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Richtverstärker.
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Der Spannungsabfall
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Steuerspannung der Röhre ist
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Hieraus folgt weiter, dass die Anodenspannung
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erhält mon ars der obigen Gleichung
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Der linearisierte Anodenstrom ergibt sich somit zu
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Zur Erreichung eines guten Kniekes muss der Ausdruck Rk (1 + D) sehr viel grösser sein als D. Ri. Dies muss auch im gekrümmten Teil der Charakteristik, wo Ri stark ansteigt, der Fall sein.
Man wird daher, wenn nicht Röhren mit kleinem Durchgriff verwendet werden, ein Rk benötigen, das
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1. die am Rohr liegende wirksame Anodenspannung sinkt und dadurch wird die Ausnutzung der Röhre schlechter, da ja die Steilheit der Röhre sinkt. Es wird also der der Röhre bei Ra = 0 maximal entnehmbare Anodenstrom kleiner, während er sonst mit und ohne Gegenkopplung gleich gross ist.
2. Um eine grosse Gegenkopplung zu erreichen, müsste Rk sehr gross sein. Bei Vergrösserung von Bk über den Wert von Ri hinaus wird die Spannung an Rk und damit die Gegenkopplung nicht mehr wesentlich ansteigen ; damit tritt auch keine weitere Verbesserung des Kniekes ein ; d. h. also : bei grossem Durchgriff wird man zwar durch Vergrössern von Rk eine Verkleinerung der Steilheit erreichen, aber nicht die Umformung der Kennlinie in eine ideale Knickkennlinie.
3. Bei hohen Frequenzen wird durch die Eingangskapazität der Röhre eine Phasenverschiebung des Anodenstromes bis zu 90 bewirkt. Damit'hat auch die vom Anodenkreis über Rk auf das Gitter einwirkende Spannung gegenüber der Spannung Eo statt 1800 nur 900 Phasenversehiebung : die Erzielung der Knickkennlinie wird dadurch unmöglich. Die Frequenzgrenze, bei der durch die Eingangskapazität die Gegenkopplung unmöglich wird, liegt um so tiefer, je grösser Rk ist.
4. Bei Verwendung von Röhren mit grossem Durchgriff muss die Steuerspannung Eo sehr gross sein, um die Umformung der Kennlinie ausnutzen zu können. Dies stört nicht, solange der Gitterkreis hochohmig ist. Bei hohen Frequenzen jedoch, wo der Eingangswiderstand durch die Eingangskapazität herabgedrückt wird, ist dann unter Umständen eine beträchtliche Leistung erforderlich, um den Gitterkreis voll auszusteuern.
Die oben behandelten Nachteile werden vermieden, wenn gemäss der Erfindung eine Röhre mit sehr geringem Durchgriff verwendet wird. Die Gleichung 6 erfährt dann folgende bedeutende Vereinfachung :
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Hieraus ergibt sieh somit der linearisierte Anodenstrom der Röhre
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Hieraus erkennt man ohne weiteres, dass bei grosser Gegenkopplung und genügend grosser Steilheit der Anodenstrom unabhängig von Schwankungen der Röhrendaten (8, Ri.
D) wird, was für Gegentaktsehaltungen von ausserordentlich grosser Bedeutung ist.
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eine Stromverzweigung vorgesehen ist, in deren einen Ast der Belastungswiderstand Ra liegt, während in dem andern eine Reihenschaltung eines Widerstandes R und des Rückkopplungswiderstandes Rk
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In diesem Falle ist beim Fehlen eines Belastungswiderstandes Ra, also Ra = 0, auch dip Gegenkopplung 0.
An Hand eines Beispiels soll nun im folgenden gezeigt werden, wie die Gegenkopplung die Gleichrichterkennlinie der Röhre in eine ideale Knickgleiehrichterkennlinie verwandelt. Dass derartige Kennlinien einerseits eine grosse praktische Bedeutung haben, braucht wohl nicht näher auseinandergesetzt zu werden, es sei nur beispielsweise auf die Verhältnisse bei Modulation und Demodulation von Trägerströmen hingewiesen. In der Fig. 4 ist in Form einer Kurve die parktische Auswertung der obigen Gleichung 8 gezeigt. Als Beispiel wurde die Telefunkenröhre. RENS 1284 gewählt. Die Kurve 1 stellt die statische Kennlinie ohne Gegenkopplung dar, der Arbeitspunkt A ist auf -4#5 Volt Gitterspannung gelegt.
In einem verhältnismässig weiten Bereich, d. h. bis etwa-3 Volt, folgt die Kenn-
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Gegenkopplung durchgeführt werden, so muss man den Massstab der Gitterspannung um den Linearisierungsfaktor verkleinern. Dies ist in der Kurve : 2 von Fig. 4 geschehen, u. zw. in dem Umfange, dass die linearisierte Kennlinie auf der positiven Seite des Arbeitspunktes Al etwa dieselbe Neigung wie die Kennlinie ohne Gegenkopplung aufweist. Auf der negativen Seite fliesst dagegen aber gar kein Anodenstrom. Trotz der Verminderung der Steilheit kann der Röhre bei Gegenkopplung derselbe Anodenstrom entnommen werden wie ohne Gegenkopplung, da ja auch die maximal anlegbare Gitterwechselspannung um den Linearisierungsfaktor vergrössert ist.
Ein Vergleich der beiden Kurven 1 und 2 zeigt deutlich die Verschiedenheit ihres Charakters. Während die Kurve 1 in einem weiten Bereich exponentiellen Charakter aufweist, hat die andere im Punkt Jj einen scharfen Knick, im übrigen Teil aber ist sie linear. Die Aussteuerbereiche aber sind in beiden Fällen die gleichen. Der Aussteuerbereich ohne Gegenkopplung sei in der Figur mit al bezeichnet, der mit Gegenkopplung mit a2. Man sieht ohne weiteres, dass die beiden, gleichen maximalen Anodenstrom vorausgesetzt, nur eine Parallelversehiebung gegeneinander aufweisen. Die bisher gezeigten Ausführungsbeispiele erstrecken sich auf Trioden, doch ist die Anwendung bei derartigen Röhren in vielen Fällen mit gewissen Unannehmlichkeiten verknüpft, wie im folgenden näher ausgeführt werden soll.
In Gleichung 8 ist der linearisierte Anodenstrom der Röhre zu
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ermittelt. Diese Beziehung gilt aber, wie in dem vorhergehenden Absatz der Beschreibung ausgeführt ist, nur dann exakt, wenn Ra = 0 i8t, oder mit andern Worten, wenn der Anodenwiderstand gegen-
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über dem inneren Widerstand der Röhre sehr klein ist, ( Ri. Bei einfachen Röhren führt diese Bedingung insofern zu Schwierigkeiten, als der innere Widerstand nicht allzu hoch ist und somit ein schlechter Wirkungsgrad die Folge ist. Wird nun dagegen ein Rohr mit hohem innerem Widerstand verwendet, dann ist die Forderung leicht einzuhalten und man erzielt bei einem praktisch brauchbaren Wert von. Es die nötige Verstärkung.
Wie aber bereits dargelegt wurde, muss neben der genannten Bedingung die Voraussetzung erfüllt sein, dass die Steilheit gross und der Durchgriff klein gegen 1 ist. Gemäss der weiteren Erfindung werden diese Forderungen in ihrer Gesamtheit am besten durch die Verwendung von Sehirmgitterröhren erfüllt.
An Hand der weiteren Figuren und Ausfuhrungsbeispiele soll dieser Erfindungsgedanke näher erläutert werden. Da Schirmgitterröhren stets einen hohen inneren Widerstand aufweisen, ergibt sieh in der oben genannten Gleichung ohne Einführung eines anodenseitigen Kurzschlusses automatisch die Unabhängigkeit des linearisierten Anodenstromes vom Anodenwiderstand und es ist überdies nicht
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komplexe Absehlussseheinwiderstand Ra in jedem Falle klein gegen den inneren Widerstand des Rohres ist. Dies soll schematisch in Fig. 5 dargestellt sein.
In der komplexen Ebene mit der imaginären Achse i und der reellen Achse r ist in weitem Abstand vom Koordinatenanfangspunkt der innere Widerstand. Ri auf der reellen Achse liegend dargestellt.
Um den Koordinatenanfangspunkt ist nun ein Kreis geschlagen, dessen Fläche schraffiert ist und in dem sich jederzeit der Abschlusswiderstand bewegen kann, ohne dass die oben gestellten Forderungen verletzt würden. Es genügt für den Abschlussseheinwiderstand die Bedingung, dass er bei keiner Frequenz in die Grössenordnung von Ri kommt.
Wie bereits ausgeführt, ist die Linearisierung besonders vorteilhaft bei Gegentaktschaltungen anzuwenden. Das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt eine derartige Gegentaktschaltung unter Verwendung von Schirmgitterröhren. Den Steuergittern GI und ss'der Röhren R und R' ist eine Wechselspannung jE aufgedrückt. In den Kathodenleitungen der Röhren befinden sieh die Linearisierungswiderstände W1 und W'1, während in dem Anodenkreis die gegen den
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linearisierte gleichgerichtete Spannung abgenommen werden. Die Schirmitter G2 und G'2 dienen zur Erzielung des erforderliehen hohen inneren Widerstandes und der nötigen Steilheit. Sie sind an einen Abgriff B der Batterie bzw. Anodenspannungsquelle geführt.
Besonders vorteilhaft werden die Anordnungen nach der vorliegenden Erfindung für Modulationsbzw. Demodulationszweeke verwendet. Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt eine derartige Schaltung. Die Röhren sind wieder mit R und R' bezeichnet und die Linearisierungswiderstände in der Kathodenleitung ebenfalls mit W1 und W'1. Die Bezeichnung für die Gitter der Röhren sind ebenfalls die gleichen wie in Fig. 6. Den Steuergittern werden nun zwei Spannungen zugeführt, die miteinander zur Modulation gelangen sollen. Die eine Spannung von der Frequenz CI) wird über den Übertrager U1 zugeführt, dessen Sekundärwieklungsenden mit den Steuergittern unmittelbar verbunden sind.
Die Zuführung der andern Modulationsfrequenz ss kann entweder über eine dritte Wicklung des gleichen Übertragers oder in der in Fig. 7 dargestellten Weise mittels eines t'bertragers U2 erfolgen. Statt der Widerstände W2 bzw. H'im Anodenkreis ist ein Übertrager U3 vorgesehen, der mit der Leitung bzw. dem Verbraucher gekoppelt ist. Eine derartige Gegentaktschaltung gestattet die Unterdrückung der Trägerfrequenz sowie deren Harmonischen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anwendung von Einfach- oder Gegentaktschaltungen beschränkt. Es können in der angegebenen Weise auch andere Schaltungskombinationen linearisiert werden, wobei es nicht erforderlich ist, dass Trioden oder einfache Schirmgitterröhren verwendet werden, es können vielmehr alle Iehrgitterröhren, insbesondere Penthoden, zur Anwendung gelangen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Richtverstärker, dadurch gekennzeichnet, dass Röhren mit sehr geringem Durchgriff verwendet werden und dass zur Linearisierung eine negative Rückkopplung zwischen Gitter-und Anodenkreis vorgesehen ist.