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Schaltungsanordnung zur Regelung oder Modulation einer Wechselspannung
In Elektronenröhrenverstärkern werden; häufig eine oder mehrere sogenannte Steuerstufen
für bestimmte Zwecke eingebaut, durch. welche die Verstärkung von Hand oder automatisch
gesteuert wird. Diese Steuerstufen können entweder so, konstruiert sein, daß bei
ihrer Steuerung eine sich über den ganzen. Amplitudenbereich des, übertragenen Signals
erstreckende gleichmäßige Veränderung erzielt wird, oder aber so gebaut sein, daß
für einen besonderen Teil des Amplitudenbereichs des übertragenen Signals eine größere
oder kleinere Veränderung der Verstärkung im Vergleich zu derjenigen der übrigen
Teile des Amplitudenbereichs bewirkt wird. Im letzteren 'Fall wird eine Verd,ichtung
oder eine Dehnung des abgegebenen Signals im Vergleich zu dem aufgenommenen Signal
erzielt, so da.ß, man vom Verdichtern und Dehnern spricht.
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Eine Verstärkersteuerung, wie sie bisher durch Zuführen einer Spannung
an ein Steuergitter oder ein Stromverteilungsgitter durchgeführt wurde, ist mit
sehr großen Nachteilen verbunden, da die Steuerung der zu erzielenden Signalamplitude
mit einer entsprechenden Veränderung des Anodengleichstroms der ,gesteuerten Röhre,
verbunden ist. Hierdurch tritt stets eine gewisse Unbeständigkeit
ein,
und wenn die Steuerung schnellen Veränderungen unterworfen wird, was besonders bei
der Verwendung von Verdichtern und Dehnern für akustischer Impulse der Fall ist,
so entstehen durch .den Anodenkreis der Steuerröhre Spannungsimpulse, die weitergegeben
und in den folgenden, Verstärkerstufen vergrößert werden und schließlich zu erheblicher
Geräuschbildung bei der Signalwiedergabe führen können.
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Zur Ausscheidung dieser Geräusche sind u. a. Steuerstufen in Gegentaktschaltung
verwendet worden. Bei dieser Schaltungsart sollten die während der Steuerung entstehenden
Veränderungen des Anodenstroms sich theoretisch gegenseitig neutralisieren; in der
Praxis stellte sich aber heraus, daß nur ein unvollständiger Ausgleich erzielt wird,
da die beiden Röhren im Stromkreis gewöhnlich nicht ganz gleiche Charakteristiken
haben. Zur Erzielung eines guten Ausgleichs muß. bei der Herstellung darauf geachtet
werden, da.ß für die Steuerstufen Röhren mit möglichst gleichartiger Charakteristik
ausgewählt -werden. Ferner ist es bei der Gegentaktsteuerung erforderlich, daß@
die Steuerstufe, mit dem anderem Verstärkerstufen durch Transformatoren gekoppelt
ist, was erheblich kostspieliger ist, als wenn Widerstandskopplungen verwendet werde:
könnten.
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Die Erfindung umfaßt eine Schaltungsanordnung für Steuerstufen in
Verstärkern, durch die ein vollständigerer Ausgleich von Veränderungen des die Steuerung
begleitenden gleichmäßigen Anodenstroms durch einfachere und billigere Mittel als
die bisher verwendeten erzielt wird.
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Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung für Steuerungs- und Modulationsstufen
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe zumindest zwei Röhren: (Röhrensysteme)
enthält: Eine Hauptröhre, die aus einer Mehrgitterröhre besteht, mit einem äußeren:
Steuergitter oder einem entsprechenden Gitter, das als Stromverteilungsgitter wirkt,
auf das eine Signalspannung oder Trägerspannung gelegt wird, und eine Hilfsröhre,
vorzugsweise eine Pentode, die mit der Hauptröhre eine vollständig oder teilweise
gemeinsame Kathodenimpedanz hat' und den Anodenkreis der Hauptröhre mit Strom versorgt,
wobei zusätzlich in einer Röhre ein den Emissionsstrom dieser Röhre steuerndes Steuergitter
angeordnet ist, das für die Zuführung einer Steuerspannung oder einer Modulatorspannungeingerichtet
ist, und in der anderen Röhre das entsprechende Gitter in solcher Weise geschaltet
ist, da.ß der Emissionsstrom der letztgenannten Röhre abnimmt, wenn der Emissionsstrom
der erstgenannten Röhre zunimmt, und umgekehrt.
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Bei einer Ausführungsart,der Erfindung sind -die Hauptröhre und die
Hilfsröhre parallel geschaltet in bezug auf ihre Anoden und Kathoden, und das Emissionssteuergitter,
dein keine Steuerungs- oder Modulationsspa.nnung zugeführt wird, ist mit einer Stelle
der gemeinsamen Kathodenimpedanz verbunden. Ferner ist es zweckdienlich, da.ß das
Emissionsstromsteuergitter, dem eine Steuerungs-oder Modulatiomsspannung zugeführt
wird, als. Gitter mit veränderlichem Verstärkungsfaktor ausgebildet ist, während
die Röhre, an deren Emissionsstromsteuergitter die genannten Spannungen nicht gelegt
sind, eine große, und im wesentlichen konstante Steilheit in bezug auf das genannte
Gitter hat.
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In der Zeichnung ist eine Steuerstufe- nach der Erfindung gezeigt,
die unten noch näher beschrieben wird.
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Die Steuerstufe besitzt eine Steuer- oder Hauptröhre i und eine Hilfsröhre
2. - In der Figur besteht die Hauptröhre.a.us einer Heptode, der solche Betriebsspannungen
zugeführt werden, daß ihr äußeres Steuergitter 3 als. Stromverteilungsgitter, und
ihr inneres Steuergitter 4 zusätzlich als Gitter mit veränderlichem Verstärkungsfaktor
ausgebildet ist, so, daß die Röhre eine stark veränderliche Steilheit in bezug auf
ihr inneres Steuergitter hat. Statt einer Heptode kann natürlich irgendeine andere
Röhre als Hauptröhre bei einer Steuerstufe nach der Erfindung -verwendet werden,
vorausgesetzt, daß sie erstens ein äußeres Steuergitter oder ein anderes entsprechend
angeordnetes Gitter besitzt, das. als Stromverteilungsgitter wirken kann, und zweitens
ein innerhalb einer Stromverteilungszonebefindliches Gitter, das geeignet.ist, als
Steuergitter zu dienen. Die Hepto,de i kann, daher z. B. .durch eine Pentode oder
Hexode ersetzt werden..
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Als Hilfsröhre verwendet man vorzugsweise eine Röhre mit großer und
im wesentlichen. gleichförmigen Steilheit, z. B. eine gewöhnliche Pentoide. Die
Anoden und Kathoden der Hilfsröhre 2 sind direkt mit den entsprechenden Elektroden
der Hauptröhre i verbunden, so daß die Hilfsröhre- 2 und die Hauptröhre i in bezug
auf ihre Anoden und Kathoden parallel geschaltet sind. Das Steuergitter 5 der Hilfsröhre
2 ist direkt geerdet oder mit einer Stelle am Kathodenwiderstand der Hauptröhre
i verbunden, so daß der Spannungsabfall über den ganzen Widerstand oder einen Teil
desselben die Spannungszufuhr für die Hilfsröhre 2 darstellt. Statt der direkten
Verbindung zwischen den gezeigten Kathoden kann die Kathode der Hilfsröhre 2 natürlich
auch mit einer Anzapfung des Kathodenwiderstandes 6 verbunden sein.
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Die Betriebsspannungen werden den zwei Röhren i und a über die mit
Plus bezeichnete Leitung von einer in der Zeichnung- nicht gezeigten Gleichstromquelle
zugeführt. Vom, dieser Leitung erhalten die Anoden der beiden Röhren i und 2 die
Spannung über einen gemeinsamen Ausgangswiderstand 7, während das Schirmgitter 8
der Hauptröhre i seine Spannung über einen Widerstand 9 und das Schirmgitter io
der Hilfsröhre 2 seine Spannung über einen. Widerstand i i und ein Potentiometer
12 erhält. Die beiden: Schirmgitter sind zusätzlich geerdet, und: zwar das der Hauptröhre.
i über einen Widerstand 13, und. das der Hilfsröhre 2 über ein Potentiometer 12
und einen Widerstand 14, Die durch die Steuerstufe zu verstärkende Signalspannung
wird zwischen dem äußeren Steuergitter 3 und der Kathode der Hauptröhre i über die
Anschluß'klemme
15 zugeführt. Infolge der stromverteilenden Wirkung des äußern Steuergitters 3 wird
dann in bekannter Weise ein Anodenstrom erhalten, der sich entsprechend .der Signalspannung
verändert. Ferner wird zwischen dem inneren Steuergitter q. und der Kathode der
Hauptröhre i eine Steuerspannung über die Klemme 16 zugeführt, welche die Stärke
des der Stromverteilun:gszone zufließenden Emissionsstroms bestimmt und in Abwesenheit
eines Signals am äußeren Steuergitter 3 auch noch die Stärke des, die Anode, erreichenden
Teils des Emissionsstroms. Eine Verstärkung der Steuerspannung bewirkt daher eine
Verstärkung des Anodengleichstroms und folglich. auch eine Zunahme der Steilheit
der Röhre für die. Signalspannung. Das Potential an der Kathode der Röhre, das sich
dein Veränderungen des Emissionsstroms anpaßt, ist maßgebend für den Anodengle.ichstrom,
da wegen der Stromvertezlungssteuerung kein nennenswerter Strom mit Signalfrequenz
durch den Kathodenwiderstand 6 fließt. Mit der gezeigtem Schaltung liefert die Hilfsröhre
2, wie leicht erkennbar, dem mit der Hauptröhre i gemeinsamem Anodenkreis zusätzlichen
Strom, der zunimmt, wenn durch die Steuerwirkung der Anodenstrom der Hauptröhre,
i abnimmt, und umgekehrt, so daß durch die Steuerwirkung ein Ausgleich der Anodemstromveränderung
erzielt wird. Das in der Stufe verstärkte Signal wird dann über die A.usla.ßklemmen
17 weitexgeleitet.
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Damit das genannte Zunehmen und Abnehmen des Anodenstroms der betreffenden
Röhre sich gegenseitig möglichst weitgehend neutralisiert, ist natürlich eine gewisse
Abstimmung der Betriebsbedingungen der Röhren erforderlich. Gemäß der Erfindung
geschieht dies durch die Einstellung eines passenden Schirmgitterpotentials für
die Röhren. Zu diesem Zweck sollte vorzugsweise ein dem Potentiometer 12 in der
Schirmgitterzuleitung der Hilfsröhre 2 entsprechendes Potentiometer im der Schirmgitterzuleitung
der Hauptröhre i angeordnet werden. Bei der günstigsten. Einstellung erreicht man
eine praktisch vollständige Kompensation innerhalb eines nicht zu großen Steuerbereiches.
Die Tatsache der Erzielung einer so, vollständigen Kompensation, daß kein, unkompensierter
Steuerungsspielraum verbleibt, erklärt sich daraus, daß der Anodengleichstrom, dessen
Veränderungen kompensiert werden sollen, nur einen Teil des von der Hilfsröhre gelieferten
Em:is.sion.sstroms darstellt. Man braucht daher das Schirmgitterpotential nur so
einzustellen, daß genau so viel Emissionsstrom von: der betreffenden Röhre durch
den Schirmgitterleiter abfließt, däß der gesamte Strom im Anodenkreis konstant wird.
Wenn es sich aber um größere Steuerbereiche, handelt, so wird im allgemeinen keine
volle Kompensation innerhalb des ganzen Steuerungsbereiches erzielt. Gemäß einer
weiteren Entwicklung der Erfindung kann aber volle Kompensation: erzielt werden
durch passende Verwendung sogenannter gleitender Schirmgitterspannungen. Bei der
in der Zeichnung gezeigten Ausführungsart werden die gleitenden Schirmgitterspannungen
durch in die Schirmgitterzuleitungen, geschalteten Vorscha,ltwiderstände 9 und i
i erzeugt.
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Wie aus Obenstehendem hervorgeht, besitzt eine Steuerstufe nach der
Erfindung verschiedene Vorzüge gegenüber den bisher bekannten Anlagen dieser Art.
Es entfallen die mit der Verwendung von: Kopplungen bei der Gegentaktschaltung verbundenen
Erfordernisse für die. Gleichheit in bezug auf die einzelnen Bauteile usw. der dabei
verwendeten Röhren und der Transformatorkopplungen zu den anderen Teilen des Verstärkers.
Die neue Schaltungsanordnun g zeigt neben der verbilligten Fabrikation auch noch
weit bessereKompensationseigenschaften. Kleinere Veränderungen der Merkmale der
Röhren, wie z. B. der Charakteristiken, verursachen, nicht, wie bei den bisher bekannten
Schaltungen, entsprechende Ausgleichmängel, sondern derartige Mängel werden automatisch
kompensiert durch die gleitende Schirmgitterspannung. Veränderungen des Anodenwiderstandes
der Hilfsröhre tragen zur Verbesserung der Kompensation bei. Ein weiterer Faktor,
der von praktischer Bedeutung sein kann durch die damit verbundene Vereinfachung
der Kopplung, besteht darin, daß die Kathoden bzw. Anoden der Hauptröhre und der
Hilfsröhre direkt miteinander verbunden, sind, infolgedessen besteht die Möglichkeit,
die, beiden Röhren durch eine besondere Kombinationsröhre zu ersetzen, welche die
erforderlichen Merkmale und eine kleinere Zahl vom Außenanschlüssen hat.
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Obgleich die, Schaltungsanordnung nach der Erfindung bisher nur für
ein. Verwendungsgebiet beschrieben wurde, nämlich als Steuerstufe in einem Verstärker,
so, bestehen doch noch viele andere wichtige Verwendungsmöglichkeiten. Sie kann
z. B. ohne weiteres als Moidulator verwendet werden. In diesem Falle wird die, Moldulationsspannu:ng,
wie z. B. eine Niederfrequenzsignalspannung, dem Steuergitter q. zugeführt statt
der Steuerspannung, und zum äußeren Gitter 3 ,die Trägerspannung statt der Signalspannung.
Die Schaltung arbeitet dann als ein Ausgleichsmo,dulator, in dem infolge der Wirkung
der Hilfsröhre nur die, Mo,-dulation.spro,dukte der Summen- und Differen7frequenzen
bei konstanter Anodengleichstromstärke erscheinen Die Erfindung ist natürlich nicht
auf die gezeigten. Ausführungsarten beschränkt, und wesentliche Modifikationen können
immer noch als im Rahmen. der Erfindungsidee liegend angesehen werden. Zum Beispiel
können die Verbindungen der die Stromemission steuernden Röhrengitter vertauscht
werden, so daß das Steuergitter der Hilfsröhre mit Steuerspannung versorgt wird
und das innere Steuergitter der Hauptröhre, z..B. mit einer Stelle an der Kathodenimpedanz
verbunden wird. Eine in dieser Weise veränderte Schaltung ist der oben beschriebenen
vollständig gleichwertig. Ferner ist es nicht notwendig, .daß die Ausgamgselektrolden
der beiden Röhren direkt miteinander verbunden sind, denn dieselbe Wirkung kann,
im wesentlichen erzielt werden, wenn. derAnodenstrom
der Hilfsröhre
nur durch einen Teil der Anolden-Impedanz .der Hauptröhre fließt.