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Verfahren zum Verstärken von veränderlichen Gleichströmen oder Wechselströmen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verstärken von Wechselströmen und
sich ändernden Gleichströmen ohne Elektronenröhren. Mit Hilfe eines Eisenmodulators
wird eine Wechselstromenergie,- deren Frequenz höher ist als die des zu verstärkenden
Stromes, durch die zu verstärkende Frequenz moduliert. Die modulierte Energie wird
über einen Gleichrichter abgenommen. Während bei den normalen Röhrenverstärlern
die zusätzliche Energie einer Gleichstromquelle (z. B. Anodenbatterie) entnommen
wird, stammt bei der Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung die Verstärkungsenergie
aus einem Wechselstromgenerator (Speisegenerator).
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Es ist eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung von Fernsprechströmen
bekannt, bei der ebenfalls die verstärkte Energie einer Hochfrequenzwechselstromquelle
entnommen wird. Bei dieser Schaltung werden die zu verstärkenden Sprechströme an
eine Funkenstrecke gelegt, und es wird die modulierte Frequenz über ein Audion an
den Empfänger weitergeleitet. Diese SchaItungsanordnung konnte sich jedoch nicht
in -die Praxis einführen, da die erreichbaren Verstärkungsziffern zu gering waren.
Dies ist besonders darauf zurückzuführen, daß die beabsichtigte Verstärkung durch
Modulation der Hochfrequenzenergie in der Funkenstrecke nicht eintreten kann und
die tatsächlich erreichte Verstärkung auf eine Verstärkung in dem Audion zurückzuführen
ist. Eine verstärkende Wirkung derartiger Modulationsschaltungen kann nur eintreten,
wenn der Widerstand, an Odem die höher frequente Energie moduliert wird, frequenzabbängig
oder amplitudenabhängig ist. Aus diesem Grunde mußten auch Versuche mit Ohmschen
Widerständen ergebnislos verlaufen.
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Weiterhin ist vorgeschlagen worden, eine Verstärkung ähnlich wie bei
der Erfindung durch Modulation eines Wechselstromes mit einer Frequenz, die höher
ist als die des zu verstärkenden Stromes, zu erreichen. Als Modulator wird dabei
ebenfalls ein magnetischer Modulator verwendet, wobei dieser als negativer Widerstand
in der den zu verstärkenden Strom führenden Leitung liegt. Negative Widerstände
haben jedoch für die Verstärkung von Strömen recht beträchtliche Nachteile, von
denen in erster Linie die Unvermeidbarkeit von Echowirkungen und die Unstabilität
bei großen Verstärkungen zu nennen ist. Da der Verstärkungsgrad eines Verstärkers,
der als negativer Widerstand in die Leitung eingeschaltet ist, von der Differenz
zweier meist sehr großer Widerstände (negativer Widerstand - Widerstand
der
an den negativen Widerstand angeschlossenen Schaltelemente) abhängt, än:dlert sich
der Verstärkungsgrad bei geringen Änderungen der großen Widerstände schon verhältnismäßig
stark, so daß bei großen Belastungen die Anordnung außerordentlich unstabil wird.
Wegen dieser Nachteile konnte auch dieser Vorschlag zu keiner brauchbaren Verstärkungsanordnung
führen.
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Durch denVerstärker gemäß der Erfindung «:-erden alle diese Nachteile
vermieden. Die Schaltung ist so gewählt, daß die in einem magnetischen Modulator
modulierte Speiseenergie über einen mittelbar oder unmittelbar an den Modulator
angeschlossenen Gleichrichter abgenommen wird. Die Wcchselstromspeiseenergie hat
dabei eine Frequenz, die oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes liegt. Der
Verstärker kann für die %-erschiedensten Verwendungszwecke gebaut werden, so z.
B. als Fernsprechverstärker, Rundfunkverstärker und für Meßzwecke, insbesondere
für Gleichstrommessungen. Es macht keine Schwierigkeiten, den Verstärkerwiderstand
so zu bemessen, daß nur geringe Echowirkungen auftreten.
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Es ist zwar bereits eine Schaltungsanordnung zur magnetischen Verstärkung
bekanntgewor:d:en, bei der ebenfalls einer eisenhaltigen Induktivität außer den
zu verstärkenden Strömen eine Wechselstromenergie zugeführt wird, deren Frequenz
oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes liegt. Im Gegensatz zur Schaltung gemäß
der Erfindung wird aber der Ausgangskreis unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung
eines Gleichrichters, mit der eisenhaltigen Induktivität gekoppelt. Das Auftreten
von verstärkter iederfrequenzenergie im Ausgangskreis kann bei dieser Schaltung
nur so erklärt werden, daß durch die Wahl eines geeigneten Arbeitspunktes auf der
Kennlinie der eisenhaltigen Induktivität eine gewisse @ Gleichrichtung stattfindet.
Es ist nicht ausgeschlossen, daß diese Schaltung auch zu einem gewissen Grade als
negativer Widerstand wirkt. Die Erfindung besitzt gegenüber der bekannten Schaltung
den Vorteil, daß die einzelnen Kreise mit Rücksicht auf die ihnen obliegende Wirkung
optimal bemessen werden können. Der Verstärkungsgrad und -die Verzerrungsfreilieit
sind daher beim Erfindungsgegenstand wesentlich günstiger als bei der bekannten
Schaltung.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
dargestellt.
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Abb. i zeigt den grundsätzlichen Aufbau. Vh ist die Wechselstromquelle,
die den Speisestrom für die Verstärkungsanordnung liefert, dessen Frequenz höher
ist als die des zu verstärkenden Stromes V1. In Reihe mit der Speisestromquelle
liegender Eisenmodulator i und der Gleichrichter 3. Die zu verstärkende Spannung
V1 wird an den Eisenmodulator gelegt. Dieser ist durch die Batterie 5 mit Gleichstrom
vorerregt. Der Kondensator ,I dient zur Fernhaltung des Batteriegleichstromes von
den Gleichrichtern. Der verstärkte Strom V2 wird an dem Gleichrichter 3 abgenommen.
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Abb.2 zeigt eine Verstärkerschaltung, bei der vier Eisenmodulatoren
6, 7, 8, 9 zu einer Brücke mit den Eckpunkten I bis IV zusammengeschaltet sind.
Die Speisewechselspannung Vh wird über das Sieb ii den Brückeneckpunkten I und II
zugeführt. Die Gleichstromquelle io, die für die Speisefrequenz durch den Kondensator
i9 überbrückt ist, liefert einen Gleichstrom, der die Brückenschaltung in Richtung
der ausgezogenen Pfeile durchfließt. Der Scheinwiderstand der Induktionsspule für
Wechselstrom fällt mit wachsendem Gleichstrom.
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Bei vollkommen gleichartigem Aufbau der Spulen wird zunächst an den
Diagonalpunkten III und IV keine Wechselspannung auftreten. Erst wenn von .der Gleichstromquelle
12 Ströme in Richtung der gestrilchelten Pfeile durch die Brücke fließen, wird das
Gleichgewicht der Brücke gestört, so daß an den Diagon:alpunkten III und IV eine
Wechselspannung auftreten kann. Durch diese Gleichstromvorerregung liefert der Eisenmodulator
ständig eine Wechselspannung von der Frequenz des Speisestromes Vh, ganz unabhängig
davon, ob dem Eisenmodulator die zu verstärkenden Ströme V'1 über den Transformator
17 . zugeführt werden oder nicht. Die an den Diagonalpunkten III und IV auftretende
Wechselspannung wird über das Sieb 14 dem Gleichrichter 1 5 zugeführt, so daß dieser
mit Wechselstrom vorerregt ist und in seinem Ausgangspunkt ständig eine Gleichspannung
liefert. Diese Gleichspannung kann durch die Ausgangsspannung eines weiteren Gleichrichters
21, der über den Transformator 2o an die Speisespannung angeschlossen ist, kompensiert
werden.
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Wird an die Diagonalpunkte III und IV über den Transformator 17 die
zu verstärkende Spannung V1 gelegt, so unterstützt oder schwächt diese Spannung
die von der Batterie 12 durch die Modulationsbriicke fließenden Ströme, so daß die
an den Diagonalpunkten III und IV auftretende Wechselspannung der Speisefrequenz
sich innerhalb gewisser Grenzen proportional den Amplitwden der zu verstärkenden
Spannung V1 ändert. Vom Ausgang des Gleichrichters 15 werden dann die verstärkten
Ströme
V2 gegebenenfalls über das Sieb 16 und den Ausgangstransformator 18 abgenommen.
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Abb. 3 zeigt eine gegenüber Abb.2 etwas abgeänderte Schaltungsanordnung.
Es sind nur die wesentlichsten Schaltelemente dargestellt und die Siebketten, Ein-
und Ausgangstransformatoren fortgelassen. Die Speisestromquelle VIt ist wieder an
die beiden Eckpunkte I und II der Brückenschaltung 6, 7, 8, 9 gelegt. Ebenso ist
die Gleichstromquelle io in der üblichen Weise angeschaltet. Um den Eingangskreis
des Verstärkers galvanisch von dem Ausgang zu trennen, ist die zu verstärkende Spannung
V1 über die Spulen 22, 23, 2¢ und 25, die zu einer Brücke zusammengeschaltet sind,
mit der Modulationsschaltung gekoppelt. Die Spannung V1 wird den Kopplungsspulen
an den Eckpunkten III' und IV' zugeführt.
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Die Eckpunkte III und IV der Modulationsschaltung sind über den Transformator
26 mit dem Gleichrichter 15 verbunden. Zur Vorerregung des Gleichrichters mit Wechselstrom
wird diesem über den. Transformator 27 eine Spannung von der Speisefrequenz aufgedrückt.
Zur Kompensation der auf diese Weise im Ausgangskreis des Gleichrichters erzeugten
Gleichspannung ist die in A bb. 2 beschriebene Anordnung, bestehend aus dem Gleichrichter
21 und dem Transformator 2o, vorgesehen.
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Urn einen guten Wirkungsgrad der Verstärkungsanordnung zu erreichen.,
empfiehlt es sich, für die magnetischen Modulatoren ein magnetisches Material sehr
hoher magnetischer Durchlässigkeit zu verwenden. Derartige Materialien sind in der
Technik hinreichend bekannt und brauchen daher nicht besonders erwähnt zu werden.