DE596006C - Roehrenverstaerker mit Rueckkopplung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
25. APRIL 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

Vi 596006 KLASSE 21 a² GRUPPE 18 os

Patentiert im Deutschen Reiche vom 16. Januar 1931 ab

ist in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf Röhrenverstärker mit Rückkopplung und bezweckt, für sämtliche Frequenzen die in dem Ausgangskreis auftretenden Spannungsschwankungen den Spannungsamplituden der ankommenden Schwingungen proportional zu machen. Bei den bekannten Schaltungen treten bei sämtlichen Verstärkerstufen, in denen ändere als lediglich Ohmsche Widerstände in den Ausgangskreisen benutzt werden, verschiedene Verstärkungen für die verschiedenen Frequenzen auf.

Es sind Verstärkerschaltungen bekannt, bei denen sämtliche Kopplungselemente aus nichtinduktiven Widerständen bestehen. Ferner ist es bekannt, in Verstärkeranlagen zur Verhinderung der Neigung zum Pfeifen eine negative Rückkopplung zu verwenden. Es ist .auch schon vorgeschlagen worden, die Verstärkung durch Verwendung einer positiven Rückkopplung zu erhöhen. Der Erfindungsgegenstand unterscheidet sich von dem Bekannten dadurch, daß zur Erreichung einer frequenzunabhängigen Verstärkung in einem Verstärker mit frequenzabhängigen Impedanzen ein ganz bestimmter Wert der positiven Rückkopplung gewählt wird.

Bei dem Verstärker gemäß der Erfindung ist ein als Rückkopplung dienender Ohmscher Widerstand mit der Ausgangsimpedanz in Reihe geschaltet. Dabei sind von diesem Ohmschen Widerstand Punkte mit dem Eingangskreis gekoppelt, die so gewählt sind,

daß in dem Eingangskreis eine dem Wert

S

entsprechende Spannung gleichsinnig mit der Eingangsspannung rückgekoppelt wird. Zweckmäßig wird dem Rückkopplungswiderstand die Größe D · Rj gegeben, so daß an ihm eine dem genannten Wert -^- entsprechende Spannung entsteht, welche mit Hilfe einer die Phase umkehrenden Übertragungsvorrichtung in dem Eingangskreis rückgekoppelt wird.

*J Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Balthasar van der Pol, Klaas Posihmnus und Bernardus Dominicus Hubertus Tellegen

in Eindhoven, Holland.

Wenn man einen Verstärkerkreis mit Rückkopplung betrachtet, in dem R_t = der innere Widerstand der Röhre, R_u = der äußere Widerstand, 5¹ = die Steilheit,

g — der Verstärkungsgrad, v_a = die Anodenwechselspannung, i_a = der Anodenwechselstrom, v_gs = die durch Signale erregte Gitterspannung und

v_gx = die durch Rückkopplung verursachte

Gitterspannung,
so ist

JL₊J R_u Ri

Wenn man S · v„_r = ι

R_u

wählt, so ist

Ri

= S—v_ss, also v_a proportional mit v_gs.

Die Größe von v_gx ist hierbei dem Wert -^-, also dem Anodenstrom proportional.

Bei dieser Betrachtung hat man nur der in dem äußeren Kreis auftretenden Impedanz und nicht der Anoden-Kathoden-Kapazität Rechnung getragen. ^ Diese Kapazität kann aber namentlich bei höheren Frequenzen eine sehr ungünstige Wirkung hervorrufen. Die Erfindung gibt aber ferner ebenfalls ein Mittel an die Hand, um auch die durch diese Kapazität verursachte Ungleichmäßigkeit der Verstärkung zu vermeiden. Es ist nicht möglich, unmittelbar einen Teil dieser Kapazität für Rückkopplungszwecke zu benutzen. Daher wird dieser inneren Röhrenkapazität in dem Ausgangskreis eine Kapazität parallel geschaltet und neben der vorgenannten Rückkopplung ein Teil dieser Kapazität mit dem Eingangskreis gekoppelt. Die

4.0 durch diese beiden Kapazitäten fließenden Ströme haben die gleiche Phase. Durch Kopplung des Eingangskreises mit einem Teil der in den Ausgangskreis eingeschalteten Kapazität läßt sich die Wirkung erzielen, als ob unmittelbar mit der Anoden-Kathoden-Kapazität gekoppelt wäre. Da die Gesamt-

,,. kapazität größer als die in den Ausgangskreis eingeschaltete Kapazität ist, wird ein größerer Teil dieser letztgenannten Kapazität als der zurückzukoppelnde Teil der übrigen Impedanz des Ausgangskreises mit dem Eingangskreis gekoppelt werden müssen.

In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dar- gestellt.

In Fig. ι ist eine Schaltung einer Verstärkerstufe dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform einer Schaltung, in welcher der Anoden-Kathoden-Kapazität Rechnung getragen ist.

In Fig. ι ist in den Ausgangskreis der Verstärkerröhre ι in Reihe mit einer Kopplungsimpedanz 9 (z. B. einem Transformator) ein Ohmscher Widerstand 10 geschaltet. Die zwischen den Punkten 11 und 12 dieses Widerstands erregten Spannungen sind den in dem Transformator 9 fließenden Strömen proportional. Diese Spannungen werden über einen Transformator 13 mit einem Übersetzungsverhältnis ι : ι nach dem Gitter der Röhre 1 zurückgeführt. Dabei soll dafür Sorge getragen werden, daß die Impedanz des Transformators 13 groß gegenüber dem Ohmschen Widerstand 10 ist, so daß die Spannung zwischen den Punkten π und 12 praktisch nur von diesem Ohmschen Widerstand abhängig ist oder mit anderen Worten in linearem Verhältnis zu i_a steht. Durch den Transformator 13 wird die Polarität der Spannung umgekehrt, und durch Veränderung der Abzweigung 11 an dem Widerstand 10 kann die Größe der zurückgekoppelten Spannung eingestellt werden. Ferner ist es auch möglich, die Größe des in Reihe mit der Ausgangsimpedanz angeordneten Widerstandes 10 unmittelbar veränderlich zu machen.

In Fig. 2 ist in den Ausgangskreis der Röhre 1 eine Impedanz 2 eingeschaltet, die zur Kopplung mit der folgenden Röhre dient. In Reihe mit dieser Impedanz ist ein Ohmscher Widerstand geschaltet, von dem ein Teil R₂ mit dem Eingangskreis gekoppelt ist. Der mit C bezeichneten inneren Kapazität der Röhre ist eine Reihenschaltung von den Ohmschen Widerständen R₁ und R₂ und Kapazitat C₁₁ parallel geschaltet. Die Widerstände R₁ und R₂ können regelbar sein. Infolge der Anodenwechselströme entstehen an diesen Ohmschen Widerständen Spannungsschwankungen, die über einen Transformator 3 dem Gitter der Röhre 1 in entgegengesetzter Phase zurückgeführt werden. Statt dieses Transformators 3 läßt sich jede geeignete Übertragungseinrichtung, z. B. eine Dreielektrodenröhre mit einem Verstärkungsgrad 1, benutzen.

Aus der nachstehenden Berechnung folgt, wie hoch die Werte von R₁ und R₂ gewählt werden müssen, um eine gleichmäßige Verstärkung zu erzielen.

Wenn in der dargestellten Schaltung die äußere Impedanz einschließlich der Anoden-Kathoden-Kapazität mit Z„, der für die Kopplung mit der folgenden Röhre dienende Teil der Ausgangsimpedanz mit R_n bezeichnet wird, so ist

Vei (— + -J-) = 5 [Vgs + V_gx) . (i)

Der Wert Z_u setzt sich aus der Impedanz R_tt, die z. B. induktiv sein kann, aus den Kapazitäten C₁₁ und C und aus den Wider-

ständen von R₁ und R₂ zusammen, die in bezug auf die Werte von R_n, C_n und C vernachlässigbar sind.

Der Wert v_gx entspricht der Summe der von R₁₁ und C_n bzw. in R₂ und R₁ +- R₂ erregten Spannungen, wobei vorausgesetzt ist,

in der die Glieder v_a · ~ und 5" · v_gs von der

Frequenz unabhängig und sämtliche andere Glieder von der Frequenz abhängig sind.

Wird daher v_a · -H₇ = 6¹ · v_ss gesetzt, so folgt daraus die Bedingung

"ö Γ Ι '^ω (ί* + ^u)

^L Γ ^J xl

— S- IVa-J-OU-C₁₁(R₁ +R₂)+Va- — · R₂ \. L Ru \

Dieser Bedingung wird entsprochen, wenn — = S- — -R

S-R =i
und

Va -T-CO (C + C)= S,- Va 'j -W-C₁₁ [R₁ + R₂)

Da S-R₂=I, so folgt daraus, daß

■^2 C_B

Eine gleichmäßige Verstärkung über den ganzen Frequenzbereich läßt sich somit durch eine solche Wahl der Werte von R₁ und R₂ erzielen, daß R₁IR₂ = C : C_n und S'R₂=I. Vorzugsweise wird C_n in der Größe von C gewählt.

oder

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Röhrenverstärker mit Rückkopplung zur Erhöhung des Verstärkungsgrades, bei dem die Eingangs- und Ausgangskreise einer Verstärkerröhre frequenzdaß der Widerstand der Primärwicklung des Transformators 3 so groß ist, daß die durch diese Wicklung fließenden Ströme vernachlässigbar sind.

   Für die Gleichung (1) kann dann geschrieben werden

   (2)

   abhängige Impedanzen enthalten und in Reihe mit der Ausgangsimpedanz ein zur Rückkopplung dienender Ohmscher Widerstand geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß von diesem Ohmschen Widerstand derart gewählte Punkte mit dem Eingangskreis gekoppelt sind, daß in

   den Eingangskreis eine dem Wert -—■ 'entsprechende Spannung gleichsinnig mit der Eingangsspannung rückgekoppelt wird (S = Steilheit und i_a = Anodenwechselstrom) .
2. 2. Röhrenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungswiderstand die Größe D · R₁ be-

   sitzt, so daß an ihm eine dem Wert -2-

   entsprechende Spannung entsteht, welche mit Hilfe einer die Phase der Spannung umkehrenden Übertragungsvorrichtung in den Eingangskreis rückgekoppelt wird (S = Steilheit, D = Durchgriff, R_t =innerer Röhrenwiderstand, i_o=Anodenwechselstrom).
3. 3. Röhrenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangskreis parallel zur Anoden-Kathoden-Kapazität (C) der Verstärkerröhre eine Kapazität (C_u) in Reihe mit einem Widerstand (R₁ + R₂) geschaltet ist und daß dieser Widerstand in gleicher Weise wie der in Reihe mit der Ausgangsimpedanz geschaltete Widerstand (R₂) ganz oder teilweise mit dem Eingangskreis gekoppelt ist (Abb. 2).
4. 4. Röhrenverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß R₁ : R₂ = C : C_u und S · R₂ = 1 ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen