DEC0005252MA

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Publication number: DEC0005252MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 11. Januar 1952 Bekanmtgamacht am 30. August 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Bekanntlich kann man den Verstärkungsgrad eines Verstärkers weitgehend konstant machen, wenn man eine Gegenkopplung genügender Stärke anwendet. Allerdings wird hierdurch einerseits der Verstärkungsgrad vermindert, und andererseits entstehen leicht Schwingungen, und zwar um so eher, je mehr Stufen der Verstärker umfaßt.

Es ergeben sich demnach erhebliche Schwierigkeiten, wenn man einen Verstärker mit zugleich hohem und konstantem Verstärkungsgrad bauen will. Damit nämlich der Verstärker trotz der Gegenkopplung genügend verstärkt, muß er mehr als zwei Stufen aufweisen. Dann werden aber die Phasendrehungen der den Verstärker durchlaufenden Wechselströme so groß, daß die am Ausgang der letzten Stufe abgenommene und dem Eingang der ersten Stufe wieder zugeführte Rückkopplungsspannung für Frequenzen, die auf den Planken der Durchlaßkurve des Verstärkers liegen, eine Phase und eine Amplitude aufweist, die zur Selbsterregung führen kann. Um diese Selbsterregung zu vermeiden, ist man gezwungen,

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den Gegenkopplungsgrad herabzusetzen, um die Amplitude der Rückkopplungsspannungen mit falscher Phase unter die Selbsterregungsschwelle herabzudrücken. Dies bewirkt aber seinerseits eine Verminderung der Stabilisierungswirkung, die durch die Gegenkopplung herbeigeführt werden soll, so daß der Verstärkungsgrad nicht mehr ■ die gewünschte Konstanz aufweist.

Der erfindungsgemäße Verstärker kann demgegenüber einen Verstärkungsgrad besitzen, der gleichzeitig hoch und konstant ist. Dieser Verstärker ist mit mehreren Stufen ausgestattet, die von einer gemeinsamen Betriebsspannungsquelle mit Gleichspannung versorgt werden, und weist eine Gegenkopplungsschleife vom Ausgang der letzten Stufe zum Eingang der ersten Stufe auf. Die Anordnung kennzeichnet sich dadurch, daß sie aus vier Stufen besteht, die paarweise als zwei zweistufige in Kaskade geschaltete Teilverstärker angeordnet sind, die ihrerseits in Parallelschaltung von der gemeinsamen Gleichspannungsquelle gespeist werden. Hierbei ist Sorge dafür getragen, daß die Gleichspannungsquelle in an sich bekannter Weise einen sehr kleinen inneren Widerstand aufweist.

Die Verwendung von vier Verstärkerstufen erzielt einen hohen Verstärkungsgrad insbesondere deshalb, weil die erfindungsgemäße Gruppierung der Stufen störende Kopplungen verhindert, die zu Selbsterregungen bei tiefen Frequenzen führen können. Hierdurch kann also ohne die Gefahr dieser Art von Selbsterregung (Blubbern) ein erheblicher Gegenkopplungsgrad verwendet werden, wodurch die Verstärkung weitgehend konstant wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung. Darin zeigt

Fig. ι das vereinfachte Schaltbild eines erfindungsgemäßen Verstärkers und

Fig. 2 das Schaltbild einer besonderen Ausführungsform der Erfindung.

Der in Fig. ι dargestellte Verstärker enthält vier paarweise angeordnete Stufen 36, 37, 38 und 39, die zwei in Kaskade geschaltete Teilverstärker A₁ und A₂ bilden. Die Anodengleichspannung wird diesen Teilverstärkern von einer gemeinsamen Spannungsquelle S geliefert, die in an sich bekannter Weise so ausgelegt ist, daß sie einen geringen inneren Widerstand aufweist. Die Spannungsquelle 5 speist in Parallelschaltung die beiden Teilverstärker A_x und A₂. Zu diesem Zweck ist ihr positiver Pol 34 über zwei getrennte Leitungen 55 und 56 mit den Siebgliedern der Teilverstärker A₁ und A₂ verbunden. Diese Siebglieder haben den üblichen Aufbau. Dasjenige für den Teilverstärker A₁ besteht aus den Widerständen 41 und 42 und den Kondensatoren 43 und 44, während das Siebglied für den Teilverstärker A₂ aus den Reihenwiderständen 45 und 46 und den Parallel-So kondensatoren 47 und 48 besteht.

Außerdem besitzt der Verstärker eine Gegenkopplungsschleife C₁, die vom Ausgang der letzten Stufe 39 zum Eingang der ersten Stufe 36 führt.

Diese Schleife ist so ausgelegt, daß sie eine Gegenkopplung sehr hohen Kopplungsgrades liefert, um den Verstärkungsgrad praktisch konstant zu halten.

Wie oben ausgeführt, existiert aber ein kritisches Rückkopplungsverhältnis, das nicht überschritten werden kann, ohne daß der Verstärker ins Schwingen gerät. Bei den bekannten vierstufigen Verstärkern ist das kritische Rückkopplungsverhältnis deshalb sehr niedrig, weil störende Kopplungen über die Speisekreise auftreten, die ihre Wirkung der von der Schleife C₁ erzeugten Rückkopplung überlagern. Hierdurch kann schon eine Selbsterregung auftreten, wenn die von der Schleife C₁ gelieferte Rückkopplungsspannung allein noch nicht zur Anregung von Schwingungen ausreichen würde.

Bei diesen Verstärkern ist nämlich die Verbindung 55 nicht vorhanden. Dafür hat man zwischen den Widerständen 41 und 46 eine punktiert in Fig. ι eingezeichnete Verbindung 57. Unter diesen Umständen schließen sich die Anodenströme der Stufen 36 und 37 zu einem kleinen Teil über die Widerstände 46 und 45 und den Innenwiderstand der Spannungsquelle 5". Infolge der Anwesenheit der Kondensatoren 43, 44, 47 und 48 ist dieser Anteil zwar sehr gering, für die niedrigen Frequenzen der Durchlaßkurve jedoch nicht vernachlässigbar. Andererseits treten in diesen Frequenzbereichen Phasenbeziehungen auf, die zur Selbsterregung führen können. So stimmt die Phase der Ausgangsströme der Stufen 36 und 38 einerseits und der Stufen 37 und 39 andererseits überein. Wenn nun beispielsweise der Strom im Widerstand 45 zunimmt, wird hierdurch die Anodenspannung der Stufe 37 erhöht, wodurch der Strom im Ausgangskreis der Stufe 37 anwächst und infolgedessen die Stromänderung im Widerstand 45 verstärkt wird. Es ergibt sich also eine positive Rückkopplung, die einen Verstärker, der wegen der Rückkopplungissehleife C₁ bereits in der Nähe des Selbsterregungspunktes ist, sehr wohl zu Schwingungen anregen kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verstärker kann die störende Rückkopplung über die Widerstände 45 und 46 nicht auftreten, da die Verbindung 57 fehlt. Nur über die Spannungsquelle S kann noch eine Rückkopplung zustande kommen. Da diese aber leicht so gestaltet werden kann, daß ihr Innenwiderstand nur etwa 1 Ohm beträgt, während die Widerstände 45 und 46 mehrere 1000 Ohm aufweisen müssen, ist es klar, daß die. Kopplung über die Spannungsquelle 5" weit weniger imstande ist, eine Selbsterregung des erfindungsgemäßen Verstärkers hervorzurufen, als die Kopplung über die Widerstände 45 und 46 bei den bekannten Verstärkern.

Demnach kann ein erfindungsgemäßer Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad und erheblichem Gegenkopplungsgrad betrieben werden. Beispielsweise kann die Gesamtverstärkung (d. h. die Verstärkung ohne Gegenkopplung) 170 db und der Gegenkopplungsgrad 40 db betragen. Unter diesen Umständen hat der Verstärker einen

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effektiven Verstärkungsgrad von 130 db, und dieser Verstärkungsgrad ist infolge der erheblichen angewandten Gegenkopplung praktisch konstant, auch bei verhältnismäßig sehr erheblichen Änderungen der Verstärkereigenschaften. Hierdurch können Präzisionsmessungen äußerst geringer Ströme vorgenommen werden, ohne daß die Eichung dauernd nachgeprüft werden muß.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform der Erfindung entspricht dem Schaltbild der Fig. 1, wobei gleiche Bezugszeichen entsprechende Elemente bedeuten. Die Schaltung ist im übrigen in bekannter Weise aufgebaut und braucht nicht im einzelnen erläutert zu werden. Die drei ersten Stufen 36, 37 und 38 sind mit Pentoden bestückt, deren Arbeitswiderstände R₁, R₂, R₃ zwischen den Anoden und den Entkopplungskondensatoren 43, 44, 47 liegen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält jede der drei ersten Stufen einen Spannungsteiler aus zwei Teilwiderständen 10 und 11, dessen Abgriff M jeweils an das Schirmgitter der Pentode angeschlossen ist, währenddie Endpunkte der Spannungsteiler einerseits an Masse und andererseits an die Verbindungspunkte 49/, 49", 49'" der Arbeitswiderstände und der Entkopplungskondensatoren: der entsprechenden Stufen angeschlossen sind. Ferner ist dafür gesorgt, daß die Widerstände 10 und 11 jedes Spannungsteilers klein gegen den Innenwiderstand der Kathoden-Schirmgitter-Strecke der Pentode sind.

Die Vorspannungsgewinnung des Schirmgitters einer Pentode mit Hilfe einer Potentiometerschaltung ist an sich bekannt. Jedoch verbessert die beschriebene besondere Bemessung noch die Stabilität der hier betrachteten Verstärker, denn sie bewirkt eine große Konstanz der Schirmgittervorspannungen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gegengekoppelter mehrstufiger Verstärker hohen Verstärkungsgrades, dessen Gegenkopplungsschleife vom Ausgang der letzten Stufe zum Eingang der ersten Stufe führt, dadurch gekennzeichnet, daß er vier Stufen (36 bis 39) enthält, die zwei in Kaskade geschaltete Teiliverstärker (A₁, A₂) in der Weise bilden, daß die Teilverstärker in Parallelschaltung von der gemeinsamen Spannungsquelle (S) gespeist werden, die in an sich bekannter Weise so ausgelegt ist, daß sie einen geringen Innenwiderstand aufweist (Fig. 1). ■

2. Verstärker nach Anspruch 1, in dem die drei ersten Stufen mit Pentoden bestückt sind, deren Arbeitswiderstände einerseits an die Anoden, andererseits über Entkopplungskondensatoren an Masse angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmgitter dieser Stufen jeweils über einen Spannungsteiler gespeist werden, dessen Enden an Masse bzw. am Verbindungspunkt zwischen dem Arbeitswiderstand und dem Entkopplungskondensator liegen, und dessen Widerstände jeweils klein gegen den Innenwiderstand der Kathodenschirmgitterstrecke der Pentode sind (Fig. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften:
H. Pitsch »Lehrbuch der Funkempfangs-

techmik«, 2. Auftage, 1950, S. 533, 548 (Abb. 550), 549, 736 (Abb. 802a), 751 (Abb. 815);

deutsche Patentanmeldungen T 455, VIII a/21 a²

.(Patent 805047), ρ 53180, VIIIa/2ia² (Patent 260); schweizerische Patentschrift Nr. 236 494.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen