DE677716C - Aus Wirk- und Blindwiderstaenden bestehendes Netzwerk zur Kopplung von Verstaerkerstufen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 4. JULI 1939

. REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

ύ 677716 KLASSE 21 a 2 GRUPPE 18 o*

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. September 1936 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 8. Juni 1939

Die Erfindung betrifft- eine Kopplungsanordnung zwischen zwei Stufen eines Elektronenröhrenverstärkers und bezieht sich insbesondere auf solche Verstärker mit negativer Rückkopplung, bei denen die Kopplung zwischen den Verstärkerstufen aus einem Anodenbelastungswirkwiderstand für die Gleichstromspeisung der Anode in der ersten Röhre, einem im Verhältnis zum Anodenbelastungswirkwiderstand großen Gitterwirkwiderstand zum Zuführen der Gittervorspannung zum Steuergitter der darauffolgenden Röhre und frequenzabhängigen Kopplungsimpedanzen zwischen den "Anodenbelastungs- und Gitterwiderständen besteht.

Bei solchen Verstärkern ist es manchmal schwierig, das Entstehen von Eigenschwingungen zu vermeiden. Dies ist insbesondere bei solchen Verstärkern der Fall, die einen großen Frequenzbereich übertragen sollen, und zwar ganz besonders dann, wenn ein Teil der Ausgangsenergie mittels negativer Rückkopplung zur Eingangsseite zurückgeführt wird, um die Verstärkung innerhalb gewisser Frequenzgebiete herabzusetzen und um die effektive Verstärkung im wesentlichen von Schwankungen der in den Verstärker eingehenden Größen, wie Hilfsspannungen usw., unabhängig zu machen.

Es ist schon bekannt, besondere Mittel zur Beseitigung der durch die Verstärkerschaltelemente bedingten schädlichen Phasendrehung vorzusehen, insbesondere hierzu Kopplungsanordnungen zu verwenden, welche eine schädliche Phasendrehung nicht besitzen. Diese bekannten Anordnungen sind jedoch sehr verwickelt oder bei der praktischen Ausführung weniger wirkungsvoll. Demgegenüber ist eine Anordnung nach der Erfindung verhältnismäßig einfach in dem Aufbau und hat sich in der Praxis als sehr zuverlässig gezeigt.

Für das ■ Entstehen von Eigenschwingungen beliebiger Frequenz ist es erforderlich, daß einesteils die Phasendrehung für diese Frequenz im Verstärker- und Rückkopplungskreis, der über eine besondere Rückkopplungsleitung oder ■ über unerwünschte Kopplungen zwischen den Verstärkerschaltelementen geschlossen sein kann, 0,2 π oder ein ungerades Vielfaches von 2 π beträgt, und anderenteils ist es erforderlich, daß für eine Frequenz die Verstärkung größer ist als die Dämpfung im gesamten Rückkopplungskreis.

Bei einer Schaltung nach der Erfindung wird die gleichzeitige Erfüllung dieser beiden Bedingungen und somit eine Rückkopplung dadurch verhindert, daß die aus Wirkwiderständen bestehenden Anoden- und Gitterwiderstände in eine gleiche Anzahl von Teilen unterteilt und an den zugehörigen Teilpunkten durch

solche Kopplungsimpedanzen verbunden sind deren Wert mit wachsender Entfernung von der Anode und dem Gitter abnimmt.

Die Erfindung sei an Hand der Zeichnungen näher beschrieben:

Fig. ι veranschaulicht das Prinzip ■ einer zwischen zwei Elektronenröhren angeordneten Kopplung nach der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Diagramm und stellt die Amplitu de und den Phasenwinkel des Spannungsvektors am Gitterwiderstand für verschiedene Frequenzen für den Fall dar, daß die Kopplungsimpedanzen aus Kapazitäten bestehen; Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines Dreistufen-Verstärkers mit negativer Rückkopplung, bei dem die Kopplung zwischen den verschiedenen Verstärkerstufen nach der Erfindung ausgeführt

ist, und -

Fig. 4 zeigt ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm für den Fall, daß Serienresonanzkreise als Kopplungselemente verwendet werden.

Die Verstärkerschaltung nach Fig. ι enthält zwei Elektronenröhren Ji₁, E₂ und eine dazwischenliegende Anordnung zum Zusammenkoppeln des Anodenkreises der Röhre E₁ und des Gitterkreises der Röhre E₂. Die Anordnung besteht aus einem in vier TeUe^₁, A₂, A₃, A₄ unterteilten, mit der Anodenstroritquelle verbundenen Anodenbelastungswirkwiderständ, einem ebenfalls in vier Teile G₁, G,-,, G₈, G, unterteilten, mit der Vorspannungsquelle verbundenen Gitterwirkwiderstand sowie aus zwischen der Anode der Röhre E₁ und dem Gitter der Röhre E₂ und zwischen den Teilungspunkten eingeschalteten frequenzabhängigen Kopplungsirnpedanzen .K₁, K₂, K₃ bzw. Z₄.

Wenn eine gewöhnliche Widerstandskapaz'itätskopplung mit einem Anodenbelastungswiderstand A, einem Kopplungskondensator C und einem Gitterwiderstand R verwendet wird, ist bekanntlich, wie durch die Kurve I in Fig. 2 veranschaulicht, die Spannung über A gleich der geometrischen Summe der durch denselben Strom I erzeugten Spannungen über C und R. Diese letztgenannten Spannungen sind um 90 ° im Verhältnis zueinander phasenverschoben. . Die Vektoren derselben bewegen sich deshalb in Abhängigkeit von der Frequenz über einen Halbkreisbogen, wobei die Spannung über A durch denjenigen Durchmesser dargestellt ist, der den genannten Halbkreisbogen begrenzt. Die Phasendrehung, die bei hohen Frequenzen

(bei welchen I · —^ klein ist) sehr klein ist,

wächst bei abnehmender Frequenz und Spännung über R, um sich bei niedrigen Frequenzen 90 ° zu nähern. Dies kann bei einer Schaltung, die zwei bzw. eine gerade Anzahl von solchen Kopplungsanordnungen A, C, R enthält, eine gesamte Phasendrehung von nahe 36o°bzw. ein ungerades Vielfaches davon verursachen, wodurch, wenn Rückkopplung irgendeiner Art vorhanden ist, das Entstehen von Eigenschwingungen verursacht werden kann.

Damit Eigenschwingungen vermieden werden, darf die Phasendrehung des Spannungsvektors über G bei niedrigen Frequenzen sich erst dann 90° nähern, wenn die Amplitude derselben kleiner wird als derj enige Wert, bei welchem die Verstärkung im gesamten Rückkopplungskreis kleiner ist als die Dämpfung. Bei einer Schaltung nach der Erfindung können Eigenschwingungen ohne Schwierigkeit vermieden werden. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel bestehen die Anodenwiderstände A₁ bis A_i und die Gitterwiderstände G₁ bis G₄ aus Ohmschen Widerständen und die Impedanzen K₁ bis K₁ aus Kapazitäten oder Serienresonanzkreisen. In dem Fall, daß A₁ bis A_A und G₁ bis G₄ Ohmsche Widerstände und K₁ bis Jf₄ kapazitive Widerstände sind, was der gewöhnlichen Widerstandskapazitätskopplung am nächsten kommt, so erhalt man, wenn die Widerstände A₁ usw. viel kleiner gemacht werden als die entsprechenden Widerstände G₁ usw. und wenn Kj> K ₂ §> K3 §> K ₄ und A₁ > A₂ >A₃ > A_A sind, ein Bild der Abhängigkeit der Spannungsvektoren von der Frequenz, wie die Kurve II in Fig. 2 zeigt. Bei hohen Frequenzen wirkt K₂ fast als Kurzschluß, wodurch nur A₁, K₁ und G₁ auf die Spannungsübertragung einwirken. Der Schnittpunkt der Spannungsvektoren (der gestrichelten Linien · in Fig. 2) für K₁ und G₁ bewegt sich also hierbei über einen Halbkreisbogen 1 mit dem ^-Vektor als Durchmesser. Läßt man die Frequenz sinken, so fangen A₂, K₂ und G₂ an, stärker zu wirken, während A₁, K₁, G₁ allmählich mehr an Wirkung verlieren, so daß der Spannungsvektor auf den auf A₂, K₂, G₂ beruhenden Kreisbogens übergeht. * Bei noch. niedrigeren Frequenzen geht die Kurve in ähnlicher Weise in die Kreisbögen 3, 4 über. Wie aus der Kurve II hervorgeht, kann man durch die erfindungsgemäße Bemessung der Elemente erreichen, daß die Phasendrehung der Spannung über G₁ bis G₄ sich innerhalb mäßiger Grenzen hält, bis herab zu sehr kleinen Amplituden Du. Die Kurve III veranschaulicht die Verhältnisse bei einer Anordnung mit zwei Kreisen, in welchem Fall .Dm beispielsweise die größte Amplitude darstellt, für welche die Größe der Phasendrehung nicht mehr von Bedeutung ist.

Fig. 3 stellt einen Verstärker mit negativer Rückkopplung dar, der drei Elektronenröhren E₁, E₂, E₃ aufweist. Er dient zur Verstärkung von Signalströmen, die dem Eingangsklemmenpaar i über einen Transformator T; und einen Widerstand R{ zugeführt und hinter dem Verstärker über einen Transformator-Γ_!( am Ausgangsklemmenpaar u entnommen werden. Von einem in den Anodenkreis der Röhre E» ein-

'geschalteten Widerstand R_u ist eine Rückkopplung zum Gitter der Röhre E₁ über einen Kondensator C,-und einen damit reihengeschalteten Widerstand R_r geführt. Die Kopplung zwischen den Röhren ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung und umfaßt sowohl zwei Kopplungskreise A₁, K₁, G₁ und A₂, K₂, G₂ zwischen der ersten und der zweiten als auch zwischen def zweiten und der dritten

ίο Verstärkungsstufe. A₁, G₁ und G₂ bestehen aus Ohmschen Widerständen und K₁, K₂ aus Serienresonanzkreisen. A₂ ist in besonderer Weise ausgebildet, um die Phasendrehung zu kompensieren, die durch einen zwischen Kathode und Anodenwiderstand eingeschalteten Kondensator C eingeführt wird. Dieser Kondensator hat zur Aufgabe, die Anodenstromquelle für Hochfrequenz zu überbrücken. A₂ ist in zwei Elemente unterteilt, von welchen das eine aus einem Ohmschen Widerstand Rb und das andere aus einem Ohmschen Widerstand R_a und einer dazu parallel geschalteten Spule L besteht. Zusammen mit dem Kondensator C, dessen eine Klemme an den Verbindungspunkt der beiden Elemente angeschlossen ist, bildet A₂ eine Reihenschaltung von zwei Parallelkreisen R_a, Z und Rb, C, weil die Anodenbatterie für Wechselströme als Kurzschluß wirkt. Wenn

Ra = Rb=V^-

gemacht wird, so wirkt A₂ als ein rein Ohmscher Widerstand von der Größe

Die phasendrehenden Eigenschaften dieser Schaltung sind in Fig. 4 veranschaulicht. Wenn man von sehr .niedrigen Frequenzen ausgeht, wirkt nur A₂, K₂, G₂, und man befindet sich auf einem Kreis 2. Dieser hat auf Grund der erfindungsgemäßen Bemessung einen kleinen Durchmesser im Verhältnis zum Kreis r, so daß der Phasenwinkel bei steigender Frequenz sehr bald einen kleinen Wert erreicht, der die Gefahr für Selbsterregung ausschließt. Bei noch weiterer Steigerung der Frequenz fängt A₁, K₁, G₁ an, stärker einzuwirken, und K₂, A₂, G₂ verliert an Wirkung. Bei steigender Frequenz folgt man dem Kreisbogen 1 bis zum höchsten Punkte, der der Phasendrehung Null entspricht.

Die entsprechende Frequenz ist die Resonanzfrequenz sowohl für K₁ als auch für K₂. Bei noch weiterer Steigerung der Frequenz ändert sich der Charakter von K₁ von einer kapazitiven Wirkung zu einer induktiven, und die Kurve geht zur' anderen Seite über und schließt sich symmetrisch, so daß dieselbe bei der Frequenz 00 in den der Frequenz ο entsprechenden Kurvenzweig übergeht.

Die Schaltung nach Fig. 3 kann für solche Fälle sehr zweckmäßig sein, wo es sich darum 5o ■ handelt, ein breites Band von sehr hohen Frequenzen zu übertragen. Da die Gefahr der Selbstschwingung infolge unkontrollierbarer Kopplungen manchmal bei den höchsten Frequenzen am größten ist, so ist es vorteilhaft, wenn die Amplitude der übertragenen Spannung oberhalb des Resonanzpunktes mit steigender Frequenz sinkt, was durch eine Schaltungsanordnung nach Fig. 3 erreicht werden kann.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Aus Wirk- und Blindwiderständen bestehendes Netzwerk zur Kopplung von Verstärkerstufen, insbesondere bei Verstärkern mit negativer Rückkopplung, bei dem die durch die Blindwiderstände entstehende Phasenverschiebung durch die Anordnung und Bemessung der Kopplungselemente weitgehend vermindert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus 'Wirkwiderständen bestehenden Anoden- und Gitterwiderstände in eine gleiche Anzahl von Teilen unterteilt und an den zugehörigen Teilpunkten durch solche Kopplungsimpedanzen verbunden sind, deren Wert mit wachsender Entfernung von der Anode und dem Gitter abnimmt.

2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Längszuge liegenden Kopplungselemente aus Kondensatoren bestehen.

3. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Längszuge liegenden Kopplungselemente aus Serienresonanzkreisen mit gleicher Resonanzfrequenz bestehen.

4. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenwiderstand in zwei Teile geteilt ist, von denen der an der Anode liegende Teilwiderstand sehr groß gegen den anderen Teilwiderstand ist.

5. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der der Anodenstromquelle am nächsten liegende Anodenteilwiderstand aus zwei Wirkwiderständen besteht, deren einem eine Spule und deren anderem ein die Anodenstromquelle überbrückender Kondensator parallel geschaltet ist, und die Widerstände derart bemessen sind, daß der gesamte Anodenteilwiderstand frequenzunabhängig ist. no

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen