DE651863C

DE651863C - Receiving or high frequency amplifier circuit

Info

Publication number: DE651863C
Application number: DET41232D
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Steimel
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1932-08-17
Filing date: 1932-08-18
Publication date: 1937-10-21

Description

Empfangs- bzw. Hochfrequenzverstärkerschaltung Die Erfindung betrifft eine Schaltung, bei welcher zwei in Kaskade arbeitende Elektronenröhren galvanisch gekoppelt sind.Receiving or radio frequency amplifier circuit The invention relates to a circuit in which two electron tubes working in cascade are galvanic are coupled.

Es sind Schaltungen bekannt, bei denen die Anode bzw. die Kathode einer Verstärker röhre mit dem Gitter einer nachgeschalteten Röhre galvanisch verbunden ist. Wenn die zweite Röhre in das Gebiet positiver Gittervorspannung ausgesteuert wird, um den Aussteuerbereich und den Wirkungsgrad dieser Stufe zu erhöhen, so fließt ein Gitterstrom, der sich dem Anodenstrom der vorhergehenden Röhre überlagert. Man setzt dabei die Gitterstromkennlinie des Endrohres mit der Anodenstromkennlinie der Vorröhre derart zusammen, daß die resultierende Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen der Gitterspannung der Vorröhre und dein Summenstrom darstellt, einen möglichst geradlinigen Verlauf aufweist. Dabei stellt sich jedoch heraus, daß die Steilheit der resultierenden Kennlinie geringer ist als die Steilheit der Kennlinie des Vorrohres allein. 'Es ergibt sich also der Tatbestand, daß der Leistungsgewinn, den man durch die Aussteuerung des Endrohres in das Gebiet positiver Gitterspannung erzielt, erkauft «-erden muß durch eine Steilheitsverminderung der für die Vorstufe maßgebenden Kennlinie.Circuits are known in which the anode or the cathode an amplifier tube is galvanically connected to the grid of a downstream tube is. When the second tube is driven into the area of positive grid bias is to increase the dynamic range and the efficiency of this stage, so flows a grid current superimposed on the anode current of the preceding tube. Man sets the grid current characteristic of the tailpipe with the anode current characteristic the pre-tube together in such a way that the resulting characteristic curve, which the connection between the grid voltage of the pre-tube and your total current represents one if possible has a straight course. It turns out, however, that the steepness of the resulting characteristic curve is lower than the steepness of the characteristic curve of the front pipe alone. 'So the fact arises that the gain in performance that is achieved through achieved the modulation of the tailpipe in the area of positive grid voltage, bought «- must be grounded by reducing the slope of the characteristic curve that is decisive for the preliminary stage.

Zweck und Ziel der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, im Gegensatz zu den obenerwähnten Anordnungen durch die Übernahme des Gitterstromes einer Röhre in den Anodenstromkreis der Vorröhre einerseits einen Steilheitsgewinn hinsichtlich des geradlinigen Teiles der resultierenden Kennlinie zu erzielen und andererseits den Innenwiderstand des Kombinationsstromkreises zu erhöhen, so daß hochohmige Kopplungsimpedanzen verwendet werden können; ferner soll eine Verbesserung des Kennlinienknicks zwecks Erzielung einer mit gutem Wirkungsgrad arbeitenden Demodulation herbeigeführt werden. Es sei aber bemerkt, daß Schaltungen mit zwei oder mehreren Röhren, bei denen eine Kombinationskennlinie einen schärferen Knick oder einen steileren oder flacheren Anstieg besitzt, bereits bekannt sind. Diese Schaltungen sind aber nur auf diesen Zweck beschränkt und bieten trotzdem darin nicht so viel Kombinationsmöglichkeiten wie die erfindungsgemäße Anordnung. Schließlich gewinnt man durch die erfindungsgemäße Schaltung die Möglichkeit eines stabilen Betriebes von Röhren mit fallender Gitterstromkennlinie, für welche hierdurch ein erweiterter Anwendungsbereich geschaffen wird.The purpose and aim of the circuit according to the invention is to contradict to the above-mentioned arrangements by taking over the grid current of a tube in the anode circuit of the pre-tube on the one hand a gain in slope with regard to of the rectilinear part of the resulting characteristic curve and on the other hand to increase the internal resistance of the combination circuit, so that high-resistance coupling impedances can be used; furthermore, an improvement in the kink in the characteristic curve is intended Achieving a working with good efficiency demodulation can be brought about. It should be noted, however, that circuits with two or more tubes in which one Combination characteristic has a sharper kink or a steeper or flatter one Increase are already known. These circuits are only available on this one Purpose limited and still do not offer so many possible combinations like the arrangement according to the invention. Finally, one wins by the invention Circuit the possibility of stable operation of tubes with falling grid current characteristic, for which this creates an expanded area of application.

Röhren mit fallender Gitterstromcharakteristik, z. B. Röhren mit einer Gasfüllung zwecks Aufhebung der Raun -iladungshemmung, sind gewöhnlich nur in solchen Schaltungen verwendbar, in denen der Gitterkreiswiderstand kleiner ist als der im fallenden Teil der Gittergtromkennlinie gemessene negative Widerstand der Gitterkathodenstreck e. -Eine Transformatorkopplung zzv=.. schen der Vorröhre und dem Gitterkreis der-'.' gasgefüllten Röhre ist nicht anwendbar, dasich sonst Schwingungen mit der Eigenfrequenz des Transformators ausbilden würden. Der durch derartige Röhren erzielbare Steilheitsgewinn wird durch den zu kleinen Gittei#-widerstand illusorisch gemacht.Tubes with falling grid current characteristics, e.g. B. tubes with a gas filling for the purpose of lifting the Raun -iladungshemmung can usually only be used in those circuits in which the grid circuit resistance is less than the negative resistance of the grid cathode stretch measured in the falling part of the grid characteristic curve. -A transformer coupling zzv = .. between the pre-tube and the grid circle of the- '.' gas-filled tube is not applicable, because otherwise vibrations with the natural frequency of the transformer would develop. The gain in slope that can be achieved with such tubes is made illusory by the too small Gittei # resistance.

Erfindungsgemäß wird bei zwei in Kaskade geschalteten Röhrenstufen, deren zweite im fallenden Bereich ihrer Gitterstromkennlinie arbeitet, die Hochfrequenzimpedanz der ersten Stufe sowohl vom Anodenstrom der ersten Röhre als auch vom Gitterstrom der zweiten Röhre durchflossen. Dabei kann die Kopplung zwischen der Gitterelektrode mit der fallenden Gitterstromkennlinie und dem Vorrohr derart gewählt sein, daß aus dem positiven Innenwiderstand des Vorrohres und -dem negativen Innenwiderstand der Gitterkathodenstrecke der folgenden' Stufe ein Kombinationswiderstand von sehr hohem Wert entsteht, welcher die Verwendung eines hochohmigen Kopplungswiderstandes möglich macht und daher eine volle Ausnutzung der _Sfeilheit des Endrohres gestattet. Ist der negative Widerstand #ler Gifterkathodenstrecke einstellbar (beim gasgefüllten Rohr beispielsweise durch Regelung der Schirmgitterspannung), so kann man unendlich große oder sogar negative Kombinationswiderstände, deren absoluter Betrag etwas größer ist als der Kopplungswiderstand, bilden und auf diese Weise größtmögliche Verstärkung erzielen. Wenn der Kopplungswiderstand aus einem abgestimmten Schwungradkreis besteht, kann er auf diese Weise weitgehend entdämpft werden. Bei normalen Rückkopplungsschaltungen wird die Entdämpfung durch variable Kopplung von zwei zu verschiedenen Stromkreisen gehörigen Induktivitäten vorgenommen. Bekanntlich bewirkt jede Kopplungsänderung eine unerwünschte Verstimmung des, Resonanzkreises.- Dieser Nachteil entfällt bei der Entdämpfungsregelung durch Einstellung eines Elektrodenpotentials, da äußere Kopplungsmittel völlig entbehrlich sind. Die zur Entdämpfungsregelung dienende Änderung der Schirmgitterspannung tritt bei derartigen Geräten an die Stelle der Bedienung der heute üblichen Rückkopplungselemente und kann sowohl von Hand aus vorgenommen, als auch von dem Strom der die Demodulation bewirkenden Gleichrichterröhre über geeignete Zwischenglieder zwecks selbsttätiger Lautstärkeregelung betätigt werden; natürlich können auch beide Regelarten in Kombination verwendet werden.According to the invention, with two cascaded tube stages, the second of which operates in the falling range of its grid current characteristic, the high-frequency impedance of the first stage is traversed by both the anode current of the first tube and the grid current of the second tube. The coupling between the grid electrode with the falling grid current characteristic and the front pipe can be selected in such a way that a combination resistance of very high value arises from the positive internal resistance of the front pipe and - the negative internal resistance of the grid cathode section of the following stage, which makes the use of a high-resistance coupling resistor makes possible and therefore allows full use of the steepness of the tailpipe. If the negative resistance is adjustable (in the case of a gas-filled tube, for example by regulating the screen grid voltage), you can create infinitely large or even negative combination resistances, the absolute value of which is slightly larger than the coupling resistance, and in this way achieve the greatest possible gain. If the coupling resistance consists of a coordinated flywheel circuit, it can be largely undamped in this way. In normal feedback circuits, the attenuation is carried out by variable coupling of two inductances belonging to different circuits. It is known that every change in coupling causes an undesirable detuning of the resonance circuit. This disadvantage does not apply to the attenuation control by setting an electrode potential, since external coupling means are completely unnecessary. The change in the screen grid voltage, which is used to regulate the attenuation, takes the place of the feedback elements that are customary today in such devices and can either be done manually or from the current of the rectifier tube causing the demodulation via suitable intermediate elements for the purpose of automatic volume control; Of course, both types of rule can also be used in combination.

Neben dem Vorteil der Verstärkungserhöhung kann man in der Kombinationskennlinie noch weitere Verbesserungen, z. B. die Verschärfung des Knicks für die Zwecke der Gleichrichtung, erzielen. Wenn man die Anodenstromkennlinie der Vorröhre und die Gitterstromkennlinie der Endstufe durch geeignete- Bemessung -der Betriebsspannung in eine solche gegenseitige Lage bringt, daß der Knick der Gitterstromkennlinie gleichzeitig mit dem Knick des Vorrohres durchlaufen wird, so kann man erzielen, daß die Kombinationskennlinie einen schärfer ausgeprägten Knick aufweist. Umgekehrt kann man aber auch die Kennlinie in eine solche gegenseitige Lage bringen, daß sich die Knickstellen aufheben und die Kombinationskennlinien über einen sehr weiten Bereich geradlinig verläuft; man erhält dadurch eine Vergrößerung des verzerrungsfreien Aussteuerbereiches. Nähere Einzelheiten sollen nunmehr an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert werden.In addition to the advantage of increasing the gain, you can also use the combination characteristic even more improvements, e.g. B. the tightening of the kink for the purpose of Rectification. If you consider the anode current characteristics of the pre-tube and the Grid current characteristic of the output stage through suitable dimensioning of the operating voltage in such a mutual position that the kink of the grid current characteristic is traversed at the same time as the kink of the front pipe, one can achieve that the combination characteristic has a sharper kink. Vice versa but you can also bring the characteristic in such a mutual position that remove the kinks and the combination characteristics over a very wide area Area runs in a straight line; this gives an enlargement of the distortion-free Control range. Further details will now be given on the basis of exemplary embodiments explained.

Es wird zunächst angenommen, daß die Röhre mit fallender Gitterstromkennlinie ein Rohr sei, welches zwecks Vermeidung der Raumladungshemmung mit einer Gasfüllung versehen ist. Die für die vorliegenden Überlegungen wichtigen Eigenschaften derartiger Röhren sind aus dem. Kennlinienbild von Abb. i ersichtlich, welches den Anoden- und Gitterstrom in Abhängigkeit von der Gitterspannung zeigt. , In Abb. z ist eine Schaltung bezeichnet, mit welcher eine Hochfrequenzverstärkung, Gleichrichtung und Endverstärkung durchgeführt werden soll. Das Rohr I ist ein normales Vorrohr, welches beispielsweise nur ein Steuergitter oder, wie in der Abbildung gezeichnet, auch noch ein Schirmgitter enthalten kann; das Rohr II enthält eine Gasfüllung und besitzt demnach eine fallende Gitterstromcharakteristik.It is initially assumed that the tube with a falling grid current characteristic a tube is said to be filled with gas in order to avoid space charge inhibition is provided. The properties of this type that are important for the present considerations Tubes are from the. Characteristic curve diagram from Fig. I can be seen, which the anode and shows grid current as a function of grid voltage. , In Fig.z is a Circuit denotes with which a high frequency amplification, rectification and Final reinforcement should be carried out. The pipe I is a normal front pipe, which for example only a control grid or, as shown in the figure, also can also contain a screen grid; the tube II contains a gas filling and has accordingly a falling grid current characteristic.

In Abb. 3 ist die Kombinationsstromkennlinie (voll ausgezogen) bezogen auf die Steuergitterspannung des ersten Rohres im Vergleich zur normalen Kennlinie des-Vorrohres (gestrichelt) und der Gitterstromkennlinie der gasgefüllten Röhre (strichpunktiert) dargestellt. Man erkennt, daß durch die Hinzufügung des Gitterstromes der Endröhre sowohl eine Verschärfung des unteren Knicks a als auch eine Steilheitserhöhung des linearen Teiles b entsteht. Der an der Stelle c vorhandene obere Knick kann dadurch verschärft werden, daß man als Vorrohr ein Schirmgitterrohr benutzt und die Schirmgitterspannung ungefähr gleich groß wie die Anodenspannung wählt. Durch die Stromübernahme zwischen diesen beiden Elektroden bildet sich ein scharfer Knick aus, der mit d bezeichnet ist. Um eine frequenz- und phasentreue Gbernahme des Gitterstromes der Röhre II in den Anodenstromkreis der Röhre I sicher zu stellen, muß der Anodenkreiswiderstand der Röhre I aus einem abgestimmten Resonanzkreis bestehen, der wie ein Ohmscher Widerstand wirkt. Die Demodulation vollzieht sich durch Gleichrichtung im Kombinationsstromkreis, welcher zu diesem Zwecke den durch einen Kondensator C überbrückten Widerstand R enthält. Man kann hierzu entweder den oberen oder den unteren Knick der Kombinationskennlinie ausnutzen. Im ersteren Falle ergibt sich der Vorteil, daß das Endrohr von unten herauf ausgesteuert wird, so daß der Verbrauch an Gleichstromleistung gering ist.In Fig. 3 the combination current characteristic (fully drawn) is referred to on the control grid voltage of the first pipe compared to the normal characteristic of the front pipe (dashed) and the grid current characteristic of the gas-filled pipe (dash-dotted line). It can be seen that by adding the grid current the end tube both a sharpening of the lower kink a and an increase in slope of the linear part b arises. The upper kink present at point c can be exacerbated by the fact that a screen lattice tube is used as the front tube and the screen grid voltage is about the same as the anode voltage. By the power transfer between them two electrodes is formed a sharp kink, which is denoted by d. To ensure frequency and phase accuracy Transfer of the grid current from tube II to the anode circuit of tube I is safe To provide, the anode circuit resistance of the tube I must come from a tuned resonance circuit exist, which acts like an ohmic resistance. The demodulation takes place by rectification in the combination circuit, which for this purpose the through a capacitor C bridged resistor R contains. You can do this either use the upper or lower bend of the combination characteristic. In the former Case has the advantage that the tailpipe is controlled from below upwards, so that the consumption of direct current power is low.

Die Gleichrichtung kann jedoch auch statt in i Kombinationsstromkreis im Anodenstromkreis des Endrohres vorgenommen werden, wobei sich eine geringere Einstellungsempfindlichkeit und daher eine Erleichterung der Bedienung ergibt. Die äußere Schaltung kann hierbei ebenfalls der Abb. -2 entsprechen; der Widerstand R und die Kapazität C dienen jedoch lediglich zur Spannungsreduktion und Entkopplung. Die Kombinationskennlinie soll möglichst gerade gestreckt werden, was dadurch erreicht wird, daß man gemäß Abb. 4. den negativen Gitterstrom dort übernimmt, wo die Steilheit des Vorrohres bereits abnimmt. Die Stelle c, die in Abb. 3 einen Knick kennzeichnet, ist in der in Abb.4 dargestellten Kennlinie ein geeigneter Arbeitspunkt für eine saubere Hochfrequenzverstärkung. Die Demodulation soll durch Richtverstärkung in der gasgefüllten Röhre II vollzogen werden, wofür die Stelle c ebenfalls den richtigen Arbeitspunkt liefert. Die Regelung des negativen Widerstandes der Gitterkathodenstrecke und gegebenenfalls die Entdämpfung des Anodenkreises wird zweckmäßig durch die Schutzgitterspannung des gasgefüllten Rohres bewerkstelligt, da der Betrag des negativen Widerstandes stark von der Schutzgitterspannung abhängt.However, the rectification can also take place in a combination circuit be made in the anode circuit of the tailpipe, with a lower Adjustment sensitivity and therefore ease of use results. the external circuit can also correspond to Fig. -2; the resistance However, R and the capacitance C are only used for voltage reduction and decoupling. The combination characteristic should be stretched as straight as possible, which is achieved in this way becomes that, according to Fig. 4, the negative grid current is taken over where the steepness of the front pipe is already decreasing. Point c, which marks a kink in Fig. 3, is a suitable working point for a clean high frequency amplification. The demodulation should be done by directional amplification in of the gas-filled tube II, for which point c is also the correct one Operating point supplies. The regulation of the negative resistance of the grid cathode line and, if necessary, the attenuation of the anode circuit is expedient by means of the protective grid voltage of the gas-filled tube accomplished because the amount of negative resistance strongly depends on the protective grid voltage.

Auch in der heute gebräuchlichen Schaltung, bei welcher das Gitter der Endröhre mit der Kathode der Vorröhre galvanisch verbunden ist und der Kopplungswiderstand zwischen der Kathode und dem Minuspol der Anodenspannungsquelle liegt, ergibt sich durch die Verwendung von Röhren mit fallender Gitterstromkennlinie eine besonders günstige Kombinationskennlinie mit großem Aussteuerbereich, die in Abb. 5 angedeutet ist.Even in the circuit in use today, in which the grid the end tube is galvanically connected to the cathode of the pre-tube and the coupling resistance lies between the cathode and the negative pole of the anode voltage source, results The use of tubes with a falling grid current characteristic makes it a special one favorable combination characteristic with a large modulation range, which is indicated in Fig. 5 is.

Eine fallende Gitterstr omkennlinie läßt sich auch unter Ausnutzung der Sekundäremissionsfähigkeit des betreffenden Gitters erzielen: Auch hier kann die in Abb. a dargestellte Schaltung grundsätzlich verwendet werden. Die Betriebsspannungen werden so gewählt, daß das Steuergitter der Endröhre im Gebiet der Sekundäremission arbeitet. Die Kombinationskennlinie zeigt Abb.6. Zur, Einstellung der Größe des negativen Widerstandes kann ein zwischen dem Steuer- -gitter und der Anode der Endröhre angeordnetes Fanggitter verwendet werden, wobei die Durchgriffsv erhältnisse so zu wählen sind, daß das Fanggitter den direkt übergehenden Strom wenig beeinflußt, die Sekundärelektronen hingegen kräftig steuert. Durch Wahl eines geeignet positiven Fanggitterpotentials kann die Sekundäremission des Steuergitters besonders begünstigt werden.A falling grid current characteristic can also be exploited the secondary emission capability of the grating in question: Here too the circuit shown in Fig. a can be used in principle. The operating voltages are chosen so that the control grid of the output tube is in the area of the secondary emission is working. The combination curve is shown in Figure 6. To adjust the size of the Negative resistance can exist between the control grid and the anode of the output tube arranged safety grille can be used, with the penetration ratios like this it is to be selected that the safety gate has little influence on the directly passing current, controls the secondary electrons vigorously. By choosing a suitable positive The secondary emission of the control grid can be particularly favored by the safety grid potential will.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzielun einer fallenden Gitterstromkennlinie bietet sich durch Ausnutzung der Stromverteilung zwischen verschiedenen positiv vorgespannten Elektroden einer Röhre. Dazu. ist es notwendig, eine Elektronenquelle mit Sättigungseigenschaften zu verwenden, deren Emissionsstrom durch Änderungen der Spannungen der übrigen Elektroden praktisch nicht beeinflußt wird. Diese Eigenschaft besitzen bekanntlich die reinen Metallkathoden (z. B. Wolfram-Glühfaden) ; sie läßt sich aber auch dadurch erreichen, daß man eine Glühkathode mit einem -oder zweckmäßig sogarmehreren Raumladegittern umgibt, deren äußerstes als Elektronenquelle für den gesteuerten Entladungsvorgang aufzufassen ist. Wenn man als Endrohr beispielsweise eine Doppelgitterröhre verwendet, deren Kathode voraussetzungsgemäß Sättigungseigenschaften besitzt, so erhält das erste Gitter eine positive Vorspannung, während das zweite mit negativer Vorspannung betrieben wird und als Verteilungsgitter wirkt. Von einem bestimmten Punkte an wird wie auf den zum ersten Gitter fließenden Strom bezogene Kennlinie einen fallenden Verlauf aufweisen, da infolge des stärkeren Stromüberganges zur Anode auf dieses Gitter ein immer kleinerer Stromanteil entfällt. Die Kombinationskennlinie nimmt dann die in Abb. 6 skizzierte Form an. Die Größe des negativen Widerstandes kann durch die Spannung des Verteilungsgitters geregelt werden.Another possibility to achieve a falling grid current characteristic offers itself by taking advantage of the power distribution between different positive biased electrodes of a tube. In addition. it is necessary to have an electron source with saturation properties to use their emission current by changes the voltages of the other electrodes is practically not influenced. This attribute are known to have pure metal cathodes (e.g. tungsten filament); she lets but can also be achieved by using a hot cathode with a -or expedient surrounds even several space charge grids, the extreme of which is used as an electron source for the controlled discharge process is to be understood. If you have a tailpipe, for example a double grid tube is used, the cathode of which is required to have saturation properties possesses, the first grid receives a positive bias, while the second is operated with negative bias and acts as a distribution grid. Of a at certain points becomes as related to the current flowing to the first grid Characteristic curve show a falling course, because of the stronger current transfer to the anode on this grid an ever smaller proportion of current is omitted. The combination characteristic then takes on the form sketched in Fig. 6. The size of the negative resistance can be regulated by the voltage of the distribution grid.

Claims

P-1 TENTAIN SPRAY: i. Receiving or high frequency amplifier circuit, in which two tube stages connected in cascade are galvanically coupled, thereby characterized in that the tube of the second stage is in the falling region of its grid current characteristic works and the high frequency impedance of the first stage both from the anode current of the first Tube as well as the grid current of the second tube flowing through it is. a. Switching arrangement according to Claim i, characterized in that the negative Resistance of the grid cathode section of the following tube to the internal resistance the pre-tube is adapted in such a way that the formed from the two discharge paths Combination resistance is negative and slightly larger than in absolute terms the coupling resistance between the two stages. 3. Switching arrangement according to the claims i and a, characterized in that a pipe is used with a falling grid characteristic becomes, in which the amount of negative resistance due to the voltage of an auxiliary grid (Protective grille for gas filling pipes, catch grille for secondary emissions, brake grille for power distribution circuit) is adjustable. q .. switching arrangement according to claim i, characterized in that the grid current and upstream pipe characteristics are determined by the choice of the voltages be put together in such a way (Fig. q.) that their curvatures compensate each other and the combination characteristic to achieve a large modulation range becomes straight as long as possible. 5. Switching arrangement according to claim i, characterized in that the pipe with a negative grid current characteristic is a pipe with gas filling and one or more. Grating is. 6. Switching arrangement according to claim i, characterized in that the pipe with a negative grid current characteristic is a pipe with secondary emission is on the control grid. Switching arrangement according to claim i, characterized in that the tube with a negative grid current characteristic is a multi-grid tube with saturated cathode and positive first (control) and negative second (braking) Grid is in which the falling characteristic curve by splitting off partial current after the anode arises. B. switching arrangement according to claim i, characterized in that the saturated cathode by arranging two with respect to high frequency at constant Generated potential held, arranged around the emission source auxiliary grid will.