DE678546C - Gegentaktverstaerker - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Gegentaktverstärker, insbesondere zur Verstärkung • von niederfrequenten Strömen. Die Erfindung besteht darin, daß die Eingangsspannung zwischen den beiden Kathoden der in Gegentakt arbeitenden Röhren vorzugsweise von ■der Sekundärspule eines Eingangstransformators her zugeführt wird und daß die Steuergitter der beiden Röhren mit der Kathode der jeweils anderen Röhre über eine gleichstromleitende Impedanz verbunden sind, deren Widerstandswert groß ist gegenüber dem Widerstand der Entladungsstrecke zwischen Gitter und Kathode bei· positiver Gitterspannung. Die Anodenkreise der beiden Röhren sind dabei derart mit einem gemeinsamen Ausgangskreis gekoppelt, daß sich ihre Wirkungen bezüglich der zugeführten Wechselspannung addieren.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es für Gegentaktverstärker wichtig ist, die beiden Gegentaktröhren einander bezüglich ihrer Kennlinien genau anzugleichen und auch die Schaltelemente genau symmetrisch auszubilden und Verzerrungen durch auftretende Gitterströme zu unterbinden.

Die gesamte dem Verstärker zugeführte Spannung liegt in jedem Augenblick an derjenigen Röhre, deren Gitter gerade negativ geladen ist, während bei der Röhre mit gerade positivem Gitter nur ein verschwindend geringer Teil der Signalspannung auf die Gitterkathodenstrecke entfällt, weil die als leitend anzusehende Gitterkathodenstrecke in Reihe mit einem hohen Widerstand liegt, der einen großen Spannungsabfall verursacht. Die Röhre mit dem jeweils positiven Gitter, die eine Schwingung nur mit Verzerrung wiedergeben könnte, ist daher unwirksam. Es ist an sich bekannt, daß beim Auftreten eines Gitterstroms die übertragenen Schwingungen einer Röhrenschaltung, soweit sie in das positive Gebiet hineinragen, unterdrückt werden. Man hat von dieser Tatsache z.B. bei Modulationsschaltungen Gebrauch gemacht, um die Trägerwelle zu unterdrücken. Bei diesen Schaltungen wurden aber die Trägerschwingungen der Röhrenanordnung nicht im Gegentakt, sondern im Gleichtakt zugeführt und die niederfrequente Modulationsspannung im Gegentakt.

Es sind auch schon Gegentaktschaltungen bekanntgeworden, bei welchen die beiden Gitter der Röhren über die Eingangskopplungsspule miteinander verbunden waren und bei denen durch Anschluß des einen Gitters über einen Vorschaltwiderstand an eine Batterie den beiden Gittern eine negative Vor-

spannung aufgedrückt wurde. Die bei diesen Anordnungen angewandte Maßnahme hat zur Folge, daß der Arbeitspunkt im negativen Gebiet, insbesondere am unteren Knick der Kennlinie liegt, so daß die negativen Halbwellen unterdrückt und nur die positiven wirksam werden, aber nur so weit, als ihre Spitzen nicht den Wert der negativen Vorspannung überschreiten. Tritt dies dennoch ίο ein, so· werden auch die positiven Spitzen noch abgeschnitten infolge der Wirkung des im Gitterkreis liegenden Widerstandes. Diese Schaltung hat nicht die Wirkung, daß bei auftretendem Gitterstrom Verzerrungen vermieden werden, sondern bildet nur eine Sicherheitsmaßnahme für die Röhre, um zu hohe Anodenströme zu verhindern. Verzerrungen werden im Gegenteil gerade dann eintreten, wenn die Wechselspannungen so groß werden, daß ihre Spitzen in das Gebiet der positiven Gitterspannung hineinragen, was bei der bekannten Schaltung auch durch eine besondere Anzeigevorrichtung angezeigt wird. Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, Gegentaktröhren in genauer Symmetrieschaltung mit in den Gitterkreis eingeschalteten Widerständen derart auszubilden, daß die Eingangsspannung jeweils mit ihrem überwiegenden Teil an demjenigen Gitter wirksam war, .welches durch die Eingangsspannung in negativem Sinne beeinflußt wurde, während nur ein verschwindend kleiner Teil auf die Röhre mit positivem Steuergitter entfällt. Bezüglich der Eingangsspannung lagen dabei die beiden Gitterkathodenstrecken der Gegentaktröhren hintereinander. Demgegenüber schlägt die vorliegende Erfindung eine Anordnung vor, bei welcher ebenfalls die Röhre mit dem gerade positiven Gitter unwirksam ist und nur die Röhre, welche negative Steuerspannungen erhält, wirksam ist. Die Schaltung ist hierbei aber so getroffen, daß die beiden Gitterkathodenstrecken nicht hintereinandergeschaltet sind, sondern in parallelen Stromzweigen liegen. Auf diese Weise wird bei der gerade steuerfähigen, in negativer Richtung beeinflußten Röhre die volle Eingangsspannung wirksam, wobei aber durch Einschaltung des hohen Widerstandes in die Gitterleitung der anderen Röhre, deren Gitterkathodenstrecke gerade positiv ist, ein Kurzschluß für die Eingangsspannung vermieden wird. Nähere Einzelheiten der Schaltung werden an Hand der Abbildungen noch erläutert.

In der Abb. 1 sind zwei Gegentaktröhren V₁, V₂ vorgesehen mit je einem Gitter G, einem Heizfaden F und einer Anode P. Der Heizstrom wird durch Batterien 1 bzw. 3 geliefert. In die Verbindung zwischen den beiden Heizfäden ist die Sekundärwicklung.S₁ eines Eingangstransformators T₁ gelegt, dessen Primärwicklung P₁ an eine ankommende Leitung. I angeschlossen ist. Zwischen dem Heizfaden der Röhre V₂ einerseits und dem Gitter der Röhret anderseits ist eine Verbindung hergestellt über einen WiderstandR₁ und ebenso von dem Gitter der Röhre V₂ zur Kathode der Röhre V₁ über einen Widerstand R₂. Der Wert dieser Widerstände ist groß gegenüber dem Widerstandswert der Strecke Gitter-Kathode einer Röhre bei positivem Wert der Gitterspannung. Die Widerstände A₁, R₂ haben je nach der Art der verwendeten Röhren Werte etwa zwischen 0,1 bis ι Megohm. Statt der Widerstände können auch irgendwelche hohen Impedanzen, die gleichstromleitend sind, verwendet werden, z. B. Drosselspulen. Die beiden Anoden, welche durch Batterien 2 bzw. 4 gespeist werden, besitzen als Ausgangsimpedanzen Primärwicklungen P₂, P% eines Ausgangstransformators T₂, dessen Sekundärwicklung S₂ an irgendeinem Verbraucher O, der auch eine Verstärkerstufe sein kann, angeschlossen ist. Wenn durch eine ankommende Signalschwingung das obere Ende der Sekundärspule S₁ negativ gegenüber dem unteren Ende wird, so erhält das Gitter der Röhre V₁ eine positive und das Gitter der Röhre V₂ eine negative Spannung gegenüber der zugehörigen Kathode. Infolgedessen fließt der Strom vom oberen Ende der Spule ^S₁ zum Heizfaden der Röhre V₁, von hier zum Gitter, dann durch den Widerstand R₁ und zu- rück durch die Wicklung S₁. Obwohl in diesem Fall die Gitterkathodenstrecke leitend ist, wird doch durch den Widerstand R₁ der Gitterstrom auf einen verhältnismäßig kleinen Wert herabgedrückt. Da in diesem Fall der Gitterkathoden wider stand der Röhre klein ist im Vergleich zu dem Widerstand R₁, so liegt praktisch die ganze Signalspannung an diesem Widerstand und nur ein verschwindend geringer Teil zwischen Gitter und Kathode der Röhre V₁.

Da der Widerstand zwischen Gitter und Kathode der anderen Röhre infolge der negativen Vorspannung dieses Gitters praktisch unendlich groß ist, liegt die volle Signalspannung an der Gitterkathodenstrecke dieser Röhre, welche daher auch die Signalspannung voll in ihrem Ausgangskreis durch die Primärwicklung P₃ des Ausgangstransformators wiedergibt.

Während der nächsten Halbwelle kehrt sich der Vorgang um; es fließt also Strom im Gitterkreis der Röhre V₂, nicht aber in dem der Röhre V₁. Infolgedessen gibt während dieser Halbperiode die Röhre V₁ das Signal im Ausgangskreis wieder, während die Röhre V₂ praktisch unwirksam ist.

Bei der beschriebenen Schaltung ist also jeweils immer nur eine Röhre wirksam. Die im Ausgangskreis auftretende Signalschwingung setzt sich also aus Halbwellen zusammen, für die jede Röhre immer auf dem gleichen Teil der Kennlinie arbeitet. Infolgedessen ist die wiedergegebene Signalschwingung praktisch verzerrungsfrei.

Bei der Schaltung nach Abb. ι ist die Verwendung getrennter Gleichstromquellen für die Anodenkreise erforderlich. Demgegenüber zeigt die Abb. 2 eine Schaltung, bei der die Verwendung auch einer gemeinsamen Anodenstromquelle für beide Röhren möglich ist. Der Eingangstransformator T₁ besitzt hier ebenfalls eine Primärwicklung P₁, die mit den Eingangsklemmen / verbunden ist, und vier untereinander ähnliche Sekundärwicklungen S_s bis S_B, die mit der Primärwicklung P₁ auf denselben Kern gewickelt sind. Die Sekundärwicklungen sind so gepolt, daß ein in der Primärwicklung fließender Strom in den Sekundärwicklungen Ströme induziert, welche in bezug aufeinander Richtungen haben, wie sie in der Abbildung durch die Pfeile angedeutet sind.

Die Wicklungen S₄ und S₃ liegen zwischen den Anoden der Röhren V₁ und V₂ in Reihe miteinander, und zwar führt der Stromkreis über eine Leitung 12, eine Spule 6 eines Lautsprechers L, eine Leitung 11, die Wicklungen S₄ und 5¹S eine Leitung 11, die Wicklungen S₄ und £3 eine Leitung 13, eine zweite Lautsprecherspule 7 und Leitung 13, eine zweite Lautsprecherspule 7 und eine Leitung 19. Die Wicklungen S₆ und S5 liegen in Reihte miteinander zwischen den Mittelpunkten der Impedanzen 21 und 22, die parallel zu den Heizfäden der Röhren liegen. Die gemeinsame Anodenstromquelle 17 liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Wicklungen S₄ und S_s und dem Verbindungspunkt der Wicklungen S₀ und S_s, welch letzterer Punkt gleichzeitig geerdet ist. Die Kathoden der Röhren V₁ und V₂ werden durch die Wicklungen 15 und 16 eines Heizspannungstransformators T₃ aus einem Wechselstromnetz 14 gespeist.

Die Gitter der Röhren V₁ und V₂ stehen über die Widerstände R₁ und R₂ mit den äußeren Enden der Wicklungen S₅ und S₆ in Verbindung. Die Kapazitäten C liegen zwischen den äußeren Enden der Wicklungen .S₄ und S_B einerseits sowie S₃ und S₅ anderseits zum Ausgleich von Steuerströmen in den Transformatorenwicklungen und zur Verhinderung unerwünschter gegenseitiger Einwirkungen zwischen den Eingangs- und Ausgangskreisen der Röhren und ferner zum Durchlassen der verstärkten Signalströme, die in den Anodenkreisen der Röhren fließen. Der Anodengleichstrom für die Röhre V₁ fließt von dem negativen Ende der Batterie 17 durch die Wicklung^ zum Mittelpunkt der Impedanz 21, hier teilt er sich in zwei gleiche Teilströme und fließt zum Heizfaden F der 6g Röhre V₁, von hier zur Anode P und kehrt über die Leitung 12, die Lautsprecherwicklung 6, die Leitung 11 und die Wicklung S₄ zum positiven Batteriepol zurück. Der Strom fließt dabei durch die Wicklungen vS"₄ und S₆ in solcher Richtung, daß die magnetischen Flüsse sich gegenseitig aufheben und der wirksame Gesamtfluß Null ist. Der Anodengleichstrom der Röhre V₂ fließt in -ähnlicher-Weise vom negativen Ende der Batterie 17 durch die Wicklung S₅ zum Mittelpunkt der Impedanz 22, teilt sich hier, fließt zum Heizfaden der Röhre V₂, von da zur Anode und kehrt über die Leistung 19, die Lautsprecherwicklung 7, die Leitung 13 und die Wicklung 6"₃ zum positiven Batteriepol zurück. Auch hier heben sich die in den Wicklungen S₃ und ^₅ induzierten Magnetfelder auf.

Wird dem Eingangskreis / eine Signalspannung zugeführt, so wird die in den Wicklungen S₅ und S_a induzierte Spannung mit ihrem Summenwert den Eingangskreisen der Röhren V₁ und V₂ .aufgedrückt. Ist z. B. in einem bestimmten Augenblick das obere Ende der Wicklung S₆ negativ gegenüber dem unteren Ende der Wicklung vS"₅, so wird das Gitter der Röhre V₁ positiv und das der Röhre V₂ negativ aufgeladen. Infolgedessen fließt ein Strom im Gitterkreis der Röhre V₁, nämlich vom Gitter durch den Widerstand R₁, die Wicklungen 5s und S₆ zum Mittelpunkt der Impedanz 21 und von hier verzweigt zum Heizfaden der Röhre V₁ und von dort zurück zum Gitter. Die dabei auftretenden Wirkungen sind dieselben, wie sie bei der Schaltung nach Abb. 1 erläutert wurden. Das Gitter 1 der Röhre V₂ ist dagegen negativ aufgeladen, die Gitterkathodenstrecke also nicht leitend, und die volle, in den Wicklungen S₅ und S₆ induzierte Spannung liegt zwischen Gitter und Kathode der Röhre V₂. Ist dagegen das untere Ende der Wicklung S₅ negativ gegenüber dem oberen Ende der Wicklung S_e, so kehren sich die Verhältnisse um. Das Gitter der Röhre V₁ wird negativ und das der Röhre V₂ positiv. Wie man erkennt, werden also die Signalspannungen den Verstärkerröhren in derselben Weise aufgedrückt wie bei der Schaltung nach Abb. 1. Infolge der entgegengesetzten Polaritäten der Wicklungen S₄ und S₉ bzw. S₃ und S₅ ruft eine in der- Primärwicklung des Transformators T₁ wirksame Spannung in den Anodenkreisen der Röhren V₁ und V₂ eine Wirkung nicht hervor. Betrachtet man beispielsweise den Anodenkreis der Röhre V₁ und nimmt man an, daß in der Primärwicklung P₁ eine Span-

nung vorhanden ist, die in der Spulet eine Spannung in der Pfeilrichtung induziert, und wird auch gleichzeitig eine Spannung in der Wicklung S₄, in der Pfeilrichtung induziert, so haben, da die unteren Enden der Wicklungen S₄ und S₆ über die Batterie 17 kurzgeschlossen sind, die beiden anderen Enden keinen Spannungsunterschied gegeneinander, so daß auch kein Strom im Anodenkreis der Röhre V_x auftritt. Geringe Unterschiede ' werden noch durch den Kondensator C ausgeglichen. Für den Anodenkreis der Röhre V₂ gelten entsprechende Betrachtungen.

Auch eine Rückwirkung der in den Anodenkreisen der Röhren fließenden verstärkten Signalströme auf die Primärwicklung P₁ des Transformators T₁ tritt nicht auf, denn zunächst fließt ein großer Teil des verstärkten Signalstroms über die Kürzschluükondensatoren C, also an den Transformatorsekundärwicklungen vorbei. Wenn aber ein kleiner Teil des im Anodenkreis, beispielsweise der Röhre V₁, fließenden verstärkten Signalstroms über die Sekundärwicklungen des Eingangstransformators fließt, so fließt er über die Wicklung S_t in der einen und die Wicklung S^ in entgegengesetzter Richtung, so daß sich die magnetischen Flüsse gegenseitig aufheben und keine Spannung in der Primärwicklung/⁵! induziert wird. Entsprechendes gilt für einen im Anodenkreis der Röhre V₂ fließenden Strom.

Die Verbindung des Eingangskreises mit den Mittelpunkten der Impedanzen 21 und 22 hat die Wirkung, daß die Gitter von der Wechselstromquelle, die den Heizstrom liefert, nicht beeinflußt werden.

Die Anodenkreise der Röhren enthalten bei der Schaltung nach Abb. 2 die Spulen 6 und 7 eines dynamischen Lautsprechers. Der Lautsprecher hat einen permanenten Hufeisenmagneten 23 mit einem Paar U-förmiger Polschuhe 24 und 25 aus Weicheisen oder anderem magnetischem Material. Die Polschuhe stehen einander 'derart gegenüber, daß entsprechende Schenkel einen schmalen Luftspalt zwischen sich lassen, in dem ein senkrecht hin und her beweglicher Anker 8 angeordnet ist, der über eine Stange 9 am Mittelpunkt des Konuslautsprechers 10 angreift. Auf dem oberen Schenkel des Polschuhes 24 und auf dem unteren des Polschuhes 25 sitzen Sprechspulen 6 und 7, die in die Anodenkreise der Röhren V₁ und V₂ eingeschaltet sind und gegeneinander so gepolt sind, daß die Dauergleichströme in ihnen magnetische Felder induzieren, die sich dem Feld des permanenten Magneten 23 in der gleichen Richtung überlagern.

Die Länge des Ankers 8 ist etwas kleiner als der Abstand der Außenflächen der Polschuhschenkel. Der Anker ist symmetrisch in den Luftspalten angeordnet und erfährt daher durch die Gleichstromflüsse gleiche Kräfte in entgegengesetzter Richtung.

Bei Empfang einer Signalwelle wächst der Strom in der Spuleo, während der in der Spule 7 sinkt, oder umgekehrt. Infolgedessen wächst der Fluß zwischen den oberen Schenkeln der Polstücke 24 und 25, während der zwischen den unteren sinkt, oder umgekehrt. Infolgedessen wird der Anker nach oben oder nach unten gezogen, wobei die verstärkten Signalströme in den Anodenkreisen V₁ und V₂ additive Wirkungen in" dem Lautsprecher hervorrufen.

Der Hauptvorteil der unmittelbaren Verbindung eines Indüktorlautsprechers mit den Anodenkreisen der Verstärkerröhren liegt darin, daß der Lautsprecher alle Frequenzen gleichmäßig verstärkt, während z. B., wenn der Lautsprecher mit den Klemmen eines Ausgangstransformators, z.B. den Klemmen O der Abb. i, verbunden wäre, die tieferen Frequenzen im allgemeinen benachteiligt würden. Ein weiterer Vorteil der Schaltung nach Fig. 2 liegt in dem Fortfall des Ausgangstransför-. mators T₂. Die größte verzerrungsfreie Ausgangsleitung erhält man, wenn die Spulen 6 und 7 praktisch miteinander magnetisch ungekoppelt sind und die effektive Impedanz jeder Spule ungefähr dreimal so groß ist wie die Ausgangsimpedanz der zugehörigen Vakuumröhre.

Bei der Schaltung gemäß Abb. 1, die sich zum Empfang von Signalen veränderlicher Intensität eignet, wird ein verzerrungsfreies Arbeiten des Verstärkers dadurch verbessert, daß man die Widerstände R₁ und R₂ gleich den dynamischen Gitterkathodenimpedanzen der zugehörigen Röhren, gemessen bei schwachen Intensitäten, macht. Bei kleiner aufgedrückter Spannung sind die Kathodengitterwiderstände der Röhren, praktisch unendlich, so daß beide Röhren ungefähr gleich aktiv sind. Bei hohen Intensitäten fällt dagegen der Kathodengitterröhrenwiderstand auf einen verhältnismäßig geringen Wert ab, so daß die Widerstände R₁ und R₂ im Verhältnis zu diesem groß sind. Alsdann arbeitet der Verstärker in der oben erläuterten Weise, wobei also die Röhre mit positiv aufgeladenem Gitter im wesentlichen unwirksam ist.

Bei den angegebenen Verhältnissen der Elemente .K₁ und R₂ erhält. man für alle Signalintensitäten einen merklich konstanten Verstärkungsgrad. Bei schwachen Intensitäten liegt in jedem Augenblick die Hälfte der Signalspannung zwischen Gitter und Kathode einer jeden Rohre, und da beide Röhren dauernd wirksam sind, wird bei der Wiedergabe der Signale der gleiche Verstär-

kungsgrad erhalten wie bei hohen Intensitäten, wo die volle Signalspannung in jedem Augenblick nur an einer einzigen Röhre liegt und die andere unwirksam ist.
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Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Gegentaktverstärker, bei welchem der Teil der Eingangsspannung, der an demjenigen Steuergitter liegt, dessen Potential durch die Eingangsspannung gerade in positiver Richtung verändert wird, infolge des einsetzenden Gitterstroms auf einen gegenüber der Gesamteingangsspannung geringen Wert vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung zwischen den beiden Kathoden der in Gegentakt arbeitenden Röhren vorzugsweise von der Sekundärseite eines Eingangstransformators her zugeführt wird, und daß das Steuergitter bei beiden Röhren mit der Kathode der jeweils anderen Röhre über eine gleichstromleitende Impedanz verbunden ist, deren Widerstandswert groß ist gegenüber dem Widerstände der Entladungsstrecke zwischen Gitter und Kathode bei positiver Gitterspannung, und daß die Anoderikreise der beiden Gegentaktröhren derart mit einem gemeinsamen Ausgangskreis ge

   koppelt sind, daß sich ihre Wirkungen bezüglich der zugeführten Wechselspannung addieren.
2. 2. Verstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung gemeinsamer Stromquellen (Abb. 2) die Gitter der Röhren (V₁, V₂) über Widerstände (R₁, R₂) an die Mitten von den Heizfäden parallel geschalteten Widerständen (21, 22) gelegt, daß die Mitten der Heizfädenüberbrückungswiderstände über Induktanzen (S₅, S_e) verbunden sind, deren Mittelabgriff geerdet wird, und daß die Eingangsspannung den beiden Kathoden über Kondensatoren (C) und die Anodenspannung über den Mittelabgriff der Sekundärinduktanzen (S _Ά,S₄) des Zwischentransformators (T₁) zugeführt und die Anodenspannung von den Gitterelektroden durch die Kondensatoren (C) ferngehalten wird, und daß in den Anodenkreisen der beiden Röhren als Impedanzen die Spulen (6,7) eines Lautsprechermagnetsystems liegen, welche praktisch keine gegenseitige magnetische Kopplung aufweisen und auf einen beweglichen Anker (8) derart einwirken, daß entgegengesetzt verlaufende Stromänderungen in den Spulen gleichsinnige Bewegungen des Ankers hervorrufen (Abb. 2).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen