DE1000451B

DE1000451B - Amplifier with equalizer networks arranged in the negative feedback path

Info

Publication number: DE1000451B
Application number: DES33959A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl Schoenhammer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1953-06-19
Filing date: 1953-06-19
Publication date: 1957-01-10

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen Verstärker mit im Gegenkopplungsweg eingeschaltetem Entzerrer, insbesondere einen Leitungsverstärker für Telefonieübertragung mit Entzerrung der Leitungsdämpfung, mit Ausgleich von Restfehlern bei der Leitungsentzerrung oder mit Kompensation der temperaturabhängigen Dämpfungsänderung der Leitungen.The invention relates to an amplifier with an equalizer switched on in the negative feedback path, in particular a line amplifier for telephony transmission with equalization of the line attenuation, with compensation of residual errors in the line equalization or with compensation of the temperature-dependent Change in attenuation of the lines.

Wenn man in den Gegenkopplungsweg von Verstärkern Netzwerke zur Entzerrung einschaltet, sollen diese Netzwerke im Hinblick auf die Stabilität des Verstärkers außerhalb des zur Übertragung dienenden Frequenzbandes einen möglichst geringen Einfluß auf die Gegenkopplung ausüben. Zur Schaffung klarer Verhältnisse wäre es ideal, wenn die Entzerrernetzwerke nur die ihnen zugedachte Funktion ausüben würden, d. h. in jeder Hinsicht nur im Übertragungsbereich wirksam wären. Der Idealfall ist aber in der Praxis nicht oder zumindest nicht mit geringem Aufwand zu erreichen. Tatsächlich üben in bisher bekannten Schaltungen die Entzerrernetzwerke auch außerhalb des Übertragungsbereiches einen gewissen Einfluß auf die Gegenkopplung aus. Es ist daher das Ziel der Erfindung, Maßnahmen zu treffen, um den Einfluß des Entzerrernetzwerkes außerhalb des Übertragungsbereiches sowohl auf den Betrag als auch auf die Phase der Gegenkopplungsspannung möglichst gering zu halten.If you switch on networks for equalization in the negative feedback path of amplifiers, they should these networks with regard to the stability of the amplifier outside of the one used for transmission Frequency band exert the least possible influence on the negative feedback. To create clearer Conditions would be ideal if the equalization networks only exercise their intended function would, d. H. would be effective in all respects only in the broadcast domain. The ideal case is in the Practice cannot be achieved, or at least not achievable with little effort. Indeed, practice in previously known Circuits have a certain influence on the equalization networks outside of the transmission range the negative feedback. It is therefore the aim of the invention to take measures to reduce the influence of the Equalizer network outside the transmission range both on the amount and on the To keep the phase of the negative feedback voltage as low as possible.

Besonders wichtig sind solche Maßnahmen dann, wenn es sich um Verstärker mit austauschbaren Entzerrernetzwerken im Gegenkopp lungs weg handelt. Bei Leitungsverstärkern, wie sie in der Trägerfrequenztechnik verwendet werden, sind die Entzerrernetzwerke oft auch so aufgebaut, daß sie durch Verändern eines reellen Widerstandes gesteuert werden können. Als veränderbarer Widerstand dient meist ein von einem Pilotstrom beeinflußter Heißleiter, wodurch die Charakteristik des Entzerrernetzwerkes geändert wird. Solche Heißleiter werden in der Regel mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom niedriger Frequenz gesteuert. Um eine unerwünschte direkte Rückwirkung des Steuerstromes auf die Verstärkerschaltung zu vermeiden, müssen Heißleiter enthaltende Netzwerke von dem eigentlichen Verstärker galvanisch getrennt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn direkt geheizte Heißleiter benutzt sind. Eine galvanische Trennung der Entzerrernetzwerke von dem eigentlichen Verstärker kann darüber hinaus auch in anderen Fällen zweckmäßig sein, um unerwünschte Rückwirkungen allgemein zu vermeiden.Such measures are particularly important when it comes to amplifiers with exchangeable equalization networks acts in the negative feedback path. With line amplifiers like those used in carrier frequency technology are used, the equalizer networks are often constructed in such a way that they can be changed by changing a real resistance can be controlled. A of is usually used as a variable resistance a pilot current influenced thermistor, whereby the characteristics of the equalizer network changed will. Such thermistors are usually lower with direct current or alternating current Frequency controlled. To avoid an undesired direct reaction of the control current on the amplifier circuit to avoid, networks containing NTC thermistors must be galvanically removed from the actual amplifier be separated. This is especially true when directly heated thermistors are used. A galvanic one Separation of the equalizer networks from the actual amplifier can also be used in in other cases, in order to avoid undesirable repercussions in general.

Bei dem in Fig. ι schematisch dargestellten Verstärker, bei dem die Gegenkopplungsspannung beispielsweise vom Kathodenkreis der Endröhre: abgenommen wird, wird durch Einschalten eines Netzwerkes N mit geeignetem Frequenzgang seiner Verstärker mit im Gegenkopplungsweg angeordneten EntzerrernetzwerkenIn the amplifier shown schematically in Fig. Ι, in which the negative feedback voltage is taken for example from the cathode circuit of the output tube: by switching on a network N with a suitable frequency response of its amplifier with equalizer networks arranged in the negative feedback path

Anmelder: Siemens & Halske Aktiengesellschaft,Applicant: Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München, München 2, Wittelsbacherplatz 4Berlin and Munich, Munich 2, Wittelsbacherplatz 4

Dipl.-Ing. Karl Schönhammer, München, ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Karl Schönhammer, Munich, has been named as the inventor

Impedanz ein gewünschter Frequenzgang der Verstärkung erreicht. Damit besteht aber die Gefahr, daß sich das Übertragungsmaß μ · β der Gegenkopplungsschleife so ändert, daß der Verstärker unstabil wird. Wie aus dem in Fig. 2 dargestellten Ersatzschaltbild eines gegengekoppelten Verstärkers ersichtlich, bedeutet μ den Verstärkungsfaktor und β den Gegenkopplungsfaktor. Impedance achieved a desired frequency response of the amplification. However, there is thus the risk that the transfer rate μ · β of the negative feedback loop changes in such a way that the amplifier becomes unstable. As can be seen from the equivalent circuit diagram of a negative feedback amplifier shown in FIG. 2, μ means the gain factor and β the negative feedback factor.

In Fig. 3 zeigt die Kurve 1 die Ortskurve des Übertragungsmaßes μ · β, wie sie beispielsweise bei einemIn Fig. 3, the curve 1 shows the locus of the transfer rate μ · β, as it is, for example, in a

dreistufigen Verstärker gemessen wird, in der üblichen Darstellung in Polarkoordinaten mit der Frequenz als Parameter. Die Gefahr der Instabilität besteht besonders dann, wenn Entzerrernetzwerke verschiedener Art eingeschaltet werden, die das Übertragungsmaß μ · β in den kritischen Frequenzbereichen unterhalb und oberhalb des Übertragungsbereiches in verschiedener Weise ändern, so daß eine stabilisierende Maßnahme z. B. für das eine Netzwerk nicht für das andere brauchbar ist.three-stage amplifier is measured, in the usual representation in polar coordinates with the frequency as a parameter. The risk of instability exists especially when different types of equalization networks are switched on, which change the transmission factor μ · β in different ways in the critical frequency ranges below and above the transmission range, so that a stabilizing measure z. B. is not useful for one network for the other.

Die Kurve 1 in Fig. 3 gilt z. B. für das Übertragungsmaß μ · β ohne Entzerrer im Kathodenkreis. Die für die tiefste und höchste Frequenz des Ubertragungsbereiches geltenden Werte von μ · β sind mit Z₁ und f.₂ bezeichnet. Zwischen den FrequenzenThe curve 1 in Fig. 3 applies, for. B. for the transmission factor μ · β without equalizer in the cathode circuit. The values of μ · β applicable for the lowest and highest frequency of the transmission range are denoted by Z ₁ and f. ₂ . Between the frequencies

Null und Z₁ und zwischen 00 und /₂ liegen die für die Stabilität kritischen Bereiche des Übertragungsmaßes μ · β, in denen | μ ■ β | annähernd gleich 1 ist. Einer der eingeschalteten Entzerrer verursache z. B. bei tiefen Frequenzen eine solche Änderung des Über-, tragungsmaßes μ · β, daß der Punkt + 1 eingeschlossen wird, wie es die gestrichelte Kurve 2 in Fig. 3 zeigt. Bei der Einschaltung eines anderen Entzerrers trete wieder eine andere Veränderung des Übertragungsmaßes μ · β in den kritischen Bereichen auf. Dies gilt Zero and Z ₁ and between 00 and / ₂ are the critical areas of the transfer rate μ · β for stability, in which | μ ■ β | is approximately equal to 1. One of the activated equalizers cause z. B. at low frequencies such a change in the transfer, transfer rate μ · β that the point + 1 is included, as the dashed curve 2 in Fig. 3 shows. When another equalizer is switched on, another change in the transfer rate μ · β occurs in the critical areas. this applies

auch dann, wenn das Netzwerk in an sich bekannter Weise über einen Übertrager in den Gegenkopplungsweg des Verstärkers eingeschaltet ist. even if the network is switched on in a manner known per se via a transformer in the negative feedback path of the amplifier.

Gemäß der Erfindung werden die genannten Schwierigkeiten einerseits durch eine solche Dirnensionierung des, vorzugsweise in den Kathodenkreis der Endröhre eingeschalteten, Übertragers vermieden, daß dessen Querinduktmtät bei tiefen und dessen Streuinduktivität bei hohen Frequenzen den Einfluß des Entzerrernetzwerkes auf den Gegenkopplungsweg verringert, und andererseits durch ein zusätzliches Netzwerk, das in Reihe zu der Primärseite des Übertragers, an dessen Sekundärseite das Entzerrernetzwerk angeschaltet ist, eine Parallelschaltung aus Widerstand und Kondensator und parallel dazu eine Reihenschaltung aus Widerstand und Kondensator aufweist und so dimensioniert ist, daß die Impedanz von Übertrager einschließlich Netzwerk bei extrem tiefen und extrem hohen Frequenzen annähernd konstante Werte annimmt, indem die Beziehungen R₁ = R = According to the invention, the difficulties mentioned are avoided on the one hand by dimensioning the transformer, which is preferably connected to the cathode circuit of the end tube, so that its transverse inductance at low frequencies and its leakage inductance at high frequencies reduce the influence of the equalizer network on the negative feedback path, and on the other hand by an additional Network that is in series with the primary side of the transformer, on the secondary side of which the equalizer network is connected, a parallel circuit of resistor and capacitor and parallel to it a series circuit of resistor and capacitor and is dimensioned so that the impedance of the transformer including the network at extremely low levels and extremely high frequencies assumes approximately constant values in that the relationships R ₁ = R =

~ und R₉, = R' = \ ^- ~ and R ₉ , = R '= \ ^ -

gelten, wobei mit R₁ der Widerstand und C₁ der Kondensator der Parallelschaltung, mit R₂ der Widerstand und C₂ der Kondensator der Reihenschaltung des zusätzlichen Netzwerkes, mit L die Querinduktivität und mit La die Streuinduktivität des Übertragers bezeichnet sind.apply, where R ₁ denotes the resistor and C ₁ the capacitor of the parallel circuit, R ₂ denotes the resistance and C ₂ denotes the capacitor of the series circuit of the additional network, L denotes the shunt inductance and La denotes the leakage inductance of the transformer.

Die Erfindung wird an Hand eines in der Fig. 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Fig. 5 a, 5 b und 5 c zeigen Ersatzschaltbilder der in Fig. 4 dargestellten Schaltung.The invention is explained in more detail with reference to an exemplary embodiment shown schematically in FIG explained. FIGS. 5 a, 5 b and 5 c show equivalent circuit diagrams the circuit shown in FIG.

In der Schaltung nach Fig. 4 wird das entzerrende Zweipolnetzwerk N über den im Kathodenkreis der Röhre Rö liegenden Übertrager Ü angeschaltet. Als zusätzliches Netzwerk liegt in Reihe zum Übertrager Ü die Parallelschaltung von R₁ und C₁ und parallel dazu die Reihenschaltung von R₂ und C₂. Der Übertrager ist also mit dem Entzerrernetzwerk N abgeschlossen. In dem Frequenzbereich, in dem das Entzerrernetzwerk N die Gegenkopplung nicht ändern soll, also außerhalb des zur Übertragung dienenden Frequenzbandes, habe es annähernd den konstanten ohmschen Widerstand R bzw. R'. Es gilt für den Teil des Kathodenkreises, an dem die Gegenkopplungsspannung U_r abgegriffen wird, bei einem Übersetzungsverhältnis Ü = ι : ι des Übertragers Ü das in Fig. 5 a dargestellte Ersatzschaltbild, in dem L der Querinduktivität und La der Streuinduktivität des Übertragers Ü entspricht.In the circuit according to FIG. 4, the equalizing two-pole network N is switched on via the transformer U located in the cathode circuit of the tube Rö . As an additional network, the parallel connection of R ₁ and C ₁ and the series connection of R ₂ and C _{2 are} in series with the transformer Ü . The transmitter is thus terminated with the equalizer network N. In the frequency range in which the equalization network N should not change the negative feedback, i.e. outside the frequency band used for transmission, it has approximately the constant ohmic resistance R or R '. It applies to the portion of the cathode circuit when the feedback voltage U _r is tapped, ι at a transmission ratio U =. Ι of the transformer U in Fig 5 a shown equivalent circuit diagram in which L is the shunt inductance and La corresponding to the leakage inductance of the transformer U .

Bei tiefen und hohen Frequenzen vereinfacht sich das Ersatzschaltbild entsprechend der Darstellung in den Fig. 5 b und 5 c. Durch geeignete Bemessung von R₁C₁, R₂C₂ soll erreicht werden, daß die Impedanz, an der die Gegenkopplungsspannung U_r liegt, im ganzen hinsichtlich der Stabilität kritischen Frequenzbereich annähernd konstant bleibt. Bei tiefen Frequenzen, für die das Ersatzschaltbild Fig. 5 b gilt, wird die Abnahme der Impedanz von L parallel R durch -K₁C₁ aufgehoben, bei hohen Frequenzen, für die das Ersatzschaltbild Fig. 5 c gilt, wird die Zunahme von La in Reihe mit R' durch R₂C₂ aufgehoben. Um dies zu erreichen, müssen die Beziehungen At low and high frequencies, the equivalent circuit diagram is simplified as shown in FIGS. 5 b and 5 c. A suitable dimensioning of R ₁ C ₁ , R ₂ C ₂ is intended to ensure that the impedance at which the negative feedback voltage U _r is applied remains approximately constant in the whole frequency range, which is critical in terms of stability. At low frequencies, for which the equivalent circuit diagram Fig. 5b applies, the decrease in the impedance of L parallel R is canceled by -K ₁ C ₁ , at high frequencies, for which the equivalent circuit diagram Fig. 5c applies, the increase in La in series with R ' canceled by R ₂ C _2. To do this, you need relationships

gelten. Da die Impedanz, an der die Gegenkopplungsspannung liegt, bei hohen und bei tiefen Frequenzen nicht durch den Abschluß N des Übertragers bestimmt ist, kann in diesen Frequenzbereichen ein verschiedener Abschluß auch nicht wesentlich das Übertragungsmaß μ · β ändern. R bzw. R', L und La sind also so zu dimensionieren, daß im Übertragungsbereich L und La noch keinen wesentlichen Einfluß auf den Betrag der Impedanz haben und daß andererseits außerhalb des Übertragungsbereiches, wo das Übertragungsmaß μ · β annähernd 1 wird, der sekundärseitige Abschluß des Übertragers Ü nicht mehr eingeht. Bezeichnet man die Grenzen des Übertragungsbereiches mit Co₁ und to₂, so wählt man zweckmäßig Oi₁ · L vier- bis zehnmal so groß wie R und to₂ · La vier- bis zehnmal kleiner als R'. Die μ ■ /?-Kurve 2 in Fig. 3 geht dann in die punktierte Kurve 3 über, mit der der Verstärker stabil arbeitet.are valid. Since the impedance at which the negative feedback voltage is applied is not determined by the termination N of the transformer at high and at low frequencies, a different termination cannot significantly change the transfer rate μ · β in these frequency ranges. R or R ', L and La are to be dimensioned in such a way that in the transmission range L and La have no significant influence on the amount of the impedance and that on the other hand, outside the transmission range, where the transmission rate μ β is approximately 1, the secondary side Completion of the transformer Ü is no longer received. If the limits of the transmission range are denoted by Co ₁ and to ₂ , it is expedient to choose Oi ₁ · L four to ten times as large as R and to ₂ · La four to ten times smaller than R '. The μ ■ /? Curve 2 in FIG. 3 then merges into the dotted curve 3 with which the amplifier operates in a stable manner.

Claims

Patent claims:

i. Amplifier with equalizer networks arranged in the negative feedback path via a transformer preferably switched into the cathode circuit of the Enidröhre, characterized on the one hand by such a dimensioning of the transformer (Ü) that its shunt inductance (L) at low frequencies and its leakage inductance (Lo) at high frequencies influence the Equalizer network (N) reduced to the negative feedback, and on the other hand by an additional network that is in series with the primary side of the transformer, on whose secondary side the equalizer network is connected, a parallel circuit of resistor (R ₁ ) and capacitor (C ₁ ) and parallel to it has a series connection of resistor (R ₂ ) and capacitor (C ₂ ) and is dimensioned so that the impedance of the transformer (Ü) including the equalizer network (Λ ^Γ ) assumes approximately constant values at extremely low and extremely high frequencies by the relationships

R₁ =R ₁ =

and i? ₂ =

apply (Fig. 4, 5).

2. Amplifier according to claim 1, characterized in that the impedance 0J ₁ · L of the shunt inductance of the transformer is four to ten times greater than R and the impedance ω ₂ · La of the leakage inductance is four to ten times smaller than R ' , where CO ₁ and ω _{2 are} the lower and upper limit angular frequency of the transmission range and R and R 'are the approximate ohmic impedance values of the equalizer network at these limit frequencies.

Considered publications: German Patent Specifications No. 862310, 859035, 807098;

Swiss Patent No. 275 983; Hans Bartels: "Basics of amplifier technology", 2nd edition, Leipzig 1944, pp. 92 to 94.

1 sheet of drawings