DE743279C

DE743279C - Amplifier circuit for amplifying direct voltages or alternating voltages of low frequency

Info

Publication number: DE743279C
Application number: DET47170D
Authority: DE
Inventors: Dr Werner Kleen
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1936-07-12
Filing date: 1936-07-12
Publication date: 1944-01-04

Description

Verstärkerschaltung zur Verstärkung von Gleichspannungen oder Wechselspannungen niedriger Frequenz Die Erfindung betrifft eine Schaltung, die insbesondere zur Verstärkung von Gleichspannungen oder Wechselspannungen niedriger Frequenz vorzüglich geeignet ist.Amplifier circuit for amplifying direct voltages or alternating voltages low frequency The invention relates to a circuit, particularly for amplification Ideally suited for direct voltages or alternating voltages of low frequency is.

Es ist bereits bekannt, Elektronenröhren, vor allem auch Schirmgitterröhren, zwecks Ausnutzung ihrer hohen Verstärkung mit einer gesättigten Elektronenentladungsstrecke als Außenwiderstand zu betreiben. Als Elektronenentladungsstrecken wurden beispielsweise eine. Diode mit Wolframkathode oder eine belichtete Photozelle verwendet. Im letzteren Falle wurde unter günstigsten Verhältnissen eine 6oofache Verstärkung gemessen.It is already known to use electron tubes, especially screen grid tubes, in order to utilize their high gain with a saturated electron discharge path to operate as an external resistance. The electron discharge paths were, for example one. Diode with tungsten cathode or an exposed photocell used. In the latter Trap a sixty-fold gain was measured under the most favorable conditions.

Es ist weiterhin bekannt, zur Verstärkung von Gleichspannungen oder Wechselspannungen niedriger Frequenz sowohl als Verstärkerröhre als auch als Außenwiderstand je eine Penfiode gleicher Bauart zu verwenden und die zwischen Kathode und Anode jeder Röhre wirksame Anodenspannung gleich groß zu machen. In dieser bekannten Schaltung liegt der Arbeitspunkt der beiden Röhren hei großen Anodenspannungen also in dem Gebiet der größeren Steilheit. Da -der durch die eine Röhre gebildete Außenwiderstand gleich dem Innenwiderstand der anderen Röhre ist, kann man auf diese Weise den halben Verstärkungsfaktor einer Pentode, der bei 6oo liegt, ausnutzen. Es ist hierzu eine Gesamtspannung von nahezu 6oo Volt erforderlich.It is also known to amplify direct voltages or AC voltages of low frequency both as an amplifier tube and as an external resistance to use a penfiode of the same type and the one between the cathode and anode to make each tube the same effective anode voltage. In this known circuit the working point of the two tubes at high anode voltages lies in that Area of greater steepness. Because the external resistance formed by a tube is equal to the internal resistance of the other tube, you can half of this in this way Make use of the gain factor of a pentode, which is around 600. There is one for this Total voltage of almost 600 volts required.

Erfindungsgemäß wird der Arbeitspunkt bei einer Verstärkerschaltung zur Verstärkung von Gleichspannungen oder Wechselspannungen niedriger Frequenz, bei der sowohl als Verstärkerröhre als auch als Außenwiderstand je eine Pentode gleicher Bauart verwendet wird und -die zwischen Kathode und Anode jeder Röhre wirksamen Ruhespannungen gleich groß sind, der Arbeitspunkt so gewählt, daß das Verhältnis 5'li. (S = Steilheit in mA/V, i = Anodenstro,m in mA) ein :Maximum ist. Durch diese Wahl des Arbeitspunktes läßt sich der Verstärkungsfaktor wesentlich erhöhen, und man erreicht mit zwei hand°lsüblichen - Pentoden eine etwa 8ooofache Verstärkung.According to the invention, the operating point at an amplifier circuit for amplifying DC voltages or AC voltages low frequency is also used in both intensifier tube as as an external resistance per a pentode same design and -the between the cathode and anode of each tube effective open circuit voltages equal to the operating point, are so chosen that the ratio 5'li. (S = slope in mA / V, i = anode current, m in mA) a: maximum is. With this choice of the operating point, the gain factor can be increased considerably, and with two customary pentodes one achieves an approximately 8,000-fold gain.

In Abbildung i bedeutet I eine Verstärkerröhre mit einer Kathode IL, einem SteuergitterG, einemSchirmgitterSG, einernBrems-(Fang-) Gitter B und einer Anode A. Als Außenwiderstand dient eine Röhre II gleicher Type. Die zu verstärkende Spannung wird; an den Klemmen a, b zugeführt. Bezeichne man mit rai die an der Röhre I liegerd@ Anodenspannung, mit izl; die Batteriespannung, mit P die Verstärkungsziffer der Stufe, mit S die Steilheit der Verstärkerröhre in mA/Volt, mit RE den inneren Widerstand der Verstärkerröhre und mit Ra den Außenwiderstand, so gelten die Beziehungen: Hierin bedeutet b die sog. Innenwiderstandskonstante, die näherungsweise nur von der Bauart der Röhre abhängt, und i den Anodenstrom in in A. Durch Einsetzen der beiden Gleichungen (a) und (3) in (i) ergibt sich: Die Verstärkung wird also am grölten, wenn und beträgt dann: Man wird also. urn die größtmögliche Verstärkung zu erzielen, die Gitterspannungen "beider Röhren so einstellen. daß an beiden Pentoden die gleiche Anodenspannung wirksam ist. Weiterhin wird man einen Arbeitspunkt wählen, in dem das Verhältnis S : i möglichst groß ist. Dieses Verhältnis wächst mit abnehmendem Strom und ist bei sehr kleinen Strömen angenähert unabhängig von i Strom, wie durch nachfolgende kurze Rechnung bestätigt wird. Für starke Ströme gilt das Raumladungsgesetz: Die Steilheit S ist gleich Für das Verhältnis S%i ergibt sich demnach Aus dieser letzten Gleichung geht deutlich hervor, daß da: Verhältnis mit wachsen-4f eil Strom i sinkt.In Figure i, I means an amplifier tube with a cathode IL, a control grid G, a screen grid SG, a braking (catch) grid B and an anode A. A tube II of the same type serves as external resistance. The tension to be amplified is; fed to terminals a, b. Let rai denote the anode voltage lying at the tube I, with izl; the battery voltage, with P the gain factor of the stage, with S the steepness of the amplifier tube in mA / Volt, with RE the internal resistance of the amplifier tube and with Ra the external resistance, then the relationships apply: Here b denotes the so-called internal resistance constant, which approximately depends only on the type of tube, and i denotes the anode current in A. By inserting the two equations (a) and (3) in (i) we get: The reinforcement will be the biggest when and then amounts to: So you will. In order to achieve the greatest possible gain, adjust the grid voltages of both tubes so that the same anode voltage is effective at both pentodes. Furthermore, one will choose an operating point in which the ratio S: i is as large as possible. This ratio increases with decreasing current and is approximately independent of i current for very small currents, as is confirmed by the following short calculation. The slope S is the same The result for the ratio S% i is therefore From this last equation it is clear that there: ratio as the current i increases, it decreases.

`i Bei sehr schwachen Strömen kann man bei %tier Röhre das Anlaufstromgesetz anwenden. Für die Steilheit S' ergibt sich dann: und für das Verhältnis Diese Bestimmung wurde für völlig homogene Feldverhältnisse aufgestellt. In der Gitterfläche besteht jedoch stets eine gewisse Inhomogenität, weiche die tatsächlich zu beobachtende Verminderung von mit abnehmendem i zur Folge hat. Es ergibt sich also bei großem i eine Zunahme des Verhältnisses mit fallendem i. während bei kleinem i der Wert mit fallendem i wieder abnimmt. Dazwischen muß also ein. Maximum von liegen und, da die Verstärkung proportional - ist, auch ein Maximum der Verstärkung. Die Tatsache der Proportionalität zwischen Verstärkung und -war bisher nicht bekannt und wird erfindungsgemäß zur Erzielung einer möglichst hohen Verstärkung ausgenutzt. Der theoretisch erreichbare Grenzwert ist - Praktisch werden derzeit Werte von 3 bis a erzielt. Da für die Größe b der Wert von ungefähr 3o angenommen werden kann, ist bei einer Batteriespannung von 250 Volt eine Verstärkung der Stufe von etwa 6ooo .bis 8ooo zu erwarten. Bei fortschreitender Verbesserung der Röhren läßt sich dieses Ergebnis noch weiter steigern.`i In the case of very weak currents, the starting current law can be used with% tier tubes use. The following then results for the steepness S ': and for the relationship This determination was made for completely homogeneous field conditions. In the grid area, however, there is always a certain inhomogeneity, such as the actually observed reduction in with decreasing i. So there is an increase in the ratio with a large i with falling i. while with a small i the value decreases again with falling i. So in between there has to be a. Maximum of and, since the gain is proportional - is also a maximum of gain. The fact of proportionality between gain and -was not previously known and is used according to the invention to achieve the highest possible gain. The theoretically achievable limit value is - In practice, values from 3 to a are currently achieved. Since the value of approximately 3o can be assumed for the quantity b, an amplification of the stage of approximately 6,000 to 8,000 is to be expected with a battery voltage of 250 volts. This result can be increased even further as the tubes continue to be improved.

In Abb. -- ist das Ergebnis von Messungen aufgetragen, die mit der in Abb. z dargestellten Schaltung unter Verwendung von zwei Röhren der Type AF 7 durchgeführt wurden. Die Ausgangsspannung wurde mittels eines elektrostatischen Spannungszeigers Z gemessen. Die Schaltung besitzt den großen Vorteil, daß sie eine außerordentliche Ersparnis an Spannungsquellen bringt und die Anodenbatterie kaum belastet wird. (Die Stromentnahme betrug bei einer 8ooofachen Verstärkung etwa 3o,u Amp.) Die angegebene Schaltung ist ferner verwertbar zur Bestimmung des größtmöglichen Verstärkungsfaktors einer Pentode. Da unter den angegebenen Bedingungen stets ist, beträgt bei einer Anodenspannung von ,a5 Volt der größte Verstärl:ungsfaktor,um" = i6ooo.Fig. - shows the result of measurements that were carried out with the circuit shown in Fig. Z using two type AF 7 tubes. The output voltage was measured by means of an electrostatic voltage pointer Z. The circuit has the great advantage that it brings an extraordinary saving of voltage sources and the anode battery is hardly loaded. (The current consumption was about 3o, u amp with an 8,000-fold amplification.) The specified circuit can also be used to determine the greatest possible amplification factor of a pentode. Since under the specified conditions always is, with an anode voltage of. a5 volts, the greatest amplification factor is around "= i6ooo.

Claims

PATENT CLAIM: Amplifier circuit for amplifying direct voltages or alternating voltages of low frequency, at which both as an amplifier tube as a pentode of the same type is also used as an external resistor and the the no-load voltages effective between the cathode and anode of each tube are the same, characterized by such a choice of the operating point that the ratio -5-i (S = slope in mA / V, i = anode current in mA) is a maximum.