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Verstärker mit Einrichtungen zur Beseitigung von Störspannungen Die
Erfindung betrifft Verstärker, die mit einer Einrichtung zur Beseitigung von Störspannungen
versehen sind.
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Bei der Verstärkung von Schwingungsgemischen, die bis zur Frequenz
0, d. h. bis zum Gleichstrom, reichen, besteht die Schwierigkeit, daß der Verstärker
nicht nur die an die Eingangsklemmen gelegte, zu verstärkende Spannung verstärkt,
sondern auch die praktisch nicht zu vermeidenden Schwankungen der Gitter-, Heiz-
und Anodenspannungen. Das hat zur Folge, daß bei hohen Verstärkungsgraden schon
ganz geringe Änderungen, z. B. der ersten Gittervorspannung, genügen, um den Arbeitspunkt
in den Endröhren wesentlich zu verlagern, und daß schon nach kurzer Betriebszeit
eine Blockierung der Endröhren stattfindet.
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Es ist bereits bekannt, die Verstärker so zu bauen, daß sie bestimmte
Frequenzgebiete verstärken und die übrigen Frequenzen nicht hindurchlassen. Eine
solche Schaltung kann aber nur dann angewandt werden, wenn die zu verstärkenden
Nutzfrequenzen in einem abgegrenzten Frequenzgebiet liegen und die störenden Spannungen
eine davon abweichende Frequenz aufweisen.
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Es ist ferner' bereits bekannt, Gleichstromgegentaktverstärker zu
verwenden, die einen gegenphasigen Eingang besitzen und die in Gegeneinanderschaltung
eine gemeinsame Ausgangsröhre steuern. Bei einer derartigen Anordnung wird jedoch
der zweite Verstärkungsweg nur zur Kompensation benutzt, da der Ausgang :infolge
der Ankopplung der Röhre unsymmetrisch belastet ist. Da bei einer solchen Schaltung
die Anode der einen Röhre an der batteriebelasteten Kathode der nachfolgenden Röhre
liegt, ist nur die Kompensation von verhältnismäßig niedrigen Frequenzen möglich.
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Die Erfindung gibt eine Schaltung an, bei der beliebige Frequenzen,
die z. B. aus den Stromquellen oder Kathoden herrühren, ohne Beeinflussung der gegebenenfalls
gleiche Frequenz aufweisenden Nutzspannung unterdrückt werden. Gemäß der Erfindung
enthält der Verstärker zwei symmetrisch zur gemeinsamen Strom- und Spannungsquelle
bzw. auch Elektronen-(Ionen-)Quelle angeordnete Verstärkungssysteme gleichen Verstärkungsgrades,
von denen das eine System im Ausgang entweder durch eine unsymmetrische Zusatzröhre
oder durch unsymmetrische Ausrüstung der letzten Verstärkerstufe mit einer Röhre
fallender Charakteristik eine Phasenumkehr aufweist, so daß bei gegenphasiger Eingangserregung
durch die Nutzspannung gleichphasige Ausgangsnutzspannungen entstehen, die einem
gemeinsamen Verbraucher zugeführt sind.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. i beispielsweise dargestellt.
Die beiden Röhren R1, Ri werden durch die Gitter-, Heiz- und Anodenspannungen Egl,
H und Ecal gespeist. rgl, rgl , ral und rai sind Gitter-und Anodenwiderstände.
Der Anodenpunkt d der Röhre Ri arbeitet über eine Gegenbatterie Egg auf das Gitter
der Röhre R2, dessen Anode mit dem Anodenanschluß c von R1 verbunden ist. Der Anodenwiderstand
ral ist somit den beiden Röhren R1, R2 gemeinsam.
Erfindungsgemäß
haben die beiden hintereinandergeschalteten - -Röhren R1 und R2 die gleiche Verstärkung
wie die Röhre R1. Der" Verstärker arbeitet derart, daß auf die Ein-.,: gangsklemmen
d, b die zu verstärkende Spannung im Gegentakt einwirkt. Da auf dem oberen
Weg durch die eine Röhre R1 nur eiüe= einmalige Phasenumkehr der am Widerstand rgi
liegenden Spannung stattfindet, auf dem unteren Weg durch die zwei hintereinandergeschalteten
Röhren R1', R2' aber eine zweimalige Phasenumkehr der am Widerstand rgi liegenden
Spannung stattfindet, so addieren sich die durch die gegenphasige Anregung an den
Eingangsklemmen a, b hervorgerufenen verstärkten Spannungen am Widerstand
rai und damit an den Ausgangsklemmen e, f. Tritt dagegen eine Spannungsänderung
beispielsweise der Gitterspannung Egi ein, so wirkt diese Spannungsschwankung gleichphasig
auf die Gitter der Röhren R1 und R1' und wird bei dem gleichen Verstärkungsgrad
im oberen und unteren Zweig am Widerstand rai offenbar herauskompensiert. Auf diese
Art werden die am Eingang a, b gegenphasig angelegten Spannungen in gewünschter
Weise verstärkt, während die ungewünschten Spannungsschwankungen unterdrückt werden.
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Das dargelegte Prinzip gestattet vielfältige Anwendungen. Abb. ? zeigt
z. B. einen dreistufigen Gleichstromverstärker mit vorgespannten Kathoden. Im oberen
Zweig liegen drei Röhren in Reihenschaltung, während im unteren Zweig vier Röhren
liegen. Die Verstärküngsgrade des oberen und unteren Zweiges sind erfindungsgemäß
gleich groß. Die Kopplung zwischen den letzten beiden Stufen des unteren Weges ist
gegenüber der Abb. i insofern geändert, als an Stelle der Gegenbatterie Egg (Abb.
x) der stromdurchflossene Widerstand r1 (Abb. 2) tritt. Die Spannung E (Abb. 2)
erzeugt in dem Kreis rd -ri-r2-E einen solchen Strom, daß am Widerstand r, ein Spannungsabfall
entsteht, der die Gittervorspannung der letzten Röhre im unteren Weg auf einen geeigneten
Wert bringt. Die Arbeitsweise des Verstärkers der Abb.2 ist im übrigen die gleiche
wie in Abb. i, indem an den Eingangsklemmen a, b die zu verstärkende Spannung. gegenphasig
angelegt wird und an den Ausgangsklemmen e, f die verstärkte Spannung abgenommen
werden kann. Die unerwünschten, praktisch aber unvermeidbaren Spannungsschwankungen
der die symmetrischen Teile der beiden Seiten des Verstärkers speisenden Strom-
und Spannungsquellen werden dagegen am Ausgangswiderstand Ra herauskompensiert.
Symmetrisch zueinander liegen in Abb. 2 auf beiden Verstärkerwegen .die ersten Stufen
bis zum Gitter der dritten Röhre mit ihren Strom-und Spannungsquellen. Alle Schwankungen
,dieser Stromquellen werden am Ausgangsderstande Ra herauskompensiert, wenn die
dritte und vierte Röhre hintereinander im `'unteren Verstärkerweg den gleichen Verstäri.`icungsgrad
wie die dritte Röhre im oberen Weg haben. Das Prinzip ist offenbar für beliebige
Stufenzahl anwendbar. An Stelle der in Abb. 2 gezeichneten Batterien kann auch ein
großes aus einer Spannungsquelle gespeistes Potentiometer mit verschiedenen Abgriffen
benutzt werden.
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Um dem Verstärker der Abb. 2 eine möglichst günstige Frequenzcharakteristik
zu geben, sind einmal zur Kompensation der schädlichen Gitteranodenkapazitäten mehrere
Neutralisationskondensatoren k vorgesehen, die in an sich bekannter Weise immer
von der Anode eine Röhre zum Gitter der vorhergehenden Röhre liegen. Um die Frequenzcharakteristik
des weiteren zu beeinflussen, ist über den stromdurchflossenen Widerstand r1 in
Abb. 2 ein Überbrückungskondensator K gelegt. Des weiteren ist ein Verbindungskondensator
C zwischen zwei gleichphasigen Punkten des oberen und unteren Verstärkerweges geschaltet,
der den Zweck hat, eine Verstärkungssteigerung für Schwingungen höherer Frequenz
herbeizuführen.
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An Stelle des Verstärkers mit vorgespannten Kathoden der Abb. 2 zeigen
die Abb. 3 und q. beispielweise Schaltungen nach den Grundsätzen der Effindung mit
auf gleichem Potential liegenden Kathoden. In Abb. 3 werden die notwendigen Gegenspannungen
zwischen den einzelnen Stufen durch stromdurchflossene Widerstände erzeugt, wie
es schon an Hand der Abb. 2 für die Kopplung zwischen den letzten beiden Stufen
im unteren Verstärkerweg besprochen wurde. Zur Verbesserung der Frequenzcharakteristik
sind in Abb. 3 die stromdurchflossenen Kopplungswiderstände zwischen den einzelnen
Rohren ebenfalls durch*Kondensatoren K überbrückt. Ebenso sind durch eine Anzahl
von Neutralisationskondensatoren k die schädlichen Gitteranodenkapazitäten ausgeglichen,
während beispielsweise zwei Verbindungskondensatoren C, die zwischen gleichphasigen
Punkten der beiden Verstärkerwege liegen, die Frequenzkennlinie weiter verbessern.
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Abb. q. zeigt eine weitere Möglichkeit der Verstärkerschaltung nach
dem Grundsatz der Erfindung, wobei auch die Kathoden der einzelnen Stufen direkt
verbunden sind. Die Erzeugung der notwendigen. Gegenspannung erfolgt auch hier durch
stromdurchflossene Widerstände, deren Stromkreis im Gegensatz zur Abb. 3 vom Verstärkerstromkreis
abgetrennt ist. Überbrückungs-, Neutralisierungs-und
Verbindungskondensatoren
haben auch hier die gleichen Aufgaben wie oben.
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Die bisher angegebenen Schaltungen führten von einem gegenphasigen
Eingang zu einem einphasigen Ausgang des Verstärkers. Wenn die Notwendigkeit besteht,
einen gegenphasigen Ausgang des Verstärkers herzustellen, so zeigt hierfür Abb.
5 beispielsweise eine Schaltung. Es sind zwei Schaltungssysteme, -wie sie oben erklärt
wurden, miteinander verbunden. Das erste System führt von den Eingangsklemmen
a, b über die Röhren R1, R2 und R1', R2 , R,' an die Ausgangsklemmen c, d.
Das zweite System führt von a., b über die Rohre R1, R3, R4 und R1', R,"
zu den Ausgangsklemmen e, d. In dieser Schaltung müssen die Verstärkerzüge
R1, R, und R1', &.', R3' und R1, R3, R4 und R1', R.' alle den gleichen Verstärkungsgrad
haben, dann tritt an den Ausgangsklemmen c, d, e die gewünschte verstärkte Spannung
gegenphasig auf, während sich alle ungewünschten Spannungsschwankungen der symmetrisch
liegenden Strom- und Spannungsquellen des Verstärkers an den Ausgangsklemmen herauskompensieren.
Man kann nun mehrere solcher in sich ausgeglichener Verstärkersysteme hintereinanderschalten
oder auch das Prinzip der Schaltung nach Abb. 5 mit den vorher angezeigten Schaltungsprinzipien
vereinigen.
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Alle bisher angegebenen Anordnungen hatten den Zweck, die unerwünschten
Spannungsschwankungen der Strom- und Spannungsquellen des Verstärkers unwirksam
zu machen. Nach demselben Verfahren läßt sich auch der Schroteffekt von Verstärkerröhren,
der bei hohen Verstärkungsgraden unliebsam auftritt, unterbinden. Erfindungsgemäß
wird das dadurch erreicht, daß mindestens die ersten symmetrisch liegenden Röhren
der beiden Verstärkerwege (z. B. Abb. a) ihre Elektronen aus einer gemeinsamen Elektronenquelle
beziehen. Hierdurch tritt der Schroteffekt dieser Elektronenquelle gleichphasig
in den beiden jeweils einander gegenüberliegenden Rohren auf, und dieser gleichphasige
Schroteffekt in den beiden Verstärkerwegen wird, wie oben angezeigt, wie jede andere
gleichphasige Spannungsschwankung in den beiden Verstärkerwegen am Erde herauskompensiert.
Möglichkeiten für eine gemeinsame Elektronenquelle der ersten beiden symmetrisch
liegenden Verstärkersysteme zeigen beispielsweise die Abb. 6 und 7 scheinatisch.
In Abb. 6 speist die innenliegende Kathode H die beiden Verstärkersysteme
H, G1, A1 und H,
G2, A2. In Abb.7 liegt zwischen einer mit einer Öffnung
versehenen Elektrode a und der emittierenden Kathode H eine Spannung, unter deren
Einfluß ein Teil der von der Kathode emittierten Elektronen durch die Öffnung in
a hindurchfliegt. Ein Bremsgitter B G
verwandelt diesen- Elektronenstrom in
eine Raumladungswolke, wobei z. B. die Rückkehr der Elektronen, zur positiven Elektrode
a durch geeignete Isolation unterbunden wird. Aus der neu entstandenen Raumladungswolke
entnehmen nun die beiden Verstärkersysteme BG, G1, A1 und BG, G2,
A2 ihre Elektronen.
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Die angegebenen Anordnungen wurden nur mit Eingitterröhren gezeichnet.
Selbstverständlich gelten die gleichen Überlegungen auch für Schaltungen mit Mehrgitterröhren
öder Ionenröhren. Auch eine gemischte Verwendung solcher Röhren ist möglich, wobei
nützlicher Gebrauch von der fallenden Kennlinie einzelner dieser Systeme zu machen
ist. Es ist nur immer der Grundsatz beizubehalten, daß von zwei Verstärkerwegen,
die symmetrisch zu gemeinsamen Strom- und Spannungsquellen und auch gemeinsamen
Elektronen- bzw, Ionenquellen angeordnet sind, die beiden symmetrischen Eingänge
von der zu verstärkenden Spannung gegenphasig erregt werden und die Ausgänge der
beiden Verstärkerwege die verstärkte Spannung gleichphasig an einen gemeinsamen
Kreis abgeben, während alle Schwankungen, die aus Strom-, Spannungs- und Elektronen-(Ionen-)
Quellen gleichphasig auf die symmetrischen Teile der beiden Verstärkerwege wirken,
heräuskompensiert werden.
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Dieses Verstärkerprinzip ist natürlich nicht nur an Gleichstromverstärker
gebunden, sondern auch dort, -,vo es sich nur um Beseitigung von- Schroteffekt,
Batterierauschen und ähnliche Störungen handelt, mit Nutzen zu verwenden. Es gilt
also ebenso für C-W und transformatorgekoppelte Verstärker wie für die oben beschriebenen
Gleichstromverstärker.
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Bei der Verwendung von Widerständen und anderen Schaltmitteln, die
nicht beiden Verstärkerzweigen gemeinsam- sind, ist es notwendig, ihnen eine ausreichende
Konstanz zu geben und sie vor allem gegen Temperatur- und Feuchtigkeitseinflüsse
zu schützen. Erfindungsgemäß werden deshalb die Widerstände als Vakuumwiderstände
ausgeführt, beispielsweise als- Drahtwiderstände in evakuierten Glasgefäßen.
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Die Stromversorgung der Verstärker kann aus Batterien, Umformern oder
Netzanschlüssen erfolgen. Die groben Netz- oder Batterieschwankungen können hierbei
erfindungsgemäß durch geeignete Schaltungen zwischen Spannungsquellen und Verstärker
ausgeglichen werden.