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Einrichtung zum selektiven Empfang unter Verwendung von aperiodischen
Hochfrequenzverstärkern Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Ankopplung eines
abgestimmten Kreises an die Eingangsseite eines aperiodischen Hochf requenzv erstärkers.
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Es ist eine bekannte Erscheinung, daß bei aperiodischen Hochfrequenzverstärkern
parallel zum Gitterkreis der ersten Stufe durch die Rückwirkung über die Gitter-Anode-Kapazität
nicht nur eine Scheinkapazität auftaucht, sondern auch ein Ohmscher Scheinwiderstand.
Dieser Ohmsche Scheinwiderstand folgt durch die Rückwirkung aus der kapazitiven
Belastung des Anodenstromes der ersten Stufe, die hervorgerufen wird durch die unvermeidlichen
Leitungs- und Elektrodenkapazitäten, die parallel zum Anodenwiderstand der ersten
Stufe liegen.
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Neuerdings sind vom Erfinder bei handelsüblichen Hochfrequenzmehrfachröhren
(Type 2 HF der Loewe-Radio G. m. b. H., Tiber die sich nähere Daten in dein Buch
»Die :Mehrfachröhre« von Dr. Eugen _T e s p e r und Dipl.-Ing. Walter K u n z e
, Berlin 1928, befinden) und bei neuen Hochfrequenzmehrfachröhren diese Rückwirkungswiderstände
direkt mit Hilfe von Dämpfungsmessungen an Schwingungskreisen bestimmt worden. Abb.
i a zeigt das Ergebnis einer solchen Messung an einer neuen Zweifachhochfrequenzröhre
derselben Schaltung wie die üblichen Typen 2 HF, jedoch mit folgenden Daten: Durchgriff
- io °%, innerer Widerstand R1 - i i ooo Ohm bei einem Anodenwiderstand Ra =:2o
ooo Ohm, Kopplungskondensator C = 9o cm (bei den Versuchen teilweise etwas größer),
Gitterableitwiderstand R,. - d.o ooo Ohm. Im Augenblick, wo durch Erteilung einer
Anodenspannung die Rückwirkung auftreten kann, sinkt der Resonanzwiderstand eines
mit dem Gitter verbundenen Schwingungskreises außerordentlich durch die Belastung
mit dem durch die Rückwirkung bedingten Ohmschen Widerstand. Ganz entsprechend steigt
die Dämpfung des angeschlossenen Schwingungskreises stark an, und somit nimmt die
Möglichkeit einer Ausnutzung des Schwingungskreises in bezug auf Selektion stark
ab. In der in Abb. i wiedergegebenen Messung, die an einer neuen Hochfrequenzzweifachröhre
vorgenommen wurde, liegen die Resonanzwiderstände bei mittleren Rundfunkwellen in
der Größenordnung von 8o- bis ioo ooo Ohm. Bei dem alten handelsüblichen Modell
der Hochfrequenzzweifachröhre liegen unter gleichen Voraussetzungen die Rückwirkungswiderstände
z. B. für die Nachbarschaft von .Ioo m Wellenlänge bei etwa 2o ooo Ohm. Es ist klar,
daß unter solchen Voraussetzungen ein mit dem Gitter verbundener Schwingungskreis
so stark gedämpft wird, daß durch ihn keine wesentliche Selektionssteigerung hervorgerufen
wird. Um trotzdem einen an der Eingangsseite liegenden Schwingungskreis zur Selektionssteigerung
benutzen zu können, hat der Erfinder bereits vorgeschlagen, den betreffenden
Schwingungskreis
über eine induktive Kopplung lose an den Gitterkreis des aperiodischen Verstärkers
anzukoppeln. Diese Schaltung erfordert jedoch die Anwendung von zwei Kopplungsspulen.
Um diese Kopplungsspulen zu vermeiden, kann man die Selbstinduktion des ersten Schwingungskreises
anzapfen und den Gitterkreis nur mit wenigen Windungen des Eingangskreises verbinden.
Es ist jedoch oft, besonders wenn die Spule zum Empfang auf verschiedenen Wellenbereichen
auswechselbar sein soll, nicht erwünscht, Spulen bzw. Rahmenantenne mit mehr als
zwei Anschlüssen herzustellen und anzuwenden. Um auch ohne weitere Anschlüsse eine
Abnahme der Belastung durch die Anodenrückwirkung zu bewirken, ist bereits der Vorschlag
gemacht worden, zwischen Gitter- und Schwingungskreis einen Ohmschen Widerstand
in der aus Abb. a erkennbaren Weise zu legen. Sobald dieser Vorscbaltwiderstand
Rg groß ist gegenüber den Ohmschen Widerstand R"3cl" wird die Dämpfung des Eingangsschwingungskreises
nicht mehr wesentlich durch den Rückwirkungswiderstand beeinflußt. Bei der Messung
(Abb. i) müßte der Vorschaltwiderstand Rg etwa o,5 bis i Megohm haben. Nur in seltenen
Fällen würde ein solcher Widerstand von o,5 bis i Megohm eine merkliche Vermehrung
der Dämpfung eines Schwingungskreises für den Rundfunkwellenbereich bewirken. Der
Vorschaltwiderstand könnte jedoch, wenn ein aperiodischer und aus mehreren Stufen
bestehender Widerstandsverstärker nachgeschaltet ist, andere schädliche Folgen haben.
Dadurch, daß das Gitter der ersten Stufe für langsame Frequenzen einen verhältnismäßig
hohen inneren Widerstand hat (nämlich Rg), rufen schon die geringsten niederfrequenten
Felder Störpotentiale hervor, die nur schwer restlos abgeschirmt werden können.
Liegt aber hinter dieser ersten Stufe ein aperiodischer Verstärker, der aus vier
bis sechs Stufen besteht und der gleichzeitig auch als N iederfrequenzverstärker
einen hohen Verstärkungsgrad hat (wegen des Fortfalles der kapazitiven Nebenschlüsse
besitzt ein solcher Widerstandsverstärker in der Regel für Niederfrequenzen einen
sehr viel höheren Verstärkungsgrad als für Hochfrequenz), so sind Störungen der
Hochfrequenzverstärkung durch die verstärkten Niederfrequenzgeräusche kaum vermeidlich.
In der letzten Stufe des Kaskadenverstärkers haben die Niederfrequenzgeräusche,
die anfangs vielleicht eine geringere Amplitude haben können als die Hochfrequenz,
bereits eine höhere Amplitude erreicht als die Hochfrequenz, und wenn die Röhrenkennlinie
im Bereich der durch die Niederfrequenzstörspannungen hervorgerufenen Wandlungen
des Arbeitspunktes nicht völlig geradlinig ist, tritt eine Modulation der Hochfrequenzschwingungen
durch die Niederfrequenzstörungen ein, die sehr schädlich ist. Dieser Nachteil läßt
sich nun erfindungsgemäß beseitigen, indem der Kaskadenverstärker so dimensioniert
ist, daß er keinen wesentlichen Niederfrequenzverstärkungsgrad besitzt. Dies läßt
sich gemäß einem früheren Vorschlag des Erfinders mit einfachen Mitteln durch Wahl
geeigneter Kopplungskondensatoren und Gitterableitungsw iderstände erreichen, wie
dies beispielsweise in der weiter unten beschriebenen Abb. 3 angegeben ist. Durch
die Kombination mit einem so dimensionierten Widerstandskaskadenverstärker wird
die Verringerung der Rückwirkungsdämpfung durch einen Vorschaltwiderstand Rg erst
praktisch möglich.
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Ein gewisser Nachteil der besprochenen Einrichtung besteht darin,
daß die Spannungsteilung am Gitter der ersten Stufe abhängt von der Größe des Ohmschen
Scheinwiderstandes. Dieser Ohmsche Scheinwiderstand ist verhältnismäßig stark frequenzabhängig,
wie die Messung Abb. ia zeigt. Die Folge hiervon ist, daß die Empfindlichkeit der
Schaltung stark von der Frequenz abhängt. Bei langen Wellen ist die Spannungsteilung
sehr viel günstiger als bei kurzen Wellen. Da auch der Hochfrequenzverstärker für
lange Wellen einen höheren Verstärkungsgrad ergibt, wird eine solche Einrichtung
für längere Wellen besonders empfindlich und kürzere Wellen besonders wenig gut
aufnehmen. Um die Frequenzabhängigkeit zu vermeiden, soll nach dem weiteren Gegenstand
der Erfindung an Stelle des Ohmschen Vorschaltwiderstandes R, ein kapazitiver Vorschaltwiderstand
durch einen Kondensator C eingeschaltet werden, wie aus Abb. 3 _ ersichtlich. Der
Widerstand dieses Kondensators, der in der Größenanordnung der Gitterkapazität der
folgenden Röhre, d. h. etwa z bis q. cm, liegen soll, nimmt in Richtung längerer
Wellen etwa in gleicher Weise zu wie der Widerstand der Kombination R",h und C"1"
wobei C"t, die Röhrenscheinkapazität ist. Um einen definierten Arbeitspunkt in der
ersten Stufe zu erhalten, muß die erforderliche Gittervorspannung über einen Widerstand
erteilt werden. Dieser Widerstand Rg muß, um eine unnötige zusätzliche Dämpfung
zu vermeiden, so gewählt sein, daß er groß ist gegenüber dem Ohmschen Scheinwiderstand
für alle Frequenzen des gewünschten Wellenbereichs. Da auch hier der Gitterkreis
für niedrige Frequenzen ziemlich offen ist, läßt sich diese Schaltung auch wieder
erst dann sehr störungsfrei aufbauen, wenn der hintergeschaltote
aperiodische
Kaskadenverstärker keinen hohen Verstärkungsgrad für Niederfrequenzen hat.
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Die Erfindung wird durch vier Abbildungen erläutert: Abb. ia und ib
stellen Messungen der Anodenrückwirkung dar. Abb.2 zeigt ein schematisches Schaltschema,
Abb.3 ein ausführliches Schema zur beispielsweisen Ausführung der Erfindung.
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Abb. ia und ib beziehen sich auf die neuen Zweifachhochfrequenzröhren,
deren Daten oben angegeben worden sind, Abb. ia stellt einen Resonanzwiderstand,
Abb. ib das logarithmische Dekrement dar. Beide Abbildungen weisen zwei Kurven auf:
KurveÄ, gemessen bei E"=OV; E,=-i,5V, Kurve B=E" = 13 0V; E9--1,5 V; R".
=0. Die Messungen bei verschiedenen Wellenlängen gemäß der Abzisse der Abb.
ib erfolgten unter Veränderung der Kapazität des Schwingungskreises. Die Größe der
jeweils benutzten Kapazität ist in Zentimeter neben der Kurve der Abb. ib angegeben.
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Abb. 2 stellt schematisch eine Kopplung von vier Elektrodensystemen
dar, die durch Widerstandskapazitätskopplung in Kaskade geschaltet sind. Die Kopplungskondensatoren
haben, um bei hohem Hochfrequenzverstärkungsgrad einen kleinen N iederfrequenzverstärkungsgrad
zu erhalten, je eine Größe von ;o bis 8o cm. Zwischen Gitter und Kathode der ersten
Röhre ist der Gitterscheinwiderstand R."l, punktiert eingetragen. In der Leitung
von der Antenne zum Gitter ist der Gitterwiderstand R, von etwa 5oo ooo Ohm vorgeschaltet.
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Abb. 3 zeigt ein ausführliches Schaltschema. Zwei Hochfrequenzröhren
i und 2, bei denen e zwei Elektrodensysteme durch Widerstandskapazitätskopplung
verbunden sind, sind ihrerseits durch Widerstandskapazitätskopplung aneinandergeschaltet,
jedoch durch eine metallene Abschirmung gegen gegenseitige Beeinflussung geschützt.
Die Dimensionierung der Widerstände und Kondensatoren ergibt sich aus den in der
Abbildung eingetragenen Zahlwerten, die die Ohm- bzw. cm-Zahl bedeuten. Im Gitterkreis
der ersten Röhre ist wiederum punktiert der Gitterscheinwiderstand R",l, eingetragen.
Dem Gitter vorgeschaltet ist der Kondensator C, der in der Größenordnung von C"l,
sein soll, d. h. 2 bis q. ein haben mag. Der Gitterableitwiderstand, der dem ersten
Gitter vorgeschaltet ist, soll zweckmäßig für alle Wellen des Bereiches größer sein
als der Scheinwiderstand Rgs,h. Für die in der Abbildung angegebene Dimensionierung
kommt eine Größe von 2 -,Xlegohm in Betracht. An die Anordnung gemäß Abb. 3 kann
an den angedeuteten Ausgangsschwingungskreis eine Gleichrichter- oder N iederfrequenzverstärkeranordnung
geschaltet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die spezielle Ausführungsform der Abbildungen
beschränkt. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Kunstgriff, die Dämpfung eines
Eingangskreises durch einen kleinen Vorschaltkondensator zu verringern, allgemein
als fortschrittlich anzusehen.
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Die Erfindung läßt sich allgemein verwenden für in Kaskaden geschaltete
Verstärker, bei denen ein positiver Scheinwiderstand vor dem Gitter auftritt, insbesondere
also bei aperiodischen Hochfrequenzverstärkern. Sie eignet sich jedoch ganz besonders
zur Anwendung bei solchen Hochfrequenzverstärkern, die aus einem Leitungsnetz geheizt
werden; denn wenn bei Anwendung des Erfindungsgedankens durch Verwendung kleiner
Kopplungskondensatoren erreicht wird, daß im wesentlichen nur die Hochfrequenz,
nicht aber oder kaum die Niederfrequenz von einem System zum anderen übertragen
wird, so werden die niederfrequenten Störungen nur in der jeweiligen .Stufe vorhanden
sein, der sie direkt zugeführt werden, während eine Übertragung oder gar eine wesentliche
Verstärkung zu den nächsten Stufen nicht erfolgt.
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Dies bietet einen sehr großen Vorteil gegenüber den bisherigen Anordnungen,
bei denen niederfrequente Netzstörungen, die in die erste Stufe gelangten, sehr
stark verstärkt in die weiteren Stufen geleitet wurden, so daß es im allgemeinen
nicht einmal möglich war, wenn man nicht starke Störungen in Kauf nehmen wollte,
auch die ersten Stufen einer größeren Kaskade vom :NTetz aus ohne Zwischenschaltung
zu vieler Beruhigungselemente zu heizen.