DE638863C - Verfahren zum Betreiben von in Gegentakt geschalteten Entladungsroehren - Google Patents

Description

Bei elektrischen Verstärkern, insbesondere bei Endverstärkern, ist man aus wirtschaftlichen Gründen bestrebt, den Wirkungsgrad der Gleichstrom -Wechselstrom - Umformung soweit wie möglich zu steigern und die Belastung der dabei verwendeten Verstärkerröhren möglichst zu beschränken.

Bei Gegentaktverstärkern versuchte man, dieses Ziel durch Einstellung auf den unteren gekrümmten Teil der Kennlinie zu erreichen. Der im Ruhezustand aufgenommene Anodenstrom und damit auch die Belastung der Röhren, insbesondere der Anoden, wird dadurch herabgedrückt,

Bei diesem Verfahren tritt aber durch die Krümmung der Kennlinien eine Verzerrung ein, die man durch Einstellung in einen derartig gekrümmten Teil, in dem die Steilheit durchschnittlich die Hälfte der des linearen Teils der Kennlinie ist, aufzuheben oder wenigstens zu vermindern versucht hat. Auch diese Maßnahme hebt die Verzerrung aber nur teilweise auf. Die Verzerrung infolge der Abweichung bei zunehmenden Werten der Gitterspannung kann nämlich durch die Abweichung bei abnehmenden Werten der Gitterspannung nicht vollständig beseitigt werden. Außerdem können aufeinanderfolgende, entgegengesetzt gerichtete nichtlineare Verzerrungen einander nicht aufheben, wenn zwischen ihnen Phasenverschiebungen vorhanden sind.

Bis jetzt ist noch kein Gegentaktsystem bekannt, mit dem es durch Verwendung von auf einen niedrigen Wert des Anodenstromes eingestellten Röhren ohne Gefahr von Verzerrungen durch gekrümmte Teile der Kennlinien möglich ist, mehr Energie in jeder Röhre sowie einen besseren Wirkungsgrad zu erhalten als bei Einstellung in der Mitte der Kennlinie.

Gemäß der Erfindung werden bei einer Gegentaktschaltung die Röhren am unteren Ende des geradlinigen Teiles ihrer Kennlinien eingestellt, wobei den Steuerorganen der Röhren nicht nur gegenphasig die normale sinusförmige Steuerspannung, sondern auch gleichphasig eine durch Vollweggleichrichtung gewonnene, nicht abgeglättete Hilfsspannung derart zugeführt wird, daß beim Betriebe der Röhren gekrümmte Teile der Kennlinien vermieden werden, und die von den Ausgangskreisen der Röhren aus der Speisequelle (Anodenstromquelle) aufgenommene Energie unter dem unteren Ende des geradlinigen Teiles der Kennlinie wird dabei derjenige Teil verstanden, der bei Zuführung einer Steuerspannung mittlerer Amplitude noch keine wesentliche Verzerrung verursacht.

Für das neue Verfahren ist der Vorteil wesentlich, daß die Röhren immer auf line-

aren Teilen ihrer Kennlinie arbeiten können und daß"" trotzdem unter dem Einfluß der Steuerung" die durch die Schaltung aufgenommene Energie" steigt.' Diese Zunähme ist um/ so größer, je stärker die Steuerung wird u^ä je mehr Energie also erforderlich ist, so ctaäf ^ die von jeder Gegentaktröhre abgegebene-Energie sehr groß sein kann und der Wirkungsgrad auch bei schwacher Steuerung wesentlich besser ist als bei den bisher bekannten Systemen.

Es ist bereits eine Gegentaktschaltung der oben gekennzeichneten Art mit Einstellung der Röhren auf den unteren gekrümmten Teil ■s ihrer Kennlinien bekannt, bei der zwecks Vermeidung von Verzerrungen, die anscheinend dadurch entstehen können, daß die Steilheit der einzelnen Kennlinien in der Nähe des Nullpunktes zu groß ist, wodurch Unstetigkeiten in der resultierenden Kennlinie der Gegentaktschaltung entstehen können, die negativen Halbwellen der j eder einzelnen Röhre zugeführten Steuerspannung durch eine Vorverzerrung (ζ. B, durch nicht lineare Verstär^a5 ker oder Gleichrichter) gegenüber den positiven Halbwellen so herabgesetzt wird, daß sie nicht den Wert erreichen, bei dem der Anodenstrom Null wird. Dabei kann die Herabsetzung der negativen Halbwellen bis zur völligen Unterdrückung dieser Hälbwellen führen.

Die Erfindung weicht von diesem Vorschlag dadurch ab, daß sie nicht die Verzerrung durch" das Durchlaufen des NuIlpunktes der Anodenstromkennlinien der einzelnen Röhren vermeidet, sondern die Verzerrung durch das Durchlaufen von gekrümmten Teilen der Kennlinien überhaupt. Dementsprechend wird erfindungsgemäß im Gegensatz zu der bekannten Schaltung nicht auf den gekrümmten Teil der Kennlinien, sondern am unteren Ende des geradlinigen Teiles der Kennlinien eingestellt.

•Weiter erfolgt erfindungsgemäß nicht ein +5 Unterdrücken der negativen Halbwellen der Steuerspannung durch Vorverzerrung, sondern ein Kompensieren dieser 'Halbwellen durch eine geeignete Hilfsspannung. Jede einzelne Röhre erhält eine rein sinusförmige Steuerspannung und außerdem eine Hilfsspannung, die durch Vollweggleichrichtung gewonnen ist und in nicht abgeglätteter Forin der Röhre zugeführt wird.

Durch dieses Verfahren entsteht dem Bekannten gegenüber ein wesentlicher Vorteil, da die durch Vollweggleichrichtung erzeugten Hilfsspannungen in gleicher Phase den beiden Gegentaktröhren zugeleitet werden, so daß eventuelle Verzerrungen, die durch die Gleichrichtung auftreten können, sich im Ausgangskreis des Gegentaktverstärkers nicht j auswirken. Die Gleichrichtung hat keine zusätzlichen Verzerrungen zur Folge, die den .Betrieb der Gegentaktsehaltung als Ganzes ■„.,i|ören können.

: ^En den gemäß der Erfindung betriebenen ■: .-jite&nren steuern infolge der Kompensierung |&er negativen Halbwellen nur positive Halbwellen die Röhren an, so daß bei jeder Röhre lediglich der oberhalb des Arbeitspunktes liegende Teil der Kennlinie durchlaufen wird. Die Erfindung kann auch bei Röhren Anwendung finden, die mit magnetischer Steuerung oder kombiniert elektrischer und magnetischer Steuerung mit Elektronenströmen oder Ionenströmen oder mit beiden arbeiten, im allgemeinen bei allen Arten evakuierter oder gasgefüllter Entladungsröhren oder Vorrichtungen mit einem oder mehreren Steuerorganen und einer oder mehreren Ausgangselektroden.

Die durch Gleichrichtung gewonnene Hilfsspannung kann sowohl von der Eingangsseite wie von der Ausgangsseite der Gegentaktschaltung herrühren. Letztere Methode hat ⁸S im allgemeinen den Vorteil, da an der Ausgangsseite der Schaltung mehr Energie zur Verfügung steht.

Im folgenden soll die Erfindung für den Fall erläutert werden, daß' Entladungsröhren mit Glühkathode und elektrischer Steuerung in Hochvakuum verwendet werden, wie sie in der Technik j etzt allgemein gebräuchlich sind. In der Zeichnung sind als Beispiel zwei Schaltungen' zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.

In Abb. ι sind die beiden Gegentaktröhren mit ι und 2 bezeichnet. Die Gitter dieser Röhren sind mit je einem Ende der Sekundärwicklung 5 des Eingangstransformators 11 i°° verbunden. Von dieser Wicklung erhalten die beiden Gitter eine rein sinusförmige Steuerspannung. Zur Einstellung der beiden Röhren auf das untere Ende des geradlinigen Teiles ihrer Kennlinien dient die Spannungsquelle ">5 13. Zwischen dieser- Spannungsquelle und dem Mittelpunkt der Transformatorwicklung 5 ist ein Widerstand 17 vorgesehen. An diesem Widerstand wird mit Hilfe der weiteren Sekundärwicklung 7 und des Vollweggleichrich- no ters 3, 4 eine doppelt gleichgerichtete Spannung erzeugt, deren Richtung derjenigen der Spannungsquelle 13 entgegengesetzt ist. Wenn man nun dafür sorgt, daß die Amplitude der Spannung, welche von j eder Hälfte der Transformatorwicklung 5 erzeugt wird, und die Amplitude der doppelt gleichgerichteten Hilfsspannung, welche am Widerstand 17 entsteht, einander gleich sind, so wird dadurch erzielt, daß die Spannung an jedem der beiden Gitter nur aus Halbwellen positiver Richtung besteht. Die Gitter der beiden

Röhren erhalten in gleicher .Phase eine doppelt gleichgerichtete Hilfsspannung. Beide Röhren werden nur von positiven Halbwellen angesteuert, so daß gekrümmte Teile der Kennlinien vermieden werden und die von den Anodenkreisen aus der Anodenstromquelle 14 aufgenommene Energie unter dem Einfluß der Steuerung zunimmt.

Ähnliche Verhältnisse lassen sich erzielen, indem man die Hilfsspannung gemäß Abb. 2 nicht von der Eingangsseite, sondern von der Ausgangsseite der Gegentaktschaltung ableitet.

In dieser Abbildung ist mit der Sekundär-'5 wicklung des Ausgangstransformators 10 die Primärwicklung eines Hilfstransformators 6 in Reihe geschaltet. Der Strom durch diesen Transformator kann durch Einstellung des Widerstandes 21 geregelt werden. Die Sekundärwicklung des Transformators 6 speist einen Vollweggleichrichter 3, 4, und die dann sich ergebende doppelt gleichgerichtete Hilfsspannung wird dem Widerstand 17 im gemeinsamen Teil der Gitterkreise der beiden Gegentaktröhren 1 und 2 zugeführt, genau so wie es in Abb. 1 der Fall ist. Auch hier erzielt man, daß den Gittern der Röhren 1 und 2 nur positive Halbwellen zugeführt .werden, die jede Wirkung auf gekrümmte Teile der Kennlinien verhindern.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Hilfsspannung nicht unmittelbar auf die Gitter der Gegentaktröhren einwirken zu lassen, sondern unter Zwischenschaltung von einer oder mehreren Vorverstärkerstufen z. B. dadurch zuzuführen, daß sie in die Gitter- oder Anodenkreise dieser Verstärkerstufen eingeführt wird. Auch kann man vor der Gleichrichtung eine Verstärkung der der Eingangs- oder der Ausgangsseite der Gegentaktschaltung entnommenen Spannung vornehmen oder die Gleichrichtanordnung mit einer Verstärkerstufe vereinigen. Auf jeden Fall muß aber dafür gesorgt werden, daß die Gleichspannungskomponenten, die durch die Gleichrichtung entstehen, tatsächlich auch die Gitter der Gegentaktröhren erreichen. Sonst tritt die erfmdungsgemäße Wirkung nicht ein. Die Verbindung der für die Gleichrichtung benutzten Elemente mit den Gitterkreisen der eigentlichen Gegentaktröhren geschieht daher gemäß der Erfindung immer galvanisch und nicht induktiv (z. B. über Transformatoren) oder kapazitiv (z. B. über Gitterkondensatoren).

Für die Gleichrichtung kann jedes geeignete Gebilde mit asymmetrischer Leitfähigkeit benutzt werden.

Das Anwendungsgebiet der Erfindung liegt augenblicklich wohl hauptsächlich auf dem Gebiet der Endverstärkung, bei der als Belastungsimpedanz z. B. ein zu modulierender oder zu speisender Hochfrequenzoszillator, Lautsprecher oder andere derartige elektroakustische Einrichtungen direkt oder unter Zwischenschaltung von Telephonleitungen usw. dienen kann.

Auch für Zwischenverstärkung, bei der die Belastungsimpedanz z. B. durch den Gitterkreis eines folgenden Verstärkers gebildet wird, kann die Erfindung angewendet werden, insbesondere, wenn dabei ziemlich große Energiemengen benötigt sind; weiter im allgemeinen für alle Zwecke, bei denen Verstärkung angewendet wird.

Obwohl die vorangehenden Auseinandersetzungen der Deutlichkeit wegen auf die Anwendung von Verstärkerröhren in der eigentlichen Gegentaktschaltung beschränkt wurden, kommt das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip nicht nur für Verstärkerröhreii in Frage, sondern auch für Gegentaktschaltungen von Oszillatoren, Modulatoren, Detektoren und anderen Einrichtungen, wobei das Maß der Energieumsetzung durch eine Steuerwirkung nach einer Kennlinie beeinflußt wird, die aus einem hauptsächlich geraden durch gekrümmte Teile begrenzten Teil besteht, und bei der die Anwendung der gekrümmten Teile aus dem einen oder anderen Grunde unerwünscht ist.

Im allgemeinen läßt sich noch folgendes sagen:

Wie bekannt, kann es bei Gegentaktschaltungen zur Vermeidung von parasitären Erscheinungen erwünscht sein, die Transformatorwicklungen mit Hilfe von Widerständen zu dämpfen.

Bei Anwendung von Gegentaktröhren mit Gleichrichtern können diese und die eigentliehen Gegentaktröhren (evtl. mit noch anderen Teilen, z. B. Widerständen) in einem gemeinsamen Glasgefäß vereinigt werden, so daß z. B. ein mehr zusammenhängendes Ganzes gewonnen wird, ohne daß von dem Prin- tos zip der Erfindung auch nur im geringsten abgewichen wird.

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Betreiben von in Gegentakt geschalteten Entladungsröhren, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren am unteren Ende des geradlinigen Teiles ihrer Kennlinien eingestellt werden und daß den Steuerorganen der Röhren nicht nur gegenphasig die normale sinusförmige Steuerspannung, sondern auch gleichphasig eine durch Vollweggleichrichtung gewonnene, nicht abgeglättete Hüfsspannung derart zugeführt wird, daß beim Be- ■ trieb der Röhren gekrümmte Teile der

   Kennlinie vermieden werden und die von den Ausgangskreisen aus der Speiseqüelle (Anodenstromquelle) aufgenommene Energie unter dem Einfluß der Steuerung zunimmt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die HilfsSpannung durch Gleichrichtung einer der Eingangsseite oder der Ausgangsseite der Gegentaktschaltung entnommenen Spannung gewonnen wird.
3. 3. Gegentaktschaltung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Gleichrichtanordnung, die den Steuerorganen der beiden Röhren eine Hiifsspannung zuführt, durch die die negativen Anteile der Steuerspannungen kompensiert werden.
4. 4. Gegentaktschaltung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Vollweggleichrichter, dessen abgelieferte Hiifsspannung mit den S teuer spannungen der beiden Röhren gemeinsam in Reihe geschaltet ist.
5. 5. Gegentaktschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtanordnung wechselstromseitig mit der Eingangs- oder der Ausgangsseite der Gegentaktschaltung in Verbindung steht.
6. 6. Gegentaktschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtanordnung mit einer Verstärkerstufe vereinigt ist oder daß ihr eine oder mehrere Verstärkerstufen vor- oder nachgeschaltet sind.
7. 7. Gegentaktschaltung nach Anspruchs, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromseite der Gleichrichtanordnung mit den Steuerorganen der beiden Röhren galvanisch verbunden ist.

   Hierzu r Blatt Zeichnungen