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Niederfrequenzverstärker.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Radiosignalsysteme und im besonderen auf Signalverstärker mit elektrischen Entladungs-oder Vakuumröhren für solche Systeme.
Bei Verstärkern, die elektrische Entladungsvorrichtungen oder Vakuumröhren verwenden, hat
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amplitude und mit verhältnismässig niedrigen Anodenspannungen zu erhalten, wachsende Bedeutung seit Beginn des Rundfunks.
Gegenwärtig ist die Forderung nach hoher Ausgangsleistung der Verstärker, insbesondere der Audio-oder Horfrequenzverstärker (auch Niederfrequenzverstärker genannt) in Radioempfangsapparaten aus kommerziellen und praktischen Gründen begleitet von der Forderung nach vereinfachten und gedrängt gebauten Apparaten mit niedrigem Preis und verhältnismässig geringem Energieverbraueh.
Eine bekannte Bauart ist ein Verstärker der Klasse"B", d. i. ein Verstärker, der gewöhnlich als Radiofrequenz-Ausgangsverstärker in einem Sender verwendet wird und für den charakteristisch ist, dass die Ausgangsleistung proportional dem Quadrat der erregenden Gitterspannung ist. Die in diesem Verstärker verwendeten elektrischen Entladungsvorrichtungen oder-röhren sind mit solcher Vorspannung versehen, dass der Anodenstrom im wesentlichen Null oder wenig darüber ist, und der Durch- sehnittswert des Anodengleichstromes ändert sich mit der Eingangswechselstromspannung. Der Anodenstrom fliesst nur während der positiven Halbschwingungen bzw. Schwankungen oder Ausschläge des Eingangspotentials.
Da Anodenstrom nur während einer Hälfte der Periode fliesst, muss der Anodenkreis abgestimmt werden, um die Eingangswellenform zu erhalten oder, falls ein Audio-oder ein aperiodischer Verstärker gewünscht wird, müssen zwei Röhren in einer Gegentaktsehaltung od. dgl. verwendet werden, damit jederzeit Anodenstrom zu der einen oder der andern der beiden Röhren fliessen kann. Die Erregung kann stark genug sein, um das Gitter oder die Gitter auf positive Spannung zu bringen und so einen beträchtlichen gleichgerichteten Gitterstrom hervorzurufen. Daher werden dem vorhergehenden Verstärker ziemlich starke Belastungen durch den hohen Betrag der Gittererregung auferlegt, der erforderlich ist, um die Gitterverluste in der Röhre zu überwinden.
Der Ausgangswirkungsgrad ist sehr gut infolge des Umstandes, dass der Scheitelwert des Anodenstromes verhältnismässig hoch sein kann für positive Scheitelwerte der Spannungssehwingungen an dem Gitter und der Gleichstromwiderstand der Röhre niedrig ist während der Halbperiode, in welcher der Anodenstrom fliesst.
Im Anschluss an diese Definition des"B"-Verstärkers seien hier auch gleich kurz noch die Definitionen der Verstärker der Klasse "A" und der Klasse 0" gegeben, da diese Bezeichnungen im folgenden als kürzeste Kennzeichnung derselben verwendet werden :
Unter Verstärker der Klasse"A"wird ein Verstärker für Nieder-und Hochfrequenz in Empfängern verstanden, dessen Gitter in der Regel nicht auf positive Spannung gebracht wird und dessen Durch- schnittsanodenstrom sieh nicht wesentlich beim Empfang von Signalen ändert ; seine Ausgangswechsel- spannung ist proportional der Eingangswechselspannung.
Unter Verstärker der Klasse,, 0" wird ein Hochfrequenzverstärker oder Oszillator verstanden, in dem die Ausgangsenergie sich mit dem Quadrat der Anodenspannung ändert. Die Gittervorspannung beträgt ungefähr das Doppelte der Blockierungsspannung, und die Gitter werden dermassen betrieben, dass kleine Änderungen der Eingangsspannung die Ausgangsspannung nicht wesentlich verändern. Die
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Scheitelwerte der Erregungsspannungen müssen hinreichen, die Gitter stark positiv zu laden, um hohe Anodenstromamplituden zu gewährleisten. Hiebei ergibt sich ein sehr hoher Wirkungsgrad als Folge davon, dass der innere Gleichstromwiderstand der Röhren während des Fliessens des Anodenstromes ein sehr geringer ist.
Die Gittererregungsverluste sind jedoch verhältnismässig gross und die vorangehende Stufe muss daher genügend Energie zu liefern imstande sein, um für diese Verluste aufzukommen. Für konstante Eingangsspannung ist die Ausgangsspannung und der Antennenstrom proportional der Anodenspannung. Der"C"-Verstärker eignet sich daher sehr gut für Anodenmodulation.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es vor allem, einen Niederfrequenzverstärker zu schaffen, von dem eine höhere unverzerrte Ausgangsleistung bei Niederfrequenz erhalten werden kann, als bisher durch die bekannten Mittel oder Anordnungen der elektrischen Entladungsvorrichtungen in einem Verstärker erreichbar war, unter Benutzung der vorteilhaften Arbeitscharakteristik des erwähnten Verstärkers der Klasse B".
Bei der vorliegenden Erfindung wird in der Ausgangsstufe des Verstärkers von elektrischen Entladungsvorrichtungen oder Röhren in Gegentaktschaltung Gebrauch gemacht und diese werden mit
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betrieben. Ein Verstärker dieser Art kann als ein modifizierter Verstärker der Klasse B"bezeichnet werden, während ein normaler Verstärker der Klasse "B" eine ele1. -trische Entladungsvorrichtung mit abgestimmtem Anodenausgangskreis für-Radiofrequenzsysteme verwendet, deren Ausgangsleistung proportional dem Quadrat der Erregung oder Eingangsgitterspannung ist.
Die Röhre ist so eingestellt, dass der Anodenstrom im wesentlichen gesperrt ist,'und der Anodenstrom nimmt zu entsprechend der Spannung der zugeführten Radiofrequenzsignale,
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Röhre nur während einer Hälfte der Signalspanmmgswelle öder-periode arbeitet. Die Einrichtung ist so getroffen, dass die Röhren bis zur Grenze ihrer Raumladung oder Emission-betrieben werden für höchste Ausgangsleistung. In Betrieb werden die Röhren also durch die Signalspannungen weit in ihren positiven Gitterspannungsarbeitsbereich hinein erregt und führen einen wachsenden Gitterstrom, nachdem der Nullpunkt der Gitterspannung in positiver Richtung überschritten worden ist ; während bei der normalen Einstellung bzw.
Gittervorspannung im wesentlichen kein Gitterstrom fliesst und die Eingangsimpedanzen der Röhren oder elektrischen Entladungsvorrichtungen hoch sind oder ihren Höchstwert haben. Es wird daher der Antriebs-oder Eingangsstufe bzw. der Quelle der Signalspannungen eine sich ändernde-Belastung auferlegt mit einer Änderung des Stromes von beträchtlicher Grösse in dem Eingangskreis und der Quelle des steuernden Potentials.-
Es ist daher weiters Gegenstand der Erfindung, einen verbesserten Niederfrequenzverstärker zu schaffen, bei dem die elektrischen Entladungsvorrichtungen oder Röhren derart und bis zu solchen Grenzen betrieben werden, dass sie eine Niederfrequenzausgangsleistung ergeben, die verhältnismässig höher ist als die normale derselben elektrischen Entladungsvorrichtungen oder Röhren mit derselben Anodenspannung,
mit einer geringeren durchschnittlichen Anodenverlustleistung und ohne ernstliche Beeinträchtigung ihrer Lebensdauer. Es werden also gemäss der Erfindung die üblichen Anforderungen in bezug auf höhere Anodenverlustleistung und höhere Anodenspannungen, die beide sowohl hinsichtlich des Baues der Röhren als auch hinsichtlich der Beistellung der Betriebsspannungsquellen sehr kostspielig sind, gänzlich vermieden.
Gemäss der Erfindung kann ein Niederfrequenzverstärker gebaut werden, bei dem eine verhältnis- mässig hohe Niederfrequenzausbeute, z. B. eine fünf-bis zehnmal grössere als die gewöhnliche, erhalten wird, ohne die Grösse, die Bemessung oder die Zahl der in dem Verstärker verwendeten elektrischen Ent- ladungsvorrichtungen zu erhöhen und ohne Erhöhung der Anodenspannung oder Anodenverlustleistung.
Um die Verstärkerröhren mit im wesentlichen gesperrtem Anodenstrom zu betreiben, ist es erforderlieh, eine das Sperrpotential liefernde Quelle vorzusehen. Das kann bisweilen aus verschiedenen Gründen unerwünscht oder schwierig sein. Daher ist es weiters Gegenstand der Erfindung, einen Niederfrequenzverstärker der erwähnten Art zu schaffen, der mit Null-oder positiven Gitterpotentialen zu arbeiten eingerichtet ist, wobei die obenerwähnten Schwierigkeiten überwunden sind.
Infolge der Arbeitsweise nach Classe zist der Anodenenergiezufuhr für einen verbesserten Verstärker und Modulator gemäss der Erfindung eine sich ändernde Belastung auferlegt ; und es ist daher auch Gegenstand der Erfindung, Mittel in : Verbindung mit der Anodenstromquelle vorzusehen, wodurch Schwankungen in der Belastung verhindert werden, die Spannungsregelung der Quelle merklich zu beeinträchtigen.
Im folgenden wird der Erfindungsgegenstand an Hand der Zeichnungen näher erläutert :
Fig. 1 zeigt ein Stromkreisdiagramm eines Audio- oder Niederfrequenzverstärkers gemäss der Erfindung ; Fig. 2 und 3 sind Kurvendiagramme zur Veransehauliehung der Arbeitscharakteristik des in Fig. 1 dargestellten Verstärkers ; Fig. 4 ist ein Kreisdiagramm von (äquivalenten) Ersatzkreisen für die
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gramm eines Niederfrequenzverstärkers gemäss der Erfindung mit Null-Gittervorspannung ; Fig. 8 und 9 stellen Abänderungen eines Teiles des Kreisdiagramms der Fig. 7 dar ; und Fig. 10 ist eine Draufsicht auf einen Querschnitt durch eine elektrische Entladungsvorrichtung oder Verstärkerröhre, die in Verbindung mit dem Diagramm der Fig. 9 dargestellt ist.
Der in Fig. 1 dargestellte Audiofrequenzverstärker der Klasse #B" gemäss der Erfindung ent-
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werden kann.
Der Verstärker 12 erhält Niederfrequenzsignalspannung von irgendeiner geeigneten Quelle, wie von den Eingangsklemmen M, die mit ihm durch einen geeigneten Eingangs-oder Gitterkreis 14 verbunden sind, und diese Signalspannungen werden durch die Vorrichtung 12 verstärkt und durch deren mit 15 bezeichneten Ausgangs- oder Anodenkreis der Ausgangsstufe 10 zugeführt.
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schaltung und Koppeleinrichtungen 18 und 19. Die in der Zeichnung angedeutete Gitterspannungs- zufuhr hat zweckmässig geringen Gleiehstromwiderstand. Die Ausgangsstufe ist mit einer geeigneten Anodenspannungsquelle, wie in der Zeichnung angedeutet, versehen, die unter weiten Belastungsschwankungen gute Spannungsregelung haben sollte, da bei diesem Verstärker der Belastungsstrom mir der Amplitude der zugeführten Signalspannungen wächst.
Die Ausgangsstufe ist mit einem Eingangskreis oder -system versehen, das die Koppeleinrichtung 18 und den Ausgangskreis 15 der Eingangsstufe umfasst, mit einer verhältnismässig niedrigen Impedanz, wodurch die Signalspannung die Gitter der Röhren 16 und 17 weit in den positiven Arbeitsbereich hinein erregen kann, ohne dass eine Verminderung der verfügbaren Signalspannung und dadurch Verzerrung infolge Impedanzabfalles im Eingangskreis eintreten würde und ohne die Eingangsstufe übermässig
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Die erste oder Eingangsstufe des Verstärkers ist zweckmässiger-, aber nicht notwendigerweise mit der Ausgangsstufe transformatorgekoppelt.
In dem dargestellten Beispiel ist 18 ein Ab-Transformator, der von einer Primärwicklung 20 in dem Anodenkreis 15 auf jede Seite der Sekundärwicklung M, die in einem Eingangs-oder Gitterkreis 22 für jede der Ausgangsröhren liegt, niedertransformiert.
Das Untersetzungsverhältnis des Eingangstransformators 18 für die Ausgangsstufe ermöglicht eine verhältnismässig niedrige, aus dem Anoden- oder Ausgangskreis 15 der Eingangsstufe in jede Hälfte des Eingangs-oder Gitterkreises 22 des Verstärkers 10 übertragene Impedanz in Reihe mit diesem. Wenn daher die Gitter der Röhren 16 und 17 in den positiven Bereich gebracht werden, so lässt der niedrige effektive Eingangswiderstand ein Fliessen des Gitterstromes zu, ohne die Form der den Klemmen 13 zugeführten Signal-oder Eingangsspannungswelle ernstlieh zu beeinträchtigen.
Das Impe'danzverhältnis der Eingangskoppelmittel ist ferner ein solches, dass die Stromerfordernisse des Gitterkreises 22 befriedigt werden, ohne die Eingangsstufe 11 zu überlasten und Verzerrung herbeizuführen, und es ist von solcher Grössenordnung, dass die in jede Hälfte des Gitterkreises 22 der Ausgangsstufe 10 in Reihe mit diesem Kreis übertragene Anodenkreisimpedanz wesentlich geringer ist als die Impedanz zwischen Gitter und Kathode der Röhre 16 oder 17 in der Ausgangsstufe, die mit der betreffenden Hälfte des Gitterkreises verbunden ist, wenn höchster Gitterstrom durch diesen Kreis fliesst.
Die Ausgangs- oder Kraftverstärkervorrichtungen 16 und 17 haben vorzugsweise eher einen höheren als einen niederen Verstärkungsfaktor und eher eine höhere als eine niedere innere Impedanz. Wie die Vorrichtung 12 sind auch sie in dem dargestellten Beispiel als Vakllumröhren der üblichen Dreielektrodentype veranschaulicht, obwohl auch andere Arten von elektrischen Entladungsvorrichtungen verwendet werden können.
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d. h. die Steuerelektroden oder Gitter sind so vorgespannt, dass sie im wesentlichen den Anoden-oder Raumstrom sperren.
Die Spannungsquelle liegt im Gitterkreis 22 und ist für beide Vorrichtungen 16 und 17 gemeinschaftlieh. In dem vorliegenden Beispiel ist der Gitterkreis 22 für die Röhren 16 und 17 mit einer Windung oder Impedanz 21 versehen, welche die Sekundäre des Transformators 18 bildet und, wie bei 24 angedeutet, in der Mitte abgezapft ist für die Zufuhr des Gitterpotentials in der für Gegentaktkreise üblichen Weise.
Die mit der Ausgangsstufe verbundene Belastung ist auch so angeordnet, dass sie eine verhältnismässig niedrige Impedanz mit Bezug auf die innere Impedanz der Ausgangsstufe hat. Zu diesem Zwecke ist der Ausgangskreis der Kraftstufe mit einer Impedanz ausgestattet, die niedrig ist im Verhältnis zur inneren oder Anodenimpedanz der Röhren in diesem Kreis.
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Der Ausgangskreis der Ausgangsstufe 10 enthält einen Gegentakt-Anodenkreis 25 für die Röhren 16 und 11, eine durch die Klemmen 26 angedeutete Belastungsquelle für diesen Kreis und die Ausgangskoppelvorrichtung 19, die zwecks Impedanzumformung zwischen den Kreis 25 und die Belastung geschaltet ist.
Die Anoden-oder Betriebsspannung für die Röhren 16 und 17 wird durch eine Mittelanzapfung 28 der Primärwicklung 27 des Ausgangstransformators und den Anodenkreis 25 in die für Gegentaktverstärker üblichen Weise zugeführt. Die zwischen den Kathoden und der Anzapfung 28 eingeschaltete Anodenspannungsquelle soll gute Spannungsregelung haben, weil beim Betrieb die Röhren 16 und 17 einen den Schwankungen der aufgeprägten Signalspannung entsprechend sich ändernden Strom entnehmen.
Gemäss der Erfindung muss also der Eingangs-oder Gitterkreis der Ausgangsstufe an sich, zum Unterschied von dem gesamten Eingangskreis oder-system, einen geringen Widerstand haben und der Eingangskreis als ganzer eine geringe Impedanz, so dass den Stromerfordernissen der Röhren durch den Gitterkreis genügt werden kann, ohne die Wellenform der der Eingangsstufe zugeführten Signale ernstlich zu verzerren ; und die in den Ausgangskreis übertragene Belastung oder die Ausgangskreisimpedanz muss niedrig gehalten werden mit Bezug auf die innere Impedanz der Ausgangsröhren, damit die Röhren bis zur Grenze ihrer Emission ohne Verzerrung im Anodenkreis getrieben werden können.
Die Ausgangsleistung ist begrenzt durch die Anodenverlustleistung, den höchsten Anodengleich- strom oder die höchstzulässige Gitterspannungsschwankung innerhalb der Verzerrungsgrenzen. Wenn die Gitterspannungsschwankung die Ausgangsleistung wegen Verzerrung begrenzt, so tut sie dies, indem sie in der positiven Richtung ausschwingt, bis die kleinsteAnodenspannung erreicht ist. Wenn die beiden Spannungen einander nahekommen, so steigt der Gittergleichstrom sehr rasch bei einer Zunahme der Gitterspannungsschwankung. Die Anodenstromschwankung für eine gegebene Erregung hängt von dem Belastungswiderstand in dem Anodenkreis ab.
Der Belastungswiderstand steht in einer sehr wichtigen Beziehung zu dem Röhrenverlust, der höchsten Ausgangsleistung und der zum Betrieb des Gitters erforderlichen Energie, wie aus dem folgenden ersehen wird.
In Fig. 2 sind 29 und 30 Anodenstrom-Gitterspannungskurven für die Röhren 16 bzw. 17 der Fig. 1. Als Abszissen (31) sind die Gitterspannungen aufgetragen und als Ordinaten (32) derselben die zugehörigen Anoden-bzw. Gitterströme. Die Kurve 29 ist nach den Daten gezeichnet, die erhalten wurden, indem die Gitterspannung an einer Röhre (16) des Kreises 25 geändert und der entsprechende Anodenstrom abgelesen wurde. Die Anodenstromkurven sind mit Belastung aufgenommen, d. h. mit einer Be-
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Die Null-Spannungslinie der Kurve 29 ist durch 33 angezeigt und der normale Anodenstrom für die Arbeitsweise der Klasse B"ist durch Punkt 34 angedeutet, durch den die Linie der normalen negativen Gittervorspannung gezogen ist.
Ersichtlich ist die negative Gitterspannung so gewählt, dass der Punkt 34 auf der Kurve 29 im wesentlichen den Nullwert oder die Ausschaltung des Anodenstromes anzeigt. Den angelegten Signalspannungen entsprechend nimmt der Anodenstrom längs der Kurve 29 bis zu einem höchsten Punkt, 36 z. B., zu. Die gesamte hierfür erforderliche Gitterschwankung ist mit 31 bezeichnet ; sie umfasst den negativen Bereich 38 und einen wesentlich grösseren positiven Bereich 39.
Das Diagramm zeigt, dass die Betätigung jeder Röhre weit in den positiven Bereich hinein durchgeführt wird und dass nach Überschreiten der Null-Spannungslinie 33 das Gitter beginnt, einen wachsenden Gitterstrom aufzunehmen, der durch die Kurve 40 dargestellt ist, auf der ein Punkt grösster Steilheit bei 41 angedeutet ist.
Die untere Kurve 30 für die Röhre 17 entspricht der oberen Kurve 29, nur ist sie um eine senkrechte Achse nach links und um die Achse 52 nach unten gewendet und so lange längs der Achse 31 verschoben, bis die Kurven 29 und 30 soweit wie möglich mit einer Geraden 42 zusammenfallen, die durch den geraden Teil der oberen Kurve 29 gezogen ist. Das Gitterpotential im Punkt 43, in dem die Gerade 42 die Achse 31 schneidet, ist das normale negative Gitterpotential für die zwei Röhren 16 und 17, die im wesentlichen die dargestellte Charakteristik haben.
Wenn die Röhren nicht gleich sind oder wenn die Anodenspannung etwas von den in den Kurven angezeigten Werten abweicht, kann die Gitterspannung eingestellt werden, bis der durch die Kurven gezeigte Anodenstrom erhalten wird.
Die Beziehung der Anodenstromkurven 29 und 30 der Fig. 2 zeigt die Arbeitsweise der Röhren 16 und 17 in dem in Fig. 1 dargestellten Kreise an. Wenn das Gitter einer Röhre von seinem normalen negativen Wert aus in positiver Richtung geladen wird, so wächst der Anodenstrom dieser Röhre mit der Spannungsschwankung und fliesst durch eine Hälfte der Primärwicklung des Ausgangstransformators 19.
Die Ausgangsspannung für diese Halbperiode steht in linearer Beziehung zur Eingangsspannung des Verstärkers. Mit dem Beginn der nächsten Halbperiode wird nun diese Röhre müssig, weil ihr Gitter stärker negativ wird, und die andere Röhre arbeitet dann in gleicherweise wie die erste Röhre, nur mit dem Unterschied, dass der Anodenstrom nun in der andern Hälfte der Primärwicklung des Ausgangstransformators 19 fliesst, und die Ausgangsspannung ist daher um 180 in der Phase gegen die erste Halbwelle verschoben.
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Diese zwei Ausgangswellen werden zusammenwirken, um eine der Eingangswelle entsprechende Welle zu bilden, u. zw. ohne Verzerrung, wenn Anodenstrom und Gitterspannung im wesentlichen eine lineare Beziehung, wie in Fig. 2 gezeigt, haben.
Es ist zu beachten, dass der Eingangstransformator 18 Strom den Gittern der Ausgangsröhren nur von einer Seite der Sekundären in jedem gegebenen Augenblick liefert, was in der Anordnung dieser Vorrichtung berücksichtigt werden muss.
Wenn die Signalschwankung, wie in Fig. 2 angedeutet, von der normalen Spannungslinie 35 nach
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wachsen beginnt. Es arbeitet also jede Röhre eine Halbperiode lang, während die andere Röhre praktisch müssig ist.
Es ist auch zu beachten, dass die ganze Ausgangsleistung nur von einer Seite der Primären des Ausgangstransformators während jeder Halbperiode übertragen werden muss. Daher ist die an 26 angelegte Belastungsimpedanz, auf die entweder die Röhre 16 oder die Röhre 17 arbeitet, so berechnet, als ob bloss eine Röhre die gesamte Leistung von einer Seite der Primären 27 liefern würde. Was aber die Berechnung der Anodenverlustleistung anlangt, so arbeitet jede Röhre nur die Hälfte der Zeit, so dass der gesamte Anodenverlust sich auf die zwei Röhren verteilt.
Der den Anoden der Ausgangs-oder Endröhren zugeführte Strom entspricht einem gleichgerichteten Vollwellenstrom, dessen Frequenz doppelt so gross wie die des Signals ist. Daher beträgt die der Anode der Ausgangsröhre zugeführte Energie : 0.637 J,,, ; , wobei 1""den Gipfel-oder Scheitelwert des Anodenstroms (Wechselstroms), Eb die Anodenspeisespannung (Gleichstrom) und 0.637 Ipm oder Ib den Anodenstrommittelwert bedeutet.
Die Ausgangsleistung kann dann ausgedrückt werden : 0.707 Ep 0. 707 Ipm, wobei Epm den Scheitelwert der Spannung (Wechselstrom) an der Belastung bedeutet.
Der Wirkungsgrad dieses Verstärkers ist gegeben durch den Ausdruck : (0. 707 Bp,,, 0. 707 7)/ (0. 637 11'111 Eb).
Wenn Epm als Grenze Eb erreicht, dann wird der Wirkungsgrad 78. 5 % für Halbsinuswellen- Ausgangsleistungen.
Die Ausgangsleistung für zwei Röhren kann auch ausgedrückt werden : 7p, 2 Rp)/2 und dann der Wirkungsgrad : (Ipm2 Rp)/(1.274 Ipm Eb), wobei Rp den Widerstand der Belastung bedeutet.
Wie oben erwähnt, ist der Anodenstrom nicht wie bei einem Verstärker der Klasse "A" begrenzt, so dass der Belastungswiderstand für höchste Ausgangsleistung einen solchen Wert hat, dass die Grenze der Emission erreicht wird. Der kleinste Momentanwert der Anodenspannung Ebm und die zulässige Anodenverlustleistung sind auch Faktoren, die den Belastungswiderstand bestimmen.
Der Belastungswiderstand für diesen Verstärker wird wie bei einem Verstärker der Klasse"A"
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lässigen Verzerrungsgrenze liegt, wird zur Berechnung der Ausgangsleistung der zwei Röhren, die als Niederfrequenzverstärker der Klasse"B"arbeiten, benutzt. Dieser Gipfelwert und der entsprechende Belastungswiderstand ergeben nach der Formel : (11'", ,)/2 die Ausgangsleistung. Die der Anode zugeführte Energie und dann der Wirkungsgrad werden aus den oben angegebenen Ausdrücken berechnet.
Der Eingangswiderstand des Verstärkers ist unbestimmt wie bei einem Verstärker der Klasse"A" mit positiv betriebenem Gitter ; es kann aber ein Mindestwert aus der Gitterstromkurve 40 der Fig. 2 erhalten werden, u. zw. im vorliegenden Beispiel aus dem Punkt 41 für einen positiven Höchstwert der Signalspannungssehwankung. Dieser kann benutzt werden, um den für einen bestimmten Verzerrungsgrad noch zulässigen Eingangsreihenwiderstand zu ermitteln. Der Mindesteingangswiderstand wird aus dem höchsten Gitterstrom und dem für diesen erforderlichen Wert der Gitterspannungsschwankung berechnet.
Doch muss die Steilheit der#Gitterstromkurve auch in Betracht gezogen werden, weil in dem Falle, dass der durch diese Steilheit gegebene Widerstand klein im Vergleich mit dem effektiven Gitterreihenwiderstand ist, beträchtliche Verzerrung sich ergibt. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die
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In Fig. 3 sind die Wechselstromkomponente des Anodenstroms 1p, die Wechselstromanoden- spannung Ep und die den Gittern der Ausgangsröhren zugeführte Signalwechselspannung Ey als Ordinaten auf der Zeitachse in den Kurven 44 bzw. 45 bzw. 46 aufgetragen.
Die Kurve 45 für die Anodenspannung ist mit Bezug auf die normal angelegte Anodenspannung Eb, die durch eine Gerade 47 angezeigt ist, eingezeichnet, während das Kathodenpotential oder die Nullaehse durch eine Gerade 48 an-
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ist durch eine Gerade 49 angezeigt, auf welcher als Achse die Kurve 46 gezeichnet ist. Eine Halbperiode der Wechselstromkomponente Ip des Anodenstroms ist mit Bezug auf eine Gerade 50 eingezeichnet,
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die dem normalen Anodenstrom, der in Fig. 2 durch den Punkt 34 auf der Kurve 29 gegeben ist, entspricht.
Diese Kurven zeigen die Beziehung zwischen den verschiedenen Momentanwerten der Wechselstromkomponenten des Anodenstroms, der Anodenspannung und der Gitterspannung.
Die durch die Kurven der Fig. 2 und 3 gegebenen Arbeitscharakteristiken sollen nun für den in Fig. 1 dargestellten Verstärker, wie folgt, in Betracht gezogen werden :
1. Die Bestimmung des höchsten Anodenstromes Zp der höchsten positiven Gitterspannung oder Signalschwankung Et;, um diesen Anodenstrom zu erhalten, und des kleinsten Momentanwertes der Anodenspannung Eh, der erforderlich ist, damit der Anodenstrom fliesst. Der Gitterstrom und die Gitterspannung können für die obigen Verhältnisse ermittelt werden. Dabei ist das obige Verhältnis für die Mindestanodenspannung ein Verhältnis, bei dem die Raumladungsbegrenzung und Emissionsbegrenzung im wesentlichen gleich sind.
2. Mit den obigen Daten, die aus den Charakteristiken oder Kennlinien der zur Verfügung stehenden Röhren entnommen werden können, wird der Mindesteingangswiderstand Ru zwischen dem Gitter und der Kathode in dem Punkte der höchsten positiven Gitterspannung bestimmt. Der Gipfelwert der Gitterspannungsschwankung wird auch ermittelt.
3. Nach Ermittlung der Spannungs-und Stromverhältnisse des Eingangskreises ist der nächste Schritt, ein Mittel in dem Eingangskreis vorzusehen, um den erforderlichen Gitterstrom zu liefern, ohne die Eingangsspannungswelle wesentlich zu beeinträchtigen, selbst wenn zeitweilig der Gitterstrom in der Ausgangsstufe Null wird oder der Eingangswiderstand sehr hoch ist.
Beispielsweise kann, was sich als günstiger Wert erwiesen hat, die zulässige Eingangsregelung mit ungefähr 10 % gewählt werden, woraus sich der in Reihe mit dem Gitter jeder Ausgangsstufenröhre liegende effektive Widerstand zu ungefähr einem Zehntel des Wertes des Mindestwiderstandes zwischen Gitter und Kathode für die höchste positive Gitterspannung zufolge einer Signalwelle ergibt.
4. Nach Ermittlung dieses zulässigen Gitterreihenwiderstandes und der erforderlichen Spannung wird der Transformator 18 mit einem entsprechenden Übersetzungsverhältnis entworfen, so dass er die Verwendung einer Röhre in der Eingangsstufe zulässt, die ohne Überlastung die notwendige Eingangssignalspannung bei der bekannten Impedanz der Röhre der Primären 20 des Eingangstransformators 18 für die Ausgangsstufe zuführt.
Dieser Vorgang ermöglicht eine Gitterschwingung der Ausgangsröhren bis zu einem Punkt, wo der Anodenstrom durch die Raumladung oder die Emission begrenzt wird. Dies ist von Wichtigkeit für die Erlangung höchster Ausgangsleistung des Verstärkers.
Es ist klar, dass wenn diese Gitterspannungsschwankung oder-sehwingung und Anodenstromschwingung erhalten werden, die Anodenverlustleistung berücksichtigt werden muss, um eine Überhitzung der Anoden zu verhüten. Dies kann durch den Belastungswiderstand geregelt werden.
Die obigen Angaben können erfolgreich bis zur Leistungsgrenze der Röhren benutzt werden, wenn ein solcher Belastungswiderstand verwendet wird, dass der Spannungsabfall in demselben beim höchsten Anodenstrom einen Abfall der Anodenspannung vom Werte Eh (Fig. 3) der Anodenspannungsquelle auf den aus Emission und Raumladung ermittelten Mindestwert jB'{ (Fig. 3) ergibt. Es hat sieh ergeben, dass diese Belastung der Ausgangsröhren erfordert, dass der Belastungswiderstand niedriger gewählt wird als der Anodenwiderstand der Ausgangsröhren.
Dies ist ein Merkmal des verbesserten Audio- oder Hörverstärkers, das sehr wichtig und wirksam ist, um höchste Ausgangsleistung ökonomisch zu erzielen.
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den Mindestwiderstand zwischen Gitter und Kathode oder die innere Eingangsimpedanz einer Ausgangsröhre.
Die totale Eingangs-oder Gitterspannungsänderung an jeder Ausgangsröhre entspricht der Summe der in Fig. 2 mit 38 und 39 bezeichneten Beträge bei einem Mindestwiderstand RI !' Der Widerstand Rs des Eingangskreises in Reihe mit dem Gitter einer Ausgangsröhre muss beträchtlich niedriger sein als der Widerstand und-hat, wie bereits erwähnt, zweckmässig die Grössenordnung von einem Zehntel des Wertes'Von Ru, obwohl er nicht darauf beschränkt ist.
Es darf jedoch kein Nebenschlusswiderstand (shunt) verwendet werden, ausser zu dem Zwecke, die Frequenzcharakteristik zu verbessern ; und die Koppelvorrichtung in dem Eingangskreis ist so berechnet, dass sie selbst den erforderlichen effektiven Eingangswiderstand in Reihe mit den Gittern der Ausgangsröhren bietet, wenn sie mit dem Ausgangskreis der Eingangsstufe gekoppelt ist.
Es sei angenommen, dass für die Koppelvorrichtung bzw. den Transformator 18 das Verhältnis der Windungen der Primär-und der Sekundärwicklung N1 : N2 sei. Wenn nun die Röhre 12 in der Eingangsstufe eine Anodenimpedanz rp = 3000 bis 3500 Ohm hat, dann soll der Belastungswiderstand RL in dem Eingangsstufen-Ausgangskreis 15, der in Fig. 1 durch die Primärwicklung 20 des Transformators 18
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Der günstigste Belastungswiderstand Jp für die Ausgangsstufe wird, wie folgt, berechnet :
Die höchste Wechselanodenspannung Bp, an der Primärwicklung 27 des Ausgangstransformators 19 bzw. der grösste Spannungsabfall von der Anodenspannung Ei :
(Fig, 3) wird bestimmt durch die kleinste zulässige Anodenspannung Ebb, dite den Gipfelanodenstrom fliessen lässt. Dieser ist abhängig von der Raumladung der Röhre und ist dadurch begrenzt. Eb ist dann die Mindestanodenspannung, die erforderlich ist, um Gipfelemission oder so nahe diese zu erhalten, als die Sicherheit des Betriebes zulässt. Der Gipfelanodenstrom ist dann zip,,,.
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angedeutet ist.
Der Belastungswiderstand Rp für jede der Röhren 16 und 17 für die Zeit, die sie arbeitet, ist : Rp=Epm/Ipm.
Wenn Eb niedrig ist, verglichen mit Ei:, dann ist es angezeigt, einen niedrigeren Wert von Eu zu nehmen, so dass 11'eher durch die Raumladung als durch die Emission begrenzt ist.
Bei dieser Verstärkeranordnung ist im Eingangskreis zwischen dem Gitterkreis der Ausgangsstufe und dem Ausgangskreis der Eingangsstufe eine Koppelvorriehtung, wie ein Ab-Tansformator eingeschaltet, der so entworfen ist, dass eine aus der vorhergehenden Eingangsstufe übertragene Reihenimpedanz Rs einen niedrigeren Wert hat als die Impedanz des Gitterkreises zwischen Gitter und Kathode jeder Röhre in der Ausgangsstufe, wenn das Gitter das höchste positive Potential hat und den höchsten Gitterstrom führt.
Zugleich ist in dem Ausgangskreis eine Koppeleinrichtung, wie ein Transformator vorgesehen, durch den die in den Anodenkreis der Ausgangsstufe übertragene Belastung By in Reihe mit diesem einen niedrigeren Wert hat als die innere Impedanz rp jeder der Ausgangsröhren.
Ferner muss der Gleichstromwiderstand des Gitter-oder Eingangskreises der Ausgangsstufe zusammen mit der Gitterspannungsquelle verhältnismässig niedrig sein, um Verzerrung infolge von Span-
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stufe die Anodenspannungsquelle gute Regelung haben.
Man sieht, dass ein Gitterkreis mit niedriger Impedanz als Teil des Eingangskreises für die Ausgangsstufe vorgesehen ist, ohne zu künstlichen Belastungsmitteln, wie einem Nebenschlusswiderstand in Verbindung mit dem Gitterkreis, zu greifen.
Die Belastungswirkung eines solchen Widerstandes auf den Gitterkreis und auf die Eingangsstufe wurde ernstliche Verzerrung oder gewisse Grenzen in die Anordnung einführen, wodurch die gewünschten Arbeitscharakteristiken nicht erhalten werden würden. Der Hauptnachteil eines solchen Kreises würde die Erniedrigung der der Ausgangsstufe zugeführten Signalspannung und eine zusätzliche Belastung der Eingangsstufe sein.
Das erforderliche Verhältnis zwischen der inneren Impedanz der Röhren in einem gemäss der Erfindung eingerichteten Verstärker der Klasse B"und der Impedanz der Eingangs-und Ausgangskreise für diese lässt sich gut aus Fig. 4 im Zusammenhang mit Fig. 1 ersehen.
In einem Verstärker gemäss der Erfindung muss die Impedanz zwischen gewissen Punkten, wie zwischen der Mittelanzapfung 24 und einem Punkt M, die Eingangsimpedanz Rs, wesentlich kleiner sein als die Impedanz zwischen gewissen ändern Punkten, wie 52 und und 53, zwischen denen die Gitterimpedanz Rg liegt. Die Impendanz Rs ist, wie oben dargelegt, die auf den Gitterkreis 22 übertragene Impedanz des Anodenkreises 15 der Eingangsstufe in Reihe mit dem Gitterkreis. Die Impedanz By ist die innere Impedanz der mit diesem Teil des Eingangskreises verbundenen Ausgangsröhre bei höchstem Gitterstrom.
Der ganze Eingangskreis kann auf den Ersatzkreis 54 der Fig. 4 reduziert werden, dessen Enden 56 die der Ausgangsstufe zugeführte Signalspannung aufnehmen. Diese Signalspannung ist gleich dem Wert der den Klemmen 13 des Eingangskreises zugeführten Signalspannung Eg1 multipliziert mit , d. i. dem Verstärkungsfaktor der Röhre 12, und mit dem Windungsverhältnis des Transformators 18 (Fig. 1). Die innere Impedanz Ru zwischen Gitter und Kathode der Ausgangsröhre 16 z. B. oder die
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entspricht der Impedanz zwischen den Punkten 51 und 24.-Der Kreis 54 der Fig. 4 ist also dem Eingangskreis der Fig. 1 äquivalent und dient zur Veranschaulichung der Grundwerte desselben.
Mit der Ausgangsstufe ist die Belastungsimpedanz zwischen den Klemmen 26 gekoppelt, die, in den Ausgangskreis des Verstärkers übertragen, in jeder Hälfte desselben, wie zwischen den Punkten 28 und 59, auftritt. Diese übertragene Belastungsimpedanz ist vorzugsweise verhältnismässig niedrig im Vergleich zur inneren Impedanz der entsprechenden Ausgangsröhre, wie z. B. der Röhre 16, zwischen einem Punkt 60 und dem Punkt 53, zwischen denen die Anoden-Kathoden-Impedanz oder innere Anodenimpedanz 1p der Röhre liegt. Dieser Ausgangskreis ist in Fig. 4 durch den Ersatzkreis 61 dargestellt, in dem die Impedanz 62 die übertragene Belastungsimpedanz zwischen den Punkten 59 und 28 z. B. in dem Ausgangskreis 25 veranschaulicht und die Impedanz 63 die innere Impedanz der Röhre zwischen den Punkten 60 und 53.
Die von der Ausgangsröhre gelieferte Signalspannung wird den Enden 55 zugeführt und ist gleich der von der Eingangsstufe auf die Ausgangsstufe übertragene Signalspannung Ei". multipliziert mit dem Verstärkungsfaktor der Ausgangsröhre.
Wenn z. B. jede der Röhren 16 und 17 in der Ausgangsstufe einen Verstärkungsfaktor jj. = 20 hat und die von der Eingangsstufe übertragene Signalspannung 160 Volt beträgt, dann beträgt die in dem Ausgangskreis verfügbare Spannung 20 x 160, d. i. 3200 Volt, von denen etwa 1300 Volt zwischen den Punkten 28 und 59 an der Belastung und der Rest von 1900 Volt zwischen den Punkten 60 und 53 an der Röhre in dem Ausgangskreis auftreten mögen.
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deutet, so beträgt bei einem J, = 1300 Volt die kleinste Momentanspannung Ex an der Anode 700 Volt.
Wie bereits ausgeführt, ist diese Spannung die zur Aufrechterhaltung des durch die Raumladung der betreffenden Röhre bestimmten höchsten Anodenstromes erforderliche Mindestspannung. Auch soll die Impedanz des Ausgangskreises derart sein und ist es vorzugsweise auch, dass der höchste Anodenstrom lp, bei dieser Mindestspannung fliessen kann. - Die Ausgangsleistung ist also, wie oben dargelegt. von der Belastungsimpedanz und der Raumladung der verwendeten Röhren beeinflusst. Sie hängt auch von den Emissionsgrenzen der Röhren ab ; und die Belastungsimpedanz muss so gewählt sein, dass die Leistungsfähigkeit der Anode der Röhre nicht überschritten wird.
Die Werte der Elemente der Eingangs-und Ausgangskreise der Fig. 1 und 4 können je nach der Anlage verschieden sein, in Abhängigkeit von der Art der zu leistenden Arbeit und der Höhe der zu über-
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muss verhältnismässig niedrig sein, um eine erwünschte Ausgangsleistung zu erzielen, zugleich aber auch hoch genug, um eine Überbeanspruchung der Anode zu verhüten.
Der Belastungswiderstand ist also so zu wählen, dass für die höchste Gittererregung die normale Anodenverlustleistung erreicht wird und die kleinste Anodenspannung Eb (Fig. 3) genügend hoch ist, um eine Anoden- oder Raumstrombegrenzllng zu verhüten, d. h. um den Strom lem gegen die Raumladung fliessen zu lassen und auch zu ermöglichen, dass der Anodenstrom Werte nahe der Emissionsgrenze der Röhre erreiche.
Durch den beschriebenen Verstärker kann eine Audiofrequenzausgangsleistung erhalten werden, die vielmals grösser ist als die, welche mit derselben Anzahl von Röhren in einem gewöhnlichen Ver-
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gründet, dass infolge der Anlage des Verstärkers gemäss der Erfindung die Ausgangsleistung nur durch die Raumladung oder die Emission der elektrischen Entladungsvorrichtungen begrenzt ist, ohne nennenswerte Verzerrung der zugeführten Signalwelle herbeizuführen. Ein Verstärker dieser Art ist daher besonders als Modulator in einem Rundfunksender geeignet.
So wurde z. B. gefunden, dass es möglich ist, eine 1-Kilowatt-Röhre, nach Klasse,, 0" betrieben, für einen 1-Kilowatt-Rundfunksender zu verwenden und den Anodenkreis 100 % durch zwei 350-WattRöhren als Niederfrequenzverstärker der Klasse B"gemäss der Erfindung zu modulieren ; während bei den bekannten Systemen eine 4-Kilowatt-Röhre als Hochfrequenzverstärker der Klasse B"für eine 1-Kilowatt-Station mit 100 % Modulation mit dem dazugehörigen Eingangsstystem erforderlich ist. Ein Rundfunksender mit einem solchen Modulator gemäss der Erfindung ist in Fig. 5 schematisch dargestellt.
In Fig. 5 ist ein Radiofrequenzkraftverstärker der Klasse,, 0" mit 64 bezeichnet. Er enthält eine Mehrzahl von Verstärkervorrichtungen 65 in Parallelschaltung mit einem abgestimmten Radiofrequenzeingangskreis 66, der durch eine Koppeleinrichtung 67 mit den Eingangsklemmen 68 verbunden ist. Der Anodenkreis 69 ist ebenfalls parallel mit den Vorrichtungen 65 verbunden und mit einem Antennen- system 70 durch eine geeignete Ausgangskoppeleinrichtung 71 gekoppelt.
Die Audiofrequenzmoduliersignale werden dem Anodenkreis 69 durch einen Modulator 72 zugeführt, der eine Eingangsstufe 73 und eine Ausgangsstufe 74 in Kaskadenschaltung enthält.
Die Arbeitsweise ist die folgende : Die elektrischen Entladungsvorrichtungen 65,84 und 85 werden
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Quelle den Klemmen 68 zugeführt und durch das Antennensystem 70 als Trägerwelle ausgestrahlt. Die Stärke derselben kann an einem geeigneten Messinstrument 119 abgelesen werden.
Die Niederfrequenzsignale für die Modulation werden den Klemmen 75 des Modulators 72 zugeführt und in den Stufen 73 und 74 verstärkt. Sie werden dann durch die Koppelvorrichtung 81 auf den Anodenkreis 69 des Verstärkers 64 übertragen. Die Vorrichtungen 84 arbeiten in der in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen Weise und ergeben eine hohe Niederfrequenzausgangsleistung.
Während der von den Vorrichtungen 84 aufgenommene Anodenstrom auf verhältnismässig niedrigen normalen und Durchschnittswerten gehalten wird und die angewendeten Anodenspannungen innerhalb der normalen Grenzen liegen, ist die Ausgangsleistung oder Ausbeute vielmals grösser als die, welche von denselben Vorrichtungen in einem gewöhnlichen Verstärker der Klasse "A" erhalten werden könnte. Der Grund hierfür ist der, dass die Impedanz des Eingangskreises 79 verhältnismässig niedrig ist, so dass die Vorrichtungen 84 weit in ihren positiven Gitterspannungsbereich hinein ohne Verzerrung der Eingangswelle getrieben'werden können. Auch ist die in den Kreis 88 übertragene Belastungimpedanz derart, dass die Ausgangsleistung der Vorrichtungen 84 nur durch die Raumladung oder die Emission begrenzt ist.
Zugleich ist die Impedanz der Belastung eine solche, dass die Emissionsgrenzen der Vorrichtungen 84 nicht überschritten werden.
Ein Sender dieser Art hat den Vorteil, dass der Radiofrequenzverstärker und der Modulator im wesentlichen getrennte Einheiten sein können, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, die für die Anodenstrommodulation durch eine isolierende Koppeleinrichtung, wie den Transformator 81, gekoppelt werden.
Ferner können bei richtigem Entwurf der Eingangs-und Ausgangskoppeleinriehtungen der Ausgangsstufe des Modulators die in diesem verwendeten Verstärkervorrichtungen weit über ihren normalen nutzbaren Arbeitsbereich hinaus betrieben werden, um so eine vielmals grössere Ausgangsleistung als sonst erhältlich zu ergeben, wodurch die Kosten der Herstellung und des Betriebes eines Senders für eine bestimmte Ausgangsleistung sehr erheblich verringert werden.
Da Radiofrequenzverstärker der Klasse "C" in erster Linie Anodenstrommodulatoren haben und der"B"-Verstärker gemäss der Erfindung für den Betrieb mit wechselnder Belastung durch die Wahl einer geeigneten Vorrichtung zur Anpassung an die Impedanz, wie eines Transformators, eingerichtet ist, so ist der Verstärker gemäss der Erfindung mit ganz besonders geeignet für eine Verwendung in Verbindung mit dem in Sendern ge- bräuchlichen "-Verstärkern.
In Fig. 6 ist ein Vollwellengleichrichter 161 der üblichen Art in einem Anodenspeisekreis sehematisch veranschaulicht. Die Filterdrossel 168 jedoch ist von besonderer Bauart, um die Regelung zu verbessern. Die Gleichrichtervorrichtungen 162 sind vorzugsweise Queeksilberdampf-Glühkathodengleichrichter.
Die Selbstinduktion 168 ist vorzugsweise eine Eisenkerndrossel und ist-durch einen Kondensator 169 - auf eine Frequenz, wie die zweite Harmonische, abgestimmt, also z. B. auf 120 Perioden bei einem Speisekreis von 60 Perioden. Wie in der Zeichnung angedeutet, soll kein Filter zwischen dem Gleichrichter und der Resonanzfiltervorrichtung liegen, weil die Einrichtung so getroffen ist, dass sie mit einer beträchtlichen Wechselstromkomponente arbeitet. Zusätzliche Filtermittel, wie ein Neben- schlusskondensator 174, können in dem Anodenspeisekreis nach dem Filter angeordnet werden.
Die Kreisanordnung ist so getroffen, dass infolge des Filters ein Anwachsen des durch die Belastung an den Klemmen 200 und 201 (durch einen B"-Verstärker) aufgenommenen Stromes die abgestimmte Filtereinrichtung verstimmt und dadurch eine Erhöhung der Spannung an den Ausgangsklemmen 200, 201 hervorruft infolge des Abfalles in der Impedanz gegen die niehtfiltrierte Komponente des Wechselstroms. Die 120 Periodenkomponente ist als die stärkste der zur Verfügung stehenden Harmonischen der Stromquelle gewählt.
Es ist zweckmässig, die Drossel 168 so zu entwerfen, dass normal genügend Strom durch sie fliesst, um sie bis nahe an ihren Sättigungspunkt zu bringen, da eine Änderung der Reaktanz für Regelzwecke proportional dem Anwachsen des Belastungsstromes sein muss. Der Abstimmköndensator 169 kann auch wegfallen, wenn die Drossel so bemessen ist, dass ihre Impedanz bei einem Anwachsen des Gleichstromes rasch abnimmt.
Beim Betrieb wird die Regelung etwas unterstützt, wenn für einen normalen Belastungsstrom oder 10 bis 20 % des Ausgangsstromes der Anodenspeisequelle vorgesorgt ist. Mit diesem normalen Belastungsstrom wird die Filtereinrichtung abgestimmt, bis die Induktanz eine Höchstimpedanz bei der gewählten Frequenz aufweist, wodurch die Ausgangsspannung auf einen Mindestwert verringert wird.
Die Drossel ist auch so bemessen, dass sie sich zu sättigen trachtet, wenn der Belastungsstrom erhöht wird, so dass sie eine niedrigere Reaktanz in den Kreis für höhere Belastungsströme einzuführen trachtet, während zugleich die Änderung in der Reaktanz den Kreis verstimmt, was auch dahin wirkt, die Impedanz des Kreises stark zu verringern, wodurch die Röhrenspannung möglichst konstant gehalten wird ohne Rücksicht auf den Röhrenstrom innerhalb des Leistungsbereiches der Anodenspeiseeinrichtung. Der Kondensator 174 wirkt als normaler Filterkondensator und soll verhältnismässig gross
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In Fig. 7 ist eine"B"-Verstärkerstufe mit Ausgangs- und Eingangskreisen ähnlich den in Verbindung mit der Ausgangsstufe der Fig. 1 beschriebenen beispielsweise in Verbindung mit Röhren der "Pentoden"-Bauart dargestellt. Die Figur zeigt die Gitteranordnung derselben ; und es wurde gefunden, dass durch Verbindung des Steuergitters 203 und des Schirmgitters 204 untereinander zu einem Eingangsgitter jede Röhre, wie angedeutet, ohne Gittervorspannung betrieben werden kann. Die Gitter 205 sind die üblichen Schutzgitter. Die Verwendung der zwei Gitter in einer Weise, dass sich ein Gitter mit Abschnitten im Abstand voneinander ergibt, bewirkt, dass der Anodenstrom auch bei Gitterspannung Null im wesentlichen auf Null gebracht wird, wodurch der Kreis vereinfach und die Notwendigkeit der Versorgung des Gitters mit Vorspannung vermieden wird.
Dies bedeutet eine verhältnismässig grosse Ersparnis in den Kosten des Apparates nicht nur wegen des Wegfalls der Mittel für das Gitterpotential,
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lichen Gittervorspannung erniedrigt werden kann.
Eine Bedingung für einen Betrieb mit Null-Gitterspannung wird auch durch Anwendung eines sehr feinmaschigen Gitters erhalten ; aber ein solches Gitter begrenzt den Anodenstrom und der Gitterstrom wird verhältnismässig hoch, wenn das Gitter weit in den positiven Arbeitsbereich kommt. Demgegenüber erwies sich die Verwendung mehrerer Gitter mit gröberen Maschen weit vorteilhafter, wie sie in den Röhren in Fig. 7 angewendet sind.
Mit einem Eingangs-und Ausgangskreis niedriger Impedanz, einem Paar Pentode11ausgangs- röhren mit normalem Anodenpotential in einem der Fig. 7 entsprechenden Kreis war eine Ausgangsleistung von ungefähr 10 Watt ohne merkliche Verzerrung zulässig, währen dieselben Röhren in einem gewohnlichen. '-Verstärker mit dem gleichen Anodenpotential und normalen negativen Gittervorspannungen und Schirmgitterspannungen nur 4 bis 4'5 Watt ohne Verzerrung ergaben. Daraus lässt sich die Verbesserung der Arbeitsweise durch die Verwendung von Röhren mit hoher innerer Impedanz und hohem Verstärkungsfaktor in einem B"-Niederfrequenzverstärkerkreis ohne Gittervorspannung ersehen.
Der Kreis mit Null-Gitterspannung hat den Vorteil, dass eine Spannungsquelle überflüssig wird und der im wesentlichen konstante Gitterstrom in dem Eingangskreis stellt einen im wesentlichen konstanten Belastungswiderstand für die vorhergehende Eingangsstufe oder die Quelle der Signalspannungen dar.
Die Anordnung von Steuergittern in verschiedenen Ebenen als ein Mittel, um den Anodenstrom auf einen gewünschten Mindestwert für Klasse B"-Betrieb ohne Gittervorspannung zu bringen, er- möglicht die Verwendung von Gittern mit gröberen Maschen, die weniger Energie verbrauchen, wenn sie in den notwendigen äussersten positiven Bereich getrieben werden. Die in verschiedenen Ebenen angeordneten Gitter können untereinander an irgendeiner geeigneten Stelle entweder innerhalb oder ausserhalb der Röhre verbunden werden, um dann als ein einheitliches Steuergitter zu arbeiten.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von Verstärkerröhren mit hoher innerer Impedanz und einem hohen Verstärkungsfaktor als Ausgangsverstärker liegt darin, dass eine geringere Signalspannung erforderlich ist, um das Gitter positiv für die gleiche Ausgangsleistung zu machen, und daher ein höheres Untersetzungsverhältnis in dem Eingangstransformator (206 in Fig. 7) genommen werden kann. Die Impedanz der Sekundärwicklung selbst kann daher niedriger sein, was einen geringeren Impedanzabfall beim Fliessen von Gitterstrom und zufolge von Signalströmen im Eingangskreis ergibt ; und all dies wirkt auf eine Verstärkung mit weniger Verzerrung hin.
Es hat sich gezeigt, dass es nicht in allen Fällen notwendig ist, ein mit der Kathode verbundenes Gitter, wie das Gitter 20 J, in Hochleistungsverstärkern gemäss der Erfindung zu verwenden ; und in Fig. 8 ist der Kreis der Fig. 7 mit einem Paar Verstärkervorrichtungen 207 dargestellt bei denen, ausser der üblichen Kathode und Anode, je ein einziges Paar von Gittern 208 vorhanden ist, die in einem Abstand von einander zwischen der Anode und der Kathode liegen und als ein gemeinsames Steuergitter in jeder Röhre mit dem Eingangskreis 209 verbunden sind. Der Kreis ist sonst der gleiche wie der in Fig. 7 gezeigte und arbeitet ohne Gittervorspannung, wobei der Abstand und die Zahl der Gitter bewirkt, dass der Anodenstrom auf einen gewünschten Mindestwert bei normalem Anodenpotential gebracht wird.
Es ist auch möglich, eine Anordnung von elektrischen Entladungsvorrichtungen mit solchen mehrteiligen Gittern in Gegentaktschaltung in einer einzigen Hülle einzuschliessen in Verbindung mit einem Kreis gemäss der Erfindung, und in Fig. 9 ist eine solche elektrische Entladungsvorrichtung in Verbindung mit dem Eingangskreis 209 der Fig. 7 und 8 dargestellt. In einer gemeinschaftlichen Hülle 213 sind zwischen einer gemeinsamen Kathode 211 und zwei getrennten Anoden 212 je ein Steuergitter, bestehend aus zwei in einem Abstand voneinander liegenden Abschnitten, eingeschlossen. Eine Röhre dieser Art ist besonders gut geeignet für den Kreis gemäss der Erfindung.
In der in Fig. 10 veranschaulichten Röhre sind die zwei Gitter je aus einem zusammenhängenden Draht 214 bzw. 217 um zwei lotrechte Stifte 215 bzw. 218 gewickelt und ein Ende des Drahtes 216 bzw. 219 ist als Zuführung aus der Röhre herausgeführt.
Die Drähte 214 und 217 sind um die Stifte 215 bzw. 218 mit einer verhältnismässig grossen Steigung gewickelt, damit sie wie grobe Maschen wirken, und infolge der schraubenförmigen Wicklung sind die Drähte auf der einen Seite des Doppelgitters in einer Richtung und die auf der andern Seite in einer andern Richtung geneigt, so dass sie eine gute Steuerwirkung auf den Elektronenstrom ausüben können.
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Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersichtlich, dass durch die Erfindung ein Verstärker be- schaffen ist, in dem ein Paar elektrischer Entladungsvorrichtungen in Gegentaktschaltung in der Ausgangstufe verwendet werden, um Energie einem Belastungskreis zuzuführen, der eine niedrigere Impedanz als die innere Impedanz der Entladungsvorriehtungen hat und der eine Antriebs-oder Eingangsstufe besitzt, deren in den Eingangskreis übertragene Impedanz von verhältnismässig niedrigem Wert in bezug auf die Impedanz des Eingangskreises ist, wodurch die elektrischen Entladungsvorrichtungen in der Ausgangsstufe bis zur Grenze ihrer Emission oder Raumladung betrieben werden können für die höchste Ausgangsleistung bei gegebenem Anodenpotential und Belastungswiderstand.
Ferner ist aus der Beschreibung ersichtlich, dass gemäss der Erfindung Mittel in einem Audiofrequenzverstärker vorgesehen sind, durch welche die elektrischen Entladungsvorrichtungen in diesem mit Gittervorspannung oder im wesentlichen mit Null-Potential betrieben werden können. Das letztere ist an sich schon ein sehr erwünschter Vorteil, weil dadurch nicht nur die Notwendigkeit einer zusätzlichen Spannungsquelle für das Gitterpotential, das bei den üblichen Verstärkern das verfügbare Arodenpotential um einen ihm entsprechenden Betrag verringert, beseitigt wird, sondern auch der gange Kreis vereinfacht und verbessert wird, was eine Verringerung des erforderlichen Apparates und der Kosten desselben bedeutet.
Der Betrieb eines Paares von Röhren in einem"B"-Niederfrequenzverstärker mit Null-
Gitterspannung gemäss der Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass die Wirkung der Eingangs-oder
Gitterkreisbelastung auf die Eingangsstufe oder die sonstige Quelle der Audiofrequenzsignale eine weit gleichmässigere ist als sonst. Dies rührt daher, dass Gitterstrom in jeder Hälfte des Gegentaktkreises jederzeit und wenigstens während jeder positiven Halbwelle der Signalpotentialperiode für jede Hälfte des Eingangskreises fliesst.
In dem Apparat gemäss der Erfindung können die Bauelemente der elektrischen Entladungsvorrichtungen vorteilhaft in einer gemeinschaftlichen Hülle eingeschlossen sein, wodurch weiters der erforderliche Apparat für die Übertragung von grossen Mengen von Hörfrequenz-oder sonstiger wechselnder oder schwankender elektrischer Energie vereinfacht wird.
Es versteht sich, dass ein Niederfrequenzverstärker, der kein Gitterpotential erfordert und der fähig ist, eine im Verhältnis zu der normalen Leistungsfähigkeit der in ihm verwendeten elektrischen Entladungsvorrichtungen grosse Ausgangsleistung zu liefern, ein weites Anwendungsfeld besitzt und dass er besonders vorteilhaft ist für Verstärkerapparate mit Batteriebetrieb, z. B. Niederfrequenzver- stärker für tragbare Radioempfänger u. dgl.
Die Erfindung ist aber auch nicht auf die als Ausführungsbeispiel gewählten Hörfrequenzver- stärker beschränkt, sondern kann auf jeden Verstärkerapparat für wechselnde elektrische Energie angewendet werden, vom dem eine verhältnismässig hohe Ausgangsleistung gefordert wird und bei dem es erwünscht ist. den Stromkreis zu vereinfachen und die Notwendigkeit einer Versorgung mit Gitterpotential zu beseitigen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Niederfrequcnzverstärker mit einem Paar elektrischer Entladungsvorrichtungen in Gegentakt- schaltung und einem Eingangs-und einem Ausgangskreis für dieselben, dadurch gekennzeichnet, dass die Impedanz des an den Eingangselektroden der Entladungsvorrichtungen liegenden Eingangskreises wesentlich niedriger ist als die niedrigste Arbeitsimpedanz, die zwischen den Eingangselektroden in den Entladungsvorrichtungen beim höchsten Anoden-bzw. Gitterstrom auftritt, z.
B. etwa ein Zehntel derselben beträgt, und die Impedanz des an den Ausgangselektroden liegenden Ausgangskreises niedriger ist als die Impedanz zwischen den Ausgangselektroden in den Entladungsvorrichtungen ; wodurch die, zweckmässig normal im wesentlichen auf Blockierung des Anodenstromes eingestellten Entladungsvorrichtungen bis zur Grenze ihrer Emission oder Raumladung betrieben werden können.