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Einrichtung zur Vermeidung nichtlinearer Verzerrungen Nach dem Hauptpatent
werden nichtlineare Verzerrungen, die in Elektronenröhren oder anderen Elementen
mit nichtlinearer Kennlinie entstehen, durch Verzerrungen kompensiert, die auf der
fallenden Durchgriffgitterspannungslinie einer oder mehrerer Elektrodenröhren beruhen.
Dieses Verfahren macht also von der Veränderlichkeit des Durchgriffes von Verstärkerröhren
Gebrauch.
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Die Kompensationswirkung, die sich mit der Schaltung nach dem Hauptpatent
erzielen läßt, ist abhängig von der Belastung der betreffenden Verstärkerröhre.
Aus Fig.x (Kurve a), die die Abhängigkeit des Klirrfaktors k von dem Anpassungsverhältnis
Belastungswiderstand, R1 = innerer Röhrenwiderstand) zeigt, ist ersichtlich, daß
der Klirrfaktor für ein bestimmtes Anpassungsverhältnis ein Minimum aufweist. Mit
zunehmender Abweichung von diesemAnpassungsverhältnis steigt der Klirrfaktor. Für
viele Anwendungszwecke ist die Breite des Klirrfaktorminimums ausreichend, so z.
B. bei rein Ohmscher Belastung oder bei Belastung durch Fernsprechleitungen, die
im allgemeinen innerhalb des zu übertragenden Frequenzbereiches einen von der Frequenz
nur in geringem Maße abhängigen Scheinwiderstand aufweisen. Es gibt jedoch Fälle,
wo die Breite dieses Gebietes geringer ist als die Änderungen, die das Anpassungsverhältnis
infolge der Frequenzabhängigkeit des äußeren Widerstandes ausführt. Derartig starke
Änderungen des Anpassungsverhältnisses können z. B. bei Trägerfrequenztelephoniesystemen
und bei Musikübertragungsanlagen vorkommen.
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Gemäß der Erfindung wird der Anpassungsbereich, für den der Klirrfaktor
ein Minimum aufweist, dadurch vergrößert, daß die Einrichtung gemäß dem Hauptpatent
mit anderen an sich bekannten Linearisierungsschaltungen kombiniert wird. Die bekannten
Linearisierungsschaltungen, z. B. negative Rückkopplungen, haben, allein angewendet,
den Nachteil, daß die Verstärkung um so mehr abnimmt, je besser die linearisierende
Wirkung der Schaltung wird. Bei einigen Schaltungen tritt das theoretische Optimum
der Entzerrung erst bei dem Verstärkungsfaktor x ein. Werden diese bekannten Schaltungen
jedoch zusammen mit einer Einrichtung gemäß dem Hauptpatent angewendet, so wird
dadurch das Klirrfaktorminimum verbreitert, ohne daß es dabei erforderlich wäre,
die bekannten Schaltungen derart zu bemessen,
daß eine starke Herabsetzung
der Verstärkungsziffer stattfindet. Die Linearisierung wird in erster Linie durch
die Klirrfaktorkompensation gemäß dem Hauptpatent bewirkt. Durch die Kombination
gemäß der Erfindung werden also die Nachteile der bekannten Schaltungen und des
Verfahrens gemäß dem Hauptpatent vermieden.
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In Fig. i zeigt die. Kurve b den Klirrfaktorverlauf, der bei Anwendung
der erfindungsgemäßen Kombination vorhanden ist. Der Bereich, innerhalb dessen der
Klirrfaktor klein ist, ist so groß, daß für die wichtigsten Anwendungsgebiete der
Klirrfaktor im gesamten Übertragungsfrequenzbereich unterhalb sehr geringer Grenzwerte
gehalten werden kann.
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Wird die Erfindung in Schaltungen angewendet, bei denen hinter dem
zu linearisierenden Verstärker Filter vorgesehen sind, die nur einen bestimmten
Frequenzbereich durchlassen, so kann das Klirrfaktorminimum um die oberste Oktave
des zu übertragenden Frequenzbereiches schmaler als dieser gewählt werden. Die durch
unzulässig hohen Klirrfaktor entstehenden Oberwellen der obersten Oktave werden
durch die erwähnten Filter sowieso abgeschnitten, s6 daß ihre Entstehung nicht durch
andere Mittel verhindert zu werden braucht.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, die Klirrfaktorkompensation gemäß
dem Hauptpatent durch die Anwendung einer sogenannten Gegensteuerröhre, bei der
Gitter und Anode auf verschiedenen Seiten der Kathode liegen, durchzuführen. Gemäß
eines weiteren Gedankens der Erfindung werden die nach den bekannten Linearisierungsverfahren
angewendeten Schaltmittel zur Erzeugung einer negativen Rückkopplung in die Gegensteuerröhre
eingebaut. Es ergibt sich auf diese Weise eine Verstärkerröhre, die über einen großen
Bereich klirrfaktorfrei arbeitet und ohne wesentliche schaltungstechnische Änderungen
an Stelle einer normalen Röhre verwendet werden kann.
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Weitere Einzelheiten des Erfindungsgedankens werden an Hand der in
den Fig. 2 bis g dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
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In Fig. 2 wird bei einer Gegensteuerröhre eine negative Rückkopplungsspannung
von einem mit dem Belastungswiderstand R z in Reihe liegenden Kopplungswiderstand
Rk abgegriffen. Die dem Gitterkreis zugeführte Gesamtspannung setzt sich aus der
Eingangsspannung E und dem am Widerstand Rk entstehenden Spannungsabfall zusammen.
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In Fig. 3 ist eine ähnliche Schaltung dargestellt, bei der jedoch
die negative Rückkopplung von einem parallel zur Belastung R,, geschalteten Widerstand
Rlc abgegriffen wird. Während die linearisierende Wirkung beider Schaltungen annähernd
dieselbe ist, unterscheiden sie sich durch die Beeinflussung des inneren Widerstandes
der Röhren. Bei der Schaltung nach Fig. 2 wird der innere Röhrenwiderstand durch
die Anwendung der negativen Rückkopplung vergrößert und bei der Schaltung nach Fig.
3 verkleinert. Bei beiden Schaltungen ist es möglich, durch Verändern des Betrages
der negativen Rückkopplung das Klirrfaktorminimum in Abhängigkeit von dem Belastungswiderstand
Ra zu verschieben, da bei Veränderung von Ra durch entsprechende Änderung des Röhrenwiderstandes
das Anpassungsverhältnis konstant gehalten werden kann.
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In Fig. ¢ ist eine Gegensteuerröhre dargestellt, deren Gitterkreis
außer der Eingangsspannung E eine Spannung zugeführt wird, die der Differenz zwischen
der Eingangsspannung E und der am Belastungswiderstand R" vorhandenen Ausgangsspannung
TT proportional ist. Die Differenzspannung wird durch den Übertrager T2 dem Gitterkreis
zugeführt. Die Spannungen E und V sind in Gegenphase an die Enden der Primärwicklung
P dieses Übertragers angeschlossen. Bei Spannungsgleichheit fließt durch die Wicklung
kein Strom, während bei Abweichung der Spannungen ein diesen Abweichungen proportionaler
Strom und damit eine entsprechende Spannung an der im Gitterkreis liegenden Sekundärwicklung
S des Transformators T2 auftritt. Die Differenzspannung und die durch den Übertrager
T1 übertragene Eingangsspannung liegen in Reihe am Gitter. Die Phasenbeziehungen
sind bei dieser Schaltung so gewählt, daß die an der Wicklung S vorhandene Spannung
den Unterschied zwischen den Spannungen E und V verkleinert. Bei dem beschriebenen
Aufbau der Schaltung ist der Verstärkungsfaktor gleich i. Es kann jedoch auch ein
anderer Wert eingestellt werden, wenn nicht die volle Ausgangsspannung V, sondern
ein Bruchteil derselben rückgekoppelt wird.
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Fig. g zeigt eine Gegensteuerröhre, bei der der Rückkopplungswiderstand
Rk in den Glaskolben der Röhre eingebaut ist. Die Schaltung entspricht der in Fig.
2 beschriebenen.
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Im folgenden seien einige weitere wichtige Ausführungsbeispiele der
Erfindung angeführt. Es kommen in erster Linie Verstärker in Betracht, bei denen
die Vermeidung von nichtlinearen Verzerrungen besonders wichtig ist, so z. B. Verstärker
bei Trägerfrequenzmehrfachsystemen jeder Art wie Übertragungssystemen für Hochfrequenztelephonie,
EW-Telephonie, Wechselstromtelegraphie, Überlagerungstelegraphie, Fernmessen usw.
Durch die Lineariesierung gemäß der Erfindung wird bei diesen Systemen eine gegenseitige
Modulation der einzelnen Frequenzbänder vermieden. Das Übersprechen zwischen den
einzelnen Kanälen und Leitungen wird eingeschränkt und eine weitere Zusammendrängung
der Frequenzkanäle ermöglicht.
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Im Interesse der Verminderung des Über-
Sprechens
ist die Erfindung ebenfalls anwendbar für Telephonieverstärker in vieladrigen Kabeln.
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Bei Musikverstärkern, insbesondere für Rundfunk- und Tonfilmzwecke,
kann durch die Anwendung der Erfindung eine Beseitigung der Obertöne und damit eine
wesentliche Verbesserung der Klangqualität herbeigeführt werden.
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Die Erfindung ist ferner wichtig für Geheimhaltungssysteme, bei denen
eine Inversion oder Transposition des Sprachbandes stattfindet. Störtöne in der
entschlüsselten Sprache können . vermieden werden.
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Als weitere Ausführungspunkte des Erfindungsgedankens kommen Verstärker
für Meßgeräte (Spannungszeiger, Pegelmesser, Meßverstärker usw.) in Frage. Die Meßfehler
können verringert und die zur Beseitigung der Oberschwingengen bisher erforderlichen
Siebmittel vereinfacht bzw. entbehrlich gemacht werden.