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Verstärkereinrichtung mit Gegenkopplung Bei einem Röhrenverstärker
mit zwei Verstärkerröhren ist es bekannt, durch Kombination einer positiven Stromrückkopplung
mit einer negativen Spannungsrückkopplung unmittelbar am Ausgang des Endverstärkerrohres
den Innenwiderstand gleich Null zu machen. Damit kann erreicht werden, daß die Ausgangsspannung
am Endrohr bezüglich Amplitude und Kurvenform unbeeinfluBt bleibt von eventuellen
Widerstandsschwankungen im Belastungskreis. Wenn aber dem Ausgangsrohr ein Transformator
nachfolgt, so wird die Ausgangsspannung an diesem Transformator gleichwohl wieder
belastungsabhängig. Die Reduktion des Innenwiderstands des Verstärkerrohrs auf Null
wird somit ihn vielen praktischen Fällenwertlos, da dieImperdanzen undVerzerrungen
des Transformators nicht erfaBt werden. Vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile.
Die Erfindung ermöglicht es auch, unter Berücksichtigung des Ausgangstransformators
den Irmnenwiderstarnd gleich Null zu machen. Es ergibt sieh daraus der Vorteil,
daß Belastungsschwarrikungen nichtlinearer Einflüsse im Belastungskreis, z. B. bei
der Aussteuerung einer nachfolgenden Verstärkerstufe mit Gitterstrom, keinen EinfluB
auf die Amplitude und Kurvenform der verstärkten Spannung haben. Von besonderer
Bedeutung ist eine solche Vbertragung bei einem niederfrequenten Sendeverstärker,
z.
B. bei der Treiberstufe, welche auf den Gittei@kreis der gitterstromfiihrenrclen
Modulatorendröhren arbeitet. Die Schaltung .ermöglicht es, nicht nur den Einfluß
des Innenwiderstands der Treiberstufe, sondern auch den Einfluß der Widerstände
und der magnetischen Streuung des nachfolgenden Transformators zu 'kompensieren.
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Die Erfindung betrifft eine Verstärkereinrichtung mit mindestens einer
Verstärkerröhre und einer Ausgangsschaltung, welche mindestens zwei aufeinanderfolgende,
durch eine Querimpedanz getrennte Längsimpedanzen aufweist (Ersatzschema eines Transformators).
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Die Erfindung besteht darin, daß in Reihe mit den Längsimpedanzen,
zusätzliche, bezüglich Phasenverlauf gleichartige Impedianzen eingeschaltet sind
und daß an diesen Impedanzen Spannungen abgenommen und im Sinne einer Vergrößerung
der Steuerspannung der Verstärkerröhre zugeführt werden, derart, daß der Innenwiderstand
der VerstärkereinTichtung wenigstens angenähert gleich Null ist.
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Die Erfindung sei an Hanid der Ausführungsbeispiele der Fig. i
bis 6 näher eirläutert. Die Fig. i bis 4 zeigen die Schaltung einer Verstärkerrähre
und eines an, diese angeschlossenen Kopplungstransformators samt den eingebauten
Stromrückkopplungen. Sie unterscheiden sich im wesentlichen nur durch die verschiedene
Ausführung der zeichnerisehen Darstellung der Einzelteile. Fig. 5 stellt eine Weiterentwicklung
des Erfindungsgedankens und Fig. 6 die Anwelvdhing desselben in einer Gegentaktschalhung
dar.
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In Fig. i bedeutet Teil I die Verstärkerröhre, Teil II den Kopplungstransformator
und Teil III die Ausgangsschaltung. Die Verstärkerröhre hat den Durchgriff D und:
dien, mit R5 bezeichneten inneren Widerstand. Auf ihr Steuergitter wirkt die zu
verstärkende Spannurig llo. Der mittlere Teil der Fig. i stellt die Ersatzschaltung
des Transformators dar. Sie besteht aus der Induktivität L3, der Kapazität Cl und
dein Widerstand R8, ferner aus den Streuinduktivitäten L1 und L2 sowie den durch
die Kupferverluste bedingten Widerständen r1 und r2. Die Sekundärwicklung des Transformators
kann an eine weitere Verstärkerstufe, an einen Verbraucher od. dgl. angeschlossen
sein. In Fig. i ist sie durch den Widerstand -i, abgeschlossen. An diesem Widerstand
entstehe der Spannungsabfall 1C2.
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Der Verstärkungsgrad
einer solchen Schaltung ist im abhängig vom Außenwiderstand _W, und der Frequenz
co. Um ihn belastungs- und frequen:zunabhängig zu machen, werden die an dein geeignet
bemessenen Rückkopplungswiderständen Dig und 9i4 auftretenden Spannungen, wie das
durch die strichliertern Linien angedeutet ist, zum Gitter der Röhre im Eingangskreis
I rückgekoppelt. Die Größe, welche die Impedanzen Ns und 9't4 zur Erzielung obiger
Bedingung aufweisen müssen, soll im folgenden albgeleitet werden. Die rückgekoppelten
Spannungen ZIS und ZCs sind so gerichtet, daß sie die Eingangsspannung ZCo verstärken
(positive Stromrückkopplung).
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Um vorerst die Bedingung herzuleiten, welcher der Rückkopplungswiderstand
3i3 genügen muß, wenn die Verstärkung belastungs- und frequenzunabhängig sein soll,
benutzen wir Fig.2. Zum Unterschied zu Fig. i wurde 'hier der Querwiderstand der
Transfozmerersatz.schaltunig mit YNl bezeichnet und die Ausgangsschaltung III samt
der auf der Sekundärseite liegenden, aus L2 und r2 zusammengesetzten Impedanz weggelassen.
Weiter sei 9i7 = r1 -f- j (t) L1. Sc'hließlic'h wurde ein Übertragungstransformator
mit dem Übersetzungsverhältnis ü1 vorgesehen, welcher die an 9i3 auftretende Spannung
1C3 auf das Gitter der Eingangsröhre zurückführt. Die übrigen Bezeichnungen haben
dieselbe Bedeutung wie in Fig. i.
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Für die Schaltung gemäß Fig.2 gelten die Gleidlrungen
Aus diesen ergibt sich für den Verstärkungsgrad ,u1
Soll dieser unabhängig von N1 sein, so muß bekanntlich die Gleichung
erfüllt sein. Diese liefert die Beziehung
Setzt man, diese in (5) ein, so erhält man für den Fall
für den Verstärkungsgrad ,u1 den Wert
d. h. die Verstärkung ist unabhängig vom Widerstand N1 und unabhängig von der Frequenz
cu, weil dies für .denn Durchgriff D der Fall ist. Die Schaltung nach Fig.2 wirkt
daher wie ein Verstärker, dessen Verstärkungsgrad den Wert
hat und dessen innerer Widerstand Null ist.
Die Anpassung des zweiten
Rückkopplungswiderstands-N41 durch welche der Verstärkungsfaktor «z der Gleichung
(i) belastungs- und frequenzunahhängig gemacht wird, soll an Hand der Fig. 3 gezeigt
werden. Die letztere stellt wiederum schematisch die Verstärkerröhre und dien Kopplungstransformator
dar. Der Widerstand 928 ist durch die Beziehung 928 = y2 + j o) L2 gegeben und die
gesamte, durch Fig. 2 dargestellte Schaltung als Verstärker IV zusammengefaßt. Die
Zurückleitung des Spannungsabfalls Z[4 auf das Steuergitter der Röhre geschieht
hier ebenfalls mit einem Transformator; dieser habe das Übersetzungsverhältnis ü2.
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Weil die Anordnung IV ein Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor
und dem inneren Widerstand R = o bildet, läßt. sich eine der oben durchgeführtenAbleitung
genauentsprechende durchführen, und es ergibt sich als Bedingung, daß auch der Verstärkungsfaktor
belastungsunabhängig ist,
Wenn diese erfüllt ist, berechnet sich der Wert von ,r12 zu
Die Verstärkung der Anordnung gemäß Fig. 3 läßt sich daher ebenfalls frequenz- und
belastungsunabhängig durchführen.
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Ist das Windungsverhältnis ü des Kopplungstransformators (II in Fig.
i) nicht gleich eins, sondern ist
, so weist der angepaßte Rückkopplungswiderstand den Wert
auf. Aus dien Formeln (7) und (9) ist ersichtlich, draß :die zusätzliche Rückkopplungsimpedanz
elektrisch ähnlich, das heißt bis auf einen konstanten, reellen Faktor idientisch
mit der jeweiligen Längsimpedanz ist, der sie zugeordnet ist. Die Längsimpedanz
und die zusätzliche Impedanz für die Rückkopplung sind somit bezüglich Phasenverlauf
gleichartige Impedanzen.
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Zur besseren Übersichtlichkeit wurde in Fig. ¢ die Schaltung des Ausführungsbeispiels
nochmals ausführlich gezeichnet. Weil die Streuimpedanzen 927 und NF, eine wesentliche
Ursache für Verzerrungen bilden, genügt hier eine einzige Rückkopplung zur Erzielung
einer verzerrungsfreien Verstärkung nicht; denn da beispielsweise in Formel (7)
die Streuimpedanz 92g nicht auftritt, kann ihr Einfluß durch Anpassung von J23 nicht
erfaßt werden, so daß die zweite Rückkopplungsimpedanz J24 notwendig ist. Deshalb
genügt in diesem Ausführungsbeispiel eine einzige Rüekkopplungsimpedanz nicht, um
die Verzerrungen einwandfrei zu eliminieren, und allgemein kann folgendes Resultat
ausgesprochen werden: Ein Verstärker mit aufeinr anderfolgenden Vierpolen läßt sich
in einen Verstärker vom Verstärkungsgrad ,u = D und dem inneren Widerstand
Null umwandeln, wenn zu jedem Querwiderstand; (im Ausführungsbeispiel N, und 922)
eine Rückkopplung vorgesehen wird.
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Wie aus den Gleichungen (7) und (9) hervorgeht, Iäßt sich bei einer
Einrichtung, bei der komplexe Längswiderstände auftreten, eire genauer Abgleich
mit reellen Rückkopplungswiderständen nicht erzielen.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt Fig.5. Hier ist die Rückleitung
dler an dien Rückkopplungsimpedanzen auftretenden Spannungen auf das Gitter der
vorhergehenden Röhre ohne die Verwendung von Transformatoren ausgeführt. Die Fig.
5 zeigt eine kapazitiv und eine transformatorisch gekoppelte Verstärkerstufe. Die
Rückkopplungsimpedanzen N, und 921o befinden sich wie im zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel
in der Primär- und der Sekundärwicklung des Kopplungstransformators T1 und, sind
so bemessen, daß mit Hilfe der an ihnen auftretenden Spannungen eine solche Steuerung
dies Gitters der voranglehenden Röhre i erfolgt, daß Verzerrungen der verstärkten
elektrischen Schwingungen nicht auftreten. Zu diesem Zweck werden die mit 9 und
io bezeichneten Enden der Rückkopplungsimpedanzen durch zwei in. Reihe geschaltete
reelle oder komplexe Widerstände Wi und W2 verbunden und zur Steuerung dies Gitters
die Wechselspannung des zwischen Wi und W2 liegenden Verbindungsstücks 8 verwendet,
welche durch die an den geeignet bemessenen Widerständen J29 und J210 vorhandenen
Spannu.ngsschwunkungen gegeben ist. Der Kondensator C trennt die Anodenspannung
der Röhre 2 von der Gittergleichspannung der Röhre i und bildet wechselstrommäßig
einten Kurzschluß. Sowohl die Wechsetspannung an der Stelle 9 als auch diejenige
an der Stelle io muß stets so gerichtet sein, daß die Rückkopplung an der Röhre
i eine Verstärkung der Gitterwechsetspannung herv orru f t.
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Fig. 6 zeigt einte beispielsweise Anwendung des Erfindungsgedankens
bei einer Gegerutaktsc'haltumg. Die Rückkopptu:ngsimpedanzenJ211 und R12 liegen
in der Primärwicklung, 91" und 9i14 in der Sekundärwicklung des Kopplungstransformators
T2. Zur Übertragung der Rückkopplungsspa#ngen zu den Gittern ,der vorhergehenden
Röhre sind wie im ersten Ausführungsbeispiel Transformatoren vorgesehen, deren in
dem Sekundärwicklungen auftretende Spannungen, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, paarweise
die Gitter der vorhergehenden Röhren steuern, wobei die Rückkopplungstransformatoren
T3 und T5 auf das Gitter der Röhre 3, die Rückkopplungstransformatoren T4 und T8
auf das Gitter
der zu ihr symmetrisch liegenden Röhre 4 arbeiten.
Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird auch hier durch geeignete Bemessung der Rückkopplungsimpedanzen
erreicht, daß die Schwingungen verzerrungsfrei verstärkt werden und der innere Widerstand
der Verstärkerstufe Null ist.
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Die Rückkopplungen lassen sich auf dias Steuergitter der jeder Rückkopplung
unmittelbar vorangehenden Räihse zurückführen. Bei mehrstufigen Verstärkern kann
jedoch die Rückführung auch zum Steuergitter irgendeiner anderen der vorangehenden
Röhren erfolgen; beispielsweise kann wenigstens eine derRückkopp.lungen auf das
Steuergitter der ersten; Röhre einwirken. In gewissen Fällen wird; eine vorteilhafte
Ausführungsform dadurch erzielt, daß verschiedene rückgekoppelte Spannungen in Reihe
geschaltet sind und auf ein gemeinsames. Steuergitter einwirken.
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In der Wahl der Übersetzungsverhältnisse der Rückkopplungstransformatoren
sowie des Durchgriffs und des inneren Widerstands der Röhren ist man weitgehend
frei. Diese Größen können daher zur Abstimmung auch mitbenutzt werden.
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Um sich veränderten Betriebsbedingungen, z. B. Röhren mit verschiedenem
Durchgriff oder verschiedenem Innenwiderstand, anpassen zu können, verwendet man
vorteilhaft Rüdkkopplulimpedanzen aus variablenWirk- uxd'Blindwiderständen.