DE544807C - Einrichtung zur Verstaerkung elektrischer Stroeme mittels Entladungsroehren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur Verstärkung elektrischer Ströme für die Zwecke der Nachrichtenübermittlung o. dgl. Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung solcher Einrichtungen, durch die erreicht wird, daß sie über einen größeren Frequenzbereich ohne wesentliche Änderung des Verstärkungsgrades benutzt werden können.
Die gebräuchlichen Verstärker mit Transformatoren- oder Drosselkopplung besitzen den Nachteil, daß sich ihr Verstärkungsgrad mit der Frequenz ändert. Erfindungsgemäß werden diese Nachteile durch Verwendung eines Kopp lungs elementes vermieden, bei dem eine Kapazität und mehrere Induktivitäten gegenüber den übrigen Elementen des Verstärkers so abgeglichen sind, daß im wesentlichen ein konstantes Übertragungsverhältnis innerhalb eines Frequenzbereiches, der die höchsten und tiefsten Hörfrequenzen umfaßt, erzielt wird.

Die Erfindungsmerkmale sollen an Hand der Zeichnung näher erläutert werden. Abb. 1 zeigt die Schaltanordnung des Verstärkers gemäß der Erfindung, Abb. 2 seine Wirkungsweise.

Gemäß Abb. 1 stehen die Eingangsklemmen ι und die Ausgangsklemmen 2 der Verstärkeranordnung durch einen Eingangstransformator 3, die beiden Entladungsröhren 4 und 5, ein Kopplungselement zwischen beiden Röhren und den Ausgangstransformator 11 miteinander in Verbindung. Das Kopplungselement besteht aus den beiden Spulen 6 und 7 und einem Kondensator 8, der zwischen einem Ende der Spule 6 und einem Anzapfpunkt der Spule 7 liegt. Die Anodenkreise der Anoden der Röhren 4 und 5 sind an die Stromquelle 9 angeschlossen. Die Gitter dieser Röhren erhalten durch die gemeinsame Spannungsquelle 10 eine geeignete Vorspannung. In dieser Schaltung wirkt die Spule 7 wie ein Spartransformator, dessen Primärkreis über den Kondensator 8 im Anodenkreis der Röhre 4 und dessen Sekundärkreis im Gitter der Röhre 5 liegt. Die Spule 7 kann auch durch einen Transformator mit getrenntem Primär- und Sekundärkreis ersetzt werden. Der Anzapfpunkt kann zwecks passender Einstellung des Übersetzungsverhältnisses geändert werden.

Um den Verstärkungsgrad über einen größeren Frequenzbereich konstant zu halten, müssen die Induktivitäten L₀ und L₇ der Spulen 6 und 7 und die Kapazität C_s des Kondensators 8 in einem bestimmten Verhältnis zu dem AxLodenkreiswiderstand /^ der Röhre 4 und dem Primärkreiswiderstand R₁ der Spule 7 stehen.

Wenn ein Gittertransformator oder -spartransformator bei niedrigen Frequenzen arbeitet, so ist die Gitterspannung annähernd gleich

dem Verhältnis der Windungszahlen des Transformators mal der Eingangsspannung, d. h. wenn die der Spule 7 aufgedrückte Spannung E₇ konstant ist, so ist die am Gitter der Röhre 5 erzeugte Spannung E_ffl auch sehr angenähert konstant. Es bedeute E_gl die Eingangsspannung der Röhre 4, μ den konstanten Verstärkungsfaktor der Röhre 4 und A das Übersetzungsverhältnis des Spartransformators 7.

Auf Grund des bekannten Fundamentalsatzes, daß sich eine Verstärkerröhre mit dem Durchgriff D und dem inneren Widerstand R_h an deren Gitter die Wechselspannung^ liegt, auffassen läßt als ein Generator mit der EMK μ (Sg und dem inneren Widerstand R_u

μ =

die sogenannte Verstärkungskonstante der Röhre ist, erhält man für die Schaltung der Abb. ι das in Abb. 3 dargestellte Ersatzschema.

Aus diesem Ersatzschema ergibt sich nun 65 ohne weiteres nach den bekannten elementaren Gesetzen der Wechselstromverzweigung das Verhältnis der Spannungen (5ο·₅ und μ Sg₄.

Wird der zwischen α und b liegende komplexe Widerstand mit § und die Spannungs- 70 differenz der Punkte α und b mit SS3 bezeichnet, so ist

r Ssy -"-4 i- ? ι \

Für § ergibt sich aus den Elementen der Shl di F

Schaltung die Formel

s-/ ω L₀ + R. + / I ω L₁ — -^=H

Setzt man diesen Wert in die obige Gleichung (a) ein, so kommt ²⁵ «g_r ^RiU>

JCoL₆R₇

oder schließlich

_ coL₆

+ Äx

— coi₇

ω <

Weiterhin ist

R₇+ Ja)L₇ ic)

(d)

oder

j R₇ — ω L₇

Teilt man nun Gleichung (e) durch Gleichung (c), so ergibt sich ®_B»5 _ —coL₇ + JR₇

CoC₈ (f)

Geht man hierin zu den absoluten Beträgen | S^₅1 = E_g5 und j S^₁ = E_gi über, so erhält man

A μ Eg₁

Vl

X

V \ \L„ w²L„L„l Ί 1 ο L₁

Vernachlässigt man hierin im Zähler R₇ gegen ω L₇, so entsteht Gleichung (1) E_gs __ ω L₇

Das Ziel der nachfolgenden Rechnung ist nun, die Bedingungen anzugeben, unter denen dieses Spannungsverhältnis möglichst groß und über einen möglichst breiten Frequenzbereich konstant ist. Es wird daher zunächst der Resonanzfall ausgerechnet. Das weitere Ziel ist dann, die Schaltelemente so zu dimensionieren, daß noch für möglichst viele andere Frequenzen das durch Gleichung (i) dargestellte Spannungsverhältnis denselben Wert wie im Resonanzfall hat.

Da die durch Gleichung (i) dargestellte Kurve nach tiefen Frequenzen wesentlich steiler abfällt als nach hohen, so wählt man gemäß der Erfindung die Resonanzfrequenz gleich der niedrigsten zu übertragenden Frequenz.

Setzt man dabei das durch Gleichung (i) dargestellte Spannungsverhältnis gleich der Einheit, so ergibt sich eine Bedingungsgleichung für die Selbstinduktionen L₀ und L₇. Die Größen selbst sind also noch nicht festgelegt. Der weitere Gedanke der vorliegenden Erfindung ist nun der, L₀ und L₇ so festzulegen, daß das durch Gleichung (r) dargestellte Spannungsverhältnis auch noch für eine andere Frequenz gleich der Einheit wird.

Dies liefert die zweite Bedingungsgleicliung für L₀ und L₇. Wählt man diese zweite Frequenz in dem Teil, der durch Gleichung (1) dargestellten Kurve, der rechts von der Resonanzstelle liegt, so gelingt es auf Grund der Eigenschaften der Gleichung (1), einen annähernd horizontalen Verlauf der Kurve (1) zu erhalten.

Für die durch Gleichung (1) dargestellte Kurve tritt Resonanz ein, wenn der Ausdruck in der rechten Klammer Null ist. Die Bedingung dafür ist

L₁..

(2)

passende Werte, η·

praktisch

^8 2 TT

(JJfJ J-Jl' J-Jr- .

Erhalten L₀, L₇ und C₈

so wird das Verhältnis —

A μ L₃₁

gleich ι von der Resonanzfrequenz ab bis hinaus zu den höheren Frequenzen, wo die Kapazität und Ableitung beginnt, eine Rolle zu spielen. Wenn der Kreis für die unterste Frequenz des Bereiches, der gleichmäßig verstärkt werden soll, auf Resonanz eingestellt wird und diese Frequenz mit /₀ bezeichnet wird, so wird das Verhältnis

A μ Eg₁

Ri (3)

Wird hierin der Wert von C₈ aus Gleichung (2) eingesetzt, so ergibt sich

ÜQ \

Diese Gleichung zeigt, daß es eine unendliche Anzahl von Wertpaaren L₀ und L₇ gibt, durch die

E*

= ^{τ wird för} <°o

Wählt man nun eine zweite Frequenz cü₂ . etwa zweimal so groß wie ω₀ und macht das Spannungsverhältnis

(4) = X₁ so werden

L₀ und L₇ dadurch derart festgelegt, daß sich von O)₀ an aufwärts im wesentlichen ein Ver-

hältnis gleich 1 ergibt. Wird also —.—%— = 1

ά. μ E-J₁

gesetzt für αο = ω₂ und C₈ gleich dem Ausdruck der Gleichung (2), so folgt

(5)

Durch Vereinigung der Gleichungen (5) und (4) ergibt sich unter Vernachlässigung von Gliedern höherer Ordnung

L —
⁷

(6)

(7)

Für (ü„ gleich 2 ω₀ ergeben diese Gleichungen folgende Werte:

T _

L₀ = 2,34 ?₄ + i,i8 R₇

^s CO₀ (R₄, + 0,75

Nimmt man /?₄ zu 12 000 Ohm, /?₇ zu 1000 Ohm, /₀ gleich 30 Perioden, L₀ zu 150 Henry, L₇ zu 70 Henry und C₈ zu 0,415 Mikrofarad an, so erhält man bei den verschiedenen Frequenzen folgende Werte für das Verhältnis^^

in Prozenten des Übersetzungsverhältnisses

Abb. 2 zeigt das experimentelle Ergebnis, das mit den Werten L₇ gleich 70 Henry, L₀ gleich 37 Henry, C₈ gleich 1 Mikrofarad, f₀ gleich 27 Perioden, i?₄ gleich 5100 und einem Transformator mit dem Übersetzungsverhältnis von ι : 4 erhalten wurde. Es ist zu bemerken, daß zwischen 30 und 7000 Perioden

eine Änderung des Verhältnisses

von

nur etwa 3°/₀ auftritt. Dies zeigt, daß der Verstärkungsgrad der Anordnung über den ganzen Hörbereich im wesentlichen konstant ist.

Es ist festzustellen, daß die berechneten Werte nach der Seite der niederen Frequenzen hin ein wenig über den experimentell gefundenen liegen. Dieser Unterschied rührt von den Eisenverlusten her, die in der Rechnung nicht berücksichtigt sind. Bei der Anordnung, mit der die der Formel zugrunde liegenden Werte aufgenommen wurden, war die Kraftliniendichte für den Zwischentransformator verhältnismäßig hoch. Wird die Kraftliniendichte klein gehalten, so ist der Einfluß der Eisenverluste praktisch zu vernachlässigen, und die Bedingungen, unter denen ein im wesentlichen konstantes Übertragungsverhältnis 0,159 ^Ri + Q,*⁸⁸ #4

0,159

/0 (Ri + 0,75

55 (8)

(9) (10)

über einen größeren Frequenzbereich möglich ist, können leicht aus den Gleichungen (8), (9) und (10) hergeleitet werden.

Die Anwendung der Erfindung ist natürlich nicht auf die angegebenen Zahlenbeispiele beschränkt, die lediglich gewählt sind, um den Erfmdungsgedanken klar auseinanderzusetzen, vielmehr kann sie auch entsprechend den jeweiligen Forderungen anderen Verhältnissen angepaßt werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Verstärkung elektrischer Ströme mittels Entladungsröhren, bei der in den Anodenkreis der ersten Entladungsröhre eine Drosselspule geschaltet und die Anode dieser Röhre über einen Kondensator mit dem Primärkreis eines Transformators (gegebenenfalls Spartransformators), an dessen Sekundärkreis das Gitter der folgenden Entladungsröhre angeschlossen ist, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen den Gittern der beiden Röhren liegende Schwingungsgebilde auf eine niedrige Frequenz des zu verstärkenden Frequenzbereiches abgestimmt ist und die zur Kopplung der Röhren dienende Anodenspule (6), Gitterkreisselbstinduktion bzw. Transformator (7) und Kapazität (8) in ein solches Verhältnis zum Anodenkreiswiderstand der ersten Röhre und zum Primärkreiswiderstand des Gittertransformators der zweiten Röhre gesetzt sind, daß für eine beliebige höhere Frequenz das Verhältnis der Gitterspannungen der beiden Röhren denselben Wert hat wie für die Frequenz, auf die das zwischen den beiden Gittern der Röhre liegende Schwingungsgebilde abgestimmt ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwingungsgebilde auf eine Frequenz von etwa 30 Hertz abgestimmt ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen