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Niederfrequenzverstärker mit gehörrichtiger Lautstärkeregelung Das
menschliche Ohr ist bekanntlich für hohe und niedrige Tonfrequenzen weniger empfindlich
als für mittlere, z. B. zwischen 1 und 2 kHz liegende Tonfrequenzen. Dabei ist diese
frequenzabhängige Empfindlichkeitaußerdemvonderjeweiligen: Lautstärke,abhängig,
so,daß mit sinkender Lautstärke die Empfindlichkeit für hohe und niedrige Frequenzen
im Verhältnis zur Empfindlichkeit für mittlere Frequenzen abnimmt. Um eine gehörrichtige
Tonwiedergabe zu ermöglichen, ist es deshalb erforderlich, in Abhängigkeit von der
Lautstärke die tiefen und hohen Frequenzen mehr oder weniger anzuheben. Für diese
Zwecke sind Anordnungen bekannt, die mit einer von der Stellung des Lautstärkereglers
abhängigen Anhebung der tiefen und hohen Frequenzen arbeiten. Dieses Verfahren kann
jedoch nur zufriedenstellend arbeiten, wenn am Eingang des Niederfrequenzverstärkers
jeweils die gleiche Signalamplitude vorhanden ist, da die Verstärkung sonst zwar
auf die der jeweiligen Stellung des Lautstärkereglers, nicht aber auf die der wirklichen
Lautstärke entsprechende Gehörkurve eingestellt ist. Zur Erzielung einer konstanten
Eingangsspannung für den Niederfrequenzverstärker muß der vorgeschaltete Hoch- bzw.
Zwischenfrequenzverstärker eine derart große Verstärkungsreserve aufweisen, daß
der mit schwächster und der mit größter Feldstärke einfallende Sender ein gleich
großes Steuersignal am Eingang des Niederfrequenzverstärkers erzeugt, wozu außer
der Verstärkungsreserve eine entsprechende steile Regelschaltung erforderlich ist.
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Um einen derart hohen Aufwand an Verstärkungsmitteln zu umgehen und
trotzdem eine gehörrichtige Klangwiedergabe zu erzielen, ist es zweckmäßig, die
den Frequenzgang bestimmenden Schaltelemente in Form von amplitudenabhängigen Blindwiderständen
im Niederfrequenzverstärker einzubauen. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor,
in den Gitterkreis einer Niederfrequenzverstärkerröhre sowie in den zwischen dem
Ausgangskreis derselben oder einer nachfolgenden Röhre und dem Gitterkreis einer
vorgeschalteten, beispielsweise der erstgenannten Röhre verlaufenden Rückkopplungsweg
amplitudenabhängige Blindwiderstände einzuschalten. Durch diese Einschaltung amplitudenabhängiger
Blindwiderstände wird eine bei Amplitudenänderungen der Verstärkereingangsspannung
sich in ihrer Frequenzabhängigkeit selbsttätig auf den richtigen Wert einstellende
Gegenkopplung erreicht.
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Die Verwendung amplitudenabhängiger Blindwiderstände in Gegenkopplungsschaltungen
ist an sich bekannt, jedoch nicht zur Erzielung einer gehörrichtigen Klangwiedergabe.
Durch die Einschaltung der amplitudenabhängigen Blindwiderstände gemäß der Erfindung
wird mit denkbar einfachen Mitteln die oben beschriebene Aufgabe gelöst, ohne daß
es dazu besonderer Einstellungen am Gerät selbst bedarf.
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Als Spulen, deren Induktivität von der Größe des sie durchfließenden
Stromes abhängt, können beispielsweise Spulen mit einem Ferritkern verwendet werden.
Die Permeabilität dieses Kernmaterials steigt mit wachsender magnetischer Feldstärke
bis zu einem Maximum an und fällt mit weiter wachsender Feldstärke wieder ab. Durch
geeignete Bemessung von Kern und Spule und entsprechende Wahl des Kernmaterials
hat man es in der Hand, entweder auf dem ansteigenden oder auf dem abfallenden Ast
der Kurve zu arbeiten, welche die Permeabilität des Kernmaterials in Abhängigkeit
von der magnetischen Feldstärke angibt. Der Arbeitspunkt auf dieser Kurve kann gemäß
weiterer Erfindung dadurch eingestellt werden, daß die Spule außer von dem Gegenkopplungswechselstrom
gleichzeitig von einem gegebenenfalls veränderbaren Gleichstrom durchflossen wird.
Es ist somit auf einfache Weise möglich, den Arbeitspunkt so einzustellen, daß die
Induktivität der Spule beim Anwachsen des sie durchfließenden Stromes entweder zunimmt
oder abnimmt.
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Für Kondensatoren, deren Kapazität von der Höhe der angelegten Spannung
abhängt, kommt beispielsweise
ein Dielektrikum aus Bariumtitanat
oder ähnlichen Stoffen, insbesondere Titanate oder Tantalate, in Betracht. Die Kurve,
welche die Dielektrizitätskonstante dieser Stoffe in Abhängigkeit von der elektrischen
Feldstärke angibt, zeigt für einen gewissen Feldstärkebereich einen ansteigenden,
für einen anderen Feldstärkebereich einen abfallenden Verlauf. Die Kapazität derartiger
Kondensatoren steigt daher je nach Wahl des Arbeitspunktes mit wachsender Spannung
an oder fällt ab. Die Einstellung des gewünschten Arbeitspunktes wird dadurch erreicht,
daß an den Kondensator gemäß weiterer Erfindung außer der Gegenkopplungswechselspannung
gleichzeitig eine gegebenenfalls veränderbare Gleichspannung angelegt wird.
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Einige mögliche Ausführungsformen von Verstärkern gemäß der Erfindung
sind an Hand von Fig. 1 bis 4 beispielsweise erläutert.
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Fig. 1 zeigt die Schaltung eines zweistufigen Verstärkers, z. B. Niederfrequenzverstürkers,
eines Rundfunkgerätes mit den über den Kondensator 1 gekoppelten Verstärkerröhren
2 und 3 und dem mittels des Ausgangsübertragers 4 an die Anode der Röhre 3 angeschlossenen
Lautsprecher 5. Der Gitterableitwiderstand der Röhre 2 ist mit 6, deren Anodenwiderstand
mit 7 bezeichnet. Die Gittervorspannung für die Röhre 3, deren Gitter über den Widerstand
8 an Masse liegt, wird an dem durch den Kondensator 9 überbrückten Kathodenwiderstand
10 erzeugt. Der Gitterkreis der durch die Röhre 2 und die zugehörigen Schaltelemente
gebildeten Verstärkerstufe enthält die Parallelschaltung einer Spule 11 mit von
der Größe des sie durchfließenden Stromes abhängiger Induktivität und eines Ohmschen
Widerstandes 12. An dieser Parallelschaltung liegt eine an einer nachfolgenden Stufe
des Verstärkers, in diesem Falle an einem über den Kondensator 13 mit der Anode
der Röhre 3 in Verbindung stehenden Widerstand 14, abgenommene Wechselspannung in
Gegenphase, derart, daß die Verstärkung der tieferen übertragenen Frequenzen in
einem von der Amplitude der zu verstärkenden Spannung abhängigen Maß vergrößert
ist. Die Gegenkopplungsspannung kann beispielsweise auch an der Primär- oder Sekundärseite
des Ausgangsübertragers 4 oder am Anodenkreis der Röhre 2 abgegriffen werden.
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Die Wirkungsweise der Gegenkopplung ist an Hand der in Fig. 2 wiedergegebenen
Kurven näher erläutert. welche den Verstärkungsfaktor z, in Abhängigkeit von der
Frequenz f darstellen. Bei mittleren Frequenzen, beispielsweise um etwa 1000 Hz,
ist die Gegenkopplung durch die Spannungsteilung an den Ohmschen Widerständen 12
und 15 bestimmt. Bei Weglassung der Spule 11 und der später noch erläuterten Spule
16 würde sich damit eine frequenzunabhängige Verstärkung gemäß Kurve a in Fig. 2
ergeben. Die zum Widerstand 12 parallel liegende Spule 11 ist bei mittleren und
hohen Frequenzen gegenüber diesem Widerstand hochohmig, so daß die Gegenkopplungsspannung
in voller Höhe im Gitterkreis der Röhre 2 wirksam ist und die Verstärkung für diesen
Bereich durch die Kurve a wiedergegeben ist. Bei tiefen Frequenzen verringert sich
der Scheinwiderstand dieser Parallelschaltung, und die wirksame Gegenkopplungsspannung
ist in diesem Bereich kleiner. Der dadurch erzielte Frequenzgang z, der Verstärkung
für eine bestimmte Amplitude der zu verstärkenden Spannung ist in Fig.2 durch die
Kurve b angedeutet. Der Arbeitspunkt der Spule 11 kann nun so eingestellt werden,
daß ihre Induktivität bei größer werdender Wechselstromatnplitude wächst. In diesem
Falle ergeben sich für die tieferen Frequenzen die mit c und d bezeichneten Kurven,
d. h., die Tiefenanhebung wird mit größer werdender Amplitude der zu verstärkenden
Spannung geringer. Die Einstellung des Arbeitspunktes der Spule 11 erfolgt beispielsweise
durch entsprechende Wahl des sie durchfließenden Gleichstromes; heitre Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 dient hierzu der Kathodenstrom der Röhre 2 bzw. ein Teilbetrag dieses
Stromes.
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Im Zuge der für die Zuführung der Gegenkopplungsspannung dienenden
Leitung ist die Reihenschaltung einer Spule 16 mit von der Größe des sie durchfließenden
Stromes abhängiger Induktivität und eines Ohmschen Widerstandes 15 eingeschaltet,
derart, daß die Verstärkung der höheren übertragenen Frequenzen in einem von der
Amplitude der zu verstärkenden Spannung abhängigen Maß vergrößert ist. Während der
Scheinwiderstand der Spule 16 für die mittleren und tieferen Frequenzen vernachlässigbar
ist, fällt an ihr ein mit wachsender Frequenz immer größer werdender Betrag der
Gegenkopplungsspannung ab, so daß sich für die höheren Frequenzen ein Frequenzgang
gemäß Kurve e in Fig. 2 ergibt. Wird nun der Arbeitspunkt der Spule 16 so gewählt,
daß ihre Indukticität mit größer werdender Stromamplitude abnimmt, so ergeben sich
die Kurven f und g. Durch die Zusammenschaltung der aus Spule 11 und Widerstand
12 bestehenden Parallelschaltung und der durch den Widerstand 15 und die Spule 16
gebildeten Reihenschaltung erhält man für geringere Amplituden die Kurve b-e, die
bei wachsender Amplitude in die Kurven c-f und d-g übergeht. Es ergibt sich somit
eine frequenzabhängige selbsttätigeDynamikpressung. Würde man die Arbeitspunkte
der Spulen 11 und 16
so wählen, daß die Induktivität der Spule 11 mit
wachsendem Gegenkopplungsstrom abnimmt. diejenige der Spule 16 dagegen zunimmt,
so würde die Tiefen-und Höhenanhebung des Verstärkers mit wachsender Amplitude der
zu verstärkenden Wechselspannung wachsen, und man erhält eine automatische Dynamikdehnung.
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Wird die aus Spule 11 und Widerstand 12 bestehende Parallelschaltung
im Gitterkreis der Röhre 2 durch eine Reihenschaltung dieser Schaltelemente ersetzt,
so ergibt sich eine amplitudenabhängige Verstärkungsabsenkung der höheren Frequenzen,
und in entsprechender Weise führt der Ersatz. der Hintereinanderschaltung von Widerstand
15 und Spule 16 durch eine Parallelschaltung dieser Glieder zu einer amplitudenabhängigen
Verstärkungsabsenkung der tieferen Frequenzen. Oh sich dabei die Absenkung mit wachsender
Stromamplitude vergrößert oder verringert, richtet sich nach der Wahl des Arbeitspunktes
der beiden Spulen.
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Fig. 3 zeigt ein Schaltungsbeispiel eine, abgesehen von der Gegenkopplungsschaltung,
der Fig.1 entsprechenden NF-Z"erstärkers ; die entsprechenden Schaltelemente sind
mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der in die Kathodenleitung der Röhre 2
eingeschaltete Widerstand 12 ist für die Wechselspannung durch einen Kondensator
17 überbrückt. Der Gitterkreis der Röhre 2 enthält die Reihenschaltung eines Kondensators
18 mit von der Höhe der an ihn liegenden Spannung abhängiger Kapazität und eines
Ohmschen Widerstandes 19, an welcher Reihenschaltung eine beispielsweise einer besonderen
Wicklung des Ausgangsübertragers 4 entnommene Spannung in Gegenphase liegt, derart.
daß die Verstärkung der tieferen übertragenen Frequenzen in einem
von
der Amplitude der zu verstärkenden Spannung abhängigen Maß veringert ist. Der bei
hohen Frequenzen vernachlässigbare Scheinwiderstand des Kondensators 18 nimmt bei
tieferen Frequenzen zu und bedingt durch das Anwachsen der wirksamen Gegenkopplungsspannung
in diesem Frequenzbereich eine Verstärkungsherabsetzung. Zwischen dem oberen Ende
des Kondensators 18 und dem Steuergitter der Röhre 2 ist der Widerstand 20 eingeschaltet.
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Mittels der in den Gitterkreis der Röhre 2 eingefügten Reihenschaltung
von Kondensator 18 und Widerstand 19 kann für die tiefen Frequenzen die durch die
Kurven h, i und k in Fig. 4 angedeutete amplitudenabhängige Fächerung erzielt
werden; ob diese Fächerung im Sinne einer Dynamikpressung oder Dynamikdehnung wirkt,
hängt von der Wahl des Arbeitspunktes des Kondensators 18 ab.
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Zur amplitudenabhängigen Verringerung der Verstärkung der höheren
Frequenzen ist im Zuge der die Gegenkopplungsspannung führenden Leitung die Parallelschaltung
des Ohmschen Widerstandes 15 und eines Kondensators 21 vorgesehen, dessen Kapazität
von der Höhe der an ihn liegenden Spannung abhängt. Diese Parallelschaltung bewirkt
eine amplitudenabhängige Fächerung des Frequenzganges bei höheren Frequenzen wie
in Fig.4 durch die Kurven L, iit und zt angedeutet ist. Eine amplitudenabhängige
Anhebung der tieferen Frequenzen läßt sich dadurch erreichen, daß an Stelle der
Parallelschaltung von Widerstand 15 und Kondensator 21 eine Hintereinanderschaltung
dieser Schaltglieder eingefügt wird, während der Ersatz der Reihenschaltung von
Kondensator 18 und Widerstand 19 durch eine entsprechende Parallelschaltung eine
amplitudenabhängige Anhebung der höheren Frequenzen zur Folge hat. Es ist auch möglich,
diese Parallel- und Reihenschaltung so zu kombinieren, daß für die Tiefen beispielsweise
eine Anhebung, für die Höhen dagegen eine Absenkung erhalten wird. Ferner kann eine
solche Gegenkopplungsschaltung auch aus einer entsprechenden Zusammenschaltung von
Spulen und Kondensatoren mit amplitudenabhängiger Induktivität bzw. Kapazität bestehen.
Eine zur Einstellung des Arbeitspunktes der amplitudenabhängigen Kondensatoren etwa
erforderliche Gleichspannung kann vorteilhaft durch eine an einer Röhrenelektrode
herrschende Gleichspannung oder einen Teil dieser Spannung dargestellt werden.