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Schaltungsanordnung zur Regelung des Verstärkungsgrades eines Tonverstärkers
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Regelung des Verstärkungsgrades
eines Tonverstärkers, vorzugsweise eines Fernseh- oder Rundfunkempfängers, mit Hilfe
einer Mehrgitterröhre, vorzugsweise einer Hexode oder Heptode, der die zu verstärkenden
Schwingungen an einem Steuergitter und der eine veränderbare Gleichspannung zur
Verstärkungsregelung an einem anderen Steuergitter zugeführt werden. Es besteht
die Aufgabe, eine derartige Schaltungsanordnung, die mittels der veränderbaren Gleichspannung
auch leicht von fern geregelt werden kann, so auszubilden, daß physiologische Lautstärkeregelung,
d. h. eine Baßanheb.urng bei kleiner Verstärkung, erreicht wird.
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Zur physiologischen Lautstärkeregelung wurden bisher allgemein Schaltungsanordnungen
mit einstellbaren Impedanzen, insbesondere einstellbaren Ohmschen Widerständen (Potentiometern),
verwendet, wobei vorzugsweise durch mit Blindwiderständen verbundene Anzapfungen
des Regelwiderstandes eine Anpassung an die gewünschte Frequenzkurve versucht wurde.
Praktisch erhielt man damit jedoch meist keine gute Baßanhebung, und insbesondere
war eine Regelung von fern oder automatisch nicht ohne weiteres möglich.
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Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs erwähnten Art werden diese
Nachteile vermieden, wenn gemäß der Erfindung die folgenden Maßnahmen und Dimensionierungen
gemeinsam angewandt werden: a) Die Regelgleichspannung wird in au sich bekannter
Weise dem ersten Steuergitter und die zu verstärkenden Schwingungen werden dem zweiten
Steuergitter zugeführt.
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b) Die Ausgangsschwingungen werden am Verbindungspunl@t der Reihenschaltung
eines Kßnderisators und eines Zwischenwiderstandes, die in an sich bekannter Weise
zwischen der Anode und dem zweiten Steuergitter liegt, entnommen.
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c) Der Wirkwert des Zwischenwiderstandes ist gleich dem Kehrwert der
effektiven Steilheit der Röhre bei dem Regelspannungswert, bei welchem das Minimum
der Verstärkung auftreten soll, d) Bei der tiefsten Frequenz des Übertragungsbereiches
liegt der kapazitive Widerstand des Kondensators etwa in der Größenordnung des Wirkwertes
des Zwischenwiderstands derart, daß zur Erzielung einer physiologischen Verstärkungsregelung
(Baßanhebung) bei kleiner Verstärkung der Röhre eine weltgehende Kompensation der
Schwingungen mittlerer und hoher Frequenzen eintritt, während die Schwingungen tiefer
Frequenzen mit merklicher Amplitude am Ausgang auftreten.
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Dabei wird von dem bekannten Prinzip Gebrauch genawht, einen Verstärker
in zwei. Kanäle aufzuteilen und deren Ausgangsschwingungen gegenphasig wieder zusammenzusetzen,
wobei bei einer bestimmten Einstellung ihrer Verstärkung die Ausgangsschwingungen
sich ,gegenseitig kompensieren, während schon bei kleinen Änderungen der Verstärkung
eines Kanals die Ausgangsspannung wesentlich ansteigt, weil dann die Kompensation
nicht mehr eintritt.
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Bei der Anordnung nach der Erfindung wird! der eine Kanal durch den
Zwischenwiderstand gebildet, während der andere Kanal die in der Verstärkung regelbare
Mehrgitterröhre enthält. Über den Zwischenwiderstand werden die Schwingungen unverändert,
insbesondere ohne nichtlineare Verzerrungen, übertragen. Ein geregelter Röhrenverstärker
neigt jedoch dazu, Oberwellen zu erzeugen. Wenn die Schwingungen im Ausgang gegeneinandergeschaltet
werden, tritt dann praktisch nur eine Auslöschung für die Grundwellen ein, während
die Oberwellen nicht geschwächt werden; es kann so ein starkes Ansteigen des Klirrfaktors
auftreten. Als Regelverstärker wird daher nach der Erfindung eine Mehrgitterr5hre
verwendet, und die Wechselspannung wird ihr am dritten Gitter zugeführt; dadurch
treten störende Verzerrungen praktisch nicht auf, und die gewünschte Kompensation
bei deiner Lautstärke kann ohne Nachteile erreicht werden.
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Der Kondensator liegt zwischen der geregelten Röhrenstufe und dem
Ausgang der gesamten Anordnung. Bei mittleren und hohen Frequenzen ist seien Einflug
praktisch vernaehlässigbar, so daß die erwähnte Kompensation der Schwingungen bis
auf den Nullwert erreicht werden kann. Für die tiefen Frequenzen ist jedoch sein
kapazitiver Widerstand und die dadurch hervorgerufene Phasendrehung nicht zu veraubl,ässigen.
Wegen. dieser Phasendxehuug kann
dann eine Auslöschung nicht mehr
eintreten, und die tiefen, insbesondere die tiefsten Frequenzen gelangen praktisch
ungeschwächt an den Ausgang. Bei kleinster Verstärkung der Anordnung wird also eine
bevorzugte Übertragung der tiefen Töne und damit die gewünschte physiologische Klangcharakteristik
erzielt. Bei größerer Verstärkung der Röhre überwiegen die durch sie übertragenen
Schwingungen am Ausgang bei weitem, so daß dann auch die mittleren und hohen Frequenzen
ungeschwächt auftreten. Ohne weitere Maßnahmen, insbesondere ohne die Einschaltung
weiterer frequenzabhängiger Impedanzen, läßt sich somit eine kontinuierliche Baßanhebung
bei Verringerung der Verstärkung erzielen.
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E; sei bemerkt, daß es bereits bekannt ist, einem Verstärkerausgang
einerseits über eine Triodenröhre und andererseits über einen. Widerstand gegenphasige
Schwingungen zuzuführen, wobei durch Verringerung des Widerstandswertes die darüber
übertragenen Schwingungen so stark gemacht werden können, daß am Ausgang eine Kompensation
mit den über die Triode übertragenen Schwingungen eintritt. Es wurde auch angegeben,
daß der Kleinstwert des Widerstan: des etwa dem Kehrwert derRöhrensteilheit entsprechen
soll und daß durch Einschalten eines Kondensators in Reihe mit dem Widerstand erreicht
werden kann, daß sich bei den tiefen Frequenzen keine Kompensation ergibt und dadurch
eine physiologische Lautstärkeregelung erhalten wird.
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Eine solche Anordnung kann nicht von der Ferne geregelt werden. Da
außerdem für eine Kompensation über die Röhre und über den Widerstand entgegengesetzt
gleiche Ströme übertragen werden. müssen, muß der Widerstand bis auf einen verhältnismäßig
kleinen Wert herabgesetzt werden; da Verstärkerröhren einen relativ hohen Innenwiderstand
haben, kann der Regelwiderstand nicht ohne weiteres durch eine regelbare Verstärkerröhre
ersetzt werden. Da die Kompensation gerade bei voll arbeitender Röhre erfolgt, also
hohe Ströme sich gegenseitig aufheben sollen, machen sich Abweichungen, z. B. bei
Verstärkungsschwankungen durch Speisespannungsänderungen oder durch Verzerrungen,
sehr stark bemerkbar. Da schließlich eine Röhre in ihren Daten, insbesondere ihre
Verstärkung, nicht völlig konstant ist, ihre Werte aber für die Bemessung der Anordnung,
insbesondere auch des Kondensators, wesentlich sind und über sie gerade die tiefen
Töne bei kleiner Ausgangslautstärke übertragen werden, ist die Einstellung der physiologischen
Lautstärkecharakteristik sehr erschwert.
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Demgegenüber wird bei dem Gegenstand der Erfindung die Röhre selbst
in der beschriebenen Weise geregelt. und die Kompensation erfolgt bei verhältnismäßig
kleinen Stromwerten. Die tiefen Töne werden bei kleiner Lautstärke über den Ohmschen
Widerstand übertragen, so daß eine sichere Bemessung und Einstellung möglich ist
und Verzerrungen nicht auftreten. Es ergibt sich somit eine besonders einfache und
zuverlässige Anordnung.
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Eine wirksame Regelung verlangt, daß die Speisespannungen der Mehrgitterröhre,
insbesondere ihre Schirmgitterspannungen sowie die Gitter-Kathoden-Grundvorspannungen,
von der Regelgleichspannung unabhängig sind. Eine genaue und konstante Einstellung
des Arbeitspunktes ist auch deshalb notwendig, um Verzerrungen möglichst zu vermeiden,
die sich, wie bereits erwähnt, in der Nähe des Kompensationspunktes, bei kleinster
Lautstärke, sehr stark bemerkbar machen können. Auch ist es vorteilhaft, die Anordnung
so auszubilden, daß die für die Verstärkungsregelung erforderliche Gleichspannung
aus der normalen Anoden.speisequelle oder einer anderen bereits vorhandenen Spannung,
z. B. der Heizspannung, abgeleitet' wird. Es sind daher besondere Maßnahmen für
die Einstellung und insbesondere die Stabilisierung der erforderlichen Gleichspannungen
zweckmäßig.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert, die einen durch einen getrennten Handregler (Fernregler) in seiner
Verstärkung veränderbaren Niederfrequenzverstärker für einen Fernseh- oder Rundfunkempfänger
zeigt.
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Die zu verstärkenden Schwingungen werden von einer Eingangsklemme
1 über einen Koppelkondensator 2 dem dritten Gitter einer Hexode 4, z. B. einer
Röhre EH 90, zugeführt.
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Insbesondere, um die Verwendung des vorzugsweise abschaltbaren Fernreglers
zu ermöglichen, ohne daß eine Beeinträchtigung der Verstärkereigenschaften erfolgt,
enthält. die Schaltungsanordnung nachder Figur für die Gleichspannungs- und für
die Regelspannungsversorgung einen Spannungsteiler, der zwischen dem positiven Pol
-f- der Speisequelle und Erde aus den Ohmschen Widerständen 5, 6, 7 und 8 und dazwischen
einem spannungsabhängigen VDR-Widerstand 9 besteht.
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Der Widerstand 5 wird auch vom Anodenstrom der Röhre 4 durchflossen,-
deren mit der Anode verbundener Arbeitswiderstand 10 am Verbindungspunkt der Widerstände
5 und 6 angeschlossen ist. Dies ist manchmal erforderlich, da z. B. die Hexodenröhre
EH 90 eine verhältnismäßig niedrige Anodenspannung von etwa 100 Volt benötigt und
der erforderliche Spannungsabfall gegenüber einer Spannung der Speisebatterie von
etwa 200 bis 250 Volt nicht allein am Anodenwiderstand auftreten darf, da sich sonst
bei Regelung der Röhre unzulässige Schwankungen der Anodenspannung ergeben würden.
Der Anodenkreis wird daher aus-einem Punkt niedrigerer Spannung am Spannungsteiler
5, 6, 9, 7, 8 gespeist.
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Am zweiten Steuergitter 3 .der Röhre 4 ist nach der Erfindung ein
Zwischenwiderstand 29 angeschlossen, dessen anderes Ende über einen Kondensator
28 mit der Anode der Röhre 4 verbunden ist; der Wirkwiderstandswertdes Zwischenwiderstandes
29 ist etwa gleich dem Kehrwert der effektiven Steilheit der Röhre 4_ bei demjenigen
Regelspannungswert, bei dem ein Minimum der Verstärkung auftreten soll. Dem Verbindungspunkt
des Zwischenwiderstandes 29 und des Kondensators 28 werden über einen Trennkondensators
11 an der Klemme 12 gegenüber Erde die in der Amplitude geregelten . Ausgangsschwingungen
entnommen.
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Über den Zwischenwiderstand 29 wird bei dem erwähnten Regelspannungswert
an die Ausgangsklemme 12 ein Teil der Eingangsschwingungen übertragen. der gleich
groß und gegenphasig zu dem nach Verstärkung in der Röhre 4 an -die Ausgangsklemme
12 gelangenden Schwingungsanteil ist. Es läßt sich daher erreichen, daß bei einem
gewünschten Wert, bei dem die Eingangsschwingungen nur noch zu einem geringen Teil
in die Röhre 4 »verstärkt« werden und bei dem die-Ausgangsspannung an der Anode
der Röhre4 dann kleiner als die Eingangsspannung am Gitter 3 ist, die über den Zwischenwiderstand
29 und die über die Röhre 4 an den Ausgang .gelangenden Schwingungen mittlerer und
hoher Frequenz sich kompensieren, so daß die Ausgangsspannung ein Minimum annimmt.
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Das Minimum wird aber nicht für alle Frequenzen erhalten, .da bei
den tiefsten Frequenzen des Übertragungsbereiches
der kapazitive
Widerstand des Kondensators 28 etwa in der Größenordnung des Wirkwiderstandswertes
des Zwischenwiderstandes 29 liegt. Infolgedessen tritt für die tiefen Töne eine
Phasenverschiebung ein, und die Phasenlage in beiden Übertragungswegen ist dann
nicht genau entgegengesetzt. Man erhält so in einfacher Weise eine vom eingestellten
Verstärkungsgrad abhängige Baßan.hebung.
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Wenn zwischen dem mit der Eingangsklemme 1 verbundenen Kondensator
2 und dem Gitter 3 noch ein Reihenwiderstand 30 eingeschaltet ist, kann über den
Zwischenwiderstand 29, jedenfalls bei größerer Verstärkung der Röhre 4, auch eine
Gegenkopplung erreicht werden. Der Widerstand 30 ist hierzu jedoch nur erforderlich,
wenn die mit der Klemme 1 verbundene Vorstufe einen niedrigen Innenwiderstand gegenüber
Erde aufweist; wenn die Vorstufe einen ausreichend hohen Innenwiderstand. hat, kann
der zusätzliche Widerstand 30 weggelassen werden.
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Die regelbare Vorspannung im Kreis des Regelungsgitters wird dabei
zweckmäßig so bemessen, daß in der einen Endstellung des Reglers gerade das Verstärkungsminimum
und damit auch die höchste Baßanhebung erreicht wird.
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Zwischen dem Widerstand 6 und dem spannungsabhängigen Widerstand 9
sind die Schirmgitter der Röhre 4 angeschlossen, während die Kathode der Röhre 4
am Verbindungspunkt des spannungsabhängigen Widerstandes9 mit dem Wirkwiderstand?
liegt. Der Widerstand dies spannungsabhängigen Widerstandes 9 sinkt ab mit Ansteigen
der Spannung an seinen Enden, d. h. daß er bei größerer Spannung einen wesentlich
größeren Strom aufnimmt.
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Dadurch wird erreicht, daß die an seinen Enden auftretende Spannung
von dem entnommenen Schirmgitfierstrom weitgehend unabhängig ist. Die Schirra gitterspannung
und auch die Spannungen zwischen Kathode und Erde und zwischen Anode und Kathode
sind daher durch diesen Spannungsteiler 5, 6, 9, 7, 8 auch bei verhältnismäßig geringem
Querstrom gut stabilisiert.
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Eine Stabilisierung der Schirmgitterspannung kann auch dadurch erreicht
werden, daß das Schirmgitter über einen spannungsabhängigen Vorwi'derstand, z. B.
einen VDR-Widerstand, mit dem positiven Pol der Speisequelle oder einem anderen
Punkt verhältnismäßig hohen positiven Potentials verbunden wird. Zwischen Kathode
und Erde, Schirmgitter -und Erde und parallel zum Widerstand 5 sind in bekannter
Weise Entkopplungskondensatoren 13,14 bzw. 15 eingeschaltet.
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Dem Verbindungspunkt der zwischen Kathode und Erde liegenden Widerstände
7 und 8, der gegebenenfalls zum Abgleich einstellbar sein kann, wird die Vorspannung
für das Gitter 3 entnommen über ein Glättungsglied, das aus einem Reihenwiderstand
16 und einem andererseits mit Kathode verbundenen Kondensator 17 besteht und mit
dessen Ausgang ein Gitterwiderstand 18 für das Gitter 3 verbunden ist. Die Zeitkonstante
des Glättungsgliedes 16, 17 ist so bemessen, daß etwa auftretende Spannungsschwankungen
(Störspannungen), die zu Störungen im Ausgang, d. h. am Lautsprecher, führen könnten,
unterdrückt werden. Da die Spannung an den Widerständen 7 und 8 durch den Kondensator
13 bereits geglättet wird, kann vielfach auf die zusätzliche Siebung durch die Glieder
16, 17 verzichtet werden.
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Der Spannungabfall an den Widerständen 7 und 8 ist so groß gewählt,
daß bei Verbindung des kathodennahen Steuergitters 19 (Regelungsgitter) oder auch
des Wechselspannungs-Steuergitters 3 mit Erde die Röhre 4 vollständig gesperrt ist.
Zur Einstellung des Arbeitspunktes muß daher durch Anschluß an den Verbindungspunkt
der Widerstände 7 und 8 dem zweiten Steuergitter 3 gegenüber Erde eine positive
Vorspannung gegeben werden.
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Um die Vorspannung für das Regelungsgitter 19, mit dessen Hilfe die
Verstärkung der Röhre 4 eingestellt werden soll, zu gewinnen, ist ein Hilfsspannungsteiler-20,
21 zwischen dem mit dem Schirmgitter verbundenen Punkt des - Spannungsteilers 5,
6, 9, 7, 8 und Erde eingeschaltet. Der Hilfsspannungsteiler kann natürlich auch
zwischen dem positiven Pol der Speisequelle od. dgl. und Erde angeschaltet werden.
-Über Klemmen 22 und eine Fernleitung23 ist ein Regelwiderstand 24 (Fernregler)
angeschlossen, durch den der zwischen dem Widerstand 20 und Erde auftretende Widerstandswert
verändert werden kann. Der Spannungsteiler 20, 21 und der Regelwiderstand 24 sind
so bemessen, daß bei angeschlossenem, auf maximalen Wert eingestelltem Fernregler
24 am Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 eine schwach positive
Spannung auftritt, die dann, wenn der Fernregler 24 nicht benutzt und abgetrennt
ist, auf einen erheblich stärkeren positiven Wert ansteigt. Mittels eines hochohmigen
Widerstandes 26, z. B. von 1 bis 3 Megohm, zwischen dem Verbindungspunkt der Widerstände
20 und 21 und dem Regelungsgitter 19 wird durch Gitterstromeinsatz in diesen Fällen
die Spannung am Regelungsgitter 19 praktisch auf etwa 0 Volt begrenzt. Dadurch wird
erreicht, daß sich die maximale Verstärkung der Röhre4 nicht ändert, wenn der auf
vollen Widerstandswert gestellte Fernregler 24 angeschaltet oder abgeschaltet wird.
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Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, die veränderbare Gleichspannung
(Regelspannung) dem kathodennahen ersten Steuergitter und die zu verstärkenden Niederfrequenzschwingungen
dem im Elektronenstrom dahinterliegenden zweiten Steuergitter zuzuführen, weil bei
umgekehrtem Anschluß der Spannungen Verzerrungen der verstärkten Schwingungen durch
die geregelte Verteilungssteuerung am Gitter 3 auftreten können.
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Zwecks Regelung durch einen mit dem Gerät fest verbundenen Regler
kann der Widerstand 21 veränderbar sein oder ihm ein veränderbarer, im Gerät fest
eingebauter Widerstand parallel geschaltet sein.
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Die Regelung des Gitters 19 kann auch dadurch vorgenommen werden,
daß der Widerstand 26 zwischen diesem Gitter und Erde eingeschaltet und der
Widerstand 8 durch den Fernreglerwiderstand 24 zwischen einem Höchstwert und Null
geändert wird. In diesem Falle läßt sich die Spannung des Regelgitters jedoch nicht
über die Vorspannung des Verstärkungsgitters hinaus, die durch den Spannungsabfall
am Widerstand 7 festgelegt ist, vermindern, so daß der Regelumfang geringer ist.
Zur Vereinfachung der Schaltung kann jedoch auch diese Regelart zweckmäßig sein.
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Bei Betätigung des Fernreglers 24 könnten durch Kontaktschwankungen,
insbesondere beim Ein- und Ausschalten der Reglerleitung 23 mittels einer Steckverbindung
oder bei schneller Verstellung des Reglers 24, plötzliche Spannungssprünge am Regelungsgitter
19 auftreten und zu störenden Geräuschen im Lautsprecher Anlaß geben. Am Regelungsgitter
19 ist daher ein- Glättungskondensator 25 angeordnet, der zusammen mit dem Widerstand
26 so bemessen ist, daß die Zeitkonstante des so gebildeten RC-Filtergliedes wenigstens
10 ms, vorzugsweise mehr als 100 ms; beträgt. Potentialänderungen am Gitter 19
können
dann nur so langsam vor sich gehen, daß sie im Ausgang unhörbar bleiben.
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Da bei der gehörrichtigen Lautstärkeregelung Baßanhebung und Verstärkungsregelung
aus physiologischen Gründen in engem Zusammenhang stehen, soll eine etwa vorgesehene
Lautstärkeeinstellung mit einem in das Gerät fest eingebauten Regler durch Änderung
der Vorspannung des Regelgitters 19 der Röhre4 vorgenommen werden, so daß dann die
gleiche Charakteristik erhalten wird wie bei der Fernregelung.
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Die Vorspannung für das Verstärkungsgitter3 kann auch in bekannter
Weise dadurch ge-,vonnen werden, daß der Gitterwiderstand 18 auf einen sehr hohen
Wert, z. B. 10 bis 20 Megohm, gebracht und statt mit den Widerständen
9 und $ direkt mit Kathode verbunden wird. Dann können der Widerstand
16 und der Kondensator 17 sowie die Unterteilung des Kathodenwiderstandes
9, 8 entfallen, so daß sich eine einfache Schaltung ergibt.