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Mit positiver Stromrückkopplung arbeitende Verstärkerschaltung Die
Erfindung betrifft eine Verstärkerschaltung, bei welcher zwecks Erhöhung der Röhrengüte
und Beseitigung nichtlinearer Verzerrungen eine Rückkopplung verwendet wird.
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Es ist bekannt, in Verstärkern eine Rückkopplung aus dem Anodenkreis
einer Stufe in den Gitterkreis desselben oder einer vorhergehenden Stufe vorzunehmen,
um die Röhrengüte und dadurch die Verstärkung zu erhöhen. Man hat ferner die Rückkopplung
dazu benutzt, um nichtlineare Verzerrungen aufzuheben. Zu diesem Zwecke wurde die
Verwendung einer sogenannten Spannungsrückkopplung vorgeschlagen, bei der die in
den Gitterkreis rückgeführte Spannung von der Anodenwechselspannung abhängig ist.
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Die Güte (G) einer Röhre ist nach Barkhausen
(S = Steilheit der Kennlinie; D = Durchgriff). Während D praktisch als konstant
zu betrachten ist; hängt S vom Anodenstrom ab, wobei die Nichtlinearität einer Röhre
mit der Vergrößerung des Anodenwechselstromes wächst. Will man daher auf dem Wege
einer Rückkopplung die Röhre gleichzeitig linearisieren, so muß man eine Rückkopplung
anwenden, welche vom Anodenwechselstrom in bestimmter Weise abhängig ist. Man erkennt
hieraus, daß die früher vorgeschlagene Rückkopplung der Anodenwechselspannung die
Röhre im allgemeinen nicht linearisieren kann. Die größte Anodenwechselspannungs-Amplitude
tritt nämlich bei einem großen Außenwiderstand, im Grenzfall also im Leerlauf der
Stufe auf, und dementsprechend ist auch die rückgeführte Spannung dann am größten,
während die nichtlinearen Verzerrungen gerade am geringsten sind. Umgekehrt nimmt
die Anodenwechselspannung mit kleinerem Außenwiderstand ab und erreicht im Kurzschlußfall
den Wert Null; gerade dann sind aber die Verzerrungen am größten, zu deren Beseitigung
eine völlig unzureichende Rückkopplungsspannung zur Verfügung steht.
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Es sind bereits Verfahren zur Beseitigung unerwünschter Kurvenverzerrungen
in der Hochfrequenztechnik vorgeschlagen worden, die dadurch gekennzeichnet sind,
daß eine vorgegebene oder dem Hauptsystem selbst entnommene Primärkurve zunächst
durch ein Hilfssystem, dessen Charakteristik die Umkehrfunktion des Hauptsystems
ist, geeignet verzerrt wird und erst dann dem gegebenen Hauptsystem zugeführt wird.
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Als spezielles Verfahren ist hierzu ebenfalls ein Rückkopplungsverfahren
angegeben, jedoch wird hierbei wieder mit Spannungsrückkopplung gearbeitet, so daß
die vorerwähnten Nachteile eintreten. Außerdem erfolgt die Rückkopplung über lineare
Schaltelemente.
Des weiteren ist vorgeschlagen worden, in den Anodenkreis
der zu linearisierenden Röhre einen veränderlichen Außenwiderstand zu schalten und
dann von der linearisierten Ausgangsspan-. nung mittels einer Spannungsrückkopplung:
einen Teil dem Gitter der zu linearisierenden Röhre parallel zu den zu verstärkenden
Impulsen zuzuführen. Außer den Nachteilen der Spannungsrückkopplung tritt hierbei
noch die Wirkung ein, daß die rückgeführte Spannung praktisch kurzgeschlossen ist,
wenn der innere Widerstand der Vorröhre, was mit Rücksicht auf den heutzutage üblichen
Gitterstrombetrieb erforderlich ist, verhältnismäßig klein ist.
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Ferner ist es bekannt, vom Anodenkreis dem Gitterkreis gleichgerichtete
Energien zuzuführen, zum Zwecke, Gleichstrompotentialänderungen des Gitterkreises
herbeizuführen. Auf diese Weise sollen im Anodenkreis liegende Gleichstromrelais
für Telegraphiezwecke leichter und betriebssicherer gesteuert werden können.
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Gemäß der Erfindung werden die Nachteile der bekannten -Rückkopplungs-
und Linearisierungsarten dadurch vermieden, daß bei einer mit positiver Stromrückkopplung
arbeitenden Verstärkerschaltung, bei der die Rückkopplung zwecks Linearisierung
der Kennlinienverzerrung und Verstärkungserhöhung nach einer nichtlinearen Funktion
von dem Anodenstrom abhängig ist, die Rückkopplungsimpulse an dem nichtlinearen
Widerstand abgegriffen und dem Gitterkreis in Reihe mit den Eingangsimpulsen zugeführt
werden. Die nichtlineare Funktion wird hierbei so gewählt, daß die vorher vom Anodenstrom
abhängige Steilheit der Röhrenkennlinie in dem benutztenArbeitsbereich durch die
nichtlineare Rückkopplung vom Anodenstrom unabhängig wird.
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Die positive Stromrückkopplung ist an sich bekannt und wurde bisher
ausschließlich zur Steigerung der Röhrengüte und zur Erhöhung des Verstärkungsgrades
herangezogen. Das charakteristische Merkmal derselben besteht darin, daß die Rückkopplung
auf den Gitterkreis vom Anodenstrom abhängig ist. Aus dieser Definition geht hervor,
daß die Rückkopplung um so wirksamer ist, je mehr der Anodenwechselstrom zunimmt.
Dieser Zusammenhang entspricht durchaus den Anforderungen, welche an eine Entzerrungsvorrichtung
zu stellen sind, da, wie bereits oben erwähnt, die nichtlinearen Verzerrungen mit
zunehmendem Anodenwechselstrom wachsen, also gerade dann auch eine ausreichende
Korrektionsspannung durch die Rückkopplung zur Verfügung stehen muß. Dadurch, daß
die Rückkopplung in eine nichtlineare Beziehung zum Anodenwechselstrom gebracht
wird, ist es möglich, eine völlige Aufhebung der vom Anodenstrom abhängigen nichtlinearen
Verzerrungen herbeizuführen. Gleichzeitig kann die Stromrückkopplung zur Verbesserung
der Röhrengüte herangezogen werden.
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Zur Erklärung des Erfindungsgedankens wird nunmehr auf die Patentzeichnung
Bezug genommen. In dieser bedeutet V eine Verstärkerröhre mit einer Kathode K, einer
Steuerelektrode G und einer Anode A. Die zu verstärkende Spannung wird an den Klemmen
i, 2 dem Gitterkreis zugeführt. Der Belastungswiderstand R", beispielsweise ein
Lautsprecher (in diesem Falle also ein komplexer Widerstand), wird zwischen den
Klemmen 3 und q. angeschlossen. Im Anodenstromkreis liegt ferner eine Spule S1,
welche mit einer im Gitterkreis befindlichen Spule S2 induktiv gekoppelt ist. Parallel
zur Sekundärspule S2 liegt ein Widerstand Rk, welcher so beschaffen ist, daß seine
Stromspannungscharakteristik nicht linear verläuft. Durch die Verwendung des aus
den Wicklungen S1 und S2 bestehenden Übertragers erreicht man eine Entlastung des
Rückkoppelwiderstandes Rk von dem Anodenruhestrom. Man erkennt zunächst, daß die
Größe der Rückkopplung nicht durch die an dem Außenwiderstand Ra auftretende Wechselspannung,
sondern durch den Anodenwechselstrom bestimmt wird und naturgemäß mit wachsendem
Anodenwechselstrom zunimmt. Für die Ausbildung des Rückkopplungswiderstandes Rk
ergeben sich verschiedene Möglichkeiten. Beispielsweise kann der Rückkopplungswiderstand
aus einem Trockengleichrichter (Sperrschichtzelle) oder einem Kontaktdetektor bestehen.
In gleicher Weise kann man die nichtlineare Stromspannungsbeziehung einer Entladungsröhre
mit vorzugsweise nur zwei Elektroden, nämlich einer Glühkathode und .einer Anode,
benutzen. Bei Verwendung einer Entladungsröhre besteht die Möglichkeit, den Verlauf
der Entladungscharakteristik und damit des inneren Widerstandes derselben durch
Änderung der Kathodentemperatur in gewissen Grenzen zu regeln. Falls keine Gleichrichterelemente
zur Verfügung stehen, deren Kennlinien genau den zur Entzerrung benötigten Verlauf
aufweisen, kann dieser dadurch hergestellt werden, daß man mehrere Elemente verschiedener
Charakteristik parallel, in Reihe oder in Gruppen zusammenschaltet. Ein Teil dieser
Elemente kann nach Bedarf auch aus spannungskonstanten Widerständen bestehen. Bei
der angegebenen Schaltung wird der stromabhängige Widerstand Rk ohne Vorspannung
betrieben. Indem man den Widerstand mit Gleichstrom belastet, kann der Arbeitspunkt
infolge des an dem Widerstand auftretenden Spannungsabfalls an eine Stelle verschoben
werden, von der aus die Charakteristik den für die Linearisierung gewünschten Verlauf
besitgt. Dies kann z. B. dadurch erzielt werden, daß der Widerstand Rk vom Anodenstrom
oder einem Teil desselben unmittelbar
durchflossen wird. Der Transformator
S1, S2 kann auch in diesem Falle beibehalten werden, um die Phasendrehung zu bewirken;
der Widerstand Ri; liegt dann parallel zur Primärspule S, Bei der in der Abbildung
dargestellten Schaltung wird die zur Herbeiführung der Rückkopplungswirkung erforderliche
Phasendrehung um annähernd 18o' durch Verwendung zweier induktiv gekoppelter Spulen
S1, S2 erzielt. Man kann bekanntlich auf die Phasendrehung verzichten und die Rückkopplungsspannung
von einem im Anodenstromkreis liegenden Widerstand unmittelbar abgreifen, wenn man
diese einer vorgeschalteten Stufe zuführt.