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Verstärker mit großem Wirkungsgrad Als Verstärker für große Leistungen
mit, gutem Wirkungsgrad wird bekanntlich der Gegentakt-B-Verstärker verwendet. Bei
hohen Anforderungen hinsichtlich Verzerrungsfreiheit muß man aber doch einen verhältnismäßig
großen Ruhestrom einstellen, damit die resultierende Charakteristik geradlinig wird
und die Verzerrungen, insbesondere bei kleinen Aussteuerungsgraden, gering werden.
Ferner ist jedoch bei kleinen und mittleren Aussteuerungsgraden der Wirkungsgrad
des B-Verstärkers schlecht, da hierbei stets hohe Anodenrestspannungen vorhanden
sind. De& Wirkungsgrad wird erst bei hohen Aussteuerungsgraden gut, jedoch mußdann
aber gewöhnlich auch @dieVerstärkervorstufe reichlich bemessen sein, damit der nichtlineare
Verlauf des Gitterstromes keine Verzerrungen verursacht.
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Es ist bereits ein-Verfahren zur Verstärkung .elektrischer Wechselspannungen
mittels nicht stetig steuerbarer Entladungsröhren bekannt, bei welchem die EingangswechselspannÜng
mit einer Hilfswechselspannung von konstanter, gegen die Frequenz .der Eingangswechselspannung
-hoher Frequenz und konstanter Amplitude überlagert und anschlIeßend,den Steuerelektroden
von zwei im Gegentakt arbeitenden Entladungsröhren zugeführt wird. Hi.eribei wird
den' im Anodenkreis entstehenden-Strornimpulsen 'konstanter Frequenz und Amplitwde,
aber veränderlicher Zeitdauer die der Eingangswechselspannung entsprechende Frequenzkomponente
durch Filterketten abgenommen. Eine solche Anordnung ist wegen der dabei benötigten
Wechselrichter für hohe Frequenzen bei hohen Spannungen nicht durchführb4r, und
nur bei hohen Spannungen würde sich ein guter Wirkungsgrad ergeben können.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, Sonderendstufen mit gutem Wirkungsgrad
in der Weise zu modulieren, daß man für die Stromlieferung der . S.enderstufe zunächst
einen möglichst überspannt schwingenden Hilfsgenerator anordnet, dessen Frequenz
höher ist als die höchste in Betracht kommende Modulationsfrequenz und der über
eine Gleichrichterröhre, z. B. eine gittergesteuerte Gasentladungsröhre, dein Sender
Anodenspannung liefert, wobei außezdem die Modulation der Anodenspannung durch Gittersteuerung
der Gleichrichterröhre erfolgt.
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Der Verstärker gemäß -der Erfindung beruht auf demselben Prinzip wie
der obenerwähnte Modulator, jedoch mit dem Unterschied, daß .der vorliegende Verstärker
lediglich die Niederfrequenzspannung verstärkt
und keine Gleichspannung
liefert. Er kann also sowohl als Modulator für einen Sender, dem jedoch die Anodengleichspannung
gesondert zugeführt werden muß, verwendet werden- @ als auch als unabhängiger Verstärker.
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Gemäß der Erfindung ist also ein Verstärker mit großem Wirkungsgrad,
bei dem zur Speisung der Anoden eine Wechselspannung von einer Frequenz dient, welche
höher ist als die höchste zu verstärkende Frequenz, dadurch gekennzeiehnet, daß
zwei stetig steuerbare oder gasgefüllte, gittergesteuerte Röhren gegensinnig parallel
geschaltet sind und daß den Gittern der Röhren im Verhältnis zur Zeitdauer einer
Halbperiode der Speisespannung kurzzeitige, mit der Frequenz der Speisespannung
aufeinanderfolgende Spannungsstöße zugeführt werden, deren Phasenlage gegenüber
der Speisespannung von dem Augenblickswert des zu verstärkenden Signals abhängt.
Hierdurch läßt sich ein Wirkungsgrad von über 8o°/, erreichen, der vom Aussteuerungsgrad
im wesentlichen unabhängig ist, so daß also auch bei mittleren Aussteuerungsgraden,
im Gegensatz zu bekannten Anordnungen, ein sehr guter Wirkungsgrad erzielt wird.
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Das Prinzip ist in Abb. i schematisch dargestellt. Der Hilfsgenerator
H, der meist erfoKderlich sein wird, weil im allgemeinen keine genügend hohe Netzfrequenz
zur Verfügung steht, erzeugt eine gegen die höchste zu übertragendeFrequenz hoheSpeisefrequenz
und arbeitet selbst mit gutem Wirkungsgrad. Es wird nun den beiden gegensinnig parallel
geschalteten. Gleichrichterröhren G, .G' eine möglichst dreieckförmige Speisespannung
zugeführt. Dies ist in der Abb. i angedeutet durch Anordnung von Resonanzkreisen
i und 3, die auf die Grund- und die dritte Harmonische der Speisefrequenz abgestimmt
sind und von denen ein entsprechender Teil an den Gl-eichrichterkreis angekoppelt
wird.
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Die Steuerung der Gleichrichterröhren G und G' erfolgt derart, ;daß
in jeder niederfrequenten Halbperiode nur eine Gleichrichterröhre arbeitet, die
in der nächsten Halbperiode von der anderen abgelöst wird. Die Siebkette 4, 5, 6
hält die Speisefreqgenz .des Hilfsgenergtors in an sich bekannter Weise vom Transformator
7 ab, an den der Verbraucher 8 angeschlossen ist. Die Gitter der Gleichrichterröhren
G, G' werden durch Speisefrequenzimpulse gesteuert, deren Phase niederfrequent verschoben
wird.
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Über den Speisetransformator 2 wird eine Spannung an die Gitterwicklung
a des Gittersteuertransformators 9 geführt, und zwar über einen Kreis io, der nach
bekannten Methoden so ausgeführt ist, daß der der Wicklung a zugeführte Strom möglichst
dreieckförmig -und konplias mit der -am Transformator 2 liegenden Spannung ist.
Über den Transformator i i die zu verstärkende Niederfrequenzspannung zugeführt.
Zwischen i i und die @N'icklung b kann ein Längswiderstand 12 geschaltet sein oder
auch eine Verstärkerröhre oder ein anderes Mittel, welches bewirkt, daß der Stromverlauf
in b -bei jeder Frequenz der Signalstärke proportional ist. Die in der Wicklung
c bzw. c' auftretenden Gitterspannungsünpulse Ue bzw. U,' werden dem Gitter der
Gleichrichter G, G' zugeführt. 13, 14 sind die Gittervorspannungsquellen.
Unter Umständen ist es erwünscht, nicht, wie vorhin beschrieben, mit einer dreieckförmigen,
sondern einfach mit einer sinusförmigen Speisespannung zu arbeiten. In diesem Falle
lassen sich Formverzerrungen dadurch vermeiden, daß die Phasenverschiebung der Gitterspannungsimpulse
angenähert nach einer dem Sinus inversen, d.li. umgekehrten Funktion erfolgt.
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Der Transformator 9 ist so bemessen, daß bereits im Verhältnis zu
dem maximalen Strom, der in der an die Speisespannung angelegten Wicklung des Transformators
fließt, kleine Ströme den Kern hoch sättigen. In Abb. 2a ist der Verlauf derAmperewindungen
während einer Periode der Hilfsfrequenz dargestellt. awa ist der Amperewindungsverlauf,
der durch,die Hilfsfrequenz in derWicklung a hervorgerufen wird, awb. ist der Augenblickswert
der Amperewindungen, die durch den vom Signal abhängigen Strom in der Wicklung b
erzeugt werden. In den Zeitpunkten ti, t., in denen die resultierenden Amperewindungen
a.wQ -f- awl, durch Null hindurchgehen, erfolgt die Ummagnetisierung des Kernes,
die einen sehr spitzen Spannungsimpuls zur Folge hat. In Abb. 2 b ist -der Verlauf
dieser Gitterspannungsimpulse in den Zeitpunkten t1, t2 angedeutet. Zur Zeit t2
wirkt der Spannungsimpuls positiv auf das Gitter jeder Röhre. Die Speisespannung
U sei so gerichtet, daß sie in der ersten betrachteten Halbperiode für den Gleichrichter
G positiv, für G' negativ -ist. Daher wird im Augenblick t2 nur der Gleichrichter
G einen Stromimpuls durchlassen. Wenn im niederfrequenten Rhythmus awb sein Vorzeichen
wechselt, d. h. .die nächste Niederfrequenzhalbperiode beginnt, ist der Punkt t2
in die nächste Hochfrequenzhalbperiode abgewandert. Dann ist aber nur der Gleichrichter
G' durchlässig. So geht abwechselnd bei jedem Nulldurchgang der Niederfrequenz die
Durchlässigkeit von einem Gleichrichter auf den anderen über. Gleichzeitig ist die
jeweils von dem Gleichrichter gelieferte Spannung proportional dem Augenblickswert
der Niederfrequenz.
In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, dem
Steuertransformator g eine Gleichstromvormagnetisierung zu geben. Diese müßte dann
aber für jede niederfrequente -Halbperiöde die entgegengesetzte Richtung haben.
In diesem Fälle ist es daher notwendig; zwei Transformatoren zu verwenden, deren
jeder eine cc-, b- und c-Wicklung trägt. Die Vormagnetisierung erfolgt z.
B. über die b-Wicklung, und zwar gegensinnig, wenn die Wicklungen der Kerne, miteinander
verglichen, gleichsinnig angeordnet sind. Es ist dann meist aber notwendig, die
Phase der Hilfsfrequenz gegenüber der Abb. 2a je nach der Größe der Gleichstromvormagnetisierung
zu verschieben, und zwar auf jedem der Kerne in anderer Richtung.
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Die Gleichrichter G, G' können sowohl Hochvakuum- als auch gasgefüllte
Röhren sein. Die am Ausgangsübertrager 7 entstehende Spannung U" verändert sich
mit der Niederfrequenz. Sie bildet dieGegenspannung für die Gleichrichter G, G'.
Die Anodenspannung an der Röhre ist jederzeit gleich der Differenz zwischen .der
Speisespannung U und der Gegenspannung U", also während der Stromlieferung verhältnismäßig
klein. Daher ist der Wirkungsgrad der Gleichrichter G, G', also .auch des Verstärkers,
stets sehr gut.
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Will man die Rückwirkung der Gleichrichterschaltung G, G' auf den
Hilfsfrequenzerzeuger H symmetrisch gestalten, d. h. so, daß H stets reine Wirkbelastung
bekommt, kann man das folgendermaßen durchführen: G, G' seien Hochvakuum- bzw. stetig
steuerbare Röhren. Damit nicht nur ein unsymmetrisch gelegener Impuls + U, (bei
t> in Abb. 2) zur Wirkung kommt, sorgt man durch Umkehrung .des bei t1 auftretenden
Impulses dafür, daß er auch zur Aussteuerung desselben Gleichrichters mitverwendet
wird. So wirken während jeder hochfrequenten positiven Halbperiode zwei zur Spannungsspitze
-f- U symmetrisch liegende positive Impulse auf das Gitter der gerade stromliefernden
Gleichrichterröhre (z. B. G). Dadurch wird erreicht, daß der Schwerpunkt des Anodenstromes
finit dem Spitzenwert der Anodenwechselspannung übereinstimmt. Es tritt dann also
keine Phasenverschiebung des Stromes gegenüber der Spannung auf, so daß auf den
Hilfsgenerator eine reine Wirkbelastung übertragen wird.
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Wenn die niederfrequente Spannung durch Null gegangen ist, arbeitet
in derselben Weise die andere Gleichrichterröhre (G'). Ein Ausführungsbeispiel.
ist in Abb. 3 dargestellt. Die Mitte der Wicklungen c, c' ist über 13 bzw.'z.4
an die Kathode der Röhre G bzw.- G' herangeführt. Die Enden der Wicklung c führen
über Gleichrichter 15, 16 an das Gitter der Röhre G, die Enden von c-' über die
Gleichrichter 17, 18 an das Gitter von G'. Durch diese Gleichrichter kommen stets
beide Impulse iin positiven Sinne ans Gitter. ,