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Kaskaden-Gegentaktverstärker in B-Schaltung Um die Leistung von Endverstärkern
zu erhöhen, werden in letzter Zeit vielfach die sogenannten B-Schaltungen verwendet.
In diesen Schaltungen werden die Röhren nicht mit mittlerem Ruhestrom betrieben,
sondern der Ruhestrom der Röhre, d. h. der Strom, der sich einstellt, wenn die Röhre
keine Wechselstromleistung abgibt, ist praktisch Null. Jede Röhre überträgt daher
nur eine Halbwelle. Der Verstärker muß daher in Gegentaktschaltung gebaut werden.
Zur Erhöhung der Leistung ist es bei B-Verstärkern vorteilhaft, die Röhren bis weit
ins Gebiet positiver Gitterspannungen hinein zu steuern. Da hierbei während eines
Teiles der Viertelperiode der Gitterstrom Null ist und während des anderen Teiles
mehr oder weniger nicht linear ansteigt, treten Verzerrungen auf. Aufgabe der Schaltung
gemäß der Erfindung ist, die so entstehenden Verzerrungen zu verringern bzw. zu
vermeiden.
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Benutzt man B-Verstärkerstufen in Kaskadenschaltung, bei der zwei
oder mehr Röhren in das positive Gebiet gesteuert werden, so muß der Anodenstrom
der vorhergehenden Röhre den Gitterstrom der folgenden Röhre mitliefern. Bei der
Kopplung dieser Stufen über Transformatoren, die zur Erzeugung der beiden um r8o°
phasenverschobenen Spannungen an den beiden Gittern der folgenden Kaskade häufig
benutzt werden, werden infolge der Streuinduktivitäten zwischen den Teilwicklungen
dadurch, daß während eines Teiles der Viertelperiode kein Gitterstrom, während des
anderen Gitterstrom fließt, Verzerrungen hervorgerufen. Diese Verzerrungen sind
weitaus größer als die bekannten Verzerrungen bei einem üblichen Verstärker in A-Schaltung,
der mit mittlerem Ruhestrom arbeitet. Es ist daher notwendig, die Streuinduktivitäten
der Teilwicklungen der Zwischenübertrager so klein wie nur möglich zu machen. Dieses
Verfahren bedingt sehr sorgfältig gebaute und damit teure Übertrager.
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Gemäß der Erfindung wird daher vorgeschlagen, zur Vermeidung von Transformatoren
und der dadurch unter Umständen auftretenden Verzerrungen eine unmittelbare Kopplung
der einzelnen Stufen vorzunehmen, und zwar in der Weise, das immer zwei aufeinanderfolgende
Stufen geschlossene Stromkreise ergeben, mit anderen Worten, im Umlauf weisen der
Gitterstrom der folgenden und der Anodenstrom der vorhergehenden Röhre gleiche Richtung
auf.
An Hand der Abbildungen sollen die-Vorteile des Erfindungsgegenstandes
nachstehend näher erläutert werden.
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Die Röhren s und 2 sind über den Eingangstransformator 5 zu einer
Gegentaktstufe. zusammengefaßt. Die beiden Röhren arbeiten vom unteren Knick ihrer
Kennlinien, d. h. jede Röhre verstärkt eine Halbwelle der zu übertragenden Wechselspannung.
Die Röhren 3 und 4 sind ebenfalls zu einer Gegentaktstufe in B-Schaltung zusammengefaßt.
Die Röhren 3 und 4 sollen in das positive Gebiet der Gitterspannungen gesteuert
werden, so daß in diesen Röhren Gitterstrom fließt. Die Ausgangskreise dieser Röhren
sind über einen Gegentakttransformator 6 mit dem Verbraucher 7, beispielsweise einem
Lautsprecher, abgeschlossen.
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Werden, wie dies in der Abb: i veranschaulicht ist, die beiden Stufen
durch den übertrager 8 miteinander verbunden, so entstehen durch die Streuinduktivität
zwischen den Teilwicklungen des Transformators dadurch nicht lineare Verzerrungen,
daß bei Vorhandensein einer bestimmten Streuung die beiden Halbwellen sich nicht
mehr zu der gewünschten resultierenden Welle zusammensetzen. So entstehen in den
Übergängen zusätzlich höhere Hgrmonische von beträchtlicher Amplitude, die den Klirrfaktor
erhöhen.
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Die Gegentaktstufe in B-Schaltung ist aufzufassen als ein Gleichrichter,
der bei Transformatörkopplung über eine Induktivität, die Streuinduktivität des
Transformators, an die E'IWK angeschlosser@ ist. Es ergeben sich dadure folgende
Strom- und Spannungsverhältnisse. Es sei angenommen, daß die EMK Sinusform besitzt.
Wären nun lediglich Ohmsche Widerstände in dem Kreis-- vorhanden, so würde der Strom
während der leitenden Halbwelle, während der die Gitterkathodenstrecke einen bestimmten
Ohmschen Widerstand darstellt, einen der EMK ähnlichen Verlauf besitzen. Während
der nichtleitenden Halbwelle ist der Widerstand der Gitterkathodenstrecke unendlich,
so daß der Strom während dieser Zeit praktisch Null und damit die volle EMK vorhanden
ist. Infolge der Streuinduktivität ändern sich diese Verhältnisse jedoch wesentlich.
Der Strom wird letwas später Null, und die zwischen Gitter und Kathode herrschende
Spannung I - R, wo R der Widerstand der Gitterkathodenstrecke ist, wird ebenfalls
später Null. Von dem Nullpunkt an ist der Widerstand der Gitterkathodenstrecke unendlich,
und da nun wieder die volle Spannung der EMK, die dem durch die. Induktivität verzögerten
Strom vorausgeeilt war, an dieser Strecke liegt, ergibt sich ein Sprung in ader
zwischen Gitter und Kathode herrschenden Spannung. Dieser Sprung ist die eigentliche
Ursache der außerordentlich hohen Verzerrungen, die bei B-Verstärkern auftreten
können.
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Ein solcher Sprung wird vermindert, wenn die in Serie mit der Gitterkathodenstrecke
liegende Indukt@vität, d. h. also die Streuung, sehr klein gemacht wird. Dieser
Sprung wird überhaupt vermieden, wenn man von einer Verkettung über Induktivitäten
und Magnetfelder ganz absieht, also eine unmittelbare Kopplung verwendet. Man muß
dann dafür Sorge tragen, daß Gitterwechselstrom und Anodenwechselstrom einen geschlossenen
Stromkreis durchfließen, wie dies bei der Schaltung gemäß der Abb.2 der Fall ist.
Gegenüber der Schaltung nach Abb. i sind die Röhren i und 2 mit ihren Kathoden und
Anoden umgetauscht worden. Das wechselstrommäßige Erdpotential dieser Stufe liegt
jetzt nicht an- der Kathode, sondern an der Anode:, während die Kathode gegen Erde
die Potentialschwankungen aufweist. Da der Gitterstrom von Gitter nach Kathode fließt,
können die Anoden der vorhergehenden Röhren i und 2 unmittelbar mit den Kathoden
der folgenden Röhren 3 und 4 verbunden werden, während die Gitter der Röhren 3 und
4 an die Kathoden der Röhren i und 2 angeschlossen sind. Bei dieser Schaltung ist
es notwendig, getrennte Anodenspannungen zu verwenden. Bei den B-Verstärkern mit
Netzanschluß bedingt dies aber keinen wesentlichen Mehraufwand. Während in der Schaltung
nach Abb. i die Batterien nicht eingezeichnet sind, da Abb. i ja eine übliche Gegentaktschaltung
darstellt, sind in Abb.2 die Anodenbatterien beider Stufen mit 9 und io und die
Gittervorspannungen mit i i, i i' und i2 bezeichnet. 13 und 14 stellen die beiden
Wicklungen einer Doppeldrossel dar, die die Zuführung der Anodenspannungen an die
Röhren i und 2 ermöglicht. .
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Würde man an diesen Verstärkern noch eine weitere Stufe in B-Schaltung
mit Aus= steuerung ins positive Gitterspannungsgebiet einschalten, so würden erfindungsgemäß
zur Vermeidung von Koppelelementen die Kathoden der Röhren 3 und 4 mit den Gittern
der folgenden Röhren verbunden werden, während die Anoden der Röhren 3 und 4 mit
den Kathoden der folgenden Röhren zu verbinden sind. Diese Verbindung muß in dieser
Reihenfolge geschehen, da der Anodenstrom der Röhren 3 und 4 dieselbe Richtung haben
muß wie der Gitterstrom in den folgenden Röhren, was zur Erzielung eines geschlossenen
Stromkreises erforderlich ist.
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Es sind bereits Schaltungsanordnungen bekanntgeworden, biei denen
der Gitterstrom der Endröhre durch den Anodenstromkreis der Steuerröhre fließt.
Bei dieser Schaltung,
die nicht im B-$etrieb arbeitet, werden besondere
Röhren, die sogänannten Triple-Twin-Röhren, benutzt. Die besonderen Röhren sind
erforderlich, weil das nichtlineare Kennlinienfeld der Steuerröhre zur Kompens.ierung
der durch das. Fließen des Gitterstromes der Endröhre auftretenden nicht linearen
Verzerrungen benutzt wird und zu diesem Zweck das Anodenkennlinienfeld der Vorröhre
an das Gitterkennlinienfeld der Endröhre angepaßt werden muß, was in bester Annäherung
durch Einbau beider Röhren in einen. Kolben und entsprechender Bemessung der Elektroden
erzielt werden kann. Demgegenüber' arbeitet die Schaltung gemäß der Erfindung mit
handelsüblichen Röhren und hat dabei noch den Vorteil, daB nicht lineare Verzerrungen
noch stärker herabgesetzt werden.