-
Die Erfindung befaßt sich mit einer Gegentaktendstufe, bestehend aus
zwei in Serie an einer Spannungsquelle liegenden steuerbaren aktiven Elementen,
zwischen deren Verbindungspunkt und einem festen Bezugspotential die Serienschaltung
eines großen Kondensators und des Verbrauchers liegt.
-
Derartige Gegentaktendstufen sind bereits für die Leistungsverstärkung
von Niederfrequenzsignalen, z. B. für Sprach- oder Musikwiedergabe, bekannt. Diese
Gegentaktendstufen haben jedoch relativ hohe Eigenverluste, so daß die steuerbaren
aktiven Elemente verhältnismäßig warm werden und daher für gute Wärmeabfuhr Sorge
getragen werden muß.
-
Außerdem ist durch die deutsche Patentschrift 1030 393 ein
Niederfrequenzverstärker mit einer Gegentaktendstufe hohen Wirkungsgrades bekanntgeworden,
deren Elektronenröhren durch Steuerimpulse, die eine annähernd konstante Amplitude,
eine gegenüber der höchsten zu verstärkenden Niederfrequenz hohe Frequenz und eine
dem Momentanwert des zu verstärkenden Signals proportionale Länge haben, abwechselnd
voll eingeschaltet und gesperrt werden und bei dem in der Anodenzuleitung der Endröhren
zwischen Anode und Ausgangstransformator je eine Selbstinduktion vorgesehen ist,
die durch einen gemeinsamen Eisenkern miteinander gekoppelt sind, und bei dem jeder
Röhre eine Diode mit einer zur Stromrichtung der Röhre entgegengesetzten Durchlaßrichtung
parallelgeschaltet ist. Bei diesem Niederfrequenzverstärker arbeiten die Endstufen
digital, d. h., sie sind -jeweils voll leitend oder-nicht leitend. Als Ansteuersignal
werden Steuerimpulse konstanter hoher Frbquenz und variabler Impuls= - dauer verwendet:
Bet dieser bekannten Anordnung liegen die beiden stenefbafen aktiven Elemente- unddie
ihnen parallelgeschalteten Dioden parallel an einer Spannungsquelle. Dies hat den
großen Nachteil, daß ein Gegentakt-Ausgangstransformator und außerdem zwei Hochfrequenzdrosseln
angewendet werden müssen.
-
Ferner ist durch die deutsche Patentschrift 1097 486 ein. Niederfsequeuzverstäiker.
-.mit - einer Gegentaktendstufe hohen Wirkungsgrades bekanntgeworden, bei dem die
Endröhren durch Impulse mit einer oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbereiches
liegenden Frequenz gesteuert werden, die durch die zu verstärkenden Signale derart
breitenmoduliert sind, daß jede Halbwelle dieser Signale jeweils nur die eine Endröhre
für die Impulslauer entsperrt, und bei dem 'die Anöden der beiden-End= röhren mit
den Enden der Primärwicklung des Gegentakt-Ausgangstransformators -über je-eine-Impulsdrossel
verbunden sind, -aus welcher die gespeicherte magnetische Energie mittels einer
zur. Endföhre'jeweils parallelgeschalteten weiteren Röhre zurückgewonnen wird, und
bei dem die Anode jeder Rückgewinnungsröhre unmittelbar mit der Anode der zugehörigen
Endröhre und ihre Kathode mit dem positiven Pol der Speisespannungsquelle verbunden
ist. Bei diesem Niederfrequenzverstärker werden in einer Sonderausführung auch Dioden
verwendet, die jedoch mit den steuerbaren aktiven Elementen in Serie geschaltet
sind. Außerdem hat auch dieser Niederfrequenzverstärker den gleichen Nachteil, nämlich,
daß ein Gegentakt-Ausgangstransformator und zwei Drosselspulen verwendet werden
müssen. Auch dieser Niederfrequenzverstärker wird mit Impulssignalen konstanter
hoher Frequenz, jedoch variabler Impulsdauer gespeist.
-
Beide Niederfrequenzverstärker haben neben den wirtschaftlichen Nachteilen
den technischen Nachteil, daß sie nur für Impulssignale konstanter Frequenz optimal
arbeiten, da andernfalls eine erhebliche Vormagnetisierung der Ausgangstransformatoren
auftritt und außerdem der Wirkungsgrad der Stufen stark voneinander abweicht.
-
Die Erfindung stellt sich nun die Aufgabe, eine Gegentaktendstufe
zu schaffen, bei der kein Gegentakttransformator erforderlich ist und vorzugsweise
nicht einmal ein Eintakttransformator benötigt wird und die auf Grund ihrer geringen
Eigenverluste sich für die monolithische Halbleiterintegration eignet.
-
Bei einer Gegentaktendstufe, bestehend aus zwei in Serie an einer
Spannungsquelle liegenden steuerbaren Elementen, zwischen deren Verbindungspunkt
und einem festen Bezugspotential die Serienschaltung eines großen Kondensators und
des Verbrauchers liegt, wird dies gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß diese
Gegentaktendstufe mit einem Impulssignal angesteuert wird, dessen Frequenz oberhalb
der höchsten vorkommenden Niederfrequenz liegt und dessen Amplitude so groß ist,
daß die steuerbaren aktiven Elemente wechselweise geöffnet bzw. gesperrt werden,
und dessen zeitlicher Mittelwert mit Niederfrequenz schwankt und das dem Verbindungspunkt
der beiden steuerbaren aktiven Elemente entnommene verstärkte Impulssignal einer
aus Verbraucher und einer Spule gebildeten Serienschaltung zugeführt wird und die
Spule im wesentlichen die Impulsspannung selbst vom Verbraucher fernhält, jedoch
deren mit Niederfrequenz schwankenden zeitlichen Mittelwert dem Verbraucher zuführt,
und daß parallel zu jedem steuerbaren aktiven Element je eine Diode liegt, von denen
die Kathode der einen am positiven und die Anode der anderen Diode am negativen
Pol der Spannungsquelle der steuerbaren aktiven Elemente liegen.
-
Die: erfindungsgemäße Gegentaktendstufe hat den Vorteil, daß ein Gegentakttransformator
entfallen kann, den weiteren Vorteil,-` daß der Verbraucher (Lautsprecher) direkt,
also ohne Anwendung eines Eintakttransformators, angesteuert werden kann und lediglich
eine einzige Uochfrequenzdrosselstufe benötigt wird und bei einer eventuellen Anwendung
eines Eintakttransformators eine störende Vormagnetisierung nicht auftritt, wenn
als Steuersignal ein Impulssignal variabler Frequenz.zurAnwendung kommt. bbarüber
hinaus liegt jedes einzelne steuerbare aktive Element an verschiedenen Teilspannungen
derselben Gleichspannungsquelle- derart, daß- eine -Anpassung an das jeweilige mittlere
Verhältnis der Impulszeiten auf iritt; so °däßfres möglich wird, als Ansteuersignal
ein Impulssignal konstanter Impulsdauer, jedoch variabler Frequenz zu verwenden.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgesehen, daß die beiden aktiven Elemente
ein p-n-p- und ein n-p-n-Transistor sind. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß die
beiden steuerbaren aktiven Elemente nicht mit einem Gegentaktimpulssignal, sondern
im Gleichtakt angesteuert werden, so daß eine Anordnung zur Erzeugung der Gegentaktimpulse
entfällt.
-
Ferner wird es als vorteilhaft angesehen, daß als Impulssignal die
begrenzte mit Niederfrequenz frequenzmodulierte Zwischenfrequenz eines überlagerungsempfängers
von z. B. 180 kHz ± 50 kHz Hub
dient, deren Impulse so umgeformt
sind, daß ihr zeitlicher Mittelwert mit Niederfrequenz schwankt. Darüber hinaus
wird es als vorteilhaft angesehen, daß zwecks weiterer Absenkung der Impulse parallel
zum Verbraucher ein Kondensator liegt. Ferner wird es als zweckmäßig angesehen,
zwecks Umformung der Zwischenfrequenzimpulse in Impulse, deren zeitlicher Mittelwert
mit Niederfrequenz schwankt, die letzten beiden Stufen des Zwischenfrequenzverstärkers
des überlagerungsempfängers als monostabilen Multivibrator auszubilden.
-
Die Umformung der Zwischenfrequenzimpulse kann in vorteilhafter Weise
aber auch dadurch erreicht werden, daß diese vorzugsweise über einen Widerstand
der Basis eines Transistors zugeführt werden, dessen Sperrverzögerungszeit z so
groß ist wie die vorbestimmte Impulsbreite der umgeformten Impulse, und die vom
Kollektor abgenommenen Impulse z. B. mittels einer Widerstandsmatrix mit den ursprünglichen
Impulsen addiert werden. Der Basiswiderstand kann entfallen, wenn der Innenwiderstand
der Impulsquelle so groß ist, daß die vorbestimmte Verzögerungszeit z erreicht wird.
-
An Hand der Ausführungsbeispiele der Zeichnungen sei die Erfindung
im folgenden näher erläutert. In F i g. 1 sind 3 und 4 die beiden steuerbaren aktiven
Elemente, die in Serie zwischen Masse und dem Pluspol der nicht dargestellten Spannungsquelle
liegen; 5 und 6 sind die parallelliegenden Dioden; 7 ist ein Trennkondensator, der
so groß ist, daß er für die niedrigste wiederzugebende Niederfrequenzspannung noch
als Kurzschluß aufgefaßt werden kann; 8 ist eine Drosselspule; 9 ist ein Siebkondensator.
Die Elemente 8 und 9 sind so bemessen, daß an dem parallel zum Kondensator 9 liegenden
Verbraucher 10 (Lautsprecher) nur noch ein geringfügiger Teil der Impulsspannung
liegt. Der Klemme 1 wird die Impulsspannung mit einer relativ kleinen zur Aussteuerung
ausreichenden Amplitude zugeführt, während der Klemme 2 die Impulsspannung
gegenpolig mit so großer Amplitude zugeführt wird, daß der positive Wert der Impulse
gleich oder etwas größer als die Plusspannung und der negative Teilnegativer als
Massepotential ist. Durch die Impuls&nsteuerung wird erreicht, daß das Potential
des Verbindungs= punktes zwischen den steuerbaren aktiven Elementen jeweils nahezu
gleich Massepotential oder nahezu gleich der Plusspannung ist. Wird z. B. durch
den positiven Teil der Impulse der Transistor 3 geöffnet, so wird gleichzeitig durch
den entsprechenden Gegentaktimpuls an der Klemme 2 der Transistor
4 gesperrt. Da der Kondensator 9 für die Impulsspannung nahezu als Kurzschluß
aufgefaßt werden kann, liegt somit die Impulsspannung im wesentlichen an der Spule
B. Der zeitliche Mittelwert der zugeführten Impulse schwankt mit Niederfrequenz,
so daß der zeitliche Mittelwert des die Spule 8 durchfließenden Stromes ebenfalls
mit Niederfrequenz schwankt und mit diesem Niederfrequenzstrom der Lautsprecher
angesteuert wird. Ist z. B. der Transistor 3 leitend, so wird in der Spule 8 ein
Magnetfeld aufgebaut. Nach Ablauf einer gewissen Zeit wird der Transistor 3 gesperrt
und der Transistor 4 geöffnet. Infolge des Lenzschen Gesetzes versucht jedoch die
Spule 8 die Stromrichtung beizubehalten, so daß das Magnetfeld durch einen Strom
über die Diode 5 erst auf Null abgebaut wird, ehe der Strom durch den Transistor
4 beginnt, mit dem ein Magnetfeld umgekehrter Polarität in der Spule 8 aufgebaut
wird. Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei erneuter Umschaltung, so daß erst
mit einem Strom durch die Diode 6 das Magnetfeld der Spule 8 wieder abgebaut wird,
ehe mit dem Strom durch den Transistor 3 das umgekehrte Magnetfeld der Spule 8 aufgebaut
wird. Es ist zweckmäßig, daß die Ansteuer-Impulsspannung am Transistor
2 mit ihrem negativen Teil etwas negativer als Massepotential ist, da sonst
der das Magnetfeld abbauende Strom durch die Diode 6 nicht fließen kann und an Stelle
dessen der das Magnetfeld abbauende Strom nach wie vor vom Transistor 4 geliefert
wird, der jedoch in seinem Zeitbereich bereits eine große Emitter-Kollektor-Spannung
hat. In diesem Zeitbereich würde eine relativ große Verlustleistung in dem Transistor
4 auftreten. Ist dagegen der Transistor 4 durch eine ausreichend weit ins Negative
reichende Impulsansteuerung gesperrt, so ist die Diode 6 leitend, durch die zwar
ein gleich großer Strom fließt, jedoch die an ihr abfallende Spannung und damit
die auftretende Verlustenergie sehr klein ist.
-
In F i g. 2 wird ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt,
bei dem für die gleichen Teile die gleichen Bezugszeichen verwendet sind. Der Unterschied
beruht darin, daß an Stelle zweier gleichartiger Transistoren zwei Komplementärtransistoren
verwendet werden. Darin ist 3 der n-p-n- und 12 der p-n-p-Transistor. Der Klemme
11 werden Impulse zugeführt, die die gleiche Polarität haben wie die der Klemme
1 zugeführten Impulse. Außerdem ist auch die Amplitude praktisch genauso groß. Der
Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß beiden Klemmen kleine Ansteuerspannungen
zugeführt werden, die nicht gegenphasig sind, sondern die gleiche Polarität aufweisen.
-
In F i g. 3 wird das begrenzte frequenzmodulierte Zwischenfrequenzsignal
eines Überlagerungsempfängers von z. B. 180 kHz Mittenfrequenz gezeigt: Nach einer
Weiterbildung der Erfindung wird dieses Zwischenfrequenzsignal z. B. durch Anwendung
eines monostabilen Multivibrators so umgeformt, daß sein zeitlicher Mittelwert mit
Niederfrequenz schwankt. Durch die Anwendung des monostabilen Multivibra-=tnrs oder
einer anderen entsprechend gleich wirkenden Anordnung wird erreicht, daß die in
F i g. 4 mit z angegebene Impulsdauer konstant ist, so daß bei Schwankungen der
Frequenz der zeitliche Mittelwert dieser Spannungen mit Niederfrequenz schwankt.
Impulsspannungen dieser Art werden der erfindungsgemäßen Gegentaktendstufe zugeführt,
was zur Folge hat, daß im Rhythmus der Niederfrequenz der Lautsprecher 10 erregt
wird. An Stelle des Multivibrators wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen,
die Sperrverzögerungszeit eines Transistors zur Erzeugung von Impulsen konstanter
Breite zu verwenden.
-
F i g. 5 zeigt eine solche Anordnung, mit der die Zwischenfrequenzimpulse
so umgeformt werden, daß ihr zeitlicher Mittelwert mit Niederfrequenz schwankt.
Darin ist 13 die Eingangsklemme, der die Zwischenfrequenzimpulse gemäß F i g. 3
zugeführt werden. 14 ist ein Basiswiderstand, mit dessen Größe die Sperrverzögerungszeit
des Transistors 15 variiert werden kann. Darüber hinaus kann die Sperrverzögerungszeit
dieses Transistors, wenn erforderlich, mit einer zusätzlichen Gleichspannung variiert
werden, die den der Klemme 13 zugeführten Impulsen überlagert ist. 16 ist der Kollektorwiderstand
des Transistors, an
dem Impulse erscheinen, deren Sprung in negativer
Richtung gleichzeitig mit dem Sprung in positiver Richtung der der Klemme 13 zugeführten
Impulse erfolgt. Dagegen ist der Sprung in positiver Richtung der am Kollektor erscheinenden
Impulse um die Zeit r verzögert, relativ zum negativen Sprung der an Klemme 13 liegenden
Impulse. Die Änderung der Sperrverzögerungszeit ergibt eine Änderung des mit Niederfrequenz
schwankenden Mittelwertes der Impulsspannung und somit auch eine Änderung der vom
Lautsprecher abgegebenen Leistung.
-
F i g. 6 zeigt eine Spannung gemäß F i g. 3, die der Klemme 13 (F
i g. 5) zugeführt wird. F i g. 7 zeigt die am Kollektor des Transistors 15 (F i
g. 5) stehende Impulsspannung. Beide Spannungen werden mit der Widerstandsmatrix
17 und 18 derart addiert, daß die Summenspannung im wesentlichen eine Impulsspannung
mit der Impulsdauer r ist. F i g. 8 zeigt diese Summenspannung, die der Impulsspannung
F i g. 4 entspricht und lediglich eine umgekehrte Polarität aufweist.