Elektronenröhrenverstärker. Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektronenröhrenverstärker, bei dem für alle Frequenzen innerhalb seines Arbeitsberei ches eine Spannung derart rückgekoppelt wird, dass die Verstärkung des Verstärkers unter den Wert herabgesetzt wird, den der Verstärker ohne Rückkopplung besitzen würde, um auf diese Weise unerwünschte Modulations- oder Nichtlinearitätseffekte zu verringern und die Stabilität der Verstär kung grösser zu machen als dies ohne Rück kopplung der Fall wäre.
In solchen Verstärkern ist die Verringe rung der Modulation für Komponenten gege bener Frequenzen gross, wenn die Verstär- liung (für jene Modulationskomponenten) während einem einmaligen Umlaufen der Riickkopplungsschleife gross ist.
Die Modu- lationskomponenten, welche durch die Rück kopplung herabgesetzt werden sollen, sind gewöhnlich Wellen mit Frequenzen, die in nerhalb des benützten Frequenzbereiches lie gen, das heisst innerhalb des Frequenzberei- ches der durch den Verstärker zu verstärken den Zeichenwellen: Im Betrieb ist die Schlei- fenverstärkung (das heisst der Dezibelgewinn für ein einmaliges Umlaufen der Schleife) für irgend eine höher als der Arbeitsbereich liegende Frequenz grösser als Null, wenn er für Frequenzen des Arbeitsbereiches gross ist.
Wenn die von den die Schleife einmal um laufenden Wellen erlittene Phasenverschie bung für irgend eine Frequenz, bei welcher die Schleifenverstärkung gleich oder grösser als null Dezibel ist, gleich Null oder gleich einem Vielfachen von<B>360</B> ist, so kann der Verstärker bei jener Frequenz zum Pfeifen kommen. Soll der Pfeifzustand vermieden werden, so muss die Schleifenphasenverschie- bung und die Schleifenverstärkung für den gesamten Frequenzbereich sorgfältig ge steuert werden.
Eine solche Steuerung ist auch aus andern Gründen wünschenswert, beispielsweise um zu verhindern, dass die Schleifenphasenverschiebung eine Erhöhung der Verstärkung im Verstärker bewirkt, die infolge der als Begleiterscheinung auftreten den entsprechenden Erhöhung der Modula- tionsprodukte unerwünscht sein kann. Falls der Wert der Schleifenphasenverscliiebung auf 180 gehalten werden könnte, würde er soweit als möglich von den Pfeifgrenzen von 0 und Vielfachen von 360 entfernt sein. Praktisch ist jedoch die Erreichung die ses Zustandes nicht erforderlich.
Die Bedin gung, dass kein Pfeifen auftreten soll, kann immer erreicht werden, falls für jede Fre quenz, bei welcher eine positive Schleifen verstärkung vorhanden ist, die. Sehleifen- phasenverschiebung von Null oder einem Vielfachen von 3.60 verschieden ist, oder in andern Worten, wenn die Frequenzcharak- teristik der Schleifenphasenverschiebung die Nullachse im Bereich, in dem eine positive Verstärkung vorhanden ist, nicht kreuzt oder berührt.
Beim Entwurfe eines Verstärkers mit ne gativer Rückkopplung zur Herabsetzung der .Verzerrung kann, unter der Voraussetzung, dass die Elektronenröhre oder -röhren einer jeden Stufe der Schleife einer Phasenverschie bung mit einer konstanten Komponente von <B>180'</B> einführe (zum Beispiel zu irgendeiner durch Zwischenelektroden-Kapazitanz be wirkten Komponente hinzu), die Zahl der in der Schleife benützten Elektronenröhrenstu- fen gerade oder ungerade gemacht werden.
Ob eine ungerade oder gerade Zahl geeignet ist, wird davon abhängen, ob die Schleife ausser den Röhren weitere Phasenumkehrmit- tel enthält und ob weitere Phasenverschie bungen in der Schleife vorhanden sind.
Die Schwierigkeit, die Schleifenphasen- verschiebungen für den Frequenzbereich der Schleiienverstärkung innerhalb der ge wünschten Grenzen zu halten, wird im all gemeinen dadurch erhöht, dass, wenn die Herabsetzung der Verzerrung durch die Rückkopplungswirkung und die erzeugte Verstärkung gross sein sollen, die Verstär kung ohne Rückkopplung sehr hoch aus fallen und durch eine grosse negative Rück kopplung erheblich herabgesetzt werden muss. Dies erfordert eine.
Mehrzahl von Stu- fen und eine Mehrzahl von @"-itc@cn@tufen- Kopplungsstromkreisen, wodurch eine Nei gung zum Pfeifen entstehen bann. Letztere kann besonders dann störend werden. wenn der Verstärker weite Frequenzbänder. die sich zum Beispiel bis zu sehr hohen Frequen- zen erstrecken sollen, übertragen soll.
Zur Vermeidung der genannten Nachteile wird erfindungsgemäss bei einem Elektronen röhrenverstärker von eingangs erwähnten Typen eine frequenzselektive Impedanz im Kathodenleiter mindestens einer Röhre der art eingeschaltet, dass sie deren Eingangs und Ausgangsstromkreis gemeinsam ange hört, wobei diese Impedanz von solcher Art ist, dass Pfeifneigung des Verstärkers bei Frequenzen ausserhalb des Arbeitsbereiches herabgesetzt wird.
Nachstehend ist- eine beispielsweise Aus führungsform der Erfindung anhand der bei liegenden Zeichnung ausführlich erläutert.
In der Zeichnung zeigt die Fig. 1 das Schaltbild eines erfindungs gemässen Verstärkers und die Fig. 2 und 3 Kurven zur Erläuterung der Vorgänge.
In der Fig. 1 verstärkt ein Verstärker mit negativer Rückkopplung die über den Stromkreis L1 und den Eingangstransfor mator T empfangenen Wellen und gibt die verstärkten Wellen über den Ausgangstrans formator T' nach dem Stromkreis L2 R=eiter. Der im Ausführungsbeispiel gezeigte Ver stärker umfasst drei Röhren 1, 2 und 3, die mittelst Zwischenstufenströmkreisen 4 und 5 hintereinander geschaltet sind, und ferner in seinem Ausgangsstromkreis einen Brücken typentzerrer 6 und einen Rückkopplungslei ter 7, der vom Entzerrer nach einem mit der Sekundärwicklung des Eingangstransforma tors in Reihe geschalteten Widerstand 8 führt.
Der Verstärker gehört zu der Klasse, in welcher über dem Bereich der übertragenen Frequenzen, zum Beispiel 8 bis 56 Kilohertz, die Schleifenverstärkung viel grösser als Null ist, und in welcher für alle übertragenen Fre quenzen Spannungen so zurückgeleitet wer- den, dass die Verstärkung unter den für B & trieb ohne Rückkopplung bestehenden Wert herabgesetzt wird, um die Verzerrung ent sprechend herabzusetzen und die Verstär kungsstabilität grösser als bei Betrieb ohne Rückkopplung zu gestalten.
Im Beispiel sind die Röhren 1. und 2 als Penthoden und die Röhre 3 als Koplanar- röhre gewählt.
Die ILathodenheizstromkreise der Ver- stärkerröhren sind, da an und für sich be kannt, nicht dargestellt, mit Ausnahme der Wicklung 9, welche zum Beispiel die Sekun därwicklung eines zur Lieferung des Heiz stromes für die Röhre 3 vorgesehenen Trans formators sein kann.
Pll und R'2 sind Gittervorspannungswi- derstände für die Röhren 1 und 2 und sind für Wechselstrom durch die Noxrdensatoren Cl und C2 überbrückt.
Ein Schaltglied N, welches eine Induk- tanz L, einen Widerstand R und eine Kapa zität C in Parallelschaltung umfasst, ist in die Kathodenzuführung einer der Röhren, zum Beispiel Röhre 1, eingeschaltet und ge hört dem Gitter- und Kathodenstromkreis der Röhre gemeinsam an; es sorgt für frequenz- selektive Amplituden- und Phasensteuerung der durch die Röhre übertragenden Wellen.
Die Fig. ? und 3 zeigen Kurven, die für Verstärker von der in Fig. 1 gezeigten .Art charakteristisch sind. In diesen zwei Figuren sind auf den Abszissen die Frequenzen in Kilohertz und auf den Ordinaten die Phasen winkel und die Verstärkung in Dezibel auf getragen.
In der Fig. 2 zeigen die Kurven G1 und P1 und die Schleifenverstärkung und den Winkel der Schleifenphasenverschiebung für die Verstärkerrückkopplungsschleife bei weg gelassenem, zum Beispiel kurzgeschlossenem Schaltungsglied N. In Fig. 3 zeigen die Kur ven G und P die Schleifenverstärkung und den Winkel der Schleifenphasenverschiebung bei nicht kurzgeschlossenem Schaltungsglied N.
In Fig. 2 zeigen die Kurven G2 und P2 die vom Schaltungsglied N an den Verstär- her gelieferten Komponenten der Schleifen- verstärkung und der Schleifenphasenver- schiebung. Die Kurve P der Fig. 3 wird durch Addition der Kurven P1 und P2 der Fig. 2 erhalten, und die .Kurve G der Fig. 3 durch Addition der Kurven G1. und G2 der Fig. 2.
Die durch das Schaltungsglied N er zeugte Komponente der Schleifenverstärkung ist ein negativer Gewinn, also ein Verlust. Das Übertragungsband, das heisst der be nützte Frequenzbereich des Verstärkers soll gemäss Fig. 2 von 8 bis<B>56</B> Kilohertz reichen.
.Die Kurve P1 zeigt die Schleifenphasen- verschiebung (ohne N) als einen kleinen ne gativen Winkel (im vierten Quadrant) bei einer unterhalb des benützten Bereiches lie genden Frequenz, Wenn die Frequenz von diesem Wert auf einen innerhalb des benütz ten Bereiches liegenden Wert erhöht wird, so zeigt die Kurve, dass die Schleifenpha.senver- schiebung ihren negativen Wert zunehmen lässt, bis sie - 180 _\ -@ 180 wird.
Bei weiterer Zunahme der Frequenz zeigt die Kurve eine Abnahme der Schleifenphasenver- schiebung von 180 nach Winkeln des ersten Quadranten. Bei noch höheren Frequenzen zeigt die Schleifenplrasenverschiebung eine Annäherung an Null, welcher Wert bei der Frequenz Pp erreicht wird, die beim darge stellten Beispiel in der Nähe der Frequenz 400 Kilohertz liegt.
Die Frequenz Fp ist daher eine Pfeifffrequenz, das heisst eine Frequenz, bei welcher der Verstärker ohne das Glied A (über die den Leiter 7 enthaltende Schleife) zum Pfeifen kommen kann, da die Kurve G1 bei dieser die Schleifenphasenver- schiebung Null ausweisenden Frequenz eine Schleifenverstärkung zeigt, die grösser als Null ist.
Eine im Kathodenleiter eingeschaltete Impedanz aus einem den Gitter- und Anoden stromkreisen der Röhre gemeinsamen Wider stand würde den Übertragungsgewinn durch die Röhre hindurch ohne Erzeugung einer Phasenverschiebung herabzusetzen versuchen. Wenn eine Kapazität parallel zum Wider stand geschaltet wird, so versucht das aus dem mit der Kapazität parallelgeschalteten Widerstand bestehende Kathodenleiterglied in der Übertragung durch die Röhre hin durch einen Verlust und eine Phasenverschie bung zu bewirken,
wobei der Verlust bei zu nehmender Frequenz geringer wird und die Phasenverschiebung von Null bei niedrigen Frequenzen nach einem Höchstwert hin zu nimmt und hierauf nach Null bei der Fre quenz "unendlich" abnimmt.
Wenn das Ka- thödenleiterglied aus einer mit einer Kapazi tät parallelgeschalteten Induktanz besteht, so versucht es in der Übertragung durch die Röhre hindurch einen Verlust und eine Pha senverschiebung zu bewirken, wobei der Ver lust vom Werte "Null" bei der Frequenz "Null" nach einem Höchstwert bei der Fre quenz "unendlich" zunimmt und die Phasen verschiebung von Null mach einem negativen Höchstwert abnimmt und hierauf wieder nach dem Wert "Null" bei der Frequenz "un- endlich" zunimmt.
Wenn das Hathodenleiter- glied aus einer Parallelschaltung von Kapa zität, Induktanz und Widerstand besteht, wie im Falle der Fig. 1, so versucht es in der Übertragung durch die Röhre hindurch einen Verlust und eine Phasenverschiebung zu be wirken, wie dies die Kurven G2 und P2 der Fig. 2 zeigen.
Die Phasenverschiebung nimmt von Null nach einem negativen Höchstwert zu, nimmt dann nach Null bei der Resonanz- oder kritischen. Frequenz des Gliedes (400 Kilohertz in Fig. 2) ab, und nimmt hierauf nach einem positiven Höchstwert zu und nimmt dann nach Null bei der Frequenz "un- endlich" ab.
Der Verlust nimmt vom Verlust "Null" bei der Frequenz "Null" bis zu einem Höchstwert bei der Resonanz- oder kritischen Frequenz des Gliedes zu und nimmt hierauf nach dem Verlust "Null" der Frequenz "un endlich" hin ab.
Wenn die Resonanzfrequenz des Gliedes N unterhalb und in der Nähe der Pfeiff- frequenz Fp, wie in Fig. 2, liegt, zeigt sich, dass die Wirkung in einer Herabsetzung der Frequenz, bei welcher die Schleifenverstär- kung Null wird, vom Wert Fa nach dem Wert<I>Fax</I> der Fig. 3 besteht, und dass gleich zeitig die Frequenz, bei welcher die Schlei- fenphasenverschiebung den Wert "Null" er reicht (und das Vorzeichen wechselt),
vom Wert Fp der Fig. 2 nach dem Wert F der Fig. 3 erhöht wird. Auf diese Weise wird bei eingeschaltetem Glied N die Schleifenverstär- kung ein Verlust, bevor die Schleifenver- schiebung Null wird, und daher wird die Pfeifneigung des Verstärkers herabgesetzt bezw. die Pfeifgrenze und die im benutzten Frequenzbereich zulässige Verstärkung er höht, so dass erhöhte Verzerrungsunter drückung,
Verstärkung und Verstärkungssta bilität erreicht wird.
Die am Steuergitter der Röhre 1 durch das Glied N erzeugte Gitter-Kathodenspan- nung hängt nicht nur von diesem ab, sondern zu einem beträchtlichen Teil auch vom Zwi- schenstufenglied 4, den Eigenschaften der Röhre und weiterer Komponenten des Ver stärkers. Wo jedoch diese Abhängigkeit nicht benützt werden soll, kann ihre Wirkung durch geeignete Bemessung in bekannter Art klein gemacht und innerhalb der ge wünschten Grenzen gehalten werden.