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Verstärkerschaltung, besonders für niedeifrequente Schwingungen Bei
Verstä rkerschaltungen besteht ein Hauptproblem in der Erzielung eines möglichst
hohen Verhältnisses der Nutzspannung zur Störspannung. Besonders wichtig ist es,
für dieses Verhältnis am Verstärkereingang ein Optimum anzustreben.
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Es ist bekannt, mittels einer Schaltung mit drei Röhren, bei der die
beiden Seiten der Doppelleitung auf je ein Steuergitter führen, den unsymmetrischen,
d. h. den Störspannungsanteil, zu kompensieren, indem auf der einen Seite durch
einen zweistufigen Verstärker eine Phasendrehung der Eingangsstörspannung um 36o°
und auf der anderen Seite durch einen einstufigen Verstärker eine Phasendrehung
um i 8o° bewirkt wird. Dabei wird aber die Kompensation durch Schwankungen der Röhreneigenschaften
gestört.
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Für die Zwecke des Empfanges hochfrequenter Wellen ist ferner eine
Schaltung bekannt, bei der die von einer sowohl Nutzspannungen wie Störspannungen
aufnehmenden Antenne am Steuergitter einer Röhre erzeugten Störspannungen dadurch
unwirksam gemacht werden sollen, daß an die Kathode der Röhre eine die Störspannungen
bevorzugt aufnehmende Antenne angeschlossen ist und die Störspannungen am Steuergitter
und an der Kathode auf gleiche Potentiale gegen Erde eingestellt werden. Hierbei
handelt es sich jedoch um die Kompensation der Störspannungen von zwei Spannungsquellen
(Antennen), welche beide die Nutzspannung und die Störspannung führen, während sich
die Erfindung auf eine einzige Spannungsquelle bezieht, deren symmetrischer Nutzspannung,
gegenphasig bezogen auf die Erde, eine symmetrische Störspannung, gleichphasig bezogen
auf die Erde, überlagert ist. Erfindungsgemäß soll die Spannungsquelle, welche die
zu verstärkende Spannung (Nutzspannung) liefert, insbesondere eine Doppelleitung,
mit ihren Klemmen an die Enden eines aus zwei praktisch gleich großen Widerständen
gebildeten Spannungsteilers mit geerdeter Mitte angeschlossen sein, von welchem
die Steuerspannungen der zu verstärkenden Schwingung dem Steuergitter und der
Kathode
der Verstärkerröhre in Gegenphase, jedoch die Spannungen der auf beide Klemmen der
Spannungsquelle bzw. auf die Verbindungsleitungen gleichphasig induzierten Störschwingungen
dem Steuergitter und der Kathode in Gleichphase zugeführt werden.
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Als Spannungsquelle kann beispielsweise jede Fernmeldeanordnung aufgefaßt
werden, welche eine zu verstärkende Spannung liefert. Besonders ist an die Verstärkung
von Spannungen gedacht, welche über Doppelleitungen übertragen werden und am Empfangsort
verstärkt und gegebenenfalls weitergeleitet werden sollen.
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Abb. i zeigt eine einfache Schaltung, in welcher das Prinzip der Erfindung
benutzt ist. Von der Spannungsquelle i mit dem inneren Widerstand 2 wird die Spannung
U, auf die zu dem Spannungsteiler 3, 4 führenden Leitungen gegeben. Die Widerstände
3, 4 sind praktisch gleich groß und ihre mittlere Verbindung ist an Erde gelegt.
Durch diese Anordnung wird bewirkt, daß die Teilspannungen von U, auf beiden Leitungen
gegenphasig in bezug auf Erde und von gleicher Größe sind. Von außen in das System
eindringende Störspannungen wirken auf beide Klemmen der Spannungsquelle gleichartig
ein. Die auf den Leitungen liegenden Störspannungen sind also in bezug auf Erde
gleichphasig, wie dies durch die Pfeile US1 und U" angedeutet ist. Auf Gitter und
Kathode der Röhre 5 gelangen also gegenphasige Nutzspannungen, aber gleichphasige
und gleich große Störspannungen, so daß sowohl eine volle Aussteuerung der Röhre
durch die Nutzspannungen, wie auch eine volle Unterdrückung der Störungen gewährleistet
ist. Die Röhre 5 erhält ihre Gittervorspannung durch die Spannungsquelle B. Der
negative Pol der Anodenspannungsquelle 7 ist an die Kathode angeschlossen. An dem
Außenwiderstand 6 kann die Ausgangsspannung U" gegen Erde abgenommen werden. Sie
ist von den Störspannungen praktisch befreit. Wenn eine Trennung für Gleichstrom
erwünscht ist, können in die Leitungen zu den Eingangsklemmen des Verstärkers die
gestrichelt eingezeichneten Kondensatoren C eingeschaltet werden.
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Abb. 2 zeigt eine Schaltung nach der Erfindung, in welcher ebenfalls
eine Gleichstromtrennung zwischen der Spannungsquelle und dem Verstärker durch den
Kondensator 9 vorgenommen ist. Mit io ist der Gitterableitwiderstand der Röhre 5
bezeichnet, der die Symmetrie der Eingangsschaltung stört. Deswegen ist ein gleich
großer Widerstand i i auch zwischen Kathode und Erde eingefügt, so daß die Symmetrie
wieder hergestellt ist. Wenn aber bei einem Innenwiderstand 2 der Spannungsquelle
i von 150 bis 6oo Ohm, wie dies bei Übertragungen auf Leitungen der Fall
ist, die Widerstände 3 und 4 in der Größe von einigen tausend Ohm gewählt werden,
z. B. 3000 Ohm, so ist die Symmetriestörung durch einen Gitterwiderstand
io von etwa i MegOlim praktisch häufig vernachlässigbar, und der Widerstand i i
kann weggelassen werden. Man erkennt, daß der Widerstand 4 gleichzeitig der Kathodenwiderstand
ist, an welchem sich die Gittervorspannung durch den Spannungsabfall des Anodengleichstromes
bildet. Gleichzeitig wird durch den Widerstand 4, da er nicht durch einen Kondensator
überbrückt ist, eine Gegenkopplung bewirkt. Diese, wie überhaupt alle anderen möglichen
Arten von Gegenkopplungen auf das Gitter oder die Kathode oder auf beide, stört
keineswegs die Symmetrie bezüglich der Störspannungen, da ja durch die Gegenkopplung
keine Störspannung zurückübertragen wird, weil schon eingangsseitig eine Kompensation
der Störspannungen bewirkt ist.
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Abb. 3 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Abb. 2, in welcher
ein besonderer Kathodenwiderstand 12 vorgesehen ist. Wenn seine gegenkoppelnde Wirkung
unerwünscht ist, kann er in bekannter Weise durch den gestrichelt eingezeichneten
Kondensator überbrückt werden. Der Gitterwiderstand io ist dabei symmetrisch angeordnet.
Der Widerstand 12 stört die Symmetrie der Eingangsschaltung nicht, da vom Spannungsteiler
her in den Gitterkathodenkreis praktisch kein Strom hineinfließt, also an 12 von
der Störspannung kein Spannungsabfall auftritt.
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Es ist zweckmäßig, die `'Widerstände 3, 4 so zu bemessen, daß sie
klein sind gegenüber den Wechselstromwiderständen, welche zwischen der mit dem Gitter
verbundenen Klemme oder Leitung und Erde, sowie zwischen der mit der Kathode verbundenen
Klemme oder Leitung und Erde vorhanden sind. Dabei soll der Reihenwiderstand des
Spannungsteilers aber nicht wesentlich kleiner, vorzugsweise aber größer sein als
der innere Widerstand der Quelle i.
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Abb.4 zeigt eine Schaltung, bei welcher der steuernde Einfluß der
Anode bzw. der von der Kathode aus gesehen hinter dem Steuergitter liegenden Elektroden,
der die Symmetrie unter Umständen stören kann, berücksichtigt und kompensiert ist.
Wenn Gitter und Kathode gleiche Momentanpotentiale der Störspannung erhalten, die
Anode aber das Störpotential O gegen Erde erhalten soll, so wird durch die Anode
ein Steuereinfluß der Störspannung wirksam. Man übersieht dies leicht, wenn man
sich den bezüglich der Steuerwirkung äquivalenten Zustand vorstellt, daß an Kathode
und Gitter die Störpotentiale O, aber an der Anode ein endliches Störpotential liegt.
In beiden Fällen tritt eine dem Durchgriff proportionale Steuerung durch die Störung
ein.
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Dieser Effekt wird gemäß Abb.4 dadurch kompensiert, daß der Kathode
von dem Spannungsteiler 3, 4 eine um einen Faktor p gegenüber der am Steuergitter
liegenden Spannung verkleinerte Spannung zugeführt wird, wobei der Faktor p so gewählt
ist, daß der zusätzliche Steuereinfluß, der durch das Steuergitter auf den Kathodenraum
hindurch wirkenden Elektroden wenigstens nahezu kompensiert ist. Zu diesem Zweck
ist in Abb. 4 ein Abgriff für die Abnahme einer verkleinerten Spannung für die Kathode
vorgesehen.
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Wenn D der Durchgriff der von der Kathode aus gesehen folgenden Elektrode
bzw. Elektroden durch das Steuergitter auf die Kathode ist, so ist der Faktor p
zweckmäßigerweise ungefähr gleich i-D zu
wählen. Es genügt
aber im allgemeinen auch, wenn ein auf das Steuergitter folgendes Gitter (Schirmgitter)
für Wechselstrom mit der Kathode verbunden ist, beispielsweise über einen Kondensator.
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Es wurde schon erwähnt, daß Gegenkopplungen aller Art angewendet werden
können, ohne die eingangsseitige Symmetrie für die Störspannungen zu verändern.
Abb. 5 zeigt eine solche Schaltung mit Spannungsgegenkopplungen, und zwar über den
Trennwiderstand 15 und den Kondensator 1,4 auf das Gitter, sowie die entsprechenden
Elemente 16 und 17 auf die Kathode. In der Leitung zwischen dem Spannungsteiler
3, 4 und dem Gitter ist dabei ein Trennwiderstand 13 eingeschaltet.
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Abb. 6 zeigt eine Abänderung der Schaltung nach Abb. 5, in welcher
die Kondensatoren 9, 14 und 16 und der Widerstand io weggelassen sind. Die von den
Gegenkopplungsverbindungen mit den Widerständen 15 und 17 in die Reihenschaltung
der Widerstände 13, 3, 4, 12 hineinfließende Gleichstromkomponente
der Gegenkopplung ist durch entsprechende Wahl der Widerstände so bestimmt, daß
die Röhre 5 die geeignete Gittervorspannung erhält. Auf diese Weise sind frequenzabhängige
Glieder in der Gegenkopplung und im Gitterkreis vermieden. Zur Spannungsquelle i
hin ist der Verstärkereingang durch die Elektrolytkondensatoren C abgeblockt.
Für diese Kondensatoren wird eine Polarisationsspannung geeigneter Größe während
des Betriebes aufrechterhalten.