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Schaltungsanordnung zur Erzeugung sehr hoher Verstärkungen Beim Aufbau
mehrerer Verstärkerröhren zu einem Xaskadenverstärker, bei dem alle Röhren auf ein
und demselben Frequenzband verstärken, treten bekanntlich Schwierigkeiten durch
unerwünschte Rückkopplungen auf. Zu diesen an sich längst bekannten Erscheinungen
tritt eine neue Gruppe von Störschwingungen hinzu, wenn die verwendeten Verstärkerröhren
mit einer besonders ,großen, wirksamen Steilheit ausgerüstet sind (S `-- 5 m A,
Volt).
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In der modernen Fernsehtechnik liegt nun der Fall vor, daß Zwischenfrequenzverstärker
gebraucht werden, deren gesamter Vers t, iirlzungsgrad el wegen t' der Abwesenheit
stärkerer Störungen auf dein Ultrakurzwellengebiet etwa eine Größenordnung höher
sein kann, als es im Gebiet der Rundfunkwellenenipfangstechnik möglich ist. Ferner
werden diese Zwischenfrequenzverstärkerröhren durchgehend mit sehr großen Steilheiten
ausgerüstet, weil die effektiven Anodenwiderstände beim Fernsehen ganz erheblich
kleiner sind als die Resonanzkreiswiderstände der Rundfunktechnik (Größenordnung
5ooo Ohm gegenüber mehreren iooooo Ohin); schließlich wird in der Absicht, eine
Spannungsüberlastung des Steuergitters der Fernsehröhre niit ihren sehr schädlichen
Folgen in der Bildgüte sowie einer unzulässig großen Verstärkung des Netzbrummens
zu verhüten, auf eine Niederfrequenzverstärkung hinter dein Zwischenfrequenz gleichrichter
zweckmäßig völlig verzichtet. Der Zwischenfrequenzverstärker muß daher allein die
ganze Empfangsverstärkung bewältigen und einen Verstärkungsgrad aufweisen, der größer
als 500 000 ist.
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Praktisch treten dann bei der Durchführung dieser Konstruktionen die
erwähnten Störschwingungen und Selbsterregungen in teilweise ungewöhnlicher Form
auf und erfordern besondere, den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende
Abhilfsmaßnahmen.
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In Fig. i ist eine Gruppe von zwei Verstärkerröhren i und 2 dargestellt,
wie sie im Zwischenfrequenzverstärker eines Fernsehsuperliets Anwendung finden und
von denen jede einzelne Röhre mit einer Steilheit von etwa 6 inA pro Volt und mehr
ausgerüstet ist und eine Verstärkung von etwa 25 pro Stufe zu erreichen gestattet.
Jede dieser Röhren erfordert bekanntlich eine Kombination mehrerer Widerstandskondensatorberuhigungszweige
für jede einzelne der benötigten Gitter-, Anoden- und Schutzgittervorspannungen.
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Es hat sich herausgestellt, daß die Beruhigungskondensatoren, welche
in der Fig. i mit 3, .4 und 5 für die Steuergitter, Anoden und Schatzgitter bezeichnet
sind, nicht
etwa gemeinschaftlich an das metallische Empfängerchassis
6, die Erde oder Masse angeschlossen werden dürfen, sondern sie müssen gemäß dem
einen Merkmal der V.4-findupg in an sich bekannter Weise grupp#it weise zusammengefaßt
und einpolig stets an ._ Sie Kathodenleitung derjenigen Verstärlerröhre geführt
werden, deren Vorspannungen beruhigt werden sollen. Zweckmäßig und vorteilhaft ist
es, die drei oder noch mehr genannten Blockkondensatoren zu einem gemeinschaftlichen
Kombinationskondensator zu vereinigen, welcher in einem einheitlichen metallischen
Gehäusebecher angeordnet ist.
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Eine Beseitigung der sonst sehr heftig auftretenden Selbsterregung
wird durch diese gruppenweise Zusammenfassung der KurzschlußkondensatOren 3, 4.,
5 allein noch nicht geleistet. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung müssen
die Kathoden aller einzelnen Verstärkerstufen gesondert durch je einen Hochfrequenzerdungskondensator
; an Erde 6 gelegt werden, wobei das metallische Empfängerchassis als Erdungspunkt
gewählt werden kann und zweckmäßig der Anschluß jedes Kondensators 7 in der Nähe
des zugehörigen Röhrensockels erfolgt, wobei jedoch die Ansch.lußstelle nicht in
der Nähe wirbelstroinführender Teil-. des Chassis gelegen sein darf.
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Gemäß dem dritten Merkmal der Erfindung wird die Zuleitung der Gleichströme
über Sperrdrosseln 8 vorgenommen, und zwar muß der Weg über diese Drosseln der einzige
Zugang für den Emissionsgleichstrom bleiben. Die Eigenwelle der Sperrdrosseln 8
wird erfindungsgemiiß kleiner gewählt als die betriebsmäßig auftretenden zu verstärkenden
Wellenlängen, so daß die Drosseln 8 trotz der Anwesenheit unvermeidlicher paralleler
Aufbaukapazitäten immer einen induktiven Widerstandscharakter aufweisen. Praktisch
hat sich für den Kondensator 7 die Größenordnung o, i ßF für die Sperrdrosseln 8
= 40 Windungen auf 20 mm -g' als ausreichend und sehr wirksam herausgestellt. Die
Zuleitungen der Gittervorspannung 9 und der Anodenspannung io können beliebig verlegt
werden und stellen keine Fehlerquellen mehr dar, wenn die in Fig. i angegebenen
hohen Olimschen Vorwiderstände für die Gitter i i (etwa 5o ooo Ohm), für die Anodenströme
12 (5ooo Ohm) und für das Schirmgitter 13, 14 (je etwa 5o ooo Oliin) in der erfindungsgemäßen
gezeichneten Weise, d.li. so eingeschaltet werden, daß sie als Sperrwiderstände
für die über die Kondensatoren 3, 4. 5 fließenden Hochfrequenzströme voll wirksam
sind.
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Bei der praktisch geforderten Heizung sämtlicher Röhrenstufen aus
demselben Heiztransformator 15' wird die Ausführung des Heizkreises folgendermaßen
vorgenommen: Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung werden zwischen je
zwei Abzweigungen, die den Heizstrom von den beiden Heizleitungen 15 und 16 zu den
einzelnen `v'erstärkerstufen führen, Sperrdrosseln niedrigen Ohmschen Widerstandes
17, i8 angebracht, und außerdem werden die Heizfadenenden pro Röhre über ein Paar
von Erdungsblöcken ig, 2o für sich geerdet. Von besonderer praktischer Bedeutung
ist dieses erfindungsgemäße Verfahren der Heizungserdung und Drosselspeisung, sofern
der erfindungsgemäße Verstärker in einer überlagerungsempfangsschaltung benutzt
wird, in dem Heizkreis der Überlagererröhre, welche in dem Empfangsapparat auf ultrakurzer
`Felle schwingt. Es hat sich praktisch gezeigt, daß, wenn die Erdungsblöcke 19,
20 für diese Röhrenstufe nicht vorhanden oder aber nicht in unmittelbarer -Nähe
der Heizfadenenden angeschlossen sind, sich im Heizkreis eine genau definierte Eigenwelle
ausbilden kann, bei deren Frequenz der Empfang durch das Auftreten einer wilden
Schwingung oder eines Schwingloches u. dgl. gestört oder unmöglich gemacht wird.
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Erfindungsgemäß wird daher das Kondensatorpaar ig, 2o und das Spulenpaar
17, 18 unter allen Umständen für den Heizkreis der Überlagererröhre, die mit einem
Verstärker der oben beschriebenen Art zusammenarbeitet, angewendet, dagegen kann
für die übrigen Verstärkerstufen das Verfahren seltener angewandt werden, und es
kann insbesondere beispielsweise nur hinter jeder zweiten Verstärkerstufe benutzt
werden.
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Nach völliger Entkopplung von störenden Schwingungen im Heizkreis
und in den Stromkreisen der Verstärkerröhren trat ini praktischen Betriebe noch
eine dritte Gruppe von Störschwingungen zutage, nämlich ultrafrequente Selbsterregung
der Anodenkreise der Verstärkerröhren 1, 2 usw. Bei der in Fernsehempfängern großer
Leistung angewendeten Drossel- oder Transforinatorverstärkung über Induktivitäten
21, 22 tritt finit großer Sicherheit bei der Kombination von Verstärkerröhren mit
der angegebenen besonders großen Steilheit Selbsterregung auf einer ultrakurzen
Welle auf, deren Frequenz vermutlich durch die Streuinduktivität der Anodendrossel
in Verbindung mit der Anodenbetriebskapazität festgelegt ist.
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Insbesondere ist das Bestehen solcher Schwingungen an der Anodenzuleitung
zwischen Röhrenanode und Anodendrossel nachweisbar. Eine solche Schwingung stört
den normalen Empfang durch Verlagerung der Arbeitspunkte, durch abnorme Anodenströme
und
bei Überstreichung der gleichfrequenten Ernpfallgswelle durch Sprung- undReißstellen
u. dgl. Häufig ist das Vorhandensein solcher Schwingungen nur sehr schwer zu entdecken.
Als wirksame Abhilfe wurde erfindungsgemäß die Schaltung von Schutzwiderständen
23 (vgl. Fig. :2) in die Zuleitung der Anodenkappe der Verstärkerröhre gefunden.
Die Widerstände -23 sollen verschwindend klein sein gegen die Arbeitswiderstände
der Anodendrossel bei der Trägerfrequenz (etwa 5 ooo Ohm), sollen aber andererseits
in den störfrequenten Schwingungskreis aus der Betriebskapazität der Röhrenanode
und der Streuinduktiv ität der Spule und der Röhre stets so eingehen, daß die Schwingungen
abreißen müssen. Ein 5oo-Ohin-Widerstand mit induktionsfreier und kapazitätsarmer
Ausfülirung, d. h. ein liorinaler Porzellan-Graphit-Widerstan.dsstab erfüllt diese
Forderungen, ohne den Empfang merklich zu verschlechtern.
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Fig.2 zeigt, wie dieser Widerstandsstab mechanisch ausgeführt wurde
und wie die Abschirmungen angebracht werden müssen, dainit der Widerstand nicht
durch Kapazitäten überbrückt und dadurch unwirksam gemacht wird. Der Widerstandsstab
23 selbst ist an die Öse 24 mechanisch starr angelötet. Ein aus Isoliermaterial
bestehendes und nicht abgeschirmtes Röhrchen 25 dient als Handgriff und trägt an
seinem Ende die Abschirmhülle 25', welche beispielsweise durch einen Gutninisclilauch
26 von der Anodenleitung 27 isoliert und selbst geerdet (Eide 6 = Empfängerchassis)
ist. Das abgeschirmte Kabel soll möglichst kapazitätsarm sein, damit man ein möglichst
großes Verhältnis
erhält und bei der vorgeschriebenen Trägerfrequenz möglichst viel Windungen auf
den Kopplungstransformator aufwickeln kann. Man erhält dadurch dem V,%'indungsquadrat
proportional ansteigende und dein Verhältnis
in der Bandbreite proportionale Verstärkung.
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Bei Beobachtung der erfindungsgemäß allgegebenen Entl:opplungsinaßnahinen
und gleichzeitiger Anwendung sämtlicher bisher beschriebenen erfindungsgemäßen Mittel
gelingt es, unbedingt stabile Verstärkungen beispielsweise der iSo-m-Trägerivelle
mit einer Bandbreite von -i- 5oo KH auszuführen bis zti einer Gesanitverstä rkung
von über i ooo ooo.
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Damit gelingt es, serienmäßig Verstärker finit derartigen Verstärkungsziffern
zu liefern und die gesamte Verstärkung bis zur deutlichen Hervorhebung des Schroteffektes
stabil zu steigern.
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Eine besondere Sorgfalt erfordert aber darüber hinaus die Schaltung
der ersten Stufe, welche direkt an die Ultrakurzwellenantenne angekoppelt ist.
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Fig.3 zeigt eine als Eingangsstufe für einen Verstärker gemäß der
Erfindung verwendbare Überlagerungsschaltung, bei welcher die Antenne 28 durch eine
sehr kleine Kapazität, deren eine Belegung der Stift q.3 und deren andere Belegung
die Hülse 38 darstellt, wobei diese beiden Belegungen durch ein Dielektrikum 42
voneinander getrennt sind, mit der auf dem Kopf der Röhre 3o befindlichen Kappe
des Eingangsgitters verbunden ist.
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Fig. 3 a zeigt zur Erklärung das Schaltungsschema der verwendeten
Mischungseingangsschaltung. Es besteht einfach aus einer Überlagererröhre (z. B.
Type ACH i, Telefunken), welche mit einem Ultrakurzwellen-Schwingungskreis dem einzigen
von Hand bedienten Abstimmkreis 31, 32 in kapazitiver Dreipunktschaltung
Überlagerungsschwingungen erzeugt und in einem in der Röhre vorhandenen Hexodensysteni
iin Zwischenfrequenzanodenkreis 33 die Trägerwelle an den beschriebenen Zwischenfrequenzverstärker
abgibt. Dabei ist das Empfangsgitter 34 durch ein Schirmgitter 35 so gut wie irgend
möglich gegen die Oszillatorschwingung abgeschirmt und auf dem Kopf der Röhre herausgeführt,
während alle übrigen Elektroden unten am Sockel herausgeführt sind. Die erfindungsgemäße
Atltenneneingangsschaltung mit einer Schwingdrossel 36 und dein sehr kleinen
Antennenkondensato1- 29 macht die Benutzung eines besonderen Abstimmkreises für
die Antenne entbehrlich. Die Antennendrossel 36 kann aber nur dann in einem weiteren
Frequenzbereich einen genügend hohen Widerstand aufbauen, wenn die zu ihr parallel
liegenden Erdkapazitäten so klein wie möglich gehalten werden. Gemäß einer weiteren
''erbesserung der Erfindung wird datier die Drossel 36, welche in Fig.3 beispielsweise
dargestellt ist, unmittelbar an der Gitterkappe der Röhre angebracht. Sie befindet
sich hierbei innerhalb eines Isolierrohres 37,
welches eine Überwurfhülse
38 trägt, die man auf die Röhrenkappe 39 aufstecken kann. Die Abschirmung, welche
man für die Zuleitung der negativen Gittervorspannung .I1 braucht, beginnt erst
hinter der Spule und ist mit .Io bezeichnet. Die Zuführung der Gittervorspannung
erfolgt über ein abgeschirmtes Gummikabel. Die Hülse 38 ist mit dem Gitter 39 leitend
verbunden, so daß die Vorspannung über die Drosselspule 36 und die Hülse 38 an das
Gitter gelangt. Der Steckerstift .1.3 und die Hülse 38 stellen mit der dazwischeilliegenden
Isolierung ,I2 die Kopplungskapazität dar. Der Steckerstift .I3 ist mit der Antenne
28 verbunden. Damit nun die Zuleitung a.-. zur
Antenne, soweit sie
innerhalb des Apparatchassis verläuft, nicht noch irgendwelche im Apparat vorhandene
Schwingungen, z. B. die überlagererschwingungen, auffängt, wodurch Selbsterregung
oder Ausstrahlung verursacht werden würde, wird die Zuleitung 44 durch einen Abschirmmantel45
innerhalb des Apparates abgeschirmt. Dieser Abschirmmantel wird aber gemäß einer
weiteren Verbesserung der Erfindung sehr kapazitätsarm gegen die Seele 44 bemessen
(Durchmesserverhältnis < 1/l0). Auf diese Weise läßt sich nämlich eine Resonanzantenne
28 zur Erzielung eines möglichst großen Spannungsbauches am Punkte 43 ausnutzen.
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Die in Fig.3 angegebene Maßnahme ist natürlich nur eine von mehreren
konstruktiv möglichen Lösungen der von dem Erfinder erkannten Aufgabe, die zu der
Antennendrossel 36 parallel liegende Kapazität so klein als möglich und damit die
Bandbreite der Drossel so groß als möglich zu machen, gleichzeitig aber den Antennenkreis
28 gegen die Überlagererschwingungen vollständig abzuschirmen und auch den Gitterkreis
34 bei fehlender Antenne gegen eine direkte Aufnahme von Wellen völlig abzuschirmen.