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Röhrenkaskade in Gitterstromkopplung Die Erfindung bezieht sich auf
Röhrenkaskaden, die sich die Vorteile der-direkten Kopplung zwischen Kathode und
Gitter der aufeinanderfolgendenRöhren zunutze machen, dabei aber im allgemeinen
die normalen Betriebsbedingungen der verwendeten Röhren einhalten, also insbesondere
in gewohnter Weise negative Gittervorspannungen verwenden. Die direkte Kopplung
Anode-Gitter hat den Hauptnachteil, daß bei Verwendung solcher Kaskaden bei vollem
Netzanschluß die Gesamtspannung an der Kaskade gleich der Summe der Spannungen der
einzelnen Röhren wird, wodurch konstruktiv und kostenmäßig Nachteile entstehen.
Demgegenüber hat eine Kaskade mit direkter Kopplung Kathode-Gitter den Vorteil eines
geringeren Spannungsbedarfs.
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Der Erfindung liegt die Lösung folgender Aufgabe zugrunde: Bei einer
zwei- oder mehrstufigen Kaskade mit direkter Kopplung zwischen Kathode und Gitter
der aufeinanderfolgenden Röhren sollen die Anoden- und Gitterspannungen aus einer
Gleichspannungsquelle (Gleichstromnetz oder Gleichrichter bei Wechselstromnetz)
ohne Zuhilfenahme anderer Spannungsquellen (z. B. Batterien) entnommen werden. Bei
Verwendung moderner Röhren bietet bei Wechselstromheizung die Anbringung mehrerer
Heizwicklungen auf dem Netztransformator keine Schwierigkeiten. Für die Speisung
der Kaskade aus einem Gleichstromnetz können die neuartigen indirekt geheizten Serienröhren
verwendet werden. Hierbei kann der Heizkreis als ein für sich geschlossener Teil
ausgebildet werden. Bei Verwendung eines reinen Spannungsteilers könnte die Kaskade
aus zwei Punkten einer Gleichstromquelle durch Entnahme der nötigen Spannungen bzw.
Ströme an geeigneten Abgriffen des Spannungsteilers gespeist werden. Indessen würde
einer derartigen Anordnung noch der Nachteil anhaften, daß ein gewisser Anteil der
Gesamtleistung der Stromquelle nutzlos als Ruhestrom des Spannungsteilers verbraucht
wird. Dabei ist noch zu beachten, daß zur Erreichung stabiler Verhältnisse in einer
gleichstromgekoppelten Kaskade der Ruhestrom eines derartigen Spannungsteilers den
eigentlichen Strombedarf der Röhren erheblich übersteigen muß, damit die Spannungen
an den Abgriffspunkten definierte Potentiale aufweisen. Ist der Ruhestrom im Spannungsteiler
nicht genügend groß, so werden die Potentiale an den' Abgriffen abhängig von den
den Röhren zugeführten Teilströmen. Namentlich bei direkter Kopplung
(Gleichstromkopplung)
können dadurch sehr leicht instabile Verhältnisse eintreten. Bei einer bekannten
Anordnung ist durch die,, Verwendung von Einzelbatterien dieseer= fahr von vornherein
ausgeschlossen, alle: dings auf Kosten eines komplizierten Xü@t`y' Baues der Speiseorgane.
Auch bei Verwen-Jung eines Spannungsteilers mit genügend hohem Ruhestrom erreicht
man dasselbe, weil auch hier die einzelnen Abgriffe als starr gelten können, allerdings
auf Kosten einer nicht anderweitig ausnutzbaren Verlustleistung und unter Verwendung,
eines Spannungsteilers mit mehreren Abgriffen, der als konstruktives Glied sehr
oft eine unerwünschte Beigabe ist, zumal wenn es gilt, die Wärmeabstrahlung der
verbrauchten Gleichstromleistung mit Sicherheit durchführen zu können.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird die Verwendung eines solchen
Spannungsteilers dadurch vermieden, daß jede Kathode über je einen Widerstand, der
gleichzeitig als Kopplungswiderstand für die nächstfolgende Röhre dient, mit dem
negativen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden ist und daß als Gittervorspannung
für die zweite und folgende Röhre die-Differenzspannung der jeweils an ihrem Kathodenvorwiderstand
und demjenigen der Vorröhre auftretenden Spannungen verwendet ist.
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Die Vorteile einer derartigen Anordnung sind folgende: Mit Ausnahme
der Heizkreise kann die Kaskade betrieben werden von .einer einzigen Gleichspannungsquelle
(Gleichstromnetz oder Gleichrichter für ein Wechselstromnetz). In diesem Falle wird
dann auch die - Gittervorspannung, .die gemäß der Abbildung einer be-.sonderen Hilfsbatterie
entnommen wird, von dem Widerstand PR abgegriffen. Die-Leistung dieser Gleichstromspeisung
wird im wesentlichen gleich sein der Summe der Anodenverlustleistungen der verwendeten
Röhren. Die Gesamtspannung.der Kaskade übersteigt den Spannungsbedarf ihrer einzelnen
Röhren nur um so viel als nötig ist, um der Röhre mit größter Vorspannung diese
Vorspannung erteilen zu können. Z: B. könnte man aus einem 22o Volt Gleichstromnetz
die erforderliche Spannung so verwenden, daß man Zoo Volt der Röhre mit größter
Gittervorspannung zuführt, wobei dann noch 2o Volt verfügbar sind, um ganz oder
teilweise die Vorspannung für diese Röhre zu bilden.
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Die Anordnung gemäß der -Erfindung macht sich also die Vorteile der
direkten Kopplung als. solcher zunutze (Möglichkeit der Gleichspännungsverstärkung,
große Güte der Frequenzkurve im Fall eines Wechselspannungsverstärkers). Weiterhin
vermeidet sie den Nachteil der direkten Kopplung Anode-Gitter hinsichtlich des Gleichspan-:
nungsbedarfs. Schließlich vermeidet sie ': TIilfsbatterien, Spannungsteiler usw.
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tArber eigentliche Kopplungswiderstand wird *;`gebildet durch den
an der Kathode der Vor-= röhre liegenden Vorschaltwiderstand, der im Falle eines
Verstärkers für Wechselspannungen durch einen reinen Wechselstromwiderstand,. z.
B, durch eine Drossel, ersetzt werden kann. Die Spannungsbilanz für die Bildung
der Gittervorspannung der nächsten Röhre bzw. der Endröhre wird dadurch günstiger,
da der Spannungsabfall an der Drossel bei geeigneter Dimensionierung derselben in
kleinen Grenzen gehalten werden kann, zumal der durch die Drossel fließende Strom
klein gehalten werden kann durch Wahl geeigneter Röhrendaten der Vorröhren.
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Im Falle eines Wechselspannungsverstärlkers ist der Kathodenwiderstand
der Endröhre durch einen Kondensator kurzzuschließen, um zu vermeiden, daß der Anodenwechselstrom
über diesen im Gitter- und Anodenkreis der Endröhre liegenden Widerstand fließt
und durch Gegenkopplung eine Schwächung der Verstärkung verursacht.
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In der Abbildung-ist ein Ausführungsbeispiel der Anordnung nach der
Erfindung dargestellt.
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T, und VT, sind die beiden Röhren der Kaskade. Die Röhre
VT. arbeitet mit negativer Gittervorspannung. Die Anode der Vorröhre T, ist
mit dem Anodenpotential der Röhre VT2 verbunden, und zwar wahlweise durch einen
Schalter Swl. vor und hinter dem Ausgangstransformator 0T. Normalerweise benutzt
man das Potential hinter 0T, also Sw12 nach rechts gelegt. Die Kathode der Vorröhre
V1 ist mit dem Gitter der. nachfolgenden Röhre VT, verbunden. Das Potential zwischen
Anode und Gitter von VT, wird zur Speisung von V, benutzt.
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Es ergibt sich, daß sich mit einem derartigen System besonders hohe
Verstärkungsgrade erreichen lassen, und zwar wie Versuche ergaben, etwa eineinhalb-
bis zweimal so hohe Verstärkungsgrade wie mit Systemen mit galvanischer Verbindung
der Anode der Vorröhre mit dem Gitter der nachfolgenden Röhre. Der Widerstand Rlo,
der etwa in der Größenordnung bis 2 Meg-Ohm liegen kann, dient als eigentlicher
Spannungserzeuger für das Gitter von VT, Schon geringe Änderungen des Anodenstromes
in T, werden bei dem hohen Wert von Rlo große Gitterspannungsäuderungen in VT, erzeugen.
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Der Widerstand Rlo kann kleiner sein als der obengenannte Wert, um
den Spannungsabfall an diesem Widerstand und damit die Gesamtspannung an der Kaskade
nicht zu
hoch werden zu lassen. Eine derartige Maßnahme richtet
sich im wesentlichen nach der ersten Röhre. Verwendet man z. B. eine Röhre mit hohem
Widerstand und dementsprechend geringerem Strom z. B. eine Schirmgitterröhre, so
kann Rlo ziemlich hoch gewählt werden, ohne daß der Spannungsabfall an Rlo und damit
die Gesamtspannung der Kaskade zu hoch würde. Weiterhin ist es möglich, statt Rlo
eine Drossel zu verwenden, welche gegenüber den zu verstärkenden hohen Wechselströmen
einen hohen Widerstand bietet, deren Gleichspannungsabfall aber gering ist. Allerdings
verliert alsdann die Kaskade den Charakter eines Gleichstromverstärkers.
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Das System läßt sich gewissermaßen als eine Brückenschaltung auffassen.
Im linken Zweig der Brücke liegt der Widerstand Rlo, in Reihe damit der Kathoden-Anoden-Widerstand
der Röhre V1. Im rechten Zweig liegt der Widerstand PR und der Kathoden-Anoden-Widerstand
der Röhre VT". Die eigentliche Brücke wird gebildet durch die galvanische Verbindung
der Kathode von V1 mit dem Gitter von VT2 und dem Gitterkathodenwiderstand von VT2.
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Die Verbindung zwischen der Kathode der Vorröhre und dem Gitter der
nachfolgenden Röhre erfüllt, wie die Beobachtungen an derartigen Kaskaden vermuten
lassen, zwei verschiedene Funktionen.
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Zunächst bildet sie die galvanische Kupphing zwischen beiden Röhren.
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Sodann dient sie als Weg für Ausgleichströme innerhalb der Kaskade.
Wenn z. B. die negative Gittervorspannung an VT, durch Schwankungen der Betriebsspannung
oder der Daten beider Röhren entsprechenden Änderungen unterworfen wird, so stellt
der durch VT, fließende Anodenstrom selbsttätig am Widerstand PR die für
den jeweiligen Betriebszustand der Röhre VT2 erforderliche günstige Gittervorspannung
wieder her. Wenn andererseits infolge positiven Gitterpotentials gegenüber der Kathode
von VT2 Gitterstrom fließt, so dient dieser zur teilweisen Speisung von V, Dadurch
wird der Strom in R» herabgesetzt, was wiederum eine Spannungsverminderung an Rio
und damit am Gitter von VT. zur Folge hat. Das heißt, die Gittervorspannung
von VT2 wird größer, und übersteuerungen werden vermieden. Hierdurch wird also die
Kaskade vor Instabilität und Übersteuerung geschützt.
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Der Widerstand PR ist, konstanten Strom in V1 und konstante Ohmzahl
vorausgesetzt, maßgebend für die Gittervorspannung an VT, Durch Veränderung von
PR läßt sich jede beliebige Gittervorspannung an VT2 erzeugen.
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Wird die zweite Röhre mit positiver Vorspannung betrieben, so fließt
in der Brückenverbindung dauernd ein Gitterstrom, dem sich evtl. Ausgleichströme
überlagern.