DE931111C - Abgestimmter Verstaerker - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 1. AUGUST 1955

15433 Villa/21 a^l

Abgestimmter Verstärker

Die Erfindung bezieht sich auf Verstärker und im besonderen auf bei ihrer Arbeitsfrequenz neutralisierte Vakuumröhrenverstärker.

Es sind verschiedene Verfahren zur Neutralisierung von Vakuumröhrenverstärkern vorgeschlagen worden, welche für besondere Schaltungen und für mäßig hohe Frequenzen bis z. B. 40 MHz genügen, und einige von diesen Verfahren machen Gebrauch von der Erdung des Steuergitters der Vakuumröhre. Bei höheren Frequenzen werden viele dieser Verfahren unbrauchbar, nicht nur wegen der Schwierigkeit, Schaltungskomponenten zu bauen, die die nötige Impedanz für die Neutralisation des Verstärkers aufweisen, sondern auch deswegen, weil die Elektroden der Röhre und ihre Zuführungsleitungen innerhalb des Röhrenkolbens keine vernaohlässigbare Impedanz haben. Diese verhindert, daß eine der Elektroden an Erdpotential gelegt wird, wodurch bei den oben angegebenen Verfahren eine Verbindung einer Neutralisationskomponente mit dem elektrischen Bezugspunkt in dem Verstärkerkreis verhindert wird.

Es ist ein Röhrenverstärker bekannt, bei welchem eine Rückwirkung zwischen den Eingangsund Ausgangskreisen infolge der inneren Röhrenkapazitäten durch. Einfügung einer Induktanz besonderen Wertes in Serie zum Steuergitter der Röhre verhindert wird. Diese Induktanz wird so gewählt, daß, wenn die Röhre keine Energie vom Eingangskreis nach dem Ausgangskreis oder umgekehrt infolge der Elektronenemission überträgt, d. h. wenn die Röhre kalt oder bis zum Grenzpunkt vorgespannt ist, ein erregender Generator, der zwischen Kathode und Erde eingeschaltet ist, keine Spannung zwischen Anode und Erde erzeugt und daß, wenn der Generator zwischen Anode und Erde geschaltet ist,- keine Spannung zwischen Kathode und Erde erzeugt wird. Diese Neutrali-

sationsanordnung ist auch bei höheren Frequenzen als obenerwähnt brauchbar, da die Impedanzen der Gitterelektrode und ihrer Zuführungsleitung innerhalb der Röhre einen Teil der Neutralisationsinduktanz bilden können. Bei dieser Neutralisationsanordnung besteht jedoch eine Kopplung ■ zwischen dem Anodenkreis und dem Gitter und den Kathodenanschlüssen, welche derart ist, daß eine positive Rückkopplung im Verstärker verursacht ίο wird und welche demzufolge eine positive Rückkopplungsspannung zwischen Kathode und Gitter erzeugt. Unter gewissen Arbeitsbedingungen wird deshalb der Verstärker unstabil sein.

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Verstärker zu schaffen, der stabiler und zuverlässiger ist als Verstärker bisher bekannter Art mit einer Neutralisierungsanordnung, die auch bei Frequenzen über 40 MHz wirksam ist.

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, einen Röhrenverstärker in Gitterbasisschaltung zu schaffen, in welchem eine unerwünschte Rückkopplung zwischen allen mit den Elektroden der Röhre verbundenen Kreisen praktisch neutralisiert wird. Die Erfindung bezieht sich auf einen abas gestimmten Verstärker in Gitterbasissdialtung mit einer Vakuumröhre mit mindestens drei Elektroden, bei der in der Gitterzuleitung eine solche Imped'anz liegt, daß eine Rückkopplung zwischen Eingangsund Ausgangskreis infolge der inneren Röhrenkapazitäten verhindert wird, und besteht darin, daß zwischen Gitter und Kathode ein aus der Serienschaltung einer Induktanz und einer Kapazität bestehender Kreis mit einer vernachlässigbaren Impedanz für die Arbeitsfrequenz liegt und daß eine der Klemmen des Eingangskreises an den Verbindungspunkt der Induktanz und der Kapazität geschaltet ist.

Da dieser aus derSerienschaltung von Induktanz

und Kapazität bestehende Kreis mit dem Verbindungspunkt am Eingangskreis- liegt, besteht der gesamte Gitterkreis nicht nur aus dem Widerstand des Eingangskreises, sondern er enthält auch noch die gesamte Induktanz in der Kathodenleitung und die Gitter-Kathoden-Kapazität der Röhre. Die Kapazität der erwähnten Serienschaltung ist ein Teil dieses Schaltungsgebildes und behindert dessen Arbeitsweise nicht.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Fig. ι zeigt ein Schaltbild des erfindungsgemäßen neutralisierten Verstärkers;

Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise im Schnitt und teilweise schematisch, von einem ■ Verstärker, bei welchem Koaxialleitungsteile verwendet werden und welcher gemäß der Erfindung neutralisiert ist.

Der Verstärker nach Fig. 1 besteht aus einer Röhre 1 mit mindestens drei Elektroden, nämlich der Kathodenelektrode 2, die mit dem Eingangskreis verbunden ist, einem Steuergitter 3 und einer Ausgangs- oder Anodenelektrode 4. Die Quelle für die Gleichspannungserregung und für die Vorspannungspotentiale und die Kathodenheizung sind um der Klarheit willen weggelassen. In einer Röhre der gezeigten Art treten innere Kapazitäten zwischen den Elektrodenpaaren auf, und diese inneren Kapazitäten sind durch die gestrichelten Symbole C₁, C₂ und C₃ dargestellt. Ein Ausgangskreis 5 ist zwischen die Anode 4 und einem gemeinsamen Anschluß, welcher auf Erdpotential liegt und z. B. einen Chassispunkt darstellt, geschaltet. Ein Eingangskreis 7 ist zwischen die Kathode 2 und dem gemeinsamen Anschluß 6 geschaltet, wobei eine Induktanz L₁ in Serie zwischen die Kathode 2 und den Eingangskreis 7 geschaltet ist. Ein Serieresonanzkreis, bestehend aus der Induktanz L₁ und einem Kondensator C₄, liegt zwischen der Kathode 2 und dem Gitter 3, und dieser Resonanzkreis hat bei der Arbeitsfrequenz des Verstärkers eine vernachlässigbare Impedanz. Zwischen das Gitter 3 und den gemeinsamen Anschluß 6 ist eine Neutralisationsimpedanz Lg geschaltet.

Für eine vollständige Neutralisation des Verstärkers soll die Spannung zwischen dem Gitter 3 und der Kathode 2 und zwischen der Kathode 2 und dem gemeinsamen Anschluß 6 praktisch Null sein, wenn keine Kopplung infolge Elektronenemission und eines zwischen die Anode und den gemeinsamen Anschluß 6 geschalteten Generators, der auf der Arbeitsfrequenz des Verstärkers arbeitet, über die Röhre 1 vorhanden ist. Auch wenn der Generator zwischen den Verbindungspunkt der Induktanz L₁ mit dem Kondensator C₄ und den gemeinsamen Anschluß 6 geschaltet ist und keine Kopplung über die . Röhre 1 infolge Elektronenemission vorhanden ist, sollte die Spannung zwischen der Anode 4 und dem gemeinsamen Anschluß 6 praktisch Null sein. Da der aus der Induktanz L₁ und dem Kondensator C₄ bestehende Kreis bei der Arbeitsfrequenz des Verstärkers in Serieresonanz kommt, wird die Spannung zwischen der Kathode 2 und dem Gitter 3 bei dieser Frequenz praktisch Null sein. Zum Zwecke der Darstellung einer genauen Impedanz für den Eingangskreis 7 hat der Kondensator C₄ eine Kapazität, die praktisch gleich der Röhrenkapazität C₁ ist, und d'ie Induktanz L₁ hat deshalb einen Wert praktisch gleich

^²C₄ W²C₁'

wobei w 2 71-mal die Arbeitsfrequenz des Verstärkers bedeutet.

Es kann durch Rechnung gezeigt werden, daß eine Rückwirkung zwischen dem Ausgangskreis S und dem Eingangskreis 7 verhindert werden kann, und demzufolge können die restlichen Bedingungen, wie sie-oben festgesetzt werden, für eine praktisch vollständige Neutralisation getroffen werden, indem der Induktanz Lg ein Wert gegeben wird, der praktisch gleich dem durch die folgende Beziehung bestimmten Wert ist:

C₁(C₂ + C₃) wobei w2nf bedeutet. Wegen der Einschaltung

des Serieresonanzkreises zwischen die Kathode 2 und das Gitter 3 ist der erforderliche Wert für die Induktanz Lg unterschiedlich von dem Wert der Induktanz, die in Serie zum Gitter des Verstärkers S in der eingangs erwähnten bekannten Schaltung liegt.

Infolge der Tatsache, daß die Impedanzen der Röhrenelektroden und ihre Zuführungskitungen innerhalb der Röihre einen Teil des Neutralisationskreises bilden können, ist die Neutralisationsanordnung der Erfindung besonders für Verstärker nützlich, die mit Frequenzen über 40 MHz arbeiten. Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verstärkers für Frequenzen über 40 MHz, welcher den Neutralisationskreis der Erfindung einschließt. In dieser Figur ist schematisch eine bekannte Hochfrequenztriod'e gezeigt, welche innerhalb eines Kolbens 8 eine zylindrische Anode 9, ein ebenes Gitter 10 und eine zylindrische Kathode 11 aufweist. Das Gitter 10 ist auf einer Scheibe 12 befestigt, welche sich durch die Seitenwände des Kolbens 8 erstreckt.

Ein Zylinder 13 bildet den Außenleiter für zwei koaxiale Leitungsteile, von denen der eine einen Innenleiter 14 hat, der an der Endfläche 15 befestigt ist. Ein Verbindungsstück 16, das innerhalb des Leiters 14 gehalten ist undi durch eine Isolierhülse 17 vom Gleichstrompotential isoliert ist, verbindet die Anode 9 für Hochfrequenzen elektrisch mit dem Leiter 14. Der Ausgangskreis für den Verstärker wird durch den leitenden Zylinder 13, den inneren Leiter 14, das Verbindungsstück 16 und den Anodenzylinder 9 gebildet, und dieser Ausgangskreis ist durch einen Kurzschlußschieber 18 mit einem Handgriff 19 abstimmbar. Die Energie wird durch eine Leitung 20 (schematisch gezeigt) vom Ausgangskreis ausgekoppelt, und diese Leitung 20 ist einstellbar zum Leiter 14 gemacht und geht durch ein Verbindungsstück 21.

Der Eingangskreis des Verstärkers besteht aus dem leitenden Zylinder 13 und einem Innenleiter, bestehend aus einem Teil 22, welches an der Endwand 23 befestigt ist, und einem Teil 24, welches an dem Teil 22 befestigt ist. Die Abstimmung des Eingangskreises wird mittels eines Kurzschlußschiebers 25 bewirkt, an dem ein Handgriff 26 befestigt ist. Die zu verstärkende Energie wird durch die Leitung 27 (schematisch gezeigt) in den Verstärker eingekoppelt, die mit dem inneren Leiterteil 22 einstellbar verbunden ist und durch ein Verbindungsstück 28 geht.

Die Gitterscheibe 12 steht mit einem leitenden Zylinder 29 mit federnden Teilen 30 im Eingriff. Die Induktanz Lg hat dieForm einer mit Öffnungen versehenen Scheibe 31, die den Zylinder 29 trägt.

Die Induktanz Lg kann auch irgendeine andere Form haben. Wenn die Scheibe 31 verwendet wird, wird die Größe der Öffnungen 31a in der Scheibe so eingestellt, bis der durch die oben gegebene Formel bestimmte Induktanzwert erhalten wird.

Der Kondensator C₄ wird durch einen Ring 32 gebildet, der den inneren Leiterteil 24 umgibt und galvanisch mit dem Zylinder 29 und demzufolge mit dem Gitter 10 über das Teil 33 verbunden ist. Die Induktanz L₁ wird durch den Kathodenzylinder 11 und den Teil des inneren Leiters zwischen dem Ring 32 und dem Ende der Kathode 11 innerhalb'des Kolbens 8 gebildet. Die Werte der Induktanz L₁ und des Kondensators C₄ können in bekannter Weise eingestellt werden, z. B. durch Änderung des inneren Durchmessers und der Länge vom Zylinder 29 und durch Variierung der Größe vom Ring τ,2 und seines Abstandes zum inneren Leiterteil 24.

■ Es ist ersichtlich, daß der in Fig. 2 gezeigte Hochfrequenzverstärker elektrisch äquivalent dem in der Schaltung von Fig. 1 gezeigten Verstärker ist und daß derselbe relativ einfach zu konstruieren und zu neutralisieren ist. Der in Fig. 2 gezeigte Verstärker kann über ein relativ breites Frequenzband verwendet werden, dessen Mittenfrequenz die Arbeitsfrequenz ist, auf welche die Induktanz L₁ und Lg und der Kondensator C₄ für eine praktisch vollständige Neutralisation eingestellt sind.

Claims (2)

85 Patentansprüche:

1. Abgestimmter Verstärker mit einer Elektronenröhre in Gitterbasisschaltung mit mindestens drei Elektroden, bei der in der Gitterzuleitung eine solche Impedanz liegt, daß eine Rückwirkung zwischen Eingangs- und Ausgangskreis infolge der inneren Röhrenkapazitäten verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gitter und Kathode ein aus der Serienschaltung einer Induktivität (L₁) und einer Kapazität (C₄) bestehender Kreis mit einer vernachlässigbaren Impedanz für die Arbeitsfrequenz liegt und daß eine der Klemmen des Eingangskreises an den Verbindungspurikt der Induktivität und der Kapazität geschaltet ist.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (Lg·) nach der

Formel Lg =

- bemessen ist, wozc;² C₁ (C₂ + C₃)

wobei w gleich 2π/ und C₁, C₂, C₃ die inneren Röhrenkapazitäten darstellen.

Angezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 247 442.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 509 531 7. SS