DE644520C - Verfahren zur Leistungsverstaerkung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf die Leistungsverstärkung von Frequenzen bzw. Frequenzgemischen, welche im Hörbereich liegen, so z. B. auf die Verstärkung in den Endstufen von Klangverstärkern. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern kann in gleicher Weise der Verstärkung oberhalb und unterhalb des Tonfrequenzbereiches liegender Frequenzen dienen und dabei für verschiedene andere Zwecke, z. B. für Steuerungen, Regelungen, Nachrichtenübermittlung usw., Anwendung finden.

Bei Klangverstärkern ist es üblich, die Endstufen zwecks Vermeidung von Verzerrungen nur so weit auszusteuern, daß der lineare Teil der Arbeitskennlinie von der aussteuernden Gitterspannung nach beiden Seiten nicht überschritten wird. Dies hat zur Folge, daß die von einem Leistungsrohr abgebbare Leistung im Höchstfalle nur gleich der Hälfte der an der Anode vernichteten Leistung werden kann. Um eine erhöhte Ausnutzung der Leistungsröhren zu erreichen, sind bereits Entzerrungseinrichtungen vorgeschlagen worden, durch die nichtlineare Verzerrungen aufgehoben werden, welche bei absichtlich hervorgerufener Übersteuerung eintreten.

Durch die Erfindung wird ein grundsätzlich neuer Weg gezeigt, um eine Leistungs-Verstärkung von Strömen beliebiger Kurvenform zu erreichen. Dabei ergibt sich der große Vorteil, daß eine erhöhte Ausnutzung der bisher für diesen Zweck bekannten Elektronenröhren erzielt wird.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Hochvakuumröhren so auszusteuern, daß möglichst wenig Energie innerhalb der Röhren verbraucht wird. Zu diesem Zweck werden die Eingangsseiten der Röhren stoßweise erregt, und zwar derart, daß entweder kein Strom durch die Röhre fließt oder bei sehr großem Stromdurchfluß praktisch keine Spannung an der Röhre vorhanden ist. Die in der Röhre verbrauchte Leistung, d. h. das Produkt aus Spannung und Stromstärke, ist dann ein Minimum. Die Steuerung der Verstärker wird dabei derart eingerichtet, daß in ihren Anodenkreisen Stromstöße von annähernd gleicher Amplitude und von oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes liegender Frequenz entstehen, die durch Stromlücken getrennt sind. Die Dauer oder die Frequenz der Stromstöße oder Dauer und Frequenz werden derart von den Augenblickswerten des zu verstärkenden Stromes ab- hängig gemacht, daß nach Absiebung sämtlicher oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes liegender Frequenzen der durch den 'Verbraucher fließende Strom einen dem zu verstärkenden Strom annähernd proportionalen Verlauf zeigt.

Bei dem Verstärkungsverfahren gemäß der Erfindung wirken die Röhren wie Schalter, die abwechselnd geschlossen und geöffnet

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Walter Hähnle in Berlin-Siemensstadt.

werden. Die Frequenz, mit der die Schließung und Öffnung erfolgt, ist so hoch zu wählen, daß sie oberhalb der höchsten zu übertragenden Nutzfrequenz liegt. In praktischen Fällen wird man diese Frequenz etwa dreifach so groß wie die höchste Xutzfrequenz bemessen, um eine einfache Absiebung durchführen zu können. In den Fällen, in denen der Verbraucherwiderstand einen begrenzten Durchto lässigkeitsbereich aufweist, können die Siebmittel entbehrt werden, da die Stoßfrequenz durch die begrenzte Durchlässigkeit des Belastungswiderstandes zurückgehalten wird.

Bei den durch stetige Kennlinien a'usgezeichneten Hochvakuumröhren wird das sprunghafte Ein- und Aussetzen des Stromes erfindungsgemäß dadurch erhalten, daß eine sprunghaft wirkende Steuerung angewendet wird. Beispielsweise kann hierfür eine geeignete Rückkopplung vorgesehen sein, oder es kann von unstetigen, beeinflußbaren Vorgängen, z. B. von Relaxationsschwingungen, Gebrauch gemacht werden.

Die Abhängigkeit der Stromstöße von den Augenblickswerten der zu verstärkenden Spannung kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden. Verhältnismäßig einfache Schaltungsanordnungen ergeben sich, wenn die Stromstöße gleichen Abstand erhalten und ihre Dauer zu dem Momentanwert des zu verstärkenden Stromes in Beziehung gesetzt ist oder wenn die Stromstöße von gleicher Dauer gemacht und ihre Abstände entsprechend den Werten der zu verstärkenden Größe gewählt werden. Der rechtzeitige Einsatz der Stromstöße bzw. das rechtzeitige Aufhören läßt sich durch geeignete Schaltungen, die insbesondere Rückkopplungen des Ausgangskreises auf den Eingangskreis verwenden, herbeiführen.

Für die Ausbildung der erwähnten Siebmittel zur Zurückhaltung der Stoßfrequenzen ist zu berücksichtigen, daß diese imstande sein müssen. Leistung aufzunehmen, wenn der Verstärker mit einem wattlosen Verbraucherwiderstand belastet ist. Dies ist erforderlich, um zu verhindern, daß die Leistung in den Röhren selbst vernichtet wird und dort eine unzulässige Erwärmung der Anoden herbeiführt.

Ein der Erfindung ähnliches Verfahren zur Leistungsverstärkung mit Hilfe von nicht stetig arbeitenden Gasentladungsröhren ist bereits früher unter Schutz gestellt worden. Dieses Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als es mit diesen Verstärkern infolge der langen Entionisierungszeit der verwendeten Röhren nicht möglich ist, die Röhren im Takte der oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes liegenden Hilfsfrequenz einwandfrei zu steuern, sobald diese Frequenz oberhalb 1000 Hz gewählt werden muß. Da diese Hilfsfrequenz praktisch etwa dreimal so groß ist wie die höchste der zu verstärkenden Frequenzen, wird bei der Verwendung von Gasentladungsröhren das zu verstärkende Frequenzband auf etwa 300 bis 500 Hz als obere Grenze beschränkt. Diese Einschränkungen fallen bei den trägheitslos arbeitenden Hochvakuumröhren, die gemäß der Erfindung verwendet werden, fort.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden in prinzipieller Form und durch Ausführungsbeispiele erläutert und dargestellt.

In Fig. ι ist h die Schwingung eines einfachen Wechselstromes, der verstärkt werden soll. Durch die Verstärkungsmittel sollen Stromstöße von der Form α hervorgebracht werden. Diese Stromstöße haben gleichen Abstand voneinander und einen konstanten Stromwert, der z. B. bei Wolframelektronenröhren gleich dem Sättigungswert sein kann oder allgemein einem zulässigen Höchststromwert der Verstärkungsmittel entspricht. Die Dauer eines Stromstoßes ist zu dem Momentanwert des zu verstärkenden Stromes b in Beziehung gesetzt. Z. B. kann diese der zu dem Beginn eines Stromstoßes gehörenden Ordinate des Wechselstromes b proportional bzw. gleich dem Wert gemacht werden, der dieser Ordinate auf Grund der funktionellen Abhängigkeit der Stromstöße von dem zu verstärkenden Strom bei formgetreuer Verstärkung entspricht.

In Fig. 2 ist eine andere Art der Um-Setzung in Stromstöße dargestellt. Bei diesem Beispiel soll der Abstand der einzelnen Stromstöße dem Momentanwert des zu verstärkenden Stromes entsprechen^während die Stromstöße selbst konstante Dauer besitzen. Je größer der Augenblickswert des zu verstärkenden Stromes ist, desto geringer muß der Abstand zwischen den Stoßen gewählt werden. Die Frequenz der Stromstöße ist für die formgetreue Verstärkung maßgebend.

Bei den beiden vorgenannten Beispielen entspricht die Richtung der Stromstöße den positiven bzw. negativen Werten des zu verstärkenden Stromes b. Für die praktische Ausführung von Verstärkern nach den Ge-Sichtspunkten dieser Beispiele wird es vorteilhaft sein, die Schaltung ähnlich einer Gegentaktschaltung auszubilden, so daß die positiven und negativen Stromstöße durch getrennte Verstärkungsmittel erzeugt werden. Es ist aber auch möglich, eine Schaltung nach Art einer gewöhnlichen Verstärkerschaltung anzuwenden, wenn die Zerlegung in Stromstöße so vorgenommen wird, wie es die Fig. 3 zeigt. Dem Nullwert e des zu verstärkenden Wechselstromes entspricht ein Stromimpuls mittlerer Dauer, nach positiveren Strom-

werten werden die Impulse länger, nach negativeren kürzer. Im übrigen ist die Zerlegung in Stromstöße nach der durch die Fig. ι angegebenen Methode durchgeführt. Das Verfahren gemäß der Erfindung ergibt im allgemeinen eine verstärkte Spannungs-. bzw. Stromkurve, die im wesentlichen mit der Kurve der Eingangsspannung bzw. des Eingangsstromes übereinstimmt. Handelt es ίο sich um die Verstärkung eines Frequenzbandes, dessen Breite geringer ist als die einer Oktave, so liegen gegebenenfalls entstehende Oberwellen außerhalb des Nutzbereichs und stören nicht. Ist dagegen das zu verstärkende Frequenzband verhältnismäßig breit und werden sehr hohe Anforderungen an Klirrfaktorfreiheit gestellt, so empfiehlt es sich, die Verstärkerschaltung gemäß der Erfindung mit einer besonderen Linearisierungsschaltung zu kombinieren, durch deren Einfluß Oberwellen vermieden werden. An sich sind die verschiedensten bekannten Linearisierungsschaltungen für diese Zwecke brauchbar. Es empfiehlt sich jedoch, die folgende bereits vorgeschlagene Linearisierungsschaltung anzuwenden.

Da bei dem weiter unten erläuterten Ausführungsbeispiel die erwähnte Linearisierungsschaltung gleichzeitig die stoßweise Steuerung des Leistungsverstärkers herbeiführt und daher eine eingehende Kenntnis über die Wirkungsweise der Linearisierungsschaltung für das Verständnis der Schaltung gemäß der Erfindung erforderlich ist, sei zunächst die Linearisierungsschaltung ohne Verbindung mit der Leistungsschaltung ^:an Hand der Fig. 8 und 9 erläutert.

Bei der Linearisierungsschaltung wird die Kompensation von in einem Leistungsverstärker entstehenden nichtlinearen Verzerrungen durch einen besonderen Linearisierungsverstärker mit geradliniger Kennlinie herbeigeführt. Der Linearisierungsverstärker wird durch die zu entzerrende Schaltungsanordnung, also beispielsweise den Leistungsverstärker, derart gesteuert und mit diesem so zusammengeschaltet, daß die Summe der von dem Linearisierungsverstärker und der von dem verzerrenden Leistungsverstärker gelieferten Ströme oder Spannungen frei von nichtlinearen Verzerrungen ist. Es ist bei dieser Schaltung nicht erforderlich, die Kennlinie des verzerrenden Teiles genau zu kennen, um die Kennlinie der Linearisierungsschaltung entsprechend zu bemessen. Es genügt vielmehr, daß die Kennlinie der Linearisierungsschaltung geradlinig verläuft. Durch die angewendete Kopplung zwischen der Linearisierungsschaltung und dem übrigen Teil der Schaltungsanordnung paßt sich die Linearisierungsschaltung von selbst der Form der Kennlinie des zu entzerrenden Teiles an. Da der Linearisierungsverstärker so in Abhängigkeit von dem Leistungsverstärker gesteuert wird, daß er im wesentlichen nur die Verzerrungen des Leistungsverstärkers, kompensiert, braucht der Liniearisierungsverstärker nur für eine verhältnismäßig kleine Leistungsabgabe bemessen zu werden. Durch die Anwendung der Linearisierungsschaltung läßt sich, die Gesamtleistungsabgabe eines Verstärkers bei gleichem Aufwand an Röhren gegenüber Schaltungen ohne Linearisierungsverstärker beträchtlich erhöhen.

Die selbsttätige Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen, unabhängig von der Kennlinienform des verzerrenden Leistungsverstärkers, wird grundsätzlich dadurch ermöglicht, daß dem Linearisierungsverstärker, der ausgangsseitig mit dem Leistungsverstärker parallel geschaltet ist, außer der zu verstärkenden Spannung zwei weitere Spannungen zugeführt werden. Von diesen dient die eine zur Kompensation des inneren Spannungsabfalles des Linearisierungsverstärkers. Diese Spannung wird durch Rückkopplung erzeugt und ist naturgemäß dem Anodenstrom des Linearisierungsverstärkers proportional. Die weitere Spannung, die dem Linearisierungsverstärker zugeführt wird, ist der Summe aus dem vom Leistungsverstärker und vom Linearisierungsverstärker gelieferten Strom proportional. Diese Spannung wird dem Gitterkreis des Linearisierungsverstärkers derart zugeführt, daß sie der zu verstärkenden Spannung, die, wie erwähnt, ebenfalls am Eingang des Linearisierungsverstärkers liegt, entgegenwirkt. Dem Eingangskreis des Linearisierungsverstärkers wird also die Differenz aus der zu verstärkenden Spannung und einer Spannung zugeführt, die dem durch den Verbraucher tatsächlich hindurchfließenden Strom proportional ist. Durch diese Steuerung wird erreicht, daß der Linearisierungsverstärker die durch den Lei- iog stungsverstärker hervorgerufenen Verzerrungen kompensiert; er_ wirkt dabei entweder als Generator oder als Verbraucher. Geht der vom Leistungsverstärker gelieferte Strom über den der zu verstärkenden Spannung proportionalen Betrag hinaus, so wird die Differenz von dem Linearisierungsverstärker aufgenommen. Umgekehrt liefert dieser die Differenz in den Verbraucherkreis hinein, wenn der vom Leistungsverstärker gelieferte Strom ,den Sollwert unterschreitet.

Ist im vorstehenden insbesondere der Fall betrachtet worden, daß Leistungsverstärker und Linearisierungsverstärker ausgangsseitig parallel geschaltet sind, so ist es auch möglich, denselben Erfolg zu erzielen durch eine Reihenschaltung von Leistungs- und Lineari-

sierungsverstärker. Im Zusammenhang mit dem Erfindungsgedanken sei im folgenden jedoch mir auf die Parallelschaltung näher eingegangen, da die Reihenschaltung zu dieser widerstandsreziprok ist und grundsätzlich in derselben Weise wirkt. Für die grundsätzliche Erörterung werden die verzerrende Schaltung und die linearisierende Schaltung je als ein Generator angesehen. Die beiden

ίο Generatoren sind gemeinsam an einen Verbraucher angeschlossen. In Fig. 8 ist I der verzerrende Generator, kurz Leistungsgenerator genannt, und III der Linearisierungsgenerator. Beide Generatoren sind parallel an den Verbraucher Z angeschlossen. Es ist die Voraussetzung gemacht, daß der Widerstand des Verbrauchers Z beliebig komplex und linear ist. Der innere Widerstand R₁ des Leistungsgenerators sei nicht konstant, jedoch ständig positiv, d. h. der Generator 1 gibt ständig Leistung ab. Durch die Änderung des inneren Widerstandes R₁ mit der Belastung des Leistungsgenerators werden die nichtlinearen Verzerrungen bedingt. Aufgabe der Linearisierungsschaltung ist es, den durch den Verbraucher Z hindurchfließenden Summenstrom (Z₁ + /₃) von den Änderungen des Widerstandes R₁ unabhängig zu machen. Der Summenstrom muß bei linearem Belastungswiderstand der zu verstärkenden Spannung Eg₁ proportionaj sein.

Zur Erläuterung der unten wiedergegebenen Gleichungen sei folgende Zeichenerklärung vorangestellt:

Bezogen auf den gemeinsamen Verbraucherkreis,

E₀₁ = fremdgesteuerte EMK des Generatorsi (Anoden-

wechselspannung bei Leerlauf) E_m = fremdgesteuerteEMKdesGeneratorsIII(Anoden-

wechselspannung bei Leerlauf)
Ej, J₁ , R₁ ~ Klemmenspannung, Strom, innerer Widerstand des Generatorsi, E₃, J₃, R₃ --: Klemmenspannung, Strom, innerer Widerstand des Generators III, A, — - Konstante von der Dimension eines Widerstandes, die mitRücksicht auf möglichst günstige Belastung des Generators III zu wählen ist, -- Verstärkungsfaktor des Generators III (für alle Frequenzen und Amplituden reell und konstant).

ν._Λ

Die beiden EMKe E_n und E₀₃ sind einander gleich (bezogen auf den Verbraucherkreis), was durch geeignete Bemessung der beiden Schaltungen erreicht werden kann.

Die Klemmenspannung des Leistungsgenerators I ist

worin J₁. R₁ den inneren Spannungsabfall des Generators bedeutet.

Der Linearisierungsgenerator III ist so geschaltet, daß an seinem Gitter folgende Spannungen liegen:

E — — - E

.ΪΊ ^* 03'

'3 '

(2)

(3)

(4)

Es ergibt sich mithin für die Klemmenspannung des Generators III der Wert

E_x =

J₃- R₃-A₁(J_{1 +} J₃)-J₃- R₃. (5)

Die drei ersten Glieder der Gleichung (5) entsprechen den obenerwähnten Gitterspannungen E_gs, Eg.,, Eg₁, während das letzte Glied den inneren Spannungsabfall des Linearisierungsgenerators darstellt. Der durch die Gitterspannung Eg., hervorgerufene Anteil der Klemmenspannung ist also gleich und entgegengesetzt dem inneren Spannungsabfall der Röhre.

Aus Gleichung (5) folgt

Ji +J₃= ^-'(E₀,-E₃). (6) Da außerdem »oo

/, + h = §■ (6a)

ist, wobei Z den Widerstand des Verbrauchers bedeutet, folgt aus den Gleichungen (6) und (6a) die Beziehung

'03

(6b)

Unter Berücksichtigung der Gleichung (2) ergibt sich

¹ +

(6c)

Es ist also die am Verbraucher liegende Spannung £₃ abhängig von der zu verstärkenden Spannung Eg₁, dem Widerstand des Verbrauchers Z, dem Faktor A₁ und dem Ver- iao Stärkungsfaktor der Linearisierungsschaltung F₃. Der Verstärkungsfaktor v_a ist vor-

aussetzungsgemäß für alle Frequenzen und Belastungen reell und konstant. Ebenso ist der Faktor A₁ als konstant anzusehen. Es ergibt sich mithin, daß bei linearem Belastungswiderstand Z eine lineare Beziehung zwischen der am Verbraucher liegenden verstärkten Spannung E₃ und der zu verstärkenden Eingangsspannung E _g! besteht.·

Fig. 9 zeigt die Kombination eines aus

ίο zwei im Gegentakt geschalteten Röhren V₁ und V₂ bestehenden Leistungsverstärkers mit einem Linearisierungsverstärker. Der Linearisierungsverstärker besteht aus den beiden über Widerstände und Kondensatoren gekoppelten Verstärkerröhren V₃ und V₁. Der Linearisierungsverstärker könnte naturgemäß auch aus einer einzigen Stufe oder aus mehr als zwei Stufen aufgebaut werden. Der Aufbau aus zwei widerstandsgekoppelten Stufen wurde zur Erzielung der richtigen Phase, die jedoch auch mit anderen Mitteln herbeigeführt werden könnte, gewählt. Die zu verstärkende Spannung E_gl wird der Primärwicklung W₁ eines an die Eingangsklemmen /C₁ und K₂ angeschlossenen Transformators zugeführt, der zwei Sekundärwicklungen W₂ und W₃ besitzt. Über die Wicklung W₃ wird die zu verstärkende Eingangsspannung E_ffl den Gitterkreisen der beiden Leistungsröhren V₁ und V₂ zugeführt. Dieselbe Spannung E^₁ liegt über die zweite Sekundärwicklung Wo im Eingangskreis des Linearisierungsverstärkers. Der Eingangskreis des Linearisierungsverstärkers verläuft von dem Gitter G₃ der Röhre V₃ über die Sekundärwicklung des Transformators Tr₃, die Wicklung W₂, den Punkt P₃, den Kondensator C₁, den Widerstand R zum Kathodenmittelpunkt /C₃ der Röhre V₃. Die Linearisierungsschaltung wird also eingangsseitig durch die zu verstärkende Spannung E_gi gesteuert. Der Ausgang des Linearisierungsverstärkers ist über den Transformator Tr4 mit dem Ausgang des Leistungsverstärkers an den Punkten P₁ und P₂ parallel geschaltet. Zwischen diesen Punkten liegen in Reihe mit anderen Schaltungselementen die Primärwicklungen der Transformatoren Tr₁ und Tr₂, an deren Sekundärwicklungen der Verbraucher Z angeschlossen ist. Es ergibt sich also eine grundsätzliche Schaltung gemäß Fig. 8.

Entsprechend den Gleichungen (2) bis (4) sind dem Linearisierungsverstärker außer der zu verstärkenden Spannung E_gl noch zwei weitere Spannungen zuzuführen. Die eine dieser Spannungen E_g„, die zur Kompensation des inneren Spannungsabfalles dient, wird an der im Anodenkreis der Verstärkerröhre V₄ liegenden Widerstandskombination R abgegriffen. Diese Widerstandskombination liegt in dem obenerwähnten Eingangskreis der Verstärkerröhre F₃ zwischen den Punkten G₃ und K₃. Die dritte Spannung E_g, ist an der Sekundärwicklung des Transformators Tr₃ vorhanden, dessen Primärwicklung an die von dem Summenstrom J₁ + J₃ durchflossene Widerstandskombination X, Dr angeschlossen ist. Die an der Sekundärwicklung des Transformators Tr₃ auftretende Spannung ist also dem Summenstrom J₁ + /₃ proportional. Die Wicklungen bzw. Widerstände, an denen die drei Spannungen E_gl , E_gl und E_g., auftreten, liegen in Reihe in dem Eingangskreis der Verstärkerröhre V₃, so daß dieser die Summe der drei Spannungen eingangsseitig zugeführt wird.

Die vor die Gitter- und Anodenbatterien geschalteten Drosselspulen Dr' sind zur Abriegelung der Wechselströme vorgesehen, die über die Kondensatoren C₁, C₂ und C₃ verkufen sollen. Die Induktivitäten Dr und die zu der Reihenschaltung R gehörige Induktivität sind notwendig, um die erforderlichen Phasenbeziehungen herzustellen, da die verwendeten Übertrager keine idealen Übertrager sind.

Nachdem die Linearisierungsschaltung erläutert ist, sei nun an Hand der Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens beschrieben, und zwar zeigt die Schaltung die Kombination eines aus den beiden Röhren 1 und 2 gebildeten Leistungsverstärkers, der gemäß der Erfindung stoßweise ausgesteuert wird, mit einem Linearisierungsverstärker, der die Röhren 3 und 4 enthält. Die Leistungsröhren sind in Gegentakt geschaltet. Sie arbeiten parallel mit dem Ausgang des Linearisierungsverstärkers auf den Verbraucher 15. Der Linearisierungsverstärker ist grundsätzlich in derselben Weise aufgebaut, wie dies an Hand der Fig. 9 erläutert wurde. Außer der zu verstärkenden Spannung E^₁, die der Röhre 3 über den Transformator 6 zugeführt wird, liegen im Eingangskreis dieser Röhren noch die Spannungen E_g., und E_g:l, die dieselbe Bedeutung haben wie die mit den gleichen Buchstaben bezeichneten Spannungen der Schaltung nach Fig 9. Die Spannung E_g, dient zur Kompensation des inneren Spannungsabfalles des Linearisierungsverstärkers, und die Spannung E_gi, die dem von beiden Verstärkern gelieferten Summenstrom proportional ist, bewirkt, daß der Linearisierungsverstärker dem Verbraucher 15 über die Transformatoren 13 und 14 so viel Leistung, zuführt, wie zur Aufrechterhaltung einer linearen Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsstrom erforderlich ist.

In der Schaltung sind weiterhin die zur Absiebung der Stoßfrequenzen erforderlichen Siebmittel 43 und 44 in die Anodenkreise der beiden Röhren 1 und 2 eingeschaltet. Der

Aufbau der Siebmittel ist im einzelnen aus Fig. 6 zn ersehen.

Die beiden Röhren des Linearisierungs Verstärkers sind über die Auodeninduktivität 24, den Gitterkondensator 26 und den Ableitwiderstand 25 gekoppelt. Es ist selbstverständlich auch möglich, an Stelle der Induktivität einen Ohnischen Widerstand zu verwenden, wie dies in der Schaltung nach Fig. 9 geschehen ist. Der Widerstand 42. der über den Kondensator 41 mit dem Anodenkreis der Röhre 4 gekoppelt ist. dient in einer noch später zu erläuternden Weise zur Einleitung bzw. Unterbrechung der Stromstöße in den Leistungsröhren 1 und 2. Die an dem Widerstand 42 auftretende Spannung liegt zu diesem Zwecke im Eingangskreis der vor die Leistungsröhre geschalteten Röhre 5. Dieser Röhre werden gleichzeitig über die Wicklungen 19, 47 und 49 Spannungen zugeführt, die in den Ausgangskreisen der Röhren 4, 1 und 2 auftreten. An sich wäre es möglich, die Verstärkerröhre 5 fortzulassen und die erwähnten Spannungen dein Gegentaktverstärker unmittelbar zuzuführen. Es ist jedoch im Interesse der Erzielung möglichst steiler Stromstöße günstig, die erwähnten Spannungen vor ihrer Zuführung zur Leistungsstufe zu verstärken. Die Induktivitäten 31, 32 und 21 dienen zur Herstellung der für das einwandfreie Arbeiten der Schaltung erforderlichen Phasenbeziehungen.

Es werden jetzt die Vorgänge betrachtet, die sich bei der Erzeugung der Stromstöße abspielen. In Fig. 5 ist der Verlauf der Anodenströme der Röhren 1 und 2 in Abhängigkeit von der Spannung E₀-Ji_x dargestellt, wobei E₀ die innere EMJv und E_x die Spannung am äußeren Widerstand (Klemmenspannung) eines Rohres bezeichnet. Wie die Fig. 5 zeigt, ist über einen mehr oder weniger breiten Bereich der Spannung E₀-E₁ der Anodenstrom beider Röhren gleich Null. Dies ist notwendig, damit beim Übergang von positiven zu negativen Werten des zu verstärkenden Stromes bzw. umgekehrt der positive bzw. negative Stromstoß gelöscht ist, bevor der entgegengerichtete Stromstoß eingeleitet wird.

So Wenn nun der zu verstärkende Wechselstrom in der Primärwicklung 7 des Transformators 6 eine Spannung erzeugt, wird in der Wicklung 19 des Ausgangstransformators 16 eine entsprechende Spannung hervorgerufen, die gleichzeitig am Gitter des Rohres 5 wirksam ist. Durch die Wicklungen 10, 11 und 12 des im Anodenkreis liegenden Transformators 9 wird diese Spannung auf die Gitter der Rohre 1 und 2 übertragen. Durch die Wicklung 18 des Transformators 16 fließt, wie schon erwähnt, ein Strom in den Ausgangskreis der Röhren 1 und 2, und zwar auf dem Wege über die Wicklung 37 des Transformators 13, die induktivitäten und Widerstände 31» 32, 33 und die Wicklung 34 des Transfermators 14. In der Wicklung 30 des Gittertransformator 2j wird dabei eine derartige Spannung erzeugt und über die Röhren 3, 4 und 5 an die (jitter der Röhren 1 und 2 übertragen, daß die Spannung E₀-E_x zunächst ungeändert bleibt, trotzdem die Eingangsspannung E₁T₁ in der erwähnten Weise über die Röhren 3, 4 und 5 die Gitter der Röhren 1 und 2 steuert. Die Einleitung eines Stromstoßes beispielsweise in dem Rohr 1 erfolgt dadurch, daß die Spannung an der Serienschaltung der Widerstände 40 und 20 bzw. der Induktivität 21 einen kritischen Wert überschreitet. Diese Spannung liegt ebenfalls an dem Widerstand 42, der über die Kapazi- to tat 41 mit dem Anodenkreis des Rohres 4 gekoppelt ist. Diese Spannung wird über das Rohr 5 gleichfalls an die (jitter der Röhren 1 und 2 übertragen und soll bei der augenblicklichen Betrachtung am Gitter des Rohres 1 eine positive, am Gitter des Rohres 2 eine negative Spannung hervorrufen. Sobald der Anodenstrom des Rohres 1 einsetzt, werden in den Wicklungen 47 und 39 der Transformatoren 45 und 13 Spannungen erzeugt, durch welche sowohl über das Rohr 5 als auch direkt eine Rückkopplung bewirkt wird. Durch die Rückkopplung steigt der Anodenstrom des Rohres 1 auf einen durch die Verhältnisse der ' Schaltung festgelegten Höchstwert. Dabei fließt ein Strom aus der Anodenstromquelle AB durch die obere Hälfte des Widerstandes 33, die Induktivität 31, die Wicklung 37 des Transformators 13 und die Siebschaltung 43 in das Rohr 1. Das plötzliche Anwachsen des Anodenstromes steht in keiner Beziehung mehr zum augenblicklichen Verlauf der zu verstärkenden Spannung E^₁ am Transformator 6. Infolgedessen beginnt der Linearisierungsverstärker, der bestrebt ist, eine lineare Beziehung zwischen der Eingangsspannung und der Spannung am Verbraucher herzustellen, seine linearisierende Wirkung. Von dem Rohr 4 wird über die Wicklung 18 des Transformators 16 ein Ausgleichsstrom hervorgerufen werden, der über die Transformatoren 13 und 14 im Verbrauchswiderstand 15 einen Summenstrom erzwingt, der mit dem Verlauf der an der Wicklung 7 liegenden Spannung übereinstimmt. Diese Steuerung des Rohres 4 bzw. des Vorrohres 3 wird durch den Stromstoß des Rohres 1 selbsttätig über den Transformator 2j bewirkt. Der Anodenstrom des Rohres 4 sinkt und ruft in der Wicklung 19 sowie an dem Widerstand 42 eine iao entgegengerichtete Spannung hervor, die sich nach dem Verlauf der Spannung an dem

Transformator 27 richtet und durch das Rohr 5 an das Gitter des Rohres 1 übertragen wird. Infolgedessen sinkt der Anodenstrom des Rohres 1 gleichfalls, wobei durch die rückkoppelnde Wirkung der Transformatoren 45 und 13 bzw. ihrer Wicklungen 47 und 39 der Rückgang des Anodenstromes unterstützt wird bzw. plötzlich erfolgt. Das Absinken des Anodenstromes hat" in der Wicklung 28 wieder eine entgegengerichtete Spannung zur Folge, so daß die Röhren 3 und 4 umgesteuert werden und der Anodenstrom des Rohres 4 wieder steigt und einen entsprechenden Ausgleichsstrom hervorruft. Infolgedessen kehren sich auch die Spannungen am Transformator 16 bzw. der Wicklung 19 und an dem Widerstand 42 um, und das Spiel kann von neuem beginnen. Je nach dem Spannungswert, der an dem Transformator 6 vorhanden ist, ist eine mehr oder weniger große Spannung an dem Widerstand 42 notwendig, um einen Stromstoß im Rohr 1 einzuleiten. Auf diese Weise findet eine Regelung der Stromstöße in Abhängigkeit von dem zu verstärkenden Strom statt. Nimmt die Spannung des letzteren am Transformator 6 negative bzw. umgekehrte Werte an, so tritt das Rohr 2 in Tätigkeit, wobei die rückkoppelnde Wirkung durch die Transformatoren 46 und 14 bzw. die Wicklungen 49 und 36 hervorgebracht wird.

Die durch das stoßweise Ansteigen und Absinken des Anodenstromes entstehenden hohen Frequenzen werden durch die Siebmittel 43 und 44 zurückgehalten, so daß im Stromkreis des Verbrauchers 15 im wesentlichen nur die d'er Eingangswicklung 7 zugeführten Frequenzen vorhanden sind. Sind nach der Beseitigung der Stoßfrequenzen durch die Filter noch nichtlineare Verzerrungen vorhanden, so werden diese durch die Wirkung des Linearisierungsverstärkers beseitigt. In Fig. 6 ist eine Ausführungsform einer Siebschaltung und in Fig. 7 die durch eine derartige Siebschaltung bewirkte Abflachung eines Stromstoßes angenähert wiedergegeben.

Der Punkt K₁ der Siebschaltung (Fig. 6) entspricht dem Anodenanschluß der Röhren 1 bzw. 2, der Punkt /C₂ dem Anschluß der Transformatoren 13 bzw. 14 und der Punkt K₃ der Erdung. Die bereits genannten Widerstände sind mit W₁, W₂, IV₃ bezeichnet. In der Zeit zwischen zwei Stromstößen werden die Kondensatoren C₁ und C₂ aufgeladen. Während eines Stromstoßes findet über die Widerstände W₁, W₂, W₄ und über das zugehörige Rohr eine Entladung dieser Kondensatoren statt, wobei gleichzeitig eine Stromnachlieferung aus der Anodenstromquelle erfolgt. Durch die Wirkung der genannten Schaltelemente und ebenfalls der Induktivität L₁ kann im Belastungswiderstand ein Stromverlauf erzielt werden, der der Kurve b (Fig. 7) entspricht, wenn durch das Rohr ein Stromstoß von der Form α erfolgt. Durch die Überlagerung aller Stromkurven b wird die gewünschte Stromform im Belastungswiderstand erreicht.

Die Widerstände W₁, W^ W₃ erfüllen noch einen weiteren Zweck, der darin besteht, daß bei Blindbelastung durch den Widerstand 15 die von der Anodenspannungsquelle gelieferte Energie in diesen Widerständen vernichtet wird, damit eine schädliche Belastung der Leistungsrohre vermieden wird. Bei Wirkbelastung durch den Verbrauchswiderstand 15, der durch die Wicklungen· 35, 38 der Transformatoren 13, 14 mit dem Anodenkreis der Rohre 1 und 2 gekoppelt ist, wird fast der gesamte Betrag der von der Anodenstromquelle AB gelieferten Leistung durch den Widerstand 15 verbraucht. Ist dagegen der Widerstand 15 ein Blindwiderstand, so wird ebenfalls von der Anodenstromquelle AB eine den Spannungen der Transformatoren 13, 14 proportionale Leistung geliefert. Da der Widerstand 15 keine Leistung aufzunehmen vermag, muß dieselbe in den Rohren und in den Siebschaltungen vernichtet werden. Bei riehtiger Bemessung der Siebschaltungen kann der auf die Rohre 1 und 2 entfallende Betrag sehr gering gehalten werden.

Wie schon erwähnt, ist für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens ein mögliehst steiler Anstieg der einzelnen Stromstöße erforderlich. Bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltung wird dieser steile Anstieg bei Hochvakuumröhren durch besondere Kunstschaltungen (mehrfache Rückkopplungen) herbeigeführt.

Für die Steuerung von Leistungsröhren gemäß der Erfindung kann auch von beliebig periodisch wirkenden Einrichtungen Gebrauch gemacht werden, deren Schwingungsdauer beeinflußbar und so kurz ist, daß die verstärkte Wiedergabe einer gewünschten Stromkurvenform hinreichend genau erfolgt. Als solche Einrichtungen seien beispielsweise Schaltungen erwähnt, in denen Kippschwingungen hervorgerufen werden. Als Mittel hierfür sind z. B. Glimmlampen bekannt, die sich im -Parallelkreis zu einer Kapazität oder Kapazität enthaltenden Schaltung befinden. Die Beeinflussung der Schwingungsdauer kann dadurch erfolgen, daß in die Zuführung zu der aus Glimmlampe und Kapazität gebildeten Kombination bzw. in Serie mit dem den Aufladungs- oder Entladungsvorgang regelnden Widerstand oder an Stelle desselben ein Verstärkungsmittel gelegt ist, das von dem zu verstärkenden Strom gesteuert

wird. Das Verstärkungsmittel wirkt in diesem Falle als veränderlicher Widerstand, wodurch die Schwingungsdauer der Kippschwingung ebenfalls geändert wird. Der Steuerung der Verstärkungsmittel können gleichfalls fremderregte Schwingungsvorgänge dienen, deren Frequenz oder Kurvenform durch Beeinflussung der Fremdsteuerung im Sinne des zu verstärkenden ίο Stromes geändert werden kann.

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zur Leistungsverstärkung, dadurch gekennzeichnet, daß Hochvakuumröhren derart gesteuert werden, daß in ihren Anodenkreisen Stromstöße von annähernd gleicher Amplitude und von oberhalb des zu verstärkenden Frequenzbandes liegender Frequenz entstehen, die durch Stromlücken getrennt sind und deren Dauer oder Frequenz oder beide derart von den Augenblickswerten des zu verstärkenden Stromes abhängig gemacht sind, daß nach Absiebung sämtlicher oberhalb des zu verstärkenden Bandes liegender Frequenzen der durch den Verbraucher fließende Strom einen dem zu verstärkenden annähernd proportionalen Verlauf zeigt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker in einer Gegentaktschaltung derart gesteuert werden, daß bei positiven bzw. negativen Werten der zu verstärkenden Stromkurve entsprechende Anodenstromstoße der einen oder anderen Seite des Gegentaktsystems entstehen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verstärkungsmittel oder mehrere parallel derart gesteuert werden, daß ein Höchstwert und ein Tiefstwert des aus den Stromstößen gebildeten Mittelwertes dem positiven und negativen Höchstwert des zu verstärkenden Stromes entspricht.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärkungsmittel Hochvakuumröhren verwendet werden, deren Gitter ins Positive übersteuert werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Verstärkungsmittel durch eine von dem zu verstärkenden Strom beeinflußte Rückkopplung bewirkt wird.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Verstärkungsmittel durch von dem zu verstärkenden Strom beeinflußte fremdgesteuerte oder selbsterregte Schwingun- gen vorgenommen wird (Relaxations schwingungen usw.).
7. 7. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Zurückhaltung der durch die stoßweise Aussteuerung entstandenen Stoßfrequenzen vorgesehenen Netzwerke so bemessen sind, daß bei Blindlast im Verbrauchskreise der Leistungsverbrauch vorzugsweise durch die Netzwerke erfolgt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem stoßweise gesteuerten Verstärker ein Linearisierungsverstärker gekoppelt ist, der die in dem ersten Verstärker entstehenden nichtlinearen Verzerrungen kompensiert.
9. 9. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Leistungsverstärker ein nur in dem linearen Teil seiner Kennlinie ausgesteuerter Linearisierungsverstärker ausgangsseitig parallel geschaltet ist, dessen innerer Spannungsabfall z. B. durch Rückkopplung kompensiert und an dessen Eingang außer der zu verstärkenden Spannung eine weitere dem von beiden Verstärkern gelieferten Summenstrom proportionale Spannung gelegt ist, deren · reelle Komponente der zu verstärkenden Spannung entgegenwirkt, wenn die reelle Komponente des Belastungswiderstandes positiv ist.
10. 10. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch im Ausgangskreis des Linearisierungsverstärkers liegende, mit dem Eingangskreis des Leistungsverstärkers gekoppelte Schaltelemente eine derartige Beeinflussung des Leistungsverstärkers durch den Linearisierungsverstärker herbeigeführt wird, daß die Stromstöße in dem Leistungsverstärker in Abhängigkeit von dem jeweiligen Augenblickswert des zu verstärkenden Stromes geregelt werden.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen