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Gegentaktverstärker in B-Sehaltung.
Bei A-Verstärkern, d. h. Verstärkern, die im gradlinigen Teil der Charakteristik mit einem mittleren Anodenruhestrom arbeiten, der etwas grösser ist als der Scheitelwert des maximal übertragbaren Wechselstromes, ist infolge der Anodenverlustleistungsgrenze der zulässige Anodenspitzenstrom
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des Anodenstromes bei sämtlichen marktgängigen Röhren, die etwa 300 Volt Anodenspannung benötigen, rund 40 nA. Der Abschlusswiderstand, der sieh als Quotient aus der hohen Anodenwechselspannung (etwa 200 Volt) und dem relativ kleinen Anodenweehselstrom ergibt, ist verhältnismässig gross. Er hat bei diesen Röhren, auf die Anodenseite der Röhre bezogen, etwa die Grössenordnung von 5000 Ohm.
Bei B-Verstärkern, die im unteren Knick der Charakteristik mit einem Anodenruhestrom, der praktisch gleich Null ist, arbeiten, bei denen also jede Röhre nur eine halbe Welle des zu übertragenden Wechselstromes verstärkt, ist das Verhältnis der Wechselstromleistung zur Anodenverlustleistung der Röhre wesentlich günstiger als bei den A-Verstärkern. Die Wechselstromleistung kann bei gleicher Anodenverlustleistung unter Umständen etwa 5mal so gross werden wie bei A-Verstärkern. Bei Verwendung der gleichen Anodenspannung wie beim A-Verstärker muss man, um die vorteilhafte Arbeitsweise des B-Verstärkers auszunutzen, dafür sorgen, dass grosse Spitzenströme die Röhre durchfliessen.
Die Praxis hat gezeigt, dass bei gleich grossen Röhren im Gegensatz zu den erwähnten A-Verstärkern der Anodenspitzenstrom etwa 200 mA und darüber betragen kann, ohne dass die zulässige Anodenverlustleistung überschritten wird. Der Abschlusswiderstand wird jetzt entsprechend dem grossen Anodenstrom verhältnismässig klein. Auf die Anodenseite der Röhre bezogen, liegt er in der Grössenordnung von 1000 Ohm. Die Ausgangsleistung eines solchen Verstärkers lässt sich nun gemäss der Erfindung dadurch beträchtlich erhöhen, dass der Durchgriff weit über den heute üblichen maximalen Wert von etwa 25% hinaus vergrössert wird. Bereits bei einem Durchgriff von 60% würde gegenüber einem Durchgriff von 25% die Leistung um das fünf-bis sechsfache steigen.
Diese Leistungssteigerung ist, wie später noch nachgewiesen wird, auf die Vergrösserung der durehsteuerbaren Spannung zurückzuführen.
Ein weiterer Vorteil der Erhöhung des Durehgriffes ist noch die damit Hand in Hand gehende Herabsetzung des Innenwiderstandes unter der Annahme konstanter Steilheit, die bewirkt, dass Lastschwankungen des Verbrauchers die abgegebenen Klemmenspannungen nur noch geringfügig beeinflussen.
Bei Verstärkern, die mit wechselnder Belastung arbeiten, beispielsweise bei Drahtfunkverstärkern, bei denen die Zahl der eingeschalteten Verbraucher sich ständig ändert, muss infolge der Forderung konstanter Klemmspannung am Ausgang des Verstärkers das Verhältnis Innenwiderstand des Verstärkers zum Lautspreeherwiderstand bzw. Netzwiderstand klein sein. Bei den A-Verstärkern ist dies mit Rücksicht auf die Anodenverlustleistung der Fall. Der Abschlusswiderstand ist immer etwa zwei bis zehnmal so gross wie der Innenwiderstand des Verstärkers.
Bei den B-Verstärkern sind hingegen infolge der relativ geringen Anodenverlustleistung völlig andere Anpassungsbedingungen vorhanden. Bei den bisher bekannten marktgängigen Trioden ist der Abschlusswiderstand immer kleiner als der Innenwiderstand der Röhre. Beispielsweise ist bei einer häufig benutzten 20-Watt-B-Verstärkertype der Abschlusswiderstand 1000 Ohm, während der Innen-
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widerstand der Endröhren 5000 Ohm beträgt. Bei einer andern bekannten-B-Verstärkerkonstruktion, - die mit Röhren sehr kleinen Durchgriff arbeitet, beträgt der Innenwiderstand sogar 15 000 Ohm, obgleich der Abschlusswiderstand ebenfalls nur 1000 Ohm gross ist. Diese Verstärker sind daher für Verbraucher mit wechselnder Belastung, wie es z. B. Drahtfunknetze vorstellen, nicht verwendbar.
Um die günstigen Eigenschaften des B-Verstärkers, d. h. die hohe Weehselstromleistung im Verhältnis zur Anodenverlustleistung mit der Möglichkeit, diese Verstärker für Musikübertragungs- netze oder sonstige Verbraucher mit wechselnder Belastung verwenden zu können, zu verbinden, wird erstrebt, B-Verstärker mit Röhren kleinen Innenwiderstandes, z. B. bei 20 Watt Ausgangsleistung, mit einem inneren Widerstand 1000 Ohm möglichst noch unter 500 Ohm zu benutzen.
Ein kleiner Innenwiderstand lässt sich dadurch erreichen, dass man die Röhren mit extrem grossem Durchgriff oder mit hoher Steilheit ausbildet. Die Erhöhung der Steilheit. lässt sich im allgemeinen nur mit Erhöhung der Herstellungskosten herbeiführen. Anders liegen aber die Verhältnisse in der Erzielung extrem grosser Durchgriff. Der hohe Durchgriff lässt sich durch geeignete Wahl der Maschenweite des bzw. der Steuergitter erzielen. Es ist möglich, mehrere Gittergleicher oder verschiedener Maschenweite gegeneinander zu schalten. Eine andere Lösung ist, das Gitter so dicht als irgend möglich an die Anode heranzubringen oder sogar ausserhalb der Anode anzuordnen. Der grosse Durchgriff hat ausserdem noch, wie nachstehend gezeigt werden soll, bei B-Verstärkern eine besondere Bedeutung.
Infolge der günstigen Anodenbelastungsverhältnisse ist es, wie bereits erwähnt, bei kleinen Röhren möglich, hohe Anodenströme ohne Überschreitung der zulässigen Anodenverlustleistung zu erreichen. Beispielsweise wird eine Wechselstromausgangsleistung von 20 Watt mit zwei in B-Schaltung betriebenen Röhren erreicht, deren Anodenverlustleistung je Röhre nur etwa 10 Watt und deren Anodenspannung nur 300 Volt beträgt. Der Anodenspitzenstrom wird hiebei 200 mA.
Um nun bei den üblichen kleinen Anodenspannungen derart hohe Anodenströme zu erreichen, werden die Endröhren bei den B-Verstärkern bis weit in den positiven Bereich der Gitterspannung hineingesteuert, unter Umständen sogar fast ausschliesslich in diesem Bereich betrieben. Der Durchgriff der Röhren beträgt im letzten Falle nur einige Prozent. Diese Lösungsmöglichkeit hat ausser dem hinsichtlich des Verbrauchers schwerwiegenden Nachteil des hohen Innenwiderstandes noch den, dass zur Erzeugung des notwendigen Gitterstromes die Leistungsfähigkeit der Vorröhre verhältnismässig gross sein muss, damit die Steuerspannung durch die Belastung mit dem Gitterkreis nicht zusammenbricht. Im allgemeinen benutzt man als Vorröhre eine Röhre gleicher Leistungsfähigkeit wie die Endröhre. Dies verteuert selbstverständlich den Verstärker beträchtlich.
Die maximale Ausgangsleistung des Verstärkers ist proportional dem Produkt aus durchge- steuerter Spannung (Anodenspannung Ea minus Restspannung Er) und Anodenspitzenstrom. Bei dem obengenannten Beispiel des 20-Watt-Verstärkers beträgt der Anodenspitzenstrom der üblichen Röhren etwa 200 mA. Bei dieser Belastung sind die Röhren noch verhältnismässig klein und billig herzustellen. Die die Ausgangsleistung bestimmende Restspannung Er ist gegeben durch
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worin S und D Steilheit und Durchgriff bedeuten. Die Steilheit der Röhre ist vorwiegend abhängig von der Grösse der Kathode, d. h. der Grösse der Röhre. Man erreicht bei den vorerwähnten Röhren Steilheiten bis zu etwa 3 mA pro Volt.
Die bei den Leistungsröhren bis heute verwendeten Durchgriff betragen im Maximum etwa 25%. Setzt man diese Werte in die obengenannte Formel durch die Restspannung ein, so erhält man unter Voraussetzung, dass der Anodenstrom 200 mA bei Aussteuerung
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Man ersieht hieraus, dass die Restspannung mehr als Ve der Anodenspannung ist. Die Leistung des Verstärkers wird in diesem Falle etwa 3-5 Watt betragen.
Während bei diesen kleinen Röhren der Anodenspitzenstrom von etwa 200 mA und die Steilheit, die etwa 3 mA pro Volt beträgt, ohne wesentliche Erhöhung der Herstellungskosten nicht merkbar grösser gemacht werden können, kann gemäss der vorerwähnten Formel die Restspannung durch Vergrösserung des Durchgriffes weit über den heute üblichen maximalen Wert von etwa 25% hinaus be- trächtlich verringert werden und mithin die Ausgangsleistung des Verstärkers vergrössert werden. Bereits bei einem Durchgriff von 60% würde die Restspannung in dem vorerwähnten Beispiel nur etwa 100 Volt betragen und damit die Leistung des Verstärkers auf 20 Watt steigen. Versuche haben gezeigt, dass der Durchgriff der Röhren bei durchaus brauchbaren Kennlinienfeldern bis auf 100% gesteigert werden kann.
Der Leistungszuwachs durch Vergrösserung des Durchgriffes ist bei B-Verstärkern im
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stärkers wesentlich höhere Spitzenströme ausgesteuert werden können als bei A-Verstärkern. Rechnet man die gleichen Arbeitsverhältnisse für einen A-Verstärker aus, so findet man, dass eine Durehgriffserhöhung über die bisher üblichen Werte hinaus nur eine geringfügige Leistungsvergrösserung ergibt,
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jedoch eine beträchtliche Herabsetzung der Verstärkung mit sich bringt. Dies ist auch der Grund, warum Röhren mit grösserem Durchgriff als etwa 25% in der Verstärkertechnik bis heute nicht verwendet werden. Die Vergrösserung des Durchgriffes verspricht nur Erfolge bei der Verwendung von Röhren in B-Verstärkerschaltung.
Ausser der Leistungssteigerung, die durch die Erhöhung des Durchgriffes bedingt wird, bewirkt diese Erhöhung auch noch eine Herabsetzung des inneren Widerstandes unter Annahme konstanter Steilheit, die ja, wie erwähnt, ohne zusätzliche Kosten nicht wesentlich vergrössert werden kann.
Die Verringerung des inneren Widerstandes hat, wie eingangs erörtert worden ist. noch den Vorteil, dass Lastschwankungen des Verbrauchers die abgegebenen Klemmenspannungen nur noch geringfügig beeinflussen. Der hohe Durchgriff löst also zwei verschiedenartige Probleme der Verstärkertechnik mit einem Schlage.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gegentaktverstärker in B-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass Endröhren mit mehr als 30% Durchgriff des Anodenpotentials durch das Steuergitter benutzt werden.