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Die Erfindung betrifft einen Audio-Röhrenverstärker, mit einer Leistungsgegentaktendstufe zum Betreiben eines Lautsprechers, die einen Phaseninverter, zwei Verstärkerröhren und einen Ausgangsübertrager aufweist, wobei der Phaseninverter ein eingangsseitig anliegendes Ansteuerungssignal in zwei um 180° phasenversetzte Eingangssignale für jeweils eine Verstärkerröhre umwandelt, wobei die Verstärkerröhren aus dem zugeführten Eingangssignal ein verstärktes Ausgangssignal erzeugen und der Ausgangsübertrager die beiden Ausgangssignale zu einem Betriebssignal für den Lautsprecher zusammenführt, und wobei der Ausgangsübertrager einen geschlossenen magnetisierbaren Übertragerkern mit zwei Außenstegen und einem Mittelsteg aufweist und je eine mit einer der Verstärkerröhren verbundene Primärwicklung sowie je eine den Primärwicklungen zugeordnete Sekundärwicklung trägt.
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Ein Verstärker ist eine elektrotechnische Baugruppe, mit mindestens einem aktiven Element, beispielsweise einer Elektronenröhre oder einem Transistor, welches ein eingehendes Analog-Signal so verarbeitet, dass der Ausgangspegel des Ausgangssignals größer ist als der Eingangspegel des Eingangssignals. Die zusätzliche Leistung wird dabei einer Energiequelle entnommen. Ein Verstärker erhöht im Gegensatz zu einem Transformator nicht nur die Spannung des Eingangssignals, sondern auch dessen Stromstärke. Solche Verstärker werden unter anderem bei Audio-Geräten zur Wiedergabe von Sprache und Musik eingesetzt. Im Audiobereich wurden die Elektronenröhren inzwischen weitgehend durch Halbleiterbauelemente ersetzt. Verwendet werden Elektronenröhren heutzutage nur noch bei hochwertigen High-Fidelity-Verstärkern.
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Die wichtigsten Eigenschaft von High-Fidelity-Verstärkern ist die hohe Tonqualität, die durch niedrige Verzerrungen, eine hohe Übertragungsspannbreite, eine hohe Ausgangsleistung und unbedingte Stabilität gekennzeichnet ist. Dazu sind insbesondere Röhrenverstärker mit einer Gegentaktendstufe geeignet. Bei Röhrenverstärkern bestimmen nicht nur die Verstärkerröhren, sondern auch der Ausgangsübertrager die obere und untere Grenzfrequenz des Verstärkers wesentlich. Der Betrieb von üblicherweise niederohmigen Lautsprechern an Audio-Röhrenverstärkern erfordert einen speziellen Niederfrequenz-Transformator, den Ausgangsübertrager. Bekannte hochwertige Ausgangsübertrager weisen spezielle Wickeltechniken bei den Primär- und Sekundärwicklungen auf, mit denen man typischerweise den Frequenzbereich von etwa 30 Hertz bis 16.000 Hertz übertragen kann. Dies erfordert insbesondere bei den hohen Bandbreiten von HiFi-Verstärkern und/oder bei hohen Ausgangsleistungen verschachtelte Wicklungen und ist dementsprechend teuer. Dabei sind die Primär- und Sekundärspulen des Ausgangsübertragers in der Regel auf einem geschlossenen magnetisierbaren Übertragerkern, mit zwei Außenstegen und einem dem Mittelsteg, auf dem Mittelsteg angeordnet. Alternativ kann auch ein ringförmiger Übertragerkern die Primär- und Sekundärspulen tragen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 1 019 347 betrifft eine gegengekoppelte Verstärkerschaltung. Sie offenbart eine Verstärkerschaltung mit einer Gegentaktendstufe und einer Gegentaktvorstufe, vorzugsweise mit RC-Kopplung, bei der eine Gegenkopplung zwischen dem Ausgangsübertrager und dem Gitterkathodenkreis der Gegentaktvorstufenröhren vorgesehen ist, wobei auf dem Ausgangsübertrager eine symmetrisch gewickelte und mit der Primärwicklung eng verkoppelte Gegenkopplungswicklung vorgesehen ist, wobei jeweils ein Ende dieser Wicklung mit einer der Kathoden der Gegentaktvorröhren verbunden ist, die über Widerstände symmetrisch an Masse liegen.
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Die Patentschrift
US 2,987,684 lehrt einen fluidgekühlten Transformator mit einem magnetisierbaren Übertragerkern, der zwei Außenstege und einen Mittelsteg aufweist, die jeweils einen innere und eine äußere Wicklung tragen, die als Niederspannungs- und Hochspannungswicklung ausgebildet und radial voneinander beabstandet sind. Die innere Wicklung umfasst mehrere Wicklungslagen, die auf der gesamten Steglänge durchgehend gelegt sind, während die äußere Wicklung mehrere Wicklungslagen umfasst, die in mehrere im Wesentlichen gleich lange Wicklungsabschnitte aufgeteilt über die Steglänge gelegt sind, die einen axialen Abstand zueinander aufweisen und radial zueinander versetzt angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Audio-Röhrenverstärker mit einem optimiertem Ausgangsübertrager vorzuschlagen, wobei der Ausgangsübertrager eine verbesserte Tonqualität des Lautsprechers bewirkt und zudem einfach aufgebaut und damit kostengünstig herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Audio-Röhrenverstärker mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Audio-Röhrenverstärker weist der Ausgangsübertrager einen geschlossenen magnetisierbaren Übertragerkern mit zwei Außenstegen und einem Mittelsteg auf, wobei der Übertragerkern je eine mit einer der Verstärkerröhren verbundene Primärwicklung sowie je eine den Primärwicklungen zugeordnete Sekundärwicklung trägt. Erfindungsgemäß ist auf jedem der Außenstege des Übertragerkerns eine Primärwicklung mit der zugeordneten Sekundärwicklung angeordnet, wobei die Sekundärwicklungen jeweils gegensinnig zu den Primärwicklungen und die Primärwicklungen sowie die Sekundärwicklungen untereinander gleichsinnig gewickelt sind. Dabei sind die Sekundärwicklungen einander parallel geschaltet, wobei die jeweils verbundenen Wicklungsenden der Sekundärwicklungen die Anschlüsse für den Lautsprecher bilden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umgreifen die Sekundärwicklungen jeweils die zugeordneten Primärwicklungen oder die Primärwicklungen die jeweils zugeordneten Sekundärwicklungen. Sie bilden je ein Wicklungspaket auf jedem der Außenstege, dem jeweils eine der beiden um 180° phasenverschobenen Tonsignale zugeordnet ist.
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Vorzugsweise ist dabei der Übertragerkern derart ausgebildet, dass die Breite der Außenstege und die Breite des Mittelsteges gleich sind.
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Indem auf jedem Außensteg des Übertragerkerns nur eine Phase des Audio-Signals von der jeweiligen Primärwicklung auf die zugeordnete Sekundärwicklung übertragen wird und der zwischen den Außenstegen angeordnete Mittelsteg eine Übertragung der Magnetisierung bei der Magnetisierung eines Außensteges auf dem jeweiligen anderen Außensteg dämpft, ergibt sich eine verbesserte Tonqualität für einen angeschlossenen Lautsprecher. Die verbesserte Tonqualität umfasst ein vergrößertes Frequenzband, sehr klare Klänge ohne Störungen, mehr Kraft bei tiefen Frequenzen und einen verbesserten Wirkungsgrad, wobei der Klang sehr natürlich wirkt. Durch die räumliche Trennung der Wicklungspakete mit den Primär- und Sekundärwicklungen für die beiden Phasen des Audiosignals besteht zudem die Möglichkeit, diese als dicke Drahtspulen auszuführen. Dabei kann unter Umständen eine Einsparung von Kupferdraht bis zu 30% gegenüber bekannten Ausgangsübertragern erreicht werden.
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Beim Stand der Technik sind demgegenüber die beiden Primär- und Sekundärwicklungen des Ausgangsübertragers zusammen auf dem Mittelsteg angeordnet. Dies bringt als Nachteile mit sich einen schmalen Frequenzgang, viel Geräusch, eine geringe Kraft bei tiefen Frequenzen, einen kleinen Wirkungsgrad, einen unklaren Klang sowie Klangstörungen. Außerdem ist beim Stand der Technik der Stromverbrauch des Audio-Röhrenverstärkers merklich höher und die Abmessungen des Ausgangsübertragers sind deutlich größer.
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Durch den speziellen Aufbau des erfindungsgemäßen Ausgangsübertragers und die besondere Anordnung der Primär- und Sekundärwicklungen auf dem Übertragerkern wird der Signal-Rauschabstand des Ausgangssignals deutlich verbessert. Dieser bewirkt nicht nur einen großen Frequenzbereich, der den Hörbereich vollständig einschließt, sondern bedingt auch einen absolut linearen Frequenzgang und sorgt somit für geringe Verzerrungen (Klirrfaktor) des Audio-Signals. Damit ist insbesondere zudem ein kleiner Innenwiderstand, eine kurze Anstiegszeit des Signals, eine gute Impulstreue und Kanaltrennung realisierbar.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnung. Die einzelnen Merkmale der Erfindung können dabei für sich allein oder zu mehreren bei unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung verwirklicht sein. Es zeigen:
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1 einen typischen bekannten Schaltungsaufbau eines Audio-Röhrenverstärkers mit einer Leistungsgegentaktendstufe;
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2 einen aus dem Stand der Technik bekannten Ausgangsübertrager; und
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3 ein Ausführungsbeispiel eines Ausgangsübertragers des erfindungsgemäßen Audio-Röhrenverstärkers.
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Die 1 zeigt den typischen Schaltungsaufbau eines bekannten Audio-Röhrenverstärkers mit einer Leistungsgegentaktendstufe als Schaltplan. Der Audio-Röhrenverstärker 1 zum Betreiben eines Lautsprechers 2 weist einen Phaseninverter 3, zwei Verstärkerröhren 4, 4' und einen Ausgangsübertrager 5 auf. Der Phaseninverter 3 wandelt ein eingangsseitig anliegendes Ansteuersignal in zwei um 180° phasenversetzte Eingangssignale P1, P2 für jeweils eine der Verstärkerröhren 4, 4' um. Die Verstärkerröhren 4, 4' erzeugen aus dem zugeführten Eingangssignal jeweils ein verstärktes Ausgangssignal, die der Ausgangsübertrager 5 zu einem Betriebssignal für den Lautsprecher 2 zusammenführt. Dazu weist der Ausgangsübertrager 5 zwei Primärwicklungen 6, 6' auf, die mit den Verstärkerröhren 4 bzw. 4' verbunden sind und zwei Sekundärwicklungen 7, 7', die den Primärwicklungen 6, 6' zugeordnet und die miteinander und dem Lautsprecher 2 verbunden sind. Die Primärwicklungen 6, 6' und die Sekundärwicklungen 7, 7' sind auf einem gemeinsamen magnetisierbaren Übertragerkern 8 nebeneinander angeordnet.
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Die 2 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Ausgangsübertrager 9. Der Ausgangsübertrager 9 ist als geschlossener Übertragerkern 8 mit zwei Außenstegen 10, 10' und einem Mittelsteg 11 ausgebildet. Auf dem Mittelsteg 11 sind jeweils die zwei Primärwicklungen 6, 6' sowie zwei Sekundärwicklungen 7, 7' angeordnet. Die Primärwicklungen 6, 6' sind wie die Sekundärwicklungen 7, 7' gegensinnig zueinander gewickelt. Außerdem ist der Wicklungssinn der Primärwicklungen 6, 6' jeweils entgegengesetzt zu dem der Sekundärwicklungen 7, 7'. Dabei umgreift die Sekundärwicklung 7 die Primärwicklung 6 und die Sekundärwicklung 7 die Primärwicklung 6'. Die von den Wicklungen 6, 7 bzw. 6', 7' gebildeten Wicklungspakete 12, 12' sind auf dem Mittelsteg 11 direkt axial anschließend aneinander angeordnet. Die Primärwicklungen 6, 6' bewirken in Verbindung mit den Ausgangssignalen der Verstärkerröhren 4, 4' in sich geschlossene magnetische Feldlinienbündel 13, 13', die sich jeweils zwischen dem Mittelsteg 11 und dem Außensteg 10 bzw. 10' erstrecken. Dabei induzieren die Feldlinienbündel 13, 13', obwohl sie wechselweise nacheinander auf- und abgebaut werden, jeweils in beiden Sekundärspulen 7, 7' ein Betriebssignal für den Lautsprecher 2. Die gleichzeitige Bildung von zwei Ausgangssignalen in den Sekundärspulen 7, 7' für jedes der 180° phasenversetzten Eingangssignale führt aufgrund der Überlagerung zu einem nicht optimalen Betriebssignal für den Lautsprecher 2.
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Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ausgangsübertragers 5 des erfindungsgemäßen Audio-Röhrenverstärkers 1. Der Übertragerkern 8 ist entsprechend dem aus dem Stand der Technik bekannten Ausgangsübertrager 9 ausgebildet. Erfindungsgemäß sind die Primärwicklungen 6, 6' und die Sekundärwicklungen 7, 7' nicht auf dem Mittelsteg 11 angeordnet, sondern jeweils auf dem Außensteg 10, 10'. Das von der Primärwicklung 6 und der Sekundärwicklung 7 gebildete Wicklungspaket 12 ist auf dem Außensteg 10 und das von der Primärwicklung 6' und der Sekundärwicklung 7' gebildete Wicklungspaket 12' auf dem Außensteg 10' angeordnet. Die Primärwicklungen 6, 6' bewirken in Verbindung mit den Ausgangssignalen der Verstärkerröhren 4, 4' ebenfalls Feldlinienbündel 13, 13', wie beim Stand der Technik, die sich jeweils geschlossen zwischen dem Mittelsteg 11 und dem jeweiligen Außensteg 10 bzw. 10' erstrecken. Dabei induzieren die Feldlinienbündel 13, 13', die wechselweise nacheinander auf- und abgebaut werden, jeweils nur in der der jeweiligen Primärspule 6 bzw. 6' zugeordneten Sekundärspule 7 bzw. 7' ein Signal für den Lautsprecher 2. Die gleichzeitige Bildung von zwei sich überlagernden Signalen ist damit ausgeschlossen, so dass ein optimales Betriebssignal für den Lautsprecher 2 zur Verfügung steht, das sich durch bloßes Aneinanderreihen der phasenversetzten Ausgangssignale ergibt. Bei einem auf 25 Watt ausgelegten Audio-Röhrenverstärker 1 weist ein solcher Ausgangsübertrager 5 der Leistungsgegentaktendstufe typischerweise Primärwicklungen 6, 6' mit je 1400 Windungen mit einem Drahtdurchmesser von 0,44 mm und Sekundärwicklungen 7, 7' mit je 100 Windungen aus Kupferlackdraht mit einem Durchmesser von 1,0 mm.
