DE1252273B - Hochfrequenzverstarkerschaltung - Google Patents

Description

T»ESREPUBLIK DEUTSCHLAND

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03b

Deutsche Kl.: 21 a4 - 8/01

Nummer: 1 252 273

Aktenzeichen: T 28249 IX d/21 a4

Anmeldetag: 26. März 1965

Auslegetag: 19. Oktober 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochfrequenzverstärkerschaltung, besonders eine Leistungsverstärkerschaltung.

Bei Verstärkerschaltungen der zugrunde liegenden Art ist es häufig erforderlich, eine Spannungs-Gegenkopplung anzuwenden, um bestimmte Forderungen hinsichtlich der Linearität zu erfüllen oder um dadurch den inneren Widerstand des Verstärkers, der an seinen Ausgangsklemmen in Erscheinung tritt, mit einer bestimmten Größe des Verbraucherwiderstandes in Übereinstimmung zu bringen. Außerdem ist es aus Stabilitätsgründen im allgemeinen erforderlich, unkontrollierbare Kopplungen zwischen den Ausgangsklemmen und den Eingangsklemmen zu vermeiden. Die Zuführung der Eingangsspannung soll also an Schaltungspunkten erfolgen, zwischen denen — auch bei Frequenzwechsel über einen ausgedehnten Bereich — keine wesentliche Größe der Ausgangsspannung auftritt.

Es sind bereits Hochfrequenzverstärkerschaltungen bekannt, deren Eingang und Ausgang in dem erwähnten Sinn gegeneinander entkoppelt sind, so daß lediglich eine Übertragung in der Richtung vom Eingang zum Ausgang über das verstärkende Bauelement, jedoch praktisch keine Rückübertragung eines Teiles der Ausgangsspannung auf den Eingang erfolgt. Dies wird gewöhnlich durch eine Neutralisierungsanordnung erreicht, in welcher beispielsweise vom AusgangsKreis zum Eingangskreis eine Spannung rückgeführt wird, welche der durch natürliche Schaltungs-, insbesondere Röhrenkapazitäten rückgeführten Spannung in der Phase entgegengesetzt, der Amplitude nach aber gleich groß ist. Derartige Schaltungen erfordern für die Herstellung einer der normalen Ausgangsspannung in der Phase entgegengesetzten Spannung eine besondere Ausbildung des Ausgangskreises mit einem über den Erdanschluß hinausreichenden, gegenphasig schwingenden Teil, ähnlich wie bei einem Gegentaktverstärker. Man kann dann die natürlichen Koppelkapazitäten mit hinzugefügten Neutralisationskapazitäten zu einer abgeglichenen Wechselstrombrücke ergänzen, an deren einer Diagonale der Eingangskreis und an deren anderer Diagonale der symmetrisch gegen Erde aufgebaute Ausgangskreis angeschlossen ist (deutsche Patentschrift 427 862).

Bei Verstärkerschaltungen mit Hochfrequenzgegenkopplung geht man im allgemeinen von einer neutralisierten Schaltung aus, in der die Mitkopplung in der erläuterten Weise aufgehoben ist. In diesen bekannten Schaltungen ist daher der Ausgangskreis ebenfalls um einen über den Erdanschluß hinaus-Hochfrequenzverstärkerschaltung

Anmelder:
Telefunken

Patentverwertungsgesellschaft m. b. H.,
Ulm/Donau, Elisabethenstr. 3

_t0 Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Werner Buschbeck, Ulm/Donau

gehenden, gegenphasig schwingenden Teil erweitert. Außerdem erfordern die bekannten Schaltungen zusätzliche Kopplungsmittel zum Einführen der Eingangsspannung zwischen zwei gegenüber der Ausgangsspannung entkoppelten Punkten (deutsche Pa-

ao tentschriften 705 277 und 869 225).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hochfrequenzverstärkerschaltung anzugeben, in welcher bei einer Eintaktanordnung der Ausgangskreis nicht über den Erd- bzw. Masseanschluß hinaus erweitert zu sein braucht und bei Eintakt- und Gegentaktschaltungen für die gleichzeitige Erfüllung der /Kufgaben der Neutralisation und der Einführung einer Gegenkopplung voroesummter Größe eine geringere Zahl von Bauelementen bei einfacherem und klarerem Aufbau ausreicht als bei bekannten Schaltungen.

Zur Lösung dieser Aufgaben wird ausgegangen von einer Hochfrequenzverstärkerschaltung mit wenigstens einem verstärkenden Bauelement mit einem Paar von Eingangs- und einem Paar von Ausgangsanschlüssen, von denen ein mit Erde bzw. Masse verbundener Anschluß beiden Paaren angehört, in welcher die Ausgangsanschlüsse, zwischen denen die Ausgangsspannung liegt, mit zwei in der ersten Brükkendiagonale einander gegenüberliegenden Eckpunkten einer aus Reaktanzelementen aufgebauten Wechselstrombrücke verbunden sind. Erfindungsgemäß bilden darin zwei aus Reaktanzelementen untereinander gleicher Art aufgebaute, zwischen den Ausgangsanschlüssen in Reihe liegende Brückenzweige einen ersten Spannungsteiler mit vorbestirnmtem Teilverhältnis, von dessen, einem Brückenpunkt der zweiten Brückendiagonale entsprechenden, Abzweigpunkt ein vorbestimmter Teil der Ausgangsspannung dem gegen Masse bzw. Erde Spannung aufweisenden Eingangsanschluß mit der Wirkung einer Gegenkopplung zugeführt wird, und die beiden weiteren, aus Reaktanz-

709 678/138

elementen untereinander gleicher Art aufgebauten, zwischen den Ausgangsanschlüssen in Reihe liegenden Brückenzweige bilden einen zweiten Spannungsteiler mit demselben Teilverhältnis, so daß der in der teiler mit demselben Teilerverhältnis, so daß der in der gangsspannung Null ist, und die Reaktanzelemente des einen Spannungsteilers sind entweder Induktivitäten, von denen die erd- bzw. masseseitig des Abzweigpunktes liegende Induktivität durch den Außenleiter eines Koaxialleitungsstückes gebildet wird, oder sie enthalten eine zwischen den Ausgangsanschlüssen liegende Induktivität, mit der eine durch den Außenleiter eines Koaxialleitungsstückes gebildeten Induktivität in solchem Maße gekoppelt ist, daß die an ihrem gegen Masse bzw. Erde Spannung führenden Ende auftretende Spannung der Größe und Phase nach dem genannten Teilerverhältnis entspricht, und der Innenleiter des erforderlichenfalls spulenförmig aufgewickelten Koaxialleitungsstückes tritt in beiden Fällen an dem gegen Masse bzw. Erde Spannung führenden Ende des Außenleiters aus diesem aus und ist mit dem Abzweigpunkt des anderen Spannungsteilers verbunden, während die Eingangsspannung zwischen dem mit Masse bzw. Erde verbundenen Anschluß des Außenleiters und dem bei diesem Anschluß aus dem Außenleiter austretenden Innenleiterende zugeführt ist.

Die Hochfrequenzverstärkerschaltung nach der Erfindung hat den Vorteil, daß der zur Ableitung einer Gegenkoppelspannung vorgesehene Spannungsteiler gleichzeitig der zur Neutralisation vorgesehenen Brückenschaltung angehört, von der er zwei Zweige bildet. Da der Gegenkoppelspannungsteiler zwischen den Ausgangsanschlüssen liegt, bildet er gleichzeitig auch einen Zweig des Ausgangsschwingungskreises, der nicht über den Erd- bzw. Masseanschluß hinaus erweitert zu sein braucht. Dadurch werden Bauelemente gespart. Wird die Erfindung in einer Gegentaktschaltung angewendet, so ist zwar der Ausgangskreis ohnehin zum Erd- bzw. Masseanschluß symmetrisch ausgeführt, jedoch bleibt der Vorteil der Einsparung von Bauelementen erhalten. Außerdem fallen die sonst zur Neutralisation in Gegentaktschaltungen vorgesehenen kapazitiven Überkreuzverbindungen weg, durch welche die Funktionen der einen und anderen Seite in unerwünschter Weise miteinander verknüpft werden. Bei der Schaltung nach der Erfindung ist jede Eintaktseite einer Gegentaktschaltung für sich neutralisiert, gegengekoppelt und mit Steuerspannung versorgt.

Diese vorteilhaften Eigenschaften von nach der Erfindung ausgebildeten Hochfrequenzverstärkerschaltungen werden in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt die Schaltung einer Hochfrequenzleistungsverstärkerstufe, welche mit Anwendung der Erfindung aufgebaut ist. Als verstärkendes Bauelement ist die Schirmgitterröhre 1 vorgesehen, der die Betriebsspannungen in bekannter Weise über die Klemmen 2, 3 und 4 zugeführt sind. In der Zuführungsleitung der Anodenspannung liegt die Drosselspule 5. Die Ausgangsspannung der Verstärkerröhre erscheint zwischen den Klemmen c und d, also zwischen der Anode und der Kathode, während die Eingangsspannung an den Klemmen e und / zuzuführen ist, nämlich zwischen dem Gitter und der Kathode.

In Anwendung der Erfindung ist zwischen den Ausgangsklemmen c, d der Schaltung eine brückenartige Anordnung vorgesehen, welche aus den beiden einander parallelliegenden Spannungsteilern mit den Reaktanzelementen 6, 7 und 8, 9 besteht. In die Elemente des kapazitiven Spannungsteilers 6, 7 gehen die Elektrodenkapazitäten der Schirmgitterröhre 1 ein. Die Kapazität 7 kann dabei durch die Steuergitter-Kathoden-Kapazität allein gebildet sein oder

ίο mit dieser zusammen durch ein zusätzliches Kapazitätselement auf einen geeigneten Wert vergrößert sein. Das der Anoden-Steuergitter-(oder Steuergitter-Kathoden-)Kapazität parallelliegende Kapazitätselement 6 ist einstellbar ausgebildet, um den kapazitiven Spannungsteiler auf das für die gewünschte Größe der Gegenkopplung geeignete Teilerverhältnis einstellen zu können.

Außer dem beschriebenen ersten, kapazitiven Spannungsteiler ist zwischen den Ausgangsklemmen c, d noch ein zweiter, induktiver Spannungsteiler vorgesehen, der aus den Induktivitäten 8 und 9 besteht. Das Größenverhältnis der beiden Induktivitäten ist so gewählt, daß am Abzweigpunkt b des induktiven Spannungsteilers nach Phasen und Größe dieselbe Spannung vorhanden ist wie am Abzweigpunkt a des kapazitiven Spannungsteilers. Die beiden einander parallelliegenden Spannungsteiler bilden also eine abgeglichene Wechselstrombrücke, an deren Diagonale a-b frequenzunabhängig keine wesentliche Teilspannung der zwischen der Diagonale c-d vorhandenen Ausgangsspannung auftritt.

Man erkennt, daß durch die beschriebene Spannungsteileranordnung zunächst dem Steuergitter am Anschluß e ein gewisser Teilbetrag der Ausgangsspannung (Anodenwechselspannung) mit gleicher Phase zugeführt wird, was einer Gegenkopplung entspricht. Der zurückgeführte Teil der Ausgangsspannung kann seiner Größe nach durch das frei wählbare Spannungsteilerverhältnis bemessen werden. Die Schaltung bietet aber auch die Möglichkeit, unter Ausnutzung der Spannungslosigkeit in der Brückendiagonale a-b die Eingangsspannung so zuzuführen, daß die Eingangsklemmen von den Ausgangsklemmen der Schaltung entkoppelt sind.

Um die Eingangsspannung zwischen den Punkten a und b zur Wirkung zu bringen, wobei eine der Eingangsklemmen mit Masse bzw. Erde verbunden sein soll, ist die Induktivität 9 des Spannungsteilers als Koaxialleitungsstück ausgebildet. Der Außenleiter dieses Koaxialleitungsstückes bildet den Leiter dieser Induktivität. Er kann im Bedarfsfall spulenförmig aufgewickelt sein, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist. Der am Abzweigpunkt b aus dem Außenleiter austretende Innenleiter ist mit dem Abzweigpunkt α des kapazitiven Spannungsteilers bzw. dem Steuergitter verbunden. Das andere Ende des Außenleiters ist mit Masse bzw. Erde verbunden und die Eingangsspannung 12 ist am geerdeten Ende des Außenleiters zwischen diesem und dem Innenleiter eingeschaltet.

Zwischen den Ausgangsklemmen c, d liegt die Abstimmkapazität 10 und der Verbraucherwiderstand 11, in welchem die abgegebene Leistung des Verstärkers nutzbar gemacht wird. — Durch die angegebene brückenartige Schaltung ist es in sehr einfächer Weise möglich, eine gewünschte Gegenkopplung einzustellen und eine frequenzunabhängige Neutralisation der Eingangsspannung in bezug auf die Ausgangsspannung zu erzielen.

In F i g. 2 ist eine weitere Ausführungsform einer Verstärkerschaltung nach der Erfindung dargestellt, in der zur Vereinfachung die Klemmen für die Zuführung der Betriebsspannungen der Röhre 1, der Verbraucherwiderstand 11 und der ihm parallelliegende Abstimmkondensator 10 weggelassen worden sind. Über F i g. 1 hinausgehend ist jedoch der zwischen den Abzweigpunkten α und b eingeschaltete Widerstand 16 dargestellt, der somit das Ende des Koaxialleitungsstückes 9 abschließt und den äußeren Belastungswiderstand der Eingangsspannungsquelle

12 bildet. Dieser Widerstand ist so zu bemessen, daß sich für die vorausgehende Treiberstufe die gewünschten Aussteuerungsverhältnisse, beispielsweise der Zustand der Widerstandsanpassung, ergeben. Wie angedeutet, ist der Widerstand 16 in einem Abschirmkasten untergebracht, der mit dem Abzweigpunkt a verbunden ist.

Da das Koaxialleitungsstück 9 nun an seinem Ende durch den Widerstand 16 abgeschlossen ist, müßte, um Reflexionen zu vermeiden, der Wellenwiderstand dieses Koaxialleitungsstückes gleich dem Abschlußwiderstand sein. Für den Widerstand 16 ergeben sich bei praktischer Durchbrechung im allgemeinen Werte zwischen 1000 und 2000 Ω. Hochfrequenzkabel mit einem solchen Wellenwiderstand sind nicht handelsüblich. Dieser Umstand ist aber deswegen nicht kritisch, weil die Länge des Koaxialleitungsstückes im Vergleich zur Viertelwellenlänge der höchsten Arbeitsfrequenz noch so klein ist, daß das Koaxialleitungsstück elektrisch als reines T-Glied aufgefaßt werden kann, das sich durch Serieninduktivitäten am Ein- und Ausgang zu einem T-Glied entsprechend höheren Wellenwiderstandes ausbauen läßt. Dies ist in der in F i g. 2 dargestellten Schaltung angedeutet. Dem Ein- und Ausgang des Koaxialleitungsstückes sind im Zuge des Innenleiters die Induktivitäten 13, 14 in Serie geschaltet, welche so bemessen sind, daß das unter Einschluß dieser Zusatzinduktivitäten entstehende T-Glied einen Wellenwiderstand gleich dem ohmschen Widerstand 16 besitzt. In entsprechender Weise wird die Steuergitter-Kathoden-Kapazität 7 einschließlich der ihr erforderlichenfalls parallelliegenden Spannungsteilerkapazität durch die Serieninduktivität 15 zu einem L-Glied ergänzt und dadurch frequenzunabhängig kompensiert. Die beiden nun miteinander unmittelbar in Reihe liegenden Induktivitäten 13 des T-Filtergliedes und 15 des L-Filtergliedes können miteinander vereinigt werden.

F i g. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Schaltung nach der Erfindung, in der zwei verstärkende Bauelemente in Gegentaktanordnung verwendet sind. Es sind zwei gegen Masse bzw. Erde elektrisch symmetrische Spannungsteileranordnungen vorgesehen, deren Bauelemente im oberen Teil der Schaltung mit den gleichen Bezugsziffern wie in den Schaltungen nach den F i g. 1 und 2 bezeichnet sind und im unteren Teil jeweils mit der gleichen Ziffer und einem zusätzlichen Strich bezeichnet sind. In F i g. 3 ist die erwähnte Vereinigung der Serieninduktivitäten

13 und 15 der F i g. 2 durchgeführt, so daß sich die Induktivitäten 23 und 23' ergeben. Außerdem ist eine Abwandlung der Anordnung nach den F i g. 1 und 2 bei der Ausbildung des induktiven Spannungsteilers dargestellt. In F i g. 3 liegen zwischen den Ausgangsklemmen c bzw. c' und dem Erd- bzw. Masseanschluß die Induktivitäten 18 und 18'. Diese können durchgehend auf einem Ferritkern oder einem Kern aus anderem geeigneten Eisen gewickelt sein. Sie besitzen getrennte Mittenanschlüsse, in welche zur Einstellung der Symmetrie der Ruheströme die Strommesser 24 und 24' eingeschaltet sind. Von der Klemme +3' wird über ein entsprechendes Filterglied die Anodenspannung für beide Röhren 1 und 1' zugeführt. Mit den Induktivitäten 18 und 18' sind nun für jede Seite getrennt die aus aufgewickelten Koaxialleitungsstükken gebildeten Induktivitäten 17 und 17' gekoppelt. Die Kopplung ist so bemessen, daß sich an den Abzweigpunkten g und h die gleichen Spannungen ergeben, wie sie in den F i g. 1 und 2 auf Grund des Spannungsteilerverhältnisses am Abzweigpunkt b vorhanden waren. Durch die Anwendung der induktiven Kopplung in F i g. 3 läßt sich durch Potentialtrennung die bei hohen Anodenspannungen erforderliche Spannungsfestigkeit leichter erreichen als bei den Anordnungen nach den F i g. 1 und 2.

Im übrigen ist der Aufbau der Schaltung auf jeder Seite der Symmetrielinie entsprechend zu der Anordnung in Fig. 2, so daß eine weitere ins einzelne gehende Beschreibung nicht erforderlich ist.
In F i g. 3 ist angedeutet, wie die Eingangsspannung an den Klemmen 20 und 21 über den Gegentakttransformator 19 und die Koaxialleitungsstücke 17 und 17' zugeführt wird. Außerdem ist eine Anordnung 22 dargestellt, die eine Spannungsquelle und einen einstellbaren Spannungsteiler enthält, um die Gitter-Vorspannungen der Röhren 1 und 1' getrennt einstellen zu können. Die Widerstände 25 und 25' in den Gitterleitungen dienen zur Bekämpfung wilder Schwingungen.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzverstärkerschaltung mit wenigstens einem verstärkenden Bauelement mit einem Paar von Eingangs- und einem Paar von Ausgangsanschlüssen, von denen ein mit Erde bzw. Masse verbundener Anschluß beiden Paaren angehört, in welcher die Ausgangsanschlüsse, zwischen denen die Ausgangsspannung liegt, mit zwei in der ersten Brückendiagonale einander gegenüberliegenden Eckpunkten einer aus Reaktanzelementen aufgebauten Wechselstrombrücke verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aus Reaktanzelementen (6, 7) untereinander gleicher Art aufgebaute, zwischen den Ausgangsanschlüssen (c, d) in Reihe liegende Brückenzweige einen ersten Spannungsteiler mit vorbestimmtem Teilerverhältnis bilden, von dessen, einem Brückeneckpunkt der zweiten Brückendiagonale entsprechenden Abzweigpunkt (a) ein vorbestimmter Teil der Ausgangsspannung dem gegen Masse bzw. Erde Spannung aufweisenden Eingangsanschluß (e) mit der Wirkung einer Gegenkopplung zugeführt wird, daß ferner die beiden weiteren, aus Reaktanzelementen (8,9) untereinander gleicher Art aufgebauten, zwischen den Ausgangsanschlüssen in Reihe liegenden Brükkenzweige einen zweiten Spannungsteiler mit demselben Teilerverhältnis bilden, so daß der in der zweiten Brückendiagonale erscheinende Teil der Ausgangsspannung Null ist, und daß die Reaktanzelemente des einen Spannungsteilers entweder Induktivitäten (8, 9) sind, von denen die erd- bzw. masseseitig des Abzweigpunktes liegende Induktivität (9) durch den Außenleiter eines Ko-

axialleitungsstückes gebildet wird, oder eine zwischen den Ausgangsanschlüssen liegende Induktivität (18, 18') enthalten, mit der eine durch den Außenleiter eines Koaxialleitungsstückes gebildete Induktivität (17, 17') in solchem Maße gekoppelt ist, daß die an ihrem gegen Masse bzw. Erde Spannung führenden Ende auftretende Spannung der Größe und Phase nach dem genannten Teilerverhältnis entspricht und daß der Innenleiter des erforderlichenfalls spulenförmig aufgewickelten Koaxialleitungsstückes in beiden Fällen an dem gegen Masse bzw. Erde Spannung führenden Ende des Außenleiters aus diesem austritt und mit dem Abzweigpunkt (α) des anderen Spannungsteilers verbunden ist, während die Eingangsspannung (12) zwischen dem mit Masse bzw. Erde verbundenen Anschluß des Außenleiters und dem bei diesem Anschluß aus dem Außenleiter austretenden Innenleiterende zugeführt ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige der beiden Spannungsteiler, dessen Abzweigpunkt (α) mit dem gegen Masse bzw. Erde Spannung führenden Eingangsanschluß (e) verbunden ist, aus Kapazitäten as (6, 7) aufgebaut ist, welche die zwischen den Anschlüssen bestehenden Eigenkapazitäten des verstärkenden Bauelementes (1) enthalten oder von denen eine durch die entsprechende Eigenkapazität gebildet wird.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Gegentaktanordnung zweier verstärkender Bauelemente (1, 1') zwei gegen Masse bzw. Erde elektrisch symmetrische Spannungsteileranordnungen vorgesehen sind.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Koaxialleitungsstück jeder Spannungsteileranordnung durch mit dem Innenleiter an seinen beiden Enden in Reihe geschalteten Induktivitäten (13, 14) zu einem T-Filterglied mit einem Wellenwiderstand von der Größe des Gitterkreiswiderstandes (16) ergänzt ist.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangskapazität eines oder beider verstärkender Bauelemente (1, 1') durch eine Serienproduktivität (15) zu einem L-Filterglied ergänzt und dadurch frequenzunabhängig kompensiert ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Kompensation der Eingangskapazität des verstärkenden Bauelementes (1) dienende Serieninduktivität (15) des L-Filtergliedes und die eine mit ihr in Reihe liegende Induktivität (13) des T-Filtergliedes miteinander vereinigt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 678/138 10.67 @ Bundesdruckerei Berlin