DE673068C - Verfahren zur Verhinderung der Anodenrueckwirkung in Roehrenverstaerkern - Google Patents

Verfahren zur Verhinderung der Anodenrueckwirkung in Roehrenverstaerkern

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DE673068C
DE673068C DET42043D DET0042043D DE673068C DE 673068 C DE673068 C DE 673068C DE T42043 D DET42043 D DE T42043D DE T0042043 D DET0042043 D DE T0042043D DE 673068 C DE673068 C DE 673068C
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/08Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements
    • H03F1/14Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of neutralising means
    • H03F1/16Modifications of amplifiers to reduce detrimental influences of internal impedances of amplifying elements by use of neutralising means in discharge-tube amplifiers

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Verfahren zur Verhinderung der Anodenrückwirkung in Röhrenverstärkern Bei Röhrenverstärkern, insbesondere solchen für Hochfrequenzzwecke, wirken sich, die Eigenkapazitäten der einzelnen Röhrenteile störend aus. Vakuumröhrenverstärker müssen, wenn sie wirksam sein sollen, auf Impedanzen von mehreren tausend Ohm arbeiten. Die Eigenkapazitäten zwischen denRöhrenbestandteilen liegen zu den Impedanzen im Nebenschluß und vermindern erheblich die wirksame Impedanz, auf welche die Röhre arbeitet, und damit ihre Verstärkung. Bei Kaskadenverstärkern summieren sich die Kapazitätswirkungen, so daß bei einem n-stufigen Verstärker der Verlust der hohen Frequenzen gleich der n-ten Potenz des Verlustes der Einzelstufe ist.
  • Es sind bereits Verstärker für breite Frequenzbänder bekannt, bei denen zur Verhinderung der Anodenrückkopplung aus dem Anodenkreis an das Steuergitter der gleichen Röhre eine der Eingangswechselspannung dieser Röhre in Größe und Phase praktisch gleiche Spannung zugeführt wird. Die Phasengleichheit der an das Steuergitter zurückgeführten Spannung wird bei dieser bekannten Anordnung durch besondere, die Schaltung komplizierende Hilfsmittel, wie Transformatoren, Gegentaktschaltungen u. dgl., erreicht. Die Verwendung eines Transformators im Ausgangskreis ist aber unerwünscht, da sich dadurch eine Frequenzunabhängigkeit der Schaltung nicht erreichen läßt. Bei der Verwendung einer Umkehrröhre ist es notwendig, nicht nur den Verstärkungsgrad einer, sondern zweier Röhren richtig einzustellen, um im Ausgangskreis der zweiten Röhre den gewünschten Spannungswert zu erhalten. Ferner ist eine Detektorschaltung bekannt, bei der an einer als Detektor arbeitenden Schirmgitterröhre derartige Betriebsspannungen angelegt sind, daß der Arbeitspunkt in dem Maximum oder Minimum der Anodenstrom-Anodenspannungscharakteristik liegt. Eine in Größe und Phase gleiche Spannung wird bei dieser Detektorschaltung aus dem Anodenkreis an das Steuergitter der gleichen Röhre nicht zurückgeführt.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Anodenrückwirkung in Röhrenverstärkern, bei dem auf einfache Weise aus dem Anodenkreis an das Steuergitter der gleichen Röhre eine der Eingangswechselspannung dieser Röhre in Größe und Phase praktisch gleiche Spannung zurückgeführt wird, und besteht darin, daß die Betriebsspannungen der Röhre so gewählt sind, daß sie als negativer. Widerstand arbeitet, ins= besondere derart, daß der Arbeitspunkt in dem Minimum der Anodenstrom-Anodenspannungscharakteristik liegt. Durch die Erfindung kann eine frequenzunabhängige Verstärkung über ein sehr breites Frequenzband erzielt werden, und es werden die schädlichen Röhrenkapazitäten durch das erfindungsgemäße Verfahren ausgeglichen.
  • In der Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert. Fig. i zeigt beispielsweise einen gemäß der Erfindung ausgeführten Schaltplan für einen Rundfunkempfänger. In Fig. 2 ist der Verlauf des Wertes der Anodenströme bei Änderung der Anodenspannung dargestellt. Fig. 3 zeigt die Ersatzschaltung für einen geinäß der Erfindung arbeitenden Röhrenverstärker.
  • In Fig. i bezeichnet 6 den Verstärker, der im vorliegenden Fall aus einer Vakuumröhre mit vier Elektroden, einer sog. Schirmgitterröhre, besteht. Diese Röhre besitzt einen durch die Batterie 8 geheizten Heizfaden 7, der als Kathode dient. Die anderen Röhrenelektroden umfassen das Gitter 9, die Elektrode i i und die als Sekundäremissionselektrode wirkende Anode 12. Die Schaltung und Funktion der Elektrode i z und der Sekundäremissionselektrode 12 können ohne weiteres vertauscht werden, ohne daß sich andere als quantitative Änderungen zeigen. Eine Spannungsquelle 13 liefert die Energie für den Anodenstrom in der Röhre. Die erforderliche Spannung hängt von der jeweils gewählten Röhre ab. Bei den handelsüblichen Röhrenarten werden im allgemeinen Zoo bis 300 V zu wählen sein, bei Sonderröhren kann von diesem Wert aber auch vollständig abgegangen werden. Der negative Pol der Batterie 13 ist an die Kathode angeschlossen und der positive Pol an die Elektrode i i. Die Elektrode 12 ist an eine Anzapfstelle 14. der Batterie 13 gelegt, so daß sie ein Potential zwischen demjenigen der Kathode und demjenigen der Elektrode ii besitzt. Eine Impedanz. 16, die vorzugsweise aus einem Ohmschen Widerstand besteht, liegt zwischen der Elektrode i2 und der Anzapfstelle 1,4.
  • Wird die Anzapfstelle 14 verschoben, so daß sich das Potential der Elektrode 12 ändert, so wird sich der durch den Widerstand 16 fließende Strom gemäß der in Fig. 2 dargestellten Kurve ändern. Wird das Potential der Elektrode 12 über dasjenige der Kathode? hinaus gesteigert, so steigt der Strom zunächst parabolisch an wie bei einer gewöhnlichen Audionröhre entsprechend dem Ast 2i der Kurve in Fig. z. Bei weiterer Potentialsteigerung wird bald eine Stelle 22 erreicht, wo eine «eitere Spannungserhöhung eine Abnahme des Stromes zur Folge hat, der an der Stelle 23 Null und im Ast 2d. der Kurve negativ wird. An der Stelle 26 wächst der negative Strom nicht weiter an, sondern fällt im Ast 27 ab und wird zu Null, sobald die Sekundäremissionselektrode 12 das gleiche Potential erreicht wie die Elektrode i i. Erfindungsgemäß wählt man die Betriebsspannung der Röhre derart, daß sie als negativer Widerstand arbeitet; vorzugsweise ist der Arbeitspunkt in dem Minimum der Anodenstrom-Anodenspannungscharakteristik zu wählen, wodurch besonders stabile Verhältnisse erzielt werden. Durch das Arbeiten auf dem fallenden Ast der Anodenstrom-Anodenspannungscharakteristik bzw. auf dem tiefsten Punkt wird erfindungsgemäß der besondere Vorteil erreicht, daß im Anodenkreis der Röhre bereits eine Spannung auftritt, die mit der Gitterspannung gleichphasig ist, so daß sich die Anordnung besonderer Hilfsmittel zur Veränderung der Phasenanlage, wie Transformatoren, Umkehrröhre o. dgl., erübrigt. Bei dem Arbeiten an dem Punkt 26 der Kurve verursachen kleine Änderungen des Potentials der Elektrode 12 keine Stromänderungen, so daß der Widerstand der Röhre in diesem Falle als unendlich groß betrachtet werden kann und keine Selbsterregung auftreten kann.
  • Der Strom zwischen Kathode und Anode wird durch das Gitter 9 gesteuert. Der Anodenstrom fließt über die Impedanz 16; und es wird durch den Spannungsabfall in der Impedanz 16 eine Stromsteigerung die Sekundäremissionselektrode 12 positiver und eine Stromverringerung dagegen negativer machen. Das Potential der Elektrode 12 ändert sich daher in dem gleichen Sinne wie das Potential des Gitters 9. Wenn die Impedanz 16 zu einem rein Ohmschen Widerstand gestaltet wird, so ist das Potential der Elektrode 12 genau in Phase mit dem Gitterpotential, so daß mit einfachen Mitteln an das Steuergitter der gleichen Röhre eine der Eingangswechselspannung dieser Röhre in Größe und Phase praktisch gleiche Spannung zurückgeführt werden kann.
  • Der Eintrittsstromkreis der Röhre 6 umfaßt eine Antenne 31 und eine Erdung 32, die an je einen Pol eines Kondensators 33 angeschlossen sind. Das Gitter 9 bekommt eine Gitterspannung über einen Gitterwiderstand 34. durch eine Gitterbatterie 36. Das Gitter und die Elektrode 12 sind durch ein Kopplungsglied, im vorliegenden Beispiel durch einen Kondensator 37, verbunden.
  • Die Verhinderung der Anodenrückwirkung beim vorliegenden Verfahren beruht auf dem Grundsatz, daß die wirksame Admittanz eines Kreises von dem Strom abhängt, der beim Anlegen eines Potentials in den Kreis einfließt. Fließt überhaupt kein Strom, so ist die Admittanz Null. Fließt Strom, so ist die Admittanz positiv oder negativ, je nach der Phase des Stromes gegenüber dem aufgedrückten Potential.
  • In Fig.3 ist das Ersatzbild der Röhrenschaltung gezeichnet. Das Potential für den Röhrenkreis stammt von einem Generator jo, der aber auch eine beliebige Spannungsquelle sein könnte. Die von dem Generator gelieferte Spannung besitzt die Größe e. Wird diese Spannung an die Kathode F und den Steuergitterpol G angelegt, so entsteht zwischen dem Pol F und dem der Sekundäremissionselektrode 12 entsprechenden Pol D eine Spannung E = p . e, wenn p die wirksame Verstärkung der Röhre bedeutet. Die Spannung E rührt von dem Spannungsabfall längs des Widerstandes R des äußeren oder Austrittskreises der Röhre her infolge eines von einem gedachten Generator 41 gelieferten Stromes. Der innere Widerstand der Röhre ist durch Rd dargestellt. Die Admittanz y ist diejenige des Eintrittskreises und liegt zwischen F und G. Die Adtnittanz des zwischen Sekundäremissionselektrode 12 und Steuerelektrode geschalteten Kopplungsgliedes y' befindet sich in der Ersatzschaltung zwischen den Polen G und D. Diese Admittanzen lassen sich auch in folgenden Impedanzwerten ausdrücken, die hintereinander und zu dem Anodenwiderstand R parallel liegen, wobei angenommen ist, daß die Impedanzsumme Z - Z' so groß ist, daß durch jenen Nebenschluß keine Wirkung auf Größe oder Phase des Austrittsstroms ausgeübt wird. Z und Z' sind gleichgeartete Glieder, die sich nur in der Größe, aber nicht in Phasen- und Frequenzeigenschaften unterscheiden.
  • Vernachlässigt man das Potential e und betrachtet nur das Potential E, so sieht man, daß sich dieses Potential auf die Impedanzen Z und Z' im Verhältnis ihrer Größe unterteilt. Der Punkt G nimmt also ein Potential zwischen demjenigen von D und F an. Durch passende Wahl von Z läßt sich (las Potential von G gleich e machen. Dies wird dann der Fall sein, wenn oder, in Admittanzen ausgedrückt, wenn ist. Ausgedrückt durch (lie w irksameVerstärkungskonstante p der Röhre herrscht diese Bedingung,wenn ist.
  • Man sieht, daß, wenn die Gleichung erfüllt ist, kein Strom vom Generator4o durch die Eintrittsadmittanz y fließt, weil sich seine Pole auf dem gleichen Potential befinden wie F und G. Die Admittanz y des Röhreneintrittskreises ist daher durch die aus dein Anodenkreis an das Steuergitter der gleichen Röhre zurückgeführte Spannung vollständig ausgeglichen worden.
  • Mit dem Austrittskreis der Röhre 6 ist durch einen Kondensator 51 das Gitter 52 einer zweiten Röhre gekoppelt. Diese besitzt in ähnlicher Weise wie die Röhre 6 eine Elektrode 54 sowie eine Sekundäremissionselektrode 56. Um dem Steuergitter 52 eine Vorspannung zu geben, sind ein Gitterwiderstand 57 und eine Gitterbatterie 58 vorgesehen. Das Gitter 52 und die Elektrode 56 sind durch ein Kopplungsglied verbunden, das in diesem Falle aus einem Kondensator 59 in Reihe mit einem zweiten. Kondensator 61 und einem dazu parallelen Widerstand 62 besteht. Der Kondensator 51 ist so groß bemessen,. daß er bei denjenigen Frequenzen, . für welche 'der Verstärker bestimmt ist, eine zu vernachlässigende Impedanz besitzt.
  • In ähnlicher Weise wie bei der Röhre 6 ist im Anodenkreis ein Widerstand 63 eingeschaltet, der an der gleichen Anzapfung 14 der -Batterie 13 angeschlossen ist. Der Widerstand 63 ist so gewählt, daß er der Röhre 53 die gewünschte Verstärkerkonstante verleiht, die aber mit Rücksicht auf Stabilität und bequemen Betrieb gewöhnlich geringer gemacht werden wird als diejenige der Röhre 6. Das Kopplungsglied zwischen Anodenkreis und Steuergitter, also der Kondensator 61 und der Widerstand 62, sind so zu wählen, daß in ähnlicher Weise wie bei der Röhre 6 ein Ausgleich der im Eingangskreise liegenden Admittanz y vorgenommen wird. Dadurch ist es möglich, den Widerstand 16 ziemlich gering zu halten und dennoch beim Arbeiten der Röhre 53 eine einem hohen Widerstand entsprechende Verstärkung zu erhalten.
  • Parallel zum- Widerstand 63 liegt ein Abstimmkreis, der aus dem veränderlichen Kondensator 6.4 und einer dazu parallelen Induktionsspule 66 besteht. Dieser Kreis ist derart abstimmbar, daß er Resonanzen über dasjenige Frequenzband aufweisen kann, auf welches der Verstärker ansprechen soll. Bei Frequenzen, die in der Nähe der Resonanzfrequenz liegen, besitzt der Abstimmkreis eine Impedanz weit über derjenigen des Widerstandes 63, so daß dieser die Austrittsimpedanz der Röhre bestimmt oder begrenzt. In diesem Frequenzbereich speist daher die Röhre in die berechnete Austrittsimpedanz, so daß der gewünschte Ausgleich der Eintrittsadmittanz erzielt wird. Dadurch kommt die Röhre 6 in die Lage, gleichfalls auf den richtigen Widerstand zu speisen, so daß der gesamte Kreis mit der gewünschten Verstärkung arbeitet.
  • Bei Frequenzen, die von den Resonanzfrequenzen weit abliegen, bietet der Abstinunkreis nur eine geringe Impedanz, so daß die Verstärkung der Röhre 53 erheblich abfällt. Die Eintrittsadmittanz der Röhre 53 bleibt dann unausgeglichen, so daß auch die Verstärkung der Röhre 6 vermindert wird und sie unfähig macht, die Admittanz des Kondensators 33 auszugleichen.
  • Die Niederfrequenzkomponente im Anodenkreis der zugleich -als Anodengleichrichter wirkenden Röhre 53 wird über einen großen Kondensator 68 zu einer Leistungsröhre 7o geleitet. Ein weiterer Kondensator b7 dient dazu, einen Kurzschluß der Niederfrequenzströme über die Spule 66 zu verhüten. Die Röhre 70 besitzt ein Steuergitter 69, das von einer Gitterbatterie 72 über einen Widerstand 71 Vorspannung erhält. In dem Ausgangskreis liegt in üblicher Weise eine Übertragungsvorrichtung oder ein Lautsprecher 73.
  • Durch die Erfindung kann also der Vorteil erreicht werden, daß in Anbetracht der aus. Beglichenen Eingangsimpedanz des Verstärkers auf diese eine Vorrichtung von sehr großer Impedanz, z. B. einer photoelektrischen Zelle, über ein breites Frequenzband gleichmäßig arbeiten kann.
  • Durch richtige Wahl der Röhren und des zwischen Anode und Gitter befindlichen Kopplungsgliedes lassen sich Verstärker bauen, deren Verstärkungscharakteristik über ein Frequenzband zwischen Null und mehreren Millionen Hertz oder jeden beliebigen Teil eines solchen Bandes annähernd gleichmäßig ist. Durch diesen Verstärker ist es auch möglich, die Leistung photoelektrischer Zellen oder ähnlicher Vorrichtungen zu erhöhen und die Impedanzen zwischen solchen Vorrichtungen und den Verstärkern derart abzustimmen, daß man eine größtmögliche Leistung erhält.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele, sondern kann für beliebige Verstärker, also nichtlineare Verstärker, wie Modulationsverstärker usw., für Sende- und Empfangsbetrieb Anwendung finden.

Claims (1)

  1. PAT,N TANSPRÜCI-IE: i. Verfahren zur Verhinderung der Anodenrückwirkung in Röhrenverstärkern, insbesondere solchen für Hochfrequenzzwecke, bei dem aus dem Anodenkreis an das Steuergitter der gleichen Röhre eine der Eingangswechselspannung dieser Röhre in Größe und Phase praktisch gleiche Spannung zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsspannungen der Röhre so gewählt sind, daß sie als negativer Widerstand arbeitet, insbesondere derart, daß der Arbeitspunkt in dem Minimum der Anodenstrom-Anodenspannungscharakteristik liegt. a. Röhrenverstärker zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gitteranodenwiderstand zum Gitterkathodenwiderstand verhält wie das Potential des Steuergitters zur Potentialdifferenz zwischen Anode und Steuergitter. 3. Röhrenverstärker nach Anspruch mit mehreren Stufen, gekennzeichnet durch eine Impedanz im Anodenkreis der letzten Stufe, durch deren Beeinflussung die Anodenkreisimpedanzen und damit die Verstärkungen sämtlicher Stufen verändert werden. 4. Röhrenverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Impedanz im Anodenkreise der letzten Stufe ein abgestimmter Kreis dient, der für die von seiner Resonanzfrequenz entfernt liegenden Frequenzen die Anodenkreisimpedanzen sämtlicher Stufen herabsetzt. Ergänzungsblatt - zur Patentschrift 673 ()68 Klasse 21a4 Gruppe 29/(a5. Vom Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden: Philo T, Farnsworth in Philadelphia.
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