DE344886C

DE344886C - Schaltung zur Verstaerkung elektrischer Stroeme und Spannungen

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Publication number: DE344886C
Application number: DE1919344886D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1919-04-17
Filing date: 1919-08-09
Publication date: 1921-12-01
Also published as: DE350999C; GB157733A; FR532651A; GB157744A

Description

Die Bestrebungen, Verstärkerschaltungen für niederfrequente Wechselströme, insbesondere für Musik oder Sprache, ohne Transformatoren zu schaffen, sind nicht neu. Ihr Vorteil liegt auf der Hand. Einerseits vermeidet man damit die der unverzerrten Sprachverstärkung gefährlichen Resonanzerscheinungen der Transformatoren, anderseits die unangenehme Begleiterscheinung, daß die Transformatoren infolge

ίο ihrer großen Selbstinduktion bei großer Verstärkung leicht durch Rückkopplung Selbsttönen der Verstärkeranordnungen verursachen. Außerdem nehmen die Transformatoren von in der Nähe befindlichen elektromagnetischen Wechselfeldern Energie auf und lassen sie als Störungen weiterverstärken, so daß man über eine gewisse Verstärkungsziffer nicht hinauskommt. Endlich aber haben die Transformatoren einen sehr schlechten Wirkungsgrad, so

ze daß die Verstärkung pro Röhre in Anbetracht des bei negativen Gitterspannungen überaus günstigen Verstärkungskoeffizienten der Röhre selbst minimal ist.

Die transformatorlosen Schaltungen haben aber den Nachteil, daß hohe Anodenspannungen, bei denen sich zum Teil sehr gute Verstärkungsziffern erzielen lassen, nur bei Benutzung von Hilfsspannung und Hilfswiderständen am Gitter zu verwenden sind, da sonst die Spannungs-Verhältnisse am Gitter nicht richtig gewählt werden können. Es bringt dies neben sonstigen Nachteilen die Komplikation mit sich, daß entsprechend viele Spannungsquellen erforderlich sind.

Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und gibt eine Möglichkeit, die Spannungsverhält nisse am Gitter leicht auf den günstigsten Verstärkungseffekt einstellen zu können. Außerdem gewährleistet die neue Schaltung infolge wohldefinierter Stromverhältnisse geradlinig zunehmende Verstärkung. Es wird dazu eine Brückenschaltung benutzt, wie sie in den Abb. 1 bis 3. beispielsweise dargestellt ist. Abb. 1 zeigt die Schaltung im Prinzip. Im nachfolgenden sollen die jeweils verstärkenden Röhren als Verstärkungselement, der sie steuernde Teil (die Strecke Kathode-Gitter) als Steuerglied und das mit Hilfe des Steuergliedes die Steuerung bewirkende Organ als Steuerorgan bezeichnet werden. O₁Ws δ_Λ sind die Knotenpunkte der Brückenanordnung. Zwischen ihnen liegen drei feste Widerstände w₂ bis W₁, während W₁ ein variabler, im Sinne der zu verstärkenden Frequenzen sich ändernder Widerstand, beispielsweise die Strecke Anode a-Kathode k, einer Kathodenröhre I ist. Die Veränderung dieses Widerstandes erfolgt durch Steuerung des Gitterpotentials Vg₁ mittels der zu verstärkenden Ströme oder Spannungen. Zwischen B₁ und δ₃ liegt eine Spannungsquelle va_v deren Strom sich in der ersichtlichen Weise auf die beiden Brückenhälften verteilt. Zwischen δ₂ und b_i der Brücke ist die Strecke Gitter g-Kathode k einer zur besseren Übersicht halbierten Röhre II eingeschaltet. Die Anode der Röhre II liegt nach Abb. 1 beispielsweise außerhalb der Brücke. Sie ist über den Nutzwiderstand wn und die Spannungsquelle va_% mit der Kathode II verbunden, bildet also einen von den Brückenzweigen unabhängigen Stromkreis,

Der Spannungszustand an den Knotenpunkten δ₂ und δ₄ ist nach der bekannten Formel ν= I—^—J V von den Widerstandsverhält-

nissen abhängig. Bei der Untersuchung dieses Zustandes kann der Einfluß der Batterie va₂ auf die Brückenverzweigung wegen des hohen Widerstandes der Strecke a-g (Röhre //) vernachlässigt werden. Wichtiger aber ist die ίο Spannungsverteilung der Batterie Va₁. Deren Teilspannung an δ₂ ist konstant, da w₃ und W₄ unveränderlich sind. Die Teilspannung an b_i dagegen ist veränderlich, da nur W₂, nicht aber W₁ konstant ist. Es tritt infolgedessen zwischen O₂ und S₄ eine schwankende, von W₁ abhängige Spannungsdifferenz aufj die durch entsprechenden Abgleich der Widerstände zweckmäßig so gewählt wird, daß δ₄ stets positiv gegenüber δ₂ ist. Es wird dann die Verstärkung an der Röhre maximal sein, da von kll nach' gll kein positiver Strom fließen, die Brückenstrecke Kathode-Gitter also durch Stromverbrauch keine Spannungsverminderung zwischen δ₄ und δ₂ bewirken kann. Wäre δ₂ positiv gegenüber δ₄, so würde Spannungsverminderung infolge des von gll nach MI fließenden positiven Stromes eintreten, die Verstärkung also geringer sein. Zweckmäßig wird die Schaltung auch am Anfang der Stromkurve der Röhre J arbeiten, da hier für die gleiche Widerstandsänderung W₁ eine viel kleinere Stromänderung erforderlich ist als auf einem dem Sättigungszustande der Röhre näherliegenden Teil der Stromkurve.·

Infolge der Potentialschwankungen zwischen gll und kll fließt nun im Anodenkreise der Röhre II ein entsprechend variabler Strom, der an dem Widerstand wn nutzbar gemacht wird. Der Stromfluß stört die Spannungsverteilung Va₁ in der Brückenverzweigung nicht. Umgekehrt läßt sich die von der Batterie Va₁ herrührende Spannungsdifferenz der Brücke an δ₄-δ₂ auch nicht über die Batterie va₂ und die Röhrenstrecke all-gll ausgleichen, da der Widerstand der letzteren praktisch für diesen Strom unendlich groß ist.

Da die Röhrenstrecke kll-gll in dieser Richtung keinen positiven Strom verbraucht, läßt sich dadurch, daß die Röhre II für entsprechend große Anodenleistung gewählt wird, mit einer Röhre sehr große Verstärkung erzielen· Es wird dabei von Vorteil sein, Röhren mit so großem Durchgriff zu verwenden, daß sie bereits bei negativen Gitterspannungen ihren Sättigungsstrom erreichen.

Abb. 2 stellt die prinzipielle Anordnung nach Abb. ι schematisch dar, die Kathoden haben eine gemeinsame Heizbatterie.

Abb. 3 zeigt eine Abänderung der Schaltung insofern, als bei dieser Schaltung die Anoden kreise beider Röhren von der in Abb. ι und 2 mit va_v in Abb. 3 mit va bezeichneten Batterie gespeist werden. Es wird dazu die Anode der Röhre II mit dem Knotenpunkt S₁ verbunden. Strecke all-gll liegt dann parallel zu w_s, hat aber auf den resultierenden Widerstand 6g keinen Einfluß, da der Widerstand zwischen a-g (Röhre II) unendlich groß ist. Der Nutzwiderstand wn erhält ebenfalls eine neue Lage, und zwar beispielsweise im Brückenzweig δ₃-δ₄, dessen Widerstand W₂ durch wn entweder allein oder in Parallel- bzw. Serienschaltung mit einem besonderen Widerstand dargestellt wird.

Naturgemäß kann auch diese Verstärkerschaltung mit mehr als zwei Röhren ausgeführt werden. Für jede zweite Röhre ist sodann eine weitere Brückenanordnung erforderlich, in der die Röhre II der letzten Brücke zur Röhre / und die nächste Röhre zu Röhre II wird.

Als Widerstandsmaterial für die Brückenwiderstände, die zum Teil wesentlich größer als 10^e Ohm sind, aber nur für geringe Leistung beansprucht werden, kann man zweckmäßir-Silitwiderstände verwenden oder durch Kathodenzerstäubung gewonnene, dünnste Metallschichten, die in ein Vakuum eingeschlossen werden.

Der Ursprung der auf die erste Röhre übertragenen Frequenzen sowie die Verbindung des Ursprungsorgans mit der Röhre kann verschieapnartig sein. Bei Durchführung des Grundgedankens, Eisentransformatoren zu vermeiden, lassen sich auch hier brauchbare Wege finden. So kann man Mikrophone aller Art und äquivalente Mittel beispielsweise nach Art der Schaltung nach Abb. 4 mit der ersten Röhre verbinden, mi ist das Mikrophon oder ein anderes Steuerorgan, das über die Spannungsquelle V₁ mit dem Hilfswiderstand wh in Reihe geschaltet ist. Letzterer hat zweckmäßig die Größenordnung des Steuerorganwiderstandes. Die Widerstandsschwankungen an mi rufen eine Verschiebung der Potentialverteilung von V₁ auf mi und wh hervor; es werden dann die Spannungsschwankungen an wh auf Gitter und Kathode übertragen, wenn wh in der aus Abb. 4 ersichtlichen Weise angeschlossen ist. vo liefert dabei eine genügend negative Gitterspannung. Die auf diese Weise übertragenen Spannungsschwankungen werden allerdings geringer sein als unter Benutzung eines Transformators. Bei no den mit der vorliegenden Verstärkerschaltung erreichbaren Verstärkungsziffern wird aber dieser Verstärkungsverlust eine untergeordnete Rolle spielen gegenüber dem Gewinn, der mit dem Verzicht auf den Transformator verbunden ist.

Naturgemäß kann das Steuerorgan auch direkt in einen Brückenzweig an Stelle der ersten Röhre eingeschaltet werden. Es wird das bebesonders vorteilhaft sein bei Steuerorganen mit hohem Widerstand, insbesondere bei Mikrophonen mit ionisierter Gasstrecke. Ebenso kann

eine lichtempfindliche Zelle Anwendung finden. Die für diese Organe erforderlichen Spannungsquellen können ebenfalls wieder eine besondere Batterie sein, oder es können in der Art, wie Abb. 2 und 3 zeigen, gemeinsame Batterien für diese Organe und die Verstärkerröhren verwendet werden.

Die Verstärkerschaltung läßt sich ohne besondere Maßnahmen zur Verstärkung auch von hochfrequenten Schwingungen benutzen. Das Anlegen der Hochfrequenz kann in der bekannten Weise durch einen Hochfrequenztransformator geschehen, der nicht die nachteiligen Eigenschaften besitzt wie ein Niederfrequenzeisentransformator. Infolge ihrer außerordentlich hohen Verstärkungsziffern bietet die Benutzung dieser Verstärkerschaltung eine bequeme Möglichkeit, große Sendeenergie für drahtlose Telephonie herzustellen, wobei dann nur der schwache Anfangsstrom sprachlich zu beeinflussen ist und deshalb größeres Gewicht auf die Reinheit der Sprachübertragung gelegt werden kann.

Endlich bietet die neue Schaltung ein geeignetes Verstärkungsmittel für die bei der Aufnahme und Wiedergabe der akustischen Kinematographie und des Tonfilms erforderlichen Ströme. Hierfür ist sie von besonderer Wichtigkeit, da dabei außerordentlich hohe, verzerrungsfreie Verstärkung erreicht wird.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Schaltung zur Verstärkung elektrischer Ströme und Spannungen, insbesondere mittels Kathodenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied des einzelnen Verstärkungselements in die »Brücke«, das die Steuerung auslösende Organ (Mikrophon, beispielsweise mit ionisierter Gasstrecke, lichtelektrische Zelle, Kathodenröhre o. dgl. oder eine Kombination dieser) in einen »Zweige einer Brückenschaltung gelegt werden.

2. Ausführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einzelne Verstärkungselement eine Kathodenröhre ist, deren Steuerglied (Strecke Gitter-Kathode) in die »Brücke« eingeschaltet ist.

10.

3. Ausführungsform nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich der Brückenzweige so erfolgt, daß die zwischen Gitter und Kathode des Verstärkungselementes infolge der Widerstandsänderungen des· Steuerorgans wirksamen Spannungen am Gitter stets negativ sind.

4. Ausführung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Röhren verwendet werden, deren Sättigungsstrom möglichst noch bei negativen Gitterspannungen erreicht wird.

5. Ausführung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kaskadenverstärkung für jedes Verstärkungselement Brückenschaltung benutzt wird und das Verstärkungselement der vorhergehenden Brükkenanordnung zum Steuerorgan der nachsten Brückenanordnung wird.

6. Ausführung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere oder alle Kathoden einer Brücke von einer Stromquelle geheizt werden.

7. Ausführung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere oder alle Anodenkreise einer Brücke von einer Spannungsquelle gespeist werden.

8. Ausführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nutzwiderstand (wn) alle in oder in Verbindung mit einem besonderen Widerstände einen Brückenzweig bildet.

9. Ausführung nach Anspruch 1 oder Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Silitwiderstände oder dünnste, gegebenenfalls unter Vakuum eingeschlossene Metallhäute verwendet werden.

Ausführung nach Anspruch 1, da-

durch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (Mikrophon 0. dgl.) unter Einschluß einer Spannungsquelle mit dem Steuerglied (Kathode-Gitter) in Reihe geschaltet ist (Abb.4).

11. Ausführung nach Anspruch ι oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Steuerorgan erforderliche Spannung von der Zentralspannungsquelle der Anodenkreise entnommen wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.