DE619231C - Aus dem Netz gespeister, aus zwei Roehren bestehender, direkt gekoppelter; elektrischer Verstaerker - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AIH 27. SEPTEMBER 1935

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE 35

Heinrich Willem Karel de Brey in Haag, Holland*)

elektrischer Verstärker

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. November 1930 ab

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Verstärker, der aus dem Netz gespeist wird, aus zwei Röhren besteht und direkt gekoppelt ist. Zur Kopplung der beiden Verstärkerröhren wird in an sich bekannter Weise ein Widerstand verwendet, der nicht nur mit der Anode der ersten Röhre, sondern außerdem an derselben Seite mit dem Gitter der folgenden Röhre verbunden ist.

Bei derartigen Verstärkern weist das Gitter der zweiten Röhre die gleiche Spannung wie die Anode der ersten Röhre auf. Soll also dieses Gitter gegenüber der zugehörigen Kathode negativ sein, was für die verzerrungsfreie Verstärkung notwendig ist, so muß die Kathode der zweiten. Röhre gegenüber der Kathode der ersten Röhre eine noch höhere positive Spannung als das Gitter der zweiten Röhre besitzen.

Es ist bekannt, in der in Abb. 1 dargestellten Weise zu verfahren, um · die von dem Speisegerät zur Verfügung stehende Spannung über die beiden Röhren zu verteilen. In der Abb. 1 sind zwei Röhren I und II vorhanden, die von einem mit den Klemmen A, A verbundenen Speisegerät mit einer Gesamtspannung V gespeist werden. Zwecks Unterteilung der Gesamtspannung V ist ein Potentiometerwiderstand R vorgesehen, der an verschiedenen Punkten angezapft werden kann. 1 ist der Kopplungswiderstand zwischen den beiden Röhren I und II, und 2 sind die Anschlußklemmen des Belastungskreises für die zweite Röhre II. Infolge der besonderen Anzapfung am Potentiometerwiderstand R des Speisegerätes für die einzelnen Anoden- und Kathodenleitungen werden den beiden Röhrenkreisen verschiedene Speisespannungen zugeführt. Der Glühfaden der Röhre II besitzt gegenüber der unteren Anschlußklemme A eine solche positive Spannung, daß das Gitter der Röhre II gegenüber der dazugehörigen Kathode die gewünschte negative Gittervorspannung aufweist. In der bekannten Schaltung wird nun die positive Spannung des Glühfadens der Röhre II gegenüber der unteren Anschlußklemme A möglichst gering gewählt, so daß die zur Speisung der ersten Röhre benötigte Spannung nur wenig höher ist als die zur Speisung der zweiten Röhre zur Verfügung stehende Spannung. Die Spannung zwischen Anode und -

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Bar end Albert Jan Ten Brink im Haag, Holland.

Kathode der ersten Röhre wird soviel als möglich herabgesetzt, damit für die zweite Röhre eine möglichst hohe Speisespannung übrigbleibt.

Diese bekannte Schaltung weist mehrere wesentliche Nachteile auf.

Der erste Nachteil ist darin zu sehen, daß die zweite Röhre für ihre Speisung nicht über die ganze zwischen den Klemmen A₁ A auftretende Spannung verfügen kann, was aus verschiedenen Gründen unvorteilhaft ist. Es wird dadurch die ohne Verzerrung verstärkbare Gitteramplitude herabgesetzt, so daß die zweite Röhre nicht ihre Maximalleistung abgeben kann. Außerdem wird aber auch die Wirkung der ersten Röhre stark beeinträchtigt, da zur Erzielung der zugunsten der Wirkung der zweiten Röhre benutzten und oben besprochenen sehr niedrigen Spannung zwisehen Anode und Kathode der zweiten Röhre ein sehr hoher Kopplungswiderstand 1 benutzt werden muß. Dieser Widerstand steht der formgetreuen Verstärkung der ersten Röhre grundsätzlich im Wege, was zur Folge hat, daß sich der Vorteil der direkten Kopplung für die verzerrungsfreie Verstärkung nicht in der richtigen Weise ausnutzen läßt. Als weiterer Nachteil sind die sog. Drifterscheinungen anzusehen, die sich bei den Gleichstromverstärkern unangenehm bemerkbar machen und einer praktischen Anwendung solcher Verstärker hinderlich sind. Bei der erläuterten Schaltung der Abb. 1 tritt die Schwierigkeit auf, daß infolge ihrer Verbindung mit dem Potentiometerwiderstand R des Speisegerätes die Stromkreise der beiden Röhren derart aufeinander zurückwirken, daß die Stabilität des Verstärkers als Ganzes in Gefahr und infolgedessen auch keineswegs eine verzerrungsfreie Verstärkung möglich ist. Diese Schwierigkeit läßt sich im allgemeinen nur mit Hilfe von besonderen Kompensationsschaltungen beheben.

Schließlich sei noch erwähnt, daß der Potentiometerwiderstand einen ständigen Energieverlust mit sich bringt, wodurch der Wirkungsgrad des Speisegerätes eine Verschlechterung erfährt. Dieser Verlust macht sich besonders dann bemerkbar, wenn die zweite Röhre einen geringen inneren Widerstand besitzt. Der Anodenstrom dieser Röhre . durchfließt nämlich, wie aus der Abb. 1 hervorgeht, einen Teil, und zwar den unteren, des Potentiometerwiderstandes. Die oben geschilderten Nachteile können nicht dadurch beseitigt werden, daß man die Gesamtspannung des Speisegerätes erhöht. Dadurch kann man höchstens nur eine relative, nicht aber eine absolute Verbesserung erzielen.

Durch den Vorschlag gemäß der Erfindung werden sämtliche erwähnten Schwierigkeiten restlos beseitigt. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß zur Speisung des Anodenkreises der ersten Röhre bei einem aus dem Netz gespeisten, aus zwei Röhren bestehenden, direkt gekoppelten Gleichstromverstärker eine erheblich höhere Spannung als zur Speisung des Anodenkreises der zweiten Röhre zur Verfügung steht, wobei außer dem für beide Röhren gewöhnlich vorhandenen Anodenspannungsspeisegerät ein zusätzliches Speisegerät vorgesehen ist, das der zweiten Röhre keine Energie liefert, dessen Spannung aber für die erste Röhre zu derjenigen des anderen Speisegerätes addiert wird.

Da bei der Schaltung gemäß der Erfindung dem Anodenkreis der ersten Röhre eine viel höhere Spannung als dem Anodenkreis der zweiten Röhre zugeführt wird, wird die Wirkung des Spannungsabfalles im Kopplungswiderstand vermindert, während andererseits die ganze Spannung des gebräuchlichen Speisegerätes zur Speisung der zweiten Röhre herangezogen werden kann, so daß eine größere Gitteramplitude unverzerrt verstärkt und eine größere abzugebende Energie erzielt wird. Der ersten Röhre steht eine genügende Spannung zur Verfügung, um unter günstigen Umständen wirksam sein zu können. Es besteht sogar die Möglichkeit, ohne Beeinträchtigung der Wirkung der ersten Röhre einen Kopplungswiderstand in Anwendung zu bringen, der gegenüber dem innern Widerstand der ersten Röhre groß ist. Besonders wenn in der ersten Verstärkerstufe eine Schirmgitterröhre vorgesehen ist, die im allgemeinen einen erheblich höheren innern' Widerstand aufweist als eine Dreielektrodenröhre, ist die Anordnung der Erfindung von besonders weitgehender Bedeutung.

Ein weiterer nicht weniger wichtiger Vorteil ist darin z,u sehen, daß ein \^erstärker gemäß der Erfindung ohne weiteres stabil ist.

Die zweite zusätzliche Speisequelle braucht, da sie nur die erste Röhre speist, bloß eine geringe Leistung aufzuweisen. Bei einem Gleichstromverstärker dient nämlich die erste Röhre im wesentlichen nur für die Spannungsverstärkung, und sie nimmt infolgedessen einen viel geringeren Strom auf als die zweite Röhre, welche den Verbraucherkreis (beispielsweise einen Lautsprecher) mit Energie zu beschicken hat. Infolgedessen ist, selbst abgesehen von den übrigen Vorteilen, der Wirkungsgrad der Verstärkeranlage nach der Erfindung erheblich besser als derjenige einer der bekannten Schaltungen, bei denen man durch Steigerung der Speisespannung eine bessere Verstärkung zu erhalten versucht. Im letzteren Falle wird es nämlich notwendig

sein, die ganze Speisequelle nach der von der zweiten Röhre aufgenommenen Stromstärke zu dimensionieren. Es wird dadurch fortlaufend ein hoher Energieverlust verursacht. Bei der Erfindung erhält man somit nicht nur in bezug auf die Verstärkung, sondern auch auf die Wirtschaftlichkeit der ganzen Anlage mit geringen Kosten einen erheblichen Fortschritt.

to Die Erfindung soll an Hand zweier in den Abb. 2 und 3 dargestellter Ausführungsheispiele, welche in ihren wesentlichen Teilen vollständig übereinstimmen, näher erläutert werden.

Abb. 2 stellt einen aus zwei Röhren bestehenden Gleichstromverstärker mit einer indirekt geheizten Schirmgitterröhre I dar, die durch einen Kopplungswiderstand 1 mit einer Dreielektrodenröhre II gekoppelt sind. 15 sind die Eingangsklemmen und 17 die über einen Transformator 16 an die Anordnung angeschlossenen Ausgangsklemmen des Verstärkers.

Zur Speisung der beiden Röhren sind erfindungsgemäß zwei Speisevorrichtungen A und B vorgesehen, die punktiert umrahmt sind und angenommen aus je einem aus dem Netz gespeisten Transformator mit zugehörigem Gleichrichter bestehen. Die Speisevorrichtung A besteht aus dem Transformator 4 und dem Gleichrichter 6, die Speisevorrichtung B aus dem Transformator 3 und dem Gleichrichter 5. Die beiden Speisevorrichtungen stehen am Punkt 2 miteinander in Verbindung und sind an den beiden Röhren derart angeschlossen, daß dem Anodenkreis der Röhre I die Summe der beiden Spannungen, dem Anodenkreis der Röhre II dagegen nur die Spannung der Speisevorrichtung B zugeführt wird. Vom Punkt 2 aus gerechnet, erzeugen somit die beiden Speisevorrichtungen entgegengesetzte Spannungen.

Mit der Speisevorrichtung A steht eine Beruhigungsschaltung in Verbindung, welche durch einen Widerstand 11 und zwei Kondensatoren 12 und 12' gebildet wird. Infolgedessen besitzt der Punkt D gegenüber dem Punkt C eine beruhigte, d. h. von allen Wechselstromkomponenten befreite, positive Gleichspannung. Die Speisevorrichtung B wirkt mit zwei Beruhigungsschaltungen zusammen, deren eine aus der Drosselspule 7 und zwei Kondensatoren 8 und 8' und deren andere aus zwei Widerständen 9 und 9' und zwei Kondensatoren 10 und 10' bestehen. Es ist somit die Gleichspannung des Punktes E wieder positiv gegenüber derjenigen des Punktes D.

Aus der Abb. 2 ergibt sich, daß das eine Ende des Kopplungswiderstandes 1 im Anodenkreis der Röhre I mit dem Punkt E verbunden ist, so daß zwischen diesem Punkt £ und der Kathodenseite der Röhre I eine der Summe der Spannungen der beiden Speisevorrichtungen A- und B entsprechende Speisespannung vorhanden ist. Der Widerstand 13 und der zu ihm parallel geschaltete Kondensator 14 in der Kathodenanschlußleitung der Röhre I dienen in an sich bekannter Weise dazu, dem Gitter dieser Röhre selbsttätig die erwünschte negative Gittervorspannung zuzuführen.

Betrachtet man die Röhre II, so ergibt sich, daß diese zwischen der Kathode und dem Ausgangsübertrager 16 eine nur von der Speisevorrichtung B gelieferte und durch diese gegebene Speisespannung erhält. Die Anodenzuleitung 18 ist hinter der ersten Beruhigungsschaltung 7, 8, 8' mit dem Ausgangskreis der Speisevorrichtung B verbunden; die Beruhigungsschaltung9, 9', 10, 10' beeinflußt somit nur den Anodenstrom der Röhre I. Der Sinn dieser Schaltung soll weiter unten näher erläutert werden.

Bei der Betrachtung der Spannungsverteilung über die ganze Verstärkeranlage sieht man, daß die Kathode der Röhre II gegenüber derjenigen der Röhre I eine positive Spannung führt, die der Spannung der Speisevorrichtung A ungefähr gleich ist. Die negative Gittervorspannung der Röhre II wird dadurch erhalten, daß im Kopplungswiderstand ι ein derartiger Spannungsabfall auftritt, daß das Potential der Röhre 1 etwas niedriger als das der Kathode der Röhre II bzw. das des Verbindungspunktes 2 der beiden Speisevorrichtungen A und B ist. Das Schirmgitter der Röhre I wird nur von der Speisevorrichtung A gespeist und nimmt durch den Spannungsabfall im Widerstand 19 ein Potential ah, das wieder etwas niedriger als das Anodenpotential dieser Röhre ist.

Die obenerwähnte Schaltung bewirkt, daß sowohl die Röhre I als die Röhre II eine Speisespannung erhalten, welche unter den für diese Röhren gegebenen speziellen Umständen ein Optimum der Verstärkung gewährleistet.

Da die erste Röhre infolge des Kopplungswiderstandes ι nur sehr wenig Strom aus der Reihenschaltung der beiden Speisevorrichtungen A und B aufnimmt, ist die Speisevorrichtung A nur sehr wenig belastet; sie braucht somit nur auf eine geringe Leistung gemessen sein, was dem Wirkungsgrad der ganzen Anlage zugute kommt. Weiter wird die von der Speisevorrichtung^ gelieferte Gleichspannung dem Scheitelwert der in der Sekundärwicklung des Transformators 3 erzeugten Spannung ungefähr gleich sein. Durch diese hohe Spannung ist man in der Lage, den Kopplungswiderstand 1 in geeigne-

ter Weise der Röhre I anzupassen. Wie bereits bemerkt, entsteht dadurch eine hohe Verstärkung, wobei die Röhre doch eine hinreichende Spannung erhält, um im geradlinigen Teil ihrer Kennlinie arbeiten zu können, wo die zulässige Amplitude der Steuerspannung einen hohen Wert aufweist. Andererseits steht die ganze Spannung der schwerer zu bemessenden Speisevorrichtung B der ίο Röhre II zur Verfügung, so daß auch die charakteristischen Eigenschaften dieser Röhre vollständig ausgenutzt werden können.

Selbstverständlich ist es nicht unbedingt notwendig, für die Röhre I eine Schirmgitterröhre und für die Röhre II eine Dreielektrodenröhre zu wählen.

Andere Röhrentypen lassen sich mit gleichem Erfolg verwenden.

Die Speisevorrichtung B ist aus dem Grunde mit zwei Beruhigungsschaltungen ausgestattet, weil die Praxis ergeben hat, daß der Speisestrom der Röhre I in der Regel besser als derjenige der Röhre II beruhigt werden soll. Man erreicht dies dadurch, daß der gebräuchliehen Beruhigungsschaltung 7,8,8' der Speise- _, vorrichtung für die Endröhre II noch eine zweite Beruhigungsschaltung 9, 9', 10, 10' zugeordnet wird. Wie sich aber nachher aus Abb. 3 ergeben wird, ist die Reihenschaltung der beiden Beruhigungsschaltungen nicht unbedingt erforderlich.

Abb. 3 stellt eine etwas abgeänderte Schaltungsanordnung des direkt gekoppelten Verstärkers nach der Erfindung dar, bei der in der Ausbildung der beiden Speisevorrichtungen eine Vereinfachung vorgenommen worden ist, durch die die Kosten der Anlage herabgesetzt werden^ Die Wirkung stimmt im übrigen vollständig mit derjenigen der Anlage nach Abb. 2 überein.

Im Falle der Abb. 3 sind die beiden Gleichrichter 5 und 6 mit der Sekundärwicklung desselben Transformators 4 verbunden. Es sind somit die beiden Speisevorrichtungen A ⁴S und B gewissermaßen miteinander vereinigt, wodurch ein Transformator erspart wird. Die geringe Belastung des Gleichrichters 5 zur Speisung der Röhre I macht diese Abänderung ohne weiteres möglich. Um die von So diesem Gleichrichter gelieferte Spannung innerhalb bestimmter Grenzen regeln zu können, ist zwischen dem Gleichrichter und der Sekundärwicklung des Transformators 4 ein Anzapf schalter vorgesehen.
Die Schaltungsanordnung nach Abb. 3 weicht weiter von derjenigen nach Abb. 2 darin ab, daß die beiden Beruhigungsschaltungen des Teiles A der kombinierten Speisevorrichtung nicht hintereinander-, sondern ^eo nebeneinandergeschaltet sind. Der Anodenstrom der Röhre II wird nur von der Drosselspule 7 und den Kondensatoren 8, 8', der Strom zur Speisung der Röhre I dagegen von der Beruhigungsschaltung 9, g', 10, 10' in Vereinigung mit dem Kondensator 8 beeinflußt. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß der durch den Anodenstrom der Röhre II in der Drosselspule 7 auftretende Spannungsabfall nicht von der für die Röhre I bestimmten Speisespannung subtrahiert wird.

Bei den Schaltungen nach der Erfindung wird zweckmäßig der Verbindungspunkt der beiden Speisestromquellen an Erde gelegt. Es entsteht dadurch der Vorteil, daß die 'gegen Erde auftretende Maximumspannung herabgesetzt wird. Unbedingt notwendig ist diese Wahl der Erdverbindung aber nicht. Man kann die Erdverbindung auch in üblicher Weise an der Kathode der Röhre 1 vorsehen.

Wenn der Verbindungspunkt der beiden Speisevorrichtungen geerdet wird, ist es selbstverständlich notwendig, den Eingangskreis des Verstärkers von den etwaigen vorhergehenden Verstärkerstufen oder anderen Einrichtungen zu isolieren, was beispielsweise durch Anwendung eines Eingangstransformators erfolgen kann.

Sowohl in Abb. 2 wie in Abb. 3 ist die Speisung der Kathoden der Verstärker- bzw. Gleichrichterröhren nicht dargestellt, da diese keinen Teil der Erfindung bildet.

Es ist klar, daß die Röhre I nicht nur als Verstärker, sondern auch als Detektor wirken kann.

Auch ist es selbstverständlich, daß sich die oben erläuterten Schaltungsanordnungen, soweit es die Gleichrichter anbelangt, auch doppelt wirkend ausbilden lassen. In der Regel wird eine solche Ausbildung nur bei Anwendung sehr großer Leistungen Zweck haben. Infolge der sehr hohen Spannungen, mit denen die Anlage nach der Erfindung im Gegensatz zu den bekannten Schaltungen arbeitet, reichen die verwendeten Beruhigungskondensatoren in den meisten Fällen vollständig aus, um auch mit Einfachgleichrichtern eine genügende Beruhigung herbeizuführen..

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Aus dem Netz gespeister, aus zwei no Röhren bestehender, direkt gekoppelter, elektrischer Verstärker, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung des Anodenkreises der ersten Röhre eine erheblich höhere Spannung als zur Speisung des 11 ϊ . Anodenkreises der zweiten Röhre zur Verfügung steht und daß außer dem für beide Röhren gewöhnlich vorhandenen Anodenspannungsspeisegerät (Netzanschlußgerät) ein zusätzliches Speisegerät (Netzanschlußgerät) vorgesehen ist, welches der zweiten Röhre keine Energie liefert, dessen Span-

   nung aber für die erste Röhre zu derjenigen des anderen Speisegerätes addiert wird.
2. 2. Verstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß hinter das für beide Röhren vorgesehene Anodenspannungsgerät zwei Beruhigungsschaltungen eingeschaltet sind, deren eine nur zur Beruhigung des Anodenstromes der ersten Röhre und deren andere entweder nur zur Beruhigung des Anodenstromes der zweiten Röhre oder des Anoden stromes beider Röhren dienen.
3. 3. Verstärker nach Anspruch 1, unter Anwendung einer Schirmgitterröhre als erste Röhre, dadurch gekennzeichnet, daß das Schirmgitter dieser Röhre über einen Widerstand mit dem Verbindungspunkt der beiden Speisegeräte verbunden ist. "
4. 4. Verstärker nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Speisegeräte mit je einem Gleichrichter ausgestattet sind, welche im entgegengesetzten Sinne an derselben Seite der Sekundärwicklung eines Speisetransformätors angeschlossen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen