DE574372C - Kaskadenschaltung fuer Elektronenroehren - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
12. APRIL 1933

. REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE 29 οι

Sidney Young White in New York Kaskadenschaltung für Elektronenröhren

Patentiert im Deutschen Reiche vom 13. Mai 1930 ab

ist in Anspruch, genommen.

Es ist bekannt, daß eine Röhre, in deren Anodenkreis ein hoher Ohmscher Widerstand vorgesehen ist, bei der gleichen Gittervorspannung als Verstärker für Niederfrequenz und infolge der durch die Leitungskapazitäten bedingten Verlagerung der dynamischen Arbeitslinie für Hochfrequenz als Gleichrichter wirken kann. Da im Ausgangskreis eines Demodulators aber stets noch hochfrequente Ströme vorhanden sind, wird bei widerstandsgekoppelten Verstärkerkaskaden auch die zweite anodenseitig durch einen hohen Ohmschen Widerstand belastete Röhre für diese hochfrequenten Ströme als Demodulator wirken, während die gleiche Röhre für die von der ersten Röhre abgegebenen niederfrequenten Ströme als Verstärker wirkt.

Diese Erscheinung (verteilte Demodulation) tritt also sowohl bei den widerstandskapazitäts-gekoppelten Verstärkern als auch bei solchen auf, bei denen zur Kopplung lediglich Ohmsche Widerstände verwendet sind. Die letztgenannten Verstärker haben dabei den Vorteil, daß sie infolge Fortfalls der Kopplungskapazität eine geringere Frequenzabhängigkeit aufweisen. Dagegen haben sie den Nachteil, daß die Gittervorspannungen sämtlicher Röhren in Abhängigkeit von der Amplitude der einfallenden Hochfrequenz schwanken, ein Umstand, der -die maximal mögliche Aussteuerung der Röhren herabsetzt.

Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieses Übelstandes; Erreicht wird dieses Ziel dadurch, daß die Gittervorspannung am ersten Rohr beeinflußt wird vom Anodenstrom des Endrohres. Tritt also eine Übersteuerung der· Kaskade infolge einer hohen Trägerfrequenz ein, so ändert sich dadurch der Anodenstrom der letzten Röhre. Der Anodenstrom der letzten Röhre wird nun auf dem Gitterkreis der ersten Röhre derart zur Einwirkung gebracht, daß er die Gittervorspannung des ersten Rohres ändert, so daß der Anodenstrom der letzten Röhre wieder in seine normale Arbeitslage zurückkehrt. Diese Regulierwirkung wird dann von sehr großer Bedeutung, wenn die Größe der einfallenden Trägerwelle derart ist, daß bei Fehlen der Reguliereinrichtung der Anodenstrom einfach in einen maximalen oder minimalen Endwert kippen würde. Die ganze Einrichtung wäre dann verblockt.

Das erfindungsgemäße Prinzip, den Anodenstrom der Endröhre auf den Eingangskreis der ersten Röhre zur Einwirkung zu bringen, beseitigt gleichzeitig einen zweiten übelstand, der bei direkt gekuppelten Kaskaden, namentlich bei Verwendung größerer Stufenzahl, 6u

auftritt. Es ist dies eine Instabilität, die sich dadurch äußert, daß Gleichstromkaskaden bei kleinen Sprungspannungen, die im Eingangskreis des Verstärkers einfallen (Knackgeräusche usw.) infolge ihres hohen Verstärkungsgrades zum Kippen neigen. Die Sprungspannung hat im ersten Rohr eine Änderung des Anodenstromes zur Folge; damit geht Hand in Hand eine Änderung des ίο Anodenstromes der zweiten und etwa folgenden Röhren mit der Wirkung, daß der Anodenstrom der letzten Röhre in einen maximalen oder minimalen Endwert kippt und aus dieser gekippten Lage nicht zurückkehrt, d. h. die x5 Kaskade verblockt wird.

Das angegebene Mittel, das diesen Übelstand ebenfalls beseitigt, ermöglicht erst den Aufbau von Gleichstromverstärkern für reine Niederfrequenzzwecke in solchen Fällen, wo große Verstärkungsgrade gefordert werden, wo also vielstufige Kaskaden nötig sind (Photostromverstärker).

Tn Abb. ι ist eine beispielsweise Ausführungsform einer derartig abgeänderten Kaskade darstellt. Es handelt sich in der Abbildung um eine Dreirohrkaskade. Hierbei sind VT₁ und VT₂ Vorröhren; VT₃ stellt eine Endröhre mit ziemlich hohem Anodenstrom dar. Der Lautsprecher ist gemäß einer bekannten Schutzschaltung angeschlossen. Der elektrische Kreis für die Sprechwechselströme schließt sich demnach von der Anode von VT₃ über LS und C₃ zur Kathode der Endröhre zurück in sich selbst. Nur der Gleichstrom der Endröhre kann also über CH, B₃ und R_c zu der Kathode der Endröhre zurückfließen. Fällt beispielsweise eine starke Trägerwelle im Gitterkreis von VT₁ ein (in der Abbildung dargestellt durch irgendeinen Schwingkreis I), so wird der Anodenstrom von VT₁ größer werden; der von VT« wird kleiner und daher der von VT₃ wiederum größer. Dieser vergrößerte Anodengleichstrom der Endröhre durchfließt, von der Kathode ausgehend, R_c und kehrt über B₃ und CH zur Anode von VT₃ zurück. Hierbei erzeugt er an R_c einen zusätzlichen Spannungsabfall. Dieser zusätzliche Spannungsabfall bewirkt, infolge Steuerung des Gitters von VT₁, daß der Anodenstrom dieser Röhre um einen gewissen Betrag absinkt. Entsprechend und in natürlich verstärktem Maße steigt der Anodenstrom von VT₂ und fällt der Anodenstrom von VT₃. Diese Regulatorwirkung infolge des Wider-Standes R_c läßt sich durch Veränderung seiner Größe in ganz bestimmtem Maße regulieren. Jedenfalls ist klar, daß es auf diese Weise gelingen muß, den Arbeitspunkt der Endröhre so zu halten, daß er stets in Benachbarung einer Mittellage liegt. Es wird jedenfalls vermieden, daß das System bei starken einfallenden Trägerwellen zur Instabilität neigt, d. h. der Arbeitspunkt auf der Charakteristik · der Endröhre in einen maximalen oder minimalen Wert springt und damit eine normale Verstärkerarbeitsweise der Endröhre verhindert würde (Gleichrichterwirkung).

Man kann nun die Wirkungsweise eines derartigen Steuerungselements, wie z. B. R_c der Abb. 1, verbessern, wenn man statt eines Ohmschen Widerstandes eine Steuerröhre einführt. Ein Ohmscher Widerstand wird nicht in der Lage sein, bei' verhältnismäßig geringen Änderungen des Anodenstromes der Endröhre infolge verschieden großer Einfallamplituden durch Erzeugung eines entsprechenden Spannungsabfalls die Gitterspannung von VT₁ beispielsweise von 1 auf 10 Volt zu bringen. Es müßte vielmehr ein Element vorgesehen werden, das z. B. bei io°/₀iger Änderung des Anodenstromes der Endröhre eine So°/_Oige Änderung der Gittervorspannung an VT₁ bewirkt. In Abb. 2 ist erfindungsgemäß zu diesem Zweck eine neue Röhre VT₄₁ eingeführt. Die Einführung einer derartigen Röhre ist an sich bekannt, jedoch hat diese Röhre den einzigen Zweck,, das System stabil zu halten, also vor allem zu vermeiden, daß bei starken Steuerspannungen am Gitter der ersten Röhre der Anodenstrom der letzten go Röhre in einen maximalen oder minimalen Endwert kippt. Nicht erkannt worden ist indessen bislang die Notwendigkeit einer automatischen Gittervorspannungssteuerung zum Zwecke, die Demodulationswirkung auf ihren größten Wert zu bringen.

Der Heizfaden einer derartigen Röhre wird vom Anodenstrom der Endröhre gespeist, und zwar wird bei ruhendem System, also bei normalem Anodenstrom der Endröhre, durch geeignete Reguliermöglichkeit der Heizung von VT_t der durch den Heizfaden fließende Strom so eingestellt, daß die Emission des Fadens gerade einzusetzenbeginnt. Eswirddies erreicht durch zwei Widerstände R₄ bzw. R/, die durch den Schalter Sw₄ wahlweise eingeschaltet werden können, und zwar bewirkt die Einschaltung von R₁ (Sw₄ nach links) eine Shuntung des Fadens in bezug auf den Anodenstrom der Endröhre. Liegt der Schalter rechts, so kann durch Verschiebung des Kontaktes 2 auf R₄ nach der Plusseite von A₁ zu dem Anodenstrom der Endröhre ein zusätzlicher Strom durch den Heizfaden von VT₄ fließen. Wird 2 nach der negativen Seite von A₁ zu bewegt, so überwiegt seine Shuntivirkung, d. h. der durch VT₄ fließende Strom wird kleiner als der Anodenstrom von VT₃. Man hat es also in der Hand, durch diese Anordnung den Anodenstrom der Endröhre ganz oder zum Teil oder auch um gewisse Beträge vergrößert durch den Heizfaden von

VTi hindurchgehen zu lassen, so daß die Emission in VT± gerade einzusetzen beginnt. Die Schaltung ist vervollständigt durch eine Batterie GB_x und einen Widerstand R. Fällt S nun eine starke Trägerwelle in VT₁ ein, so vergrößert sich der Anodenstrom von FT₃. Der Heizfaden von FT₄ erhält also einen etwas größeren Strom. Entsprechend der Emissionscharakteristik derartiger Röhren ίο wird dann die Emission des Fadens in potenziertem Maße heraufgesetzt. Während vorher der Widerstand R nur von einem sehr geringen Emissionsstrom von FT₄ durchflossen und dementsprechend beispielsweise eine Gittervorspannung von 1 Volt an VT₁ erzeugt wurde, steigt nunmehr durch den rapiden . Anstieg des Emissionsstromes an FT₄ der Spannungsabfall an R, also auch die Gittervorspannung an Fr₁, auf beispielsweise 8 Volt. Dabei ist aber die Wärmeträgheit des Fadens groß genug, um auf Wechselspanrfungsänderungen der Endröhre FT₃ (Sprechströme) nicht anzusprechen. Die Regulatorröhre tritt also nur in Funktion bei länger dauernden Zustandsänderungen im System und nicht bei normaler Wirkungsweise als Niederfrequenzverstärker.

Die vorbeschriebene Röhre FT₄ stellt ein besonderes Element dar, das an sich nicht als Verstärkerelement arbeitet, sondern nur Regulatoraufgaben zu erfüllen hat. Um diesen kostspieligen Bauteil auch noch nutzbringend für weitere Zwecke verwenden zu können, sei eine beispielsweise Schaltung in Abb. 3 angegeben. Hier dient die Röhre Fr₄ als Lautstärkeregler und erfüllt gleichzeitig ihren Zweck als Regulator für die Gittervorspannung. Das Gitter der Röhre ist mit dem Gitter von FT₁ verbunden. Trifft in FT₁ eine starke Hochfrequenzwelle ein, so steigt der Heizstrom in FT₄, die Emission setzt ein und erzeugt längs R eine größere Vorspannung für VT₁. Dasselbe geschieht aber auch für das Rohr FT₄. FT₄ wird also nunmehr ebenfalls gesteuert mit dem Effekt, daß der Anodenstrom von FT₄ gewisse Werte nicht überschreiten, deshalb auch die Vorspannung in FT₁ nicht beliebige Werte annehmen kann. Die Gleichrichtereigenschaft des Systems geht also nur bis zu einem gewissen einstellbaren Punkt. "Weiterhin wird durch das Einsetzen der Heizung in FT₄ und das Wirksamwerden des Gitters an FT₄ die Impedanz zwischen Heizfaden und Gitter erniedrigt. Ein vorgeschalteter Schwingungskreis I erfährt daher eine zusätzliche Dämpfung. Auf diese Weise wird also eine automatische Lautstärkeregelung erreicht.

Eine weitere Möglichkeit, die Regulatorröhre auch anderweitig nutzbringend zu verwenden, besteht darin, sie an der Verstärkung teilhaben zu lassen, wie dies in Abb. 4 dargestellt ist. Die Kaskade erscheint durch das Rohr VTi auf die Zahl 4 erweitert. Der Anodenstrom der Endröhre VT₃ beheizt den Faden, wie vorerwähnt, der Röhre VT₄, welche durch GB₁ bzw. Potentiometer R negativ vorgespannt wird. Eine einfallende Trä- gerwelle verursacht Anstieg des Anodenstromes in FT₄, Abfall des Anodenstromes von VT₁, Anstieg in VT₂, Abfall in VT₃, Der abfallende Anodenstrom in VT₉ bewirkt, daß der Anodenstrom in VT₁ zurückgeht und ihre Verstärkereigenschaft vermindert wird. Man hat es also in der Hand, durch geeignete Wahl des Einsetzmomentes der Emission von FT₄ den Arbeitspunkt der Röhre FT₃ in beliebigen Grenzen zu halten. Wie die Schaltung der Abb. 4 erkennen läßt, wirkt die Regulatorröhre VTi ebenfalls als normales Verstärkerrohr, und zwar in diesem Fall als Eingangsrohr der Kaskade.

Systeme der Abb. 1 und 2 z. B. lassen sich natürlich ohne jede Abänderung ohne weiteres als Niederfrequenzverstärker benutzen, indem einfach die Wechselstromquelle I durch einen entsprechenden Niederf requenzgenerator (z.B. "Elektroschalldose) ersetzt wird. Es wurde ja schon erwähnt, daß die Demodulationseigenschaften einer derartigen Kaskade dann die go besten sind, wenn der Arbeitspunkt etwa auf der Mitte der Kaskadencharakteristik liegt. Für diesen Fall ist es natürlich ohne weiteres möglich, normale Niederfrequenzströme, die dem Gitter der ersten Röhre zugeführt werden, zu verstärken, und zwar "ohne Verzerrungsgefahr in der letzten Röhre.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Kaskadenschaltung für Elektronenröhren, die galvanisch miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, um die Gittervorspannung des Detektorrohres (FT₁) selbsttätig .entsprechend den Amplituden der einfallenden Trägerwellen derart zu verändern, daß die Gittervorspannung der letzten Röhre der Kaskade praktisch unverändert bleibt.

2. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gitterkreis des Dektorrohres ein Widerstand (R_c in Abb. 1) geschaltet ist, über den der Anodenstrom der Endröhre (VT₃) fließt.

3. Kaskadenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Gitterspannung des ersten Rohres beeinflussende Mittel zur Erhöhung des Regulierwirkungsgrades durch einen Widerstand" mit nichtlinearer Charakteristik gebildet ist. . ·

4· Kaskadenschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand durch den inneren Widerstand eines Elektronenrohres (FT₄) gebildet ist, dessen Betriebsbedingungen vom Anodenstrom der Endröhre (VT₃) abhängen, und dessen Anodenstrom die gewünschten Spannungsänderungen des Gitterkreises der ersten Röhre (VT₁) bewirkt.

5. Kaskadenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die GitterVorspannung des Detektorrohres (VT₁). beeinflussende Elektronenrohr (Steuerrohr VT₄) gleichzeitig als Eingangsrohr in der Verstärkerschaltung verwendet wird.

6. Kaskadenschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsbedingungen des Steuerrohres (VT₄) nicht allein vom Anodenstrom der Endröhren abhängen, sondern auch willkürlich durch Zwischenschaltglieder (z. B. R₄ in Abb. 2 und 3) zusätzlich geändert werden können.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen