DE970659C

DE970659C - Verstaerker fuer Ultrahochfrequenzschwingungen

Info

Publication number: DE970659C
Application number: DEN9282A
Authority: DE
Inventors: Jan Davidse; Kornelis Swier Knol
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-08-04
Filing date: 1954-08-01
Publication date: 1958-10-16
Also published as: US2801299A; GB767753A; FR1106149A

Description

AUSGEGEBEN AM 16. OKTOBER 1958

N9282VIIIa/21 a*

Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker für ultrahochfrequente Schwingungen, bei dem die Eingangsimpedanz zwischen Gitter und Kathode und die Ausgangsimpedanz zwischen Anode und Kathode einer Entladungsröhre angeschlossen ist.

Es ist bekannt, bei Verstärkern von Hochfrequenzschwingungen eine unerwünschte Rückwirkung des Ausgangskreises auf den Eingangskreis über die inneren Kapazitäten zwischen den Elektroden der verwendeten Verstärkerröhre dadurch auszugleichen, daß das nicht mit dem Gitter verbundene Ende der Eingangsimpedanz über eine Kapazität mit der Anode und über eine zweite Kapazität mit der Kathode verbunden wird.

In der Zeichnung stellt Fig. ι eine solche neutralisierte Verstärkerschaltanordnung mit einer Triode als Verstärkerröhre dar. Die Speisegleichspannungen sind einfachheitshalber nicht angegeben.

In Fig. ι ist die Verstärkerröhre mit 1 bezeichnet. Die zu verstärkenden Schwingungen werden zwischen den Klemmen 2 zugeführt. An diesen Klemmen ist eine Wicklung 3 angeschlossen, die mit der Eingangsimpedanz 4 der Röhre gekoppelt ist. Die Ausgangsimpedanz 5 liegt zwischen der as Anode und der Kathode der Röhre 1. Die parasitären Kapazitäten zwischen der Anode und dem Steuergitter bzw. Steuergitter und Kathode sind

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mit C_ag und C_gk bezeichnet. Die Rückwirkung des Ausgangskreises auf den Eingangskreis über die letztgenannte Kapazität wird, wie bekannt, dadurch ausgeglichen, daß zwischen der Anode und dem von dem Steuergitter abgewandten Ende der Induktivität 4 ein erster Kondensator C₂ und zwischen dem letztgenannten Punkt und der Kathode ein zweiter Kondensator C₁ liegt. Neutralisierung wird bei einer solchen Wahl der Kapazitäten C₁ und C₂ erreicht, daß

ist. In diesem Fall ist die durch die verschiedenen Kapazitäten gebildete Brückenschaltung im Gleichgewicht, und es tritt, wenn an der Anode eine Spannung wirksam ist, möglichst wenig Spannung über der Eingangsspule auf.

zo Ferner ist es bekannt, daß in dem Maße, wie die Frequenz der zu verstärkenden Schwingungen ansteigt, die Verstärkung geringer wird infolge der stets steigenden Verluste, die eine Dämpfung der Kreise, insbesondere des Eingangskreises, herbeiführen. In Fig. 1 sei angenommen, daß die Spule 4 zusammen mit den in der Schaltanordnung vorhandenen Kapazitäten auf die Frequenz der zu verstärkenden Schwingung abgestimmt ist. Im wesentlichen gibt es zwei Dämpfungsarten des Eingangskreises, d. h. die Laufzeitdämpfung und die Selbstinduktionsdämpfung. Erstere rührt daher, daß bei hohen Frequenzen die Laufzeit der Elektronen zwischen der Anode und der Kathode einen beträchtlichen Teil der Periode der zu verstärkenden Schwingungen Hildet. Die zweite stammt von der vorhandene* Selbstinduktion der verschiedenen Leitungen, insbesondere von der Selbstinduktion des dem Eingangskreis und dem Ausgan«rskreis gemeinsamen Teiles der Kathodenleitung.

Die Dämpfung kann im Reziprokwert eines Äquivalentwiderstandes zum Ausdruck gebracht werden, den man sich zwischen das Gitter und die Kathode geschaltet denken soll. Je niedriger dieser Widerstand ist, desto stärker ist die Dämpfung.

Die Laufzeiidämpfung kann in erster Annäherung durch

ausgedrückt werden, wo R_t den Äquivalentwiderstand, ω die Kreisfrequenz, i* die Steilheit der Röhre und Q_kg die Laufzeit der Elektronen zwischen der Kathode und dem Gitter darstellen.

Die Selbstinduktionsdämpfung ist durch

. _T

gegeben, wobei R_L den äquivalenten Verlustwiderstand und L₁₁ die Selbsinduktion der Kathodenleitung darstellen, soweit diese dem Ein- und Ausgangskreis gemeinsam ist. Bei doppelter Ausbildung der Kathodenleitung ergibt sich ebenfalls eine solche Beziehung.

Die beiden Dämpfungen sind dem Quadrat der Frequenz ω proportional. 6$

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Neutralisierung infolge dieser Verlustwiderstände bei zunehmender Frequenz immer geringer wird.

Bei einem Verstärker für einen breiten Bereich von Schwingungen sehr hoher Frequenzen, bei dem der Eingangskreis zwischen Gitter und Kathode und der Ausgangskreis zwischen Anode und Kathode einer Entladungsröhre angeschlossen ist und bei dem zum Neutralisieren der inneren Röhrsnkapazkäten das dem Gitter abgewandte Ende der Eingangsimpedanz über eine Kapazität mit der Anode und über eine zweite Kapazität mit der Kathode verbunden ist, werden diese erwähnten Nachteile vermieden, und unabhängig von der Frequenz wird eine richtige Neutralisierung· erhalten, audh wenn die Eingangsimpedanz umgeschaltet wird, wenn gemäß der Erfindung in Reihe mit der zweiten Kapazität zwischen dem gemeinsamen Punkt des Eingangs- und des Aus- $5 gangskreises und dem dem Gitter abgewandten Ende der Eingangsimpedanz ein derart bemessener Widerstand eingeschaltet ist, daß auch die Eingangskonduktanz der Röhre über den ganzen Frequenzbereich annähernd neutralisiert wird.

Es ist zwar an sich bekannt, daß die Kompensation des Wirkwidersitandes der Gitterkathoden-Strecke einer Verstärkerröhre die Einschaltung eines Wirkwiderstandes in dem Neutralisationskreis erfordert. ■

Wenn sehr verschieden hohe Frequenzen auftreten, muß jedoch dieser Kompensations-Wider stand etwa nach dem gleichen Gesetz sich mit der Frequenz ändern wie der Röhren-Eingangswiderstand. Die Herstellung eines in seinem Wert frequenzabhängigen, im übrigen aber phasenreinen Ohmschen Widerstandes bereitet jedoch erhebliche Schwierigkeiten, da> ein derartiges Schaltelement nicht ohne weiteres zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der speziellen Neutralisations-Schaltung, von der ausgegangen wird, ein derartiger frequenzabhängiger Ohmscher Widerstand in einfachster Weise wirksam gemadht werden kann, wenn die obenerwähnte besondere Art der Einschaltung des no Wirkwiderstandes in den Neu-tralisationskreis zur Anwendung gebracht wird.

Fig. 2 zeigt eine Schaltanordnung gemäß der Erfindung, bei welcher der erwähnte Widerstand mit r bezeichnet ist. Vorausgesetzt ist, daß der Eingangskreis durch Vertauschen der Selbstinduktion 4 stufenartig abstimmbar ist. Diese Selbstinduktion kann außerdem, z. B. durch Verschiebung eines Magnetkernes, geändert werden.

Die Reihenschaltung von C₁ und r kann man iao sich in eine Parallelschaltung einer Kapazität und eines Widerstandes transformiert denken, die von der Frequenz abhängig- sind. Es zeigt sich hierbei, daß dieser Widerstand wenigstens in erster Annäherung dem Quadrat der Frequenz proportional 1*5 ist. Wird also der Widerstand r geeignet bemessen,

so wird unabhängig von der Frequenz erreicht, daß das Gleichgewicht der aus den verschiedenen Kapazitäten, dem Verlustwiderstand und dem Widerstand r bestehenden Brücke beibehalten wird. Die Schaltanordnung eignet sich dann zur Verstärkung von Schwingungen von sich über einen großen Bereich, z. B. bis zu iooo MHz erstreckenden Schwingungen.

Der genannte Widerstand r soll im allgemeinen ίο einen Wert von der Größenordnung von 20 Ohm haben.

Bei einer Ausbildung mit einer Triode als Verstärkerröhre betrug C_gk 2,3 pF; C₁ war auch gleich 2,3 pF. Die Eingangsdämpfung war 160 μΑ/V. Letztere besteht größtenteils aus Laufzeitdämpfung und Selbstinduktionsdämpfung, die beide dem Quadrat der Frequenz proportional sind. Der Rest ist im wesentlichen Hautwirkungsverlust, der ω²·⁵ proportional ist. Letzteres kann teilweise auch ao noch ausgeglichen werden. Eine Berechnung ergibt, daß für einen Widerstand von 19 Ohm von r der erwünschte Ausgleich der Dämpfungsänderung entsteht. Sinngemäß wird die Gesamtdämpfung des Eingangskreises infolge des vorhandenen Wider-Standes r zunehmen.

Die Schaltanordnung gemäß der Erfindung hat den Vorzug, daß bei Verstärkern für sehr hoho Frequenzen eine fast vollkommene Neutralisierung erreicht wird und bei Frequenzänderung der zu verstärkenden Schwingungen sich die Rückwirkung praktisch nicht ändert, so daß die Stabilität die gleiche bleibt und eine gleichmäßigere Verstärkung erreicht wird.

Claims

PATENTANSPRUCH:

Verstärker für einen breiten Bereich von Schwingungen sehr hoher Frequenzen, bei dem der Eingangskreis zwischen Gitter und Kathode und der Ausgangskreis zwischen Anode und Kathode einer Entladungsröhre angeschlossen ist und bei dem zum Neutralisieren der inneren Röhrenkapazitätein das dem Gitter allgewandte Ende der Eingangsimpedanz über eine Kapazität mit der Anode und über eine zweite Kapazität mit der Kathode verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der zweiten Kapazität (C₁) zwischen dem gemeinsamen Punkt des Eingangs- und des Ausgangskreises und dem dem Gitter abgewandten Ende der Eingangsimpedanz (4) ein derart bemessener Widerstand (r) eingeschaltet ist, daß auch die Eingangskonduktanz der Röhre über den ganzen Frequenzbereich annähernd neutralisiert wird.

In Betracht-gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 593 050, 618 277, '666333, 728 537;

britische Patentschrift Nr. 641 087;

Buch: S t r u 11, Verstärker u. Empfänger, 2. Aufl. 1951, S. 213;

Buch: Henney, Radio Engineering Hand¹>ook, 1950, S. 405.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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