-
Wechselspannungsverstärker mit Gegenkopplung über mehrere Stufen Die
Erfindung löst die Aufgabe, einen über mehrere Stufen gegengekoppelten Verstärker,
insbesondere Niederfrequenzverstärker, zu stabilisieren.
-
Es ist bekannt, daß bei der Gegenkopplung einer Röhre unter der Voraussetzung
gleicher Ausgangsleistung wie ohne Gegenkopplung die vorhergehende Röhre eine entsprechend
der Verstärkungsherabsetzung in der gegengekoppelten Röhre höhere Wechselspannung
liefern muß und daß daher die Verzerrungsgefahr in dieser vorhergehenden Röhre größer
wird. Koppelt man auch .diese Röhre gegen, so tritt dieselbe Schwierigkeit bei der
vorhergehenden Stufe auf. Daher ist es bekanntlich vorteilhafter, einen Verstärker
über mehrere Stufen gegenzukoppeln. Dann besteht jedoch die Gefahr einer positiven
Rückkopplung an den Grenzen des zu übertragenden Frequenzbereichs, weil sich die
Phasendrehung in ;den einzelnen Stufen 'bis zur Phasenumkehr summieren kann. Man
kann diese Gefahr bekanntlich dadurch herabsetzen, daß man die Grenzfrequenzen in
den einzelnen Stufen stark verschieden bemißt. Für die hohen Frequenzen ist diese
Maßnahme im allgemeinen leicht durchführbar, jedoch nicht bei tiefen Frequenzen,
wenn eine ungeschwächte Wiedergabe sehr tiefer Frequenzen (z. B-. 30 Hz mit
5 °/o Verstärkungsabfall) verlangt wird, weil dann die Zeitkonstanten der Koppelelemente
(Kopplungskondensator und Gitterableitwiderstand
) so groß werden,
daß bei Knackstörungen infolge von Schaltvorgängen der Verstärker längere Zeit gesperrt
bleibt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Schwierigkeit bei einem über mehrere Stufen
gegengekoppelten Verstärker dadurch behoben, daß zur Kopplung zwischen den Röhren
des gegengekoppelten Verstärkerteils nur oder zu einem so großen Teil die galvanischeKopplungdient,
daß eine- Selbsterregung bei tiefen Frequenzen vermieden ist. Bei der Anwendung,der
Erfindung auf Modulationsverstärker, z. B. von ano@denspannungsmodulierten Sendern,
ergibt sich der besondere Vorteil, daß eine Gegenkopplung der Endstufe ohne stärkere
Belastung der Vorröhre möglich ist und dadurch erstens die Wechselstromheizung der
Endstufe möglich wird, was, bisher wegen der Forderung nach geringen Brummstörungen
nicht durchführbar war, und zweitens gegebenenfalls der Anodenruhestrom tiefer als
für den B-Betrieb gelegt (C-Betrieb) und dadurch beträchtlich an Energie gespart
werden kann.. Die hierbei an sich auftretenden Verzerrungen werden durch die Gegenkopplung
beseitigt. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen Die Abbildungen zeigen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung für ;den Modulationsverstärker eines änodenspannungsmodulierten
Senders und zugehörige Kennlinien.
-
Im Abb. r ist ein Verstärker dargestellt, bei dem alle Stufen im Gegentakt
geschaltet sind. Es sind zwei über mehrere Stufen gegengekoppelte-Verstärkerteile
I und II vorhanden, die jeder in sich vollständig bzw. überwiegend galvanisch gekoppelt,
jedoch miteinander über den Kondensator Cibzw. C2 kapazitiv gekoppelt sind. Die
Endstufe wird dadurch, in die Gegenkopplung miteinbezogen, daß der ganze Verstärker
über die Leitung IIIl bzw. 1112 gegengekoppelt ist. Ferner sind noch einzelne Stufen
mittels der Kathodenwiderstände ca, b
und c in sich schwach gegengekoppelt,
falls die Verstärkung ohne diese Gegenkopplung zu groß sein sollte.
-
Die Aufteilung des Verstärkers in zwei gegengekoppelte Verstärkerteile
ist in diesem Beispiel vorgenommen, weil die Endstufe ins Gitterstromgebiet ausgesteuert
werden soll, ohne @daß die Gitterspannung zusammenbricht und daher die Treiberstufe
einen niedrigen Innenwiderstand haben muß. Um ohne den sonst hinter einer Treiberröhre
üblichen, die Spannung herabtransformierenden Kopplungstransformator, der eine für
eine Gegenkopplung über mehrere Stufen unzulässige Phasendrehung an den Grenzendes
zu übertragenden Frequenzbereichs hervorrufen würde, auskommen zu können, muß die
Treiberstufe stark, z. B. hundertprozentig, gegengekoppelt werden, was hierdurchAnwendung,der
Kathodenverstärkerschaltung (Außenwiderstand in der Kathodenleitung) bewirkt wird.
Zur weiteren Herabsetzung des wirksamen Innenwiderstandes ist ein Verstärker h1
bzw. Tl2 vorgeschaltet, der die Differenz der Eingangsspannung (zwischen Gitter
und Erde) und der Ausgangsspannung, die an der Drossel D, bzw. D'2 liegt, verstärkt.
Die Ausgangsspannung wirkt also am Eingang des Merstärkers V1 bzw. Tl, gegenkoppelnd.
Diese Gegenkopplung über mehrere Stufen wirkt so, .als ob, die Treiberröhre T1 bzw.
T2 mehr als hundertprozentig gegengekoppelt wäre. Dementsprechend ist ihr Innenwiderstand
sehr niedrig. Die Verstärkung des Verstärkerteils V1+Ti bzw. V2+T2 ist allerdings
kleiner als eins. Bei diesem Verstärker V'1 bzw. V2 ist,die Erfindung angewendet,
indem die einzelnen Stufen galvanisch miteinander gekoppelt sind, um eine Phasendrehung
bei tiefen Frequenzen zu vermeiden. Das gleiche gilt für den Mers.tärkerteil I.
-
Diie galvanische Kopplung zwischen der Treiberstufe T1, T2 und,der
Endstufe El, E2 hat bei einem Modulationsverstärlcer für anodenspannungsmodulierte
Sender noch den besonderen Vorteil, daß der Kopplungskondensator großer Kapazität
und hoher Prüfspannung und die Gitterdrossel fortfallen. Es werden dadurch die Verzerrungen
beseitigt, die durch Gitterspannungsverlagerung infolge von Gitterstromstößen bei
Änderungen der Dynamik auftreten würden. Die beiden Stromquellen QA und QG?dienen
beide zusammen als Anodenstromquelle für die Treiberstufe. Hiervon dient die Quelle
QG als Gittervorspannungsquelle der Endstufe, während der Gitterstrom für die Endstufe
über die Treiberröhre T1 bzw. T2 von der Stromquelle QA geliefert wird.
-
Über den einzelnen Röhren sind als Beispiel die Verlustleistungen
der Röhren in Watt angegeben. Die letzte Röhre gibt eine Nutzleistung von q.o kW
ab, wie sie bei Modulationsverstärkern von anodenspannungsmodulierten Großsendern
von ioo kW Trägerleistung notwendig ist. Dne Gegenkopplung über alle Stufen ermöglicht,
wie oben angedeutet, daß die Arbeitspunkte A1 und A2 der beiden Endröhren E1 und
E2 tiefer als sonst gelegt werden können, wie Abb. a zeigt, in der die Abhängigkeit
des Anodenstromes I" von der Gitterspannung Ug für eine Gegentaktstufe dargestellt
ist. Die Anodenruheströme sind mit IQo bezeichnet. Man legt also die Arbeitspunkte
reicht so hoch (B-Betrieb), daß die beiden Kennlinien eine durchgehend gerade Linie
ä ergeben, sondern die resultierende Kennlinie enthält einen gekrümmten Teil K.
-
Abb. 3 (Anodenstrom IQ, Zeit t) zeigt, daß dann bei s.inusfärmiger
Gitterspannung der Anodenwechselstrom ohne Gegenkopplung verzerrt wird. Die Gegenkopplung
über die Leitung IIIi bzw. 1112 in Abb. r bewirkt, daß die Gitterwechselspannung
der Endstufe nach Abb. q. (Gitterspannung Ug, Zeit t)
vorverzerrt wird, so
daß der Anodenstrom entsprechend weniger verzerrt wird.
-
Während in Abb. r eine isolierte Anodenstromquelle AB notwendig
ist, fällt diese in Abb. 5 ganz fort, weil mit den Drosseln Dl und D'2 die Wicklungen
W1 und W2 gekoppelt sind, die- die Anodenspannung für den Verstärker Vi bzw. V2
auf die Niederfrequenzspannung der Kathode der Röhre T1 bzw. T2 bringen. Die Gittervorspannungsquelle
GB
der Treiberröhre T1 bzw. T2 ist in Abb. 5 im Gegensatz zu Abb. z nicht
von der Erde isoliert. Sie kann
überhaupt ganz fortfallen und durch
eine Kurzschlußverbindung ersetzt werden, wenn an der Stelle i ein kapazitiv überbrückter
Kathodenwiderstand eingeschaltet wird. Wird dieser an die Stelle z gelegt, so',
können auch die Wicklungen S1 und S2 wegfallen.