DE759710C - Gegentaktverstaerker - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gegentaktverstärker, der besonders zur Verstärkung von niederfrequenten. Strömen geeignet ist. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß es für Gegentaktverstärker wichtig ist, die beiden Gegentaktröhren einander genau anzugleichen und besonders Verzerrungen durch die auftretenden Gitterströme zu unterbinden. Sie geht dabei von dem bekannten Gedanken aus, die Schaltung so auszugestalten, daß die dem Verstärker zugeführte Spannung in jedem Augenblick fast nur an derjenigen Röhre wirksam ist, deren Gitter gerade negativ geladen ist, während an der Röhre mit gerade positivem Gitter nur ein verschwindend geringer Teil der Signalspannung zwischen Gitter und Kathode wirksam wird.

Die Erfindung besteht darin, daß in die Gitterzuleitungen der beiden in Gegentakt geschalteten Röhren je eine für Gleichstrom leitende Impedanz eingeschaltet ist, deren Wechselstromwiderstandswert groß ist gegenüber dem Widerstand einer Entladungsstrecke zwischen Gitter und Kathode bei positiver Gittervorspannung, wobei die Mitte der Eingangskoppelimpedanz für Gleichstrom leitend mit den beiden Kathoden der Röhren verbunden ist; ferner ist in die Verbindungsleitung zwischen dem positiven Pol der Anodenspannungsquelle und der Mittel-

anzapfung einer zwischen den beiden Anoden liegenden iVusgangsimpedanz eine für Gleichstrom durchlässige Impedanz von wesentlichem Wechselstromwiderstand eingeschaltet. Die erwähnte Wirkung, daß die Röhre mit jeweils positivem Gitter, welche die Signalschwingung verzerrt wiedergeben würde, unwirksam ist, wird bei der erfindungsgemäßen Schaltung dadurch erzielt, daß die Gitter-Kathoden-Strecke der einen" Röhre, deren Gitter gerade positiv zu werden, versucht, in Reihe liegt mit dem hohen Wechselstromwiderstand, welcher entsprechend der Erfindung in die Gitterzuleitung eingeschaltet ist. Infolge des einsetzenden Gitterstromes der gerade in positiver Richtung ausgesteuerten Röhre bildet sich an diesem Wechselstromwiderstand ein so großer Spannungsabfall aus, daß an der Röhre mit Gitterstrom nur eine sehr geringe Teilspannung wirksam wird. 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 Trägerwelle zu unterdrücken. Bei diesen Schaltungen wurde aber die Trägerschwingung der Röhrenanordnung nicht im Gegentakt, sondern im Gleichtakt, die niederfrequente Modulationsspannung dagegen im Gegentakt zugeführt. Es sind auch schon Gegentaktschaltungen bekanntgeworden, bei denen man absichtlich eine Aussteuerung bis in das Gebiet positiver Gittervorspannungen vornahm. Dabei bestand jedoch der Nachteil, daß der erhebliche Leistungsverbrauch durch die ziemlich hoch ansteigenden Gitterströme von der vorausgehenden Verstärkerstufe geliefert werden mußte und daß außerdem noch Verzerrungen in Kauf genommen werden mußten. Derartige Schaltungen konnten daher im allgemeinen nur für die Endstufe von Großverstärkern verwendet werden. Es ist schließlich auch schon bekanntgeworden, bei einer Gegentaktsehaltung den Gittern der Röhren eine negative Vorspannung über einen Vorschaltwiderstand zuzuführen, der in unsymmetrischer Anordnung zwischen dem negativen Pol der Gitterspannungsbatterie und dem Gitter der einen von den beiden Röhren eingeschaltet ist, während die beiden Gitter für Gleichstrom leitend über die Wicklung des Eingangstransformators miteinander verbunden sind und der andere Pol der Gitterspannungsbatterie mit den beiden Kathoden verbunden ist. Es ist dabei also nur die eine der Gitter-Kathoden-Strecken durch einen Widerstand überbrückt. Solange die steuernde Wechselspannung mit ihrem Spitzenwert die feste negative Gittervorspannung nicht überschreitet und demgemäß im Gitterkreis über den erwähnten Widerstand kein Strom fließt, kann auch keine Spannung an diesem den Eingang der einen Röhre überbrückenden Widerstand entstehen: der Eingang dieser Röhre ist daher praktisch kurzgeschlossen und nur die andere, nicht überbrückte Röhre wird gesteuert, während die erstgenannte Röhre wirkungslos bleibt. Wenn jedoch die steuernde Wechselspannung mit ihrem Spitzenwert die feste negative Gittervorspannung überschreitet, sind besonders hohe Verzerrungen zu erwarten, weil die eine (überbrückte) Röhre nur durch die Spannungsabfälle der Gitterströme an dem Überbrückungswiderstand und die andere (nicht überbrückte) Röhre durch die Differenzspannung aus diesen Spannungsabfällen und den Eingangsspannungen gesteuert wird. Die Folge dieser bekannten Maßnahme ist also eine vollkommen unsymmetrische Arbeitsweise mit starken Verzerrungen und mangelhafter Aussteuerung der überbrückten Röhre. Es handelt sich der Wirkung nach gar nicht um eine Gegeutaktschaltung. Der im Gitterkreis liegende Widerstand soll offenbar nur unzulässige Erhöhungen des Anodenstromes der nicht überbrückten Röhre bei positiver Aussteuerung verhindern.

Beim Erfmdungsgegenstand werden zu hohe go Anodenströme durch die eintretende künstliche Sättigungserscheinung ebenfalls vermieden, jedoch ohne daß dabei störende Verzerrungen auftreten. Durch die Anwendung geeigneter Widerstände ist es weiterhin mög-Hch, sowohl die Schärfe des Kennlinienkuicks als auch die Steilheit der Kennlinie der beiden Gegentaktröhren einander genau gleich zu machen; diese Möglichkeit ist bei den gewöhnlichen Gegentaktschaltungen nicht vorhanden, da der untere Knick der Röhrenkennlinie bekanntlich durch die inneren Röhreneigenschaften festliegt und nicht mehr geändert werden kann. In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.

Die Abbildung zeigt die Schaltung eines Gegentaktverstärkers gemäß der Erfindung mit den Röhren F₁ und V.-,. In die Gitterzuleitungen der Röhren sind die Wechsel- no stromwiderstände Z₁ und Z₉ eingeschaltet; außerdem liegt in dem gemeinsamen Teil der beiden Anodenkreise die Induktivität /,. Die Gitter der beiden Röhren stehen über die erwähnten Widerstände mit den zugehörigen Enden der Sekundärwicklung ^₁ des Transformators T₁ in Verbindung, an dessen Primärwicklung P₁ die Eingangsklemmen / angeschlossen sind. Die Anoden der Röhren F₁ und F₂ sind mit den Enden der Primärwicklung P.₂ des Ausgangstransformators T, verbunden, dessen Sekundärwicklung 5., an die

Ausgangsklemmen O angeschlossen! ist. Der Mittelpunkt der Sekundärwicklung des Eingangstransformators ist über das Meßinstrument JIi und die Leitung ι direkt mit den Kathoden der Röhren verbunden. Das Meßinstrument kann dabei zur ständigen Beobachtung der Amplitude der Eingangsspannungen dienen. Der Mittelpunkt der Primärwicklung P₂ des Ausgangstransformatorsi ist

ίο über die Leitung 2, die Induktivität L und die Anodenbatterie B gleichfalls mit den Kathoden verbunden.

Wird nun den Eingangsklemmen / eine Wechselspannung zugeführt, und nimmt man an, daß in einem zur Betrachtung herausgegriffenen Zeitpunkt die untere Klemme der Wicklung S₁ negativ gegenüber der oberen ist, so wird das Gitter der Röhre V₂ negativ und das der Röhre V₁ positiv aufgeladen. Infolge-

ao dessen fließt zwischen der Kathoide und dem Gitter der Röhre V_t ein Entladungsstroin, dessen Kreis durch den Widerstand Z₁ und den oberen Teil der Sekundärwicklung S₁ sowie über das Meßinstrument M zur Kathode geschlossen ist. Da die Impedanz von. Z₁ groß sein soll im Vergleich zum Widerstand der Gitter-Kathoden-Strecke, liegt nahezu der ganze durch den Gitterstroni hervorgerufene Spannungsabfall an dieser Impedanz und nur sehr wenig am Röhren-■ eingang. Infolgedessen wird die Röhre V₁ durch die Signalspannung nur in einem ganz geringen Maße ausgesteuert.

Das Gitter der Röhre V₂ wird dagegen negativ aufgeladen, und der Gitterkreis dieser Röhre bildet praktisch eine unendlich große Impedanz, die in Reihe mit dem Widerstand Z₂ an den unteren Teil der Sekundärwicklung des Eingangstransformators anr geschlossen- ist. Infolgedessen liegt dieser Teil der Signalspannung in praktisch unverminderter Stärke zwischen dem Gitter und der Kathode dieser Röhre, so daß diese durch die Signalspannung in unvermindertem Maße ausgesteuert wird.

Kehrt die ankommende Signallspannung ihre Polarität um, so wird damit die obere Klemme der Wicklung¹ S₁ negativ in bezug auf die untere. Damit kehren sich die Arbeits-Verhältnisse um, und das Gitter der Röhre V₁ wird negativ und das der Röhre V₂ positiv. Infolgedessen gibt jetzt die Röhre V₁ die Signalspannung im Ausgangskreis in normaler Weise wieder, während der große Spannungsabfall des Gitterstromes am Impedanzelement Z₂ die Röhre F₂ hindert, während dieser Zeit wirksam zu sein.

Durch die Einschaltung einer für Gleichstrom durchlässigen Impedanz von wesentlichem Wechselstromwiderstand in den gemeinsamen Teil der beiden Anodenkreise ergibt sich ein verbesserter elektrischer Wirkungsgrad der Schaltung. Im Fall des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist die Induktivität L als eine solche Impedanz vorgesehen. Durch die Anwesenheit dieser Impedanz wird es vermieden, daß die zu einer bestimmten Zeit positiv ausgesteuerte und daher unwirksame Röhre eine leistungsverbrauchende Belastung für den gemeinsamen Ausgangskreis bildet. Tatsächlich liegen ja der Ausgangskreis und der Anodenkreis der jeweils unwirksamen Röhre der Wirkung nach parallel zum Anodenkreis der anderen wirksamen Röhre. Der im Kreis der wirksamen. Röhre, beispielsweise V₂, ausgesteuerte nutzbare Strom würde also zum Teil über den Entladungsweg der zu diesem Zeitpunkt unwirksamen Röhre V₁ abfließen. Diese unerwünschte Wirkung wird nun durch Einschaltung der Induktivität L in die Leitung 2 verhindert.

Es kommt nämlich durch die Anwesenheit der Induktivität L im gemeinsamen Teil der beiden Anodenkreise eine Art Reihenschal,-tung der Anodenkreise für Wechselströme zustande. Diese Wirkung sei nachfolgend erklärt. Wenn keine Signalspannungen an den Röhrengittern, liegen, fließen nur die Anodengleichströme der Röhren V₁ und V₂ durch die .Spule L, die in diesem Fall in der Schaltung keine Veränderung bedingt. Sind jedoch Signal.spannungen vorhanden, so¹ sinkt jedesmal der Entladungsstrom im Anodenkreis der jeweils wirksamen Röhre ab. Wenn nun der Strom durch die Induktivität L sich infolgedessen vermindert, so bedingt eine ganz geringe Stromabnahme in der Induktivität bereits die Erzeugung einer Gegenspannung, die den Ausgangswechselstrom zwingt, der Reihe nach durch die Entladungsstrecke der wirksamen und der unwirksamen Röhre und damit durch die ganze Primärwicklung P₂ des Transformators T₂ zu fließen. Eine Induktivität eignet sich deswegen besonders zur Einschaltung in die Leitung 2, weil sie den unveränderlichen Entladungsströmen einen verhältnismäßig geringen Widerstand bietet und daher kein Spannungsverlust entsteht. Es könnte jedoch auch ein Widerstandselement für die Induktivität L eingesetzt werden, wobei die Batteriespannung B um den Spannungsverlust an diesem Widerstand vergrößert werden müßte.

Es hat sich als zweckmäßig herausgestellt, für die Impedanzen Z₁ und Z₂ Widerstände einzusetzen, die ebenso groß sind wie der Widerstand der Gitter-Kathoden-Strecke der zugehörigen Röhren beim Verstärken von Eingangsspannungen von verhältnismäßig kleiner Amplitude. In diesem Fall sind die' in der Schaltung auftretenden Verzerrungen auf

das geringste Maß begrenzt. Im allgemeinen hat sich für die Widerstände ein Wert von ο, ι Megohm als angemessen erwiesen.

Die Leistungsabgabe der Anodenkreise an den Ausgangskreis wird am günstigsten, wenn die zwischen den Anoden der Röhren liegende scheinbare Belastungsimpedanz ungefähr viermal so groß ist wie die wirksame Impedanz zwischen der Kathode und Anode jeder Röhre.

Claims (1)

1. Patentanspruch:
   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 in die Gitterzuleitungen beider Röhren je eine für Gleichstrom leitende Impedanz eingeschaltet ist, deren Wechselstromwiderstandswert groß ist gegenüber dem Widerstand einer Entladungsstrecke zwischen Gitter und Kathode bei positiver Gittervorspannung, wobei die Mitte der Eingangskoppelimpedanz für Gleichstrom leitend mit den beiden Kathoden der Röhren verbunden ist. und daß in die Verbindungsleitung zwischen dem positiven Pol der Anodenspannungsquelle und der Mittelanzapfung einer zwischen den beiden Anoden liegenden Ausgangsimpedanz eine für Gleichstrom durchlässige Impedanz von wesentlichem Wechselstromwiderstand eingeschaltet ist.

   Zur Abgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden:

   Deutsche Patentschriften Xr. 678 546.

   G/8 547;

   britische Patentschriften Nr. 247 626, 222 9S1;

   französische Patentschrift Xr. 644819;

   Forstmann u. Schramm, »Die Elektronenröhre«. 1927, insbesondere S. 186 und 142 ft.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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