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Kaskadenverstärlier in B-Schaltung.
Um die Leistung von Endverstärkern zu erhöhen, werden in letzter Zeit vielfach die sogenannten B-Schaltungen verwendet. In diesen Schaltungen werden die Röhren nicht mit mittlerem Ruhestrom betrieben, sondern der Ruhestrom der Röhre, d. h. der Strom, der sich einstellt, wenn die Röhre keine Wechselstromleistung abgibt, ist praktisch Null. Jede Röhre überträgt daher nur eine Halbwelle. Der Verstärker muss daher in Gegentaktschaltung gebaut werden. Zur Erhöhung der Leistung ist es bei B-Verstärkern vorteilhaft, die Röhren bis weit ins Gebiet positiver Gitterspannungen hinein zu steuern.
Da hiebei während eines Teiles der Viertelperiode der Gitterstrom Null ist und während des andern Teiles mehr oder weniger nichtlinear ansteigt, treten Verzerrungen auf. Aufgabe der Schaltung gemäss der Erfindung ist, die so entstehenden Verzerrungen zu verringern, bzw. zu vermeiden.
Benutzt man B-Verstärkerstufen in Kaskadenschaltung, bei der zwei oder mehr Röhren in das positive Gebiet gesteuert werden, so muss der Anodenstrom der vorhergehenden Röhre den Gitterstrom der folgenden Röhre mitliefern. Bei der Kopplung dieser Stufen über Transformatoren, die zur Erzeugung der beiden um 1800 phasenverschobenen Spannungen an den beiden Gittern der folgenden Kaskade häufig benutzt werden, werden infolge der Streuinduktivitäten zwischen den Teilwieklungen dadurch, dass während eines Teiles der Viertelperiode kein Gitterstrom, während des andern Gitterstrom fliesst, Verzerrungen hervorgerufen. Diese Verzerrungen sind weitaus grösser als die bekannten Verzerrungen bei einem üblichen Verstärker in A-Schaltung, der mit mittlerem Ruhestrom arbeitet.
Es ist daher notwendig, die Streuinduktivitäten der Teilwicklungen der Zwischentransformatoren so klein wie nur möglich zu machen. Dieses Verfahren bedingt sehr sorgfältig gebaute und damit teure Transformatoren.
Gemäss der Erfindung wird daher vorgeschlagen, zur Vermeidung von Transformatoren und der dadurch unter Umständen auftretenden Verzerrungen eine unmittelbare Kopplung der einzelnen Stufen vorzunehmen, u. zw. in der Weise, dass immer zwei aufeinanderfolgende Stufen geschlossene Stromkreise ergeben, d. h. mit andern Worten, der Gitterstrom der folgenden und der Anodenstrom der vorhergehenden Röhre weisen im Umlauf gleiche Richtung auf.
An Hand der Zeichnungen sollen die Vorteile des Anmeldungsgegenstandes nachstehend näher erläutert werden.
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mengefasst. Die beiden Röhren arbeiten in B-Schaltung vom unteren Knick ihrer Kennlinien, d. h. jede Röhre verstärkt eine Halbwelle der zu übertragenden Wechselspannung. Die Röhren 3 und 4 sind ebenfalls zu einer Gegentaktstufe in B-Schaltung zusammengefasst. Die Röhren. 3 und 4 sollen in das positive Gebiet der Gitterspannungen gesteuert werden, so dass in diesen Röhren Gitterstrom fliesst. Die Aus- gangskreise dieser Röhren sind über einen Gegentakttransformator 6 mit dem Verbraucher 7, beispielsweise einem Lautsprecher, abgeschlossen.
Werden, wie dies in der Fig. 1 veranschaulicht ist, die beiden Stufen wie Üblich durch den Übertragungstransformator 8 miteinander verbunden, so entstehen durch die Streuinduktivität zwischen den Teilwicklungen des Transformators dadurch nichtlineare Verzerrungen, dass bei Vorhandensein einer bestimmten Streuung die beiden Halbwellen sich nicht mehr zu der gewünschten resultierenden Welle zusammensetzen. So entstehen an den Übergängen zusätzlich höhere Harmonische von betracht- licher Amplitude, die den Klirrfaktor erhöhen.
Die Gegentaktstufe in B-Schaltung ist aufzufassen als ein Gleichrichter, der bei Transformatorkopplung über eine Induktivität, u. zw. die Streuinduktivität des Transformators, an die EMK ange-
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schlossen ist. Es ergeben sich dadurch folgende Strom-und Spannungsverhältnisse. Es sei angenommen, dass die EMK Sinusform besitzt. Wären nun lediglich Ohmsche Widerstände in dem Kreis vorhanden, so würde der Strom während der leitenden Halbwelle, während der die Gitter-Kathodenstrecke einen bestimmten Ohmschen Widerstand darstellt, einen der EMK ähnlichen Verlauf besitzen. Während der nichtleitenden Halbwelle ist der Widerstand der Gitter-Kathodenstreeke unendlich, so dass der Strom während dieser Zeit praktisch Null und damit die volle EMK. vorhanden ist.
Infolge der Streuinduktivität ändern sich diese Verhältnisse jedoch wesentlich. Der Strom wird etwas später Null und die zwischen
Gitter und Kathode herrschende Spannung I R, (wenn R der Widerstand der Gitter-Kathodenstreeke ist), wird ebenfalls später Null. Von dem Nullpunkt an ist der Widerstand der Gitter-Kathodenstrecke unendlich, und da nun wieder die volle Spannung der EMK, die dem durch die Induktivität verzögerten
Strom vorausgeeilt war, an dieser Strecke liegt, ergibt sich ein Sprung in der zwischen Gitter und Kathode herrschenden Spannung. Dieser Sprung ist die eigentliche Ursache der ausserodentlieh hohen Verzerrungen, die bei B-Verstärkern auftreten können.
Ein solcher Sprung wird vermindert, wenn die in Serie mit der Gitter-Kathodenstrecke liegende Induktivität, d. h. also die Streuung, sehr klein gemacht wird. Dieser Sprung wird überhaupt vermieden, wenn man von einer Verkettung über Induktivitäten und Magnetfelder ganz absieht, also eine unmittel- bare Kopplung verwendet. Man muss dann dafür Sorge tragen, dass Gitterweehselstrom und Anoden- weehselstrom einen geschlossenen Stromkreis durehiliessen. wie dies bei der Schaltung gemäss der Fig. 2 der Fall ist. Gegenüber der Schaltung nach Fig. 1 sind die Röhren 1 und 2 mit ihren Kathoden und Anoden umgetauscht worden.
Das wechselstrommässige Erdpotential dieser Stufe liegt jetzt nicht an der Kathode, sondern an der Anode, während die Kathode gegen Erde die Potentialschwankungen aufweist. Da der Gitterstrom von Gitter nach Kathode fliesst, können die Anoden der vorhergehenden Röhren 1 und 2 unmittelbar mit den Kathoden der folgenden Röhren. 3 und 4 : verbunden werden, während die Gitter der Röhren. 3 und- an die Kathoden der Röhren 1 und 2 angeschlossen sind. Es bildet daher der positive Gitterstrom der Endstufe mit dem wachsenden Anodenstrom der Vorstufe einen geschlossenen Stromkreis (in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet), wobei diese beiden Ströme, wie durch die Pfeile angedeutet, gleiche Richtung haben. Bei dieser Schaltung ist es notwendig, getrennte Anodenspannungen zu verwenden.
Bei den B-Verstärkern mit Netzanschluss bedingt dies aber keinen wesentlichen Mehraufwand.
Während in der Schaltung nach Fig. 1 die Batterien nicht eingezeichnet sind, da diese Figur ja eine übliche Gegentaktschaltung darstellt, sind in Fig. 2 die Anodenbatterien beider Stufen mit 9 und 10 und die Gittervorspannungen mit 11, 11'und 12 bezeichnet. 13 und 14 stellen die beiden Wicklungen einer Doppeldrossel dar, die die Zuführung der Anodenspannungen an die Röhren 1 und : 3 ermöglicht. Die beiden Wicklungen jM und M sind in diesem Falle miteinander magnetisch verkettet, wodurch gegenüber der Verwendung von Einzeldrosseln Vorteile erzielt werden, insbesondere durch Herabsetzung der Vormagnetisierung.
Würde man an diesen Verstärker noch eine weitere Stufe in B-Schaltung mit Aussteuerung ins
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elementen die Kathoden der Röhren 3 und 4 mit den Gittern der folgenden Röhren verbunden werden. während die Anoden der Röhren 3 und 4 mit den Kathoden der folgenden Röhren zu verbinden sind. Diese Verbindung muss in dieser Reihenfolge geschehen, da der Anodenstrom der Röhren J und- dieselbe Richtung haben muss wie der Gitterstrom in den folgenden Röhren, was zur Erzielung eines geschlossenen Stromkreises erforderlich ist.
Es sind bereits Schaltungsanordnungen bekanntgeworden, bei denen der Gitterstrom der End- röhre durch den Anodenstromkreis der Steuerrohre fliesst. Bei dieser Schaltung, die nicht im B-Betrieb arbeitet, werden besondere Röhren, die sogenannten Triple-Twin-Röhren, benutzt. Die besonderen Röhren sind erforderlich, weil das nichtlineare Kennlinienfeld der Steuerröhre zur Kompensierung der durch das Fliessen des Gitterstromes der Endröhre auftretenden niehtlinearen Verzerrungen benutzt wird und zu diesem Zweck das Anoden-Kennlinienfeld der Vorröhre an das Gitter-Kennlinienfeld der Endröhre angepasst werden muss, was in bester Annäherung durch Einbau beider Röhren in einen Kolben und entsprechender Bemessung der Elektroden erzielt werden kann.
Demgegenüber arbeitet die Schaltung gemäss der Erfindung mit handelsüblichen Röhren und hat dabei noch den Vorteil, dass nichtlineare Ver- zerrungen noch stärker herabgesetzt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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der Kaskade derart erfolgt, dass der positive Gitterstrom einer Stufe (3, 4) mit dem wachsenden Anodenstrom der vorhergehenden Stufe (1, 2) einen geschlossenen Stromkreis bildet, wobei dieser Gitterstrom und der wachsende Anodenstrom gleiche Richtung haben.
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