-
Transformatorgekoppelter Kaskadenverstärker Die Erfindung betrifft
einen Kaskadenv erstärker, bei dem eine Vorröhre eine nachgeschaltete Röhre steuert,
welche unter dem Einfluß der Steuerströme mit schwankender Gitter-Kathoden-Impedanz
arbeitet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung .auf Modulationsschaltungen, bei
denen mittels eines Transformators von einer niederfrequenten Steuerröhre der Gitterkreis
einer mit Hochfrequenz beschickten Modulationsröhre gesteuert wird. Die Endstufe
eines Modulationsverstärkers ist, insbesondere bei Gitterspannungs,modulation, .mit
einem Verbraucher der Modulationsröhre belastet, ,deren Widerstand amplitudenabhängig
ist und angenähert quadratischen Verlauf besitzt. Dieser Verlauf ist durch die Gitterstromcharakteristik
bedingt. Die Benutzung einer Transformatorkopplung ist aus Leistwngs- und Anpassungsgründen
für die Erfindung von wesentlicher Bedeutung.
-
Solche Modulationsverstärker wurden bisher derart betrieben, daß man
möglichst große Röhren als Steuerröhren nahm, deren Innenwiderstand klein war, um
die Nichtlinearität des gesamten Kreises möglichst klein züx halten, so daß trotz
des variablen Außenwiderstandes -die Spannung am nichtlinearen Verbraucher praktisch
sinusförinig ist. Zu diesem Zweck` waren jedoch sehr große Steuerröhren erforderlich,
so daß eine solche Anlage teuer und unwirtschaftlich ist und insbesondere
-die Anwendung für tragbare Geräte ausgeschlossen ist. Die Benutzung kleinerer
Steuerröhren brachte jedoch einen unzulässig großen Klirrfaktor mit sich.
-
Es ist bereits bekannt, zur Herabsetzung nichtlinearer Verzerrungen
dem verzerrenden Element mit krummliniger. Charakteristik Elemente mit entgegengesetzt
ausgebildeter krummliniger Charakteristik zuzuordnen, so daß eine Kompensation des
nichtlinearen Verlaufes der Charakteristik erfolgt.
-
Des weiteren ist bekannt, .zum Eingangskreis einer Verstärkerröhre
eine Entladungsstrecke parallel zu schalten, um jene Verzerrungen zu verhindern,
die durch die Belastung des Eingangskreises mit einsetzendem Gitterstrom entstehen.
Bei der bekannten Anordnung besteht die Entladungsstrecke-aus der Anoden-Kathoden-Strecke
einer Elektronenröhre, deren Innenwiderstand sich bei einsetzendem Gitterstrom der
Verstärkerröhre in demselben Maße, aber entgegengesetztem Sinne ändert wie der Widerstand
der Gitter-Kathoden-Strecke der Verstärkerröhre, so
daß der gesamte
Widerstand des Gitterkreises konstant bleibt.
-
Ferner ist bekannt, den Klirrfaktor durch die Wahl einer geeigneten
Strom- oder Spannungsrückkopplung herabzusetzen. Diese Strom- oder Spannungsrückkopplungsschaltungen
leiden unter dem Nachteil, daß sie verhältnisiniiliig empfindlich sind, da bei irgendwelchen
Änderungen der Betriebsdaten die Gefahr des Pfeifens des Verstärkers auftritt. Es
ist daher besondere Aufmerksamkeit hei der Bedienung des Verstärkers erforderlich.
Für rauhe Betriebsanforderungen, wie diese z. B. bei tragbaren Geräten auftreten,
läßt sich eine solche Schaltung nicht anwenden.
-
Die Erfindung geht davon aus, daß die. Gitterstromcharakteristik der
zu-modulierenden Röhre (.'\Iodulationsröhre) und die Anodenstromcharakteristik der
Steuerröhre den gleichen Emissionsgesetzen folgen.
-
In dieseln Umstande ist daher eine Möglichkeit zu einer Bekämpfung
des obenerwähnten Verzerrungseffektes gegeben. Erfindungsgemäß wird der Innenwiderstand
der Steuerröhre nach Möglichkeit dem Gitter-Kathnden-Widerstand der ztt modulierenden
Röhre, welche den Verbraucher darstellt, angepaßt, indem man die Betriebsspannungen
der Vorröhre derart wählt, daß die amplitudenabhängigen Änderungen des Gitter-KatlinIen-Widerstandes
der nachgeschalteten Röhre verhältnisgleichen Änderungen des Innenwiderstandes der
Vorröhre entsprechen. Zweckmäßig werden demgemäß die Betriebs-_:pannungen und der
Arbeitspunkt der Steuerröhre so eingestellt, daß für jeden Punkt der zu durchlaufenden
Arbeitscharakteristik der Innenwiderstand der Steuerröhre ganz oder !, nahezu gleich
dem sich durch die Transformatorankopplu.ng der Gitter-Kathoden-Strecke der zli
modulierenden Röhre ergebenden übersetzten Außenwiderstand ist. Eine solche, das
Auftreten von Verzerrungen vermeidende Anpassung ergibt sich in den meisten Fällen
ohne Anwendung besonderer Hilfsmittel. Unter Umständen kann es nötig sein, durch
Anwendung geeigneter Reihen- oder Parallelimpedanzen im Anodenstromkreis der Steuerröhre
und/oder im Verbraucherstromkreis die Anpassung zwischen Außenstromkreis und Innenstromkreis
der Steuerröhre sicherzustellen.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Abbildung dargestellt.
Es bedeutet die die Sprechströme verstärkende Steuerröhre, welche über einen Transformator
T, den Gitterkreis der zu modulierenden Mischröhre 2 steuert. Die Einführung der
Hochfrequenz in den Gitterkreis der Röhre :2 erfolgt mittels eines Transformators
T.,. Parallel zum Transformator T1 ist für die Hochfrequenz ein _ebenschlußkondensator
C vorgesehen. Die erforderliche Gittervorspannung wird von der Batterie B geliefert.
Der Modulationstransformator T1 ist so geschaltet, daß die beiden Charakteristiken
R1 und R" als Funktion von e, praktisch zur Deckung kommen.
-
Die Abb.2 zeigt die Gitterstromcharakteristik. der zu modulierenden
Röhre. Als Abszisse ist die Gitterspannung e" aufgetragen, als Ordinate der Gitterstrom
i. und der Widerstand R" der Strecke Gitter-Kathode, der von der Gitterspannung
und dein Gitterstrom abhängig ist. Die mit iZ bezeichnete Kurve veranschaulicht
die Abhängigkeit des Gitterstromes von der Gittervorspannung, die mit R" bezeichnete
Kurve die Abhängigkeit des Widerstandes der So-ecke Gitter--Kathode der zli modulierenden
Röhre
von der Gittervor Spannung.
-
Die Abb.3 veranschaulicht das Kennlinienfeld der Steuerröhre. Auf
der Abszisse ist die Anodenspannung e", auf der Ordinate der :@nodenstrom i" und
der Widerstand R, des Anodenkreises der Steuerröhre r aufgetragen. In diesem Diagramm
bedeutet die mit R; .bezeichnete Kurve den inneren Widerstand der Steuerröhre. Dieser
Widerstand
ist gekennzeichnet durch die jeweilige Tangente an die einzelnen Kennlinien in den
jeweils betrachteten Punkten (e", i"), im vorliegenden Fall den Schnittpunkten
der Kurve i" (R") mit den Kennlinien. Daß die Kurve für den inneren Widerstand Ri
den dargestellten Verlauf besitzt, soll kurz an Hand der Punkte B. C veranschaulicht
werden. Zeichnet man im Punkt B ein rechtwinkliges Dreieck, des- i sen Hypotenuse
die Tangente in diesem Punkt an die Kennlinie für die Gitterspannung o ist und dessen
eine Kathete Ae"1 und dessen andere Kathete A i", ist, so läßt sich aus diesem Dreieck
der Wert des inneren Widerstandes Ri ermitteln. Zeichnet man das entsprechende Dreieck
z. B. im Punkt C an die Kennlinie e,=-8, so ist zu ersehen, daß, wenn man A e"2
= A e"1 macht, A i"2 wesentlich kleiner geworden ist. Bei der gleichen .`nderung
der Anodenspannung ist also die Änderung des Anodenstromes im Punkt C wesentlich
geringer, was bedeutet, daß der innere Widerstand R; größer geworden ist, wie dies
die RT-Kurve in der Abb. 3 auch tatsächlich veranschaulicht.
-
Uni die Arbeitsverhältnisse der Röhre in einfacher Weise übersehen
zu können, ist e üblich, auch die Belastungscharakteristik ins Kennlinienfeld einzutragen.
Wenn z. B. der Arbeitspunkt der Röhre mit A bezeichnet ist, so würde bei rein Ohmscher
Belastung die
Belastungscharakteristik durch die geneigte Gerade
G gekennzeichnet sein. Daß diese Gerade in der Tat die Strom- und Spannungsverhältnisse
kennzeichnet, die bei der Belastung mit einem rein Ohmschen Widerstand auftreten,
soll nachstehend näher erläutert werden. Solange kein Anodenstrom durch die Röhre
fließt, gelangt die volle Anodenspannung auch an die Röhre. Im dargestellten Fall
wäre z. B. die Anodenspannung Zoo Volt bei einer Gitterspannung von -q. Volt. Wird
nun die Gittervorspannung positiver, beispielsweise bis o Volt, so fließt ein Anodenstrom.
Dieser ruft an dem in den Anodenkreis geschalteten äußeren Widerstand einen Spannungsabfall
hervor, der sich ergibt, wenn man Strom und Widerstand miteinander multipliziert.
Die Spannung, die an der Anode der Röhre wirksam ist, wird also gleich der Batteriespannung
vermindert um diesen Spannungsabfall.
-
Um die Größe des Widerstandes zu ermitteln, kann man wieder, wie dargestellt,
ein rechtwinkliges- Dreieck mit den Katheten eQQ und iug zeichnen. Der Quotient
aus e"g und iug ergibt den Widerstand, der der geneigten Geraden durch A entspricht.
-
Wenn der Widerstand nicht linear ist, ergibt sich nicht eine gerade,
sondern eine gekrümmte Charakteristik, wie dies in Abb. 3 durch die Kurve i" (Ra)
veranschaulicht ist. Diese Kurve läßt sich punktweise aus der Ra-Kurve der Abb.2
in das Kennlinienfeld Abb.3 eintragen. .
-
Man geht nun so vor, daß man zunächst die Belastungscharakteristik
auf Grund der Kurve nach Abb. 2 in das Kennlinienfeld gemäß Abb. 3 einzeichnet und
dann die Ri- Kurve ermittelt, die man genau genug erhält, wenn man R; an den Schnittpunkten
der Belastungscharakteristik mit den Gitterspannungskenmlinien eä = 0, -2, -d.
... nach dem vorbeschriebenen Dreiecksverfahren errechnet. Um nun einen ei.nwandfreienVergleich
zu ermöglichen. zeichnet man, wie dies in der A.bb. q. dargestellt ist, die beiden
Widerstände als Funktion von e" ein.
-
Die Abb. ¢ veranschaulicht den Verlauf ,der Widerstände als Funktion
der Anodemspannunge, Auf .derAbszisse ist dieAnodenspannung e, -aufgetragen, auf
der Ordinate :die Widerstände Ri, R, Die punktierte Charakteristik entspricht dem
Verlauf von Ra, ,die * ausgezogene Charakteristik entspricht dem Verlauf von Ri.
Die ideale Anpassung .gemäß der Erfindung ist erreicht, wenn die beiden Rd und RI-
Kurven sich decken, wobei selbstverständlich das Übersetzungsverhältnis des Transformators
T, (Abb. i-) zu berücksichtigen ist. In diesem Fall sind nichtlineare Verzerrungen
weitgehend zu vermeiden. Wenn die Kurven s:ch nicht decken, muß ein anderer Arbeitspunkt
gesucht werden, d.li. also, daß die Gitter- oder die Anodenspannung der Vorröhre
geändert werden muß. Schon nach wenigen Versuchen läßt sich ersehen, in welcher
Weise .diese Spannungen geändert werden müssen, um eine weitgehende Annäherung der
R« und RI- Kurven zu erhalten.
-
Aus dem Kennlinienfeld gemäß Abb. 3 ist zu ersehen, daß bei kleinen
Spannungen e" auch ein kleiner Widerstand Ra vorhanden ist, der zu großen Spannungen
e" hin ansteigt, ebenso wie dies für Ri der Fall ist, so claß der Verlauf der Widerstandscharakteristik
dem in der Abb. q. gezeichneten Verlauf entspricht.