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Kathodenröhrenverstärker mit. mehreren mittels direkter Kopplung in
Kaskade geschalteten Röhren. Bei den bekannten aus Kathodenstrahlröhren bestehenden
Verstärkern für schwache Wechselströme wendet man zur Erzielung eines hohen Verstärkungsgrades
Mehrfachverstärker an, d. h. Anordnüngen, bei denen die anodenseitig aus einer Röhre
erhaltene Energie dem Gitter einer folgenden Röhre zugeführt wird. Um hierbei möglichst
bedienungseinfache Anordnungen zu erhalten, strebte man danach, für alle in der
Kaskade aufeinanderfolgenden Röhren gemeinsaure
Anoden- und gemeinsame
Brennerbatterien zu verwenden. Bei den Schaltungen jedoch, bei denen man galvanische
oder direkte Kopplungen zwischen den einzelnen Röhren benutzte, stieß dies zunächst
auf Schwierigkeiten, da entweder Kurzschlüsse der Batterien eintreten mußten oder
aber die Gitter für die Verstärkung falsche Spannungen bekamen. Man hat diese Schwierigkeiten
dadurch zu beseitigen vermocht, daß man erstens jedes Gitter gegen die unerwünschte
Gleichspannung durch einen zwischengeschalteten Kondensator absperrte und zweitens
das Gitter über einen hohen Widerstand mit der Kathode verband zur Herbeiführung
einer für die Verstärkung günstigen Gitterspannung.
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Derartige einfache und bequem zu bedienende Schaltungen hat man mit
Vorteil da benutzt, wo es sich um die Übertragung und Verstärkung niedriger Frequenzen
handelt, z. B. da, wo die Frequenzen, wie in der Kabelfelegraphie oder auch beim
Empfang drahtloser telegraphischer Zeichen, so niedrig sind, daß sich galvanische
Schaltungen leichter ausführen lassen als transformatorische Kopplungen, oder in
der Telephonie und Tonübertragung, wo man zur Vermeidung von Verzerrungen Transformatoren
ebenfalls nicht anwenden kann.
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Zur unmittelbaren Verstärkung hochfrequenter Schwingungen in der drahtlosen
Telegraphie und Telephonie hatte man aber bisher keine einfache Anordnung eines
Kaskadenverstärkers. Hier treten nämlich neue Anforderungen hinzu, die mit den Eigentümlichkeiten
drahtlosen Empfangs zusammenhängen. Man hat bisher nur für die Zwecke der Hochfrequenzselektion
eine Verstärkerschaltung versucht, bei der man zwischen den einzelnen in Kaskade
liegenden induktiv oder galvanisch verbundenen Röhren geschlossene Abstimmkreise
schaltete. Hierdurch hat man zwar die gewünschte Selektion einer bestimmten Hochfrequenzwelle
erreicht, war aber gezwungen, bei jeder Wellenänderung die ganze Anordnung stets
neu einzustellen. Wollte man die Einstellschwierigkeit vermeiden und für Niederfrequenz
bekannte Anordnungen für Hochfrequenz vers=enden, so würde man nicht einmal Störungen
durch Geräusche und Töne ausscheiden können, da diese alle mitverstärkt werden,
man würde also eine für drahtlose Zwecke unbrauchbare Anordnung erhalten. Eine andere
Schwierigkeit liegt darin, daß die Empfangsenergien häufig so schwach sind, daß
man mit wenigen Verstärkern in der Kaskade nicht auskommt. Erhöht man aber die Zahl
der Röhren, so steigt ganz erheblich die Neigung des Systems zum Selbsttönen.
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Durch die Erfindung wird nun ein Kaskadenröhrenverstärker geschaffen,
der sowohl die erforderliche Selektion zwischen Hoch- und Niederfrequenz besitzt
als auch die Möglichkeit gibt, eine große Anzahl Röhren an7uwenden ohne die Gefahr
des Selbsttönens. Erreicht wird dies im wesentlichen dadurch, daß die zwischen den
einzelnen Röhren angewandten Elemente in ihren Impedanzwerten in bestimmte durch
die Frequenz bedingte Beziehungen zu den inneren Wechselstromwiderständen der Röhren
gebracht werden. Um die Einfachheit der Bedienung zu sichern, wird hierbei die obenerwähnte
direkte Schaltung mit Sperrkondensator und Gitterwiderstand auf -den Hochfrequenzverstärker
übertragen. Durch die neue eigenartige Bemessung jedoch wird der Kaskadenverstärker
zunächst im Gegensatz zur bekannten Anordnung zur Übertragung gerade der niedrigen
Frequenzen unbrauchbar gemacht, indem beispielsweise einer zur Kopplung benutzten
Spule eine Impedanz gegeben wird, die klein ist im Vergleich zum inneren Widerstand
der Röhre. Während die Kopplungsspannung für die niedrigen Frequenzen also sehr
klein ausfällt, tritt gleichzeitig für die zu übertragende Hochfrequenz aber das
umgekehrte Verhältnis ein, diese wird dabei gut übertragen.
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Die Kaskadenanordnung bleibt auch in ihrer Ausbildung für Hochfrequenzströme
gemäß der Erfindung im wesentlichen eine aperiodische, es zeigt sich aber, daß neue
Schwierigkeiten dadurch entstehen, daß es sich bei Hochfrequenz um Bereiche von
7 bis 8 Oktaven handelt, im Gegensatz zu Frequenzbereichen von höchstens 2 Oktaven
bei Niederfrequenz. In der Tat, der Kaskadenverstärker beginnt bei Wellenbereichen
unter 2ooo m Wellenlänge zu versagen, da er kurze Wellen nicht mehr verstärkt. Die
weitere Erfindung erstreckt sich nun auf Hilfsmittel, die ihn auch für solche kurzen
Wellen brauchbar machen. Das wird durch eine neue Art beschränkter Abstimmung erreicht,
die durch Einfügung von Abstimmitteln in den Kreis zwischen Anode der einen und
Gitter folgenden Röhre bewirkt wird. Diese Abstimmung ist aber sehr viel einfacher,
als die bei den bisherigen abgestimmten Hochfrequenzverstärkern benutzte durch geschlossene
Kopplungskreise, die Bedienung ist also erheblich leichter als die bisher er- j
forderliche unangenehme Kopplungsbedienung. Die Abstimmung wirkt nur in den Bereichen
kurzer Wellen und geht für längere Wellen wieder in den aperiodischen Zustand über.
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Abb. t zeigt zunächst das allgemeine Schema i der Schaltung.
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Der Verstärker besteht beispielsweise aus drei Röhren =, 2 und 3,
von denen -die letzte (3) als Audion geschaltet ist. - Sämtliche Kathoden H, bis
H, werden von einer gemeinschaft 1
lichen Heizbatterie B
gespeist. Nach der Abb. z ist die Anode A jeder Röhre finit dem Gitter G der folgenden
über einen Kondensator C verbunden. Dieser Kondensator hat die Aufgab:, jedes Gitter
gegen unerwünschte Gleichspannung aus der allen Röhren gemeinschaftlichen Anodenbatterie
E abzusperren. Parallel 'zum Gitter jeder Röhre und zur zugehörigen Kathode ist
ein hoher Ohmscher oder induktiver Widerstand W geschaltet.
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Die Widerstände sollen einesteils eine für die Verstärkung günstige
Gitterspannung herbeiführen, andererseits dürfen sie jedoch die dem Gitter zugeführte
Wechselspannung nicht absorbieren oder kurzschließen. Zu diesem Zweck sind die Widerstände
W an der Anoden-Leitung an einem Punkte günstiger Spannung etwa derart angeschlossen,-
daß die Gitterspannung - z bis - 3 Volt gegenüber den Brennfäden beträgt. ,rede
Anode ist, und zwar vor dem Sperrkondensator C, mit der Anodenbatterie E über einen
Kopplungswiderstand K verbunden. In der Anodenleitung der letzten Röhre 3 liegt
an Stelle des Kopplungswiderstandes K das Telephon T. Um die Selektionsfähigkeit
der Verstärkeranlage herbeizuführen, wird die aperiodische Anoden-: kopplung so
ausgeführt, daß sie hohe Frequenzen gleichmäßig gut, Niederfrequenz dagegen gar
nicht oder schlecht überträgt. Zu diesem Zweck gibt man der Kopplungsspule K eine
Impedanz, die für niedrige Frequenzen kleiner ist als der innere Widerstand der
Röhre. Der Kopplungswiderstand K kann auch durch einen Ohmschen Widerstand ersetzt
werden, dessen Leitfähigkeit sich bei zunehmenden Stromstärken vergrößert. Solche
Widerstände besitzen nämlich die Eigentümlichkeit, daß sie diese Charakteristik
nur für niedrige Frequenzen beibehalten, während sie auf Grund ihrer Trägheit bei
Hochfrequenz lediglich als Ohmsche Widerstände wirksam sind. Substanzen, die diese
Eigenschaft haben, sind gewisse mineralische Kompositionen, z. B. Silizium und j
kohlehaltige (Silit). Die Selektivität der Anordnung nach der Erfindung kann außer
durch die besondere Ausbildung der Kopplungsorgane auch durch eine besondere Bemessung
des Sperrkondensators gesteigert werden. Wird dieser sehr klein gemacht, so wird
er zu einem Filter gegen Störungen niedriger Frequenzen, indem er eine solche Spannungsteilung
herbeiführt, daß er für niedrige Frequenzen eine bedeutend höhere Impedanz bildet
als die aus Gitterkapazität und Parallelwiderstand gebildete Kombination. Das Gitter
ist also gegen die Verstärkung solcher Frequenzen geschützt. Der Sperrkondensator
C ist in Reihe geschaltet mit dem Gitter G, welch letzteres mit der Kathode H ebenfalls
eine kleine Kadurch
die Spule L und andererseits durch eine Kapazität,
die sich zusammensetzt aus i. der Kapazität des variablen Kondensators 1T, 2. derjenigen
des Kopplungskondensators C, 3. derjenigen von Anode- Kathode A - H
der vorhergehenden
Röhre, z. B. der Röhre i, und q:. derjenigen von Gitter-Kathode G-H der nachfolgenden
Röhre z.
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Die.neue Art der Abstimmung hat folgende Wirkung: Während bei den
kleinsten Wellen diese Abstimmung die ganze Verstärkung ausmacht, nimmt ihre Wirkung
mit zunehmender Wellenlänge immer mehr ab, so daß bei langen Wellen überhaupt kein
Einfluß mehr auf die Verstärkung zu bemerken ist und diese durch die aperiodische
Kopplung _ genau so übertragen werden, als ob der Kreis S gar nicht vorhanden wäre.
Man kann sich diesen Vorgang in folgender Weise erklären Dadurch, daß man das abgestimmte
Organ S in eine solche Kaskadenschaltung hineinlegt, bekommt die Anordnung die Eigenschaft,
in die Nähe der Selbsterregung zu kommen. Da diese Selbsterregung immer nur in einer
bestimmten Frequenz erfolgt, besitzt die Apparatur jetzt eine Vorzugsfrequenz, welche
sie erfahrungsgemäß besonders gut verstärkt.
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Die neue Anordnung hat also die Eigenschaft, daß alle Wellen, die
größer sind als die abgestimmte, auch verstärkt werden, während diejenigen, die
nur etwas kleiner sind, geschwächt werden. Daraus resultiert für ganz kleine Wellen
eine enorme Abstimmschärfe, für mittlere Wellen eine zunehmende Aperiodizität. j
Der besondere Wert der Erfindung liegt darin, daß _. mit einer Anlage, in welcher
Abstimmungen nur bis 2 ooo m eingebaut werden, sofort auf alle größeren Wellen verstärkt
werden, 2. die Verstärkung mit zunehmender Wellenlänge immer aperiodischer wird
und 3. bei einer solchen Anordnung eine größere Anzahl Röhren in einwandfreier Weise
hintereinander geschaltet werden können.
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Praktisch wird der Schwungradkreis S mit einer möglichst kleinen Kapazität
von etwa io bis ioo cm ausgeführt. Die Abstimmung wird durch gemeinschaftliche Einstellung
sämtlicher Schwungradkreise erzielt. An Stelle des Schwungradkreises kann natürlich
auch eine Varionieterspule benutzt werden, welche einen genügenden Wert innerer
Kapazität besitzt.