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Gegentaktverstärker mit zusätzlichem Abgleich der Symmetrie Bei Gegentaktverstärkern
heben sich bekanntlich die geradzahligen Harmonischen entsprechend der Symmetrie
beider Gegentakthälften auf. Am Ausgang des Verstärkers erscheint nur die Differenz
der Klirrfaktoranteile beider Gegentakthälften, die, ebenso wie die Klirrfaktoranteile
selbst, durch Gegenkopplung verringert werden kann, und zwar annähernd um den Faktor,
um den die Verstärkung herabgesetzt wird.
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Das erzielbare Minimum an Unsymmetrie wird, wenn keine besonderen
Vorkehrungen getroffen werden, von der Toleranz der Schaltelemente und der Röhreneigenschaften
begrenzt. Der verbleibende Relativwert der Verzerrung - bezogen auf die Verzerrung
einer Gegentakthälfte - wird demnach durchaus merklich sein. Der Absolutwert dagegen
kann durch Gegenkopplung entsprechend klein gemacht werden. Dies gilt ohne Einschränkung,
wenn die Gegentakthälften im Ausgang voneinander unabhängig sind. Das ist immer
der Fall, wenn sie nicht durch einen Übertrager eng miteinander verkoppelt sind
oder aber zumindest, jede für sich, einen Innenwiderstand haben, der von der Größenordnung
des Außenwiderstands oder höher ist. Wenn dagegen, was in mancher Hinsicht technische
Vorteile haben kann, eine starke Spannungsgegenkopplung jeweils in den einzelnen
Gegentakthälften für sich angewendet wird und diese ausgangsseitig durch einen Übertrager
eng verkoppelt sind, ist eine beliebige Steigerung des Gegenkopplungsgrads bei endlicher
Unsymmetrie nicht ohne weiteres möglich. Infolge der engen Verkopplung wirken nämlich
die beiden Gegentakthälften wie zwei parallel geschaltete Stromquellen aufeinander
ein. Bei gleicher EMK und beliebigem Innenwiderstand
erfolgt selbstverständlich
keine gegenseitige Einwirkung, ebenfalls nicht, oder nur im geringen Maße, bei hohen
Innenwiderständen. Bei sehr kleinen Innenwiderständen darf die Unsymmetrie beider
Gegentakthälften jedoch nur sehr kleine Werte haben, sonst wird die Hälfte mit der
höheren Verstärkung (höheren EMK) von der anderen Hälfte belastet. Letztere kann
dann schon bei relativ kleiner Unsymmetrie, insbesondere des Gegenkopplungsweges,
sogar zum Verbraucher werden, anstatt selbst die halbe Nutzleistung an den gemeinsamen
Außenwiderstand zu liefern.-Die allein durch Wahl der Gegentaktschaltüng - bei üblichen
Toleranzen der Schaltelemente und Röhren gegebene Unsymmetrie ist also meistens
ungenügend und muß, möglichst ohne Veränderung der festgelegten Gesamtverstärkung,
verbessert werden können.
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Aus dieser Erkenntnis heraus erfolgt bei zweistufigen Gegentaktverstärkern
in vollsymmetrischer Schaltung mit Ausgangsübertrager und mit Spannungsgegenkopplung
jeweils von der Anode der zweiten auf die Kathode der ersten Röhre in jeder Symmetriehälfte
erfindungsgemäß ein zusäzlicher Abgleich der Symmetrie geradzahliger Harmonischer
für den ganzen Nutzfrequenzbereich oder einen Teil desselben durch gegenläufige
Änderung des Produkts aus Gegenkopplungsmaß und Verstärkungsfaktor der beiden Symmetriehälften,
und zwar durch ein Potentiometer zwischen den Kathoden der ersten Stufe, dessen
Schleifer geerdet ist. Falls erforderlich, kann die gegenläufige Änderung für mehrere
Gebiete des Übertragungsbereichs durch je ein Regelglied vorgenommen werden. Dieses
besteht dann für ein Gebiet, in dem Verstärkung und Gegenkopplungsmaß komplex sind,
aus einer Zusammenschaltung v an Wirk- und Blindwiderständen.
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DieAbbildung zeigt beispielsweise dieSchaltung eines Gegentaktverstärkers
gemäß der Erfindung. Die beiden Röhren r bilden die Vorverstärkerstufe, während
die beiden Röhren 2 die Endstufe bilden. Über die beiden Widerstände 3 erfolgt eine
zweistufige Gegenkopplung in den beiden Zweigen des Gegentaktverstärkers. Der Ausgangsübertrager
ist mit q. bezeichnet. Mit Hilfe des in der gemeinsamen Kathodenleitung der beiden
Röhren liegenden Potentiometers 5 werden die Gegenkopplungen der beiden Gegentakthälften
gegenläufig verändert, bis die resultierenden Verstärkungen gleich groß sind. Die
Arbeitswiderstände der beiden Vorröhren sind mit 6 bezeichnet.
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Der Symmetrieabgleich könnte an sich in verschiedener Weise erfolgen,
wird aber besonders vorteilhaft mittels der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anordnung
vorgenommen. Bekanntlich ist die resultierende Verstärkung eines gegengekoppelten
Verstärkers allgemein
wobei a das Gegenkopplungsmaß, d. h. das Verhältnis der auf den Eingang zurückgeführten
Spannun- zur Ausgangsspannung, und l' die Verstärkung des vom Gegenkopplungsweg
eingeschlossenen Verstärkungsabschnitts ist.
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. Man kann also grundsätzlich die Verstärkung I "' der beiden Gegentakthälften
lediglich durch Änderung des Verstärkungsfaktors l' einander angleichen. Beispielsweise
könnte man zu diesem Zweck .die Steilheit der Endröhren in bekannter Weise durch
deren Gittervorspannung beeinflussen. Wenn man aber berücksichtigt, daß sich die
Steilheit einer Röhre nur proportional der 3. Wurzel aus dem Anodenstrom ändert,
so findet man, daß . dieser Weg in zweifacher Hinsicht sehr unzweckmäßig ist. Für
eine relativ kleine Änderung der Steilheit von ro% benötigt man annähernd die dreifache
relative Änderung des Anodenstroms, also 3o% seines bisherigen Wertes. Ein derartiger
Unterschied beider Anodenströme bringt aber in den meisten Fällen bereits eine bei
weitem zu große Vormagnetisierung des Ausgangsübertragers mit sich. Andererseits
wird auch die aussteuerbare Endleistung durch die unterschiedliche Anodenbelastung
der Endröhren herabgesetzt.
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Eine weitere bekannte Möglichkeit, die Verstärkung h innerhalb des
von der Spannungsgegenkopplung umschlossenen Verstärkungsabschnitts zu regeln, wäre
durch die Anwendung einer veränderbaren Stromgegenkopplung im Kathodenkreis der
Endröhre gegeben. Einerseits wirkt aber diese Stromgegenkopplung hinsichtlich des
erwünschten kleinen Innenwiderstandes des Verstärkers der vorhandenen Spannungsgegenkopplung
entgegen, andererseits tritt auch hierbei eine Veränderung der Anodenströme und
eine Vormagnetisierung des Ausgangsübertragers auf. Um letzteres zu vermeiden, müßte
der Gegenkopplungszweig gegen Gleichstrom verriegelt «.erden, wodurch sich bei steilen
Röhren ein erheblicher Aufwand an Kondensatoren ergibt.
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Es ist noch eine Reihe weiterer Maßnahmen bekannt, mit denen der Verstärkungsfaktor
hgeregelt werden kann. Sie haben jedoch teilweise den Nachteil, den Arbeitspunkt
der Vor- oder Endröhre zu verändern oder zusätzlichen Schaltungsaufwand zu erfordern.
Als recht zweckmäßig zur Regelung des Verstärkungsfaktors hat sich dagegen die Veränderung
derAnodenwiderstände6 erwiesen; wenn man sie durch ein Potentiometer ersetzt, dessen
Schleifer an der positiven Batteriespannung liegt, dann erhält man ein einfaches
Regelglied für den Abgleich.
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Bei einer größeren Unsymmetrie zeigt sich jedoch, daß man mit einer,
wenn auch von sonstigen Mängeln freien Methode, die lediglich einen Abgleich des
Verstärkungsfaktors l' bewirkt, zwar wohl ein Verzerrungsminimum einstellen kann,
dabei aber die Gesamtverstärkung V der Gegentaktanordnung vermindert. Der Grund
hierfür ist, daß man mit einer Änderung des Faktors V die resultierende Verstärkung
h' bei starker Gegenkopplung nur wenig beeinflussen kann; die Konstanz von b'' bei
Schwankungen des Verstärkungsfaktors V ist ja eine bekannte und erwünschte Wirkung
der Gegenkopplung.
Eine ausschließlich durch ungleiche Verstärkungsfaktoren
TV der beiden Gegentakthälften, bei genau symmetrischem Gegenkopplungsmaß a, hervorgerufene
Unsymmetrie kann ohne weiteres durch Abgleich von h wieder behoben werden, da sie
vor dem Abgleich auch nur kleine Unterschiede von V ergeben konnte. Eine merkliche
Unsymmetrie der beiden Gegenkopplungszweige dagegen, die sich voll auf die resultierende
Verstärkung h' auswirkt, kann durch Änderung des Verstärkungsfaktors h nicht einwandfrei
ausgeglichen werden.
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Von Vorteil ist, daß beim Abgleich nur eine geringfügige Änderung
der Arbeitspunkte der Vorröhren eintritt. Sie ist in den meisten Fällen bedeutungslos,
und es erübrigen sich dann die bekannten Maßnahmen zur Trennung von Gleich-und Wechselstrom
im Kathodenkreis.