DE841608C

DE841608C - Schaltung zur Verstaerkung elektrischer Schwingungen

Info

Publication number: DE841608C
Application number: DEP22643A
Authority: DE
Inventors: Edmond Egbertus Carpentier
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1945-07-11
Filing date: 1948-11-26
Publication date: 1952-06-16
Also published as: NL70460C; GB623746A; FR930405A; US2528484A

Description

Zur Verstärkung elektrischer Schwingungen ist eine Schaltung mit zwei Verstärkerröhren bekannt, die je eine Impedanz Z im Anodenkreis enthalten und bei der die zu verstärkende Spannung dem Steuergitterkreis einer der Röhren, der direkt gesteuerten Röhre, zugeführt wird, während die · Steuerspannung für die andere, die indirekt gesteuerte Röhre der Anodenimpedanz der direkt gesteuerten Röhre entnommen wird. Die Schaltung wird nun derart eingerichtet, daß die Steuerspannungen in den beiden Steuergitterkreisen von gleicher Größe und gegenphasig sind und daß der Verstärker als Gegentaktverstärker wirkt.

Der Frequenzgang der Verstärkung dieser vielfach als Quasigegentaktverstärker bezeichneten Schaltung wird vorwiegend durch die Anodenimpedanzen bedingt, so daß, wenn letztere frequenzabhängig sind, auch die Verstärkung frequenzabhängig wird. Ist eine frequenzunabhängige Verstärkung erwünscht, so ist diese, vorausgesetzt, daß das Frequenzgebiet nicht zu breit ist, dadurch erzierbar, daß als Anodenimpedanzen Widerstände verwendet werden. Für ein sehr breites Frequenzgebiet wird die Verstärkung aber doch wieder frequenzabhängig, da sich bei den höheren Frequenzen die parallel zu den Anodenwiderständen liegenden Röhren- und Schaltungskapazitäten geltend machen. Außerdem sind bei den hohen Frequenzen die Steuerspannungen der beiden Röhren nicht mehr genau gegenphasig, und die Gegentaktwirkung wird verlorengehen.

Die Erfindung bezweckt eine solche Einrichtung eines Verstärkers der oben beschriebenen Art, daß trotz der Frequenzabhängigkeit der Anodenimpedanzen Z die Verstärkung in einem breiten Gebiet

frequenzunabhängig ist und die Gegentaktwirkung beibehalten wird.

Nach der Erfindung wird dieses Ziel dadurch erreicht, daß in die Leitung, welche den Verbindungspunkt der Anodenimpedanzen mit den Kathoden der Verstärkerröhren verbindet, eine Impedanz ge-• schaltet ist, die gleichzeitig in den Steuergitterkreisen der beiden Röhren liegt und einen solchen Wert hat, daß der Spannungsverlust an dieser Impedanz etwa ίο gleich der Hälfte der zu verstärkenden Spannung ist und daß die Spannung an der Anodenimpedanz der direkt gesteuerten Röhre über ein solches frequenzabhängiges Netzwerk dem Steuergitterkreis der anderen Röhre, der indirekt gesteuerten Röhre, zugeführt wird, daß die Ausgangsspannung des Netzwerkes aus zwei Komponenten zusammengesetzt ist, von denen eine proportional zur Spannung an der Impedanz Z und die andere proportional zu dem durch diese Impedanz fließenden Strom ist.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltung dargestellt sind. .

Die Schaltung nach Fig. 1 enthält zwei gleiche Verstärkerröhren 1 und 2 mit Anodenimpedanzen Z. Die zu verstärkende Spannung V₀ wird dem Steuergitterkreis der direkt gesteuerten Röhre 1 zugeführt. In der Leitung zwischen dem Verbindungspunkt 3 der Impedanzen Z und dem Verbindungspunkt 4 der Kathoden ist eine Impedanz Z₃ eingeschaltet, die gleichzeitig in den Steuergitterkreisen der beiden Röhren liegt. Ferner ist ein aus den Impedanzen Z₁ und Z₂ bestehendes Netzwerk angebracht, mittels dessen eine der Spannung an der Impedanz Z im Anodenkreis der direkt gesteuerten Röhre 1 entnommene Spannung dem Steuergitterkreis der indirekt gesteuerten Röhre 2 zugeführt wird. Angenommen wird, daß die Impedanz Z₁ + Z₂ des Netzwerkes so groß ist, daß sie gegenüber der Impedanz Z vernachlässigt werden kann. Ferner wird angenommen, daß der innere Widerstand der Verstärkerröhren groß ist gegenüber der Impedanz Z.

Zwischen den Anodenströmen I₁ und i₂ und den Steuergitterspannungen V₉₁ und V₉₂ bestehen dann die Beziehungen

I₁=SK₁₁ und H=SV_gi, (i)

in denen 5 die Steilheit der Röhre darstellt.
Ferner ist

V_1x =

ß I₁Z-(

(2)

WO β= ■■

die Spannungsübertragung des

Netzwerkes darstellt.

Aus (1) und (2) ergeben sich für die Ströme I₁ und i_t

S (1+SZ₃)

(+₃)
¹ ι +SZ₃ (2 — SßZ) "'

² ι +SZ₃~(2 — SßZ) °"

Nach der Erfindung wird nun Z₃ so groß gewählt, daß im ganzen zu verstärkenden Frequenzgebiet' die Bedingungen

SZ>i,

Z₃ > β Z ⁽³⁾

erfüllt sind. Dann wird

2 —~S~~ßZ

V₀.

(4)

woraus sich ergibt, daß die Ströme von gleicher Größe und gegenphasig sind, wie es für Gegentaktverstärkung erforderlich ist. Es wird bemerkt, daß die Ströme von Z₃ unabhängig sind, so daß, vorausgesetzt, daß die Bedingungen (3) erfüllt sind, diese Impedanz in beliebiger Weise zusammengesetzt sein kann. Es ist aber deutlich, daß die Impedanz für den Anodengleichstrom der Röhren durchlässig sein muß.

Für den Spannungsverlust an der Impedanz Z findet man, wenn die Bedingungen (3) erfüllt sind:

\ 1 1 2/ 3 2 0 *

Die Bedingungen (3) können daher so ausgelegt werden, daß die Impedanz Z₃ so groß sein muß, daß der an ihr auftretende Spannungsverlust ungefähr gleich der Hälfte der zu verstärkenden Spannung V₀ wird. Für die Spannungen F₁ und F₂, die an den Anodenimpedanzen Z auftreten, gilt

95 V =-F = ^SZ V= ^τ V

^{1 2} 2 — SßZ° 2 °'

SZ ~P

woraus für die Verstärkung g folgt:

V₁ V_n

V_n

SZ

-ß

(5)

Nach der Erfindung wird das aus Z₁ und Z₂ bestehende Netzwerk derart gewählt, daß

--— — β = A = Konstante

(6)

und die Verstärkung g- unabhängig von der Frequenz wird.

Durch die Bedingung (6) ist eine bestimmte Beziehung zwischen das Netzwerk Z₁, Z₂ und die Anodenimpedanz Z gelegt. Ist letztere gegeben, so kann die Zusammensetzung des Netzwerkes aus (6) abgeleitet werden.

Besteht z. B. die Anodenimpedanz Z in der in Fig. 2 dargestellten Weise aus einem Widerstand R, mit dem ein Kondensator C parallel geschaltet ist, so no· kann das Netzwerk aus der Reihenschaltung eines Kondensators C₂ und eines Widerstandes R₂ bestehen, unter der Voraussetzung, daß im ganzen zu verstärkenden Frequenzgebiet die Impedanz von C₁ groß ist gegenüber A₂, oder aber anders ausgedrückt, die vom Netzwerk dem Steuergitterkreis der Röhre 2

zugeführte Spannung muß im ganzen Frequenzgebiet gegenüber der Spannung F₁ ungefähr um go° phasenverschoben sein und im geraden Verhältnis zu der Frequenz zunehmen.
In diesem Falle wird nämlich

ß--

R,

R.,

ο) C₂

j 0) C₂

ίο und da

wird

y

+ j

sz -^- s'r ·^Ίω s -i">^c*^K*·

Wenn, um die Bedingung (6) zu erfüllen, C₂ derart gewählt wird, daß

S-

.S R₂ '

so wird

und die Verstärkung

ist von der Frequenz unabhängig.

Mit

wird

ßZ =

j co C R

Wenn, wie in Fig. 2, Z₃ aus einem Widerstand R₃ besteht, so sind die Bedingungen (3):

S '

<C R

Für S = 5 · 10-³ mA V C = 50 pF R = ίο⁵ Ω, und in der Annahme, daß die höchste zu verstärkende

Frequenz f/, = --—- = _; beträgt, sind diese Bedin-

gungen erfüllt, wenn R₃ s> 200.

Ein Widerstand R_x von 1000 Ohm wird daher genügen.

Die Verstärkung beträgt g= S R = 500, und wenn

R₂ = 2000 Ohm, so wird C₂ — = 5 pF.

Die Verstärkung der Schaltung nach Fig. 2 kann dadurch gesteigert werden, daß parallel zu dem Kondensator C₂ ein Widerstand R₁ geschaltet wird, wie es in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist. Der Kondensator C₂ muß dann derart gewählt werden, daß

i +

in welchem Fall die Verstärkung gegeben ist durch

K =

2

S R
SR R₉

R₁+ R₂

der größer ist als in dem Fall, daß A₁ abwesend ist, wenn

S R R₂

R₁

I.

Bei dieser Ausführung ist die Ausgangsspannung des Netzwerkes für die niedrigen Frequenzen gleichphasig mit der Spannung V₁ und bei den hohen Frequenzen um etwa 90⁰ in bezug darauf phasenverschoben.

Die physikalische Bedeutung der Bedingung (6) wird deutlich, wenn man die beiden Seiten mit der Ausgangsspannung V₁ multipliziert:

SZ

}.-ß V₁ = AV₁,

und da F₁ = — I₁ Z₁ β V₁ = — {a V₁ + J-) .

Nun ist F₁ die Ausgangsspannung des Netzwerkes Z₁, Z₂, die dem Gitterkreis der indirekt gesteuerten Röhre zugeführt wird, so daß diese Ausgangsspannung aus zwei Komponenten zusammengesetzt sein muß, von denen eine proportional zu der an der Anodenimpedanz Z auftretenden Spannung F₁ und die andere proportional zu dem durch diese Anodenimpedanz fließenden Strom ist.

Wie oben bereits erwähnt wurde, kann Z₃ eine beliebige Impedanz sein, wenn nur die Bedingungen (3) erfüllt sind. In der Schaltung nach Fig. 2 darf daher der Widerstand R₃ durch eine andere Impedanz, z. B. eine Drosselspule, ersetzt werden. An Stelle des Netzwerkes C₂, R₂ oder C₂, R₁, R₂ in Fig. 2 können auch andere Netzwerke Verwendung finden, z. B. ein Widerstand R_t in Reihe mit einer Induktivität L₁ wie es in Fig. 3 dargestellt ist, wobei die Spannung no an der Induktivität dem Steuergitter der indirekt gesteuerten Röhre 2 zugeführt wird. Wenn die Impedanz der Induktivität L im ganzen Frequenzgebiet klein ist gegenüber dem Widerstand Zi₄, so verhält sich das Netzwerk /?₄, L wie das Netzwerk C₁, R₂ in Fig. 2, und es wird wieder eine in bezug auf F₁ um 90⁰ phasenverschobene Spannung dem Steuergitter der Röhre 2 zugeführt. Der Kondensator 5 in Fig. 3 dient dazu, die Anodengleichspannung der Röhre 1 vom Steuergitter der Röhre 2 fernzuhalten und wird so groß gewählt, daß seine Impedanz gegenüber dem Widerstand R_x vernachlässigt werden kann. In Fig. 4 ist schließlich eine Schaltung dargestellt, bei der die gegenüber F₁ um 90⁰ phasenverschobene Steuerspannung für die Röhre 2 einer Induktivität L₁ entnommen wird, die mit einer Induktivität L_% in

Reihe mit dem Anodenwiderstand R der Röhre ι gekoppelt ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Schaltung zur Verstärkung elektrischer Schwingungen, die zwei Verstärkerröhren (i und 2) mit zwei gleichen, im Gegentakt geschalteten Anodenimpedanzen (Z) besitzt, bei der die zu verstärkende Spannung (F₀) dem Steuergitterkreis einer der Röhren, der direkt gesteuerten Röhre i, zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leitung, die den Verbindungspunkt (3) der Anodenimpedanzen (Z) mit den Kathoden der Verstärkerröhren (1 und 2) verbindet, eine Impedanz (Z₃) liegt, die gleichzeitig in den Steuergitterkreisen der beiden Röhren eingeschaltet ist und einen solchen Wert hat, daß der an ihr auftretende Spannungsverlust ungefähr gleich der Hälfte der zu verstärkenden Spannung ist und daß die Spannung an der Anodenimpedanz (Z) der direkt gesteuerten Röhre (1) über ein solches frequenzabhängiges Netzwerk (Z₁, Z₂) dem Steuergitter kreis der anderen Röhre, der indirekt gesteuerten Röhre (2), zugeführt wird, daß die Ausgangsspannung des Netzwerkes aus zwei Komponenten »5 zusammengesetzt ist, von denen die eine proportional zur Spannung an der Impedanz (Z) und die andere proportional zu dem durch diese Impedanz fließenden Strom ist, so daß eine praktisch frequenzunabhängige Verstärkung erhalten wird.
2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Anodenimpedanzen (Z) aus der Parallelschaltung eines Widerstandes (R) und einer Kapazität (C) bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk (Z₁, Z₂) derart zusammengesetzt ist, daß wenigstens für die hohen Frequenzen die vom Netzwerk (Z₁, Z₈) dem Steuergitterkreis der indirekt gesteuerten Röhre (2) zugeführte Spannung um 90° phasenverschoben ist gegenüber der an der Anodenimpedanz (R, C) der direkt gesteuerten Röhre (1) auftretenden verstärkten Spannung.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 50S6 6.52