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Rückkopplungsschaltung zur Verstärkung elektrischer Schwingungen Die
gebräuchlichen Rückkopplungsschaltungen wirken in der Weise, daß von der Anodenwechselspannung
ein Teil in richtiger Phasenlage auf das Steuergitter gegeben wird. Bei der Rückkopplung
zwecks Entdämpfung addiert sich die rückgekoppelte Spannung zur Steuerspannung.
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Es können Verstärkungszahl und Selektion einer Hochfrequenzverstärkerstufe
bedeutend erhöht werden, wenn der Anodenkreis von einer nachgeschalteten Stufe aus
künstlich entdämpft wird. Dann steigt der Kreiswiderstand, und der Innenwiderstand
des Rohres wird durch den der Entdämpfung entsprechenden negativen Widerstand kompensiert.
Eine solche Rüclekopplung ist aber nur bei einer nachgeschalteten Gleichrichterstufe
zweckmäßig, d. h. wenn im Anodenkreis des nachfolgenden Rohres keine abgestimmte
Hochfrequenzimpedanz mehr vorhanden ist, da sonst infolge der verschiedenen mit
einer Rückkopplungsanordnung verbundenen schädlichen Nebenwirkungen, wie ungewollten
Kapazitäten, Querkopplungen auftreten, die zu parasitären Schwingungen führen. Insbesondere
bei einer H,ochfrequenzverstärkung mit Schirmgitterröhren, die hohen Innenwiderstand
besitzen, ist eine Rückkopplung daher praktisch nicht möglich.
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Die Anwendung von Schirmgitterröhren in Verstärkerschaltungen war
daher von dem Bestreben geleitet, Rückwirkungen des Anodenkreises auf den Eingangskreis
zu vermeiden, weil -diese bei den hohen Verstärkungsziffern derartiger Röhren zu
unkontrollierbarer Schwingneigung führten. Gleichzeitig ergab sich der Vorteil eines
verkleinerten Durchgriffs bzw. erhöhten Innenwiderstandes für die Zwecke der Verstärkung.
Es wurde erkannt, daß das Schirmgitter jedoch nicht für alle Fälle ein ausreichendes
Mittel für die Unterdrückung der Anodenrückwirkung darstellt, denn ein gewisser
Durchgriff der Anode durch das Schirmgitter bleibt stets bestehen. Es sind daher
für die völlige Aufhebung der Anodenrückwirkung bzw. für die Kompensation der kapazitiv
auf das Steuergitter übertragenen Anodenwechselspannungen Schaltungen vorgeschlagen
worden, bei denen dem Schirmgitter eine gegenüber der Anodenspannung um 18o° phasenverschobene
Spannung mit einer entsprechenden Amplitude aufgedrückt wird. Es handelt sich dabei
um Schaltungen, bei denen unerwünschte kapazitive Rückkopplungseffekte in der Röhre
vermieden werden und durch den zusätzlichen Steuereinfluß des Schirmgitters die
Verstärkung erhöht wird.
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Erfindungsgemäß wird einer Röhre durch Rückkopplung der Charakter
eines negativen Widerstandes gegeben, so daß eine Entdämpfung bewirkt werden kann,
ohne daß eine
Rückwirkung 'von nachgeschalteten Kreisen auf den
Eingangskreis erfolgt. Das wird erreicht durch Anordnung eines zweiten auf negativem
bzw. Kathodenpotential gehaltenen Steuergitters in der Röhre, dem die Rückkopplungsspannungen
zugeführt werden, die beispielsweise dem Anodenkreis entnommen werden. Zwischen
den beiden Steuergittern ist zum Zwecke der Entkopplung ein auf konstantem Potential
gehaltenes Schirmgitter vorgesehen. Ferner muß dem von der Kathode entfernteren
der beiden Steuergitter ein positiv vorgespanntes Gitter kathodenseitig benachbart
sein, damit zwischen den beiden letztgenannten Gittern ein elektrisches Feld solcher
Richtung ausgebildet wird, daß seine Kraftwirkung der Elektronenströmung von der
Kathode zur Anode entgegengesetzt ist. Dadurch wird in der Nähe des zweiten Steuergitters
eine Elektronenstauung bewirkt, die eine Verbesserung der Steuerungsverhältnisse
in der Röhre zur Folge hat. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Bedingung der Abschirmung
und die Bedingung, daß dem zweiten Steuergitter kathodenseitig ein positives Gitter
benachbart ist, gleichzeitig durch ein einziges Gitter erfüllt werden können, das
dann als Abschirmgitter ausgebildet und auf konstantem Potential gehalten sein muß
und außerdem auf positivem Potentidl gehalten sein muß (vgl. Abb. i).
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Die Erfindung wird an Hand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert.
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Bei Verwendung eines Rohres R mit drei Gittern i, 2, 3 zwischen Kathode
K und Anode A (vgl. Abb. i), von denen das mittlere Gitter :2 ein Schirmgitter ist
und auf konstantem positivem. Potential gehalten wird, wird dem ersten Gitter i
die ankommende Steuerwechselspannung aufgedrückt, während auf das dritte Gitter
3 vom Anodenkreis L1, Cl her eine Rückkopplungsspannung gegeben wird. Durch die
Rückkopplung auf das dritte Gitter wird der Anodenkreis L1, C1 entdämpft. Durch
das Schirmgitter 2 wird die Rückwirkung der Anodenspannung auf das Steuergitter
i verhindert. Bringt man die einzelnen Schwingkreise L, C bzw. L1, C3 noch in gegeneinander
abgeschirmten Kästen an, die in den Abbildungen in Form verdickter Linien S angedeutet
sind, so hat man auf diese Art und Weise eine praktisch vollkommene Entkopplung
der beiden Schwingkreise gegeneinander erzielt. Da das dritte Gitter 3 in Gegenphase
zur Anode A gesteuert wird, arbeitet es in Phase mit dem ersten Gitter r. Durch
die zur Anode A gegenphasige Steuerung des dritten Gitters 3 wird die Rückwirkung
der Anodenspannung auf das Steuergitter i noch weiter, als es bereits durch das
Schirmgitter 2 geschehen ist, heruntergedrückt. Besondere Vorteile bietet die Verwendung
einer Röhre mit Kathode, vier Gittern und einer Anode. Eine solche Röhre soll so
geschaltet sein, daß das erste Gitter der Röhre als Steuergitter, das zweite als
Abschirmungsgitter dient und das dritte Gitter die eigentliche Nutzelektrode ist.
Das vierte Gitter ist dann das Hilfsgitter, auf welches die Rückkopplungsspannung
gegeben wird, und die äußere Anode dient als Hilfselektrode. Das vierte Gitter erhält
dann eine im allgemeinen negative Gittervorspannung und wird von der dritten Elektrode
her durch Rückkopplung gesteuert. Würde unter Konstanthaltung der übrigen Betriebsspannungen
die Spannung des vierten Gitters verändert, so nimmt bei positiver werdender Spannung
der vierten Elektrode der Strom zur dritten Elektrode ab, weil jetzt ein größerer
Strom nach der fünften Elektrode geht und der Summenstrom der dritten und fünften
Elektrode infolge des kleinen Durchgriffs nach der Kathode zu praktisch konstant
ist. Dieser Steuervorgang besitzt also eine negative Steilheit. Der Strom der dritten
Elektrode nimmt bei positiver werdender Spannung der vierten Elektrode ab. Bei einem
solchen Steuervorgang ergibt sich, im Gegensatz zu den heute gebräuchlichen Rückkopplungsschaltungen,
daß die durch Rückkopplung dein Gitter zugeführte Spannung (hier also die vierte
Elektrode) nicht gegenphasig zur Anodenspannung zu sein braucht ("hier dritte Elektrode).
Dadurch ergibt sich eine besonders einfache Art der Durchführung der Rückkopplung.
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Die Abb.2 zeigt die Verwendung einer solchen Röhre R in einer Hochfrequenzverstärkerschaltung
mit Entdämpfung des Anodenschwingkreises L1, Cl. Die ankommende Steuerwechselspannung
wird auf das erste Gitter i nächst der Kathode K gegeben. Das zweite Gitter :2 ist
das Schirmgitter. Im Stromkreis des dritten Gitters 3 liegt der Nutzwiderstand,
in der Abbildung ein auf Resonanz abgestimmter Schwingungskreis L1, Cl. Vom dritten
Gitter 3 wird die Rückkopplungsspannung dem vierten Gitter q. gleichphasig zugeführt.
Die Vorspannung E.4 des vierten Gitters q. wird über einen Ableitwiderstand P zugeführt.
Das dritte Gitter und das Ende des Ableitwiderstandes P sind durch einen Blockkondensator
C3 verbunden. Der Ableitwiderstand ist in der Abb.2 als Potentiometer angedeutet
und das vierte Gitter an den veränderbaren Abgriff angeschlossen. Auf diese Weise
ist es möglich, die Rückkopplung evtl. bis kurz vor dem Schwingungseinsatz einzustellen.
Die Nutzspannung für die nächste Röhre nimmt man zweckmäßig an dem gesamten Kopplungswiderstand
P ab und führt sie direkt dem Gitter
der nächsten Röhre zu. Die
fünfte Elektrode muß bei dieser Schaltung auf einem konstanten Gleichpotential liegen,
d. h. sie ist hochfrequenzmäßig mit der Kathode verbunden.
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Ein weiteres Beispiel, ähnlich der vorher. beschriebenen Röhre,. zeigt
die Abb.3. Das Rohr R mit den vier Gittern i, a, 3, ¢ wird hier zur Hochfrequenzverstärkung
vom ersten auf das dritte Gitter und zu einer Anodengleichrichtung mittels der vierten
und fünften Elektrode 4 und A angewandt, wobei gleichzeitig noch zwischen der dritten
und der vierten Elektrode 3, 4 eine Rückkopplung besteht. Die ankommende Hochfrequenzwechselspannung
wird dem der Kathode K zunächst liegenden Gitter i zugeführt, das zweite Gitters
ist wieder das Schirmgitter. Das dritte und vierte Gitter 3, 4 sind hier wieder
hochfrequenzmäßig aufeinander gekoppelt, und zwar derart, daß jetzt im dritten Gitter
3 ein Ohmscher Widerstand W liegt und die Hochfrequenz über einen Blockkondensator
C, einem Schwingkreis L1, Cl in der vierten Gitterzuleitung zugeführt wird. Der
Schwingkreis selbst ist transformatorisch angekoppelt, um die Ankopplung leicht
verändern zu können. Die Vorspannung E4 der vierten Elektrode 4 ist so gewählt,
daß der Strom auf der fünften Elektrode A auf einen scharfen Knick der Anodenstromkennlinie
eingestellt ist. Im Stromkreis der fünften Elektrode tritt demnach eine Gleichrichtung
ein. Die gleichgerichteten Schwingungen werden durch den Ausgangsübertrager J abgenommen;
der Kondensator C4 und die Drossel D dienen in bekannter Weise zur Entlastung des
Übertragers von. Hochfrequenzströmen.
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Eine Abart der Gleichrichteranordnung ist in einfacher Weise möglich,
wenn man statt der Anodengleichrichtung Gittergleichrichtung auf dem vierten Gitter
4 anwendet. Die Anordnung bleibt in großen Zügen dieselbe, die fünfte Elektrode
A wird aber auf konstantem Gleichpotential gehalten, während der Niederfrequenzstrom
dem Stromkreis des vierten Gitters 4 entnommen wird. Sinngemäß muß jetzt die Vorspannung
E4 des vierten Gitters praktisch auf Null gelegt- werden.
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Ein weiteres Beispiel ist in Abb. 4 dargestellt. Es handelt sich um
eine aperiodische Hochfrequenzverstärkung mit hoher Verstär--kungszahl. Das Hauptproblem
einer aperiodischen Hochfreqtrenzverstärkung besteht darin, daß die Kopplungswiderstände
einen Betrag von etwa 5ooo Ohm nicht überschreiten dürfen, da sonst die Anordnungskapazi=
täten, die einen Nebenschluß zü den Kupplungswiderständen darstellen, zu stark in
die Erscheinung treten und die Frequenzabhängigkeit der Verstärkung zu ungünstig
beeinflussen. Damit aber mit Widerständen von: nur einigen zooo-Ohrri eine gute
Verstärkung erzielt werden kann, ;muß entweder die Steilheit des Verstärkerrohres
außerordentlich hoch oder der Innenwiderstand des. Verstärkerrohres .negativ sein;
ferner muß in letzterem Falle der negative Widerstand dieselbe Größenordnung haben
wie der Kopplungswiderstand. Ein solcher negativer Widerstand wird nun im vorliegenden
Falle mittels der Rückkopplung erreicht.
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Diese Rückkopplung ist jetzt möglich geworden, da dem vierten Gitter
eine Wechselspannung in derselben Phase, wie sie das dritte Gitter besitzt, zugeführt
wird, Eine Phasenumkehr ist nämlich bei reiner Widerstandskopplung, wie sie für
die aperiodische Hochfrequenzverstärkung notwendig ist, nicht möglich. Dem ersten
Gitter wird wieder eine Eingangswechselspannung zugeführt. In der Abbildung.sind
vor dem ersten Gitter i bereits mehrere Schwingkreise I, II, III angeordnet, um
eine genügende Selektion zu erreichen. Das zweite Gitter z des Rohres R ist das
Abschirmgitter. Das dritte und vierte Gitter 3, 4 sind durch die bekannte Widerstands-
.und Koridensätorkopplung miteinander verbunden. Dem vierten Gitter 4 wird die volle
Wechselspannung des dritten Gitters 3 zugeführt, um durch eine-genügend_ starke
Rückkopplung einen möglichst wirk-Samen negativen Widerstand zu erhalten. Man kann
dann, ähnlich wie früher, auch mit den Kopplungswiderständen kleinere Werte erreichen.
Das dritte Gitter 3 ist wieder auf hohem positivem Gleichpotential, das vierte Gitter
4 ist schwach negativ vorgespannt, die fünfte Elektrode A ist auf einem konstanten
positiven Potential und hochfrequenzmäßig mit der Kathode K kurzgeschlossen. Die
Nutzspannung, die man jetzt etwa dem nächsten Rohr zuführt, kann man an demselben
Punkt abgreifen, an dem das vierte Gitter angeschlossen ist.