Verstärker. Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verstärker.
Bei den bekannten Gegentaktverstärkern hat man darnach gestrebt, den Gittern der Gegentaktröhren Spannungen aufzudrücken, welche möglichst gleich gross sind und mög lichst genau 180 Phasenunterschied auf weisen. Dabei sind teure )'hasenumkehrvor- richtungen, wie Transformatoren oder Um kehrröhren nötig.
Der erfindungsgemässe Verstärker ist ge kennzeichnet durch zwei Röhren, deren Aus gangskreise nach Art der Gegentaktschal tung transformatorgeschaltet sind, während die Eingangskreise von einer Signalspan nungsquelle über je eine von zwei parallel geschalteten Impedanzketten gespeist werden, welche derart aufgebaut und an die betreffen den Steuergitter angeschlossen sind, dass die Iden Steuergittern aufgedrückten Spannungen entgegengesetzt frequenzabhängig sind,
wäh rend der Betrag des vektoriellen Unterschie des der Spannungen in der Hauptsache kon- stant ist und sich jedenfalls nicht so mit der Frequenz ändert, dass Frequenzauslöschung (Filterwirkung) auftritt. Erfindungsgemäss wird also die eine der Röhren haupt sächlich niedrigere Frequenzen und die an dere der Röhren hauptsächlich höhere Fre quenzen verstärken.
Die Vorteile dieses neuen Verstärkers be stehen hauptsächlich darin, dass man einer seits keine teuren Phaseniunkehrvorrichtun- gen nötig hat, indem jede Impedanzkette bei spielsweise aus einem Kondensator und einem Ohmschen Widerstand zusammengesetzt sein kann, anderseits die Verzerrung infolge von Kombinationstonbildung weitgehend vermie den wird. Solche Kombinationstöne entste hen vornehmlich, wenn die Röhre gleichzeitig eine Mehrzahl von verschiedenen Frequenzen verstärken soll,
was in den bekannten Gegen taktverstärkern bei Wiedergabe von Sprache und Musik immer der Fall ist.
Es sind auch bereits Bandfilter vorge schlagen worden in der Form einer Gegen- taktschaltung, bei der die Steuergitter der beiden Röhren von je einer an die Signal quelle angeschlossenen Impedanzkette ge speist werden. Die Impedanzketten sind aber hier in Übereinstimmung mit der verschie denartigen Aufgabe derart ausgebildet, dass die Signalspannungen für einen gewissen Frequenzbereich sich gegenseitig aufheben, während sie für den übrigen Teil des Fre- quenzspektrums in Phase sind.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung eingehend erläutert.
Es bezeichnet 1 eine Wechselstromquelle, deren Spannung verstärkt werden soll, zum Beispiel den Detektor oder eine Niederfre- quenzröhre in einem Radioapparat. Ein Wi derstand 2 und ein damit in Reihe geschal teter Kondensator 3 bilden eine an die Wech- selstromquelle 1 angeschlossene Impedanz kette, von der das Steuergitter 4 einer Röhre 5 gespeist wird.
Ein anderer Widerstand 2a und ein damit in Reihe geschalteter Kondensator 3a bilden eine zweite an die Wechselstromquelle 1 an geschlossene Impedanzkette, von der das Steuergitter 4a einer andern Röhre 5a ge speist wird.
Die beiden Röhren 5 und 5a enthalten ferner je eine Kathode 6 bez-,v. 6a, welche untereinander und über eine Gittervorspan- nungsbatterie 8 mit den Impedanzketten 2, 3 bezw. 2a, 3a und der Wechselstromquelle 1 verbunden sind. Die beiden Röhren 5 und 5a enthalten weiter je eine Anode 7 bezw. 7a, welche an je ein Ende der Primärwicklung 9 eines Ausgangstransformators 10 angeschlos sen sind.
Der Mittelpunkt der Primärwick lung 9 ist durch eine Leitung 11. mit einer nicht gezeigten Anodenspannungsquelle ver bunden, welche zwischen dieser Leitung und den Kathoden 6 bezw. 6a eingeschaltet ist. Der Wechselstromwiderstand dieser Anoden spannungsquelle wird als sehr klein angenom men. Der Ausgangstransformator 10 hat wei terhin eine Sekundärwicklung 12, an welche ein nicht gezeigter Verbrauchsapparat, z. B.
ein Lautsprecher, angeschlossen ist. Es werde angenommen, dass der Wider stand 2 von derselben Grösse ist wie der Wi derstand 2a und dass dessen Wert R Ohm be trägt, sowie da.ss der Kondensator 3 dieselbe Kapazität besitzt wie der Kondensator 3a und dass dessen Wert C Farad beträgt.
Wird ferner die von der Wechselstrom quelle 1 abgegebene Spannung mit El und der Spannungsunterschied zwischen den bei den Gittern 4 und 4a mit E8 bezeichnet, so ist
EMI0002.0040
d. h. i Eg.1 = E.
Es ergibt sich also, dass die den Gittern 4 bezw. 4a aufgedrückte Spannung E8 gleich der ursprünglichen Spannung EI ist, unab hängig von der Frequenz.
Wird der Winkel, um welchen die Span nung Es gegen die Spannung E1 verschoben ist, mit<B>99</B> bezeichnet, so erhält man aus Glei chung (2)
EMI0002.0052
Man sieht hieraus, dass, wenn die Winkel frequenz co von Null bis unendlich wächst, so ändert sich 9p von 180 bis 0 .
Für die Qualität der Wiedergabe spielt dies jedoch keinerlei Rolle.
Während der Spannungsunterschied E, zwischen den beiden Gittern 4 und 4a fre- quenzunabhängig ist, werden die Spannungen der Gitter, bezogen auf die Kathode, sich mit der Frequenz ändern.
Bezeichnet man die Spannung des Gitters 4 mit Es, und die Spannung des Gitters 4a mit E.,, so ist
EMI0003.0001
Hieraus ergibt sich, dass, wenn (p von Null bis unendlich wächst, Ego sich von Ei bis Null und E"" von Null bis El ändert.
Niedere Frequenzen werden somit haupt sächlich in der Röhre 5, hohe Frequenzen hauptsächlich in der Röhre 5a verstärkt. Des halb wird eine solche Kombinationstonbildung zwischen hohen und niedrigen Tönen vermie den, welche auftritt, wenn hohe und niedrige Frequenzen in gleichem Grade in derselben Röhre verstärkt werden.
Gegen die beschriebene Vorrichtung könnte der Einwand erhoben werden, dass, wenn es sich um die Wiedergabe einer ein zigen extremen Frequenz, z. B. einer sehr niedrigen Frequenz, handelt, nur eine der Verstärkerröhren wirksam ist und dass somit die Ausgangsleistung nicht grösser ist, als wenn man eine einzige Röhre verwenden würde.
Bei der Wiedergabe von Sprache und Musik trifft aber der Fall, dass nur eine ein zige Frequenz wiedergegeben werden soll, so sehr selten ein, dass man von den dabei herr schenden Verhältnissen absehen kann. Bei der gleichzeitigen Wiedergabe von mehreren Frequenzen werden in einem gewöhnlichen Verstärker, in welchem sämtliche Frequenzen in derselben Röhre verstärkt werden, die Amplituden der Spannungen verschiedener Frequenzen sich addieren, so dass der resul tierende Scheitelwert der Spannungskurve er heblich höher ist als für nur eine der Fre quenzen. Aussteuerung tritt also früher ein, wenn sämtliche Frequenzen gleichzeitig wie dergegeben werden.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung wird diese Addition der Amplitudenwerte der Spannungen zum grossen Teile vermieden, weshalb die Vorrichtung in der Praxis die gleiche Ausgangsleistung aufweist, wie wenn die Röhren in üblicher Weise in Gegentakt geschaltet wären. Praktische Proben haben gezeigt, dass diese Theorie richtig ist.
Weil die niedrigen Frequenzen in Sprache und Musik meistens grössere Amplitude haben als die hohen Frequenzen, ist es, wenn die beiden Röhren gleich gross sind, mit Rücksicht auf. das oben angeführte vorteil haft, diejenige Röhre,, welche hauptsächlich die niedrigen Frequenzen verstärkt, mit einem kleineren Frequenzgebiet arbeiten zu lassen als die andere Röhre, damit die beiden Röh ren nach Möglichkeit gleich ausgesteuert wer den.
Man kann sagen, dass die Grenze zwischen den beiden Frequenzgebieten bei derjenigen Frequenz liegt, bei der lEgsl = lEgas1
EMI0003.0029
Es hat sich als zweckmässig erwiesen, CR so zu wählen, dass
EMI0003.0031
für eine Fre quenz, welche von der Mitte aus gerechnet im untern Teil des Frequenzgebietes liegt, das wiedergegebenen werden soll. Bei Verstärkern .für Sprache und Musik ist es zweckmässig, CR derart zu wählen, dass
EMI0003.0034
für eine Frequenz<I>f</I> (au <I>= 2</I> n <I>f)</I> zwischen 200 und 1000 Perioden erfüllt ist.
Als besonders vor teilhaft hat es sich erwiesen, CP so zu wäh len, dass
EMI0003.0038
Das bedeutet, dass Ego = E"a für eine Frequenz f von zirka 400 Perioden pro Sekunde erfüllt ist.
Dadurch, dass man CR mit Rücksicht auf die Grösse und den Charakter des wieder zugebenden Frequenzbereiches zweckmässig wählt, kann man also erreichen, dass beide Röhren voll ausgenutzt werden. Es ist dabei vorteilhaft, beide Röhren von derselben Grösse und von demselben Typ zu wählen, weil man dann unter anderem die von den gebräuch lichen Gegentaktverstärkern bekannte Wir- kung erreicht, dass die Gleichstrommagneti- sierung des Ausgangstransformators aufge hoben wird.
Betreffend die Anpassung des Ausgangs transformators 10 an die Endröhren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, einen kleineren Anpassungswiderstand für jede Hälfte der Primärwicklung zu wählen als bei üblichen einfachen Endstufen. Dies dürfte darauf zu rückzuführen sein, dass die Anodenwechsel spannung einer jeden Röhre bei der gleich zeitigen Wiedergabe von sowohl hohen als niedrigen Frequenzen höher ist als das durch den Anodenwechselstrom der Röhre selbst verursachte Spannungsgefälle im Transfor mator, weil eine Übertransformierung der Wechselspannungen von der einen Hälfte der Primärwicklung zur andern Hälfte statt findet.
Eine Spannungsübersteuerung auf der Anodenseite würde also eintreten können, wenn die Anpassung zu hoch wäre.
Die Vorrichtung kann auch in einfacher Weise so ergänzt werden, dass sie ausserdem für die Regelung der Klangfarbe dienen kann. Wird nämlich ein Potentiometer 13 mit sei nen Enden an die Gitter 4 und 4a angeschlos sen, während der Schleifkontakt 14 des Po tentiometers in Wechselstromhinsicht an die Kathoden 6 und 6a der Röhren 5 und 5a angeschlossen wird, beispielsweise indem er mit dem einen Ausgangsende der Wechsel- stromquelle verbunden wird,
so kann man durch die Bewegung des Schleifkontaktes 14 die eine oder andere Verstärkerstufe 5 bezw. 5a mehr oder weniger kurzschliessen, wobei hohe und niedrige Töne in verschiedenem Grade hervortreten werden. Befindet sich der Schleifkontakt 14 beispielsweise in der Nähe des dem Gitter 4 zugewandten Endes des Po tentiometers, so wird ein grosser Teil der Ein gangsspannung der niedrigen Frequenzen kurzgeschlossen, weshalb hauptsächlich die höheren Frequenzen auf der Ausgangsseite 12 des Transformators 10 auftreten und eine helle Klangfarbe erzielt wird.
Befindet sich dagegen der Schleifkontakt ,14 in der Nähe des entgegengesetzten Endes des Potentio- ineters, so erhält man das entgegengesetzte Ergebnis und mithin eine dunkle Klang farbe. Bei Mittelstellung des Potentiometers schliesslich werden tiefe und hohe Frequenzen gleichviel verstärkt. Das Potentiometer er hält zweckmässig eine solche Widerstands kurve, dass die Regelung angenehm ist.
Oben ist nur eine Ausführungsform der Vorrichtung beschrieben. und es leuchtet ein, dass dieselbe auf verschiedene Weise geändert werden kann. Hier sollen nur einige Modifi kationen kurz erwähnt werden.
Die Kondensatoren 3, 3a können durch Induktanzen ersetzt werden.
Die Widerstände 2 und 2a können ersetzt werden durch Induktanzen, wobei man durch geeignete Dimensionierung der eingehenden Grössen den Verlauf der Frequenzkurve in verschiedener Weise beeinflussen kann.
Die beiden Impedanzketten 2, 3 und 2a, 3a, von denen die eine in der Tat als Hoch passfilter und die andere als Tiefpassfilter wirkt, können je durch mehrgliedrige Filter ersetzt werden, wodurch Spannungsumset zung und Phasenverschiebung erreicht und mithin der Verlauf, der, Frecguenzkurv e be einflusst werden kann.
Bei Verstärkern mit mehreren Stufen kann man entweder nur die Endstufe gemäss der Erfindung ausbilden oder auch den Ver stärker derart ausbilden. dass zwei durch eine Impedanzeinrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung gespeiste Eingangsröhren die Se kundärwicklung des Ausgangstransformators nicht unmittelbar speisen, wie auf der Zeich nung dargestellt, sondern über je einen Ver stärker, der eine oder mehrere Stufen um fasst.
Amplifier. The present invention relates to an amplifier.
In the known push-pull amplifiers, efforts have been made to apply voltages to the grids of the push-pull tubes which are as equal as possible and have exactly 180 phase differences as possible. Expensive phase reversal devices, such as transformers or reversing tubes, are required.
The amplifier according to the invention is characterized by two tubes, the output circuits of which are transformer-connected in the manner of the push-pull circuit, while the input circuits are fed from a signal voltage source via one of two parallel-connected impedance chains which are constructed in this way and connected to the control grid concerned that the Iden control grids are oppositely frequency-dependent,
while the amount of the vectorial difference between the voltages is mainly constant and in any case does not change with the frequency in such a way that frequency cancellation (filter effect) occurs. According to the invention, one of the tubes will mainly amplify lower frequencies and the other of the tubes will mainly amplify higher frequencies.
The main advantages of this new amplifier are that, on the one hand, you do not need any expensive phase reversal devices, since each impedance chain can be composed of a capacitor and an ohmic resistor, on the other hand, the distortion caused by the formation of combination tones is largely avoided. Such combination tones are mainly created when the tube is to amplify a number of different frequencies at the same time,
which is always the case in the well-known counter-clock amplifiers when playing back speech and music.
Band filters have also already been proposed in the form of a counter-clock circuit in which the control grids of the two tubes are each fed by an impedance chain connected to the signal source. The impedance chains are, however, designed here in accordance with the various tasks in such a way that the signal voltages cancel each other out for a certain frequency range, while they are in phase for the remaining part of the frequency spectrum.
An example embodiment of the invention is explained in detail below with reference to the drawing.
1 denotes an alternating current source, the voltage of which is to be amplified, for example the detector or a low-frequency tube in a radio set. A resistor 2 and a capacitor 3 connected in series with it form an impedance chain connected to the alternating current source 1, from which the control grid 4 of a tube 5 is fed.
Another resistor 2a and a capacitor 3a connected in series with it form a second impedance chain connected to the alternating current source 1, from which the control grid 4a of another tube 5a is fed.
The two tubes 5 and 5a also each contain a cathode 6, v. 6a, which are connected to each other and via a grid bias battery 8 with the impedance chains 2, 3 respectively. 2a, 3a and the AC power source 1 are connected. The two tubes 5 and 5a each further contain an anode 7 respectively. 7a, which are ruled out at each end of the primary winding 9 of an output transformer 10.
The center of the primary Wick development 9 is connected by a line 11 with an anode voltage source, not shown, which respectively between this line and the cathodes 6. 6a is switched on. The AC resistance of this anode voltage source is assumed to be very small. The output transformer 10 has further further a secondary winding 12 to which a consumer device, not shown, e.g. B.
a speaker is connected. It is assumed that the resistor 2 is of the same size as the resistor 2a and that its value is R ohms, and that the capacitor 3 has the same capacitance as the capacitor 3a and that its value is C farads.
If, furthermore, the voltage output by the alternating current source 1 is denoted by El and the voltage difference between the grids 4 and 4a by E8, then
EMI0002.0040
d. H. i Eg.1 = E.
It follows that the grids 4 respectively. 4a applied voltage E8 is equal to the original voltage EI, regardless of the frequency.
If the angle by which the voltage Es is shifted from the voltage E1 is denoted by <B> 99 </B>, then equation (2) gives
EMI0002.0052
It can be seen from this that when the angular frequency co increases from zero to infinity, 9p changes from 180 to 0.
However, this does not affect the quality of the playback.
While the voltage difference E between the two grids 4 and 4a is frequency-independent, the voltages of the grids, based on the cathode, will change with the frequency.
If the tension of the grid 4 is denoted Es, and the tension of the grid 4a as E. ,, so is
EMI0003.0001
It follows that when (p grows from zero to infinity, Ego changes from Ei to zero and E "" changes from zero to El.
Low frequencies are thus mainly amplified in the tube 5, high frequencies mainly in the tube 5a. Therefore, such combination tone formation between high and low tones is avoided, which occurs when high and low frequencies are amplified to the same degree in the same tube.
Against the device described, the objection could be raised that, if it is the reproduction of a single extreme frequency, z. B. a very low frequency, only one of the amplifier tubes is effective and that the output power is therefore not greater than if you were to use a single tube.
In the reproduction of speech and music, however, the case that only a single frequency is to be reproduced occurs so very rarely that the prevailing conditions can be ignored. When reproducing several frequencies at the same time, the amplitudes of the voltages of different frequencies add up in an ordinary amplifier in which all frequencies are amplified in the same tube, so that the resulting peak value of the voltage curve is considerably higher than for just one of the Fre sequence. Control occurs earlier if all frequencies are reproduced at the same time.
In the device according to the invention, this addition of the amplitude values of the voltages is largely avoided, which is why the device in practice has the same output power as if the tubes were connected in the usual way in push-pull. Practical trials have shown that this theory is correct.
Because the low frequencies in speech and music usually have a greater amplitude than the high frequencies, it is when the two tubes are of the same size, with regard to. The advantage mentioned above is to let the tube which mainly amplifies the low frequencies work with a smaller frequency range than the other tube, so that the two tubes are driven equally if possible.
One can say that the boundary between the two frequency ranges lies at the frequency at which lEgsl = lEgas1
EMI0003.0029
It has proven to be useful to choose CR so that
EMI0003.0031
for a frequency which, calculated from the center, lies in the lower part of the frequency range that is to be reproduced. In the case of amplifiers for speech and music, it is advisable to select CR in such a way that
EMI0003.0034
for a frequency <I> f </I> (au <I> = 2 </I> n <I> f) </I> between 200 and 1000 periods is fulfilled.
It has proven to be particularly advantageous to choose CP so that
EMI0003.0038
This means that Ego = E "a is fulfilled for a frequency f of approximately 400 periods per second.
By choosing CR appropriately with regard to the size and character of the frequency range to be added again, one can achieve that both tubes are fully utilized. It is advantageous to choose both tubes of the same size and of the same type, because one then achieves, among other things, the effect known from common push-pull amplifiers that the DC magnetization of the output transformer is canceled.
With regard to the adaptation of the output transformer 10 to the output tubes, it has proven to be advantageous to choose a smaller matching resistance for each half of the primary winding than with conventional simple output stages. This is probably due to the fact that the anode alternating voltage of each tube is higher than the voltage gradient in the transformer caused by the anode alternating current of the tube itself, because one half of the alternating voltage is over-transformed the other half of the primary winding takes place.
A voltage overload on the anode side could therefore occur if the adjustment were too high.
The device can also be supplemented in a simple manner in such a way that it can also be used to regulate the timbre. Namely, a potentiometer 13 with its ends to the grids 4 and 4a ruled out, while the sliding contact 14 of the Po tentiometer is connected to the cathodes 6 and 6a of the tubes 5 and 5a in alternating current, for example by having one output end of the change - the power source is connected,
so you can bezw by the movement of the sliding contact 14 one or the other amplifier stage 5. 5a more or less short-circuit, whereby high and low tones will emerge to different degrees. If the sliding contact 14 is located, for example, near the end of the Po tentiometer facing the grid 4, a large part of the input voltage of the low frequencies is short-circuited, which is why the higher frequencies mainly occur on the output side 12 of the transformer 10 and a bright timbre is achieved becomes.
If, on the other hand, the sliding contact 14 is located in the vicinity of the opposite end of the potentiometer, the opposite result is obtained and therefore a dark tone color. When the potentiometer is in the middle position, low and high frequencies are amplified equally. The potentiometer it holds appropriately such a resistance curve that the regulation is pleasant.
Only one embodiment of the device is described above. and it is evident that it can be changed in various ways. Only a few modifications should be briefly mentioned here.
The capacitors 3, 3a can be replaced by inductances.
The resistors 2 and 2a can be replaced by inductances, whereby the course of the frequency curve can be influenced in various ways by suitable dimensioning of the incoming quantities.
The two impedance chains 2, 3 and 2a, 3a, one of which actually acts as a high-pass filter and the other as a low-pass filter, can each be replaced by multi-element filters, which results in voltage conversion and phase shifting, and consequently the frequency curve e can be influenced.
In the case of amplifiers with several stages, you can either train only the output stage according to the invention or train the Ver stronger in this way. that two input tubes fed by an impedance device according to the present invention do not feed the secondary winding of the output transformer directly, as shown in the drawing, but via a respective amplifier that includes one or more stages.