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Einrichtung zur kaskadenförmigen Verstärkung elektrischer Stromschwankungen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kaskadenschaltung von Verstärkerröhren,
von denen mindestens eine in Bremsfeldschaltung betrieben wird.
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Die sogenannte Bremsfeldröhre, d. h. eine mit positiv vorgespanntem
Gitter (Gitteranode) und negativ oder schwach positiv vorgespannter Anode (Bremselektrode)
arbeitende Elektronenröhre, bei der die Steuerung des zum Gitter übergehenden Stromes
auf Grund der Stromverteilung innerhalb der Röhre erfolgt, hat gegenüber der sonst
allgemein üblichen Steuerung des Elektronenstromes durch ein die Raumladung beeinflussendes
Gitter den Vorzug, daß die an einem Belastungswiderstand im Gitterkreis auftretenden
Ausgangsspannungen fast ohne jede Rückwirkung auf die Stromverteilung bleiben, sofern
dafür gesorgt wird, daß man immer im Sättigungsbereich des Entladungsstromes arbeitet.
Infolgedessen erlaubt die Bremsröhre mit einfachsten Elektrodenanordnungen bereits
außerordentlich hohe Verstärkungsziffern zu erreichen. Die allgemeine Anwendbarkeit
der Bremsfeldröhre als Verstärker wird allerdings dadurch eingeschränkt, daß die
Stromverteilungssteuerung nicht ohne Leistungsverbrauch erfolgen kann, wenn die
Steuerspannung an der Anode, oder wie sie richtiger bezeichnet sei, an der Bremselektrode
liegt. Denn die Steuerspannung muß bekanntlich denselben Strom, der auf der Gitterseite
auftreten soll, durch den inneren Widerstand der Bremselektroden-Kathoden-Strecke
der Röhre treiben. Die Steuerspannungsquelle selbst .darf daher nur einen geringen
Innenwiderstand aufweisen, um dieser Belastung gewachsen zu sein. Aus diesem Grunde
ist eine einfache Kaskadenschaltung mehrerer Bremsfeldröhren, bei der die Kathoden-Gitter-Strecke
einer vorgeschalteten Röhre auf die Kathoden-Bremselektroden-Strecke einer nachgeschalteten
Röhre arbeitet, erfolglos, weil der Ausgangswiderstand jeder Verstärkerstufe durch
den Eingangswiderstand der darauffolgenden Bremsfel.dstufe in unzulässiger Weise
herabgesetzt wird.
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Um diesen Nachteil zu beseitigen, darf die Steuerspannungsquelle nicht
in den Kreis des Bremsstromes, d. h. vor die Bremselektrode
geschaltet
werden, sondern ist in den Stromkreis des Sättigungsstromes, d.11. vor die Kathode
zu legen. Die Stetierspannungsquelle wird dann von dein konstanten Sättigungsstrom
durchflossen und arbeitet auf den unendlich hohen Sättigungswiderstand der Röhre,
ohne daß nennenswerte Steuerleistung verbraucht wird.
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Derartige Schaltungen sind an sich bereits bekannt. Jedoch werden
die Vorteile, die diese Schaltungen bieten könnten, nämlich eine sehr hohe Verstärkungsziffer,
nicht ausgenutzt und können nicht ausgenutzt werden, da die Kopplung der einzelnen
Röhrenstufen über Transformatoren erfolgt. Der Ausgangswiderstand jeder Röhre wird
dabei mindestens mit dein Leerlaufwiderstand eines Transformators belastet, der
im Vergleich zum praktisch unendlich hohen Widerstand einer gesättigten Entladungsstrecke
sehr klein ist. Durch die vorliegende Erfindung wird nun dieser Nachteil vermieden,
der darin besteht, daß die hohe Verstärkung innerhalb der Röhre durch das Kopplungsorgan
größtenteils aufgehoben wird.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung zur kaskadenförinigen Verstärkung
elektrischer Stromschwankungen in zwei oder mehreren Röhrenstufen, von denen mindestens
eine im Gebiet ausgeprägter Sättigungserscheinungen als Dreinsfeldröhre, d. h. finit
positiv vorgespanntem Gitter und negativ vorgespannter Anode. arbeitet, ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Widerstand der Kathoden-Gitter-Strecke der Bremsfeldröhre
(- 1a) ganz oder teilweise als Belastungswiderstand für die jeweils vorgeschaltete
Röhre wirkt.
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In der erfindungsgemäßen Schaltung wird die Steuerspannungsquelle
bzw. Vorröhre voll dem konstanten Sättigun gsstroili der nachfolgenden Röhre durchflossen
und arbeitet direkt auf den unendlich hohen Sättigtit.gswiderstand der gesteuerten
Röhre, ohne daß nennenswerte Steuerleistung verbraucht wird.
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Besonders einfach gestaltet sich diese Methode bei indirekt geheizten
Röhren. während direkt geheizte Röhren eine von der Gitterspeisespannung getrennt-.
Heizung erfordern. Die unvollkommenen Sättigungseigenschaften irrdirekt geheizter
Kathoden lassen sieb auf an sich bekannte `Meise durch ein auf positives oder Kathodenpotential
gebrachtes Hilfsgitter (Raumlade- oder Sauggitter) verbessern. Da die Steuerung
nunmehr leistungslos erfolgt, stellen einer kaskadenförrnigen direkten, galvanischen
Zusammenschaltung mehrerer Bremsfeldstufen keine Schwierigkeiten mehr im Wege.
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Als Belastungswiderstand einer vorgeschalteten Röhre kommt der Sättigungswiderstand
einer nachgeschalteten Röhre in Frage; somit ergibt sich pro Bremsfeldstufe eine
sehr hohe Verstärkungsziffer. In der Abb. i ist das Schema eines derartigen dreistufigen
Bremsfeldverstärkers wiedergegeben. Die Kathoden, oder richtiger, die Emissionselektroden
der beiden Röhren 1I und III sind mit den Gittern der vorhergehenden Röhren I und
II verbunden. Die Eingangsspannung esr liegt zwischen Kathode und dem negativen
Pol der Speisespannung E, der ersten Bremsröhre, die sie leistungslos steuert. Das
Gitter der Röhre III ist mit dem Ausgangswiderstand R., belastet. Sollen alle drei
Röhren parallel geheizt werden, so können nur indirekt heizbare Kathoden zur Verwendung
kommen, deren Sättigungseigenschaften durch Sauggitter, die der Einfachheit halber
direkt mit der Kathode verbunden seien, verbessert werden. Die der Röhre I zugeführten
Spannungsschwankungen werden an ihrem Belastungswiderstand, nämlich an der Röhre
1I, verstärkt und steuern ihrerseits die Stroinvurteilung in Il. Hier findet eine
weitere Verstärkung und Steuerung von III statt, bis schließlich am \utzwiderstand
R, die in allen drei Stufen verstärkten Spannungsschwankungen abgenommen werden
können. Ist S die Steilheit der Brenis- oder L?beinahmehennlinien, die für alle
drei Röhren die gleiche sei, ist ferner RS der Sättigtuigswiderstand jeder der drei
Röhren und wird schließlich Rd = R, gewählt, dann ist der Verstärkungsgrad der auf
ri-Stufen bestehenden Kaskade:
Da bei der Kaskadelischaltung mehrerer gleicher Stufen der Belastungswiderstand
immer gleich dein Inneilwiderstand der einzelnen Röhre ist, wird die Verstärkung
je Stufe nicht voll atisgeiititzt, was in dein Faktor 1/2 zuni Ausdruck kommt. Dies
ändert sieh jedoch grundsätzlich, ,nenn die Brenisfeldröhre erfindungsgemäß als
Belastung für eine normale Vorröhre geschaltet wird, wie es das Schema der Abb.
2 veranschaulicht. In dieser Anordnung wirkt die Bremsröhre nämlich nicht nur als
besondere Verstärkerstufe, sondern außerdem als Strombegrenzer für die Röhre I,
indem sie deren Anodenstrom auf den Betrag ihres eigenen Sättigungswertes i, begrenzt.
Für die Eingangsröhre ergibt sich infolgedessen der Verstärkungsgrad:
d. h. die erste Röhre arbeitet mit der vollen, aus ihrem Durchgriff D zii errechnenden
Spannungsverstärkung. Da die Verstärkung
in der Röhre II
: Va = S # R, ist, ergibt sich die Gesamtverstärkung "zu:
Findet z. B. in der ersten Stufe eine Schirmgitterröhre mit einem Durchgriff von
o,25 °,/o Verwendung und ;beträgt die Steilheit S z. B. o,2 # io-3 Amp./Volt und
der Außen-,viderstand RI i Megohm, so ergibt sich eine Verstärkung von 8 # io¢.
-Natürlich läßt sich diese Verstärkung durch Hinzuschalten weiterer Bremsröhren
nach dem vorhergehend geschilderten Schema nach Bedarf steigern.