DE1182698B - Circuit arrangement for increasing the efficiency of a push-pull B amplifier - Google Patents
Circuit arrangement for increasing the efficiency of a push-pull B amplifierInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. KL: H03f Boarding school KL: H03f
Deutsche KL: 21 a2-18/01 German KL: 21 a2- 18/01
Nummer: 1182 698Number: 1182 698
Aktenzeichen: St 19766 VIII a/21 a2File number: St 19766 VIII a / 21 a2
Anmeldetag: 27. September 1962Filing date: September 27, 1962
Auslegetag: 3. Dezember 1964Opening day: December 3, 1964
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, mit der bei einem Gegentakt-B-Verstärker ein so hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann, wie es bisher nicht möglich war. Der maximale Wirkungsgrad eines normal linear und verzerrungsfrei arbeitenden B-Verstärkers ist fest gegeben und beträgt 0,785 multipliziert mit der Spannungsausnutzung, das sind praktisch etwa 65%·The invention relates to a circuit arrangement with which as high an efficiency as it can be achieved with a push-pull B amplifier was previously not possible. The maximum efficiency of a normal linear and distortion-free working B amplifier is fixed and is 0.785 multiplied by the voltage utilization, which is practical about 65%
Bei einer bekannten Schaltungsanordnung mit einem Gegentakt-B-Verstärker, deren Aufgabe es ist, den mittleren, nicht jedoch den maximalen Wirkungsgrad zu erhöhen, wird aus der Steuerspannung über einen Zusatzverstärker, einen Gleichrichter und ein Siebglied eine Spannung abgeleitet, die zur Gittersteuerspannung des Gegentaktverstärkers in Serie geschaltet ist. Am Zusatzverstärkerausgang liegt ein weiterer Gleichrichter mit Siebglied, über den die verstärkte und gleichgerichtete Steuerspannung auch zur Anodenspannung des Gegentaktverstärkers in Serie geschaltet ist. Das hinter den Gleichrichtern liegende Sieb- oder Abflachglied liefert jeweils einen Mittelwert der Ausgangsspannung der Gleichrichter. Der maximale Wirkungsgrad dieser bekannten Schaltungsanordnung liegt bei 70,5 °/0.In a known circuit arrangement with a push-pull B amplifier, the task of which is to increase the average, but not the maximum efficiency, a voltage is derived from the control voltage via an additional amplifier, a rectifier and a filter element, which is the grid control voltage of the push-pull amplifier is connected in series. At the additional amplifier output there is another rectifier with a filter element, via which the amplified and rectified control voltage is also connected in series with the anode voltage of the push-pull amplifier. The filter or flattening element located behind the rectifiers provides an average value of the output voltage of the rectifiers. The maximum efficiency of this known circuit arrangement is 70.5 ° / 0 .
Aufgabe der Erfindung· ist es, Maßnahmen anzugeben, durch die der Wirkungsgrad eines Gegentakt-B-Verstärkers noch weiter wesentlich erhöht werden kann. Dies geschieht durch einen Zusatzverstärker, dessen Eingang von einer Spannung gespeist wird, die durch Doppelweggleiehrichtung der Steuerspannung des Gegentaktverstärkers gewonnen wird und dessen Ausgangsspannung von der doppelten Frequenz der Steuerspannung zur Anodengleichspannung des Gegentaktverstärkers addiert wird.The object of the invention is to provide measures by which the efficiency of a push-pull B amplifier can still be increased significantly. This is done by an additional amplifier, whose input is fed by a voltage that is determined by the two-way sliding direction of the control voltage of the push-pull amplifier is obtained and its output voltage is twice the frequency of the Control voltage is added to the anode DC voltage of the push-pull amplifier.
Die Ausgangsspannung des Zusatzverstärkers wird also im Gegensatz zu der Ausgangsspannung des Zusatzverstärkers der bekannten Schaltung nicht geglättet.The output voltage of the additional amplifier is thus in contrast to the output voltage of the additional amplifier the known circuit not smoothed.
Der Zusatzverstärker wird zweckmäßig ebenfalls als B-Verstärker betrieben.The additional amplifier is also expediently operated as a B amplifier.
Zur Erläuterung der Erfindung und des Aufbaues und der Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen dienen die Zeichnungen, in denenTo explain the invention and the structure and mode of operation of exemplary embodiments serve the drawings in which
F i g. 1 eine Schaltungsanordnung eines Ausführungsbeispiels eines Gegentakt-B-Verstärkers mit dem Zusatzverstärker gemäß der Erfindung ist,F i g. 1 shows a circuit arrangement of an embodiment of a push-pull B amplifier with the Additional amplifier according to the invention,
F i g. 2 ein Kurvendiagramm der Spannungsverhältnisse am Ausgangstransformator des Verstärkers nach Fig. 1,F i g. 2 shows a curve diagram of the voltage ratios at the output transformer of the amplifier Fig. 1,
F i g. 3 ein ähnliches Kurvendiagramm für den Zusatzverstärker, F i g. 3 a similar curve diagram for the additional amplifier,
F i g. 4 eine Abänderung eines Teiles der Schaltung nach F i g. 1 undF i g. 4 shows a modification of part of the circuit according to FIG. 1 and
Schaltungsanordnung zur Erhöhung des
Wirkungsgrades eines Gegentakt-B-VerstärkersCircuit arrangement for increasing the
Efficiency of a push-pull B amplifier
Anmelder:Applicant:
Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,Standard Elektrik Lorenz Aktiengesellschaft,
Stuttgart-ZuffenhausenStuttgart-Zuffenhausen
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Erich Heinecke, Berlin-TempelhofErich Heinecke, Berlin-Tempelhof
F i g. 5 eine Schaltungsanordnung, bei der die erfindungsgemäßen Maßnahmen in einem Hochfrequenz-Resonanzverstärker angewendet werden.F i g. 5 shows a circuit arrangement in which the measures according to the invention are implemented in a high-frequency resonance amplifier be applied.
F i g. 1 zeigt den Eingangstransformator Tr1, der sekundärseitig die Gitter zweier in Gegentakt geschalteter Röhren Ro1 und Ro2 speist. Die Anoden dieser Röhren liegen in bekannter Weise an den Enden der Primärwicklung eines Ausgangstransformators Tr2. Die Mitte der Sekundärwicklung von Tr1 liegt sowohl an den Kathoden der Röhren Ro1 und Ro2 als auch von Ro3, während die Mitte der Primärwicklung des Ausgangstransformators Tr2 mit der Betriebsspannungsquelle verbunden ist.F i g. 1 shows the input transformer Tr 1 which , on the secondary side, feeds the grid of two tubes Ro 1 and Ro 2 connected in push-pull. The anodes of these tubes are in a known manner at the ends of the primary winding of an output transformer Tr 2 . The center of the secondary winding of Tr 1 is connected to the cathodes of the tubes Ro 1 and Ro 2 as well as Ro 3 , while the center of the primary winding of the output transformer Tr 2 is connected to the operating voltage source.
Der Zusatzverstärker besteht aus der Röhre Ro3, dessen Gitter an dem Verbindungspunkt der Ausgänge zweier Gleichrichter G1 und G2 liegt, deren Eingänge mit den Gittern der Röhren Ro1 und Ro2 verbunden sind. Die Anode der Röhre Ro3 liegt an einem Phasenumkehrtransf ormator Tr3, dessen Sekundärwicklung auch von dem Betriebsgleichstrom durchflossen wird. Die Summe der Anodengleichspannung und der Ausgangsspannung des Zusatzverstärkers Ro3 wird an die Mitte der Primärwicklung des Transformators Tr2 gelegt.The additional amplifier consists of the tube Ro 3 , the grid of which lies at the connection point of the outputs of two rectifiers G 1 and G 2 , the inputs of which are connected to the grids of the tubes Ro 1 and Ro 2 . The anode of the tube Ro 3 is connected to a phase reversal transformer Tr 3 , the secondary winding of which is also traversed by the operating direct current. The sum of the DC anode voltage and the output voltage of the additional amplifier Ro 3 is applied to the center of the primary winding of the transformer Tr 2 .
Dimensioniert man die Wechselspannung U1 derart, daß mit der Gleichspannung zusammen nur positive Werte entstehen können und daß bei der maximalen Verstärkerleistung gerade Null erreicht wird, so ist der zeitliche Verlauf der Anodenspeisespannung für die Röhren Ro1 und Röz während ihres jeweiligen Anodenstromflusses entsprechend einer Sinuskappe, deren Größe so gewählt werden muß, daß nach Subtraktion der Nutzanodenwechselspannung bei jedem Momentanwert eine genügende, positive Restspannung an der Anode der Röhre verbleibt.If the AC voltage U 1 is dimensioned in such a way that only positive values can arise together with the DC voltage and that just zero is reached at the maximum amplifier power, then the time curve of the anode supply voltage for the tubes Ro 1 and Rö z during their respective anode current flow is corresponding to a Sinus cap, the size of which must be selected so that, after subtracting the useful anode alternating voltage, a sufficient, positive residual voltage remains at the anode of the tube for each instantaneous value.
Betrachtet man die Arbeitsweise der im B-Betrieb angesteuerten Röhre .Rd1 (bzw. Ro2), so liegt, wieIf one looks at the mode of operation of the tube .Rd 1 (or Ro 2 ) controlled in B mode, it is how
409 730/244409 730/244
3 4 3 4
F i g. 2 zeigt, während einer Halbperiode an der Anode Leistungsabgabe N = \ P1, A1 A2 errechnetF i g. 2 shows that power output N = \ P 1 , A 1 A 2 calculated at the anode during a half cycle
die Spannung: 6 ft 4 * 2 the tension: 6ft 4 * 2
4 yv £/= + £A — Uo cos χ = ^1 cos χ — i/2 cos χ sich A1A2= D , d. h., die Nutzleistung W wird erzeugt4 yv £ / = + £ A - Uo cos χ = ^ 1 cos χ - i / 2 cos χ is A 1 A 2 = D , that is, the useful power W is generated
= (A1 — U2) cos x. s mit einer Gleichstromaufnahme Bezeichnet man U2 = Pv · A1 (Pv = Spannungsausnutzung), so ist _ 0,203-4^ _ 0,812 (Z0 = ^1(I-Pp)COSx. Μ,= - ^ - Λΐ = (A 1 - U 2 ) cos x. s with direct current consumption If U 2 = P v · A 1 (P v = voltage utilization), then _ 0.203-4 ^ _ 0.812 (Z 0 = ^ 1 (I-Pp) COSx. Μ, = - ^ - Λΐ
Mit Einsatz des Wechselstromes /0 = A2 cos .r wird 10
die Verlustleistung Nv ^A1(I-Pv)-A2-I. Da Nv entsprechend die Leistungsaufnahme, die durch U1 With the use of the alternating current / 0 = A 2 cos .r becomes 10
the power loss N v ^ A 1 (I-Pv) -A 2 -I. Since N v corresponds to the power consumption, which is determined by U 1
*■ entsteht, * ■ arises,
nur während einer Halbperiode auftritt, ist:occurs only during a half period is:
o1= I A1A2(I -P1). 15 Nv'= Pv = Pv o 1 = I A 1 A 2 (I -P 1 ). 15 Nv ' = Pv = Pv
Die Nutzleistung N ergibt sich mit und die RöhrenverlustleistungThe useful power N results from and the tube power loss
Nröi = . A1A2PV; ι ρ ι \ \ Nröi =. A 1 A 2 P V ; ι ρ ι \ \
4 20 NvRöu2=N- " =N[ - 1 . 4 20 N vRö u2 = N- "= N [ - 1.
der Wirkungsgrad mit rx \Γν ' the efficiency with rx \ Γν '
-N -P 7I ~ χ ~-j-~Nv ~~ v " Um den Gesamtwirkungsgrad der Schaltung nach - N -P 7 I ~ χ ~ -j- ~ N v ~~ v "According to the overall efficiency of the circuit
der Erfindung zu errechnen, müssen nun die bei derto calculate the invention must now be the
Der Gesamtwirkungsgrad der Röhren Ro1 und Ro2 25 Erzeugung der Zusatzspannung U1 entstehenden Verist natürlich gleichfalls η = Pv. luste berücksichtigt werden.The overall efficiency of the tubes Ro 1 and Ro 2 25 generation of the additional voltage U 1 resulting Verist of course also η = P v . losses are taken into account.
„ , . , l Tr , T1 . 2 ., . Die Zusatzröhre arbeitet mit einem Anodenstrom",. , l Tr , T1 . 2.,. The additional tube works with an anode current
Errechnet aus A,--- Ua= und U- = A1 ■ ■- erg.bt mch p . g χ ^ ^ Doppelwegg,eichrichtung ent-Calculated from A, --- U a = and U- = A 1 ■ ■ - results in mch p . g χ ^ ^ Doppelwegg, eichric Pla corresponds
sich die von der Röhre aufgenommene Gleichstrom- spricht,
leistung zu 30the direct current recorded by the tube speaks
performance to 30
Na= = A1A2 ■ 2 2 = 0,203 A1A2. Nr03 = ——* = ?v ^V ' A* , Na = = A 1 A 2 ■ 2 2 = 0.203 A 1 A 2 . No. 03 = —— * = ? V ^ V ' A *,
Die gesamte Leistungsaufnahme Na der Röhre j The total power consumption N a of the tube j
wird mit 35 Na = C/a = ■ A2- , becomes with 35 N a = C / a = ■ A 2 -,
Na = Na= +Nu1.Na = N + a = Nu. 1
Nu1 =Na~Na^ = N+N„-Na= η = P" · U"- ■ A* 'π = pv. π = 0,785 ■ Pv. Nu 1 = Na ~ Na ^ = N + N "-N a = η = P " · U "- ■ A * ' π = p v . π = 0.785 ■ P v .
j 2 2·2'At· Ua= 4j 2 2 2'A t Ua = 4
= —j- A1A2 "v t~ . A1A2 (1 "ν) 2 A1A2. = -J- A 1 A 2 "v t ~. A 1 A 2 (1 " ν) 2 A 1 A 2 .
Setzt man Pv vom Hauptverstärker = Pv vom Zu- λτ — j j ( l 2 \ — (\(\ίΐ α α satzverstärker, so erhält man den Gesamtwirkungs-If one sets P v from the main amplifier = P v from the addition λτ - jj ( l 2 \ - (\ (\ ίΐ α α set amplifier), one obtains the total effect
\ 4 π2 j grad aus \ 4 π 2 j degrees
non Q 100 jnon Q 100 y
Nages = NaRo1 + NaRöz +Naitöi = N ' + N - '_, · . Nages = NaRo 1 + NaRöz + Naitöi = N '+ N - ' _, ·.
r» r"r >y Ko3 r »r" r > y Ko 3
_ /0,812 0,188 \ iV / 0,2395\_ / 0.812 0.188 \ IV / 0.2395 \
-N\ Pv + /V 0,785/»J = Λ (°'8I2+ Λ- j' - N \ Pv + / V 0.785 / »J = Λ (° ' 8I2 + Λ- j'
=
0,2395 0,812P8 + 0,2395 "=
0.2395 0.812P 8 + 0.2395 "
Dies ergibt nachstehende Gegenüberstellung: Die vorstehende Gegenüberstellung zeigt, daß eineThis results in the following comparison: The comparison above shows that a
beträchtliche Verbesserung des Wirkungsgrades durchconsiderable improvement in efficiency
Schaltung mit ZusatzverstärkerCircuit with additional amplifier
p„ = 1 j η = 0,95 j NvRo1-2 = N-O Pv = 0,95 ; η = 0,895 j NvRo1,2= N-0,05 Pt = 0,9 ;' η = 0,834 j NvRo1. 2 = N-OM Pv = 0,85 j r, = 0,778 | NvRöl,2 = N-0,175 Pv = 0,8 j η = 0,72 ! NvRo1 2 = N-0,25 p "= 1 j η = 0.95 j NvRo 1-2 = NO Pv = 0.95; η = 0.895 j NvRo 1 , 2 = N-0.05 Pt = 0.9; ' η = 0.834 j NvRo 1 . 2 = N-OM Pv = 0.85 j r, = 0.778 | N vRöl , 2 = N-0, 175 P v = 0.8 j η = 0.72! NvRo 1 2 = N-0.25
Normaler die Schaltungsanordnung nach der Erfindung erreicht Gegentakt- wird. Ein weiterer Vorteil dieser Schaltungsanordnung verstärker 60 besteht darin, daßNormally, the circuit arrangement according to the invention achieves push-pull w i r d. Another advantage of this circuit arrangement amplifier 60 is that
1. durch die aus Gleichspannung und Wechsel- η = 0,785 spannung zusammengesetzte Betriebsspannung1. by the operating voltage composed of direct voltage and alternating η = 0.785 voltage
w = 0 747 ^er B-Verstärkerröhren eine höhere Betriebsscheitelspannung erreicht wird als bei reinem η = 0,706 65 Gleichspannungsbetrieb undw = 0 747 ^ er B amplifier tubes a higher operating peak voltage is achieved than with pure η = 0.706 65 direct voltage operation and
_ 0 667 2< weSen des ηοηεη Wirkungsgrades mit einer r' ~~ ' höheren Endleistung als bei den bisher bekannten_ 0 667 2 <we S en d es ηοηεη efficiency with a r '~~' higher final output than with the previously known
η = 0,628 Schaltungen gearbeitet werden kann. η = 0.628 circuits can be worked.
Die in F i g. 1 gezeigte Doppelweggleichrichteranordnung kann dadurch ersetzt werden, daß als Zusatzverstärker zwei Röhren verwendet werden, deren Gitter mit je einem Gitter der Röhren Ro1 und Ro2 verbunden sind, während ihre Anoden zusammengeschaltet sind und gemeinsam an der Primärwicklung des Phasenumkehrtransformators Tr3 liegen. Eine solche Schaltungsanordnung zeigt F i g. 4, bei der die Röhren Rö3a und Ro5I, verwendet werden.The in F i g. 1 full-wave rectifier arrangement shown can be replaced by using two tubes as additional amplifiers, the grids of which are each connected to a grid of the tubes Ro 1 and Ro 2 , while their anodes are connected together and are connected to the primary winding of the phase reversing transformer Tr 3 . Such a circuit arrangement is shown in FIG. 4, in which the tubes Rö 3a and Ro 5 I are used.
F i g. 5 zeigt die Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in Verbindung mit einem Hochfrequenz-Resonanzverstärker, der als Gegentakt-B-Verstärker ausgeführt ist. Die Schaltungsanordnung des die Röhren Ro1 und Ro2 enthaltenden Verstärkers ist ähnlich der der Fig. 1, doch befinden sich an Eingang und Ausgang des Verstärkers auf die Betriebsfrequenz /0 abgestimmte Schwingungskreise und am Ausgang des Zusatzverstärkers Ro3 Schwingungskreise bzw. ein Netzwerk für den Fall der Wahl der doppelten Betriebsfrequenz für die Steuerung des Zusatzverstärkers, wodurch die Wechselspannungskomponenten übertragen werden. Die Mitte des Hochfrequenztransformators Tr3 des Zusatzverstärkers ist mit der Betriebsgleichspannungsquelle verbunden. In der Leitung L zu dieser Spannungsquelle kann nun die Sekundärwicklung eines weiteren Ausgangstransformators Tr5 liegen, der von einem ähnlich der F i g. 1 aufgebauten Niederfrequenzverstärker Ro4, Ro5 mit dem Eingangstransformator Tr1 gespeist wird, um die Modulationssignale zu liefern. Dieser Gegentaktverstärker besitzt ebenfalls einen Zusatzverstärker Röe. F i g. 5 shows the use of the circuit arrangement according to the invention in connection with a high-frequency resonance amplifier which is designed as a push-pull B amplifier. The circuit arrangement of the tubes Ro 1 and Ro 2 containing the amplifier is similar to that of Fig. 1, but are located at the input and output of the amplifier to the operating frequency / 0 tuned oscillation circuits and the output of the auxiliary amplifier Ro 3 oscillation circuits or a network for Case of choosing twice the operating frequency for the control of the additional amplifier, whereby the AC voltage components are transmitted. The center of the high-frequency transformer Tr 3 of the additional amplifier is connected to the operating DC voltage source. In the line L to this voltage source, the secondary winding of a further output transformer Tr 5 can now be located, which is operated by a similar to FIG. 1 constructed low-frequency amplifier Ro 4 , Ro 5 is fed to the input transformer Tr 1 to deliver the modulation signals. This push-pull amplifier also has an additional amplifier Rö e .
Bei Hochfrequenz-Gegentakt-B-Verstärkern können auch vom Zusatzverstärker von den in der Doppelweggleichrichtung vorhandenen Wechselspannungskomponenten nur die hauptsächlichen mit den richtigen Amplitudenwerten übertragen werden. Es ist nur wichtig, daß die Anodenbetriebsspannungskurve keine Rückwirkung auf den Anodenstromverlauf hat. Im Beispiel wurde daher das Anodennetzwerk des Zusatzverstärkers mit Resonanzstellen für die zweite und vierte Harmonische der Trägerfrequenz/0 versehen. In the case of high-frequency push-pull B amplifiers, only the main AC components with the correct amplitude values of the AC voltage components present in the full-wave rectification can also be transmitted by the additional amplifier. It is only important that the anode operating voltage curve has no effect on the anode current curve. In the example, the anode network of the additional amplifier was therefore provided with resonance points for the second and fourth harmonics of the carrier frequency / 0 .
Claims (5)
österreichische Patentschrift Nr. 152 651.Considered publications:
Austrian patent specification No. 152 651.
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