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Verstärkerschaltung, insbesondere für Modulationsverstärker.
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Funktion erfolgen. Das gilt unter der Voraussetzung, dass der Innenwiderstand des Gleichrichters vernachlässigt werden kann. Diese Verhältnisse seien an Hand der Fig. 2 näher erläutert. Die obere Hälfte dieser Figur zeigt den Kurvenverlauf zwischen der z-und der y-Achse, der einer Viertelperiode der Anodengleichspannung entspricht. Die untere Hälfte der Fig. 2 zeigt den sich zwischen der y-und der x-Achse erstreckenden Kurvenverlauf der Modulationsspannung. Es bedeutet hiebei z den Augenblickswert der Gleichrichteranodenspannung, x den Augenblickswert der zugeführten Modulationsspannung und y den Phasenwinkel der am Gitter des Gleichrichters wirksamen Spannung.
Ist nun die Speisespannung des Gleichrichters sinusförmig, so ist, wenn C eine Konstante bedeutet :
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wobei mit Zo und Yo beliebige, der Anodengleichspannung entsprechende Ruhewerte bezeichnet sind. Damit sich nun die Anodenspannung z proportional mit der Modulationsspannung x verändert, muss folgende Beziehung-bestehen :
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d. h. also : Die Phasenverschiebung muss nach einer dem Sinus inversen Funktion erfolgen. Ist dies der Fall, so entsteht bei sinusförmiger Modulationsspannung auch eine sinusförmige Ausgangsspannung des Gleichrichters, so dass der Sender verzerrungsfrei arbeitet.
Einfacher könnte eine Proportionalität zwischen z und x dadurch erzielt werden, dass dem Gleichrichter G eine dreieckförmige Speisespannung (vgl. Fig. 5) zugeführt wird und die Phasenlage der Gitterspannungsimpulse direkt proportional zu dem Augenblickswert der zugeführten Modulationsspannung verändert wird.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 skizzierten Schaltung ist folgende : Der der Röhre 3 zugeführte Gleichstrom wird mit gutem Wirkungsgrad in Wechselstrom der Grundfrequenz v umgeformt. Die Form der dem Gleichrichter 7 zugeführten Spannung kann z. B. dadurch dreieckförmig gemacht werden, dass eine entsprechende Zahl von Resonanzkreisen (1 und 2) angeordnet wird, die auf ungeradzahlige Harmonische der Frequenz v abgestimmt sind und an die der Gleichrichterkreis mittels der Spulen 4 und 5 in entsprechender Stärke angekoppelt wird. Die erforderliche Linearität zwischen zugeführter Modulationsspannung und dem Phasenwinkel der Gitterspannung kann in bekannter Weise durch einen gesättigten Transformator mit drei Wicklungen (14) erzielt werden.
An die Wicklung a gelangt über den Transformator 6 eine Spannung, wobei eine Impedanz 11 zwischengeschaltet ist, die den Zweck hat, die Form des durch die Wicklung a fliessenden Stromes dreieckförmig zu machen. Der
Transformator 14 ist hiebei so hoch gesättigt, dass in die Wicklung c spitze Spannungsimpulse induziert werden, die dann auftreten, wenn die resultierenden Amperewindungen durch Null gehen.
Der Wicklung b wird ein Gleichstrom über das Potentiometer 12 zugeführt, der in unmoduliertem Zustand die Phase der Gitterspannungsimpulse und damit die Höhe der Gleichspannung bestimmt, die der Gleichrichter 7 liefert. Über den Transformator 13 wird eine Modulationsspannung zugeführt, die den Nullwert der resultierenden Amperewindungen im Modulationsrhythmus so zeitlich verschiebt, dass die Phase der Gitterimpulse proportional dem Augenblickswert der Modulationsspannung verschoben erscheint. Durch die Siebkette 8/9/10 wird die Hilfsfrequenz und deren Harmonische unterdrückt, so dass nur die Gleichspannung und die Modulationsspannung an den Sender gelangen.
Als Gleichrichterröhre 7 kann eine Hochvakuumröhre oder, wegen des kleineren Innenwiderstandes vorteilhaft, ein gasgefülltes Rohr (z. B. Eisengleichrichter) verwendet werden.
Die im Beispiel nach Fig. 1 dargestellte Ausführung und verwandte Schaltungen haben die Eigentümlichkeit, dass die durch den Gleichrichter G auf den Hilfsgenerator H übertragene Last eine Blindkomponente bekommt, deren Grösse mit dem Momentanwert der Modulationsspannung sich verändert, wodurch der Wirkungsgrad des Gleichrichters beeinflusst wird. Das liegt daran, dass die Last nicht symmetrisch zur Speisewechselspannung liegt, sondern im Modulationsrhythmus gegenüber dem Scheitelwert der Speisewechselspannung verschoben wird.
Bei Verwendung von Gleichrichtern, die eine stetige Kennlinie besitzen, also Elektronenstromgleichrichtern und die daher im Gegensatz zu den Gasentladungsröhren stetig herauf und herab gesteuert werden können, kann das Komplexwerden der Last für die Grundharmonische der Speisefrequenz dadurch vermieden werden, dass die positiven Gitterspannungsimpulse verdoppelt werden und bei allen Augenblickswerten der Modulationsspannung zeitlich symmetrisch zum Maximum der Speisespannung zur Wirkung kommen.
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der Speisespannung liegt, ist es mit stetig steuerbaren Gleichrichtern vorteilhaft, vor und hinter dem Maximum der Speisespannung, wie eingezeichnet, je einen Gitterimpuls zu erzeugen. Durch die Modulationsspannung wird im Falle des Gasentladungsgleichrichters der einzelne Gitterimpuls in der Phase hin und her bewegt.
Im Falle des stetig steuerbaren Gleichrichters wird durch die Modulationsspannung der Abstand zwischen den beiden Gitterimpulsen beeinflusst.
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In Fig. 3 und 4 sind Ausführungsbeispiele einer derartigen Gittersteuerung schematisch dargestellt. Gegenüber Fig. 1 erhält in der Ausführung nach Fig. 3 die Wicklung c des Transformators 14 eine Mittelabzweigung. Überdies sind zwei Gleichrichter 15 und 16 angeordnet, die die beiden symmetrisch zum Speisespannungsmaximum liegenden Impulse als positive Gitterspannung zur Wirkung bringen. Erforderlich ist hiebei, dass der die Wicklung a durchfliessende Strom mit der Speisespannung am Transformator 6 konphas ist.
Bei 900 Phasenverschiebung zwischen den beiden letztgenannten Grössen kann eine Anordnung nach Fig. 4 verwendet werden. Hier sind zwei Transformatoren 14 und 14'angeordnet, deren Wirkungsweise analog der im früheren Beispiel beschrieben ist. Während die Wicklungen b und b'gegensinnig vom Gleichstrom und Modulationsstrom durchflossen werden, sind die Wicklungen a und a'bzw. c und c'gleichsinnig geschaltet.
Die eben beschriebene Verdopplung der wirksamen Gitterimpulse hat ausserdem den Vorteil, dass der Wirkungsgrad des Gleichrichters bei einer gegebenen Belastung durch den Sender erheblich ansteigt, da die Dauer der während der Gitterimpulse vorhandenen Stromlieferungszeiten entsprechend abnimmt. Dieses Verfahren kann natürlich wieder auch bei Mehrphasenschaltungen von Gleichrichter angewandt werden.
Der nach dem heutigen Stande der Technik mit der erfindungsgemäss beschriebenen Anordnung erzielbare Endstufenwirkungsgrad liegt höher als bei den bereits bekannt gewordenen Verfahren zur Wirkungsgradverbesserung. Nimmt man folgende Teilwirkung8grade an, u. zw. für den Hilfsgenerator 90%, für den Gleichrichter 98% (hiebei ist angenommen, dass Zündgleichrichter verwendet werden), für die Senderendstufe 80%, dann beträgt der Gesamtwirkung8grad der Endstufe etwa 70%, wobei dieser gute Wirkungsgrad hier auch bei grossen Modulationsgraden gewahrt bliebe.
Die Wirkungsweise der Schaltungen gemäss Fig. 6-8 beruht auf demselben Prinzip wie der Modulator gemäss Fig. 1-5, jedoch mit dem Unterschied, dass der vorliegende Verstärker lediglich die Niederfrequenzspannung verstärkt und keine Gleichspannung liefert. Es kann also sowohl als unabhängiger Verstärker verwendet werden, als auch als Modulator für einen Sender, dem jedoch die Anodengleichspannung gesondert zugeführt wird.
Das Prinzip ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Der Hilfsgenerator H, der meist erforderlich sein wird, weil im allgemeinen keine genügend hohe Netzfrequenz zur Verfügung steht, erzeugt eine gegen die höchste zu übertragende Frequenz hohe Speisefrequenz und arbeitet selbst mit gutem Wirkungsgrad. Es wird nun den beiden gegensinnig parallelgeschalteten Gleichrichterröhren G, G' eine möglichst dreieckförmige Speisespannung zugeführt. Dies ist in Fig. 6 angedeutet durch Anordnung von Resonanzkreisen 1 und 3, die auf die Grund-und die dritte Harmonische der Speisefrequenz abgestimmt sind und von denen ein entsprechender Teil an den Gleichrichterkreis angekoppelt wird.
Die Steuerung der Gleichrichterröhren G, G'erfolgt derart, dass in jeder niederfrequenten Halbperiode nur eine Gleichrichterröhre arbeitet, die in der nächsten Halbperiode von der andern abgelöst wird. Die Siebkette 4, 5, 6 hält die Speisefrequenz des Hilfsgencrators vom Transformator 7 ab, an den der Verbraucher 8 angeschlossen ist. Die Gitter-der Gleichrichterröhren G, G'werden durch Speisefrequenzimpulse gesteuert, deren Phase niederfrequent verschoben wird.
Über den Speisetransformator 2 wird eine Spannung an die Gitterwicklung a des Gittersteuertransformators 9 geführt, u. zw. über einen Kreis 10, der nach bekannten Methoden so ausgeführt ist, dass der der Wicklung a zugeführte Strom möglichst dreieckförmig und konphas mit der am Trans- formator fliegenden Spannung ist. Über den Transformator JH wird die zu verstärkende Niederfrequenz- spannung zugeführt. Zwischen 11 und die Wicklung b kann ein Längswiderstand 12 geschaltet werden, oder auch eine Verstärkerröhre oder ein anderes Mittel, welches bewirkt, dass der Stromverlauf in b bei jeder Frequenz der Signalstärke proportional ist. Die in der Wicklung c bzw. c'auftretenden Gitterspannungsimpulse Ug bzw.
Ug'werden dem Gitter der Gleichrichter G, G'zugeführt. 13, 14 sind die Gittervorspannungsquellen.
Der Transformator 9 ist so bemessen, dass bereits kleine Ströme den Kern hoch sättigen. In Fig. 7 ist der Verlauf der Amperewindungen während einer Periode der Hilfsfrequenz dargestellt. axa zist der Amperewindungsverlauf, der durch die Hilfsfrequenz in der Wicklung a hervorgerufen wird, aWb ist der Augenblickswert der Amperewindungen, die durch den vom Signal abhängigen Strom in der Wicklung b erzeugt werden. In den Zeitpunkten 1"trin denen die resultierenden Amperewindungen aw"+ awb durch Null hindurchgehen, erfolgt die Ummagnetisierung des Kernes, die einen sehr spitzen Spannungsimpuls zur Folge hat. In Fig. 7 ist der Verlauf dieser Gitterspannungsimpulse in den Zeitpunkten 4, t2 angedeutet.
Zur Zeit t2 wirkt der Spannungsimpuls positiv auf das Gitter jeder Röhre. Die Speisespannung U sei so gerichtet, dass sie in der ersten betrachteten Halbperiode für den Gleichrichter G positiv, für G'negativ ist. Daher wird im Augenblick t2 nur der Gleichrichter G einen Stromimpuls durchlassen. Wenn im niederfrequenten Rhythmus aWb sein Vorzeichen wechselt, d. h. die nächste Niederfrequenzhalbperiode beginnt, ist der Punkt t2 in die nächste Hochfrequenzhalbperiode abgewandert. Dann ist aber nur der Gleichrichter J durchlässig. So geht abwechselnd bei jedem Nulldurchgang der Niederfrequenz die Durchlässigkeit von einem Gleichrichter
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auf den andern über.
Gleichzeitig ist die jeweils von dem Gleichrichter gelieferte Spannung proportional dem Augenblickswert der Niederfrequenz.
In manchen Fällen kann es zweckmässig sein, dem Steuertransformator 9 eine Gleichstromvormagnetisierung zu geben. Diese müsste dann aber für jede niederfrequente Halbperiode die entgegengesetzte Richtung haben. In diesem Falle ist es daher notwendig, zwei Transformatoren zu verwenden, deren jeder eine a-, b-und c-Wieklung trägt. Die Vormagnetisierung erfolgt z. B. über die b-Wicklung u. zw. gegensinnig, wenn die Wicklungen der Kerne miteinander verglichen gleichsinnig angeordnet sind. Es ist dann meist aber notwendig, die Phase der Hilfsfrequenz gegenüber der Fig. 7 je nach der Grösse der Gleichstromvormagnetisierung zu verschieben, u. zw. auf jedem der Kerne in anderer Richtung.
Die Gleichrichter G, G'können sowohl Hochvakuum-als auch gasgefüllte Röhren sein. Die am Ausgangsübertrager 7 entstehende Spannung U, n verändert sich mit der Niederfrequenz. Sie bildet die Gegenspannung für die Gleichrichter G, G'. Die Anodenspannung an den Röhren ist jederzeit gleich der Differenz zwischen der Speisespannung U und der Gegenspannung Un, also während der Stromlieferung verhältnismässig klein. Daher ist der Wirkungsgrad der Gleichrichter G, G'also auch des Verstärkers stets sehr gut.
Will man die Rückwirkung der Gleichrichterschaltung G, G'auf den Hilfsfrequenzerzeuger H symmetrisch gestalten, d. h. derart, dass H stets reine Wirkbelastung bekommt, so kann man das folgendermassen durchführen : G, G'seien Hochvakuum-bzw. stetig steuerbare Röhren. Damit nicht nur ein unsymmetrisch gelegener Impuls +Ug (bei t2 in Fig. 7) zur Wirkung kommt, sorgt man durch Umkehrung des bei t1 auftretenden Impulses dafür, dass er auch zur Aussteuerung desselben Gleichrichters mit. verwendet wird. So wirken während jeder hochfrequenten positiven Halbperiode zwei zur Spannungsspitze +U symmetrisch liegende positive Impulse auf das Gitter der gerade stromliefernden Gleichrichterröhre (z.
B. G). Wenn die niederfrequente Spannung durch Null gegangen ist, arbeitet in derselben Weise die andere Gleichrichterröhre (G'). Ein Ausführungsbeispiel ist in Fig. 8 dargestellt. Die Mitte der Wicklungen c, c'ist über 13 bzw. 14 an die Kathode der Röhre G bzw. G' herangeführt. Die Enden der Wicklung c führen über die Gleichrichter 17, 18 an das Gitter von G'.
Durch diese Gleichrichter kommen stets beide Impulse im positiven Sinne an das Gitter.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verstärkerschaltung, insbesondere für Modulationsverstärker, mit gutem Wirkungsgrad bei allen Aussteuerungsgraden, dadurch gekennzeichnet, dass als Anodenspeisespannung der Röhren eine mittelfrequente Hilfswechselspannung verwendet wird, deren Frequenz ein Mehrfaches der höchsten zu verstärkenden Frequenz beträgt und dass als Gittersteuerspannung dieselbe mittelfrequente Wechsel- spannung verwendet wird, deren Phasenlage gegenüber der Anodenspeisespannung in Abhängigkeit von den Augenblickswerten der zu verstärkenden Spannungen geregelt wird.