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Rückgekoppelte Kaskadenverstärkerschaltung Die Erfindung bezieht sich
auf Kaskadenverstärkerschaltungen mit Schirmgitterröhren, wie sie in der Fernmeldetechnik
gebräuchlich sind. Die neue Schaltung zeichnet sich gegenüber den bekannten Schaltungen
dieser Art dadurch aus, da$ bei ihr die Abstimmung von dem Grad der Rückkopplung
unabhängig ist, was insbesondere für Mehrkreisempfän.ger eine große Rolle spielt.
Diese vorteilhafte Eigenschaft ist gemäß vorliegender Erfindung dadurch erreicht,
daß der Schirmgitterkreis einer Verstärkerstufe mit dem Schirmgitterkreis einer
anderen Verstärkerstufe positiv rückgekoppelt ist.
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Bei den ältesten Rückkopplungsschaltungen, die nicht mit Schirm.gitterröhren,
sondern mit einfachen Trioden arbeiten, wurde ein Anodenkreis auf einen Gitterkreis
der gleichen Röhre rückgekoppelt. Hierbei fand eine außerordentlich starke Rückwirkung
statt, so daß bei Änderung des Rückkopplungsgrades die Abstimmung sich ebenfalls,
und zwar ganz erheblich änderte.
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Der Gedanke, die Schirmgitter an Stelle der Anoden zur Rückkopplung
heranzuziehen, ist an sich auch schon bekannt, und zwar hat man in ähnlicher Weise
wie bei den eben erwähnten Triodenschaltungen die Schirmgitter jeweils auf die Steuergitter
der gleichen Röhre rückgekoppelt. Auch hier war die Rückwirkung auf die Abstimmkreise
äußerst störend.
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Die Erfindung geht von diesen zuletzt genannten Schaltungen aus und
verbessert sie also dadurch, daß der Schirmgitterkreis nicht auf das Steuergitter
der gleichen Röhre, sondern auf den Schirmgitterkreis einer anderen Verstärkerstufe
rückgekoppelt wird. Infolge der geringen Kapazität zwischen dem Schirmgitter der
Röhre, auf die die Rückkopplung erfolgt, und ihrem Steuergitter hat eine Änderung
des Rückkopplungsgrades praktisch überhaupt keinen Einfluß auf die Abstimmkreise.
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Der Gedanke, eine Rückkopplung über mehrere Stufen hinweg vorzunehmen,
ist an sich zwar ebenfalls schon bekannt gewesen, jedoch nur für Trioden. Hier aber
tritt das, was durch die Erfindung vermieden wird, nämlich die Rückwirkung auf die
Abstimmkreise, in vollstem Maße in die Erscheinung. Denn das wesentliche Merkmal
der Erfindung, das zu dem erstrebten Erfolge führt, besteht nicht allgemein darin,
daß überhaupt zwei gleichartige Elektroden über mehrere Verstärkerstufen hinweg
miteinander rückgekoppelt werden sollen, sondern es ist entscheidend, daß hierzu
die Hilfselektroden benutzt werden.
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Die Kopplung kann über einen Ohmschen Widerstand oder kapazitiv oder
induktiv oder auch über eine Verbindung der genannten Kopplungsarten erfolgen.
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Die Zeichnungen geben beispielsweise Ausführungsmöglichkeiten des
Erfindungsgedankens an, ohne jedoch die Möglichkeiten der Verwirklichung der Erfindung
zu erschöpfen.
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In Abb. i erfolgt die Kopplung von dem Schirmgitter der Röhre i nach
dem Schirm-
Bitter der Röhre 2 über einen veränderlichen Kondensator
i g. Das Schirmgitter der Röhre r ist über einen Widerstand 8, das Schirmgitter
der Röhre :2 über einen Widerstand 16 mit der Spannungsquelle B1 verbunden; durch
die Kondensatoren 7 bzw. 15 wird die Hochfrequenz von den Schirmgittern der Röhren
i und 2 teilweise zu den entsprechenden Kathoden abgeleitet, so daß über den Kondensator
ig von dem Schirmgitter der Röhret eine entsprechend regelbare Spannung, die zur
Dämpfungsverminderung dient, an das Schirmgitter der Röhre i übertragen werden kann.
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Die Gitbervorspannung wird über - Cl dem Rohr i und über - C, dem
Rohr 2 zugeführt. Die Übertragung der von Röhre i verstärkten Energie auf den Schwingungskreis
11, 12 erfolgt über die Kopplungsspule g, durch die von B2 die Anodenspannung auf
das Rohr i übertragen wird. Die Heizung der Röhren i und 2 wird an - A und -r- A
angeschlossen.
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Die Schaltung nach Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel für einen Empfänger
mit direkt geheizten Röhren, während in den Abb.2 und 3 die Schaltungsbeispiele
für die Ausführung bei Verwendung von indirekt geheizten Röhren gegeben sind.
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In Abb.2 wird die Spannung für die Schirmgitter in ihrer richtigen
Höhe von einem besonderen Anschluß A1 der Spannungsquelle abgenommen und ebenfalls
über die Widerstände 8 und 16 dem Schirmgitter zugeführt, während in Abb. 3 die
für das jeweilige Schirmgitterrohr geeignete Schirmgitterspannung über Spannungsteiler
8, 8' bzw. 16, 16' hergestellt wird, die zwischen den Anschlüssen Plus und Minus
der Anodenspannungsquelle liegen, so daß zusätzliche Widerstände fortfallen können.
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Die Übertragung der Energie erfolgt von der Röhre i über einen Kondensator
ro an den Schwingungskreis 11, 12, während die Hochfrequenz durch eine Drosselspule
g vom Zutritt an die Spannungsquelle A., (+inAbb.3) abgehalten wird.
Die Gittervorspannung für das Rohr i wird durch den Widerstand 6, der zwischen dessen
Kathode und Minus geschaltet ist, und für das Rohr 2 durch einen Widerstand 14,
der ebenfalls zwischen Kathode und Minus geschaltet ist, erzeugt.
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Im übrigen bedeuten für alle Abbildungen gleichmäßig 3 und 4 den Abstimmkreis
des Schirmgitterrohres i, der durch den Kondensator 5 nach der Kathode dieses Rohres
abblockiert ist, ii und 12 den Abstimmkreis ,des Rohres 2, der über den Kondensator
13 nach der Kathode abblockiert ist. Die von dem Rohr 2 verstärkte Energie wird
über den Kondensator 18 auf die nachgeschalteten Teile oder Geräte übertragen und
die Anodenspannung für das gleiche Rohr dem Widerstand 17 zugeführt.
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Durch die Anwendung der Schaltung nach der Erfindung wird der Einfluß
der Einstellung des Kopplungsorgans auf die Abstimmung der die Frequenz bestimmenden
Kreise ganz erheblich herabgesetzt bzw. völlig ausgeschaltet, denn bei den für die
jeweiligen besonderen Zwecke notwendigen Werten wirkt die Veränderung des Koppelorgans
nur über die Kapazität Schirmgitter-Gitter oder Schirmgitter-Anode auf die Abstimmkreise
ein. Da für alle Frequenzen die Ableitung des Schirmgitters über die Koppelorgane
mindestens um zwei Zehnerpotenzen größer ist als die Ableitung zwischen Schirmgitter
und Gitter einerseits und Anode andererseits, so hat eine Änderung dieser Ableitung
zur Einstellung der Rücldiopplung nur einen dementsprechend kleinen Anteil an der
Änderung der Kapazität zwischen Schirmgitter und Gitter oder Anode zur Folge. Da
diese Kapazitäten nur einen kleinen Teil der Abstiminkapazitäten ausmachen, ist
die Änderung der Gesamtkapazität der Abstimmkreise noch geringer und somit auch
der Einfluß auf die Frequenz, der prozentual nur die Hälfte der Kapazitätsänderung
beträgt.
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Als Beispiel sei in Abb. i für einen Frequenzbereich von 5oo bis i
5oo kHz die Kapazität der Kondensatoren 7 und 15 mit iooo cm angenommen, die Widerstände
8 und 16 mit iooo Ohm, die Kapazität des Kondensators i g mit So bis 25o cm veränderlich
und die Kapazität zwischen Schirmgitter und Gitter mit 5 cm.
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Die am Schirmgitter der Röhre i liegende Kapazität beträgt somit minimal
1047,6.cm und maximal i2oo cm. Durch die Reihenschaltung dieser zusätzlichen Kapazität
mit der Kapazität zwischen Schirmgitter und Gitter, die zu 5 cm angenommen sei,
ergibt sich eine Gesamtkapazität von 5 minus 0,025 cm und im anderen Falle von 5
minus 0,02o6 cm. Der Unterschied zwischen den beiden Grenzstellungen des Kondensators
ig ergibt im Endergebnis also eine Kapazitätsänderung der dem Abstimmkondensator
4. parallel geschalteten Gesamtkapazität um 0,0044 cm. Für die Anfangsstellung des
Kondensators 4, in der die stärkste Verstimmung zu erwarten ist, ergibt sich bei
einer Anfangskapazität von 5o cm also eine Kapazitätsverstimmung von o,oo88 °@o,
was einer Frequenzänderung von 0,0044 °@o entspricht. Für eine Höchstfrequenz in
der Anfangsstellung des Drehkondensators 4 von i 50o kHz beträgt die Frequenzänderung
also 66 Hz.
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Diese Änderung wird bei niedrigeren Frequenzen noch geringer, da auch
die Abstimmkapazität größer und die prozentuale Frequenzänderung
dadurch
kleiner wird. Der Einfluß der Änderung der Kapazität wird ferner noch durch die
Widerstände 8 und 16 vermindert, deren Ableitung je i m/s ist; die Ableitung der
Kapazitäten 7 und 15 beträgt bei 5oo kHz 3 m/s und bei 15oo kHz g m/s, ist also
von der gleichen Größenordnung wie die Ableitung durch die Widerstände 8 und-16.
Hieraus ist ersichtlich, daß die Änderung der Rückkopplung ohne Einfluß auf die
Abstimmkreise bleibt.
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Die neue Schaltungsanordnung ist nun aber nicht nur durch diese Beseitigung
des Einflusses der Rückkopplung auf die Abstimmung von Bedeutung. Sie eröffnet vielmehr
auch noch einige andere äußerst vorteilhafte Möglichkeiten, von denen man im Bedarfsfalle
wahlweise Gebrauch machen kann.
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Bei den bekannten Schaltungen ändert sich der Rückkopplungsgrad notwendigerweise
in Abhängigkeit von der Frequenz. Diese Ab-
hängigkeit kann bei der neuen
Schaltung vermieden werden. Betrachtet man beispielsweise bei der Schaltung nach
Abb. i für einen bestimmten Wert des Kondensators 1g den Einfloß der Kapazitäten
7 und 15, so ergibt sich, daß deren Ableitung mit steigender Frequenz ebenfalls
steigt, was eine Verringerung des Rückkopplungsgrades bedeutet. Umgekehrt wird durch
den übertrager 9/11 mit steigender Frequenz die Verstärkung und damit der Rückkopplungsgrad
erhöht.
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Mat hat somit die Möglichkeit, durch passende Bemessung aller zusammenwirkenden
Kopplungselemente - rechnerisch oder empirisch - diese einander entgegenwirkenden
Einflüsse so groß zu machen, daß sie sich gerade kompensieren. Auf diese Weise kann
man erreichen, daß der Rückkopplungsgrad über einen gewünschten Frequenzbereich
hinweg einen konstanten Wert behält, der allein durch die jeweilige Kapazität des
Kondensators 1g bestimmt ist und somit wahlweise eingestellt werden kann.
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Andererseits sind Fälle denkbar, in denen man nicht Wert darauf legt,
den Rückkopplungsgrad, sondern den Verstärkungsgrad konstant zu halten. Auch diese
Möglichkeit ist ohne weiteres gegeben. Man braucht hierzu die Kopplungselemente
nur entsprechend zu bemessen, wobei jetzt also jeder Stellung des Kondensators 19
ein bestimmter Verti rkungsgrad entspricht.
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s ä Oft ist es erwünscht, so stark rückzukoppeln, daß man sich unmittelbar
vor dem Punkte des Schwingungseinsatzes befindet. Bei den gebräuchlichen Schaltungen
kann es, sofern Umschaltung auf mehrere Wellenbereiche vorgesehen ist, vorkommen,
daß in dem einen Wellenbereich ein gerade eingestellter Arbeitspunkt unmittelbar
vor dem Punkt des Schwingungseinsatzes liegt, während man nach Umschaltung auf einen
anderen Bereich plötzlich feststellt, daß man diesen Grenzpunkt schon weit überschritten
hat. Durch entsprechende Bemessung der Schaltelemente kann ohne Schwierigkeiten
erreicht werden, daß jeder Stellung des Regelkondensators 19 eine ganz bestimmte
Lage des Arbeitspunktes in bezug auf den Punkt des Schwingungseinsatzes entspricht.
In diesem Falle kann man beliebig von einem zum anderen Wellenbereich übergehen,
ohne hierbei ungewollt in das Gebiet der Selbsterregung zu kommen. Ebenso ist es
auch umgekehrt möglich, den Schwingungseinsatz bei jeder Stellung des Wellenbereichumschalters
mit Sicherheit zu erzielen. Das kann beispielsweise für Oszillatorschaltungen von
Wichtigkeit sein.
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Wenngleich in vorstehenden Ausführungen in erster Linie an Hochfrequenzverstärker
gedacht ist, so können die Merkmale der Erfindung doch auch für Niederfrequenzverstärker
oder für Niederfrequenzteile von Rundfunkeinpfangsgeräten benutzt werden.