Thermionischer Gegentaktverstärker. 1)ie Erfindung bezieht sieh auf thermio- iiiselie Gegentaktverstärker.
1n solchem Verstärkern stellt man häufig die Gitterv orspannung derart ein, dass die gegelitalz-tgesclialteten Röhren auf die gerad linigen Teile ihrer Anodenstrom-Gitter- spannun-scharakteristik arbeiten.
Diese Ein- te llung hat den Vorteil, dass der in den :Anode nl@reisen fliessende Gesamtstrom zur Hauptsache unabhängig von der Amplitude der den Gittern aufgedrückten Schwingun gen ist, aber sie weist den Nachteil auf, dass, wenn die erwähnte Amplitude einen be stimmten, verhältnismässig niedrig liegenden Wert überschreitet, Verzerrung eintritt.
Ferner ist es üblich, namentlich bei durch Batterien gespeisten Geräten, zur Erhöhung der Lebensdauer der Anodenbatterie die gegentaktgeschalteten Röhren wenigstens nahe demjenigen Punkt ihrer Charakteristik, -o der Anodenstrom Null ist (sogenannte Klasse-B-Verstärker). arbeiten zu lassen. Diese Einstellung hat den Nachteil, dass schwache Signale einigermassen verzerrt -erden und dass die an die Anodenstrom quelle angelegte Belastung mit der Amplitude des Signals stark schwankt. Anderseits kön nen starke Signale ohne Verzerrung ver stärkt werden, wobei der gerade Teil der Röhrencharakteristik für die positiven Halb wellen ganz zur Verfügung steht.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, einen Gegentaktverstärker derart einzurich ten, dass sowohl starke wie schwache Signale verzerrungsfrei verstärkt werden können.
Gemäss der Erfindung sind Mittel vorge sehen, welche bewirken, dass der Arbeits punkt auf der Anodenstrom-Gitterspannungs- cbarakteristik selbsttätig von einem Punkt auf dem geraden Teil der Charakteristik zu dem Punkt auf dieser Charakteristik, wo der Anodenstrom praktisch Null ist, verschoben wird, wenn die Amplitude der Signale von kleinen Werten bis zu einem vorbestimmten Höchstwert zunimmt. Nach der Erfindung kann dies dadurch erfolgen, dass man die Gittervorspannung der gegentaktgeschalteten Röhren selbst tätig um einen bestimmten Betrag zuneh men lässt.
Der Verstärker wird sich somit als ein Verstärker der A-Klasse benehmen, wenn die Signale schwach sind, und als ein Ver stärker der B-Klasse, wenn die Signale stark. sind.
Die selbsttätige Einstellung der Gitter vorspannung in Abhängigkeit von der Sig nalstärke kann durch Benutzung des Span nungsgefälles über einen Widerstand im Anodenkreis erreicht werden. Der Anoden strom und infolgedessen das erwähnte Span nungsgefälle wachsen mit der Signalstärke, nachdem letztere einen gewissen Wert über schritten hat.
Es ist aber ersichtlich, dass das gleiche Ergebnis verschiedenartig erreicht werden kann zum Beispiel dadurch, dass ein Teil der eingehenden Wellen vor oder nach der Verstärkung gleichgerichtet wird und dass man den gleichgerichteten Strom ein Spaai- nungsgefälle herbeiführen lässt, das seiner seits unmittelbar oder mittelbar benutzt werden kann, um den Gittern der gegen taktgeschalteten Röhren eine Vorspannung zu geben.
Nach einer andern Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung wird die Tat sache ausgenutzt, dass infolge des Ohinschen Widerstandes des Anodenkreises, das Ano denpotential bei einer Zunahme des Sig nals, das heisst bei einer Zunahme des mitt leren Anodenstromes, abnimmt, so dass die Charakteristik selbst verschoben wird. Wenn die Gittervorspannung dabei unverindert gehalten wird, wird der Arbeitspunkt bei einer Zunahme der Signalamplitude allmäh lich dichter zum Nullpunkt heranrüek .en, und umgekehrt.
Der Ohmsche Widerstand der Anoden stromquelle, gewöhnlich ein Anodenspan nungsgerät, wird zweckmässig derart ge wählt, dass das dadurch erhaltene Span- =iun;sgefälle ungefähr genügt, um den Ar- beitspunkt von dem Klasse A- zu dein Klasse B-Punkt verschieben zu lassen, wenn die Amplitude des Signals von einem Min destwert zu einem Höchstwert variiert.
In der Praxis hat es sich gezeigt, dass der Ohmsche Widerstand der gegenwärtig ver wendeten Anodenspannungsgeräte zu diesem Zwecke zu gross ist und erheblich herabge setzt werden muss. Dies bedeutet im allge meinen eine geringe Zunahme des Gewich tes und des Preises, aber anderseits #:ann die Einrichtung zur selbsttätigen Änderung der Gitterspannung entbehrt werden.
Es ist ersichtlich, dass die beiden Massnahmen, das heisst Änderung der Gittervorspannung und das Herbeiführen einer vorherbestimmten Änderung der Anodenspannung, gewtinach- tenfalls kombiniert werden können. Dies kann verschiedenartig erfolgen und zwar derart, dass sich die beiden Wirkungen unterstützen oder entgegenwirken.
Aus obigem ist ersichtlich, dass die gute Wirkung eines thermionischen Gegentrkt- verstärkers mehr oder weniger von der Ano denspannung als Funktion der an die Ano- denstromquelle angelegten Belastung abhän gig sein wird. Dieser Faktor ist von beson derer Bedeutung, wenn die Röhren im oder nahe dem Nullpunkt ihrer Charakteristik arbeiten. Es folgt hieraus, dass es wesentlich ist, diese Funktion gut in der Hand zu Ha ben, was in den meisten Fällen darauf hin auskommt, dass das Anodenspannungsgefälle bei voller Belastung innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden muss.
Bei Verwendung trockener Zellen, Ak- kumulatorbatterien oder Generatoren als Anodenstromquelle wird diese Bedingung keine Schwierigkeiten machen.
Wenn aber Gleichrichter und Filter elemente enthaltende Anodenspannungsge- räte benutzt werden, wird der innere Wider stand im allgemeinen zu gross sein, es sei denn, dass der Apparat ausserordentlich gross, schwer und teuer ausgebildet wird.
Diese Schwierigkeit kann durch eine solche Ausbildung des Anodenspannungsge- rätes überwunden werden, dass sein innerer Widerstand bei einer Zunahm: der Be lastung abnimmt und umgekehrt.
Dies kann durch Verwendum; einer Drosselspule mit Eisenkern erreicht werden, der beim Normalwert der Gleiclistrombe- lastung beinahe gesättigt ist.
Überall dort, v. o im vorstehenden und im folgenden der Ausdruck "Anodenspan nungsgerät" verwendet worden ist, ist dar unter jeder von einer Batterie oder einem Generator verschiedene Apparat zu ver stehen, der einen mehr oder weniger schwin- --ungsfreien Cxleichstrom zu liefern vermag, wie es auf dem Gebiete von thermionischen Röhren erforderlich ist.
Im folgenden werden, anhand der bei liegenden Zeichnung Ausführungsb:4spiele der Erfindung näher erläutert.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbei spiel dargestellt; In Fig 2 ist die Verschiebung der Gitter- vorspannung für den Verstärker nach Fig. 1 graphisch dargestellt; Fig. 3 stellt ein. Ausführungsbeispiel dar, in dein der Verstärker durch ein Anoden spannungsgerät mit einem vorherbestimmten inneren Widerstand gespeist wird; Fig. 4 ist eine graphische Darstellung der Verschiebung der Charakteristik bei Änderung der Belastung für den Verstärker nach Fig. 3;
in Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem eine verringerte Ver schiebung der Charakteristik gegenüber dem Fall der F ig. 3 eintritt; Fig. G ist die graphische Darstellung, zu einem Ausführungsbeispiel. das eine Kombi nation der Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 5 ist.
In Fig. 1 wird den Gittern der gegen taktgeschalteten Röhren T'1 und h2 mittelst einer Batterie C und durch das im Wider stand R, durch den man die Anodenströme der Röhren fliessen lässt. auftretende Span nungsgefälle eine Vorspannung aufgedrückt. Der Anodenstrom wird durch eine Batterie R mit einem verhältnismässig geringen in- nein Widerstand geliefert, so dass das Poten tial an den Anoden der Röhren für sämt liche praktische Anwendungen konstant er achtet werden kann.
Der Widerstand R ist derart bemessen, dass bei einer Zunahme des Anodengleich stromes infolge wachsender Signalstärke die Gittervorspannung der Röhren derart erhöht wird, dass der Arbeitspunkt von ungefähr der Mitte des geraden Teils der Charakteri stik mindestens annähernd nach dem Null punkt verschoben wird, wenn die Signal- stärke von kleinen Werten bis zu einem vor bestimmten Höchstwert zunimmt.
Dies ist in Fig. ? veranschaulicht. Die Gittervorspannung wird bei Abwesenheit von Signalen einen Wert n haben, der die algebraische Summe der durch die Batterie C gelieferten Spannung und des Spannungs gefälles im Widerstand R infolge des in ihm fliessenden Anodenstromes darstellt.
Wenn den Gittern Signale von einiger massen beträchtlicher Amplitude aufgedrückt werden, wird der Anodenstrom und infolge dessen auch das Spannungsgefälle in dein Widerstand R zunehmen, was eine Zunahme der Gittervorspannung zur Folge hat. Die Bedingungen sind so gewählt, dass wenn die Signale eine vorbestimmte Höchstamplitude erreicht haben, bei der verzerrungsfrei ver stärkt werden kann, die Gittervorspannung um X1 zugenommen hat und der Arbeits punkt auf der Charakteristik von dem Punkt a in oder nahe bei der Mitte des geraden Teils nach dem Punkt b, der nahe bei dem Nullpunkt liegt, verschoben worden ist.
Gemäss Fig. 3 wird an die Gitter der gegentaktgeschalteten Röhren V1 und I'2 eine konstante Vorspannung angelegt, die durch die Batterie C geliefert wird. Der Anodenstrom wird durch ein sogenanntes Anodenspannungsgerä.t bekannter Art ge liefert, das nicht näher beschrieben zu wer den braucht. Solche Geräte haben gewöhn lich einen verhältnismässig grossen inneren Widerstand,
welcher die der Anode gelie ferte Spannung in hohem 11fasse von der Be- la.stung abhängig macht. Jede Abnahme der Anodenspannung veranlasst eine Ver schiebung der Charakteristik der Röhre nach rechts, und umgekehrt. Wenn angenommen wird, dass die G itterv orspannung unverän dert bleibt, so bedeutet dies eine Verschie bung des Arbeitspunktes der Röhre zai der untern Krümmung der Charakteristik, und sogar über diese Krümmung hinaus, falls die Anodenspannung hinreichend sinkt.
Dies wird in der Tat beim Auftreten stärkerer Signale, bei-Verwendung eines Normalano- denspannungsgerätes, -wie sie gegenwärtig in grossem Umfang Anwendung finden, er folgen. Beim vorliegenden Ausführungsbei spiel ist das Anodenspannungsgerät jedoch derart ausgebildet, dass sein innerer Wider stand den Anodenspannungsfall innerhalb solcher Grenzen hält, dass der Arbeitspunkt den Nullpunkt der Charakteristik nicht überschreitet, wenn die Signalstärke bis zu einem vorherbestimmten Höchstwert zu nimmt.
In der Praxis kann dies leicht dadurch erreicht werden, dass der Reihenimpedanz der Filtereinrichtung I' ein verhältnismässig ge ringer Ohmscher Widerstand gegeben wird. Wenn dieser Vorschaltwiderstand wie in der Figur dargestellt, eine Drosselspule ist, so kommt dies auf eine Zunahme der Abmes sungen, des Gewichtes und des Preises hin aus im Vergleich zu den gewöhnlich für den gleichen Zweck benutzten Drosselspulen. Falls der Vorschaltwiderstand ein Ohmsclier Widerstand ist, so muss dieser Widerstand niedriger als gewöhnlichgehalten werden,
wo bei die Kapazität der Abflachkondensatoren proportional erhöht wird. Auch in diesem Fall findet eine Zunahme der Abmessungen, des Gewichtes und des Preises statt.
Das erreichte Ergebnis ist in Fig. 4 graphisch dargestellt. Die durch die Batterie C gelieferte Gittervorspannung wird kon stant auf einem Wert n gehalten. Wenn das Signal von Null zu dem vorbestimmten Höchstwert ansteigt, verschiebt sich die Anodenstrom - Gittervorspannungscharakteri- stik Pi seitlich um eine Strecke yi nach der Kurve P2. Der Arbeitspunkt wird somit von dem Punkt a auf Pi nach b auf P2 ver schoben.
In Fig. 5 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem ein Anodenspannungs- gerät verwendet wird, in dem die üblichen Abmessungen einer solchen Einrichtung un verändert beibehalten sind. Um bei grosser Signalstärke einen zu grossen Anodenspan nungsabfall zu verhüten, ist eine Spule S vorgesehen, deren aus Eisen oder einem an dern magnetischen Material bestehender Kern für den mittleren Wert der Gleich strombelastung beinahe gesättigt ist.
Bei einer Belastungszunahme wird die Induk.- tanz der Spule offenbar abnehmen, und in folgedessen die Eingangsspannung des I'il- ters F zunehmen wird. Diese Wirkung ar beitet dem Anodensparinungsverlust durch den Ohnischen Widerstand des Anodenspau- nungsgerätes bei einer Belastungszunahme entgegen.
Es ist klar ersichtlich, dass das Ganze derart eingerichtet werden kann, dass man die in Fig. .l- schematisch angegebenen Arbeitsbedingungen erhält. In diesem Fall braucht die genannte entgegengesetzte Wir kung der Spule nur verhältnismässig gering zu sein.
Im allgemeinen empfiehlt es sich aber, über eine hohe Anodenspannung zür ver fügen, wenn die Belastung hoch ist, so rlass eine beträchtliche kompensierende Wirkung der Spule ,S' nützlich sein wird.
Anderseits wird die Spule<B>S</B> nie imstande sein, die Zu nahme des Oliinsclien Spannungsverluste bei wachsender Be1Vstung völlig zu kompen sieren, so dass die in bezug auf Fig. 1 und 41 beschriebene Art und Weise zur Verschie bung der Gittervorspannung vorteilhaft mit dem Einschalten einer Spule S kombiniert werden kann.
Aus diesem Grunde wird vor teilhaft ein Widerstand R in der Seha.l- tungsanordnung nach. Fig. 5 in Reihe mit der Vorspannungsbatterie C so geschaltet, wie dies aus der Fig. 1 ersichtlich ist.
In Fig. 6 ist schematisch die Wirkung dieses letzteren Falles dargestellt. Die Cha rakteristik wird um eine geringe Strecke F2 nach rechts verschoben, \wenn das Signal von Mull bis zum vorbestimmten Maximum zu nimmt. Gleiehzeitig hat die Crittervorspan- nung rc um x2 zugenommen.
Durch diese zwei zusammenwirkenden Erscheinungen %vird der Arbeitspunkt von dem Punkt a auf dem geraden Teil der Kurve Pi naeli dem Punkt b nahe bei dem Nullpunkt der Kurve P2 verschoben.