DE574372C

DE574372C - Cascade connection for electron tubes

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Publication number: DE574372C
Application number: DE1930574372D
Authority: DE
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Priority date: 1929-07-29
Filing date: 1930-05-13
Publication date: 1933-04-12
Also published as: FR699584A; GB362419A

Description

DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE

AUSGEGEBEN AM
12. APRIL 1933ISSUED ON
APRIL 12, 1933

. REICHSPATENTAMT. REICH PATENT OFFICE

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

KLASSE 21a⁴ GRUPPE 29 οιCLASS 21a ⁴ GROUP 29 οι

Sidney Young White in New York Kaskadenschaltung für ElektronenröhrenSidney Young White in New York Cascade connection for electron tubes

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Mai 1930 abPatented in the German Empire on May 13, 1930

ist in Anspruch, genommen.is used.

Es ist bekannt, daß eine Röhre, in deren Anodenkreis ein hoher Ohmscher Widerstand vorgesehen ist, bei der gleichen Gittervorspannung als Verstärker für Niederfrequenz und infolge der durch die Leitungskapazitäten bedingten Verlagerung der dynamischen Arbeitslinie für Hochfrequenz als Gleichrichter wirken kann. Da im Ausgangskreis eines Demodulators aber stets noch hochfrequente Ströme vorhanden sind, wird bei widerstandsgekoppelten Verstärkerkaskaden auch die zweite anodenseitig durch einen hohen Ohmschen Widerstand belastete Röhre für diese hochfrequenten Ströme als Demodulator wirken, während die gleiche Röhre für die von der ersten Röhre abgegebenen niederfrequenten Ströme als Verstärker wirkt.It is known that a tube in whose anode circuit a high ohmic resistance is provided at the same grid bias as a low frequency amplifier and as a result of the shift in line capacities caused by dynamic Working line for high frequency can act as a rectifier. Since in the starting circle of a demodulator but high-frequency currents are still present in the case of resistor-coupled amplifier cascades, also the second on the anode side by one high ohmic resistance loaded tube for these high-frequency currents as a demodulator act, while the same tube acts as an amplifier for the low-frequency currents emitted by the first tube works.

Diese Erscheinung (verteilte Demodulation) tritt also sowohl bei den widerstandskapazitäts-gekoppelten Verstärkern als auch bei solchen auf, bei denen zur Kopplung lediglich Ohmsche Widerstände verwendet sind. Die letztgenannten Verstärker haben dabei den Vorteil, daß sie infolge Fortfalls der Kopplungskapazität eine geringere Frequenzabhängigkeit aufweisen. Dagegen haben sie den Nachteil, daß die Gittervorspannungen sämtlicher Röhren in Abhängigkeit von der Amplitude der einfallenden Hochfrequenz schwanken, ein Umstand, der -die maximal mögliche Aussteuerung der Röhren herabsetzt. This phenomenon (distributed demodulation) occurs both with the resistance capacitance-coupled Amplifiers as well as those in which only ohmic resistances are used for coupling are. The latter amplifiers have the advantage that, as a result of omission the coupling capacitance have a lower frequency dependence. Have against it they have the disadvantage that the grid biases of all tubes depending on the The amplitude of the incident high frequency fluctuate, a fact that -the maximum possible modulation of the tubes.

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieses Übelstandes; Erreicht wird dieses Ziel dadurch, daß die Gittervorspannung am ersten Rohr beeinflußt wird vom Anodenstrom des Endrohres. Tritt also eine Übersteuerung der· Kaskade infolge einer hohen Trägerfrequenz ein, so ändert sich dadurch der Anodenstrom der letzten Röhre. Der Anodenstrom der letzten Röhre wird nun auf dem Gitterkreis der ersten Röhre derart zur Einwirkung gebracht, daß er die Gittervorspannung des ersten Rohres ändert, so daß der Anodenstrom der letzten Röhre wieder in seine normale Arbeitslage zurückkehrt. Diese Regulierwirkung wird dann von sehr großer Bedeutung, wenn die Größe der einfallenden Trägerwelle derart ist, daß bei Fehlen der Reguliereinrichtung der Anodenstrom einfach in einen maximalen oder minimalen Endwert kippen würde. Die ganze Einrichtung wäre dann verblockt.The invention aims to eliminate this drawback; This goal is achieved in that the grid bias on the first tube is influenced by the anode current of the tailpipe. If the cascade is overdriven as a result of a high carrier frequency one, this changes the anode current of the last tube. The anode current of the last tube is now on the Lattice circle of the first tube brought into action in such a way that it biases the lattice of the first tube changes so that the anode current of the last tube returns to its normal working position. These The regulating effect becomes very important when the size of the incident Carrier wave is such that in the absence of the regulating device the anode current is simple would tilt into a maximum or minimum final value. The whole facility would be then blocked.

Das erfindungsgemäße Prinzip, den Anodenstrom der Endröhre auf den Eingangskreis der ersten Röhre zur Einwirkung zu bringen, beseitigt gleichzeitig einen zweiten übelstand, der bei direkt gekuppelten Kaskaden, namentlich bei Verwendung größerer Stufenzahl, 6uThe principle according to the invention, the anode current of the end tube on the input circuit bringing the first tube to action removes a second problem at the same time, that of directly coupled cascades, especially when using a larger number of stages, 6u

auftritt. Es ist dies eine Instabilität, die sich dadurch äußert, daß Gleichstromkaskaden bei kleinen Sprungspannungen, die im Eingangskreis des Verstärkers einfallen (Knackgeräusche usw.) infolge ihres hohen Verstärkungsgrades zum Kippen neigen. Die Sprungspannung hat im ersten Rohr eine Änderung des Anodenstromes zur Folge; damit geht Hand in Hand eine Änderung des ίο Anodenstromes der zweiten und etwa folgenden Röhren mit der Wirkung, daß der Anodenstrom der letzten Röhre in einen maximalen oder minimalen Endwert kippt und aus dieser gekippten Lage nicht zurückkehrt, d. h. die x5 Kaskade verblockt wird.occurs. This is an instability that manifests itself in the fact that direct current cascades at small jump voltages that occur in the input circuit of the amplifier (cracking noises etc.) tend to tilt due to their high degree of reinforcement. The jump voltage has one in the first pipe Result in change of the anode current; this goes hand in hand with a change in the ίο anode current of the second and approximately following Tubes with the effect that the anode current of the last tube in a maximum or minimum final value tilts and does not return from this tilted position, d. H. the x5 cascade is blocked.

Das angegebene Mittel, das diesen Übelstand ebenfalls beseitigt, ermöglicht erst den Aufbau von Gleichstromverstärkern für reine Niederfrequenzzwecke in solchen Fällen, wo große Verstärkungsgrade gefordert werden, wo also vielstufige Kaskaden nötig sind (Photostromverstärker).The specified means, which also remedies this deficiency, make possible in the first place the construction of direct current amplifiers for pure low frequency purposes in such cases, where large degrees of reinforcement are required, so where multi-stage cascades are necessary (Photocurrent amplifier).

Tn Abb. ι ist eine beispielsweise Ausführungsform einer derartig abgeänderten Kaskade darstellt. Es handelt sich in der Abbildung um eine Dreirohrkaskade. Hierbei sind VT₁ und VT₂ Vorröhren; VT₃ stellt eine Endröhre mit ziemlich hohem Anodenstrom dar. Der Lautsprecher ist gemäß einer bekannten Schutzschaltung angeschlossen. Der elektrische Kreis für die Sprechwechselströme schließt sich demnach von der Anode von VT₃ über LS und C₃ zur Kathode der Endröhre zurück in sich selbst. Nur der Gleichstrom der Endröhre kann also über CH, B₃ und R_c zu der Kathode der Endröhre zurückfließen. Fällt beispielsweise eine starke Trägerwelle im Gitterkreis von VT₁ ein (in der Abbildung dargestellt durch irgendeinen Schwingkreis I), so wird der Anodenstrom von VT₁ größer werden; der von VT« wird kleiner und daher der von VT₃ wiederum größer. Dieser vergrößerte Anodengleichstrom der Endröhre durchfließt, von der Kathode ausgehend, R_c und kehrt über B₃ und CH zur Anode von VT₃ zurück. Hierbei erzeugt er an R_c einen zusätzlichen Spannungsabfall. Dieser zusätzliche Spannungsabfall bewirkt, infolge Steuerung des Gitters von VT₁, daß der Anodenstrom dieser Röhre um einen gewissen Betrag absinkt. Entsprechend und in natürlich verstärktem Maße steigt der Anodenstrom von VT₂ und fällt der Anodenstrom von VT₃. Diese Regulatorwirkung infolge des Wider-Standes R_c läßt sich durch Veränderung seiner Größe in ganz bestimmtem Maße regulieren. Jedenfalls ist klar, daß es auf diese Weise gelingen muß, den Arbeitspunkt der Endröhre so zu halten, daß er stets in Benachbarung einer Mittellage liegt. Es wird jedenfalls vermieden, daß das System bei starken einfallenden Trägerwellen zur Instabilität neigt, d. h. der Arbeitspunkt auf der Charakteristik · der Endröhre in einen maximalen oder minimalen Wert springt und damit eine normale Verstärkerarbeitsweise der Endröhre verhindert würde (Gleichrichterwirkung).Tn Fig. Ι is an example of an embodiment of such a modified cascade. In the illustration, it is a three-pipe cascade. Here, VT ₁ and VT _{2 are} pre-tubes; VT ₃ represents a power tube with a fairly high anode current. The loudspeaker is connected according to a known protection circuit. The electrical circuit for the alternating speech currents therefore closes itself back from the anode of VT ₃ via LS and C ₃ to the cathode of the end tube. Only the direct current of the end tube can flow back to the cathode of the end tube via CH, B ₃ and R _c . For example, if a strong carrier wave hits the grid circle of VT ₁ (represented in the figure by any resonant circuit I), the anode current of VT ₁ will increase; that of VT « becomes smaller and therefore that of VT ₃ in turn larger. This increased anode direct current of the end tube, starting from the cathode, flows through R _c and returns via B ₃ and CH to the anode of VT ₃ . In doing so, it generates an additional voltage drop at R _c. This additional voltage drop, as a result of the control of the grid of VT ₁ , causes the anode current of this tube to drop by a certain amount. Correspondingly, and naturally to a greater extent, the anode current of VT _{2 increases} and the anode current of VT ₃ falls. This regulatory effect as a result of the resistance R _c can be regulated to a very specific degree by changing its size. In any case, it is clear that it must be possible in this way to keep the working point of the end tube so that it is always in the vicinity of a central position. In any case, it is avoided that the system tends to instability in the case of strong incident carrier waves, ie the operating point on the characteristic of the output tube jumps to a maximum or minimum value and thus a normal amplifier operation of the output tube would be prevented (rectifier effect).

Man kann nun die Wirkungsweise eines derartigen Steuerungselements, wie z. B. R_c der Abb. 1, verbessern, wenn man statt eines Ohmschen Widerstandes eine Steuerröhre einführt. Ein Ohmscher Widerstand wird nicht in der Lage sein, bei' verhältnismäßig geringen Änderungen des Anodenstromes der Endröhre infolge verschieden großer Einfallamplituden durch Erzeugung eines entsprechenden Spannungsabfalls die Gitterspannung von VT₁ beispielsweise von 1 auf 10 Volt zu bringen. Es müßte vielmehr ein Element vorgesehen werden, das z. B. bei io°/₀iger Änderung des Anodenstromes der Endröhre eine So°/_Oige Änderung der Gittervorspannung an VT₁ bewirkt. In Abb. 2 ist erfindungsgemäß zu diesem Zweck eine neue Röhre VT₄₁ eingeführt. Die Einführung einer derartigen Röhre ist an sich bekannt, jedoch hat diese Röhre den einzigen Zweck,, das System stabil zu halten, also vor allem zu vermeiden, daß bei starken Steuerspannungen am Gitter der ersten Röhre der Anodenstrom der letzten go Röhre in einen maximalen oder minimalen Endwert kippt. Nicht erkannt worden ist indessen bislang die Notwendigkeit einer automatischen Gittervorspannungssteuerung zum Zwecke, die Demodulationswirkung auf ihren größten Wert zu bringen.You can now see the operation of such a control element, such. B. R _c of Fig. 1, improve if you introduce a control tube instead of an ohmic resistance. An ohmic resistor will not be able to bring the grid voltage of VT ₁ from 1 to 10 volts, for example, from 1 to 10 volts by generating a corresponding voltage drop in the event of relatively small changes in the anode current of the end tube as a result of incident amplitudes of different sizes. Rather, an element would have to be provided which, for. B. at io ° / ₀ hydrochloric change of the anode current of the output tube causes So ° / _O strength change of the bias on VT. ₁ According to the invention, a new tube VT _{41 has been} introduced in FIG. 2 for this purpose. The introduction of such a tube is known per se, but this tube has the sole purpose, to keep the system stable, so above all to avoid that the anode current of the last tube goes into a maximum or at high control voltages on the grid of the first tube minimum final value tilts. However, the need for automatic grid bias control for the purpose of maximizing the demodulation effect has not yet been recognized.

Der Heizfaden einer derartigen Röhre wird vom Anodenstrom der Endröhre gespeist, und zwar wird bei ruhendem System, also bei normalem Anodenstrom der Endröhre, durch geeignete Reguliermöglichkeit der Heizung von VT_t der durch den Heizfaden fließende Strom so eingestellt, daß die Emission des Fadens gerade einzusetzenbeginnt. Eswirddies erreicht durch zwei Widerstände R₄ bzw. R/, die durch den Schalter Sw₄ wahlweise eingeschaltet werden können, und zwar bewirkt die Einschaltung von R₁ (Sw₄ nach links) eine Shuntung des Fadens in bezug auf den Anodenstrom der Endröhre. Liegt der Schalter rechts, so kann durch Verschiebung des Kontaktes 2 auf R₄ nach der Plusseite von A₁ zu dem Anodenstrom der Endröhre ein zusätzlicher Strom durch den Heizfaden von VT₄ fließen. Wird 2 nach der negativen Seite von A₁ zu bewegt, so überwiegt seine Shuntivirkung, d. h. der durch VT₄ fließende Strom wird kleiner als der Anodenstrom von VT₃. Man hat es also in der Hand, durch diese Anordnung den Anodenstrom der Endröhre ganz oder zum Teil oder auch um gewisse Beträge vergrößert durch den Heizfaden vonThe filament of such a tube is fed by the anode current of the end tube, and when the system is at rest, i.e. with normal anode current of the end tube, the current flowing through the filament is adjusted by suitable regulation of the heating of VT _t so that the emission of the filament just begins . This is achieved by two resistors R ₄ and R /, which can be optionally switched on by the switch Sw ₄ , and the switching on of R ₁ (Sw ₄ to the left) causes the filament to be shunted with respect to the anode current of the output tube. If the switch is on the right, an additional current can flow through the filament of VT ₄ by moving contact 2 to R ₄ to the plus side of A ₁ in addition to the anode current of the end tube. If 2 is moved towards the negative side of A ₁ , its shunt effect predominates, ie the current flowing through VT ₄ becomes smaller than the anode current of VT ₃ . So you have it in hand, through this arrangement, the anode current of the end tube is increased in whole or in part or by certain amounts by the filament of

VTi hindurchgehen zu lassen, so daß die Emission in VT± gerade einzusetzen beginnt. Die Schaltung ist vervollständigt durch eine Batterie GB_x und einen Widerstand R. Fällt S nun eine starke Trägerwelle in VT₁ ein, so vergrößert sich der Anodenstrom von FT₃. Der Heizfaden von FT₄ erhält also einen etwas größeren Strom. Entsprechend der Emissionscharakteristik derartiger Röhren ίο wird dann die Emission des Fadens in potenziertem Maße heraufgesetzt. Während vorher der Widerstand R nur von einem sehr geringen Emissionsstrom von FT₄ durchflossen und dementsprechend beispielsweise eine Gittervorspannung von 1 Volt an VT₁ erzeugt wurde, steigt nunmehr durch den rapiden . Anstieg des Emissionsstromes an FT₄ der Spannungsabfall an R, also auch die Gittervorspannung an Fr₁, auf beispielsweise 8 Volt. Dabei ist aber die Wärmeträgheit des Fadens groß genug, um auf Wechselspanrfungsänderungen der Endröhre FT₃ (Sprechströme) nicht anzusprechen. Die Regulatorröhre tritt also nur in Funktion bei länger dauernden Zustandsänderungen im System und nicht bei normaler Wirkungsweise als Niederfrequenzverstärker. Let VTi pass through so that the emission in VT ± is just beginning to set in. The circuit is completed by a battery GB _x and a resistor R. If S now receives a strong carrier wave in VT ₁ , the anode current of FT _{3 increases} . The FT ₄ filament receives a slightly larger current. Corresponding to the emission characteristics of such tubes ίο the emission of the thread is then increased in a potentiated manner. Whereas previously only a very low emission _{current from FT 4} flowed through the resistor R and a grid bias voltage of 1 volt was generated at VT ₁ accordingly, it now rises rapidly due to the. Increase in the emission _{current at FT 4,} the voltage drop at R, including the grid bias voltage at Fr ₁ , to 8 volts, for example. In this case, however, the thermal inertia of the thread is large enough not to respond to changes in alternating voltage of the end tube FT ₃ (speech currents). The regulator tube therefore only functions in the event of long-term changes in the state of the system and not in normal operation as a low-frequency amplifier.

Die vorbeschriebene Röhre FT₄ stellt ein besonderes Element dar, das an sich nicht als Verstärkerelement arbeitet, sondern nur Regulatoraufgaben zu erfüllen hat. Um diesen kostspieligen Bauteil auch noch nutzbringend für weitere Zwecke verwenden zu können, sei eine beispielsweise Schaltung in Abb. 3 angegeben. Hier dient die Röhre Fr₄ als Lautstärkeregler und erfüllt gleichzeitig ihren Zweck als Regulator für die Gittervorspannung. Das Gitter der Röhre ist mit dem Gitter von FT₁ verbunden. Trifft in FT₁ eine starke Hochfrequenzwelle ein, so steigt der Heizstrom in FT₄, die Emission setzt ein und erzeugt längs R eine größere Vorspannung für VT₁. Dasselbe geschieht aber auch für das Rohr FT₄. FT₄ wird also nunmehr ebenfalls gesteuert mit dem Effekt, daß der Anodenstrom von FT₄ gewisse Werte nicht überschreiten, deshalb auch die Vorspannung in FT₁ nicht beliebige Werte annehmen kann. Die Gleichrichtereigenschaft des Systems geht also nur bis zu einem gewissen einstellbaren Punkt. "Weiterhin wird durch das Einsetzen der Heizung in FT₄ und das Wirksamwerden des Gitters an FT₄ die Impedanz zwischen Heizfaden und Gitter erniedrigt. Ein vorgeschalteter Schwingungskreis I erfährt daher eine zusätzliche Dämpfung. Auf diese Weise wird also eine automatische Lautstärkeregelung erreicht. _{The FT 4} tube described above is a special element that does not work as an amplifier element, but only has to perform regulator tasks. In order to be able to use this expensive component for other purposes, a circuit is shown in Fig. 3, for example. Here the tube Fr ₄ serves as a volume control and at the same time fulfills its purpose as a regulator for the grid tension. The grid of the tube is connected to the grid of FT ₁ . If a strong high-frequency wave arrives in FT ₁ _{, the heating current in FT 4 increases} , the emission sets in and generates a greater bias voltage for VT ₁ along R. However, the same thing also happens for the FT ₄ tube. FT ₄ is now also controlled with the effect that the anode current of FT ₄ does not exceed certain values, and therefore the bias voltage in FT ₁ cannot assume any values. The rectifying property of the system is therefore only possible up to a certain adjustable point. "Furthermore, the onset of the heating in FT ₄ and the activation of the grille on FT ₄ lower the impedance between the filament and the grille. An upstream oscillation circuit I therefore experiences additional damping. In this way, automatic volume control is achieved.

Eine weitere Möglichkeit, die Regulatorröhre auch anderweitig nutzbringend zu verwenden, besteht darin, sie an der Verstärkung teilhaben zu lassen, wie dies in Abb. 4 dargestellt ist. Die Kaskade erscheint durch das Rohr VTi auf die Zahl 4 erweitert. Der Anodenstrom der Endröhre VT₃ beheizt den Faden, wie vorerwähnt, der Röhre VT₄, welche durch GB₁ bzw. Potentiometer R negativ vorgespannt wird. Eine einfallende Trä- gerwelle verursacht Anstieg des Anodenstromes in FT₄, Abfall des Anodenstromes von VT₁, Anstieg in VT₂, Abfall in VT₃, Der abfallende Anodenstrom in VT₉ bewirkt, daß der Anodenstrom in VT₁ zurückgeht und ihre Verstärkereigenschaft vermindert wird. Man hat es also in der Hand, durch geeignete Wahl des Einsetzmomentes der Emission von FT₄ den Arbeitspunkt der Röhre FT₃ in beliebigen Grenzen zu halten. Wie die Schaltung der Abb. 4 erkennen läßt, wirkt die Regulatorröhre VTi ebenfalls als normales Verstärkerrohr, und zwar in diesem Fall als Eingangsrohr der Kaskade. Another possibility to use the regulator tube in other beneficial ways is to let it participate in the amplification, as shown in Fig. 4. The cascade appears expanded to the number 4 through the pipe VTi. The anode current of the end tube VT ₃ heats the filament, as mentioned above, of the tube VT ₄ , which is negatively biased by GB ₁ or potentiometer R. An incident carrier wave causes the anode current to increase in FT ₄ , the anode current to decrease in VT ₁ , an increase in VT ₂ , decrease in VT _3. The decreasing anode current in VT ₉ causes the anode current in VT _{1 to} decrease and its amplifier properties to be reduced . It is therefore up to you to keep the operating point of the tube FT ₃ within arbitrary limits by a suitable choice of the starting moment of the emission from FT _4. As the circuit in Fig. 4 shows, the regulator tube VTi also acts as a normal amplifier tube, in this case as the input tube of the cascade.

Systeme der Abb. 1 und 2 z. B. lassen sich natürlich ohne jede Abänderung ohne weiteres als Niederfrequenzverstärker benutzen, indem einfach die Wechselstromquelle I durch einen entsprechenden Niederf requenzgenerator (z.B. "Elektroschalldose) ersetzt wird. Es wurde ja schon erwähnt, daß die Demodulationseigenschaften einer derartigen Kaskade dann die go besten sind, wenn der Arbeitspunkt etwa auf der Mitte der Kaskadencharakteristik liegt. Für diesen Fall ist es natürlich ohne weiteres möglich, normale Niederfrequenzströme, die dem Gitter der ersten Röhre zugeführt werden, zu verstärken, und zwar "ohne Verzerrungsgefahr in der letzten Röhre.Systems of Figs. 1 and 2 e.g. B. can of course without any change without further ado Use as a low frequency amplifier by simply plugging the AC power source I through a The corresponding low-frequency generator (e.g. "Elektroschalldose") is replaced. Yes already mentioned that the demodulation properties of such a cascade are the go are best when the operating point is roughly in the middle of the cascade characteristic. In this case it is of course easily possible to use normal low-frequency currents that are fed to the grating of the first tube, to be amplified, "without risk of distortion in the last tube.

Claims

Patent claims:

1. Cascade circuit for electron tubes which are galvanically coupled to one another, characterized in that means are provided to _{automatically change the grid bias of the detector tube (FT 1} ) in accordance with the amplitudes of the incident carrier waves in such a way that the grid bias of the last tube of the cascade is practical remains unchanged.

2. Cascade circuit according to claim 1, characterized in that a resistor (R _c in Fig. 1) is connected in the grid circle of the detector tube, through which the anode current of the end tube (VT ₃ ) flows.

3. Cascade circuit according to claim 1, characterized in that the the Means influencing the grid tension of the first pipe to increase the regulating efficiency formed by a resistor "with a non-linear characteristic is. . ·

4 · Cascade circuit according to claim 3, characterized in that the resistance is formed by the internal resistance of an electron _{tube (FT 4} ), the operating conditions of which depend on the anode current of the end tube (VT ₃ ) , and the anode current of which the desired voltage changes in the grid circle of the first tube ( VT ₁ ) .

5. Cascade circuit according to claim 4, characterized in that the grid bias of the detector tube (VT ₁ ). influencing electron tube (control tube VT ₄ ) is used at the same time as an input tube in the amplifier circuit.

6. Cascade circuit according to claim 4, characterized in that the operating conditions of the control tube (VT ₄ ) depend not only on the anode current of the end tubes, but can also be changed arbitrarily by intermediate switching elements (e.g. R ₄ in Fig. 2 and 3) .

For this purpose ι sheet of drawings