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Verfahren zur Regelung des Verstärkungsgrades von Verstärkerstufen
Die Erfindung betrifft Verstärkeranordnungen mit regelbarem Verstärkungsgrad, insbesondere
für Empfänger zur Aufnahme drahtloser übertragungen.
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Es ist bekannt, den Verstärkungsgrad einer auf dem nichtlinearen Teil
der Kennlinie arbeitenden Verstärkerröhre dadurch zu beeinflussen, daß -die Gleich'stromvorspannung
des Steuergitters geändert wird. Es ist ferner bekannt, die Verstärkungsregelung
durch Änderung der Schirmgittervorspannung zu bewirken. In letzterem Falle ergibt
sich ein Nachteil dadurch, daß der verzerrungsfreie Aussteuerungsbereich gerade
dann, wenn große Eingangsamplituden vorliegen und die Verstärkung herabgesetzt werden
soll, verkleinert wird. Man hat deshalb gleichzeitig mit der Schirmgitterspannung
auch die Vorspannung des Steuergitters derart geändert, daß der Arbeitspunkt in
einem hinreichend linearen Kennlinienabschnitt verbleibt; dadurch wird zwar die
Gefahr von Verzerrungen vermieden, andererseits aber auch der Regelbereich verkleinert,
da sich die beiden Regelvorgänge hinsichtlich der Verstärkerwirkung entgegenarbeiten.
Diese Erscheinung ist um so weniger erwünscht, als die Anforderungen der Praxis
sogar eine Vergrößerung des Regelbereiches verlangen. Die Regelspannung wird bei
der Gleichrichtung der Empfangsschwingungen gewonnen und ist der Trägerwellenamplitude
proportional. Durch die im Gerät vorhandenen, dem Gleichrichter vorgeschalteten
Verstärkerstufen ist auch die Größe der vom Gleichrichter abgegebenen Regelspanneng
bestimmt. Eine Vergrößerung derselben ist z. B. durch eine Zwischenßchaltung von
Gleichstromverstärkerstufen durchführbar,-und dies soll nach Möglichkeit vermieden
oder auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden. Es liegt daher die Aufgabe vor; den
zur Verstärkungsregelung benutzbaren Gitterspannungsbereich einer Verstärkerstufe
mit dem verfügbaren Änderungsbereich der Regelspannung in Einklang zu bringen.
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Erfindungsgemäß wird zugleich mit der Steuergittervorspannung der
zu regelnden Verstärkerröhre die Spannung eines Hilfsgitters derart geregelt, daß
durch die Änderung der letzteren eine Verschiebung der Kennlinie bewirkt wird, die
eine Steilheitsänderung im Arbeitspunkt in demselben Sinne hervorruft wie die Änderung
der Steuergittervorspannung.
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Die Erfindung soll nunmehr an Hand der Abb. i bis 5 erläutert werden.
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In Abb. i ist mit T eine Verstärkerröhre bezeichnet, die eine indirekt
geheizte Kathode C, ein Steuergitter G2, ein Schirmgitter G3, eine Anode P sowie
ein Hilfsgitter G1 enthält. Das Steuergitter ist nicht auf der ganzen Länge mit
gleicher Steigung gewickelt, sondern besitzt einen Teil i mit größerer und einen
Teil :2 mit geringerer Steigung. Das Hilfsgitter G1 erstreckt sich nur über die
Länge des Teiles i.
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Der Eingangskreis 3 ist einerseits über den Kondensator 4 mit dem
Steuergitter G2 und
andererseits mit der Kathode C verbunden. Die
Vorspannung wird dem Steuergitter G2 über einen Ableitwiderstand 7 zugeführt und
von einem Spannungsteiler 6 abgegriffen. Das Hilfsgitter G1 ist mit der dem Steuergitter
abgekehrten Seite des Widerstandes 7 ver; bunden und erhält demnach dieselbe Vorspannung
wie das Steuergitter G2, aber keine Wechselspannung, da es gleichzeitig über den
Kondensator 8 mit der Kathode verbunden ist. Schirmgitter und Anode erhalten ihre
Spannungen aus einer Batterie g.
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Infolge der ungleichmäßigen Bewicklung des Steuergitters besitzt die
Röhre für einen gewissen Gitterspannungsbereicheinen großen und für einen anderen
Bereich einen kleinen Verstärkungsgrad. Die für den Teil 2 gültige Abhängigkeit
des Anodenstromes von der Vorspannung des Gitters G2 ist in Abb. 2 in Gestalt einer
Kurve A dargestellt. Für den Teil i des Steuergitters G2 wirkt auch die an das Hilfsgitter
G1 angelegte Vorspannung mitbestimmend; infolge der großen Maschenweite arbeitet
dieser Teil der Entladungsbahn mit einem geringeren Verstärkungsgrad, und die entsprechenden
Kennlinien weisen daher einen flacheren Verlauf auf. Die Kurvenschar B-F in Abb.
3 zeigen die Abhängigkeit des Anodenstromes von der Steuergittervorspannung für
den Teil i; als Parameter für die Kurvenschar wurde die Spannung des Hilfsgitters
G1 .eingeführt, und zwar gelten die Kurven B -F der Reihe nach für negative Hilfsgittervorspannungen
von 2, 5, 8, z r und 14 Volt. Der gesamte Anodenstrom ergibt sich als Summe der
in beiden Hälften der Röhre fließenden Teilanodenströme und kann durch Kombination
der Kurven von Abb.2 und 3 erhalten werden.
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Dies ist in Abb.4 durchgeführt, wo die Kurven B' F' die Abhängigkeit
.des Gesamtanodenstromes von der Steuergittervorspannung unter Verwendung der @i@f@gitterspannung
als Parämeter zeigen. Wenn man dem Steuergitter und dem Hilfsgitter dieselben Regelspannungen
zuführt, erhält man den durch die gestrichelte Kurve H in Abb. 4 .dargestellten
Verlauf.
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Da die Eingangswechselspannung nur dem Steuergitter .G2, nicht aber
dem Hilfsgitter G1 zugeführt wird, wirkt als Arbeitskennlinie für die Wechselspannung
nicht die Kurve H, sondern jene ausgezogene Kurve B', C usw., die
durch den Schnittpunkt der Linie H und der über der wirksamen Gittervorspannung
gezeichneten Ordinate verläuft.
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Daß die erfindungsgemäße Anordnung vorteilhaft arbeitet, erkennt man
unmittelbar bei der Betrachtung der Abb. 4. Man ersieht daraus, daß einem verhältnismäßig
kleinen Regelspannungsbereich eine große Änderung des Verstärkungsgrades entspricht.
Wenn man dem Hilfsgitter eine feste Vorspannung erteilen oder dieses gänzlich weglassen
würde, müßte man zur Erzielung derselben Verstärkungsänderung eine viel größere
Regelspannung aufwenden. Gleichzeitig wird die Gefahr einer Verzerrung in hohem
Maße herabgesetzt, was aus der Tatsache folgt, daß sich der Arbeitspunkt zwar längs
der gestrichelten Kurve H verschiebt, für den Wechselspannungsvorgang aber die verschiedenen,
voll ausgezogenen Kennlinien gelten. Es kann also die Kurve H ohne weiteres, steil
ansteigen, ohne daß eine unzulässige Verzerrung eintritt, solange die ausgezogenen
Kurven in der Umgebung ihres Schnittpunktes mit der Linie H nicht allzu stark gekrümmt
sind.
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Eine Schaltung mit selbsttätiger Werstärkungsregelung ist in Abb.
5 dargestellt. Der Eingangskreis io liegt zwischen dem Steuergitter G2 und der Kathode
C der hinsichtlich ihrer Verstärkung geregelten Röhre i i, deren Anodenkreis mit
der zur Demodulation dienenden Zweielektrodenröhre 13 gekoppelt ist. Die Röhre i
i enthält ferner ein Hilfsgitter G1 sowie ein Schirmgitter G3. Irn Belastungskreis
der Detektorröhre 13 liegt in an sich bekannter Weise ein Filterglied, bestehend
aus einer Hochfrequenzdrossel 14 und einem Querkondensator 15, sowie ein als Spannungsteiler
ausgebildeter Belastungswiderstand 16, an dessen Klemmen 17 und 18 ein Niederfrequenzverstärker
angeschlossen werden kann. Die Kathode .der Verstärkerröhre i i ist unmittelbar
an Erde gelegt, während die Kathode der Detektorröhre 13 über einen Kondensator
ig nur hochfrequenzmäßig geerdet ist.
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Die am Widerstand 16 auftretende gleichgerichtete Trägerwellenspannung
wird in Verbindung mit der'Röhre 23 zur Verstärkungsregelung benutzt. Die Vorspannung
des Steuergitters G2 setzt sich zusammen aus der Vorspannung des Hilfsgitters G,
sowie einer zusätzlichen Spannungsdifferenz gegenüber dem Gitter Gi. Die Vorspannung
.des Hilfsgitters G1 wird einerseits bestimmt durch jenen Teil der Anodenspannungsquelle
21, welcher durch den Kontakt 22 abgegriffen und .der Anode der Röhre 23 zugeführt
wird, und andererseits durch den der Röhre 23 aufgedrückten Teil der gleichgerichteten
Trägerwellenspannung. Die Kathode der Röhre 23 ist über eine Batterie 24 mit einem
Abgriff 25 des Widerstandes 16 verbunden, während das Gitter der Röhre 23 an das
mit der Anode der Detektorröhre 13 verbundene Ende des Widerstandes 16 angeschlossen
ist. Das Gitter G1 der Verstärkerröhre i i ist mit der Kathode der Röhre 23 unmittelbar
und mit der Kathode C der Verstärkerröhre über einer Kondensator 26 verbunden, der
einen Kurzschluß
für die Wechselspannungskomponenten bildet. Der
zum Hilfsgitter G1 fließende Strom ist demnach stets gleich dem Anodenstrom de-Röhre
23, so daß das Potential des Gitters G, durch die Größe dieses Anodenstromes bestimmt
wird. Da bei der gezeichneten Schaltung des Detektorkreisas das mit der Klemme
17 verbundene Ende des Widerstandes i6 ein gegenüber der Klemme 18 negatives
Potential aufweist, verschiebt sich die Spannung des Gitters der Röhre
23 offensichtlich mit zunehmender Trägerwellenamplitude in negativer Richtung.
Infolgedessen verringert sich die positive Vorspannung des Gitters G, mit zunehmender
Eingangsamplitude. Zwischen dem Steuergitter G2 und dem Hilfsgitter G,. besteht
folgender Gleichstromweg: Ableitwiderstand 27, Batterie a9, der zwischen den Abgriffen
a5 und 30 liegende Teil des Widerstandes 16, Batterie 24. Solange keine Eingangswechselspannung
vorhanden ist, ist das Steuergitter G2 um die Summe der Spannungen der Batterien
24 und 29 negativ gegenüber dem Hilfsgitter Gi. Die am Steuergitter G2 wirksame
Vorspannung ist also gleich der Differenz zwischen dieser Spannungssumme und der
Vorspannung des Gitters G1. Beim Eintreffen eines Signals nimmt die wirksame V orspannung
des Steuergitters G2 gegen das Raumladegitter G, zb, indem sie sich um den zwischen
den Abgriffen 25 und 3o auftretenden Gleichspannungsbetrag verringert; in das Potential
des Steuergitters G2 gegen die Kathode gehen natürlich auch die Änderungen der Vorspannung
des Raumgitters G, ein, welche in gegenläufiger Richtung erfolgen.
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Die negative - Vorspannung des Steuergitters G2 und die positive Spannung
des als Raumladegitter wirkenden Hilfsgitters G,. werden so eingestellt, daß sich
für kleine Eingangsamplituden eine hohe Verstärkung ergibt. Mit zunehmenden Eingangsspannungen
wird die Steuergitterspannung weniger negativ und die Raumladegitterspannung weniger
positiv. Letzteres setzt die Verstärkung herab, während die Verkleinerung der Steuergitterspannung
nur einen geringen Einfluß auf die Verstärkung besitzen möge, was sich durch Verlegung
des Arbeitspunktes auf einen geraden Teil der Steuerspannungsanodenstromkennlinie
erreichen läßt. Eine Änderung der Steuergitterspannung wirkt sich in diesem Fall
nicht als Änderung der Steilheit, sondern nur des mittleren Anodenstromes aus. Die
Herabsetzung der Raumladegitterspannung zum Zwecke der Lautstärkeregelung würde
von einem merklichen Anwachsen des Anodenstromes begleitet sein, wenn die Steuerspannung
konstant bliebe. Diese Neigung kann durch Vergrößerung der negativen Steuergittervorspannung
herabgesetzt werden. Durch geeignete Einstellung der Abgriffe 25 und 3o kann man
das Verhältnis zwischen der Spannungsänderung am Raumladegitter und am Steuergitter
in beliebiger Weise festlegen und gegebenenfalls die Wahl auch so treffen, daß beide
Vorgänge in bezug auf die Verstärkungsänderung in dem gleichen Sinne wirken.