DE924572C - Kettenverstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kettenverstärker mit Gegentaktverhalten, wie er beispielsweise in einer Antennenverstärkereinrichtung Verwendung finden kann.

Kettenverstärker mit Gegentaktverhalten sind bisher in der Weise ausgeführt worden, daß zwei übliche Kettenverstärker mittels Symmetriertransformatoren sowohl eingangs- als auch ausgangsseitig, ähnlich der bekannten Gegentaktschaltung mit zwei Röhren, in Gegentakt geschaltet wurden (s. Abb. i). Derartige Kettenverstärker erfordern einen großen Aufwand an Schaltelementen und Röhren und beanspruchen außerdem viel Raum.

Zweck der Erfindung ist, bei einem Kettenverstärker Gegentaktverhalten mit einem bedeutend geringeren Aufwand zu erzielen als bei den bekannten Ausführungsformen.

Erfindungsgemäß soll zur Erzielung eines Gegentaktverhaltens bei einem Kettenverstärker mit einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Wellenleiter, die über Elektronenröhren oder Transistoren miteinander verbunden sind, sowohl im eingangs- als auch im ausgangsseitigen Wellenleiter zumindest je eine Umpolungseinrichtung vorgesehen sein und die Stellen der Umpolungen in den Wellenleitern derart gewählt sein, daß der Kettenverstärker in zwei gegenphasig arbeitende Gruppen unterteilt wird, die gleiche Gesamtverstärkung aufweisen.

Nachstehend wird an Hand von Abbildungen, die Ausführungs- und Anwendungsbeispiele erfindungsgemäßer Kettenverstärker wiedergeben, die Erfindung näher erklärt.

In Abb. ι ist eine bekannte Ausführungsform eines Gegentaktkettenverstärkers dargestellt. Der Verstärker enthält acht Elektronenröhren, von denen je vier in einer üblichen Kettenverstärkerschaltung zusammengefaßt sind. Sowohl die ein-

gangsseitigen als auch die ausgangsseitigen Kettenleiter sind symmetrisch ausgebildet und jeweils an den den Anschlußstellen abgewendeten Enden reflexionslos abgeschlossen. Die Zuführung der zu verstärkenden Wellen und die Auskopplung der verstärkten Wellen geschieht jeweils mit einem Symmetrierübertrager, der außerdem der Transformation des jeweiligen Anschluß Widerstandes auf den Wellenwiderstand der Kettenleiter dient, ίο Bei diesem Gegentaktkettenverstärker kompensieren sich ebenso wie bei den üblichen Gegentaktverstärkern mit nur zwei Röhren die Verzerrungen zweiter Ordnung (Klirrfaktor K₂).

Abb. 2 zeigt in Gegenüberstellung zu Abb. ι eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kettenverstärkers mit Gegentaktverhalten. Bei diesem Verstärker ist erreicht, daß bei halber Röhrenzahl gegenüber der Schaltung nach Abb. 1 die gleiche Verstärkung erzielt wird, bei zumindest nahezu gleicher Verzerrungsfreiheit.

Die Verstärkerröhren 5 und 6 bilden eine Gruppe des Kettenverstärkers und sind wie ein üblicher Kettenverstärker geschaltet, d. h. die Gitter-Kathode-Strecken dieser Röhren sind mit dem eingangsseitigen Wellenleiter verbunden, wobei dieser Wellenleiter durch die Kapazitäten dieser Entladungsstrecken und zwischengeschaltete Induktivitäten 13, 14, 1.5 gebildet wird. An dem der Röhre 5 benachbarten Ende des eingangsseitigen Wellenleiters erfolgt die Einspeisung der zu verstärkenden Wellen, beispielsweise über einen 1 : 1 Übertrager, während das andere Ende mit einem Phasenumkehrglied 10 verbunden ist. Der ausgangsseitige Wellenleiter der Röhrengruppe S, 6 besteht aus den Induktivitäten 16, 17, 18 und den Anode-Kathode-Kapazitäten der Röhren 5 und 6 und ist an dem der Rohres benachbarten Ende mittels der Abschlußimpedanz 12 reflexionslos abgeschlossen, während er am anderen Ende ebenso wie der eingangsseitige Wellenleiter dieser Röhrengruppe in einem Phasenumkehrglied endet.

Die rechte Röhrengruppe 7, 8 in Abb. 2 stellt für sich ebenfalls einen üblichen Kettenverstärker dar, wobei dessen eingangsseitiger Wellenleiter über das Phasenumkehrglied 10 von dem eingangsseitigen Wellenleiter der linken Verstärkergruppe 5, 6 gespeist wird. An seinem anderen Ende ist dieser Wellenleiter, bestehend aus den Induktivitäten 19, 20 und 21 und den Gitter-Kathode-Kapazitäten der Röhren 7 und 8, mittels der Abschlußimpedanz 1 r reflexionslos abgeschlossen. Der ausgangsseitige Wellenleiter der Röhrengruppe 7, 8 besteht aus den Induktivitäten 22, 23 und 24 und den Anode-Kathode-Kapazitäten der Röhren 7, 8. Dieser WeI-lenleiter ist an seinem der Röhre 7 benachbarten Ende mit dem Phasenumkehrglied 9 verbunden, während an seinem anderen Ende die verstärkten Wellen entnommen und einem Verbraucher zugeführt werden, beispielsweise über einen Ausgangsübertrager 32 mit Übersetzungsverhältnis 1:1, einer Verteilerschaltung für die verstärkten Wellen auf mehrere Empfänger, wobei die Verteilerschaltung aus linearen Vierpolen 25, 26, 2.7, 28 (Dämpfungswiderstände) besteht, die der Entkopplung der einzelnen Empfänger unter sich und gegebenenfalls auch gegen den Verstärkerausgang dienen.

Am einfachsten ist diese Schaltung bei B-Betrieb zu verstehen. Die linke Röhrengruppe 5, 6 verstärkt beispielsweise dann nur die positiven Halbwellen einer zu verstärkenden Sinusspannung, während, infolge der Umpolung durch das Phasenumkehrglied 10, die rechte Röhrengruppe 7, 8 dann nur deren negative Halbwellen verstärkt. Die im ausgangsseitigen Wellenleiter der linken Röhrengruppe 5, 6 verstärkten positiven Halbwellen wandern über das Phasenumkehrglied 9 in den ausgangsseitigen Wellenleiter der rechten Röhrengruppe 7, 8 und setzen sich mit den zum Ausgang hin fortschreitenden verstärkten negativen Halbwellen zu einer nach dem Ausgang hin fortschreitenden Welle der ursprünglichen eingespeisten Form zusammen. Die in der linken Röhrengruppe 5,6 entstehenden Verzerrungen zweiter Ordnung (Klirrfaktor K₂) werden also durch die Verzerrungen zweiter Ordnung der rechten Röhrengruppe 7, 8 kompensiert. Dieses Verhalten entspricht völlig dem des an Hand der Abb. 1 beschriebenen Gegentaktkettenverstärkers.

Als Phasenumkehrglieder können vorteilhaft Breitbandübertrager Verwendung finden, die vorzugsweise ein Übersetzungsverhältnis 1 : 1 aufweisen, da dann die beiden Verstärkergruppen symmetrisch ausgebildet werden können. Es sind jedoch auch andere Phasenumkehrglieder, wie Röhrenschaltungen usw., anwendbar, wenn sie nur im Betriebsbereich des Kettenverstärkers ausreichend breitbandig sind und eine Phasenumdrehung von (2 η + ι) · i8o° bewirken, wobei w = o, 1, 2, 3 ... oder eine beliebige ganze Zahl ist. Außerdem empfiehlt es sich, die Wellenwiderstände der Umpolungsglieder denen der anschließenden Wellenleiter anzupassen. Sollte dies nicht schon von vornherein der Fall sein, so kann dies durch Einschaltung und/oder Parallelschaltung von Impedanzen in an sich bekannter Weise erreicht werden. Bei Übertragern beispielsweise wird es meist erforderlich sein, Induktivitäten in die hochfrequenzmäßig nicht auf Erdpotential liegenden Übertragerzuleitungen einzuschalten; dadurch wird nämlich die störende Querkapazität des Übertragers kompensiert.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Kettenverstärkers der Abb. 2 wurde nur der besseren Verständlichkeit halber an Hand des B-Betriebes erklärt. Selbstverständlich ist diese Schaltung auch im A- oder C-Betrieb entsprechend den bekannten Gegentaktverstärkern benutzbar. Die Ausführungsformen der einzelnen Wellenleiter des Kettenverstärkers richten sich ebenso wie bei den bekannten Ausführungsformen nach den jeweils vorliegenden Forderungen, d.h. es können, wie dargestellt, T-Glieder, aber auch π-Glieder, Bandpässe und Halbglieder in bekannter Weise verwendet werden. Auch kann eine Aufteilung des Verstärkers in mehr als zwei Gruppen vorgenommen werden, wobei dann nur darauf zu achten ist, daß, um mög-

liehst große Verzerrungsfreiheit zu erzielen, die einzelnen Umpolungen derart vorgenommen werden, daß, insgesamt betrachtet, zwei gegenphasig arbeitende Hauptgruppen entstehen, die jeweils gleiche Verstärkung besitzen. So können beispielsweise sowohl zwischen den Röhren 5 und 6 als auch zwischen den Röhren 7 und 8 weitere Umpolungen im eingangsseitigen und ausgangsseitigen Wellenleiter vorgesehen sein.

Nachfolgend wird nun erklärt, aus weichen Gründen der erfindungsgemäße Kettenverstärker der Abb. 2 gegenüber dem der Abb. 1 mit nur der halben Röhrenzahl die gleiche Verstärkung liefert. Es sei vorausgesetzt, daß sowohl in der Schaltung nach Abb. 1 als auch in der nach Abb. 2 jeder Wellenleiter einen Wellenwiderstand von 1 kü besitzt. Ferner sind die Eingangswiderstände (Anschlußwiderstand für Quelle und Anschlußwiderstand für Verbraucher) je 1 IcQ sowohl für die Symmetriertransformatoren 29, 30 der Schaltung nach Abb. 1 als auch für die Übertrager 31, 32 der erfindungsgemäßen Schaltung nach Abb. 2. Den Eingängen beider Schaltungen werde jeweils eine Spannung von 1 Volt angeboten. Die Röhren beider Schaltungen seien gleich und ihre Betriebswerte derart, daß je vier Röhren, z. B. 1, 2, 3 und 4 in Abb. i, eine zehnfache Spannungsverstärkung ergeben.

An den Sekundärklemmen des Symmetriertransformators 29 der Anordnung nach Abb. 1, der den ι -IcQ- Anschluß widerstand auf die beiden ι-IcQ-Wellenleiter symmetrisch anpaßt, ist also eine Spannung von γΤ· ι Volt von Gitter- zu Gitteranschluß vorhanden; d. h. zwischen Kathode-Gitter sowohl der Röhren 1, 2, 3, 4 als auch der Röhren 1', 2', 3', 4' steht eine Spannung von

Volt = 0,707 Volt. Da sowohl der Verstärkerteil mit den Röhren 1, 2, 3, 4 als auch der Verstärkerteil mit den Röhren 1', 2', 3', 4' je zehnfach verstärkt, ergibt sich an den Primärklemmen des Symmetriertransformators 30, d. h. zwischen seinen Anodenanschlüssen eine Spannung von

ι ·2 · ίο Volt = ]/ϊ· ίο Volt. Da ferner der Symmetriertransformator 30 wieder auf 1 kü Anschlußwiderstand sekundärseitig herabtransformiert, erscheint an den sekundärseitigen Ausgangsklemmen dieses Transformators an 1 kß eine

Spannung von =10 Volt.

K²

An den Sekundärklemmen des Eingangsübertragers 31 der erfindungsgemäßen Schaltung nach Abb. 2 hingegen, die mit dem i-lcQ-Wellenleiter des Eingangs verbunden sind, tritt eine Spannung von ι Volt auf. Diese Spannung ist auch in dem eingangsseitigen Wellenleiter der rechten Röhrengruppe 7, 8 vorhanden, da vorausgesetzt ist, daß beide Gruppen symmetrisch sind. Da beide Gruppen zusammen vier Röhren umfassen, findet eine zehnfache Spannungsverstärkung statt, d. h. an den Primärklemmen des Ausgangsübertragers 32 steht eine Spannung von 10 Volt. Ebenso steht dann natürlich an dessen Sekundär klemmen (also am Ausgang) an ι kü eine Spannung von io Volt.

Beide Schaltungen ergeben also bei gleichen Anschlußwiderständen von ι kü und gleichen Eingangsspannungen von je ι Volt an den Verstärkerausgängen die gleiche Spannung an einen Verbraucher von ι kü ab, nämlich 10 Volt, trotzdem die erfindungsgemäße Schaltung nach Abb. 2 nur die halbe Röhrenzahl gegenüber der bekannten Schaltung nach Abb. 1 aufweist.

Bei den erfindungsgemäßen Kettenverstärkern mit Gegentaktverhalten kann ebenso wie bei den bekannten Gegentaktschaltungen eine Gegenkopplung zur weiteren Verringerung der Verzerrungen beliebiger Ordnung (Klirrfaktoren) angewendet werden, beispielsweise in Form eines hochfrequenzmäßig nicht überbrückten Ohmschen Widerstandes in den Kathodenzuleitungen der einzelnen Röhren. Außerdem empfiehlt es sich, Elektronenröhren oder Transistoren mit geringer Anodenrückwirkung, also Einrichtungen mit Pentoden- oder Tetrodencharakter zu verwenden, um eine Selbsterregung des Kettenverstärkers zu vermeiden.

Der erfindungsgemäße Ketten verstärker mit Gegentaktverhalten eignet sich wegen seiner geringen Röhrenzahl besonders zur möglichst verzerrungsfreien Verstärkung sehr breiter Frequenzbänder, beispielsweise 2 bis 40 MHz, wie es bei Antennenverstärkern oftmals benötigt wird. In diesem Falle empfiehlt es sich, wie in Abb. 2 dargestellt, die einzelnen Empfänger über lineare Vierpole an den Verstärkerausgang anzuschließen und zu entkoppeln, da dann die Verzerrungen (Klirrfaktoren) nicht unerwünscht erhöht werden, wie es bei den üblichen Röhrenentkopplungsschaltungen in Antennenverteileranlagen mit Verstärkern der Fall ist. Ein weiterer Vorteil bei dieser Anwendung liegt darin, daß der Kettenverstärker infolge der parallel geschalteten Röhren einen sehr geringen Rauschpegel besitzt, wodurch es beispielsweise ermöglicht wurde, den obenerwähnten Antennenverstärker mit einer Rauschzahl von nur 2 KT₀ bei etwa 10 MHz Betriebsfrequenz und hoher Klirrdämpfung herzustellen. Die Leistungsverstärkung betrug dabei 20 db.

Der erfindungsgemäße Kettenverstärker ist als Breitbandverstärker auch für andere Zwecke geeignet, wenn es darauf ankommt, bei geringem Röhrenaufwand hohe Verstärkung bei kleinstmöglichen Verzerrungen zu erreichen.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   i. Kettenverstärker mit einem eingangsseitigen und einem ausgangsseitigen Wellenleiter, die über Elektronenröhren oder Transistoren miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines Gegentaktverhaltens des Kettenverstärkers sowohl im eingangsseitigen als auch im ausgangsseitigen Wellenleiter zumindest je eine Umpolungseinrichtung vorgesehen ist und daß die Stellen der Umpolungen in den Wellenleitern derart gewählt sind, daß der Kettenverstärker in zwei

   gegenphasig arbeitende Gruppen gleicher Verstärkung unterteilt wird.
2. 2. Kettenverstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Umpolung Übertrager vorgesehen sind, vorzugsweise mit einem Übersetzungsverhältnis ι : i.
3. 3. Kettenverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die nicht auf Erdpotential liegenden eingangs- und ausgangsseitigen Zuleitungen der Umpolungsglieder zusätzliche Impedanzen solchen Wertes eingeschaltet sind (z. B. bei Übertragern Induktivitäten), daß die Wellenwiderstände dieser ergänzten Umpolungsvierpole denen der jeweils angeschalteten Wellenleiter entsprechen.
4. 4. Kettenverstärker nadh Anspruch. 1,2 oder 3, gekennzeichnet durch die Verwendung als Antennenverstärker, insbesondere für den Betrieb mehrerer Empfänger an einer Antenne.
5. 5. Anordnung nach Anspruch^ bei dem mehrere Empfänger parallel vom Ausgang des Kettenverstärkers her gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entkopplung der einzelnen Empfänger über lineare Vierpole beispielsweise Dämpfungsglieder oder Übertrager vorgesehen sind.

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