Verstärkerkaskade mit negativer Rückkopplung. Es ist bekannt, die in einem Verstärker auftretenden Verzerringen, insbesondere die nichtlinearen Verzerrungen, durch die An wendung einer negativen Rückkopplung zu verringern. Die Entzerrung ist dabei umso besser, je höher der Grad der negativen Rückkopplung gewählt werden kann. Bei der praktischen Verwirklichung von Schaltun gen mit negativer Rückkopplung treten je doch erhebliche Schwierigkeiten auf, die durch die Phasendrehungen innerhalb des Rückkopplungskreises bedingt sind.
Werden die Phasenverhältnisse so gewählt, dass inner halb eines gewissen Frequenzbereiches die Rückkopplung im richtigen Sinne, das heisst negativ, erfolgt, so ist es bei den bisher be nutzten Schaltungen nicht möglich, zu ver meiden, dass für andere Frequenzen die Kopplung in eine Mitkopplung (positive Rückkopplung) übergeht.
Während es bei der Anwendung der ne gativen Rückkopplung auf eine einzige Röhre noch verhältnismässig; leicht ist, die gewünschten Phasenbeziehungen innerhalb eines breiten Frequenzbereiches einzuhalten, ist es bei Kaskadenschaltungen, in denen die negative Rückkopplung über mehrere Röh ren ausgedehnt wird, praktisch bisher un möglich, eine Selbsterregung der Schaltung zu vermeiden. Die unerwünschten Phasen drehungen sind in erster Linie auf die zur Kopplung zwischen den einzelnen Röhren verwendeten Induktivitäten und Kapazitä ten zurückzuführen.
Durch geeignete Di- mensionierung dieser Kopplungselemente kann zwar die schädliche Phasendrehung vermindert, jedoch nicht beseitigt werden.
Gemäss der Erfindung werden nun diese Schwierigkeiten dadurch beseitigt, dass die Röhren, zwischen denen die negative Rück kopplung vorgesehen ist, galvanisch mitein ander gekoppelt werden. Die galvanische Kopplung ist zwar an und für sich bekannt, jedoch nicht in Verbindung mit einer negati ven Rückkopplung. Sie bietet in Verstärker schaltungen, die mit negativer Rückkopplung ausgerüstet sind, den grossen Vorteil, dass unerwünschte Phasendrehungen vermieden werden können. Es wird somit die Ausnut zung einer negativen Rückkopplung beträcht licher Grösse erst ermöglicht.
An welcher Stelle der zur Kopplung zwischen zwei Röhren dienende Widerstand in den Anodenkreis eingeschaltet wird, ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich gleich gültig. Verwendet man jedoch Endröhren mit kleinem Durchgriff, die zum erheblichen Teil im positiven Gitterstromgebiet arbei ten, so empfiehlt es sieh, den Widerstand zwischen Kathode und Minuspol der Ano- denspannungsquelle anzuordnen.
In diesem Fall erreicht man nämlich, dass der krumm linige Anodenstromanstieg der Vorröhre und der ebenfalls krummlinig ansteigende Gitter strom der Endröhre so in gegenseitige Ab hängigkeit gebracht werden können, dass eine weitgehende gegenseitige Kompensierung er reicht werden kann. Dieser Vorteil fällt be sonders bei Gegentaktverstärkern ins Ge wicht, deren Arbeitspunkt im untern Knick liegt (B-Verstärker). Die dabei auftreten den Verzerrungen liegen in der Grösse der auch bei einem gewöhnlichen B-Verstärker unvermeidlichen Verzerrungen.
Man hat es also hier mit einem in der Endstufe gitter- stromgesteuerten B-Verstärker zu tun, der zwischen dem Gitter des Steuerrohres und dem Ausgangstransformator keine phasen verschiebenden Kopplungstransformatoren aufweist. Wird nun hier die negative Rück kopplung angewendet, so wird damit eine ausserordentlich hohe Verzerrfreiheit er reicht.
Man erhält bei dieser Schaltung gleichzeitig den weiteren Vorteil, dass ein Teil des an dem Kopplungswiderstand auf tretenden Spannungsabfalles als Gittervor- spannung für die Röhre ausgenutzt werden kann, in deren Anodenkreis der Kopplungs widerstand eingeschaltet ist.
Für die Abnahme der negativ rückzu- koppelnden Spannung vom Anodenkreis stehen verschiedene Mittel zur Verfügung. Die Rückkopplungsspannung kann entweder von einem ohmschen Längs- oder Querwider stand im Anodenkreis abgegriffen oder aber mit Hilfe eines Übertragers oder einer beson- deren Wicklung des im Anodenkreis zur An kopplung des Verbrauchers vorgesehenen Übertragers abgenommen werden. Schliess lich ist es auch möglich, die Rückkopplungs spannung von besonderen Abgriffen des Aus gangsübertragers abzunehmen.
Bei der An wendung rein ohmscher Mittel im Rück kopplungsweg kann die gewünschte Phase durch Wahl einer geeigneten Anzahl von Röhren, auf die die negative Rückkopplung ausgedehnt wird, erhalten werden.
In der Abbildung ist ein Ausführungs beispiel des Erfindungsgegenstandes darge stellt. Die Röhren 3, 4 und 1, 2 gehören zu einer Gegentaktvor- bezw. Gegentaktendstufe. Die zu verstärkende Spannung El wird der Kaskade über einen Gegentakttransformator mit den Wicklungen 7, 8, 9 zugeführt und die Ausgangsspannung EZ über einen Gegen takttransformator mit den Wicklungen 10, 11, 12, 1'3, 14, 15 abgenommen. Zur Kopp lung zwischen den Röhren dienen die Wider stände 5 und 6, die zwischen den Kathoden der Vorröhren und dem Minuspol der Ano denbatterie B eingeschaltet sind.
Zwischen dem gemeinsamen Punkt A. der Kopplungs widerstände und der Anodenbatterie kann noch die Gittervorspannungsbatterie GB ein geschaltet sein. Die Gitter der Endröhren sind galvanisch mit den Kathoden der vor hergehenden Röhren verbunden. Die nega tive Rückkopplung wird den Anodenkreisen der beiden Endröhren 1 und 2 über die Wicklungen 1-0 und 11, die gleichzeitig im Gitterkreis der Vorröhren liegen, entnommen.
Die Gittervorspannungsbatterien 16 und 17 können fortfallen, wenn die von den Rückkopplungswicklungen 10 und 11 zu den Kathoden der Vorröhren führenden Leitun- gen nicht unmittelbar an die Kathoden, son dern an entsprechende Anzapfpunkte der Kopplungswiderstände 5 und 6 geführt sind.
Wie schon erwähnt, kann an Stelle der induktiven Abnahme der Rückkopplungs spannung aus dem Anodenkreis auch der Ab griff der Rückkopplungsspannung von ohm- schen Widerständen treten. Diese Schaltung würde sich dann besonders empfehlen, wenn die geringe Phasendrehung, die durch die in duktive Ankopplung entsteht, bei sehr ho her Anforderung an Linearisierung, das heisst bei sehr hohem Rückkopplungsgrad, einen unzulässig hohen Wert aufweisen sollte.
Amplifier cascade with negative feedback. It is known that the distortion occurring in an amplifier, in particular the non-linear distortion, can be reduced by using negative feedback. The equalization is the better, the higher the degree of negative feedback that can be selected. In the practical implementation of Schaltun conditions with negative feedback occur depending on but considerable difficulties that are caused by the phase rotations within the feedback loop.
If the phase relationships are chosen in such a way that the feedback takes place in the correct sense, i.e. negative, within a certain frequency range, it is not possible with the circuits used so far to avoid that the coupling becomes positive feedback for other frequencies ( positive feedback) passes.
While the use of negative feedback on a single tube is still relatively; It is easy to maintain the desired phase relationships within a wide frequency range, it is practically impossible to avoid self-excitation of the circuit in cascade circuits in which the negative feedback is extended over several tubes. The unwanted phase rotations are primarily due to the inductances and capacities used to couple the individual tubes.
By suitably dimensioning these coupling elements, the harmful phase rotation can be reduced, but not eliminated.
According to the invention, these difficulties are now eliminated in that the tubes, between which the negative feedback is provided, are galvanically coupled to each other. The galvanic coupling is known per se, but not in connection with a negative feedback. In amplifier circuits that are equipped with negative feedback, it offers the great advantage that unwanted phase rotations can be avoided. It is thus the utilization of a negative feedback of considerable size only made possible.
The point at which the resistor used for coupling between two tubes is switched on in the anode circuit is fundamentally the same within the scope of the invention. However, if you use end tubes with a small penetration, which work for the most part in the positive grid current area, it is advisable to arrange the resistor between the cathode and the negative pole of the anode voltage source.
In this case one achieves namely that the curvilinear anode current rise of the pre-tube and the likewise curvilinear rising grid current of the end tube can be brought into mutual dependency from that extensive mutual compensation can be achieved. This advantage is particularly important in the case of push-pull amplifiers whose operating point is in the lower bend (B amplifiers). The distortions that occur are in the size of the distortions that are unavoidable even with a normal B amplifier.
So you are dealing with a grid-current-controlled B amplifier in the output stage, which has no phase-shifting coupling transformers between the grid of the control tube and the output transformer. If the negative feedback is used here, an extraordinarily high level of freedom from distortion is achieved.
This circuit also has the further advantage that part of the voltage drop occurring at the coupling resistor can be used as grid bias for the tube in whose anode circuit the coupling resistor is switched on.
Various means are available for reducing the negative feedback voltage from the anode circuit. The feedback voltage can either be tapped from an ohmic series or transverse resistor in the anode circuit or it can be tapped using a transformer or a special winding of the transformer provided in the anode circuit for coupling the consumer. Finally, it is also possible to take the feedback voltage from special taps on the output transformer.
When using purely ohmic means in the feedback path, the desired phase can be obtained by choosing a suitable number of tubes to which the negative feedback is extended.
In the figure, an execution example of the subject invention is Darge provides. The tubes 3, 4 and 1, 2 belong to a push-pull vor- bezw. Push-pull output stage. The voltage El to be amplified is fed to the cascade via a push-pull transformer with windings 7, 8, 9 and the output voltage EZ is taken off via a counter-clock transformer with windings 10, 11, 12, 1'3, 14, 15. The counter stands 5 and 6, which are switched on between the cathodes of the pre-tubes and the negative pole of the ano battery B, are used to couple the tubes.
Between the common point A. of the coupling resistors and the anode battery, the grid bias battery GB can still be connected. The grids of the end tubes are galvanically connected to the cathodes of the previous tubes. The negative feedback is taken from the anode circuits of the two end tubes 1 and 2 via the windings 1-0 and 11, which are simultaneously in the grid circle of the pre-tubes.
The grid bias batteries 16 and 17 can be omitted if the lines leading from the feedback windings 10 and 11 to the cathodes of the pre-tubes are not led directly to the cathodes, but to corresponding tapping points of the coupling resistors 5 and 6.
As already mentioned, instead of the inductive decrease in the feedback voltage from the anode circuit, the feedback voltage can also be decreased from ohmic resistors. This circuit would be particularly recommended if the low phase rotation that arises due to the inductive coupling should have an impermissibly high value with very high linearization requirements, i.e. with a very high degree of feedback.