-
Gegenkopplungsschaltung Die Erfindung betrifft eine Gegenkopplungsschaltung
zur Llnterdriickutlg der Eigengeräusche, also der durch Schroteffekt hervorgerufenen
unregelmäßigen Anodenstromschwankungen und der Mikrophonie der Eingangsröhren von
Verstärkern hoher Verstärkungsziffer. Derartige Verstärker werden beispielsweise
als Vorverstärker bei Fernsehaufnahmegeräten verwendet. Die Verstärkungsziffer dieser
Verstärker ist im wesentlichen durch die Mikrophonie und den Schrot der Eingangsröhre
begrenzt.
-
Zur Vermeidung der Mikrophonie hat man vielfach die Eingangsröhre
federnd angeordnet bzw.in Gummi gelagert. Es ist ferner bekannt, durch Vergrößerung
des Eingangswiderstandes die Eingangsspannungen in dem für die Mikrophonie kritischen
Bereich zu erhöhen und den bei höheren Frequenzen auftretenden Spannungsabfall durch
Gegenkopplungen auszugleichen. Bei der Anwendung derartiger Schaltungen traten jedoch
häufig erhebliche Schwierigkeiten auf infolge Phasendrehungen, wodurch der Frequenzgang
des Eingangswiderstandes außerordentlich stark beeinflußt wird.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis der Ursachen und Zusammenhänge
dieser Einflüsse und gibt eine Lehre zur zweckmäßigen Dimensionierung von Gegenkopplungsschaltungen
zur Unterdrückung der Mikrophonie.
-
Erfindungsgemäß wird zur Unterdrückung der Eigengeräusche der Eingangsröhre
eines Verstärkers hoher Verstärkungsziffer, bei der ein Teil der am Anodenarbeitswiderstand
abgegriffenen Spannung zu einem Abgriff des Eingangswiderstandes zurückgeführt wird,
die Zeitkonstante, welche aus dem zwischen Abgriff und Gitter liegenden Widerstand
und der dazu parallel liegenden Kapazität gebildet
wird, und die
Zeitkonstante, welche aus Anodenarbeitswiderstand und dessen Parallelkapazität gebildet
wird, einander annähernd gleich gemacht, so daß sie um nur höchstens 1o, vorzugsweise
um nicht mehr als 3'/e voneinander abweichen.
-
Es ist vorteilhaft, die Gegenkopplungsschaltung als Modulationsgerät
zu verwenden, insbesondere in Verbindung mit einem Kondensatormikrophon. Hierbei
bildet zweckmäßigerweise die Kapazität des Kondensatormikrophons die Kapazität bzw.
eine Teilkapazität eines der beiden Zeitkonstantenglieder. Ferner können derartige
Gegenkopplungsschaltungen mit Vorteil als Meßgerät zur Messung kleiner Kapazitäten,
beispielsweise i pF oder weniger oder auch als Breitbandverstärker zur Verstärkung
der von einem Generator mit hohem inneren Widerstand, vorzugsweise von einer Bildspeicherröhre
abgegebenen Strömen verwendet werden.
-
Im nachstehenden wird die Erfindung an Hand der Ausführungsbeispiele
betreffenden Figuren beschrieben.
-
In Fig. i werden die zu verstärkenden Spannungen über das Klemmenpaar
i der Vorverstärkerstufe zugeführt und die Mittels der Röhre h verstärkten Spannungen
am Klemmenpaar 2 abgenommen. Ein Teil der am Ausgang abgenommenen Spannung wird
über den Kondensator C2 an das dem Steuergitter abgewendete Ende des Eingangswiderstandes
R geführt Diesem liegt eine im wesentlichen aus der Eigenkapazität des Widerstandes
R bestehenden Kapazität C$ parallel. Die Eingangskapazität des Verstärkers ist durch
den Kondensator Cl dargestellt. Das Steuergitter der Röhre V ist über den Eingangswiderstand
R und den Gitterwiderstand Rg mit Erde verbunden. Dieser liegt daher wechselstrommäßig
über C2 parallel zum Anodenwiderstand R2. Je nach Höhe der Frequenz wird die zugeführte
Gegenkopplungsspannung im Verhältnis des Scheinwiderstandes von RCs zu dem von Cl
geteilt. Mit zunehmender Frequenz wird daher die Gegenkopplung schwächer, solange
C$ keine Rolle spielt. Für tiefe Frequenzen, also auch insbesondere für die Frequenzen,
die durch mechanische Erschütterungen des Röhrensystems entstehen, ist die Gegenkopplung
groß, so daß diese Frequenzen mehr oder weniger unterdrückt werden. Infolgedessen
wird auch der Schrot, welcher bekanntlich über das ganze Frequenzband verteilt auftritt,
durch die Gegenkopplung wesentlich verringert.
-
Mit zunehmender Frequenz wird aber der Scheinwiderstand von C3 auch
kleiner, so daß, wenn er berücksichtigt wird, die Gegenkopplung für hohe Frequenzen
stärker ist, als wenn C3 nicht berücksichtigt ist. Nun hat die Röhre auch eine Ausgangskapazität
C4, so daß der Anodenwiderstand ebenfalls mit zunehmender Frequenz abnimmt und damit
die Gegenspannung. Bei geeigneter Dimensionierung dieser Kapazität läßt sich die
Wirkung von C3 ganz kompensieren, so daß sich der Eingangswiderstand der Schaltung
wie ein reines RC-Glied verhält. Dies ist dann genau der Fall, wenn RC3 = R. C4
wird. Im folgenden ist die Zeitkonstante RCi mit Ti, R2 C4 mit T2 und RC3 mit T3
bezeichnet.
-
In Fig.2 ist für verschiedene Verhältnisse
der Verlauf der Größe des Eingangswiderstandes gezeichnet. Für X = 0,5 wird die
Kurve ähnlich einer Resonanzkurve, für X = i gleich der Kurve.eines RC-Gliedes und
für X = 2 die Kurve stark abfallend. Für den Fall, daß die Kurve möglichst der Horizontalen
angenähert sein soll und nirgends einen ansteigenden Verlauf aufweisen darf, wird
X etwas kleiner als i und ist durch die weiter unten angeführte Gleichung (i) gegeben.
In der Figur ist der Verlauf für X = 0,97 eingezeichnet.
-
Ist die Schaltung an einen Generator sehr hohen Innenwiderstandes
angeschlossen und liefert dieser für alle Frequenzen den gleichen Strom, so ist
der Verlauf der am Eingang entstehenden Spannung gleich denn Verlauf des Wertes
des dynamischen Eingangswiderstandes in Abhängigkeit von der Frequenz. Eine dem
Verstärker von einem Generator mit sehr großem Innenwiderstand Ri zugeführte Hochfrequenzspannung
kann durch Veränderung der sehr kleinen Kapazität C3 von z. B. wenigen Picofarad
moduliert werden, wenn mgn die Frequenz so wählt, 'daß der Eingangswiderstand für
diese sich mit C3 stark ändert; bei der dargestellten Schaltung also z. B. i 11SHz.
Zur Modulation kann ein Kondensatormikrophon genommen werden. Ebenso können sehr
kleine Kapazitäten gemessen werden. ' Die sogenannte günstigste Dimensionierung
von Breitbandverstärkern wird stets so vorgenommen, daß die Frequenzkurve der Amplitude
möglichst gut der Horizontalen angenähert wird. Diese Dimensionierung ergibt für
X einen Wert, der etwas kleiner als i ist.
-
Für den Scheinwiderstand des Eingangs ergibt sich, wenn X = i ist,
Hierin ist v die Verstärkung S - R2.
-
Dies ist der Ausdruck für ein reines RC-Glied. Für o = O erscheint
R um den Faktor
verkleinert.
-
Für günstig.te Dimensionierung ergibt sich:
Bei sehr breiten Frequenzbändern ergibt sich die Notwendigkeit, bei einer bestimmten
Größe von R in Gleichung (i) die Verstärkung v sehr groß zu machen, wenn ein bestimmter
Frequenzgang erreicht werden soll. Diese Verstärkung kann mit einer Stufe nicht
immer erreicht werden. Wird jedoch die Gegenkopplungsspannung hinter einem dreistufigen
Verstärker abgenommen, so ergeben sich Phasendrehungen, die meist zu einer Selbsterregung
führen.
Zur Erzielung einer größeren Verstärkung mit nur einer Röhre muß daher der Anodenwiderstand
dieser Röhre bei Verwendung einer Pentode sehr groß gemacht werden, was einen ungünstigen
Frequenzgang am Ausgang dieser Stufe verursacht. Dieser Frequenzgang wird dann in
einer weiter hinten liegenden Verstärkerstufe, vorzugsweise der auf die erste Stufe
folgenden Stufe, mit Hilfe einer Zeitkonstante aus einer Selbstinduktion mit Serienwiderstand
ausgeglichen, wobei die Dimensionierung derart ist, daß der Frequenzgang entsprechend
dem Abfall im Anodenkreis der ersten Stufe angehoben ist.