

   Im folgenden werden einige typische Werte für die ^Stufe (¹²) ^im wesentlichen konstant bleiben,

   verwendeten Bauelemente angegeben: 2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch ge-

   _D... _{tn XT} . . „ _nco, 6s kennzeichnet, daß die erste Stufe eine als

   ^{Rohre 10 Nuvistor} TyP ^{7586 5} Kathodenfolger geschaltete Vakuumröhre (10)

   Transistoren 12 und 14 .. Typ 2 N 918 _{und d}i_{e zwe}ite Stufe einen als Emitterverstärker

   Widerstand 18 3,32 Kilohm geschalteten Transistor (12) enthält.

   3. Verstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß jeweils am Ende des Potentiometers (34, 40) ein Spannungsteiler (36, 38 bzw. 42, 44) mit gleichem Teilungsverhältnis zum Erzeugen eines elektrischen Potentials angeschaltet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 3 024 424; MS Anleitung 716/1, Oscillarll.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen