DE618382C - Verfahren zur Verstaerkung elektrischer Wechselspannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verstärkung elektrischer Schwingungen mit Hilfe von nicht stetig steuerbaren Entladungsgefäßen.

S Es sind bereits Verfahren bekannt, welche mit nicht stetig steuerbaren Entladungsgefäßen arbeiten und den Zweck verfolgen, Wechselspannungen zta verstärken. Zu .diesem Zwecke wird z. B. die Phase der an eine Steuerelektrode angelegten Wechselspannung in Beziehung auf die Anodenwechselspannung so gewählt, daß der Lichtbogen während eines bestimmten Bruchteiles einer Halbperiode, für welche die entsprechende Anode positiv ist, unterdrückt wird. Die Phasenverschiebung wird dabei derart geregelt, daß der Lichtbogen während jeder Periode nur innerhalb zweier nachBelieben bestimmbarer Zeitpunkte aufrechterhalten bleibt. Durch Änderung der Phasenverschiebung wird es so ermöglicht, die mittlere Anodenstromstärke proportional dem Steuervorgang zu ändern. Eine derartige Ein-. richtung eignet sich jedoch in erster Linie nur zur Regelung der von Kraftstromgleichrichtern abgegebenen Leistung.

Es ist ferner bekannt, nicht stetig steuerbare Entladungsgefäße mit Quecksilberlichtbogenentladung als Absorptionswiderstand mit dem Antennenkreis von Sendern zu koppeln und den Betrag der absorbierten Leistung durch die einer Steuerelektrode zugeführten Sprachspannungen zu regeln. In die-'sem Falle handelte es sich jedoch nicht um Verstärkerwirkungen zwecks Gewinnung einer dem Steuervorgang proportional verlaufenden Nutzleistung.

Erfmdungisgemäß wird eine proportionale Verstärkung mitHilfevon nicht stetig steuerbaren. Entladunigsgefäßen durch Benutzung des Umweges über die sogenannte Zeitmodulation erreicht. Unter der Zeitmodulation versteht man däeBeeinflussung voii periodisch abgegebenen Stromimpulsen derart, daß die Zeitdauer der einzelnen Impulse proportional ist der Amplitude des modulierenden Vorganges. Die Zeitmodulation wird zur Übertragung von Nachrichten verwendet in der Absicht, den Einfluß atmosphärischer Störungen zu verringern. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswechselspannung in an sich bekannter Welse mit einer Hilfswechselspannung von konstanter, gegen die Frequenz der Eingangswechselspannung hoher Frequenz und konstanter Amplitude und vorzugsweise dreieckiger Kurvenform überlagert und anschließend den Steuerelektroden von zwei in Gegentakt arbeitenden, nicht stetig Steuer-

baren, vorzugsweise dampfgefüllten Entladungsröhren zugeführt wird, und daß aus den im Anodenkreis entstehenden Stromimpulsen konstanter Frequenz und Amplitude aber veränderlicher Zeitdauer die der Eingangswechselspannung entsprechende Frequenzkomponente durch Filterketten abgenommen 'wird. Für die erfindungsgemäße Anordnung lassen sich sowohl Röhren mit kleiner Elektronenentladung als dampf gefüllte Röhren verwenden, bei denen das Einsetzen der Entladung durch Erhöhung der Gitterspannung und das Abreißen durch Verminderung oder Fortnahme der Anodenspaonung bewirkt werden .15 kann.

Die Erfindung ist auf der Zeichnung in vier Abbildungen dargestellt;

Abb. ι zeigt ein Schaltbild eines Gerätes, • das unter dem Namen Parallelinverter bekannt ist; '

Abb. 2 zeigt Oszillogramme von gewissen Arbeitskennlinien;

Abb. 3 und 4 zeigen Kurven zur Erläuterung der Gittererregung.

In Abb. ι wird das zu verstärkende Signal dem Kreis 10 zugeführt und verstärkt vom Kreis 11 abgenommen. Dieses Gerät entnimmt die Energie dem Gleichstromkreis 12 und enthält eine Wicklung 13, deren elekirischer Mittelpunkt mit der positiven Gleichstromquelle über Glättungsreaktanzen 14 und 15 verbunden ist. Die Wicklung 13 ist im vorliegenden Fall als Primärwicklung eines Transformators 16 ausgebildet, dessen Sekundärwicklung 17 mit dem Ausigangskreis 11 verbunden ist. Zwischen den gegenüberliegenden Klemmen von 13 und der negativen Gleichstromklemme 12 liegen die Röhren 18 und 19, zweckmäßig dampfgefüllte Röhren, mit Anode, Kathode und Steuergitter. Zwischen den Anoden dieser Röhren liegt ein Kondensator 20, durch den, wie später näher ausgeführt wird, der Strom zwischen ihnen umgekehrt wind. Die Gitterkreise enthalten 4-5 Hälften der Sekundärwicklung eines Gittertransformators 22, dessen Primärwicklung 23 das zu verstärkende Signal aufnimmt. Dieses Signal wird von den Kreisen 10 durch einen Transformator 24 abgenommen. Die Primärwicklung enthält ferner eine Quelle hochfrequenter Wechselspannung von dreieckiger Wellenform, die den Klemmen des Kondensators 25 entnommen wind. In manchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, in den Gitterkreis einen Begrenzungswiderstand 26 und eine negative Vorspannungsbatterie 27 einzuschalten.

Die Einrichtung zur Erzeugung der hochfrequenten Spannung von dreieckiger Wellenform besteht aus einer Quelle hochfrequenter Wechselspannung von sinusförmiger Wellenform, und zwar einem Generator 28, einer Röhre 29, einer Batterie 30 -und einer Reihenschaltung der Sekundärwicklung von Transformator 31 und des Kondensators 25. Um in dem Ausgangskreis, des Transformators 16 die nicht gewünschten Frequenzen auszusieben, ist ein Filterkreis vorgesehen, bestehend aus den Spulen 32 und 33, dem Widerstand 34 und den Kondensatoren 35 und 36.

Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Anordnung beruht darauf, daß in einer der beiden Röhren 18 oder 19 stets Strom fließt, daß aber die Zeiträume nicht gleich zu sein brauchen, während deren der Strom in einer dieser beiden Röhren fließt. Der Strom in diesen** Röhren entspricht den Halbperioden des Wechselstromausganges von entgegengesetzter Polarität. Durch richtige Änderung des Verhältnisses der Zeit, während der der Strom fließt, kann der durchschnittliche Strom für eine vollständige Periode in beiden Richtungen von Null zu einem Maximum verändert werden.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende:

Wenn dem Gitter von 18 eine positive Spannung zugeführt wird, fließt ein Strom von der positiven Gleichstromleitun'gi2 durch den linken Teil der Wicklung 13 und die Röhre 18 zur anderen Gleiohstromleitung 12. Wenn der Strom in dem linken Teil von 13 entsteht, wirkt diese Wicklung als Spartransformator, so daß in dem rechten Teil eine noch mehr positive Spannung induziert wird. Die volle Spannung an den Klemmen der Wicklung 13, die "ungefähr doppelt so groß ist wie die des Gleichstromkreises, wird dem Kondensator 20 aufgedrückt, der auf diese Spannung geladen wird. Wenn die Gitterspannung'ihre Polarität umkehrt, so daß das Gitter von 18 negativ und das von 19 positiv wird, wird der Kondensator durch die Roh- · ren 18 und 19 kurzgeschlossen. Die Spannung am Kondensator 20 ist entgegengesetzt gepichtet derjenigen, die den Strom durch 18 schicken will, und zwar ein Vielfaches größer, so. daß der Strom 'in dieser Röhre sofort unterbrochen wird und nur in 19 Strom fließt. Wenn die Gitterspannung wieder ihre PoIa- »» rität umkehrt, wird der Strom von 19 auf 18 übertragen >und die Periode wiederholt. Die Spule 14 dient dazu, den von 12 entnommenen Gleichstrom konstant zu halten, während der Widerstand 15 dazu dient, die Hochfrequenz- "5 komponente des dem Auegangskreis 11 gelieferten Stromes zu begrenzen, wie später erläutert werden soll. In der Voraussetzung, daß die oben beschriebene Anordnung als Verstärker arbeitet, soll angenommen werden, daß eine hochfrequente Wechselspannung von dreieckiger Wellenform an den Klemmen des

Kondensators 25 auftrete. Die Wirkungsweise der Anordnung zur Erzeugung dieser Wechselspannung wird später beschrieben werden. Es soll ferner angenommen werden, daß das zu verstärkende Signal eine6operiodige Wechselspannung sei, deren Amplitude etwas kleiner sei als die der hochfrequenten Spannung. Die Resultierende dieser beiden Spannungen, die dem Gitter von 18 und 19 zugeführt wird, ist durch die Kurve I von Abb. 2 dargestellt, in der die Grundlinie α die Kathodenspannung von 18 und 19 darstellt. Da die Gitterspannungen von 18 und 19 von entgegengesetzter Polarität sind, können die Teile I der Kurve oberhalb der Linie α als die positive Spannung angesehen werden, die dem Gitter von 18 zugeführt wird, ebenso entsprechend die Teile der Kurve unterhalb der Linie bezüglich der Röhre 19. Da das zu verstärkende Gittersignal von einem Maximum in einer Richtung nach einem Maximum in der anderen Richtung schwankt, schwanken die Zeiten, während derer die Röhren 18 und 19 leitend sind, zwischen einer Periode maximaler Leitfähigkeit von 18 und minimaler Leitfähigkeit von 19 nach einer Periode maximaler Leitfähigkeit von 19 und minimaler Leitfähigkeit von 18.

Kurve II von Abb. 2 ist ein Oszillogramtn des Stromausganges einer der Röhren, z. B. von 18. Die entsprechende Kurve von 19 ist um i8o° verschoben und hat eine entgegengesetzte Polarität bezüglich des Belastungskreises 11. Der resultierende Ausgangsstrom ist ein Wechselstrom, dessen Frequenz gleich der der hochfrequenten Gittererregungsspannung ist, wo aber die positiven und negativen Halbperioden von ungleichem Wert sind. Eine solche Welle ist das Äquivalent einer symmetrischen Welle plus einer Gleichstromkomponente, deren Polarität davon abhängt, ob die positive oder negative Halbperiode die größere ist. Diese Gleichstromkomponente kehrt ihre Polarität bei einer Frequenz um, die gleich der des zu verstärkenden Signals ist; durch Ausfiltern der Hochfrequenzkomponente wird der resultierende Ausgang ein periodischer Strom sein, dessen Frequenz und Wellenform ähnlich der des zu verstärkenden Signals ist.

Kurve III von Abb. 2 ist ein Oszillogramm des Verstärkerausgangs mit einem öoperiodigen Signal und einer ioooperiodigen Gittererregungsspannung. Zum Ausfiltern der hochfrequenten Komponente des Ausgangskreises dient, wie erwähnt, der Filterkreis 32 bis 36. Es wunde festgestellt, daß der in die Gleichstromzuleitung 12¹ eingeschaltete Widerstand 15 und ein verhältnismäßig hoher Widerstand 34, der zur Sekundärwicklung 17 des Transformators 16 parallel geschaltet ist, die Beseitigung der Hochfrequenzkomponente aus dem Ausgangskreis 11 wesentlich unterstützen.

Naturgemäß eignet sich zur Erzeugung der dreieckigen Wellenform auch jede andere geeignete Anordnung. Im Betrieb der vorliegenden Anordnung, die hierfür besonders geeignet ist, liefert der Generator 28 eine hochfrequente sinusförmige Spannung dem Gitterkreis einer Röhre 29, deren Gitterspatinungsanodenstromkennlinie in Kurve IV von Abb. 3 dargestellt ist. Die Amplitude der Wechselspannung des Generators 28 ist so hoch, daß die Röhre 29 über die Sättigung hinaus erregt wird, d. h. daß die Röhre an beiden Enden der Gitterspannungsanodenstromkennlinie arbeitet, wie die Kurve V erkennen läßt. Wenn die Röhre 29 an beiden Enden dieser Kennlinie arbeitet, wird eine verhältnismäßig große Änderung der Gitterspannung eine' sehr kleine Änderung des Anodenstromes bewirken mit dem Ergebnis, daß der Anodenstrom die aus Kurve VI von Abb. 3 und Kurve VII von Abb. 4 ersichtliche rechteckige Wellenform hat. Kurve VIII von Abb. 4 stellt die Gitterspannung von 29 dar, den Anodenstrom von 29 läßt man 'durch den Kondensator 25 fließen, indem man ihn direkt in den Anodenkreis schaltet ader indem man einen Transformator 31 in Reihe schaltet, um die dem Kondensator 25 zugeführte Spannung stufenweise zu erhöhen. Die Spannung, die an einem Kondensator auftritt, wird durch die Gleichung wiedergegeben

wo c die Kapazität, i der Strom und t die Zeit sind. Es wird also während derjenigen Teile der Periode des Anodenstromes, wo der Strom konstant ist, was einer vollständigen Halbperiode entspricht, wenn der Anodenstrom genau rechteckige Wellenform hat, die Spannung am Kondensator 25 in einem konstanten Maß entstehen und entsprechend umgekehrt, wenn der Anodenstrom seine Polarität umkehrt. Die Spannung am Kondensator 25 wird durch die Kurve IX dargestellt, die, wie erwähnt, dreieckig ist. Die Annäherung dieser Kurve an eine genaue Dreiecksform ist direkt proportional der Annäherung des Anodenstromes an die rechteckige Wellenform, die man sehr genau dadurch erzielen kann, daß man an das Gitter von 29 eine sehr hohe Spannung legt.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Verstärkung elekirischer Wechselspannungen mittels nicht · stetig steuerbarer Entladungsröhren, da-

   durch gekennzeichnet, daß die Eingangswechselspannung in an sich bekannter Weise mit einer Hilfswechselepannung von konstanter, gegen die Frequenz der Eingangswechselspannung hoherFrequenz und konstanter Amplitude und vorzugsweise dreieckiger Kurvenform überlagert und anschließend den S teuer elektroden von zwei in Gegentakt arbeitenden, nicht stetig steuerbaren, vorzugsweise dampfgefüllten Entladungsrohren zugeführt wird, und daß aus den im Anodenkreis entstehenden Stromimpulsen konstanter Frequenz und Amplitude aber veränderlicher Zeitdauer die der Eingangswechselspannung entsprechende Frequenzkomponente durch Filterketten abgenommen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, 'dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden der beiden Entladungsröhren durch einen mit einem Kondensator überbrückten Transformator verbunden sind, an dessen Mittelanzapfuag die Anodengleichspannung zugeführt wind.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswechselspannung von dreieckiger Kurvenform einem eine sinusförmige Wechselspannung liefernden Generator unter Zwischenschaltung eines Verzerrungsgliedes entnommen wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen