-
Röhrenverstärker mit galvanischer Kopplung Röhrenverstärker für Wechselströme
werden bekanntlich im allgemeinen mit Koppelkondensatoren zwischen den einzelnen
Röhren gebaut. Diese Koppelkondensatoren bilden die Ursache für unerwünschte Eigenschaften
des Verstärkers. Wenn beispielsweise durch eine kurzzeitige starke Übersteuerung
des Verstärkers in einer Röhre ein Gitterstrom entsteht, so wird der Koppelkondensator
stark aufgeladen. Nach dem Verschwinden der Übersteuerungsspannung bleibt aber,
solange die Kondensatorladung noch nicht über den zugehörigen Gitterableitwiderstand
genügend abgeflossen ist, die betrachtete Röhre so stark negativ vorgespannt, daB
sie überhaupt vollständig gesperrt ist. Man spricht dabei von einer Verstopfung
des Verstärkers.
-
Ein anderer Fall, indem die Koppelkondensatoren zu erheblichen Störungen
Veranlassung geben, kann bei stark gegengekoppelten Verstärkern eintreten. Bei jeder
Gegenkopplung muB man bekanntlich darauf achten, daB in dem geschlossenen Kreis,
welcher aus dem betrachteten Verstärker und seinem sich über mehrere Röhren erstreckenden
Gegenkopplungskanal besteht, keine Phasendrehung auftritt, die zu einer Selbsterregung
von Schwingungen insbesondere oberhalb und unterhalb des Übertragungsfrequenzbandes
führen kann. In die Berechnung der zu erwartenden Phasendrehwinkel gehen nun die
Koppelkapazitäten und die Gitterableitwiderstände ein. Wenn jedoch durch eine starke
Übersteuerung ein Gitterstrom in einer Röhre einsetzt, so hat die Gitter-Kathoden-Strecke
einen viel kleineren Widerstand als der Gitterableitungszweig, und die Parallelschaltung
dieser beiden Widerstände bringt einen Phasendrehwinkel in dieser Stufe hervor,
der zu selbsterregten Schwingungen,
und zwar, wie die Erfahrung
zeigt, im Frequenzband zwischen der unteren Grenze des übertragungsfrequenzbereichs
und der Frequenz Null führen kann.
-
Diese Schwierigkeiten treten bei Verstärkern mit galvanischer Kopplung
der Röhren, sogenannten Gleichstromverstärkern, nicht auf. Es ist bekannt, den Nachteil
solcher Verstärker, nämlich die Instabilität, durch eine Gleichstromgegenkopplung
zu beseitigen, welche für die zu verstärkenden Wechselspannungen durch einen Überbrückungskondensator
unwirksam gemacht ist. Diese Gleichstromgegenkopplung wird nur für die erste Röhre
durch einen großen Kathodenwiderstand erzeugt. Die durch diesen Widerstand hervorgerufene
zu große negative Gittervorspannung wird durch eine gegengeschaltete positive Spannung
herabgesetzt. Dieser bekannte Gleichstromverstärker hat den Nachteil, daß wegen
des großen Kathodenwiderstandes eine hohe Anodenbetriebsspannung erforderlich ist
und daß die zweite Röhre, nämlich die Endröhre, nicht stabilisiert ist. Ferner werden
die Streuungen der Widerstandswerte nicht erfaßt. °. : _.
-
Die Erfindung beseitigt diese Nachteile bei einem Röhrenverstärker
mit galvanischer Kopplung der Röhren und mit einer stabilisierenden Gleichstromgegenkopplung
dadurch, daß die Anode der letzten Röhre über mindestens zwei Widerstände gleichstrommäßig
mit einer solchen Elektrode derselben Röhre oder einer vorhergehenden Röhre verbunden
ist, daß eine Gleichstromgegenkopplung auftritt, und daß der Verbindungspunkt der
beiden Widerstände 14, 15 über einen so bemessenen Kondensator 16 mit der Nulleitung
verbunden ist, daß die Wechselstromgegenkopplung ganz oder teilweise unterdrückt
ist. Erfolgt diese Gegenkopplung nur innerhalb der Endstufe, so werden trotzdem
Veränderungen der vorhergehenden Stufe, z. B. Röhrenstreuungen, ausgeglichen, weil
diese Röhre zwangsläufig einen Teil des Gegenkopplungsspannungsteilers bildet.
-
Bei der in Abb. i dargestellten Ausführungsform ist eine Endröhre
i i mit ihrer Vorröhre io galvanisch gekoppelt und außerdem, wie bekannt, ein praktisch
eine Gleichspannung lieferndes RC-Glied 12, 13 in ihrer Kathodenzuleitung vorhanden,
derart, daß die Kathode der Endröhre i i auf das durch den galvanischen Anschluß
ihres Steuergitters an die Anode der Vorröhre io, vorgeschriebene hohe positive
Potential gegen Erde kommt. Die Gegenkopplung erstreckt sich hier über beide Röhren
io und i i und wird durch die Reihenschaltung zweier Widerstände 14 und 15 zwischen
der Anode der Endröhre i i und der Kathode der Vorröhre i o sow ie durch einen Kondensator
16 zwischen dem Verbindungspunkt beider Widerstände und Erde hergestellt. Wenn beispielsweise
durch eine Zunahme der am Gitter der Vorröhre io liegenden Gleichspannung in positiver
Richtung der Anodenstrom dieser Röhre sich vergrößert, erfährt der Anodengleichstrom
der Endröhre ii eine entsprechende Verminderung, das Anodenpotential dieser Röhre
also einen entsprechenden Anstieg und der über die Widerstände 14 und 15 sowie den
Kathodenwiderstand der Vorröhre io fließende Strom vergrößert sich also, so daß
das Gleichspannungspotential der Kathode der Vorröhre io sich erhöht und den entstandenen
Anodengleichstromzuwachs zum großen Teil wieder ausgleicht.
-
Die in Abb. 2 dargestellte Ausführungsform zeigt einen aus zwei Widerständen
14, 15 und einem Querkondensator 16 bestehenden Gegenkopplungszweig zwischen Anode
und Gitter der Endröhre i i. Eine Anodengleichstromzunahme in der Vorröhre 1o führt
auch hier nicht zu einer starken Anodengleichstromabnahme in der Endröhre i i, da
der zunächst am Gitter der Endröhre i i auftretende Gleichspannungsstoß von negativer
Amplitude eine Gleichstromabnahme in dieser Röhre i i zur Folge hat und der entsprechende
positive Gleichspannungsstoß an der Anode dieser Röhre i i über die Widerstände
14, 15 auf das Steuergitter derselben Röhre ii zurückübertragen wird, so daß der
Anodengleichstrom der Röhre i i wieder zunimmt.
-
Die Ausführungsform nach Abb.3 zeigt einen Gegentaktverstärker mit
der unmittelbar seitens einer Eintaktvorröhre io gesteuerten ersten Gegentaktröhre
i i und einer zweiten durch den Spannungsabfall an einem Kathodenwiderstand 12 der
ersten Röhre mittelbar gesteuerten zweiten Gegentaktröhre 27 (Phasenumkehrröhre).
Die Gegenkopplung ist für jede der beiden Röhren durch einen sich von Anode zu Gitter
erstreckenden, aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen 14, 15 bzw. 30, 31 bestehenden
Leitungszweig erreicht, wobei zwischen die Verbindungspunkte der beiden Widerstände
dieser beiden Gegenkopplungszweige ein Kondensator 16 eingeschaltet ist. Der Widerstand
29 dient zur Nachbildung der Röhre io und der Schaltelemente 33-35 Der Kondensator
16 verhindert, daß die an den Anoden der beiden Gegentaktröhren auftretenden Wechselspannungen
auf die Gitter zurückgekoppelt werden, erfüllt also dieselbe Funktion wie der Kondensator
16 in Abb. i und 2.
-
Eine Verbesserung der Schaltung in Abb. 2 besteht nach Abb. 4 darin,
den Anodenwiderstand 33 und das Siebglied 34, 35 für die Anodenspannung der Röhre
io zu ersparen und den Widerstand 15 neben seiner Gegenkopplungsfunktion gleichzeitig
als Anodenwiderstand für die Röhre io zu benutzen, so daß demgemäß die Anode der
Vorröhre io ihre Anodenspannung über den Widerstand-i5 von der Anode der Endröhre
i i bezieht. Den Schaltelementen 14 und 16 kommt bei dieser Schaltung zusätzlich
die Funktion eines Siebgliedes für die Anodenspannung der Vorröhre io zu.
-
Eine. entsprechende Schaltung kann bei denn Gegentaktverstärker nach
Abb. 3 durch Fortlassen der Widerstände 33, 34 und des Kondensators 35 vorgenommen
werden.
-
Sofern die Eintaktvorröhre io in Abb. 3 eine Schirmgitterröhreist,
läßt sich eine weitere Stabilisierung der Schaltung, d. h. eine Verhinderung von
Gleichstromschwankungen auch durch Beeinflussung der Vorröhre io dadurch erzielen,
daß, wie in Abb. 5
dargestellt ist, das Schirmgitter der Vorröhre
to an das gitterseitige Ende A des Gegenkoppluigskanals 30, 31, 29 der Phasenumkehrröhre
27 angeschlossen ist.
-
Uni die Brummwechselspannungen an beiden Gegentaktröhrengittern gleich
groß zu machen, ist noch ein Kondensator 41 und ein Widerstand 42 vorgesehen, welcher
dafür sorgt, daß auf das Gitter der Röhre 27 vom Verbindungspunkt der Widerstände
30 und 31 her dieselbe Brummspannungsamplitude übertragen wird, wie sie auf
das Gitter der Röhre i i über die Gegenkopplungsleitung 14, 15 unter Berücksichtigung
des Querkondensators 16 übertragen wird. Ohne diese Schaltelemente 41, 42 könnte
nämlich das Parallel-RC-Glied 29, 40 zu einer `'erminderung der Brummspannung am
Gitter der Röhre 27 gegenüber dem Brummspannungswert am Gitter der Röhre i i führen,
die deshalb unerwünscht ist, weil im Interesse einer vollkommenen Aufhebung des
Brumms im Ausgang des dargestellten Gegentaktverstärkers gleichphasige und gleich
große Brummspannungsamplituden an den Steuergittern der Röhren i i und 27 erforderlich
sind.
-
Zusätzlich zu der Gleichst romgegenkopplung kann eine Gegenkopplung
angewendet werden, die innerhalb des ganzen Übertragungsfrequenzbandes wirkt. Eine
derartige Gegenkopplung dient bei Wechselstromverstärkern in üblicher «'eise zur
Verminderung des Klirrfaktors und zur Erreichung eines geringen Spannungsunterschiede§
am Ausgang zwischen Vollast und Leerlauf. Dies wird sowohl dann erreicht, wenn der
bisher betrachtete Verstärker 43, wie in Abb. 6 dargestellt, außer mit der Leitung
44 zur Gleichstromgegenkopplung noch mit der innerhalb des Übertragungsfrequenzbandes
wirksamen Gegenkopplungsleitung 45 ausgerüstet ist, als auch dann, wenn, wie Abt>.
7 zeigt, der Verstärker 43 auf einen Ausgatigstratisformator 46 arbeitet, als schließlich
auch dann, wenn auf den Verstärker 43 noch ein etwa mit Kopplungskondensatoren ausgerüsteter
Wecliselstromverstärker47 folgt (Abb. 8).
-
Bei der Schaltung nach Abb. 6 können in besonderen Fällen die Gegenkopplungskanäle
44 und 45 zusammengelegt werden, etwa dadurch, daß mit dem Kondensator 16 in Abb.
i und 2 noch ein Widerstand geringer Größe in Reihe geschaltet wird, der zusammen
mit dem Kondensator 16 dann eine gewisse Frequenzabhängigkeit der gegengekoppelten
Spannung im Übertragungsfrequenzband ergibt. In allen diesen Fällen muß eine Selbsterregung
des ganzen Verstärkers oberhalb und unterhalb des Übertragungsfrequenzbereichs vermieden
werden, indem nach einer bekannten Regel für einen genügend langsamen Abfall der
Gegenkopplungsspannung von der unteren Grenze des Übertragungsfrequenzbereichs bis
zur Frequenz Null gesorgt wird.
-
Es sei noch erwähnt, daß eine galvanische Kopplung im Sinne der vorliegenden
Erfindung auch dann vorhanden ist, wenn beispielsweise bei der Schaltung nach Abb.
2 in die Leitung zwischen der Anode der \'orröhre to und dem Gitter der Endröhre
i i noch ein Ohmscher Widerstand 48 eingefügt wird, wie Abb. 9 zeigt. Mit einem
derartigen Widerstand, der die von der Vorröhre io auf die Endröhre i i übertragene
Wechselspannung etwa im Verhältnis dieses Widerstandswertes zur Größe des Widerstandes
15 herabsetzt, kann das Verstärkungsverhältnis der Vorröhre io dem insgesamt vom
ganzen Verstärker geforderten Verstärkungsverhältnis angepaßt und gleichzeitig die
Brummübertragung von der Vorröhre io auf die Endröhre i i herabgesetzt werden. Sofern
der Verstärkungsverlust an der oberen Grenze des Übertragungsfrequenzbereichs unerwünscht
ist, kann man durch Parallelschaltung eines Kondensators 49 zum Widerstand 48 für
die höheren Frequenzen diesen Verstärkungsverlust wieder ausgleichen, so daß man
dann bei passender Dimensionierung der Schaltelemente 48 und 49 in der Nähe der
Frequenz Null alle Phasendrehungen und damit eine Selbsterregung sowie eine zu starke
Brummübertragung verhindert und doch bei den oberen Nutzfrequenzen wieder volle
Verstärkung erhält. Vergrößert man den Kondensator gegenüber der zuletzt erwähnten
Bemessung, so übt er eine koppelnde Funktion auch in den unteren Bereichen des Übertragungsfrequenzbandes
aus. Trotzdem ist in der Regel auch dann noch die durch die erfindungsgemäße galvanische
Kopplung erstrebte Wirkung vorhanden, wovon man sich dadurch überzeugen kann, daß
man den Parallelwiderstand zum Kondensator abtrennt und einen zur richtigen Arbeitspunkteinstellung
dienenden Gitterableitwiderstand einfügt. Andern sich hierbei die Verstärkereigenschaften
in der Richtung größerer Schwingneigung, so liegt noch eine erfindungsgemäße Bemessung
vor.
-
Bei Schaltung nach Abb. i würde ein Widerstand 50 in der Kopplungsleitung,
wie er in Abb. io gezeigt ist, lediglich die Wirkung eines Schutzwiderstandes haben.
Wünscht man auch dort dieselbe Wirkung, wie sie der Widerstand 48 und der Kondensator
49 in Abb. 9 besitzt, so muß man noch einen Gitterableitwiderstand 51, wie in Abb.
io gezeigt ist, anbringen.
-
Ein Schutzwiderstand gegen die Überlastung der Gitter-Kathoden-Strecke
bei Übersteuerungen kann, unabhängig von dem zuletzt über die Einfügung eines Widerstandes
in die Kopplungsleitung Gesagten, dem Gitter stets vorgeschaltet werden. Man kommt
also bei Benutzung eines solchen Schutzwiderstandes von Abb. i zu Abb.io mit dem
Schutzwiderstand 52 und von Abb. 9 zu Abb. i i mit dem Schutzwiderstand 52.
-
Auch bei den Schaltungen nach Abb. 3, 4 und 5 sind derartige Verbesserungen
möglich.