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Verstärkerschaltung mit veränderbarer Bandbreite Die Erfindung betrifft
eine Verstärkerschaltung, in der eine Veränderung der Bandbreite durch Änderung
des Innenwiderstandes derjenigen Röhre erfolgt, in deren Anodenstromkreis der zu
beeinflussende Resonanzkreis :eingeschaltet ist.
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Es wird häufig die Forderung gestellt, frequenzselektiv arbeitende
Verstärker, insbesondere Hoch- und Zwischenfrequenzverstärker, derart zu bauen,
daß der Selektivitätsgrad, d. h. die Bandbreite des Frequenzdurchlaßbereirhes, durch
einfache Mittel innerhalb bestimmter, oft sehr weit gesteckter Grenzen verändert
werden kann. Es wäre erwünscht, wenn bei dieser Änderung der Bandbreite der Verstärkungsgrad
wenigstens einigermaßen konstant bleibt. Diese Forderung wird durch die Erfindung
erfüllt.
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Es ist bekannt, den Verstärkungsgrad einer Stufe durch Änderung einer
Betriebsspannung einer Röhre, z. B. der Steuergitter- oder Schirmgitterspannung,
zu regeln. Hierbei ändert sich zugleich der Innenwiderstand und damit die Bandbreite
des im Anodenkreis liegenden Resonanzkreises. Diese Änderung der Bandbreite ist
jedoch hierbei nur eine Neben= erscheinung, da der Zweck die Verstärkungsregelung
ist. -Es ist auch bekannt, einem Schwingungskreis eines Empfängers die Anodenkathodenstrecke
einer zusätzlichen, als Eingitterröhre ausgebildeten Dämpfungsröhre parallel zu
schalten, welche am Steuergitter geregelt wird. Hierbei ändert sich jedoch gleichzeitig
die Verstärkung der Stufe.
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Es ist ferner bekannt, die Bandhreite durch Beeinflussung des Innenwiderstandes
einer Pentho,de mit Hilfe einer Änderung der Bremsgitter- (Fanggitter-) Spannung
zu regeln. Je stärker negativ das Bremsgitter einer Penthode gemacht wird, desto,
kleiner wird der innere Widerstand. Es ist doch bei dieser Regelungsart ganz unmöglich,
den Verstärkungsgrad -während des Regelvorganges auch nur einigermaßen konstant
zu halten.
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Ferner ist bekannt, die bei der Bandbreiteregelung durch Änderung
der Rückkopplung einer Röhre auftretende Verstärkungsänderung durch eine entgegengesetzte
Verstärkungsregelung am Steuergitter einer anderen Röhrenstufe auszugleichen. Eine
derartige zusätzliche Regelung fällt bei Anwendung der Erfindung fort.
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Die Erfindung geht aus von der bekannten Verstärkerschaltung mit veränderbarer
Bandbreite durch Beeinflussung des Innenwiderstandes
einer Schirtngitterröhre
oder Penthode, in deren Anodenstromkreis ein Resonanzkreis liegt, mittels Regelung
des Anodenstromes. Nach der Erfindung ist der Arbeitspunkt der Röhre derart in die
Nähe des Maximums der den Verstärkungsgrad in Abhängigkeit vom Anodenstrom darstellenden
Kurve gelegt, daß über den zu regelnden Bereich der Bandbreite der Verstärkungsgrad
praktisch gleich ist.
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Bei Widerstandsverstärkern mit Penthoden ist es zwar bekannt, daß
bei einer Änderung der Vorspannung am Steuergitter die Verstärkung ein Maximum durchläuft.
Dies ist jedoch darauf zurückzuführen, daß bei kleiner negativer Gittervorspannung
der Anodenstrom groß und damit infolge des großen Spannungsabfalls am Ohtnschen
Anodenwiderstand die Anodenspannung nur klein ist und daß andererseits bei großer
negativer Gittervorspannung zwar die Anodenspannung groß, jedoch der Anodenstrom
klein ist. Dieser bekannten Tatsache kann dagegen nicht entnommen werden, daß auch
bei Einschaltung eines Resonanzkreises in den Anodenstromkreis, welcher bekanntlich
die Anodenspannung nicht beei;nflußt, ein Verstärkungsmaximum vorhanden ist. Dies
ist, wie unten noch näher erläutert wird, darauf zurückzuführen, daß bei infolge
der Regelung zunehmendem Anodenstrom die Steilheit zunimmt und der Innenwiderstand
schneller abnimmt. Da der Innenwiderstand zunächst groß ist, überwiegt der Einfluß
der Steilheit, bis der Einfluß der Abnahme des Innenwiderstandes auf die Verstärkung
überwiegt.
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Zum Verständnis der Erfindung sollen einige Betrachtungen über den
Innenwiderstand einer mit Stromverteilung arbeitenden Röhre angestellt «-erden.
Für den Innenwiderstand einer Penthode oder einer sekundäremissionsfreien Schirmgitterröhre
gilt bekanntlich die Beziehung:
wobei b die durch die Konstruktion des Elektrodensystems der Röhre gegebenen Innenwiderstandskonstante,
U" die Anodenspannung und J,, den Anodenstrom bedeutet. Der Innenwiderstand wird
also um so größer, je höher die Anodenspannung und je kleiner der Anodenstrom ist.
Die Höhe der Schirmgitterspannung hat keinen unmittelbaren Einfluß auf den Innenwiderstand,
sondern nur einen mittelbaren, dadurch, daß sie den Anodenstrom mitbestimmt. Mit
steigendem Anodenstrom wird der Innenwiderstand der Röhre kleiner und der im Anodenstromkreis
liegende Resonanzkreis immer stärker gedämpft, wobei der Grad der Dämpfung auch
noch von der Höhe der Anodenspannung abhängt. Bei der Betrachtung dieser Zusammenhänge
ist der Innenwiderstand der Röhre als zum Resonanzkreis parallel geschaltet anzunehmen.
Man kann die Selektivität des Resonanzkreises und dadurch der ganzen Verstärkerstufe
in an sich bekannter Weise durch Änderung des Anodenstromes oder der Anodenspannung
,oder beider außerordentlich einfach innerhalb weiter Grenzen einstellen. Die Änderung
des Anodenstromes kann dabei durch Änderung der negativen Steuergittervorspannung
oder durch Änderung der Schirmgitterspannung bzw. durch gleichzeitige Änderung beider
Größen bewirkt werden.
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Die Bandbreitenregelung nach der Erfindung besitzt durch die Wahl
der Lage des Arbeitspunktes den Vorteil, daß der Verstärkungsgrad praktisch gleichbleibt.
Für den Verstärkungsgrad V einer Röhre gilt bekanntlich die Beziehung:
Es ist nicht nur der Innenwiderstand R!, sondern auch die Steilheit S vom Anodenstrom'JQ
abhängig, und zwar gilt für die normale U"@'=-Kennlinie: S - a # Ja'/;, wobei
a die nur von der Konstruktion des Elektrodensystems der Röhre abhängige
Steilheitskonstante ist. Aus diesen Beziehungen kann abgelesen werden, daß mit einer
Vergrößerung des Anodenstromes Ja die Steilheit S zunimmt, der Innenwiderstand
Rt hingegen abnimmt. Da aber die Steilheit S mit JQ'l3 zunimmt, der Innenwiderstand
R, hingegen direkt proportional zu !Q abnimmt, muß der Verstärkungsgrad V
einer Röhre, gemessen bei konstanter Anodenspannung U" als Funktion des Anodenstromes
1Q, zunächst mit wachsendem J" zunehmen und bei einem bestimmten Anodenstrom, dessen
Stärke von dem Außenwiderstand Ra und dem Produkt b # U" abhängt, ein Maxianum erreichen,
um dann bei einer weiteren Steigerung von Ja wieder abzunehmen. . Die Form
der den Verstärkungsgrad als Funktion des Anodenstromes darstellenden Kurve und
die Höhe des Maximums hängt dabei ganz erheblich von dem Verlauf der Ja U,-Kennlinie
(U8 = Gitterspannung), d. h. von der Änderung der Steilheit als Funktion des Anodenstromes,
ab und kann in an sich bekannter Weise durch Änderung der Kennlinienform, wie z.
B. bei einer Exponentialkennlinie, weitgehend beeinflußt werden.
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In der Zeichnung zeigt die Abb. t die an einer Penthode aufgenommenen
Verstärkungsgrad- und Bandbreitenkurven als Funktion des Anodenstromes für verschiedene
Anodenspannungen. Die in willkürlichen Einheiten aufgetragene Bandbreite ändert
sich längs dieser Kurven ganz beträchtlich. Bei sehr kleinen Anodenströmen, die
unterhalb des zum Maximurr
der Verstärkungsgradkurve gehörigen
Wertes liegen, wird die Selektivität des an die' Anode angeschlossenen Resonanzkreises
durch den Innenwiderstand R; der Röhre überhaupt nicht beeinflußt, da R; > Ra ist-
Für die Verstärkung gilt in diesem Bereich die bekannte Beziehung: V = S#Ra;
sie steigt also ungefähr proportional zu
an. In der Nähe des Maximums von V ist R= c\DR,", so daß die Bandbreite des Resonanzkreises
oder, genauer sagt, des aus Resonanzkreis und Röhre gebildeten komplexen Widerstandes,
ungefähr verdoppelt ist. Steigt der Anodenstrom auf einen Wert, der ungefähr doppelt
so groß wie der zu dem Maximum der Verstärkungsgradkurve gehörige Stromwert ist,
so beträgt die Bandbreite ungefähr das Dreifache des ursprünglichen Wertes; die
angegebenen Zahlen geben hierbei nur Anhaltspunkte an und können genau aus den Kurven
abgenommen werden.
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Die Änderung der Bandbreite kann in an sich bekannter Weise durch
Änderung einer Betriebsspannung erfolgen, deren Größe den Innenwiderstand beeinflußt.
Es sind also folgende Möglichkeiten vorhanden: i. Anodenspannung U" und Schirmgitterspannung
US bleiben konstant; Regelung des Anodenstromes l" durch die Steuergittervorspannung
U,.
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2. Anodenspannung U, und Steuergitterspannung U, bleiben konstant;
Regelung des Anodenstroemes 1Q durch die Schirmgitterspannung U,.
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3. Anodenspannung U" konstant; Regelung des Anodenstromes IQ durch
die Steuergittervorspannung U, und die Schirmgitterspannung U,.
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q.. Gleichzeitige Regelung des Anodenstromes durch eine der unter
i bis 3 angeführten Maßnahmen und der Anodenspannung.
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Zur Klarstellung sind in der Abb.2 diese Regelmöglichkeiten veranschaulicht.
Die Röhre R enthält eine durch das Heizelement H mittelbar geheizte Kathode I(,
ein Steuergitter G, das Schirmgitter S und die Anode A. Es ist hierbei angenommen,
daß mixe Sekundäremission der Anode durch geeignete Oberflächenbehandlung bzw. Abstandsbemessung
ausgeschlossen ist. Die zu verstärkende Wechselspannung wird dem Eingangskreis R,
zugeführt, während die verstärkte Spannung von dem an die Anode angeschlossenen
Ausgangskreis Ra abgenommen wird. Es steht eine an den mit + und - bezeichneten
Klemmen zugeführte, von einer Batterie oder einem Netzanschlußgerät gelieferte Gleichspannung
zur Verfügung, die an einen Spannungsteiler P angelegt wird. An diesetx sind das
Steuergitter, die Kathode, das Schirmgitter und die Anode mittels der einstellbaren
Abgriffe 1, 2, 3 und q angeschlossen. Für eine Regelung im ersten Falle ist der
Abgriff i zu verschieben, während die übrigen Abgriffe unverändert bleiben. In entsprechender
Weise muß zu einer Einstellung nach 2 nur der Abgriff 3 verschoben werden. Eine
gleichzeitige Änderung von Schirmgitterspannung und Steuergittervorspannwng (Fall
3)
kann entweder durch Verschieben der Abgriffe i und 3 oder des Abgriffes
2 allein erfolgen. Es ist klar, daß für den vierten Fall der Abgriff q. zusätzlich
zu verändern ist.
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Aus Abb. i ist zu ersehen, daß einer Anodenspannung von U"= 200 Volt
bei einem Anodenstrom von . q. # 5 mA genau die gleiche Verstärkung entspricht
wie der Anodenspannung Ua = ioo Volt bei einem Anodenruhestrolm von
mA, wobei sich aber die Bandbreiten für diese beiden Zustände wie 1:2 verhalten.
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Hieraus kann abgeleitet werden, da.ß sich durch gleichzeitige Erhöhung
bzw. Änderung von Anodenstrom und Anodenspannung eine Bandbreitenregelung bei genau
gleichbleibendem Verstärkungsgrad erreichen läßt. Die Durchführung kann z. B. in
der Weise geschehen, daß die Änderung des Anodenstromes durch einen im Schirmgitterstromkreis
liegenden Vorschaltwiderstand erfolgt, wobei gleichzeitig die Anodenspannung durch
einen in der Anodenzuführung liegenden Vorschaltwiderstand geändert wird, und zwar
in einem solchen Sinne, daß mit steigendem Anodenstrom auch die Anodenspannung -wächst.
An Stelle eines -besonderen Vorschaltwiderstandes kann man den gleichen Zweck !natürlich
.auch mit einem in den betreffenden Stromkreisen liegenden Spannungsteilerwidersta;nd
girre chen. Wie Versuche gezeigt haben, ist es dabei möglich, Anoden- und Schirmgitterspannung
der gleichen Spannungsquelle zu entnehmen und einen gemeinsamen Vorwiderstand bzw.
einen gemeinsamen Spannungsteiler für die Regelung von Anoden- und Schirmgitterspannung
zu benutzen.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in Abb.3 dargestellt. Es wird die gleiche
Röhre wie in Abb. 2 benutzt, deren Steuergitter G die zu verstärkenden Spannungen
zugeführt -werden und aus deren Anodenkreis die verstärkte Leistung über den Schwingungskreis
Ra abgenommen wird. Die Schirmgitter- bzw. Anodengleichspannung wird von einer für
beide Elektroden gemeinsamen Spannungsquelle UA geliefert. Im gemeinsamen Stromkreis
dieser beiden Elektroden liegt der Vorschaltwiderstand W1. Ferner können ,noch feste
oder veränderbare Widerstände W2, W3 vorgesehen werden, um die Anoden- bzw. Schirmgitterruhespannung
verschieden
groß zu machen. Die beiden letztgenannten Widerstände können auch fehlen, was insbesondere
bei Penthoden oder anderen Röhren mit Schirmgitter und unterdrückter Sekundäremission
ohne weiteres möglich ist, und dann sind Schirmgitter- und Anodenruhespannung einander
gleich. Die Blockkondensatoren Ca, Cä dienen in an sich bekannter Weise als Kurzschluß
für Wechselspannungen.
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Die erwähnten Maßnahmen zur Veränderung der Selektivität können selbstverständlich
auch selbsttätig von der zu empfangenden bzw. zu verstärkenden Welle ausgelöst werden.
Man kann z. B. die Selektivität zu einer Funktion der Amplitude der zu verstärkenden
Schwingungen machen in dem Sinne, daß bei steigender Amplitude eine Abnahme der
Selektivität eintritt und der betreffende Verstärker bzw. Empfänger beim Fehlen
eines Signals die geringste Bandbreite und damit auch die geringste Störanfälligkeit
besitzt. Die selbsttätige Regelung kann aber auch im entgegengesetzten Sinne vor
sich gehen, indem einer großen Eingangsamplitude eine große Selektivität entspricht.
Auch dieser Fall ist für die Empfangstechnik bekanntlich von Bedeutung. In allen
Fällen ist es nur notwendig, die Eingangsamplitude zur Ausführung einer der vorhin
erwähnten Regelungsmöglichkeiten heranzuziehen, indem sie z. B. als Gitterspannung
benutzt wird. Die Polung der gleichgerichteten Spannung hat dabei je nach der gewünschten
Art der Regelung zu erfolgen, d. h. je nachdem man eine Zu- oder Abnahme der Selektivität
mit steigender Amplitude wünscht. Im Gegenstaz zu ähnlichen Schaltungen, bei denen
die Regelung des Verstärkungsgrades der angestrebte Zweck ist, bleibt der Verstärkungsgrad
dadurch, daß man den Arbeitspunkt in die Nähe des Maximums der Verstärkungsgradkurve
legt, bei dem Regelvorgang praktisch konstant. Vor allem erscheint es zweckmäßig,
den Arbeitspunkt so zu wählen, daß das Maximum der verstärkungsgradkurve nach beiden
Seiten unterschritten wird: in diesem Falle ist mit der geringstmöglichen Verstärkungsgradänderung
zu rechnen, zumal das Maximum ziemlich flach verläuft.