DE756014C - Zwischen zwei Verstaerkerroehren angeordnetes Filter - Google Patents

Description

Bei der Übertragung breiter Frequenzbänder mit im wesentlichen gleichmäßiger Verstärkung, wie dies z. B. bei Verstärkern für Fernsehzwecke-der Fall jst, ist die obere Grenzfrequenz durch -die unvermeidlichen Nebenschlußkapazitäten, also die, ;-Gitter-Kathoden-Kapazitäten, Gitter-Anoden-Kapazitäten, Anoden-Kathoden-Kapazitäten sowie Lekungskapazitäten festgelegt. Es ist die Aufgabe der Erfindung, trotz dieser unvermeidlichen Nebenschlußkapazitäten : einen Abfall des Verstärkungsgrades im Gebiet der hohen Frequenzen zu verhindern;. - .;

In der Fig. ι ist ein Verstärker in der

bekannten. . Widerstandskapazitätskopplung dargestellt. Wenn, der Anodenwiderstand R klein, gegen den inneren Widerstand, der Röhre V₁ ist, läßt sich zeigen, daß die Gleichung gilt .: . -

P' T — —7^~> .

worin μ der Verstärkungsgrad der die Röhre V₁. enthaltenden Verstärkerstufe, / die Frequenz des zu übertragenden Bandes und S die Steilheit ist. C ist hierbei die Gesamtkapazität, die parallel zu dem Anodenwiderstand R liegt; k ist eine Konstante,

Die Kopplungsschaltung zwischen der Röhre V₁ und F₂ wirkt als Tiefpaßfilter. Die Grenzfrequenz / ist bekanntlich durch die Gleichung

= ι

gegeben. Für einen üblichen widerstandsgekoppelten Verstärker ist

k —

2Jl!

Die Größe der Konstanten k bestimmt nun

die Größe des Produktes μ · f. Wenn f groß ist, wie es z. B. bei den Verstärkern für Fernsehzwecke, wie erwähnt, der Fall ist, kann ein großer Verstärkungsgrad μ nur dann erreicht werden, wenn k einen großen Wert annimmt, da die wirksame parallel liegende Kapazität C nicht unter einen Mindestwert, dessen Größe von der verwendeten Röhre abhängt, herabgesetzt werden kann.

Es ist bekannt, daß der Wert von k bei einer Schaltung nach Fig. 1 dadurch vergrößert werden kann, daß eine Induktanz geeigneter Größe entweder in Reihe mit dem Widerstands oder in den Zug der Leitung von der Anode der Röhre V₁ zum Steuergitter der Röhre V₂ eingeschaltet wird.

Ferner ist bekannt, zwei Röhren durch ein Filternetzwerk miteinander zu koppeln, wobei die Nebenschlußkapazitäten der Röhren zum Aufbau des Filters herangezogen werden. Ein Filter ist gewöhnlich aus mehreren Halbgliedern zusammengesetzt. Je nachdem, wie diese Halbglieder miteinander verbunden werden, entsteht ein Filter vom π-Typus oder vom Γ-Typus. Weiter sind die üblichen Filter so aufgebaut, daß sie aus zueinander widerstandsreziproken Längs- und Querzweigen zusammengesetzt sind. Wenn hierbei die Induktanzen im Längszug und die Kondensatoren im Querzug liegen, entsteht ein Tiefpaßfilter; wenn umgekehrt die Kondensatoren im Längszug und die Induktanzen im Querzug liegen, entsteht ein Hochpaßfilter. Wenn die Kondensatoren als Querkondensatoren geschaltet und mit den Induktanzen auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt sind und die so gebildeten Teile in bestimmter Weise miteinander gekoppelt sind, erhält man ein Bandfilter.

Diese Filter sind, wie bereits oben angegeben, aus widerstandsreziproken Längsund Ouerzweigen zusammengesetzt. Die Anfangsreaktanzen sind identisch mit den entsprechenden Längs- bzw. Quer reaktanzen. Bei Filtern dieser bekannten Art ist nun die Impedanz nicht über die ganze Bandbreite konstant. Deshalb sind die bekannten Filter nicht geeignet, eine Röhre mit einer weiteren Röhre o. dgl. zu koppeln, wenn über einen großen Frequenzbereich eine im wesentlichen gleichmäßige Verstärkung vorhanden sein soll.

Die Erfindung betrifft ein zwischen zwei Verstärkerröhren angeordnetes Filter zur gleichmäßigen Übertragung eines breiten Frequenzbandes in Form eines aus mehreren gleichen Halbgliedern oder von diesen abgeleiteten Halbgliedern bestehenden, unter Vermeidung von die Filterwirkung beeinflussenden Ohmschen Widerständen aufgebauten und aus zueinander widerstandsreziproken Längs- und Querzweigen bestehenden Kettenleiters, bei dem die Röhrenkapazitäten als ganze oder als Teile der Querkapazitäten des Filters verwendet sind. Gemäß der Erfindung ist bei einer derartigen Anordnung die Anfangsreihen- bzw. Anfangsquerreaktanz am nicht abgeschlossenen Ende des Filters gleich der entsprechenden Reaktanz eines ganzen Filtergliedes bemessen und die Eingangsstromquelle des Filters parallel zu einer im Innern des Filters liegenden Querkapazität angeordnet.

Während bei den üblichen Filtern die Anfangsreihen- bzw. Anfangsquerreaktanz am nicht abgeschlossenen Ende des Filters gleich der Hälfte der entsprechenden Reaktanz eines ganzen Filterteiles ist, wird bei der Anordnung nach der Erfindung das Doppelte dieses Wertes benutzt, um durch die Verwendung eines derartigen Filters bei Breitbandverstärkern eine beträchtliche Erhöhung des Verstärkungsfaktors ohne Beeinträchtigung der Bandbreite zu erhalten.

Es ist zwar bekannt, die Anfangsreihenbzw. Anfangsquerreaktanzen gleich der entsprechenden Reaktanz eines ganzen Filterteiles zu machen, jedoch diente diese bekannte ioo Anordnung nicht zur Kopplung zweier Röhren eines Breitbandverstärkers.

Bei der Anordnung nach der Erfindung wird bei einem aus Reihenreaktanzen und Querkondensatoren bestehenden Tiefpaßfilter der Kondensator am nicht abgeschlossenen Ende von der gleichen Größe gewählt wie der eines ganzen Quergliedes.

Durch die Verwendung der Röhrenkapazität als ganze oder als teilweise Querkapazität des Filters ergibt sich ein beträchtlich größerer Wert von k, so daß bei der Anordnung nach der Erfindung ohne Änderung der Bandbreite die Verstärkung gegenüber bisher bekannten Schaltungen beträchtlich erhöht wird.

Der Abschluß des bei der Anordnung nach der Erfindung verwendeten Filters kann aus einem einfachen Widerstand von geeignetem Wert bestehen oder kann, wie weiter unten noch näher ausgeführt werden soll, ein abgeleitetes w-Halbglied enthalten.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Filter als Tiefpaßfilter ausgebildet und enthält anderthalb Teile eines Netzwerkes vom π-Typus. Jedes Halbglied des Netzwerkes besteht aus einer Reiheninduktanz L₀ und aus einer Querkapazität C₀. Ein Ende des Filters ist durch das hierfür in Betracht kommende «-Halbglied und einen Widerstand abgeschlossen. ίο Das andere Ende ist durch eine Kapazität von der Größe 2 C₀ überbrückt.

Ein solches Filter hat eine Eingangsimpedanz, die bis zur Grenzfrequenz im wesentlichen konstant ist. Das ergibt sich aus folgenden Gleichungen.

Die Eingangsimpedanz Z₀ eines üblichen Filters ist beim Abschluß mit dem Wellenwiderstand gegeben durch die Gleichung

R_n

Z_n =

Hierin ist R_n der Nennwert des Wellen-

Er ist gegeben durch die

^a5 Widerstandes.
Beziehung

ω₀ ist die Grenzfrequenz, für die die Beziehung gilt

^ω° ^ ITeT'

Wenn die Querkapazität an dem nicht abgeschlossenen Ende verdoppelt wird, gilt für die Eingangsimpedanz Z des abgeänderten Netzwerkes folgende Beziehung:

Z =

ι + j ω C_n Z_n

R_n

ω_γ\ (τ+ ω* C₀* R₀*)

CO₀)

ω*

ιΛ-

ω₀

Nun ist aber C₀ ■ R₀ = —- .

Mithin wird |Zj = R₀, d.h. der Betrag der Eingangsimpedanz ist gleich dem Nennwert

des Wellenwiderstandes.
Wenn nun dem Eingang dieses Netzwerkes

der konstante Ausgangsstrom einer Schirmgitterröhre zugeführt wird, ist die Spannung an den Querkondensatoren für alle Frequenzen bis zur Grenzfrequenz konstant, vorausgesetzt, daß das Filter exakt mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen ist. Die Abweichung von dieser Bedingung in der Nähe der Grenzfrequenz ist davon abhängig, inwieweit der Abschlußwiderstand dem Wellenwiderstand des Netzwerkes angepaßt ist.

Es läßt sich nachweisen, daß sich bei allen Filtern der Konstante-ÄVType, das ist bei allen Filtern aus zueinander widerstandsreziproken Längs- und Querzweigen, die gleiche konstante Eingangsimpedanz ergibt, wenn die Bemessung der Anfangsreihen- bzw. Anfangsquerreaktanz in der angegebenen Weise vorgenommen wird. Wenn also die Erfindung bei einem Filter, das aus einem oder mehreren T-Gliedern zusammengesetzt ist, angewendet wird, so kann die Eingangsimpedanz konstant gemacht werden, wenn der Wert eines Reihenelements am Eingang einem ganzen Reihenelement entspricht und nicht einem halben Reihenelement, wie es der Filtertheorie entspricht und üblicherweise der Fall ist.

Wenn das Filter aus einem einzigen Halbteil besteht, kann die Quer- oder'Reihenreaktanz an dem vom Abschluß entfernten Ende im Sinne der Erfindung von dem gleichen Wert gemacht werden wie. der theo- go retische Wert einer ganzen Quer- oder Reihenreaktanz. Es können auch ein oder mehrere Halbglieder des Filters durch abgeleitete Halbglieder ersetzt werden.

An Hand der Fig. 2 und 3 soll die Erfindung noch näher beschrieben werden. , Bei der Schaltung nach Fig. 2 enthält der Verstärker zwei Schirmgitterröhren V₁ und V₂. Die Anode der ersten Röhre ist mit dem Steuergitter der zweiten durch eine aus einem Blockkondensator C₁ und einer Induktanz L₁ bestehenden Reihenschaltung verbunden. Für die zweite Röhre ist ein Gitterableitwiderstand Rq der üblichen Größe vorgesehen. Dieser Widerstand ist so groß, daß die Filterwirkung durch ihn nicht beeinflußt wird, ebenso wie der Blockkondensator C₁ so bemessen ist, daß er für die Filterwirkung keine Rolle spielt. Die Anoden-Kathoden-Kapazität der Röhre V₁ zusammen mit den no zugehörigen Streukapazitäten der Leitungen und anderer Schaltelemente bildet ein Tiefpaßfilter vom π-Typus, das aus 1V2 Halbgliedern aufgebaut ist, mit der Induktanz L₁, einem Teil der Induktanz L₂, der Steuergitter-Kathoden-Kapazität der Röhre V₂ und den zugehörigen Streukapazitäten. Die beiden Kapazitäten des Netzwerkes sind durch gestrichelte Linien dargestellt.

Das Filter ist durch das hierfür in Betracht kommende m-Halbglied abgeschlossen. Dieser Abschluß besteht aus einem Teil der

Induktivität L₂, die mit dem Anodenwiderstand R der Röhre V₁ zwischen der Anode der Röhre V₁ und dem positiven Pol der nicht gezeichneten Anodenspannungsquelle in Reihe geschaltet ist, sowie aus der Reihenschaltung eines Kondensators C₂ und einer Induktanz L₃, die zwischen die Verbindungsstelle von R und L₂ und die Kathode geschaltet ist. Der Rest der Induktanz L₂ bildet die Reihenreaktanz des ersten Halbgliedes des Filters.

Wenn die Induktanz L₁ den Wert 2 L₀ hat

und die effektive Ouerkapazität des Netz-

■ werkes den Wert '2 C₀, dann sind die Werte der drei Elemente des abgeleiteten »i-Halbgliedes durch die Beziehungen gegeben:

C₂ = nt C_n

τ

-m*

Ein geeigneter Wert für in in der beschriebenen Anordnung ist 0,7. In diesem Fall stellt das Netzwerk für die Röhre V₁ bis zur Grenzfrequenz eine im wesentlichen konstante Eingangsimpedanz dar. Wenn die beiden Ouerkapazi täten des Filters gleichgemacht werden, dann hat die Konstante k den Wert

Die Werte der beiden Querkapazitäten können durch Wahl der Lage der verschiedenen Leitungen der Induktanz L₁ gleichgemacht werden. Vorzugsweise werden sie jedoch dadurch abgeglichen, daß der Kondensator C₁ und der Ableitwiderstand R₀ entweder links oder rechts von der Induktanz L₁ eingeschaltet werden, so daß sich ihre Kapazität gegen Erde zu der kleineren der beiden Kapazitäten, Anoden-Kathoden-Kapazität der Röhre V₁ oder Gitter-Kathoden-Kapazität der Röhre V₂, addiert.

Statt der Röhre V₂, deren Nebenschlußkapazitäten die Ausgangsquerkapazität des Netzwerkes bilden, kann auch eine Kathodenstrahlröhre benutzt werden, deren Kapazität zwischen der Modulatorelektrode und der Kathode in diesem Falle die gewünschte Ouerkapazität des Netzwerkes darstellt.

Durch Verwendung eines abgeleiteten «im'-Halbgliedes als Abschluß kann die Gleichmäßigkeit der Amplitudenkennlinie des Netzwerkes weiter verbessert werden. In diesem Fall erhält man eine weitgehend flache Kennlinie parallel zur Abszisse bis zu 90% der Grenzfrequenz.

Wenn die Röhre V₁ eine Triode ist, muß der innere Widerstand dieser Triode, der parallel zu der Anoden-Kathoden-Strecke liegt, mit berücksichtigt werden. Die Werte der Elemente C₂, L₂ und L₃ können dann | kleiner gemacht werden. Der Wert von L₁ und der Wert des gegebenenfalls dazu parallel geschalteten Widerstandes wird davon nur wenig beeinflußt.

In Fig. 3 ist eine andere Anordnung gemaß der Erfindung dargestellt, bei der ein Bandfilter zur Kopplung zweier Röhren verwendet ist. Die Elemente, welche den Elementen der Fig. 2 entsprechen, sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das Bandfilter besteht aus der Anoden-Kathoden-Kapazität der Röhre V₁ und der Induktanz L₅ einerseits und der Gitter-Kathoden-Kapazität der Röhre V₂ und einer Induktanz L₈ andererseits, die durch eine Induktanz L₁ und einen Kopplungskondensator C zusammengekoppelt sind. Die Induktanzen L₃, L₆ und L₁ sind mit ihren zugehörigen Kapazitäten auf die mittlere Frequenz des Frequenzbandes abgestimmt. Das Filter \vird durch ein abgeleitetes »z-Halbglied abgeschlossen. Dieser Abschluß, der sich von dem der Schaltung nach Fig. 2 unterscheidet, ist zusammen mit einem Reihenelement des Filters von der gestrichelten Linie T der Fig. 3 eingeschlossen. Die Induktanz L₁ stellt eine Spule dar, die zusammen mit dem Überbrückungskondensator C in der Wirkungsweise des Filters keine Rolle spielt. Bei diesem Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist die Reaktanz der Induktanz L₀ gleich der Reaktanz der Induktanz L₅ gemacht und die Gitter-Kathoden-Kapazität der Röhre V₂ gleich der Anoden-Kathoden-Kapazität der Röhre V₁.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Zwischen zwei Verstärkerröhren angeordnetes Filter zur gleichmäßigen Übertragung eines breiten Frequenzbandes in Form eines aus mehreren gleichen Halbgliedern oder von diesen abgeleiteten Halbgliedern bestehenden, unter Vermeidung von die Filterwirkung beeinflussenden Ohmschen Widerständen aufgebauten und aus zueinander Widerstandsreziproken Längs- und Querzweigen bestehenden Kettenleiters, bei dem die Röhrenkapazitäten als ganze oder als Teile der Querkapazitäten des Filters verwendet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsreihen- bzw. Anfangsquerreaktanz am nicht abgeschlossenen Ende des Filters gleich der entsprechenden Reaktanz eines ganzen Filtergliedes bemessen ist und daß die Eingangsstrom- n₅ quelle des Filters parallel zu einer im Inneren des Filters liegenden Ouerkapazität angeordnet ist.
2. 2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußimpedanz ein abgeleitetes »z-Halbglied enthält.
3. 3. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch

   gekennzeichnet, daß die Abschlußimpedanz ein abgeleitetes »m'-Halbglied enthält.
4. 4. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Anodenspeiseleitung der vorgeschalteten Röhre liegende Widerstand in die reflexionsfrei, vorzugsweise als m-Halbglied ausgebildete Abschlußimpedanz der Filterkette eingeht.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschriften Nr. 507 825,

   477 985. 452 495;
   britische Patentschriften Nr. 410 147, 436 734;

   USA.-Patentschriften Nr. 1 925 340, ι 918 393, ι 587 574·

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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