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Breitbandverstärker mit Gegentaktendstufe für Oszillographen Für die
Erzielung eines einwandfreien Bildes bei Kathodenstrahloszillographen ist es notwendig,
die Kathodenstrahlröhre mit erdsymmetrischen Spannungen zu steuern. Bei Breitbandverstärkern
für solche Oszillographen bildet man daher zumindest die Endstufe meist als Gegentaktstufe
aus. An solche Breitbandverstärker werden besonders hohe Anforderungen bezüglich
eines genauen Phasenunterschiedes von r8o° zwischen den beiden Teilspannungen der
Gegentaktendstufe und der Unveränderlichkeit des Frequenzganges des Verstärkers,
insbesondere bei Röhrenwechsel, gestellt. Steilheitsänderungen der Röhren sind z.
B. durch Alterung oder bei Röhrenwechsel kaum zu vermeiden, was wiederum eine Änderung
der Eingangskapazitäten zur Folge, hat. Bei hochohmigen Gitter- und Anodenwiderständen
wird damit der Frequenzgang der Stufe erheblich beeinflußt.
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Es ist bekannt, für die Vorstufe in Gegentaktverstärkern eine Kathodenverstärkervorstufe
zu benutzen, von der die gegenphasige Steuerspannung für die Gegentaktröhren an
der Anode bzw. an der Kathode abgenommen werden.
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Die Erfindung betrifft nun einen Breitbandverstärker mit Gegentaktendstufe
und Phasenumkehrschaltung mittels zweier Elektronenröhren für Oszillographen, der
dadurch gekennzeichnet ist, daß beide Elektronenröhren als Kathodenfolgestufen geschaltet
sind, derart, daß die der Eingangsspannung phasengleiche Signalspannung an dem Kathodenwiderstand
der ersten Röhre und die von der Anode der ersten Röhre über einen Kondensator
dem
Gitter der zweiten Röhre zugeführte, um 18o° gegenüber der Eingangsspannung phasenverschobene
Signalspannung am Kathodenwiderstand der zweiten Röhre abgenommen wird und daß die
Kathoden der beiden Röhren galvanisch mit den Steuergittern der Gegentaktendröhren
verbunden sind.
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Diese Breitbandverstärkerschaltung weist gegenüber den bekannten Schaltungen,
bei denen zumindest eine der den Gittern der Gegentaktendstufenröhren zugeführte
Signalspannung von der Anode der Phasenumkehrröhre abgenommen wird, den Vorteil
auf, daß die zweite Röhre als Impedanzwandler wirkt und daß beide Gitterspannungen
für die Endröhren an niederohmigen Kathodenwiderständen abgenommen und ohne Zwischenschaltung
von Kondensatoren den Gittern der Endröhren zugeführt werden können. Da im allgemeinen
die Kathodenwiderstände von Kathodenfolgestufen recht niedrig sind, wird der Eingangswert
der Gegentaktstufe wesentlich unabhängiger als bei den bekannten Einrichtungen,
während ein Röhrenwechsel bzw. eine Betriebsänderung durch Alterung der V orröhren
fast keinen Einfluß auf den Frequenzgang hat, zumal sich die Gitterableitwiderstände
der Vorröhren verhältnismäßig groß halten lassen, so. daß die untere Grenzfrequenz
ziemlich herabgesetzt werden kann.
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Da die Gitter der Endstufe mit den Kathoden der Vorstufen galvanisch
verbunden sind, kann der Koppelkondensator entfallen, womit eine Einsparung von
Schaltkapazität erzielt ist, die im Zusammenhang mit den verhältnismäßig niedrigen
Kathodenwiderständen auch eine wesentlich erhöhte obere Grenzfrequenz zuläßt.
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Es muß bei derartigen Breitbandverstärkern für Oszillographen auch
die Möglichkeit vorgesehen werden, die Ruhelage des Strahls der Kathodenstrahlröhre
zu verschieben. Dies läßt sich auf einfache Weise dadurch erreichen, daß der Anodenwiderstand
der zweiten Röhre regelbar ist. Zur Einstellung von gleichen, nur phasenversetzten
Eingangsspannungen an den Gittern der Gegentaktstufe ist es vorteilhaft, den Kathodenwiderstand
der ersten Röhre regelbar auszubilden. Um auch die Kapazitätsverhältnisse der beiden
Röhren der Kathodenfolgestufe möglichst gleichzuhalten, eine Forderung, die insbesondere
für Breitbandverstärkung von großer Wichtigkeit ist, kann an die Anode der zweiten
Röhre noch eine Ausgleichskapazität geschaltet werden, die gleichsam die Nachbildung
der an der Anode der ersten Röhre hängenden Schaltkapazität b-zw. Gittereingangskapazität
der zweiten Röhre ist und die gleichzeitig den regelbaren Anodenwiderstand der zweiten
Röhre kapazitiv überbrückt. Durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an
Hand des in der Zeichnung dargestellten vereinfachten Schaltbildes sei das Wesen
der Erfindung näher erläutert.
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Mit i und 2 sind die Röhren von zwei Kathodenfolgestufen bezeichnet,
von denen die Röhre i gleichzeitig als Phasenumkehrstufe für die Röhre 2 und die
zweite Röhre als Impedanzwandler wirkt und wie die erste Röhre als Vorstufe für
je einen Eingang der Gegentaktendstufe dient. Dabei wird die der Eingangsspannung
phasengleiche Signalspannung an dem Kathodenwiderstand 6 der Röhre i und die von
der Anode der Röhre i über einen Kondensator dem Gitter der Röhre 2 zugeführte,
um i8o° gegenüber der Eingangsspannung phasenverschobene Signalspannung am Kathodenwiderstand
der Röhre 2 abgenommen. Dabei sind die Kathoden der Röhren i und 2 galvanisch mit
den Steuergittern io bzw. 13 der Gegentaktendröhren 3 bzw. 4 verbunden.
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Der regelbare Kathodenwiderstand 6 dient zur Kompensation und bewirkt
die notwendige gleiche, nur phasenversetzte Eingangsspannung an den Gittern iö und
13. Dem Gitter 5 der Röhre i wird die unsymmetrische Eingangsspannung zugeführt.
Die galvanische Verbindung der Kathode 8 der Röhre i mit dem Gitter io der Röhre
3 ist mit 9 bezeichnet und die von der Kathode i i der Röhre 2 an das Gitter 13
der Röhre 4 mit 12.
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Um die Strahlverschiebung vornehmen zu können, mußte bei den bekannten
Einrichtungen eine einen verhältnismäßig großen technischen Aufwand darstellende,
zusätzliche Widerstandsanordnung verwendet werden, wie sie z. B. gestrichelt in
der Figur dargestellt ist. Die zu dieser Widerstandsanordnung gehörenden Widerstände
20 20', 21 und 21` werden erfindungsgemäß eingespart und die ganze Verstärkeranordnung
dadurch erheblich vereinfacht, daß die zweite Röhre 2 einen Anodenwiderstand 7 aufweist,
der zwecks Strahlverschiebung in der Kathodenstrahlröhre veränderbar ist, wenn die
Außenwiderstände so groß sind, daß die Spannungsveränderung größer als i ist. Diese
Bedingung ist jedoch durch Wahl geeigneter Endröhren, d. h. solcher mit großer Steilheit,
zu erfüllen. Es läßt sich dann durch Veränderung des Anodenwiderstandes 7 der zweiten
Kathodenfolgestufe eine den praktischen Bedürfnissen entsprechende Strahlverschiebung
erreichen. Der im Anodenkreis der zweiten Kathodenfolgestufe angebrachte veränderbare
Anodenwiderstand 7 ist durch die Ausgleichskapazität 22 kapazitiv überbrückt. Durch
Veränderung dieses Widerstandes 7 kann die Gleichspannung am Gitter 13 der Röhre
4 eingestellt werden. Mit dieser Gleichspannung ändert sich sowohl der Gleichspannungsabfall
am Anodenwiderstand 14 der Röhre 4 als auch - wegen des den beiden Röhren 3 und
4 gemeinsamen Kathodenwiderstandes - der Gleichspannungsabfall am Widerstand 15
und somit die Spannung an den Ablenkplatten 18 und i9 der Kathodenstrahlröhre in
dem für die Strahlverschiebung gewünschten Sinne.
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Bei gleicher Widerstandsänderung am Widerstand 7 erhält man eine um
so größere Strahlverschiebung, je größer die Spannungsverstärkung in der Gegentaktendstufe
ist. Die erzielbare Strahlverschiebung hat sich als für die Praxis ausreichend erwiesen,
solange die Spannungsverstärkung der Gegentaktendstufe größer als i ist, was im
allgemeinen der Fall sein wird.
Die beiden Röhren t und 2 bzw. 3
und 4 können auch als Doppelröhren ausgebildet sein. Da bei der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung als Außenwiderstand der Vorröhre bzw. als Gitterwiderstand der
Endröhre der Widerstand einer Kathodenfolgestufe von z. B. 3oo bis 4oo Ohm auftritt,
ist eine Frequenzgangänderung wesentlich vermindert. Außer der schon erwähnten Einsparung
von Schaltkapazität durch Wegfall der Koppelkondensatoren, die größer als ein halbes
Mikrofarad sein müßten, da man mit den Gitterableitwiderständen der Endröhren nicht
über ein halbes Megohm hinausgehen kann, wären sogar in Anbetracht des Arbeitswiderstandes
von 3oo bis 4oo Ohm größere Kapazitäten zulässig, bzw. es wird eine höhere obere
und durch Wegfall der Koppelkondensatoren auch eine tiefere untere Grenzfrequenz
erhalten. Ein Altern der Vorröhre macht wegen des Kathodenfolgebetriebes infolge
der großen Stromgegenkopplung wenig aus. Da sich die Gitterableitwiderstände der
Vorröhre relativ groß halten lassen, erreicht man mit der Schaltung eine für die
Güte der Breitbandverstärker ausschlaggebende, gute untere Grenzfrequenz.