AT157222B

AT157222B - Kaskadenverstärker mit veränderlicher negativer Rückkopplung und Kopplungsgliedern, deren elektrische Eigenschaften voneinander verschieden sind.

Info

Publication number: AT157222B
Authority: AT
Original assignee: Telefunken Gmbh
Priority date: 1938-01-28
Filing date: 1938-01-28
Publication date: 1939-10-10

Description

Easkadenverstärker mit veränderlicher negativer Rückkopplung und Kopplungsgliedern, deren elektrische Eigenschaften voneinander verschieden sind.

Gegenkopplungen werden in der Verstärkertechnik zum Zwecke der Linearisierung des Frequenz- bandes und der Amplitudenabhängigkeit od. dgl. verwendet. Es ist in vielen Fällen erforderlich, die
Gegenkopplung veränderlich zu machen, entsprechend der Verstärkung, die der gegengekoppelte Ver- stärker besitzen soll.

Der Verstärkungsfaktor ist infolge der benutzten mehr oder weniger frequenzabhängigen
Sehaltelemente des Verstärkers, wie Kopplungsglieder, Röhren usw., komplex. Beim gegengekoppelten
Verstärker tritt nun Rückkopplung auf bei den beiden Frequenzen, bei denen der Phasenwinkel dieses frequenzabhängigen Verstärkungsfaktors, einschliesslich des Phasenwinkels des Gegenkopplungsfaktors-die phasendrehenden Elemente im Riickkopplungsweg selbst tragen ja auch zu der Phasendrehung bei -1800 erreicht. Die Grösse des Abfalls des Verstärkungsfaktors in diesen Punkten, das heisst, die (frequenzabhängige) Dämpfung ergibt die mögliche Grösse der Gegenkopplung. Die Gegenkopplung muss immer kleiner sein, als es dem Abfall des Verstärkungsfaktors einschliesslich des Gegenkopplungsfaktors bei der Phasendrehung von 1800 entspricht.

(Vg1. auch H. S. Black "The Bell System Technical Journal", Januar 1934).

Bei Verwendung mehrerer Kaskaden wächst der Phasenwinkel des Verstärkungsfaktors nun wesentlich schneller als die Dämpfung. Die mögliche Gegenkopplung wird mit erhöhter Zahl der Verstärkerkaskaden daher geringer. Zur Erläuterung dieser Behauptung sei auf die Fig. 1 verwiesen.

Diese Figur zeigt an einem Beispiel die Abhängigkeit der Dämpfung und des Phasenwinkels eines einfachen Kopplungselementes von der Frequenz. Die Kurven für die Dämpfung und für den Phasenwinkel in Abhängigkeit von der Frequenz sind auf dieselbe Abszisse bezogen. Dieses Diagramm veranschaulicht die Verhältnisse bei einem Kopplungsglied, welches die hohen Frequenzen dämpft, wie es z. B. ein aus einem Widerstand längs und einem Kondensator quer zum Übertragungsweg oder einer Induktivität längs und einem Widerstand quer zum Übertragungsweg bestehendes Kopplungglied vorstellt. Das entsprechende Diagramm gilt frequenzreziprok für Kopplungsglieder, die die tiefen Frequenzen benachteiligen.

Die Frequenz 10'die sogenannte Grenzfrequenz, bedeutet, dass hier der Scheinwiderstand des Kopplungselementes längs und des Kopplungselementes quer zum Übertragungsweg gleich sind. An dieser Stelle ist mithin der Phasenwinkel 450 und die Dämpfung \/2. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, dass bei der Benutzung eines einzigen Gliedes bereits bei 900 Phasenwinkel die Dämpfung unendlich ist, d. h. eine beliebig grosse Gegenkopplung angewendet werden kann, ohne dass eine Rückkopplung zu befürchten ist. Der Phasenwinkel von 1800 wird Überhaupt nicht erreicht.

Auch bei zwei Kopplungselementen ist bei dem oben erwähnten Phasenwinkel von 180 die Dämpfung unendlich. Verwendet man nun drei Kopplungselemente mit gleicher Grenzfrequenz, so werden die obengenannten 180 dann erreicht, wenn jedes Kopplungselement einen Phasenwinkel von 60'besitzt. Nun tritt bei einem einfachen Kopplungsglied bei H0 Phasendrehung nur eine etwa zweifache Dämpfung ein. Da die resultierende Dämpfung durch die drei Kopplungselemente gegeben ist, erreicht die Dämpfung also den 23-fachen, d. h. den achtfachen Betrag. Bereits bei drei Gliedern mit gleichen Grenzfrequenten kann also nur noch mit einer kleineren als der achtfachen Gegenkopplung gearbeitet werden. Bei Vergrösserung der Zahl der Kopplungselemente fällt die mögliche Gegenkopplung sehr stark.

Es sei noch bemerkt, dass besonders bei den hohen Frequenzen die Zahl der phasendrehenden Glieder (Kopplungselemente) immer grösser als die Zahl der Verstärkerstufen ist, da infolge der verteilten Kapazitäten

EMI2.1

standes erfolgen. Es entsprechen hiebei grossen Gegenkopplungen, also grossen Widerständen Hk, grosse Werte des Kondensators Cj. Hiebei ist es zweckmässig, die beiden gleichzeitig veränderbaren
Schaltelemente mit einem Regelknopf zu bedienen, damit eine Ruckkopplung durch falsche Einstellung der Schaltelemente zwangsläufig vermieden wird. Selbstverständlich kann z.

B. für die hohen Frequenzen diese Frequenzbandbeschneidung auch durch Änderung des Wertes eines Kopplungs- elementes an einer andern Stelle des Verstärkungsweges oder im Gegenkopplungsweg erfolgen. Ferner kann das gleichzeitg mit dem Gegenkopplungswiderstand veränderbare Kopplungselement als Ketten- leiter, Schwingungskreis, Transformator od. dgl. ausgebildet sein. Die Schaltungsanordnung und die Bemessung der gemeinsam veränderlichen Schaltelemente muss derart gewählt sein, dass bei jedem einstellbaren Gegenkopplungsgrad gegebenenfalls auch im nicht gegengekoppelten Zustand das zu übertragende Frequenzband verzerrungsfrei überbrückt wird.

Wie bereits erwähnt, erfolgt die Bemessung dpr Schaltelemente derart, dass bei der Gegen- kopplung Null bzw. bei sehr kleiner Gegenkopplung das Frequenzband des Verstärkers praktisch den gestellten Anforderungen entspricht. In dem Falle nach Fig. 3 erfolgt eine zusätzliche Begrenzung der hohen Frequenzen durch Ci nicht. Erst bei Verwendung grösserer Gegenkopplungen wird in diesem
Fall das gleichzeitig mit Rk veränderliche Schaltelement, z. B. der Kondensator C\, derart verändert, dass das Frequenzband des gegengekoppelten Verstärkers die gestellten Bedingungen zwar ohne weiteres erfüllt, jedoch die Frequenzkurve im nicht gegengekoppelten Zustand wesentlich früher abfällt.

Die vorstehenden Ausführungen bezogen sieh auf die bei den hohen Frequenzen auftretenden
Verhältnisse. Unter entsprechender Änderung der einzelnen Beziehungen zueinander gelten die gleichen
Ableitungen auch für die tiefen Frequenzen. Beispielsweise kann die Frequenzbegrenzung der Ver- stärkung bei den tiefen Frequenzen in Fig. 3 durch den Widerstand Ry erfolgen. Auch hier können
Kettenleiter, Sehwingungskreise od. dgl. sowohl im Verstärkungsweg als auch im Rückkopplungsweg bzw. Gegenkopplungsweg verwendet werden.

Wie oben ausgeführt, müssen die Grenzfrequenzen derjenigen Kopplungselemente, die zur
Erreichung grösserer Gegenkopplung nur geringe Phasendrehung haben dürfen, vom Übertragungs- bereich weit entfernt gelegt werden, d. h. für die oberen Grenzfrequenzen weit jenseits der oberen Über- tragtll1gsgrenze zu sehr hohen Frequenzen verlagert werden. In diesem Falle kann die Herauslegung der Grenzfrequenzen nur durch Verkleinerung der Anodenwiderstände der Röhren erreicht werden.

Hiebei sinkt gleichzeitig die Verstärkung im Übertragungsbereich. Da nur bei grossen Gegenkopplungen die Grenzfrequenzen weit herausgelrgert werden müssen und grosse Gegenkopplungen an sieh gleich- bedeutend mit einer grossen Herabsetzung des Verstärkungsfaktors sind, spielt dieser Verstärkungs- verlust durch Verkleinerung der Anodenwiderstände keine nennenswerte Rolle.

Wenn jedoch der Verstärker durch Verringerung oder Abschalten der Gegenkopplung gleich- zeitig mit höheren Verstärkungsgraden benutzt werden soll, so ist der Verstärkungsverlust durch das weite Herauslegen der Grenzfrequenzen der vorerwähnten Kopplungselemente unerwünscht. Gemäss weiterer Erfindung werden daher zweckmässig auch die die oberen Grenzfrequenzen beeinflussenden
Schaltelemente, z. B. Anodenwiderstände, zusammen mit der Gegenkopplung verändert, u. zw. derart, dass bei grossen Gegenkopplungen die Anodenwiderstände verringert werden und umgekehrt.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 wird mit der Verstellung des Gegenkopplungswiderstandes gleich- zeitig ein im Verstärkungszug des Gegenkopplungskreises liegendes Schaltelement verstellt. Es ist selbstverständlich auch möglich, ausserhalb des Gegenkopplungskreises liegende Schaltelemente gleich- zeitig mit der Veränderung des Gegenkopplungswiderstandes zu verändern, insbesondere, wenn es aus irgendwelchen Gründen (z. B. Vermeidung von Schalterkapazitäten) unerwünscht ist, im Gegen- kopplungskreis Schaltelemente zu verändern.

Beispielsweise können im nachgeschalteten Verstärkungs- zug liegende Entzerrungsmittel derart verstellt werden, dass die bei Festhalten der Werte der die hohe
Dämpfung liefernden Elemente des Gegenkopplungskreises auftretende Frequenzbandbeschneidung kompensiert wird.

Gegebenenfalls können auch beide oben erwähnten Mittel gemeinsam benutzt werden.

PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kaskadenverstärker mit veränderlicher negativer Rückkopplung und Kopplungsgliedern, deren elektrische Eigenschaften verschieden sind, dadurch gekennzeichnet, dass bei Veränderung der
Gegenkopplung ein oder mehrere Kopplungselemente mitverändert werden.

Claims

2. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Frequenzband des nicht gegen- gekoppelten Verstärkers kleiner als das zu übertragende Soll-Frequenzband ist.

3. Verstärker nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenzabhängigkeit desjenigen Kopplungselementes, das den Abfall der Verstärkungskurve innerhalb des Frequenzbandes des Übertragungsbereiches herbeiführen soll, entsprechend der Veränderung der Gegenkopplung, verändert wird.

4. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Gegenkopplung verändernde Schaltelement und das bzw. die die elektrischen Eigenschaften des Übertragungs- bzw. Gegenkopplungsweges verändernde Kopplungselement durch einen gemeinsamen Bedienungsgriff betätigt <Desc/Clms Page number 4> werden, insbesondere dass alle zu verändernden Sehaltelemente von einer gemeinsamen Achse aus geregelt werden.

5. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abschneiden der hohen Frequenzen ein veränderlicher Kondensator parallel zum Übertragungsweg und/oder ein veränderlicher Widerstand längs des Übertragungsweges dient, die gemeinsam mit dem den Grad der Gegenkopplung regelnden Schaltelement verstellt werden.

6. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beeinflussung der tiefen Frequenzen ein veränderlicher Widerstand quer zum Übertragungsweg und/oder ein veränderlicher Kondensator längs des Übertragungsweges geschaltet ist, die gemeinsam mit dem den Grad der Gegenkopplung regelnden Schaltelement verstellt werden.

7. Verstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Frequenzbegrenzung Kettenleiter, Schwingungskreise, Transformatoren od. dgl. benutzt werden, deren elektrische Eigenschaften veränderlich sind.

8. Verstärker nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzfrequenzen derjenigen Kopplungsglieder, die nur wenig zur Phasendrehung beitragen, ebenfalls mit der Gegenkopplung ver- änderbar sind in der Weise z. B., dass die Anodenwiderstände zugleich mit dem Gegenkopplungswiderstand verändert werden.

9. Abänderung der Anordnungen nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltelemente im Gegenkopplungsweg liegen. EMI4.1