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Verstärker mit balaneegeschalteten Röhren.
Die Erfindung bezieht sieh auf thermiollisehe Verstärker und insbesondere auf Verstärker nach Art der sogenannten Gegentakt-oder Balanceschaltungen. In solchen Verstärkern stellt man häufig die Gittervorspannung derart ein, dass die balancegeschalteten Röhren auf den geraden Teilen ihrer Anodenstrom-Gitterspannungscharakteristikenarbeiten.
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Wert überschreitet, Verzerrung eintritt.
Ferner ist es üblich, namentlich bei durch Batterien gespeisten Geräten, zur Erhöhung der Lebensdauer der Anodenbatterie die balancegeschalteten Röhren im oder nahe dem Punkt ihrer Charakteristik, wo der Anodenstrom Null ist (sogenannte Klasse-B-Verstärker) arbeiten zu lassen.
Diese Einrichtung hat den Nachteil, dass schwache Signale einigermassen verzerrt werden und
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wird. Anderseits können starke Signale ohne ungewiinschte Verzerrung verstärkt werden, wobei der gerade Teil der Röhreneharakteristik für die positiven Halbwellen ganz zur Verfügung steht.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, einen Verstärker der (fegentakt- oder Balanceart derart einzurichten, dass die mit Klasse-A- und -B-Verstärkern erhaltenen Vorteile kombiniert werden.
Gemäss der Erfindung sind Mittel vorgeschen, um den Arbeitspunkt auf den Röhrencharakte- ristiken selbsttätig von einem Punkt auf dem geraden Teil der Anodenstrom-Gittervorspannungscharakteristik zu dem Punkt auf dieser Charakteristik, wo der Anodenstrom praktisch Null ist, zu verschieben, wenn die Amplitude der Signale zunimmt.
Nach der Erfindung kann dies dadurch erfolgen, dass man die Gittervorspannung der balancegeschalteten Röhren um einen bestimmten Betrag zunehmen lässt.
Der Verstärker wird sich somit als ein Verstärker der A-Klasse benehmen, wenn die Signale schwach sind, und als ein Verstärker der B-Klasse. wenn die Signale stark sind.
Die selbsttätige Einstellung der Gittervorspannung in Abhängigkeit der Signalstärke kann durch Benutzung des Spannungsgefälles über einen Widerstand im Anodenkreis erzielt werden. Der Anodenstrom und infolgedessen das erwähnte Spannungsgefälle wachsen mit der Signalstärke, nachdem letztere einen bestimmten vorherbestimmten Wert überschritten hat.
Es ist aber ersichtlich, dass das gleiche Ergebnis verschiedenartig erreicht werden kann, z. B. dadurch, dass ein Teil der eingehenden Wellen vor oder nach der Verstärkung gleichgerichtet wird und dass man den gleichgerichteten Strom ein Spannungsgefälle herbeiführen lässt, das seinerseits unmittelbar oder mittelbar benutzt werden kann, um den Gittern der balaneegeschalteten Röhren eine Vorspannung zu geben.
Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Tatsache ausgenutzt, dass infolge des Ohmschen Widerstandes des Anodenkreises das Anodenpotential bei einer Zunahme des Signals, d. h. bei einer Zunahme des mittleren Anodenstroms, abnimmt, so dass die Charakteristik selbst verschoben wird. Wenn die Gittervorspannung dabei unverändert gehalten wird, wird der Arbeitspunkt bei einer Zunahme der Signalamplitude allmählich dichter zum Nullpunkt heranrücken und umgekehrt.
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Entsprechend diesem Teil der vorliegenden Erfindung wird der Ohmsche Widerstand der Anoden- stromquelle, gewöhnlich ein sogenanntes Anodenspannungsgerät, derart gewählt, dass das dadurch erhaltene Spannungsgefälle ungefähr genügt, um den Arbeitspunkt von dem Klasse-A- zu dem Klasse- B-Punkt verschieben zu lassen, wenn die Amplitude des Signals von einem Mindestwert zu einem Höchst- wert variiert.
In der Praxis hat es sich gezeigt, dass der Olimselle Widerstand der gegenwärtig verwendeten Anodenspannungsgeräte zu diesem Zweck zu gross ist und erheblich herabgesetzt werden muss. Dies bedeutet im allgemeinen eine geringe Zunahme des Gewichtes und des Preises, aber anderseits kann die Einrichtung zur selbsttätigen Änderung der Gitterspannung entbehrt werden. Es ist ersichtlich. dass die beiden Massnahmen, d. Ii. Änderung der Gittervorspannung und das Herbeiführen einer vorherbestimmten Änderung der Anodenspannung, gewünschtenfalls kombiniert werden können. Dies kann verschiedenartig erfolgen, u. zw. derart, dass sich die beiden Wirkungen- unterstützen oder ent- gegenwirken.
Aus obigem ist ersichtlich, dass die gute Wirkung eines thermionisehen Verstärkers mehr oder weniger von der Anodenspannung als Funktion der an die Anodenstromquelle angelegten Belastung abhängig sein wird. Dieser Faktor ist von besonderer Bedeutung, wenn die Röhren in oder nahe dem Nullpunkt ihrer Charakteristik arbeiten. Es folgt hieraus, dass es wesentlich ist, diese Funktion gut in der Hand zu haben, was in den meisten Fällen darauf hinauskommt, dass das Anodenspannungsgefällc bei voller Belastung innerhalb einer bestimmten Grenze gehalten werden muss.
Bei Verwendung von Trockenzellen, Akkumulatorbatterien oder Generatoren als Anodenstromquelle wird diese Bedingung keine Schwierigkeiten machen.
Wenn aber Gleichrichter. und Filterelemente enthaltende Anodenspannungsgeräte benutzt werden. wird der innere Widerstand im allgemeinen zu gross sein, es sei denn, dass der Apparat ausserordentlich gross, schwer und teuer ausgebildet wird.
Nach einem weiteren Kennzeichen der vorliegenden Erfindung kann diese Schwierigkeit durch eine solehe Ausbildung des Anodenspannungsgerätes überwunden werden, dass sein innerer Widerstand bei einer Zunahme der Belastung abnimmt und umgekehrt.
Dies kann durch Verwendung einer Drosselspule mit Eisenkern erreicht werden, der beim : Normal- wert der Gleichstrombelastung beinahe gesättigt ist. Fberall dort, wo im vorstehenden und im folgenden der Ausdruck Anodenspannungsgerät"verwendet worden ist, ist darunter jeder von einer Batterie oder einem Generator verschiedene Apparat zu verstehen, der einen mehr oder weniger schwingungs-
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einen Fall dar, in dem der Verstärker durch ein Anodenspannungsgerät mit einem vorherbestimmten inneren Widerstand gespeist wird. Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Verschiebung der Charakteristik bei Änderung der Belastung.
In Fig. 5 ist ein Fall dargestellt, in dem eine verringerte Verschiebung der charakteristischen Kurve mit einer verringerten Verschiebung der Gittervorspannung kombiniert ist. Fig. 6 ist die entsprechende graphische Darstellung.
In Fig. 1 wird den Gittern der balancegeschalteten Rohren Vi und V2 mittels (lÎner Batterie (' und durch das im Widerstand R, durch den man die Anodenströme der Röhren fliessen lässt, auftretende Spannungsgefälle eine Vorspannung aufgedruckt. Der Anodenstrom wird durch eine Batterie B mit einem verhältnismässig geringen inneren Widerstand geliefert, so dass Potential an den Anoden der Röhren für sämtliche praktischen Anwendungen konstant erachtet werden kann.
Der Widerstand R ist derart bemessen, dass bei einer Zunahme des Anodengleichstroms, z. B. infolge einer wachsenden Signalstärke von Null bis ihren Höchstwert, die Gittervorspannung der Röhren derart erhöht wird, dass der Arbeitspunkt von ungefähr der Mitte des geraden Teiles der Charakteristik zu dem Nullpunkt oder annähernd zu diesem Punkt verschoben wird.
Dies ist in Fig. 2 angegeben. Die Gittervorspannung wird bei Abwesenheit von Signalen einen Wert n haben, der die algebraische Summe der durch die Batterie C gelieferten Spannung und des Spannungsgefälles im Widerstand R infolge des in ihm fliessenden Anodenstromes darstellt.
Wenn den Gittern Signale von einigermassen beträchtlicher Amplitude aufgedruckt werden, wird der Anodenstrom und infolgedessen auch das Spannungsgefälle in dem Widerstand R zunehmen, was eine Zunahme der Gitter Vorspannung zur Folge hat.
Die Bedingungen sind so gewählt, dass, wenn. die Signale die Höchstamplitude erreicht haben, bei der verzerrungsfrei verstärkt werden kann, die Gittervorspannung um Xi zugenommen hat und der Arbeitspunkt auf der Charakteristik von dem Punkt (/ in oder nahe bei der Mitte des geraden Teiles zu dem Punkt b, der nahe bei dem Nullpunkt liegt, verschoben worden ist.
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Geräte haben gewöhnlich einen verhältnismässig grossen inneren Widerstand, welcher die der Anode gelieferte Spannung in hohem Masse von der Belastung abhängig macht. Jede Abnahme der Anodenspannung veranlasst eine Verschiebung der Charakteristik der Röhre nach rechts und umgekehrt.
Wenn angenommen wird, dass die Gittervorspannung unverändert bleibt, so bedeutet dies eine Verschiebung des Arbeitspunktes der Röhre zu der unteren Krünmung der Charakteristik und sogar über diese Krümmung hinaus, falls die Anodenspannung hinreichend sinkt. Dies wird in der Tat beim Auftreten
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in grossem Umfang Anwendung finden. Nach der Erfindung ist das Anodenspannungsgerät derart ausausgebildet, dass sein innerer Widerstand den andenspannungsfall innerhalb solcher Grenzen hält, dass der Arbeitspunkt den Nullpunkt der Charakteristik nicht überschreitet, wenn nur die Signalstärke einen vorherbestimmten Höchstwert nicht übersehreitet.
In der Praxis kann dies leicht dadurch erreicht werden, dass der Reihenimpedanz der Filtereinrichtung F ein verhältnismässig geringer Ohmscher Widerstand gegeben wird. Wenn dieser Vorschaltwiderstand, wie in der Figur dargestellt, eine Drosselspule ist, so kommt dies auf eine Zunahme der Abmessungen, des Gewichtes und des Preises hinaus im Vergleich zu den gewöhnlich für den gleichen
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dieser Widerstand niedriger als gewöhnlich gehalten werden, wobei die Kapazität der Abflachkondensatoren proportional erhöht wird. Auch in diesem Fall ergibt sich eine Zunahme der Abmessungen, des Gewichtes und des Preises.
Das erreichte Ergebnis ist in Fig. 4 graphisch dargestellt. Die durch die Batterie C gelieferte Gittervorspannung wird konstant auf einem Wert n gehalten. Wenn das Signal von Null zu seinem Höchstwert ansteigt, verschiebt sich die Anodenstrom-Gittervorspannungseharakteristik seitlich um
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verschoben.
In Fig. Ï ist ein Mittel zur Verringerung des scheinbaren inneren Widerstandes eines Anodenspannungsgerätes angegeben, in der die üblichen Abmessungen einer solchen Einrichtung unverändert, beibehalten sind. Dies erfolgt durch Verwendung einer Spule's', deren aus Eisen oder einem ändern magnetischen Material bestehender Kern für den mittleren Wert der Gleichstrombelastung beinahe gesättigt ist. Bei einer Belastungszunahme wird die Induktanz der Spule offenbar abnehmen, so dass die Eingangsspannung des Filters F zunehmen wird.
Diese Wirkung wirkt offenbar dem Anodenspannungsverlust durch den Ohmschen Widerstand des Anodenspannungsgerätes bei einer Belastungszunahme entgegen. Es ist klar ersichtlich, dass das Ganze derart eingerichtet werden kann, dass man die schematisch in Fig. 4 angegebenen Arbeitsbedingungen erhält. In diesem Fall braucht die genannte entgegengesetzte Wirkung der Spule nur verhältnismässig gering zu sein.
Im allgemeinen empfiehlt es sich aber, über eine hohe Anodenspannung zu verfügen, wenn die Belastung hoch ist, so dass eine beträchtliche kompensierende Wirkung der Spule S nützlich sein wird. Anderseits wird die Spule R nie imstande sein, die Zunahme des Ohmschen Spannungsverlustes bei wachsender Belastung völlig zu kompensieren, so dass die in bezug auf Fig. 1 und 2 beschriebene Art und Weise zur Verschiebung der Gitter Vorspannung vorteilhaft mit dem Einschalten einer Spule S kom-
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geschaltet.
In Fig. 6 ist schematisch der Fall dargestellt, in dem die Charakteristik um eine geringe Strecke Y2 nach rechts verschoben wird, wenn das Signal von Null zu Maximum zunimmt. Gleichzeitig hat die Gittervorspannung n um X2 zugenommen, d. h. um den ganzen Spannungsverlust im Widerstand R bei der Höchstbelastung. Durch diese zwei zusammenwirkenden Erscheinungen wird der Arbeitspunkt
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Kurve P2 verschoben.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verstärker mit balancegesehalteten Röhren, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur selbsttätigen Verschiebung des Arbeitspunktes auf der Anodenstrom-Gittervorspannungscharakteristk vorgesehen sind, so dass dieser von einem Punkt auf dem geraden Teil der genannten Charakteristik zu dem Punkt verschoben wird, in dem der Anodenstrom praktisch Null ist, wenn die Belastung von Null bis zu ihrem Höchstwert steigt.