DE1246819B - Supraleitender Verstaerker, welcher mehrere Kryotronstufen aufweist - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03f

Deutsche Kl.: 21 a2-18/08

Nummer: 1246 819

Aktenzeichen: G 41791 VIII a/21 a2

Anmeldetag: 16. Oktober 1964

Auslegetag: 10. August 1967

Die Erfindung betrifft supraleitende Verstärker, insbesondere mit hoher Verstärkung, die mehrere Kryotronstufen aufweisen, wobei jede Stufe zwei Kryotrons mit jeweils einem Gatterleiter und einem Steuerleiter enthält und die Steuerleiter jeder Stufe mit den Gatterleitern der vorhergehenden Stufe verbunden sind.

Supraleitende Verstärker können in zweckmäßiger Weise durch eine oder mehrere Kryotroneinrichtungen gebildet werden, die so vorgespannt sind, daß sie in einem Bereich zwischen der vollständigen Supraleitfähigkeit und der normalen Leitfähigkeit arbeiten. Der Widerstand eines Kryotrons ändert sich in diesem Bereich sehr stark mit dem Steuerstrom, weshalb an sich eine beträchtliche Verstärkung erzielt werden könnte, insbesondere wenn mehrere derartige Einrichtungen in Kaskade geschaltet sind. Wenn jedoch mehrere Kryotronverstärkerstufen in dieser Weise geschaltet werden, tendiert der Verstärker zu einer Selbstaussteuerung aus dem Bereich mit hoher Verstärkung, wodurch der Verstärker instabil wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen mehrstufigen Verstärker derart auszubilden, daß eine stabile Arbeitsweise mit hoher Verstärkung erzielt werden kann, ohne daß die Impedanzanpassung an einen äußeren Verbraucher beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß diese Instabilität auf niederfrequentes, thermisches Rauschen zurückzuführen ist. Auf Grund der niedrigen Betriebstemperaturen war ein derartiges Rauschsignal bisher als vernachlässigbar klein betrachtet worden. Vermutlich infolge von Temperaturschwankungen der Umgebung des Verstärkers kommt es jedoch zur Entstehung von niederfrequenten Rauschsignalen, deren Frequenz unterhalb etwa 1 kHz liegt.

Ein supraleitender Verstärker der eingangs genannten Art ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gatterleitern der vorletzten Stufe und den Steuerleitern einer vorhergehenden Stufe Gegenkopplungszweige mit je einer Induktivität geschaltet sind, daß die Steuerleiter der vorletzten Stufe eine niedrigere Windungszahl als die Steuerleiter der übrigen Stufen aufweisen und mit den Steuerleitern der letzten Stufe verbunden sind.

Die frequenzabhängige Gegenkopplung gemäß der Erfindung unterscheidet sich von der bereits bekannten, ebenfalls stabilisierenden Gegenkopplung nichtsupraleitender Verstärker dadurch, daß ausschließlich die niederfrequenten Rauschsignale von ihr betroffen werden, also die interessierenden Signale mit höheren Frequenzen keine Schwächung erfahren. Zur Supraleitender Verstärker, welcher mehrere
Kryotronstufen aufweist

Anmelder:

General Electric Company,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

ίο Dipl.-Phys. F. Endlich, Patentanwalt,
Unterpfaffenhofen, Blumenstr. 5

Als Erfinder benannt:

Harold Henry Edwards, Schenectady, N. Y.;
Vernon Leopold Newhouse,
Scotia, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Oktober 1963
(316 918)

Stabilisierung von bekannten nichtsupraleitenden Verstärkern wird dagegen eine prinzipiell frequenzunabhängige Gegenkopplung aller Signale einschließlich der Nutzsignale vorgenommen, so daß deren Verstärkung zum Teil beträchtlich verringert wird. Diese bekannte Gegenkopplung wird zwar manchmal frequenzabhängig gemacht (z. B. durch eine Spule), um den Frequenzgang des betreffenden Verstärkers zu korrigieren, während jedoch beim Verstärker gemaß der Erfindung ausschließlich durch die starke Frequenzabhängigkeit eine Stabilisierung erreicht wird. Erst dadurch werden Kryotronverstärker hoher Verstärkung möglich, die stabil arbeiten und trotz Gegenkopplung keinen Verstärkungsabfall für die Nutzsignale aufweisen.

Bekanntlich beträgt die effektive Gegenkopplungszeitkonstante

gesamte Stromverstärkung

wobei L_f die Induktivität im Gegenkopplungszweig und R der Wechselstrom-Widerstand des Gatters der Gegenkopplungsstufe ist. Da nur die niederfrequenten Rauschspannungen eine Gegenkopplung erfahren sollen, darf die effektive Gegenkopplungszeitkonstante

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nicht zu klein sein. Außerdem ist man wie meistens sowie getrennten Gegenkopplungs-Steuerleitern am

in der Hochfrequenztechnik bestrebt, die Induktivität Eingang und

im Gegenkopplungszweig aus baulichen Gründen F i g. 4 das Schaltbild eines vierten Ausführungsklein zu halten. Um also eine verhältnismäßig große beispiels eines Verstärkers gemäß der Erfindung mit Gegenkopplungszeitkonstante zu gewährleisten, ist es 5 zwei in Kaskade geschalteten Verstärkern mit einem wünschenswert, R gegen L, klein zu machen. gemeinsamen Vorsteuergleichstromweg.

Andererseits soll ein supraleitender Verstärker Bei dem in F i g. 1 dargestellten Verstärker gemäß auch an hohe Lastimpedanzen angeschlossen werden der Erfindung weisen eine Anzahl von Kryotronen können, z. B. an einen außerhalb des gekühlten Gatterleiter 1 bis 10 und zugeordnete Steuerleiter 11 Bereichs angeordneten Transistorverstärker. Die Ein- io bis 12 auf, von denen jeder dazu geeignet ist, ein gangsimpedanz eines derartigen äußeren Verstärkers Magnetfeld für den betreffenden Gatterleiter zu erist normalerweise bedeutend größer als die Aus- zeugen. Die Gatterleiter bestehen aus einem weichen gangsimpedanz eines supraleitenden Verstärkers. Um Supraleiter wie Zinn, während die Steuerleiter aus trotzdem eine Impedanzanpassung zu erreichen, soll einem harten Supraleiter wie Blei bestehen, das die Ausgangsstufe des supraleitenden Verstärkers so 15 supraleitend bleibt, während es ein Magnetfeld erausgebildet werden, daß sie einen höheren Wider- zeugt, das die weichen Gatterleiter normalleitend stand R als die vorhergehenden Stufen hat, deren macht. Alle Verbindungen bestehen aus harten Suprahauptsächliche Funktion die Stromverstärkung ist. leitern. Der gesamte Verstärker wird durch nicht dar-

Mit dem Verstärker gemäß der Erfindung ist es gestellte Einrichtungen auf der supraleitenden Tem-

möglich, diesen beiden unterschiedlichen Anforde- 20 peratur der betreffenden Materialien gehalten. Dazu

rungen an R zu genügen, indem die Gegenkopplung ist die Temperatur von flüssigem Helium bei einem

des Verstärkers und die das Ausgangssignal liefernde niedrigeren Druck als Atmosphärendruck geeignet,

letzte Stufe praktisch unabhängig voneinander sind. welche etwas unter der kritischen Temperatur des

Dadurch kann einerseits die letzte Stufe an eine Zinns oder des betreffenden weichen Supraleiters

äußere Lastimpedanz geeignet angepaßt werden 25 liegt.

(großes R), während andererseits die vorletzte Stufe Die in Reihe geschalteten Gatterleiter 1 und 2 bil-

wegen der kleineren Windungszahl des Steuerleiters den eine erste Verstärkerstufe. Die zugehörigen

ein kleines R hat und damit die Gegenkopplung mit Steuerleiter 11 und 12 sind ebenfalls in Reihe ge-

Hilfe einer verhältnismäßig kleinen Induktivität L, schaltet, während ihre dazwischenliegende Verbin-

vorgenommen werden kann. 30 dung vorzugsweise geerdet ist. Eine Stromquelle 21

Bei gleichbleibender effektiver Gegenkopplungs- liefert einen Vorsteuerstrom I_bias zu dem nicht gezeitkonstante kann die Induktivität im Gegenkopp- erdeten Ende des Steuerleiters 11. Die Stromquellen lungszweig weiter verringert werden, wenn die ge- liefert einen ausreichenden Strom durch den Steuersamte Stromverstärkung verringert wird. Dies kann in leiter 11, um den darunterliegenden Gatterleiter zwivorteilhafter Weiterbildung der Erfindung erreicht 35 sehen einem Zustand vollständiger Supraleitfähigkeit werden, indem die Gegenkopplungszweige nicht an einerseits und einem Zustand normaler Leitfähigkeit die gesamte Steuerleiterwicklung, sondern jeweils an andererseits umzuschalten. Der Vorsteuerstrom beeine besondere Steuerleiterwindung einer vorher- stimmt in vorteilhafter Weise einen Arbeitsbereich, gehenden Stufe angeschlossen sind. in dem sich der Widerstand linear mit dem Steuer-

Um den Widerstand eines Gatterleiters zu erhöhen, 40 strom durch den Steuerleiter ändert. Eine Stromkann in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung die quelle 22 schickt entsprechend einen Vorsteuerstrom Anzahl der Windungen des Steuerleiters erhöht wer- durch den Steuerleiter 12. Ferner schicken Stromden. Damit aber dadurch die Induktivität des Steuer- quellen 23 bis 30 Vorsteuerströme durch die Steuerleiters, die bekanntlich proportional zu nlw ist, wo- leiter 13 bis 20, um einen linearen Arbeitsbereich der bei η die Windungszahl und w die Windungsbreite 45 Kryotrone zu gewährleisten.

bezeichnet, nicht zu groß wird, was zu einer Be- Eine Eingangssignalquelle 37 liefert dem Verstärschränkung der Bandbreite des Verstärkers führen ker einen Signalstrom i_in über einen Eingangswürde, wird die Windungsbreite w ebenfalls erhöht. anschluß 31, der am ungeerdeten Ende des Steuer-Auf diese Weise weist die Ausgangsstufe des Ver- leiters 11 vorgesehen ist, über die Steuerleiter 11 und stärkers einen hohen Widerstand auf, ohne daß seine 50 12 und von dort über den verbleibenden Eingangs-Bandbreite beeinträchtigt wird. anschluß 32 am ungeerdeten Ende des Steuer-

Schließlich kann der Widerstand eines Gatter- leiters 12.

leiters auch dadurch erhöht werden, daß ein größerer Der Signalstrom i_in wird in dem Steuerleiter 11 zu

Strom durch den Steuerleiter geschickt wird. Zu I_bias addiert, während er in dem Steuerleiter 12 von

diesem Zweck kann in vorteilhafter Weiterbildung 55 I_bias abgezogen wird, wodurch sich ein differentieller

der Erfindung zu den Steuerleitern der letzten Stufe Eingangsstrom für den Verstärker ergibt. Aufein-

eine zusätzliche Stromquelle parallel geschaltet anderfolgende Stufen des Verstärkers arbeiten im

werden. Gegentakt. Die Anschlüsse 33 und 34 an jedem Ende

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher der Reihenschaltung der Gatterleiter 1 und 2 sind so-

erläutert werden. Es zeigt 60 wohl die Ausgangsanschlüsse der ersten Stufe des

F i g. 1 das Schaltbild eines ersten Ausführungs- Verstärkers als auch die Eingangsanschlüsse der

beispiels eines Verstärkers gemäß der Erfindung, zweiten Stufe des Verstärkers. Die Steuerleiter 13

F i g. 2 das Schaltbild eines zweiten Ausführungs- und 14 der zweiten Stufe sind dazwischen in Reihe

beispiels eines Verstärkers gemäß der Erfindung mit geschaltet. Die Verbindung zwischen den beiden

einem einzigen Gleichstromweg, 65 Steuerleitern ist ebenfalls geerdet. Die Steuerleiter

F i g. 3 das Schaltbild eines dritten Ausführungs- für weitere Stufen des Verstärkers sind ebenfalls in beispiels eines Verstärkers gemäß der Erfindung mit Reihe parallel zu den in Reihe geschalteten Gattergetrennten Gegenkopplungs-und Ausgangskryotronen leitern der vorhergehenden Stufe geschaltet. Die

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letzten Ausgangsanschlüsse 35 und 36 sind parallel starkes Magnetfeld an den Gatterleitern erzeugt. Eine

zu den Gatterleitern 9 und 10 der letzten Stufe des Stromverstärkung wird ohne weiteres in jeder Stufe

Verstärkers geschaltet. erzielt. Jedoch benötigt ein kleines Eingangssignal

Für jede Stufe liefert eine von Stromquellen 40 bis eine Anzahl von Stufen für einen geeigneten Signal-

45 Gatterstrom an die Verbindung zwischen zwei 5 nachweis, wobei jede Stufe zur weiteren Verstärkung

Gatterleitern. So liefert die Stromquelle 40 einen des Ausgangssignals der vorhergehenden Stufe dient.

Strom 2I_G an die Verbindung zwischen den Gatter- Damit kann insgesamt eine hohe Stromverstärkung

leitern 1 und 2. Wenn jeder Gatterleiter den gleichen erzielt werden. Wenn jedoch mehrere derartige in

Widerstand besitzt, also kein Eingangssignal vor- Kaskade geschaltete Stufen zusammen betrieben wer-

handen ist, halbiert sich der Strom auf einen Wert I₀ io den, wird, der Verstärker aus dem Bereich hoher

für jeden Gatterleiter. Dieser Strom I_G fließt dann Verstärkung durch niederfrequente Rauschspannun-

durch den Steuerleiter der folgenden Stufe und wird gen ausgesteuert, die auf Temperaturschwankungen

an die Steuerleiter-Verbindung zur Erde zurück- oder dergleichen Einflüsse zurückzuführen sind. Die

geführt. Deshalb addiert sich I_G zu dem Strom I_bias in Schaltung gemäß der Erfindung vermeidet diese

den Steuerleitern der folgenden Stufe. Es ist zu be- 15 Schwierigkeit, indem die erwähnte Gegenkopplung

achten, daß I_bias nur durch die Steuerleiter fließt, von dem Ausgang des Verstärkers zu dem Eingang

ohne durch die einen Nebenschluß bildenden Gatter- in dem niederfrequenten Bereich des Rauschens er-

leiter der vorhergehenden Stufe zu fließen, weil die folgt. Dagegen werden die interessierenden höheren

Steuerleiter ständig supraleitend sind, während die Frequenzen nicht in gleicher Weise gedämpft. Die

Gatterleiter teilweise normalleitend sind. 20 Induktivitäten 38 und 39 werden so bemessen, daß

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung der reziproke Wert der Zeitkonstante in jedem ist eine erste rückkoppelnde Induktivität 38 zwischen Gegenkopplungszweig effektiv größer als die Freden Ausgangsanschluß 35 und den Eingangsanschluß quenzen des Rauschens, aber kleiner als die Signal-31 des Verstärkers geschaltet. Eine entsprechende frequenz ist. Bei praktischen Anwendungen betragen rückkoppelnde Induktivität 39 ist zwischen den Aus- 25 die Induktivitäten vorzugsweise etwa 3 · 10² Mikrogangsanschluß 36 und den Eingangsanschluß 32 ge- henry, so daß die Frequenzen über 1000 Hz ohne schaltet. Die Rückkopplungszweige schließen zweck- Schwierigkeiten verstärkt werden,
mäßigerweise eine ungerade Anzahl von Verstärker- Die effektive Gegenkopplungs-Zeitkonstante ist stufen ein, so daß die Rückkopplung negativ ist, also gleich
Gegenkopplungszweige vorliegen. Es ist jedoch er- 30
sichtlich, daß in dem Verstärker die Gegenkopp- _L

lungszweige nicht alle Stufen zu umfassen brauchen. R

Die Gegenkopplungszweige können auch über eine gesamte Stromverstärkung
gerade Anzahl von Stufen untereinander vertauscht

angeschlossen sein. Die Induktivitäten 38 und 39 in 35 wobei L die Induktivität im Gegenkopplungszweig

den Gegenkopplungszweigen bestehen aus einem und R der Wechselstromwiderstand des Gatterleiters

harten Supraleiter, z.B. aus Blei- oder Niobdraht, der Gegenkopplungsstufe ist. Es ist wünschenswert,

und sind jeweils als Luftspule gewickelt, um eine be- R relativ zu L₁ klein zu machen. Verschiedene Modi-

trächtliche Impedanz bei Frequenzen oberhalb von fikationen der im folgenden beschriebenen Schaltung

etwa 1000 Hz zu ergeben. Wie im folgenden noch 40 ermöglichen eine unabhängige Einstellung dieser

näher erläutert werden soll, bewirken diese Induk- Zeitkonstanten, was im folgenden noch näher erläutert

tivitäten eine niederfrequente Gegenkopplung und werden soll.

damit eine Stabilisierung des Verstärkers, während Es ist zweckmäßig, den Verstärker gemäß der Er-

sie nicht die Verstärkung bei höheren Frequenzen findung zum Aussteuern einer höheren Lastimpedanz,

beeinträchtigen. 4.5 z.B. eines außerhalb des gekühlten Bereichs ange-

Bei Betrieb des Verstärkers addiert sich der Signal- ordneten Transistorverstärkers, zu verwenden. Die strom i_la zu I_bias im Steuerleiter 11. Deshalb tritt ein Eingangsimpedanz eines derartigen äußeren Verhöherer Widerstand in dem Gatterleiter 1 als in dem stärkers ist stets hoch im Vergleich zu der Ausgangs-Gatterleiter 2 auf, und der Strom 2I_G verzweigt sich impedanz eines supraleitenden Verstärkers. Deshalb nicht gleichmäßig auf die beiden Gatterleiter, so daß 50 wird die Ausgangsstufe des supraleitenden Verstärein größerer Strom in dem Gatterleiter 2 mit geringe- kers so ausgebildet, daß sie eine höhere Ausgangsrem Widerstand fließt. Dieser größere Strom wird spannung als die vorhergehenden Stufen liefert, deren über den Steuerleiter 14 der folgenden Stufe zur Erde hauptsächliche Funktion eine Stromverstärkung ist. zurückgeführt, während der kleinere Strom durch Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Steuerleiter 19 den Steuerleiter 13 der folgenden Stufe geerdet wird. 55 und 20 der Ausgangskryotrone etwas breiter als die Daraus ergibt sich, daß der Gatterleiter 4 nun einen Steuerleiter der vorhergehenden Stufen sind, während größeren Widerstand als der Gatterleiter 3 aufweist, die Windungszahl der Steuerleiter 19 und 20 auf den so daß ein größerer Anteil des Stroms von der Strom- darunterliegenden Gatterleitern größer ist. Es ist quelle 42 durch den Gatterleiter 3 und durch den ferner ersichtlich, daß die Ausgangsspannung V_out an folgenden Steuerleiter 15 fließen muß. In dieser 60 den Ausgangsanschlüssen 35 und 36 proportional Weise werden die übrigen Stufen aufeinanderfolgend der Windungszahl η der Steuerleiter ist. Jedoch ist

betrieben, so daß eine Ausgangsspannung an den _{die Induktivität L der} Ausgangsstufe proportional JL,

Ausgangsanschlussen 35 und 36 auftritt. ^a w

Jede Stufe des Verstärkers ergibt eine Verstär- wobei w die Windungsbreite jeder Steuerleiterwindung

kung auf Grund der verhältnismäßig steilen Wider- 65 ist. Um L der Ausgangsstufe auf einem geeigneten

stands-Steuerstrom-Charakteristik des Kryotrons, Wert zur Erzielung hoher Bandbreite zu halten, wird

und weil die Steuerleiter schmal im Vergleich zu den deshalb die Windungsbreite w der Ausgangskryotrone

Gatterleitern des Kryotrons sind, wird dadurch ein vorzugsweise erhöht, während zur Erzielung einer

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hohen Ausgangsspannung die Windungszahl der Fig. 2 zeigt ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel

Steuerleiter ebenfalls erhöht wird. Eine Erhöhung der eines Verstärkers gemäß der Erfindung. Sie dient zur

Windungsbreite w hat eine weitere Erhöhung der Erläuterung eines vereinfachten Gleichstrom- oder

Stromverstärkung zur Folge. Vorsteuerstromweges, welcher alle dazugehörenden

Die Stromverstärkung der Ausgangsstufe sowie der 5 Gatterleiter und Steuerleiter enthält. Bei diesem

vorhergehenden Stufen steigt mit der Windungs- Ausführungsbeispiel sind Anschlüsse 46 und 47 zur

breite w bis zu der Größenordnung von 10² Mikron Verbindung mit einer einzigen, nicht dargestellten

an. Die Stromverstärkung g kann definiert werden als Stromquelle vorgesehen. Vom Anschluß 47 verteilt

/8/ci „.. · r ^,r,»»»,. _nm αγά et sich ein Strom2/₀ zwischen dem Gatterleiter 1 und

("äc-J^ 'Wobei/ederGatterstromnndCderSteuer- _{10 dem} Gatterleiter 2%onach zwei Ströme/_G durch die

strom ist. Steuerleiter 13 und 14 der nächsten Stufe fließen. Die

Es ist: Verbindung zwischen diesen beiden Steuerleitern ist

(? \ / 9 Vg \ I dia \ r_c jedoch nicht geerdet, sondern zwischen den Gatter-

^ — "a7^ ~Άψ~~ ~ ~7~ ⁼ ^' leitern3 und 4 an deren Stufe angeschlossen. Nach-

IV_G \ ο¹- /Ia \^oyG IC ^rs i₅ dem der Strom diese Verbindung erreicht, beträgt er

wobei r_c und r_g die Wechselstromwiderstände des wieder genau 2I₀ und kann in irgendeiner Weise in Steuer- bzw. des Gatterleiters sind und F₀ gleich der der folgenden Stufe verzweigt werden. Der Strom Gatterspannung ist. fließt durch die Steuerleiter 15 und 16 und dann

g Vg \ durch die darunterliegenden Gatterleiter 5 und 6.

ϊ~) ²⁰ ^^{n d}'^eser ^^{tellle le}*^ten ^e Induktivitäten 38 und 39

/^ in den Gegenkopplungszweigen den Gleichstrom zusteigt linear mit der Windungsbreite w an, während rück zu den Eingangssteuerleitern 11 bzw. 12 und / 9 v_G \ dem Ausgangsanschluß 46. In dieser Schaltung liefert

^Tc ~ ~WcT) ^a'^{so e}'^ne g^ememsame Stromquelle sowohl den Gatter-

^ '^Ia 25 strom als auch den Vorsteuerstrom für jede Stufe.

stärker mit der Windungsbreite w bis zu etwa 1O²Mi- Daraus geht hervor, daß die Kryotrone in diesem krön steigt; entsprechend steigt auch die Stromver- Ausführungsbeispiel so ausgebildet sein sollen, daß Stärkung an. Da die Induktivität mit w sinkt, beträgt sie hinreichend schmale Steuerleiter besitzen, damit die Bandbreite des Verstärkers in Fi g. 1 etwa 500 kHz. der Gatterstrom auch als Vorsteuerstrom dient. Die Die Windungsbreite der Steuerleiter 19 und 20 be- 30 Wechselspannungsverstärkung und Gegenkopplung ist trägt etwa 200 Mikron, während die übrigen Steuer- praktisch dieselbe wie die in Verbindung mit F i g. 1 leiter eine Windungsbreite w von 100 Mikron be- beschriebene.

sitzen. Ein Nachteil des Verstärkers in Fig. 1 besteht Besondere Vorteile des in Fig. 3 dargestellten

darin, daß getrennte Stromquellen für die Gatter- Ausführungsbeispiels sind darin zu sehen, daß geströme und die Vorsteuerströme vorhanden sein 35 trennte Kryotrone zur Erzeugung der Ausgangsspanmüssen, weil die breiteren Steuerleiter höhere Vor- nung und zum Betrieb der Gegenkopplungszweige Steuerströme benötigen. Bei den folgenden Ausfüh- verwandt werden. Ferner sind getrennte Gegenkopprungsbeispielen findet dagegen eine einzige Strom- lungs-Steuerleiter parallel zu den Gatterleitern der quelle sowohl für die Vorsteuerströme als auch für ersten Stufe vorhanden. Dieses Ausführungsbeispiel die Gatterströme Verwendung. 40 ermöglicht, daß die beiden Funktionen des Verstär-

Die Stufen dieses Verstärkers sind in Gegentakt- kers, nämlich Gegenkopplung und Erzeugung der schaltung angeordnet, was weiter zur Verringerung Ausgangsspannung, praktisch unabhängig voneindes Rauschens beiträgt. Ein Rauschsignal gegebener ander sind. Die Schaltung in Fig. 3 ist auch durch Polarität neigt dazu, sich in der symmetrischen einen gemeinsamen Stromweg entsprechend dem in Schaltung des Gegentaktverstärkers aufzuheben. 45 Verbindung mit F i g. 2 beschriebenen Ausführungs-Ferner ergeben sich durch die Gegentaktschaltung beispiel gekennzeichnet, welcher jedoch außerdem abwechselnde Stromwege für die Ströme I_bias und 2/_c. die Überprüfung der Kryotronschaltung auf Kurz-Es ist ersichtlich, daß diese Quellen Stromquellen Schlüsse od. dgl. vereinfacht. In dieser Schaltung versind und deshalb im allgemeinen abwechselnde läuft ein gemeinsamer Gleichstromweg von den Stromwege benötigen. Wenn also ein Stromweg nor- 5° Gatterleitern der Kryotrone einer speziellen Stufe zu malleitend wird oder einen höheren Widerstand als den Steuerleitern der Kryotrone der nächsten Stufe, der andere Stromweg aufweist, fließt der zusätzliche ohne daß die Steuerleiter und Gatterleiter derselben Strom in dem anderen Stromweg. Es ist deshalb Stufe unmittelbar in demselben Gleichstromweg verzweckmäßig, die Kryotrone paarweise anzuordnen, bunden sind.

wobei der Gatterstrom dazwischen verzweigt wird. 55 In Fig. 3 sind Gleichstromanschlüsse 48 und 49 Wegen der Arbeitsweise der Gegentaktschaltung mit einer gemeinsamen, nicht dargestellten Gleichwechseln sich die Kryotrone mit dem größeren Stromquelle verbunden. Vom Anschluß 48 verzweigt Widerstand von Stufe zu Stufe ab. Weil der Gatter- sich ein Strom 21₀ auf die Gatterleiter 1 und 2 und leiter 2 einen größeren Widerstand als der Gatter- dann auf die Steuerleiter 13 und 14 der nächsten leiter 1 der ersten Stufe des Verstärkers in F i g. 1 60 Stufe. In diesem Fall fließt der Strom zu der Veraufweist, wird deshalb der Gatterleiter 3 einen bindung zwischen den Gatterleitern 5 und 6 und nicht höheren Widerstand aufweisen usw. Damit wirklich durch die Gatterleiter 3 und 4 derselben Stufe. Dieser eine Gegenkopplung vorliegt, umfassen die Gegen- Gleichstrom verläuft weiter durch die Steuerleiter 17 kopplungszweige zweckmäßigerweise eine ungerade und 18 und dann durch die Gatterleiter 50 und 51, Anzahl von Stufen. Wahlweise können auch die Ver- 65 welche speziell als Gegenkopplungsstufe bezeichnet bindungen der Gegenkopplungszweige von der letzten sind. Die Induktivitäten 38 und 39 in den Gegenzur ersten Stufe vertauscht werden, wenn der Ver- kopplungszweigen sind zwischen in Reihe geschaltestärker eine gerade Anzahl von Stufen hat. ten Gatterleitern 50 und 51 und zwei Gegenkopp-

Claims (1)

1. lungs-Steuerleitern 52 und S3 geschaltet, welche die Auch in diesem Fall ist ein gemeinsamer Gleich-

   Steuerleiter 1 und 2 kreuzen. Die Induktivitäten 38 stromweg vorhanden, und zwar zwischen einem An- und 39 stellen sowohl eine Gleichstromrückleitung Schluß 57 und einem Anschluß 58. Der Gleichstromais auch eine Rückleitung für Gegenkopplungssignale weg ist für beide Teile des Verstärkers gemeinsam dar. Die Gegenkopplungs-Steuerleiter 52 und 53 sind 5 vorhanden. Dieser Weg erstreckt sich von dem Anin Reihe geschaltet und besitzen eine gemeinsame schluß 57, läuft abwechselnd durch zwei Gatterleiter Verbindung 56, welche mit der Verbindung zwischen und dann zwei Steuerleiter, die zum Betrieb der den Gatterleitern 3 und 4 der nächsten Stufe verbun- nächsten Stufe angeschlossen sind, bis Gegenkoppden ist. Von dort verläuft der Gleichstrom abwech- lungsgatterleiter 50 und 51 erreicht werden. An selnd durch die Gatterleiter der einen Stufe und die io dieser Stelle verlängert der Gegenkopplungszweig Steuerleiter der nächsten, bis die restlichen Strom- den Gleichstromweg zurück zu dem Eingang des wege ebenfalls durchlaufen sind. Die Steuerleiter 19 Verstärkers. Der Strom verläuft durch die restlichen und 20 der Ausgangsstufe vervollständigen die Schal- abwechselnden Steuerleiter und Gatterleiter in dem tung bis zu dem Gleichstromanschluß 49. Der ge- ersten Verstärkerteil, welche zwischen den schon samte Gleichstromweg der Schaltung kann unter- 15 umfaßten eingeschachtelt sind, wonach der Strom in brachen werden, indem z.B. die Induktivitäten in den den Steuerleitern 19 und 20 fließt, welche sich über Gegenkopplungszweigen abgetrennt werden, wodurch die Eingangs-Gatterleiter 1' und 2' in dem zweiten die Kryotrone in zweckmäßiger Weise auf Kurz- Teil des Verstärkers erstrecken. Der Gleichstrom Schlüsse zwischen Steuerleitern und Gatterleitern fließt weiter durch die Gatterleiter 1'und 2'über ihre überprüft werden können, es sollte dann keine direkte 20 zentrale Verbindung sowie in abwechselnden Steuer-Verbindung dazwischen bestehen. Die Windungs- leitern und Gatterleitern in dem zweiten Verstärkerbreite w der Steuerleiter 19 und 20 ist in diesem teil mit den Ausgangs-Gatterleitern 9' und 10' GeBeispiel größer, da ein zusätzlicher Vorsteuerstrom trennte Gegenkopplungs-Steuerleiter 52' und 53' am über Anschlüsse 60 und 61 zugeführt wird. Eingang, welche sich über die Eingangs-Gatterleiter 1'

   Es ist ersichtlich, daß die Gegenkopplungs-Steuer- 25 und 2' erstrecken, erhalten ihre Eingangs ströme über leiter 52 und 53 von den Eingangs-Steuerleitern 11 Induktivitäten 38' und 39' von Gatterleitern 9' und und 12 der Eingangskryotrone getrennt sind. In ahn- 10', und der Gleichstromweg verläuft weiter durch licher Weise steuern getrennte Gegenkopplungs- die verbleibenden abwechselnden Steuerleiter und gatterleiter 50 und 51 die Gegenkopplungszweige, so Gatterleiter zu dem Anschluß 58.
   daß über das Ausgangskryotron keine Gegenkopp- 30 In praktisch zu verwendenden Ausführungsbeilung erfolgt. Deshalb können die Ausgangskryotrone spielen kann jede Stufe der Schaltung in F i g. 4 eine eine geeignete Spannung für Einrichtungen hinter größere Windungszahl der Steuerleiter als die in der dem Verstärker liefern, während die Bauteile der Figur dargestellte Anzahl aufweisen. Zum Beispiel Gegenkopplungszweige Werte beibehalten, die in ist eine Windungszahl von dreißig typisch für alle einem geeigneten Verhältnis zu einer gewünschten 35 Kryotrone einschließlich derjenigen in der Ausgangs-Zeitkonstanten stehen, die gleich stufe, aber ausgenommen in der Gegenkopplungs

   stufe. In dieser Weise kann eine gewünschte An-

   Lf passung der Ausgangsimpedanz einfacher ohne Ver-

   R Wendung breiterer Steuerleiter und zusätzlicher Vor-

   ""gesämteStrömverstärkung " 40 Steuerströme erzielt werden.

   Bei dem in Fig. 4 dargestellten Verstärker gemäß

   ist. Der Widerstand der Gatterleiter 50 und 51 kann der Erfindung können Änderungen des Eingangsbeispielsweise dadurch niedrig gehalten werden, daß stromes von etwa 1 Mikroampere nachgewiesen werdie zugehörigen Steuerleiter 54 und 55 schmal sind. den, wobei der Verstärker eine Bandbreite von etwa In entsprechender Weise verringern die eine Windung 45 50 kHz besitzt. Wenn ein Filter mit der Mittenaufweisenden Gegenkopplungs-Steuerleiter 52 und 53 frequenz / und der Bandbreite Δ f (wobei Δ f kleiner am Eingang die Verstärkung in den Gegenkopplungs- als 50 kHz ist) gespeist wird, beträgt die nachweiszweigen, wodurch der Ausdruck im Nenner der oben bare minimale Spannung V ?«10~^ie/ (Af)¹¹² für definierten Zeitkonstanten verringert wird. Jede Frequenzen oberhalb etwa 1000 Hz. Die Gegenkoppdieser Maßnahmen verringert die für die Gegenkopp- 50 lungszweige verringern die Verstärkung nur unterhalb lungszweige erforderlichen Induktivitäten. dieser Frequenz, und zwar mit Induktivitäten von

   F i g. 4 zeigt zwei mehrstufige Teile eines supra- etwa 300 Mikrohenry.
   leitenden Verstärkers mit zwei Gegenkopplungszweigen. Jede Schaltung ist im wesentlichen gleich Patentansprüche:
   ausgebildet und arbeitet in gleicher Weise wie die 55

   oben beschriebenen. Deshalb sind entsprechende 1. Supraleitender Verstärker mit mehreren

   Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen ver- Kryotronstufen, wobei jede Stufe zwei Kryotrons

   sehen. Die Bezugszeichen des zweiten Verstärkerteils mit jeweils einem Gatterleiter und einem Steuersind mit einem Strich versehen. Bei jedem Verstärker- leiter enthält, und die Steuerleiter jeder folgenteil in F i g. 4 sind fünf Stuf en von den Gegenkopp- 60 den Stufe mit den Gatterleitern der vorherlungszweigen umfaßt. Es wird im allgemeinen vorge- gehenden Stufe verbunden sind, dadurch gezogen, die Anzahl der Stufen in den Gegenkopp- kennzeichnet, daß zwischen den Gatter-

   lungszweigen auf eine verhältnismäßig kleine Anzahl leitern (50, 51) der vorletzten Stufe und den

   zu beschränken, damit keine umfangreiche Phasen- Steuerleitem (z. B. 11, 12) einer vorhergehenden

   verschiebung resultiert. Ferner neigt die Stromver- 65 Stufe Gegenkopplungszweige mit je einer Indukstärkung durch eine große Anzahl von Stufen dazu, tivität (38, 39) geschaltet sind, daß die Steuer-

   die Grenzfrequenz der niederfrequenten Gegenkopp- leiter (54,55) der vorletzten Stufe eine niedrigere

   lung zu erhöhen. Windungszahl als die Steuerleiter der übrigen