DE1029887B - Hochfrequenzverstaerker mit einem Neutralisierungskreis - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenzverstärker mit einer Elektronenröhre, insbesondere einer Triode, einer einseitig mit der Anode verbundenen Ausgangsspule und einem Neutralisierungskreis.

Bei Hochfrequenzverstärkern für den Bereich von 50 bis 250MHz (im folgenden VHF-Bereich genannt), insbesondere bei Abstimmeinrichtungen nach der Revolverbauart für Fernsehgeräte, wurden bisher Pentoden- oder Kaskadenverstärkerstufen verwendet. Derartige Stufen sind teurer und enthalten mehr Einzelteile als eine Triodenverstärkerstufe für den gleichen Verstärker. Triodenverstärker wurden in diesen Frequenzbereichen jedoch bisher nicht benutzt, weil die Rückkopplungssignale zu negativer Verstärkung führen und weil es bisher nicht gelang, eine derartige Hochfrequenzrückkopplung innerhalb des ganzen VHF-Bereiches zu neutralisieren. Durch die Erfindung wird die Anwendbarkeit der Neutralisierung erweitert, so daß im VHF- oder Meterwellenbereich von 50 oder weniger bis 250 oder mehr MHz Trioden zur Verstärkung praktisch verwendet werden können. Ihre Verwendung bei VHF-Fernseh-Mehrkanal-Abstimmeinrichtungen, insbesondere bei beweglichen Arten mit Revolver oder Spule, führt bei einfachen Triodenstufen zu einer bemerkenswerten Neutralisierungswirkung.

Erfindungsgemäß wird ein Hochfrequenzverstärker der eingangs genannten Art in der Weise ausgebildet, daß ein einen leitfähigen Hauptteil und eine Gegenelektrode mit zwei Anschlüssen aufweisender Kondensator mit vernachlässigbarer Induktivität vorgesehen ist, dessen einer Anschluß mit dem anodenfernen, aber HF-Spannung führenden Ende der Ausgangsspule, dessen Hauptteil mit dem Verstärkerchassis verbunden ist, und dessen zweiter Anschluß, an welchem Signale auftreten, die um 180° gegenüber den an der Anode auftretenden phasenverschoben sind, mit einem Neutralisierungskondensator verbunden ist, welcher dem Gitter der Triode ein den Verstärker stabilsierendes Gegensignal zuführt.

Auf diese Weise wird bei den wirksamen Kapazitäten und im ganzen Frequenzbereich des Signals die sonst in den Zuführungsleitungen vorhandene Induktivität auf einen sehr kleinen Wert verringert, so daß sie einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Phase des rückgekoppelten Neutralisierungssignals hat.

Bei der kommerziellen Anwendung der Erfindung werden bei wesentlich verringertem Schaltungsaufwand Verstärkungen erzielt, die denen der Pentoden- oder Kaskodenverstärker gleichen, wobei der Rauschfaktor und andere Kenngrößen mit denen der letztgenannten Verstärker vergleichbar sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kondensator ein Durchführungs-

Hochfrequenzverstärker
mit einem Neutralisierungskreis

Anmelder:

Standard Coil Products Co.,
Inc., Los Angeles, Calif. (V.StA.)

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach, Patentanwalt,
München 2, Kaufingerstr. 8

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. April 1955

Robert C. A. Eland, Arcadia, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

kondensator, der zweckmäßigerweise einen äußeren leitfähigen Hauptteil sowie eine Innenelektrode mit zwei Anschlüssen aufweist, die von gegenüberliegenden Seiten des Kondensators hervorstehen. Weiterhin kann zweckmäßigerweise der leitfähige Hauptteil des Kondensators an dem metallischen Verstärkerchassis befestigt sein, während sich die genannten Anschlüsse an gegenüberliegenden Seiten des Chassis befinden und von diesem gegeneinander abgeschirmt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen an Hand einer einzigen, in der Zeichnung dargestellten Schaltung. Die Erfindung kann jedoch auf Fernsehwähl- oder Abstimmeinrichtungen jeder Art angewendet werden oder zur Nachrichtenübertragung, Hochfrequenzverstärkung od. dgl. dienen. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild einer Hochfrequenzverstärkerund Mischstufe, die einer Fernsehabstimmeinrichtung entspricht,

Fig. 2 eine Schaltung des Neutralisierungskreises nach der Erfindung,

Fig. 3 einen abgewandelten Kreis nach Fig. 2,
Fig. 4 im Schnitt einen im Neutralisierungskreis bevorzugt verwendeten Kondensator geringer Induktivität und

Fig. 5 eine Abwandlung des der Fig. 4 entsprechenden Kreises.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Fernsehabstimmeinrichtung. Ein Antennentransformator 10 weist eine

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symmetrische Primärwicklung-11 ■ auf,, die mit einer oder Pentodenverstärkers. Das Vorwählglied 20, 21

Dipol-Empfangsantenne 15 verbunden ist. Das obere 22 ist einem bestimmten Kanal zugeordnet, ebenso

Ende 18 der Sekundärwicklung 16 ist mittels eines wie die Kreise, welche den Hochfrequenztransforma-

Kopphingskondensators 20, einer Hochfrequenzinduk- tor 33 und die zur Spule 50 gehörende Oszillatortivität'21 und eines Kopplungskondensators 22 mit 5 schaltung enthalten. Diese Schaltungsteile sind für

einer Vorwähl- oder Frequenzbestimmungsstufe ver- jeden Kanal auf einem besonderen Schaltbrett oder

bunden. Die Größen der Kondensatoren 20, 22 und der Streifen einer revolverartigen Abstimmeinrichtung

Induktivität oder Spule 21 bestimmen das Frequenz- angeordnet. Die zur Neutralisierung gemäß der Erfin-

band, auf welches die Stufe abgestimmt oder vorabge- dung dienenden Teile sind fest angeordnet und bleiben

stimmt ist. ' io bei sämtlichen gewählten Kanälen wirksam.

Das Ausgangssignal der Vorwahlstufe wird dem Ein Durchführungs- oder Scheibenkondensator Steuergitter- 25 einer .Verstärkertriode 30 zugeführt. dient zur Kopplung des Ausgangskreises der Triode Das Sieuergitter hat zwei voneinander unabhängige mit dem Neutralisierungskondensator 65 und über Zuführungen 68 und 69: -Die Anode 31 der Triode 30 diesen mit dem Steuergitter. In Fig. 1 ist ein solcher ist mit der Primärwicklung 32 eines Ausgangstrans- 15 Durchführungskondensator bei 60 dargestellt und verformators 33 verbunden·. -Die Anodenspannungsquelle bindet den Punkt B am unteren Ende der Primär- B-V ist-mit der Anode 31 über eine Höchstfrequenz- wicklung 32 des Transformators 33 durch eine Platte drossel 36 verbunden. Ein Uberbrückungskondensa- 61 hindurch mit einem Neutralisierungskondensator tor 37 ist in üblicher Weise gegen Erde geschaltet. 65. Die Platte 61 kann ein Spulenbrettchen, eine Ab-Die Sekundärwicklung 35 des Ausgangstransforma- 20 schirmung oder ein Teil des Chassis der Abstimmeintors 33 ist mit dem Steuergitter 41 einer Mischpen.- " richtung sein. Der Außenleiter 62 des Durchführungstode40 verbunden. Auf· diese Weise wird ein durch kondensator 60 ist entweder unmittelbar oder durch das Glied 20, 21 und 22-Vofgewähltes und in der Tri- die teitf ähige Platte 61 mit Erde verbunden, ode 30 verstärktes Hochfrequenzband über den Trans- Der untere oder innere Anschluß C des Durchfühformator 33 mit dem Steuergitter 41 der Mischröhre 25 rungskondensators 60 ist mit dem Neutralisierungs-40 gekoppelt. „ ' kondensator 65 verbunden. Zur Verringerung äußerer

Von einem nicht dargestellten Oszillator wird der Induktivitäten zwischen dem Punkt B und dem Gkter-

Mischröhre40 über einerWicklung 50 und die Sekun- anschluß 26 muß die Triode dicht am Transformator

därwicklung 35 die Oszillatorfrequenz zugeführt. Bei 33 angeordnet sein, so daß der Abstand zwischen den

einer Abstimmeinrichtung für sprunghafte Einstellung 30 Punkten B, C und 26 so klein wie möglich ist. Dann

werden die Wicklungen 32, 35 und 50 als Gruppe für hat eine durch Zuführungen des Neutralisierungskon-

die verschiedenen Frequenzkanäle eingeschaltet. Ein densators 65 zwischen den Punkten C und 26 gebildete

im Anodenkreis der Mischröhre liegender Punkt 56 Induktivität nur einen kleinen Einfluß auf die erzielte

"ist mit dem Zwischenfrequenzteil des Fernsehempfän- Neutralisierung, gers in üblicher Weise verbunden. 35 Zum besseren Verständnis wird an Hand der Fig. 2

Die \^rerwendung des Triodenverstärkers für Hoch- die Wirkung des Durchführungskondensators 60 in

frequenzverstärkung- hängt von einer vollkommenen der beschriebenen-Schaltung erklärt. Ein Kondensa-

Neutralisierung der Spannungsrückkopplung vom tor C₀ stellt die zwischen der Anode 31, dem Gitter 25

Anodenkreis zum Kreis des Steuergitters 25 ab. Zur und Erde vorhandene Zwischenelektroden- oder innere

Erzielung einer Neutralisierung muß eine zum Gitter 40 Kapazität der Triode 30 dar sowie eine zusätzliche

der Triode zurückgeführte.Spannung im wesentlichen äußere Kapazität der Schaltungsteile im Ausgangs-

um 180° gegenüber der Spannung phasenverschoben kreis der Röhre 30, unabhängig von der abgestimmten

sein, die dem Gitter durch die Anode 31 über die Spule32. Mit anderen Worten: C₀ stellt die Kapazi-

zwischen ihnen vorhandene Zwischenelektrodenkapa- tat der Triode 30 zwischen dem Punkt A und Erde,

zität zugeführt wird.' Bis; rückgeführte Signal sollte 45 L₀ die Induktivität der Spule 32 und C₁ die Kapazität

dem durch die Zwfschenelektrodenkapazität züge- des Durchführungskondensators 60 dar, der zwischen

führten Signal gleichen^ ;das selbstverständlich mit die Punkte B und C (Fig. 1) eingeschaltet ist. Diese

dem im Anodenkreis "der Triode vorhandenen, ver- Kapazität C₁ ist die zwischen der Durchführungstei-

stärkten Signal identisch; ist. "' tung B-C und Erde auftretenden Kapazität.

Dadurch,, daß dem Steuergitter 25 eine Gegenspan- 50 Wie man sieht, stellt der Kreis, welcher C₀, L₀ und ' nung zugeführt wird,' die., etwa dieselbe Größe und C₁ enthält, ein π-Glied dar. Die Spannung am Punkt A Wellenform wie die demTSteuergitter durch die Rück- stellt das Ausgangshochfrequenzsignal der Triode 30 kopplung über die Zwislcfienelektrodenkapazität züge- dar, das über die Spule 32 in die Mischröhre 40 einführte Spannung hat, jedoch dieser gegenüber um gespeist wird. Das am Punkt B liegende Potential 180°. phasenverschoben ist,. wird die Wirkung der 55 gleicht in seiner Wellenform dem am Punkte aufRückkopplung kompensiert oder die Triode neutrali- tretenden Potential, ist diesem gegenüber jedoch um siert. Auf diese Weise Mrd in den Frequenzbereichen, etwa 180° phasenverschoben. Die Amplitude am bei denen die Neutralisiening wirksam ist, die volle Punkt B kann etwa der am Punkt A gleichen oder e>t-Verstärkung der Triode^;er*zielt. Die Erfindung richtet was geringer sein, wenn die Induktivität L₀ einen sich darauf, diese Neutralisierung über einen weiten 60 ohmschen Widerstand aufweist. Die ganze Induktivifiochfrequenzbereich, insbesondere bei höheren Hoch- tat L₀ kann als zwischen den Punkten A und B konfrequenzen, wirksam.zu machen. Die als Beispiel zentriert angesehen werden, wobei das Potential am dienende Ausführungsfarm für einen Fernsehkanal- Punkt £ gegenüber dem am Punkte um etwa 180° wähler im VHF-Bereich¹ wird im Bereich von 54 bis phasenverschoben ist.

216MHz für die in den'USA üblichen zwölf VHF- 65 Der Durchführungskondensator 60 hat die Aufgabe,

Kanäle neutralisiert. . . das Potential B mit dem Neutralisierungskondensator

Die zu beschreibende wirksame Neutralisierung 65 unter der richtigen Phasenverschiebung von 180°

arbeitet zufriedenstellend, und ergibt für jeden der in Beziehung zu bringen. Dies wird dadurch erreicht, ν.

zwölf Xanäle eine volle ,Verstärkung der Triode, die daß der Durchführungskondensator 60, betrachtet¹'

vergleichbar ist mit der Verstärkung eines Kaskoden- 70 vom Punkt C her, gegenüber dem Punkt B praktisch!·

keine Induktivität aufweist, sondern in diesem Sinne eine reine Kapazität ist, während eine etwa vorhandene kleine Induktivität in L₀ liegt. Sollte eine wirksame Induktivität zwischen den Punkten B und C auftreten, so würde die Phasenverschiebung von 180° für die Zwecke der Neutralisierung der Triode 30 gestört werden. Bei den Höchstfrequenzen, bei denen die als Beispiel dienende Ausführungsform arbeitet, stört selbst eine kleine Induktivität bei B-C die Neutralisierung vollständig. In diesem Falle würde das Signal l>ei seiner Ankunft an dem Gitter 25 keine ausreichende Wirkung haben, um das Gitter von der Anode 31 zugeführte Signal zu neutralisieren. Die Triode 30 könnte daher nicht, wie erforderlich, wirksam verstärken.

Die Außenhülse 62 des Durchführungskondensators ist mit Erde über die Kapazität C₁ verbunden. Auf diese Weise ist die Kapazität C₀ am Eingang von L₀ durch das abgebildete π-Glied neutralisiert. Gemäß der Erfindung wird durch ein .τ-Glied am Punkt C die Phasenverschiebung von 180° des erforderlichen Signals mit Sicherheit hervorgerufen. Ferner sollte die Kapazität des Durchführungskondensators C₁ in der Größenordnung der zehnfachen wirksamen Kapazität C₀ liegen. Bei der als Beispiel dienenden Ausführungsform kann der Durchführungskondensator 60, je nach dem Wert von C₀, eine Kapazität C₁ der Größenordnung von 10 bis 50 pF haben. Mit C_n wird im folgenden die wirksame Neutralisierungskapazität des Kondensators 65 bezeichnet und mit C_ga die Kapazität zwischen dem Gitter 25 und der Anode 31. Der Erfinder hat festgestellt, daß die hier erwähnte breitbandige Neutralisierung auftritt, wenn die Beziehung

C_n

35

C_a

erfüllt ist. Wesentlich ist, daß am Punkt B durch die Verbindung mit dem Neutralisierungskondensator 65 keine wirksame Induktivität hinzugefügt wird und daß die Induktivitäten in L₀ des ^-Gliedes konzentriert werden. Ein unterschiedlicher Wert der Kapazität C₁ hat lediglich eine unterschiedliche Amplitude des am Punkt C auftretenden Signals zur Folge. Dies kann, wenn das Signal mit dem am Gitter 25 erforderlichen Rückkopplungssignal verknüpft wird, durch die Größe des Neutralisierungskondensators 65 berücksichtigt werden.

Der Neutralisierungskondensator 65 kann einstellbar sein, damit bei irgendeiner bestimmten Triode 30 innerhalb des Höchstfrequenzbereiches eine vollständige Neutralisierung erzielt werden kann. Bei der als Beispiel dienenden Ausführungsform hatte die C₀ entsprechende Zwischenelektrodenkapazität der Röhre 30 einen Wert von 1 pF und die wirksame Kapazität des Neutralisierungskondensators 65 etwa 1,8 pF. Die Induktivität der Zuführungen des Neutralisierungskondensators 65 zwischen den Punkten C und 26 ist hierbei im Hinblick auf den kleinen Wert der Kapazität des Kondensators 65 nicht sehr wesentlich. Trotzdem ist es erwünscht und wichtig, daß die Gesamtlängen der Zuführungen vom Kondensator 65 zu den Punkten 26 und C so kurz wie möglich sind,

Fig. 3 zeigt ein wirksames τι-Glied C₀, L₀, C₂, L₂. Der Teil zwischen den Punkten A und B und C₀ gleicht denen der Fig. 2. An Stelle eines geerdeten Durchführungskondensators 60 weist jedoch das Glied eine gewöhnliche Leitung zwischen dem Punkt B der Spule 32 und dem Verbindungspunkt C auf, welcher dem Punkt C der Fig. 2 entspricht. Eine solche gewohnliche Leitung hat eine wirksame Induktivität L₂, die die am Punkt C erforderliche Phasenverschiebung um 180° gegenüber dem am Punkt A auftretenden Signal stört. Das π-Glied ist gestört, und^p die durch die obengenannten Mittel nach Fig. 1 normalerweise erzielte Neutralisierung kann nicht auftreten.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Ausführungsform des Durchführungskondensators 60. Der Durchführungsleiter 63 verbindet die beiderseits der Platte 61 liegenden Punkte B und C. Ein dielektrisches Röhrchen 64, z. B. aus keramischem Stoff, umgibt den Leiter 63. Eine leitende Schicht 62, z. B. Silber, umgibt das Dielektrikum 64 oder ist auf dieses aufgalvanisiert. Der Durchführungskondensator 60 ist in einer Öffnung in der Platte 61 angeordnet, die, sofern sie metallisch ist, selbst eine Erdung für die Außenschicht 62 des Durchführungskondensators 60 bildet. Andere bekannte Konstruktionen für den Durchführungskondensator können selbstverständlich ebenfalle verwendet werden.

Fig. 5 zeigt eine Alternative zu dem Durchführungskondensator 60 in Form eines Scheibenkondensators 66. Ein Scheibenkondensator hat ebenfalls eine sehr niedrige oder vernachlässigbare Induktivität für die hier in Betracht kommenden hohen Frequenzen. Die Bodenfläche 67 des Scheibenkondensators 66 ist an der Platte 61', die eine Abschirmung oder ein Chassisteil sein kann, befestigt oder an diese angelötet. Der Scheibenkondensator 66 wird an Stelle des Durchführungskondensators 60 eingeschaltet. Der Anschluß B" ist unmittelbar mit der unteren Seite B der Spule 32 und der Anschluß C" unmittelbar mit der einen Seite des Neutralisierungskondensators 65 verbunden. Der Erfinder hat festgestellt, daß beim Neutralisieren einer Triode mit einem Scheibenkondensator ebenso gute Erfolge erzielt werden wie mit einem Durchführungskondensator.

Der Erfinder hat festgestellt, daß auch bei einer Ausführungsform mit nur einer Gitterzuführung eine wirksame Neutralisierung nach der Erfindung erzielt werden kann, wenn als abgestimmter Hochfrequenzeingangskreis der Stufe 30 an Stelle eines Parallelschwingkreises ein Reihenschwingkreis verwendet wird.

Der Preis einer Triode ist geringer als der einer Kasko'de oder einer Pentode, so daß eine wesentliche Ersparnis erzielt wird, insbesondere wenn man bedenkt, daß für die Triodenschaltung weniger Schaltungsteile erforderlich sind. Die Triode 30 nach Fig. 1 kann die eine Hälfte einer Doppelröhre sein, so daß weitere Ersparnisse eintreten, wenn die zweite Hälfte für einen anderen Teil der Schaltung, z. B. für die Oszillator- oder Mischstufe verwendet wird. Sollte eine Neutralisierung einer zweiten Triode in dem Hochfrequenzverstärker erforderlich sein, so kann die Erfindung auch auf diese unabhängig angewandt werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenzverstärker mit einer Elektronenröhre, insbesondere einer Triode, einer einseitig mit der Anode verbundenen Ausgangsspule und einem Neutralisierungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß ein einen leitfäbigen Hauptteil (62 in Fig. 1 und 4; 67 in Fig. 5) und eine Gegenelektrode mit zwei Anschlüssen (B, C; B", C") aufweisender Kondensator (60, 66) mit vernachlässigbarer Induktivität vorgesehen ist, dessen einer Anschluß (B, B") mit dem anodenfernen, aber HF-Spannung führenden Ende der Ausgangsspule

(32), dessen Hauptteil (62, 67) mit dem Verstärkerchassis (61, 61') verbunden ist, und dessen zweiter Anschluß (C, C"), an welchem Signale auftreten, die um 180° gegenüber den an der Anode (31) auftretenden phasenverschoben sind, mit einem Neutralisierungskondensator (65) verbunden ist, welcher dem Gitter (25) der Triode (30) ein den Verstärker stabilisierendes Gegensignal zuführt.

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspuk (32) eine von mehreren zum Betrieb des Empfängers innerhalb eines bestimmten VHF-Bandes wahlweise in Reihe mit der Anode (31) schaltbaren Ausgangsspulen ist.

3. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator ein Durchführungskondensator (60) ist.

4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchführungskondensator (60)

einen äußeren leitfähigen Hauptteil (62) sowie eine Innenelektrode mit zwei Anschlüssen (B, C) aufweist, die von gegenüberliegenden Seiten des Kondensators hervorstehen.

5. Verstärker nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der leitfähige Hauptteil (62) des Kondensators an dem metallischen Verstärkerchassis (61) befestigt ist und daß sich die Anschlüsse (B, C) an gegenüberliegenden Seiten des Chassis befinden und von diesem gegeneinander abgeschirmt werden.

6. Verstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator knopfartig ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 658 450, 829 908,
732, 869 224;

Britische Patentschrift Nr. 436 419;
USA.-Patentschrift Nr. 2 128 661.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 510/351 5. 58