DE678547C - Gegentaktverstaerker - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Gegentaktverstärker, insbesondere zur Verstärkung von niederfrequenten Strömen. Die Erfindung besteht darin, däß die Eingangsspannung einem zwischen den Steuergittern der Gegentaktröhren liegenden, aus zwei gleich großen gleichstromleitenden Impedanzen gebildeten Spannungsteiler zugeführt wird, dessen Mittelpunkt mit dem Zwischenpunkt der Kathoden der beiden Gegentaktröhren verbunden ist und dessen. Teilwiderstände groß sind gegenüber dem Widerstand der Entladungsstrecke zwischen Gitter und Kathode bei positiver Gittervorspannung, während im Ausgangskreis zwischen den Anoden der im Gegentakt geschalteten Röhren zwei miteinander nicht gekoppelte große Impedanzen, beispielsweise Drosselspulen oder Widerstände, in Reihe geschaltet sind. Die Anodenspannung wird

ao dabei dem Verbindungspunkt der beiden Kathoden einerseits und dem Verbindungspunkt der zwischen den beiden Anoden angeordneten Impedanzen andererseits zugeführt und die Ausgangsspannung an den Enden der Reihenschaltung der beiden Impedanzen abgegriffen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß es für Gegentaktverstärker wichtig ist. die beiden Gegentaktröhren einander genau anzugleichen und andererseits besonders Verzerrungen durch die auftretenden Gitterströme zu unterbinden. Bei der erfindungsgemäßen Schaltung liegt die gesamte, dem Verstärker zugeführte Spannung in jedem Augenblick nahezu vollständig an derjenigen Röhre, deren Gitter gerade negativ geladen ist, während die Röhre mit jeweils positivem Gitter praktisch von der Signalspannung nichts erhält. Die Röhre mit jeweils positivem Gitter, die eine Schwingung nur mit Verzerrung wiedergeben könnte, ist daher unwirksam. Die erwähnte Wirkung wird dadurch erzielt, daß die Gitter-Kathoden-Strecke der einen Röhre, deren Gitter gerade positiv zu werden versucht, in Reihe liegt mit einem hohen Widerstand, welcher parallel zu der in dem betreffenden Augenblick gerade nicht leitenden Gitter-Kathoden-Strecke der andern Röhre liegt. Die Eingangsspannung wird auf diese Weise infolge des einsetzenden Gitter-Stromes der einen Röhre und der Sperrung der andern Röhre so aufgestellt, daß an der

Röhre mit Gitterstrom eine sehr geringe Teilspannung, an der Röhre ohne Gitterstrom aber nahezu die gesamte Eingangsspannung· liegt. Die Röhre mit Gitterstrom wirkt demnach im Vergleich zu den übrigen auftreten-■ den hohen Widerständen praktisch als ein Kürzschluß. Es ist an sich bekannt, daß beim Auftreten eines Gitterstromes 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 Ttägerwelle zu unterdrücken. Bei diesen Schaltungen is wurde aber die Trägerschwingung der Röhrenanordnung nicht im Gegentakt, sondern im Gleichtakt, die niederfrequente Modulationsspannung dagegen im Gegentakt zugeführt. Es sind auch schon Detektorschaltungen bekanntgeworden, bei denen der Verbindungspunkt der Kathoden der beiden Gegentaktröhren mit dem Mittelpunkt des Eingangstransformators verbunden ist und die beiden Hälften der Sekundärspule des ?-5 Eingangstransformators j ede für sich durch einen Widerstand überbrückt werden. Zugeführt wird dieser Schaltung eine Hochfrequenz und die Niederfrequenz erst im Ausgangskreise durch Demodulation der 3" Hochfrequenz erzielt. Abgesehen davon, daß es sich nicht um eine Verstärkerschaltung handelte, war bei dieser Schaltung zwangsläufig jeweils die eine Hälfte der Eingangsspule durch! diegerade positive Gitter-Kathoden-Strecke der einen Gegentaktröhre praktisch kurzgeschlossen. Ein solcher Kurzschluß, der Eingangsspannung bringt aber notwendig Leistungsverluste und zusätzliche Verzerrungen mit sich. Es ist schließlich auch schon bekanntgeworden, bei Gegentaktröhren den Gittern der Röhren eine negative Vorspannung über einen unsymmetrisch angeschlossenen Vorschaltwiderstand zuzuführen. Die bei diesen Anordnungen angewandte Maßnahme 15-bat. nicht die Wirkung, daß Verzerrungen vermieden werden, sondern bildet nur eine Sicherheitsmaßnahme für die Röhre, um zu hohe Anodenströme zu verhindern. Verzerrungen werden im Gegenteil gerade dann 5" eintreten, wenn die Wechselspannungen so groß werden, daß ihre Spitzen in das Gebiet der positiven Gitterspannung hineinragen. In diesem Fall werden sowohl die negativen Halbwellen ganz als auch von den positiven Halbwellen die Spitzen abgeschnitten, woraus sich die Verzerrungen zwangsläufig ergeben. Abgesehen davon, daß diese Schaltung bezüglich der Hochfrequenz unsymmetrisch ist, wird auch durch die negative Vorspannung öi) ein Arbeitspunkt am unteren Knick der Röhrenkennlinie festgelegt, so daß nur die positiven Halbwellen der Eingangsspannung zur Steuerung benutzt wurden, während beim Erfindungsgegenstand der Arbeitspunkt gerade so liegt, daß die positiven Halbwellen unterdrückt sind.

Beim Erfindungsgegenstand werden zu hohe Anodenströme durch die eintretende künstliche Sättigungserscheinung ebenfalls vermieden, jedoch ohne daß dabei störende Verzerrungen auftreten. Durch die Anwendung geeigneter Widerstände ist es weiterhin möglich, sowohl die Schärfe des Kennlinienknicks als auch die Steilheit der Kennlinie der beiden Gegentaktröhren einander genau gleich zu machen, eine Möglichkeit, die bei den gewöhnlichen Gegentaktschaltungen nicht vorhanden ist, da. der untere Knick der Röhrenlinie bekanntlich durch die inneren Röhreneigenschaften festliegt Und nachher nicht mehr geändert werden kann.

In den Zeichnungen ist der Gegenstand der Erfindung in einigen Ausführungsformen dargestellt.

Abb. ι zeigt die Schaltung eines erfindungsgemäßen Gegentaktverstärker V₁, V_s, bei welchem Widerstände Z₁, Z₂, Z₃, Z₄ sowohl im Gitterkreis als auch im Anodenkreis der Verstärkerstufe angeordnet sind. Die Eingangsspannung wird dabei den Enden der in Reihe geschalteten Widerstände Z₁, Z₂ zugeführt, deren Verbindungspunkt mit dem Verbindungspunkt der Kathoden verbunden ist. Die Anodenspannung (Batterie B) liegt zwischen dem Verbindungspunkt der Kathoden und dem Verbindungspunkt der Ausgangswiderstände Z₃, Z₄. Die Ausgangsspannung wird an den Enden der Widerstände Z₃, Z₄ abgenommen und dem Verbraucher L, der eine weitere Verstärkerstufe oder eine Wiedergabeeinrichtung sein kann, zugeführt. Abb. 2 ist eine Ausführungsform, die derjenigen nach Abb. ι ähnelt, wobei im Eingangskreis ein Eingangstransformator T₁ mit den Wicklungen P₁ und S₁ vorgesehen ist. Im Gitterkreis der beiden Röhren V₁, V₂ liegen Widerstände Z₁, Z₂, während im Ausgangskreis Drosselspulen L₁, L₂ angeordnet sind. Der Anschluß des Verbraucherkreises geschieht über Kondensatoren C,

Gemäß Abb. 3 ist jede der vier Impedanzen durch einen besonderen Transformator T_s, T₄, T₅, T₆ ersetzt worden.

Die Abb. 4 zeigt weiterhin einen zweistufigen Verstärker gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem Speziallautsprecher, welcher in den Ausgangskreis der zweiten Stufe geschaltet ist.

Trifft auf den Eingang, beispielsweise der Schaltung nach Abb. 1, eine Wechselspannung, so wird die positive Halbwelle bei der einen ■ Röhre einen Strom über die Strecke Gitter-

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Kathode zur Folge haben, welche in diesem Fall leitend geworden ist. Der parallel geschaltete Widerstand, beispielsweise Z₁, wird dabei nur von einem ganz geringen Strom durchflossen. Die Gitter-Kathoden-Strecke der andern Röhre liegt in diesem Augenblick in entgegengesetzter Weise an Spannung, so daß das Gitter negativ gegenüber der Kathode ist. In diesem Fall bildet die Gitter-Kathoden-Strecke einen unendlichen hohen Widerstand. Der gesamte Strom wird daher gezwungen, über den Widerstand Z₂ zu fließen. Die Eingangsspannung verteilt sich entsprechend den beiden resultierenden Teilwiderständen so, daß auf die gerade positive Gitter-Kathoden-Strecke nur ein verschwindend geringer Anteil und nahezu die volle Eingangsspannung auf die Gitter-Kathoden-Strecke der andern Röhre entfällt. Während der nächsten HaIbperiode liegen die Verhältnisse gerade umgekehrt, d. h. das Gitter der andern Röhre wirkt als Überbrückung bzw. Kurzschluß des parallel geschalteten Widerstandes, die erste Röhre dagegen ist gesperrt und der parallel geschaltete Widerstand allein stromführend. Die im Ausgangskreis liegenden Widerstände können bei üblichen Verstärkern eine Größenordnung von ungefähr je 10 000 Ohm haben und können, wie die Abb. 2 und 3 zeigen,

3" auch durch große Drosselspulen oder magnetisch voneinander getrennte Transformatorr wicklungen ersetzt werden. Der hohe Widerstand der Impedanzen Z₃ und Z₄ sucht den durchfließenden Strom gleichbleibend auf seinem ständigen Gleichstromwert zu halten. Die Impedanzen werden daher im wesentlichen nur von dem Anodengleichstrom durchflossen, während der Signalstrom infolge der Drosselwirkung der Impedanzen gezwungen wird, der Reihe nach die aktive und inaktive Röhre und den Lastwiderstand L zu durchfließen.

Nimmt man an, daß die wirksame Röhre einen bestimmten Höchststrom ohne merkliehe Verzerrung liefern kann, so wird die Höchstleistung dem Widerstand L dann zugeführt werden, wenn er groß ist im Vergleich zu dem dynamischen Widerstand der Röhre im Anodenkreis. Da nun die Widerstände Z₃ und Z₄ im Vergleich zu L groß sein müssen, so würde dies eine entsprechende Vergrößerung und einen zusätzlichen Widerstand im Stromkreis der Batterie bedeuten, so daß man eine größere Batterie B benutzen und auch weitere, dem Fachmann bekannte Nachteile in Kauf nehmen müßte. Theoretische Betrachtungen und praktische Beobachtungen haben ergeben, daß die beste Anordnung dann vorliegt, wenn der Widerstand L ungefähr den vierfachen Wert des dynamischen Anodenkreiswiderstandes einer einzelnen Röhre besitzt. Bei der Schaltung nach Abb. 4 hat der Ausgang der zweiten Verstärkerstufe einen Lautsprecher, der elektrodynamisch arbeitet, zu speisen. Dieser Lautsprecher eignet sich ganz besonders in Verbindung mit den ernndungsgemäßen Verstärkern. Er hat eine kegelförmige Membran 7 und einen permanenten Magneten 8 mit gegenüberliegenden U-förmigen Polstücken 9 und 10. Die Polstücke sind so bemessen, daß zwischen entgegengesetzten Schenkeln ein Luftspalt bleibt, in dem sich ein Anker 11 in der Längsrichtung frei hin und her bewegen kann und die Membran 7 über eine Stange 12 antreibt. Die Membran wird daher entsprechend den Ankerschwingungen erregt. Die Spule 5 sitzt auf dem oberen Schenkel des Polstückes 10, die Spule 6 auf dem unteren Schenkel des Polstückes 9. Die Spule 5 liegt somit unmittelbar im Anodenkreis der Röhre F₃ und die Spule 6 im Anodenkreis der Röhre F₄, so daß der Anodengleichstrom den Fluß des permanenten Magneten 8 unterstützt. Die Länge des Ankers 11 stimmt ungefähr mit dem Abstand der. Schenkelmittelpunkte der Polstücke 9 und 10 überein. Infolge seiner symmetrischen Anordnung im Luftspalt wird er gleichmäßig nach beiden Richtungen durch den ständigen Fluß in den Luftspalten zwischen den Polstücken angezogen. Beim Auftreffen eines Zeichens auf die Eingangskreise des Verstärkers ist die Wirkung so, daß der Strom in der Spule 5 abnimmt, wenn das Gitter der Röhre F₃ negativ ist und gleichzeitig der Strom in der Spule 6 konstant bleibt und seinen normalen Gleichstromwert behält oder doch^.nur ganz schwach anwächst, weil das Gitter der Röhre F₄ positiv ist. Umgekehrt behält bei positivem Gitter der Röhre F₃ der Strom in der Spule 5 praktisch seinen normalen Gleichstromwert, während der Strom in der Spule 6 abnimmt. Man sieht hieraus, daß die Spulen 5 und 6 abwechselnd arbeiten und daß die jeweils-unwirksame Spule keinen Einfluß auf die jeweils wirksame Spule ausübt. Das hat zur Folge, daß die unwirksame Röhre mit niedrigem Anodenwiderstand praktisch keinen Nebenschluß zum Ausgangskreis der wirksamen Röhre bildet, wie es der Fall sein würde, wenn man nur einen gewöhnlichen Ausgangstransformator verwenden würde. Ein Vorteil der unmittelbaren Einschaltung der Lautsprecherspulen in den Ausgangskreis gegenüber dem Anschluß des Lautsprechers an die Ausgangsklemmen einer Schaltung mit Drosselspulen, etwa wie in Abb. 2, besteht darin, daß alle Frequenzen gleichmäßig auf die Lautsprecheranordnung einwirken, während beim Anschluß des Lautsprechers an Drosselspulen die niedrigen Frequenzen mehr benachteiligt sind. Dazu tritt noch die Er-

sparnis durch den Wegfall der zusätzlichen Schaltmittel. Die größte verzerrungsfreie Ausgangsleistung wird dann erhalten, wenn die Spulen 5 und 6 praktisch magnetisch ungekoppelt sind und die wirksame Impedanz jeder Spule ungefähr dreimal so groß ist wie die Ausgangsimpedanz der zugehörigen Röhre.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   ι. 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 Gitterstromes auf einen gegenüber der Gesamteingangsspannung geringen Wert vermindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsspannung einem zwischen den Steuersso gittern der Gegentaktröhren liegenden, aus zwei gleich großen gleichstromleitenden Impedanzen gebildeten Spannungsteiler zugeführt wird, dessen Mittelpunkt mit den Kathoden verbunden ist und dessen Teilwiderstände groß sind gegenüber dem Widerstand der Entladungsstrecke zwischen Gitter und Kathode bei positiver Gittervorspannung, und daß im Ausgangskreis zwischen den Anoden der im Gegentakt geschalteten Röhren zwei miteinander nicht gekoppelte große Impedanzen, beispielsweise Drosselspulen oder Widerstände, in Reihe geschaltet sind, und daß die Anodenspannung zwischen dem Kathodenpunkt einerseits und dem Verbindungspunkt der beiden Impedanzen andererseits zugeführt und die Ausgangsspannung an den Enden der Reihenschaltung der beiden Impedanzen abgegriffen wird.
2. 2. Gegentaktverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden zwischen den Anoden in Reihe liegenden Impedanzen durch Spulen (5,6) eines Lautsprechermagnetsystems gebildet werden, welche praktisch keine gegenseitige magnetische Kopplung aufweisen und auf einen beweglichen Anker (11) derart einwirken, daß entgegengesetzt verlaufende Stromänderungen in den Spulen gleichsinnige Bewegungen des Ankers hervorrufen (Fig. 4).

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen