DE1153077B

DE1153077B - Differential amplifier, preferably for signals containing a direct voltage component at the same time

Info

Publication number: DE1153077B
Application number: DEK44385A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Herbert L Koenig
Original assignee: HERBERT L KOENIG DR ING
Current assignee: HERBERT L KOENIG DR ING
Priority date: 1961-07-31
Filing date: 1961-07-31
Publication date: 1963-08-22

Description

Differenzverstärker, vorzugsweise für zugleich einen Gleichspannungsanteil enthaltende Signale Die Erfindung bezieht sich auf einen Differenzverstärker, vorzugsweise für zugleich einen Gleichspannungsanteil enthaltende Signale, bestehend aus zwei für die Signalspannung in Gegentakt geschalteten Verstärkereinrichtungen, beispielsweise mit Elektronenröhren, mit einem gemeinsamen Katodenwiderstand und vorzugsweise je einem Spannungsteiler zwischen der Ausgangselektrode und dem Katodenanschluß der beiden Verstärkereinrichtungen, deren Spannungsteilerabgriffe die Ausgangsanschlüsse des Verstärkers bilden und derart gewählt sind, daß sich gleichphasige Aussteuerungen im Ausgang kompensieren.Differential amplifier, preferably for a direct voltage component at the same time containing signals The invention relates to a differential amplifier, preferably for signals containing a direct voltage component at the same time, consisting of two for the signal voltage in push-pull amplifier devices, for example with electron tubes, with a common cathode resistance and preferably each a voltage divider between the output electrode and the cathode connection of the two amplifier devices whose voltage divider taps the output connections of the amplifier and are selected in such a way that in-phase modulations Compensate in the output.

Derartige Verstärker sind bekannt. Man war bei diesen als »Differenzverstärker« bezeichneten Verstärkern der Auffassung, daß das Verhältnis Gegentaktverstärkung zu Gleichtaktverstärkung, also welches als Maß für die Güte von Differenzverstärkern angesehen wird, auf Grund von Gegenkopplungswirkungen besonders günstig ist. Dies ist indes als solches nicht ganz richtig, denn die Gegenkopplungen sind, wie Untersuchungen gezeigt haben, bei diesen bekannten Verstärkern, wenn nennenswerte Verstärkungen erzielt werden sollen, nicht sonderlich groß, obwohl es wünschenswert wäre, daß sie sehr wirksam sein würden.Such amplifiers are known. With these amplifiers, known as "differential amplifiers", it was believed that the ratio of differential mode gain to common mode gain, ie which is viewed as a measure of the quality of differential amplifiers, is particularly favorable due to negative feedback effects. However, as such, this is not entirely correct, since, as studies have shown, in these known amplifiers, if significant amplifications are to be achieved, the negative feedback is not particularly great, although it would be desirable that they would be very effective.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verstärker der einleitend beschriebenen Art auch bei hohen Verstärkungswerten nennenswerte Gegenkopplungswirkungen oder gar einen Nullabgleich sicherzustellen.The invention is based on the object of an amplifier The type described in the introduction also has significant negative feedback effects at high gain values or even to ensure a zero adjustment.

Gelöst wird diese Aufgabe ausgehend von einem solchen Verstärker gemäß der Erfindung dadurch, daß der Gegentaktstufe eine Gegenkopplungsspannung so zugeführt wird, beispielsweise von ihren Ausgangselektroden zu ihren Steuerelektroden, daß bei einer gleichphasigen Aussteuerung der Gegentaktstufe die Gegenkopplungsspannung voll wirksam ist, bei einer gegenphasigen Aussteuerung hingegen in Fortfall kommt.This object is achieved on the basis of such an amplifier according to of the invention in that the push-pull stage is supplied with a negative feedback voltage will, for example, from their output electrodes to their control electrodes that the negative feedback voltage in the case of in-phase control of the push-pull stage is fully effective, but does not come with an out-of-phase control.

Für die praktische Ausführung eines erfindungsgemäßen Verstärkers existieren verschiedene Möglichkeiten. So sind bei einer Gegentaktstufe alle die Elektrodenpaare geeignet, die bei einer gegenphasigen Aussteuerung der Gegentaktstufe jeweils ein gegenphasiges Signal aufweisen. Bei Elektronenröhren mit Triodencharakter sind dies beispielsweise die beiden Ausgangselektroden (Anoden) sowie die beiden Steuerelektroden (Steuergitter) und bei getrennten Katodenanschlüssen der Gegentaktstufe auch die Katodenelektroden. Verbindet man nämlich jeweils diese beiden Elektroden, beispielsweise mit einem Potentiometer, so läßt sich, normalerweise in der Mitte etwa, auf demselben ein abzugreifender Potentialpunkt einstellen, der von gegenphasigen Signalen unbeeinflußt bleibt. An den beiden Elektroden auftretende gleichphasige Signale werden hingegen von dem Potentialpunkt des Potentiometerabgriffes voll wiedergegeben.For the practical implementation of an amplifier according to the invention there are different possibilities. So with a push-pull stage, all of them are Electrode pairs suitable for an anti-phase control of the push-pull stage each have an anti-phase signal. For electron tubes with a triode character these are, for example, the two output electrodes (anodes) and the two Control electrodes (control grid) and with separate cathode connections of the push-pull stage also the cathode electrodes. If you connect these two electrodes, for example with a potentiometer, it can usually be in the middle for example, set a potential point to be tapped on the same, that of antiphase Signals remains unaffected. In-phase occurring at the two electrodes Signals, on the other hand, are fully reproduced from the potential point of the potentiometer tap.

Berücksichtigt man nun noch die für eine Gegenkopplung oder gegebenenfalls für einen Nullabgleich notwendigerweise richtige Phasenlage des Potentialpunktes, von dem die Gegenkopplungsspannung abgegriffen wird, zu dem Potentialpunkt, dem sie zugeführt wird, so ergeben sich daraus mehrere praktisch anwendbare Gegenkopplungsschaltungen. Die einfachste in ihrer Art besteht in der Gegenkopplung von den Ausgangselektroden zu den Steuerelektroden einer Gegentaktstufe. Der Mittelabgriff eines zwischen den beiden Ausgangselektroden geschalteten Potentiometers liefert beispielsweise den von gegenphasigen Aussteuerungen unabhängigen Potentialpunkt, von dem über zwei Entkopplungsimpedanzen die Gegenkopplungsspannung den beiden Steuerelektroden zugeführt wird.If one now also takes into account those for negative feedback or, if applicable correct phase position of the potential point is necessary for a zero adjustment, from which the negative feedback voltage is tapped, to the potential point, the if it is supplied, then several practically applicable negative feedback circuits result. The simplest of its kind is the negative feedback from the output electrodes to the control electrodes of a push-pull stage. The tapping of funds between the Both output electrodes switched potentiometer delivers, for example, the potential point independent of out-of-phase levels, of which two Decoupling impedances, the negative feedback voltage is fed to the two control electrodes will.

Will man andere Kombinationen von Elektroden zur Gegenkopplung verwenden, so ist es wegen der notwendigen richtigen Phasenlage der Gegenkopplungsspannung notwendig, der eingangs beschriebenen Gegentaktstufe eine zweite Verstärkerstufe der gleichen Art beispielsweise vorauszuschalten. Die hieraus resultierende Phasenopposition der jeweiligen Elektroden der beiden Verstärkerstufen ermöglicht erfindungsgemäß weitere Gegenkopplungsschaltungen. So bieten sich an den beiden gemeinsamen Katoden der vorgeschalteten Verstärkerstufe einerseits und jeweils an den beiden Anoden der nachgeschalteten Stufe andererseits zwei Potentialpunkte an, die sich aussteuerungsmäßig gegensinnig verhalten, wenn die gesamte Gegentaktverstärkereinrichtung im Gleichtakt angesteuert wird. Dadurch besteht die Möglichkeit, jeweils zwischen diese beiden Potentialpunkte eine Gegenkopplungsimpedanz einzufügen.If you want to use other combinations of electrodes for negative feedback, so it is because of the necessary correct phase position of the negative feedback voltage necessary to add a second amplifier stage to the push-pull stage described above of the same type, for example, to precede. The resulting phase opposition the respective electrodes of the two amplifier stages made possible according to the invention further negative feedback circuits. So offer themselves to the two common cathodes of the upstream amplifier stage on the one hand and in each case the two anodes of the downstream stage, on the other hand, have two potential points, which behave in opposite directions in terms of modulation if the entire push-pull amplifier device is controlled in synchronism. This gives you the opportunity to choose between insert a negative feedback impedance into these two potential points.

Eine dritte Kombinationsmöglichkeit, das Gegenkopplungssignal von der Katode dem Steuergitter zuzuführen, benötigt ebenfalls eine zweite Verstärkerstufe.A third possible combination, the negative feedback signal from Feeding the cathode to the control grid also requires a second amplifier stage.

Das Potential der beiden Katoden der nachgeschalteten Verstärkerstufe und die beiden Potentiale der Steuerelektroden der vorgeschalteten Gegentaktstufe verhalten sich aussteuerungsmäßig bei Gleichtaktaussteuerung gegensinnig. Jeweils die beiden Potentialpunkte können also erfindungsgemäß durch Gegenkopplungsimpedanzen verbunden werden.The potential of the two cathodes of the downstream amplifier stage and the two potentials of the control electrodes of the upstream push-pull stage behave in opposite directions in terms of level control with common mode level control. Respectively the two potential points can thus, according to the invention, by negative feedback impedances get connected.

Bei den Arten von Gegenkopplungsanordnungen, die die Steuerelektrode mit der Gegenkopplungsimpedanz in Verbindung bringen, also beispielsweise Anoden-Gitter-Gegenkopplung oder Katoden-Gitter-Gegenkopplung, ist es zweckmäßig, die Aussteuerspannung dem Steuergitter über eine Entkopplungsimpedanz zuzuführen, damit der Innenwiderstand der Steuerspannungsquelle die Größe der am Steuergitter ankommenden Gegenkopplungsspannung möglichst nicht beeinflußt.With the types of negative feedback arrangements that use the control electrode with the negative feedback impedance, for example anode-grid negative feedback or cathode-grid negative feedback, it is advisable to adjust the control voltage to the To feed the control grid via a decoupling impedance, so that the internal resistance the control voltage source the size of the negative feedback voltage arriving at the control grid if possible not influenced.

Wie schon einleitend beschrieben, ist man bei Differenzverstärkern bemüht, ein Optimum des Verhältnisses Gegentaktverstärkung zu Gleichtaktverstärkung zu erreichen. Durch die Einfügung der verschiedenen Gegenkopplungsimpedanzen wird verständlicherweise die Gleichtaktverstärkung des gesamten Verstärkers wunschgemäß verringert. Andererseits resultiert aber auch durch die verstärkungsmäßige Parallelschaltung dieser Gegenkopplungsimpedanzen zu den jeweils gegentaktverstärkungswirksamen Widerständen, beispielsweise den Gitterableit- und Anodenwiderständen, eine unerwünschte Verringerung der Gegentaktverstärkung. Es erweist sich daher als vorteilhaft, die Größe der Gegenkopplungsimpedanzen und eventueller Entkopplungsimpedanzen so zu wählen, daß das Verhältnis Gegentaktverstärkung zu Gleichtaktverstärkung der gesamten Anordnung gerade seine maximale Größe annimmt.As already described in the introduction, one is with differential amplifiers endeavors to achieve an optimum of the ratio differential mode gain to common mode gain to reach. By inserting the various negative feedback impedances, understandably the common mode gain of the entire amplifier as desired decreased. On the other hand, this also results from the parallel connection in terms of amplification these negative feedback impedances to the respective push-pull gain effective resistors, for example the grid discharge and anode resistances, an undesirable reduction the push-pull amplification. It therefore proves to be advantageous to adjust the size of the negative feedback impedances and possible decoupling impedances to be chosen so that the ratio push-pull gain to common-mode amplification of the entire arrangement is just assuming its maximum size.

Der eingangs beschriebene Spannungsteiler zwischen Ausgangselektroden einerseits und gemeinsamem Katodenwiderstand andererseits ist grundsätzlich bei jeweils den beiden im Gegentakt geschalteten Verstärkereinrichtungen möglich und wohl auch zweckmäßig, um ein günstiges Verhältnis Gegentaktzu Gleichtaktverstärkung zu erhalten. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Widerstandswerte dieses nachgeschalteten Spannungsteilers groß gegenüber den Impedanzen der Gegenkopplungen gewählt werden. Hierdurch kann eine weitere unerwünschte Reduzierung der Gegentaktverstärkung der nachgeschalteten Verstärkerstufe beispielsweise wegen der damit verbundenen Verkleinerung des wirksamen Arbeitswiderstandes vermieden werden.The voltage divider described at the beginning between output electrodes on the one hand and common cathode resistance on the other hand is fundamentally at in each case the two amplifier devices connected in push-pull possible and probably also useful to achieve a favorable differential mode to common mode gain ratio to obtain. In addition, it is advantageous if the resistance values this downstream voltage divider large compared to the impedances of the negative feedback to get voted. This can result in a further undesirable reduction in the push-pull gain the downstream amplifier stage, for example because of the associated Reduction of the effective work resistance can be avoided.

Zweckmäßig ist es schließlich, bei den beschriebenen Arten der zweistufigen Anordnungen zwischen die vorausgeschaltete Gegentaktstufe und die nachgeschaltete Gegentaktstufe eine gerade Anzahl von weiteren Gegentaktstufen einzuführen, falls es sich bei der gesamten Anordnung um einen mehrstufigen Verstärker handelt, da hierdurch die Wirkung der Gegenkopplung erhöht werden kann. Dies erweist sich besonders bei mehrstufigen Gleichspannungsverstärkern als zweckmäßig.Finally, it is useful for the two-stage types described Arrangements between the upstream push-pull stage and the downstream Push-pull stage introduce an even number of further push-pull stages, if the entire arrangement is a multi-stage amplifier, since this can increase the effect of the negative feedback. This is particularly evident in the case of multi-stage DC voltage amplifiers as appropriate.

Allgemein ist betreffs Gegenkopplungen zu sagen, daß eine solche nur vorliegt, wenn das über die Gegenkopplungsimpedanz geleitete Signal an der Stelle des Abgriffes größer ist als an der Stelle, an der es dem Verstärker zum Zweck der Gegenkopplung wieder zugeführt wird. Andernfalls handelt es sich um eine Kompensationsanordnung, die ebenfalls erfindungsgemäß ausgenutzt werden kann.In general, with regard to negative feedback, it can only be said that this is only is present when the signal conducted via the negative feedback impedance is at the point of the tap is larger than at the point at which it is used by the amplifier for the purpose of Negative feedback is fed back. Otherwise it is a compensation arrangement, which can also be used according to the invention.

Auf die oben beschriebenen drei Kombinationen der Gegenkopplungen übertragen bedeutet dies, daß eine Gegenkopplung nur dann sinnvoll ist, wenn die jeweiligen Anodenwiderstände der Gegentaktstufen größer sind als der doppelte Wert des gemeinsamen Katodenwiderstandes dieser Stufen. Dies. läßt sich leicht aus der Beziehung V = SR,: (1 -I- SRk) einer einfachen Verstärkerstufe ersehen: Die Verstärkung V kann nur dann größer 1 werden, wenn Ra > Rk ist. Da für die interessierenden Fälle auch noch SRk ] 1 ist, heißt dies, daß die Signalgröße am Steuergitter gleich der an der Katode ist. Hieraus ergibt sich erweitert, daß nur dann, wenn Ra > Rk, das Signal an der Anode größer ist als am Steuergitter oder an der Katode. Bei einer gleichphasig ausgesteuerten Gegentaktstufe durchfließen die Katodenströme der beiden Gegentaktröhren gleichsinnig den gemeinsamen Katodenwiderstand und addieren sich daher in ihrer Wirkung, woraus sich die obengenannte Forderung Ra > 2Rk schließlich ableitet.Applied to the three combinations of negative feedback described above, this means that negative feedback only makes sense if the respective anode resistances of the push-pull stages are greater than twice the value of the common cathode resistance of these stages. This. can easily be seen from the relationship V = SR ,: (1 -I- SRk) of a simple amplifier stage: The gain V can only be greater than 1 if Ra> Rk. Since SRk] is 1 for the cases of interest, this means that the signal size at the control grid is the same as that at the cathode. From this it follows that only if Ra> Rk, the signal at the anode is greater than at the control grid or at the cathode. With a push-pull stage controlled in phase, the cathode currents of the two push-pull tubes flow through the common cathode resistance in the same direction and therefore add up in their effect, from which the above-mentioned requirement Ra > 2Rk is finally derived.

Diese Überlegungen, auf die beschriebenen Beispiele der Erfindung angewandt, bedeuten folgendes: Für einen gegebenen Arbeitspunkt eines Röhrenverstärkers mit Anoden- und Katodenwiderstand muß, bei gleichbleibender Versorgungsspannung, bleiben R" -1- Rk = const.These considerations apply to the examples of the invention described applied mean the following: For a given operating point of a tube amplifier with anode and cathode resistance must, with constant supply voltage, remain R "-1- Rk = const.

Für den Fall Ra < 2 Rk ist, wie schon erwähnt, keine Gegenkopplung möglich. Bei gleichphasiger Aussteuerung der Gegentaktstufen ist das Signal am Abgriffpunkt der Gegenkopplungsimpedanz kleiner als am Einspeisepunkt. Es wird somit ein Signal vorn Einspeisepunkt - in Richtung des Verstärkungsweges - zum Abgriffpunkt geleitet. Es bietet sich daher die Möglichkeit einer Reduzierung des unerwünschten gleichphasigen Signals mittels Kompensation bzw. Brückenbildung auf dem Wege eines Nullabgleiches. Der Fall Ra < 2 Rk kommt beispielsweise für Fälle in Frage, wenn wegen des Vorhandenseins einer hohen negativen Betriebsspannung zusätzlich die Möglichkeit gegeben ist, Rk sehr groß auszulegen oder wenn, unter Verzicht auf eine große Gegentaktverstärkung, Rk zu Lasten von Ra groß gemacht werden kann.As already mentioned, there is no negative feedback for the case Ra <2 Rk possible. With in-phase modulation of the push-pull stages, the signal is at the tap point the negative feedback impedance is smaller than at the feed point. It becomes a signal from the feed point - in the direction of the amplification path - directed to the tapping point. There is therefore the possibility of reducing the undesired in-phase Signal by means of compensation or bridging on the way of a zero adjustment. The case Ra <2 Rk comes into question, for example, when because of the presence a high negative operating voltage also gives the possibility of Rk to be designed very large or if, dispensing with a large push-pull gain, Rk can be made large at the expense of Ra.

Für den Fall R" = 2 Rk wird, wie schon begründet, die Spannung des Gegenkopplungssignals an beiden Enden der Gegenkopplungsimpedanz gleich groß. Bei gleichphasiger Aussteuerung wird somit das Verhalten der Schaltung von der Größe der Gegenkopplungsimpedanz völlig unabhängig.For the case R "= 2 Rk, as already explained, the voltage of the The negative feedback signal at both ends of the negative feedback impedance is the same. at in-phase modulation therefore affects the behavior of the circuit in terms of size the negative feedback impedance completely independent.

Für den Fall R">2Rk tritt eine echte Möglichkeit der Gegenkopplung auf, die der beschriebenen Erfindung vorzugsweise zugrunde liegt. Durch die Bedingung R" -4- Rk = const. für einen gleichbleibenden Arbeitspunkt bei gegebener Versorgungsspannung ergibt sich bei abnehmendem Rk ein Zunehmen des Ra, was neben der unerwünschten Verschlechterung der Gleichtaktunterdrückung zu einer brauchbaren Verbesserung der Gegentaktverstärkung führt. Der Verschlechterung der Gleichtaktunterdrückung steht aber jetzt die zusätzliche Möglichkeit einer Gegenkopplung des Gleichtaktsignals gegenüber. Bei entsprechender mathematischer Auswertung dieser Tatsachen läßt sich in Abhängigkeit der Verteilung von R" und R,,, für RR + Rk = const. und der Größe der Gegenkopplungsimpedanzen unter Berücksichtigung der Werte der Verstärkerelemente eine optimale Dimensionierung der Schaltung finden, für die das Verhältnis Gegentaktverstärkung zu Gleichtaktverstärkung ein Maximum annimmt. Diese Überlegungen gelten analog für mehrstufige Verstärkeranordnungen.For the case R "> 2Rk there is a real possibility of negative feedback on which the invention described is preferably based. By the condition R "-4- Rk = const. For a constant operating point with a given supply voltage with decreasing Rk there is an increase in Ra, what next to the undesired deterioration of the common mode rejection to a useful one Improvement of the push-pull gain leads. The deterioration in common mode rejection but now there is the additional possibility of negative feedback of the common-mode signal opposite to. With an appropriate mathematical evaluation of these facts, one can depending on the distribution of R "and R ,,, for RR + Rk = const. and the size the negative feedback impedances taking into account the values of the amplifier elements Find an optimal dimensioning of the circuit for which the ratio push-pull gain to common mode gain assumes a maximum. These considerations apply analogously to multi-stage amplifier arrangements.

Die Wirkung des eingangs beschriebenen Spannungsteilers, der zwischen den Ausgangselektroden und dem gemeinsamen Katodenwiderstand jeweils geschaltet ist, beruht auf dem gegenphasigen Potentialverlauf dieser Elektroden bei Gleichtaktaussteuerung. Es besteht daher die Möglichkeit, diejenigen Gegenkopplungsimpedanzen vorzugsweise gleichzeitig als die Spannungsteiler der beschriebenen Art auszubilden, die zwischen zwei sich gegenphasig verhaltenden Potentialpunkten zu liegen kommen, wie dies beispielsweise bei der Gegenkopplung von der Ausgangselektrode zur Steuerelektrode der Fall ist.The effect of the voltage divider described above, which is between the output electrodes and the common cathode resistor are each switched is based on the antiphase potential of these electrodes with common mode control. There is therefore the possibility of preferring those negative feedback impedances at the same time as the voltage divider of the type described, the between two potential points behaving in antiphase come to rest, as is the case, for example is the case with the negative feedback from the output electrode to the control electrode.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is described in greater detail below with the aid of exemplary embodiments explained.

Abb.1 zeigt eine Gegentaktverstärkerstufe, bestehend aus den Röhren Rö 1 und Rö 2 mit ihrem gemeinsamen Katodenwiderstand RL und den Anodenwiderständen Ra 1 und R"" sowie den Gitterableitwiderständen Re 1 und Rg z. Von den Anoden der Röhren Rö 3 und Rö 4 sind in bekannter Weise die beiden Spannungsteiler RS 1 und RS ., mit dem gemeinsamen Katodenwiderstand RI" der beiden Röhren verbunden, wobei die Abgriffe der beiden Spannungsteiler so eingestellt sind, daß bei einer gleichphasigen Aussteuerung der Gegentaktstufe die Ausgangsspannungen U 2 und U 2' zu einem Minimum werden. Zwischen den beiden Anoden der Röhren Rö 1 und Rö 2 ist der Potentiometerwiderstand R 3 geschaltet, dessen Abgriff so eingestellt ist, daß bei einer Gegentaktaussteuerung der Röhren der Potentialpunkt des Abgriües von diesen Aussteuerungen unbeeinflußt bleibt. Bei einer Gleichtaktaus.steuerung der Röhren wird hingegen das an den Anoden der beiden Röhren auftretende gleich große und gleichphasige Signal voll auf den Abgriff des Widerstands R 3 übertragen. Über den Widerstand R 4 und dann aufgeteilt über die Widerstände R 1 und R 2 gelangt das gleichphasige Signal als Gegenkopplungssignal zu den Steuerelektroden der Röhren Rö 1 und Rö 2. Die Widerstände R 5 und R 6, die zwischen den Verstärkereingängen und den Steuerelektroden liegen, dienen dazu, die über die Gegenkopplungswiderstände R 1 und R 2 an den Steuerelektroden ankommende Gegenkopplungsspannung in ihrer Größe und damit in ihrer Wirksamkeit vom Innenwiderstand der Steuerquelle der Gegentaktstufe unabhängig zu machen. Die Größe der an den Steuerelektroden wirksamen Gegenkopplungsspannung hängt demnach von der summarischen Spannungsteilerwirkung der Widerstände R 3, R 4 und R 1 auf die Parallelschaltung von R9, einerseits und R 5 in Serie zum Innenwiderstand der Steuerquelle andererseits ab. Der verstellbare Widerstand R 4 dient zum Abgleich der Kompensation eines gleichphasigen Signals für den Fall, daß Ra < 2 R,". Da in diesem Fall das Gleichtaktsignal an den Steuerelektroden größer als an den Anoden ist, kann über den Widerstand R 4 eine Art Nullabgleich erfolgen. Bei einer Gegentaktaussteuerung der Verstärkerstufe sind die beiden Widerstände R 1 und R 2 von Bedeutung, da sie die beiden Steuerelektroden der Röhren Rö 1 und Rö 2 gegenseitig entkoppeln. Das an den Steuerelektroden der Röhren Rö 1 und Rö 2 ankommende Gegentaktsignal hängt demnach von der Spannungsteilerwirkung des Widerstands R 5 auf die Parallelschaltung der Widerstände R,1 und R 1 ab. Ebenso beeinflußt die Größe des Widerstandes R 3 die Gegentaktverstärkung, da der Widerstand R 3 durch seine Parallelschaltung zu den Anodenwiderständen R" i und Ra., und zu den Innenwiderständen der Röhren Rö 1 und Rö 2 die Größe des wirksamen Arbeitswiderstands mitbestimmt.Fig.1 shows a push-pull amplifier stage, consisting of the tubes Rö 1 and Rö 2 with their common cathode resistance RL and the anode resistances Ra 1 and R "" and the grid discharge resistors Re 1 and Rg z. From the anodes of the Tubes Rö 3 and Rö 4 are the two voltage dividers RS 1 and in a known manner RS., Connected to the common cathode resistor RI "of the two tubes, where the taps of the two voltage dividers are set so that with an in-phase Modulation of the push-pull stage, the output voltages U 2 and U 2 'to a minimum will. The potentiometer resistor is between the two anodes of tubes Rö 1 and Rö 2 R 3 switched, the tap of which is set so that with a push-pull modulation of the tubes the potential point of the Abgriües unaffected by these levels remain. In the case of common mode control of the tubes, on the other hand, this is done at the anodes of the two tubes occurring equally large and in-phase signal fully on the Transfer the tap of the resistor R 3. Via resistor R 4 and then split The in-phase signal arrives as a negative feedback signal via the resistors R 1 and R 2 to the control electrodes of the tubes Rö 1 and Rö 2. The resistors R 5 and R 6, the between the amplifier inputs and the control electrodes are used to control the arriving at the control electrodes via the negative feedback resistors R 1 and R 2 Negative feedback voltage in its size and thus in its effectiveness from the internal resistance to make the control source of the push-pull stage independent. The size of the control electrodes The effective negative feedback voltage therefore depends on the total voltage divider effect of the resistors R 3, R 4 and R 1 to the parallel connection of R9, on the one hand and R 5 in series with the internal resistance of the control source on the other hand. The adjustable one Resistor R 4 is used to adjust the compensation of an in-phase signal for the case that Ra <2 R, ". Since in this case the common-mode signal at the control electrodes is greater than at the anodes, a kind of zero adjustment can be carried out via the resistor R 4 take place. With a push-pull control of the amplifier stage, the two resistors are R 1 and R 2 are important because they are the two control electrodes of the tubes Rö 1 and Decouple Rö 2 from each other. That at the control electrodes of the tubes Rö 1 and Rö 2 incoming push-pull signal depends on the voltage divider effect of the resistor R 5 depends on the parallel connection of the resistors R, 1 and R 1. Likewise influenced the size of the resistor R 3 the push-pull gain, since the resistor R 3 through its parallel connection to the anode resistors R "i and Ra., and to the internal resistances of the tubes Rö 1 and Rö 2 determine the size of the effective working resistance.

Aus der rechnerisch zu ermittelnden Beziehungsgleichung für Gegentaktverstärkung einerseits und für Gleichtaktverstärkung andererseits läßt sich nach der Differenzierung des Quotienten - nach den verschiedenen interessierenden Variablen, z. B. nach den Gegenkopplungswiderständen R 1 und R 2 oder nach dem belasteten Widerstand R 3 oder nach den Widerständen Re 1, Rg ." R 5, R 6 oder der Aufteilung von R"1 und Rk, bei gegebener Summe, unter Berücksichtigung der Werte der Verstärkerelemente eine optimale Dimensionierung der Schaltung berechnen, um ein möglichst hohes Verhältnis Gegentaktverstärkung zu Gleichtaktverstärkung zu erreichen.From the relational equation to be determined by calculation for differential mode gain on the one hand and for common mode gain on the other hand, after differentiating the quotient - according to the various variables of interest, z. B. after the negative feedback resistors R 1 and R 2 or after the loaded resistor R 3 or after the resistors Re 1, Rg. "R 5, R 6 or the division of R" 1 and Rk, for a given sum, taking into account the values of the amplifier elements calculate an optimal dimensioning of the circuit in order to achieve the highest possible ratio of differential mode gain to common mode gain.

Abb.2 zeigt eine Gegentaktverstärkerstufe, bei der die erfindungsgemäße Gegenkopplung von der Anode zur Katode durchgeführt ist. Eine Gegentaktverstärkerstufe besteht aus den Röhren Rö 3 und Rö 4 mit ihrem gemeinsamen Katodenwiderstand R;,, .2 und den Anodenwiderständen R", und R"4, Von den Anoden der Röhren Rö 3 und Rö 4 sind wieder in bekannter Weise die beiden Spannungsteiler RS 1 und RS mit dem gemeinsamen Katodenwiderstand R,,, 2 der beiden Röhren verbunden, wobei die Abgriffe der beiden Spannungsteiler so eingestellt sind, daß bei einer gleichphasigen Aussteuerung der Gegentaktstufe die Ausgangsspannungen U2 und U2' zu einem Minimum werden.Fig.2 shows a push-pull amplifier stage in which the negative feedback according to the invention is carried out from the anode to the cathode. A push-pull amplifier stage consists of the tubes Rö 3 and Rö 4 with their common cathode resistance R; ,, .2 and the anode resistors R ", and R" 4, The two voltage dividers of the anodes of the tubes Rö 3 and Rö 4 are again in a known manner RS 1 and RS connected to the common cathode resistor R ,,, 2 of the two tubes, the taps of the two voltage dividers being set so that the output voltages U2 and U2 'are at a minimum when the push-pull stage is in-phase.

Dieser Gegentaktstufe ist nun eine weitere vorausgeschaltet, deren beide Gegentaktröhren Rö 1 und Rö 2 den gemeinsamen Katodenwiderstand R,., 1 haben. Von den Anoden der beiden nachfolgenden Gegentaktröhren Rö 3 und Rö 4 führen zwei Gegenkopplungswiderstände R 1 und R 2 zum gemeinsamen Katodenwiderstand R".1 der Röhren Rö 1 und Rö 2.This push-pull stage is now preceded by another, their Both push-pull tubes Rö 1 and Rö 2 have the same cathode resistance R,., 1. Two of the anodes of the two following push-pull tubes Rö 3 and Rö 4 lead Negative feedback resistors R 1 and R 2 to the common cathode resistor R ".1 of the Tubes Rö 1 and Rö 2.

Beim Anlegen von gleichphasigen Spannungen U 1 und U1' an die Eingangsklemmen der gesamten Verstärkeranordnung treten an den Anoden der Röhren Rö 3 und Rö 4 zwei gleich große Signalspannungen auf, die derart beschaffen sind, daß sie, über die Gegenkopplungswiderstände R 1 und R 2 auf den Katodenwiderstand RE" 1 wirkend, dem gleichphasigen Signal U 1 und U l' am Eingang des Verstärkers entgegensteuern. Die Gegenkopplungswirkung über R 1 und R 2 wird um so größer sein, je kleiner diese beiden Widerstände ausgelegt werden. Andererseits, aber leidet die gewünschte Gegentaktverstärkung der Verstärkereinrichtung, wenn die Widerstände R 1 und R 2 in die Größenordnung der Arbeitswiderstände R" 3 und R"4 der Röhren Rö 3 und Rö 4 bzw. in die Größenordnung der Innenwiderstände dieser Röhren konnnen.When in-phase voltages U 1 and U1 'are applied to the input terminals of the entire amplifier arrangement, two equally large signal voltages occur at the anodes of the tubes Rö 3 and Rö 4, which are such that they occur via the negative feedback resistors R 1 and R 2 the cathode resistor RE "1 acting, counteract the in-phase signal U 1 and U l ' at the input of the amplifier. The negative feedback effect via R 1 and R 2 will be greater, the smaller these two resistors are designed. On the other hand, but the desired one suffers Push-pull amplification of the amplifier device if the resistances R 1 and R 2 can be of the order of magnitude of the load resistances R "3 and R" 4 of the tubes Rö 3 and Rö 4 or of the order of magnitude of the internal resistances of these tubes.

Legt man hingegen die Eingangssignale U 1 und U 1' der Verstärkeranordnung als reine Gegentaktsignale aus, so arbeiten die beiden beschriebenen Gegentaktverstärkerstufen unter normalen bekannten Bedingungen. Es treten also an den beiden Katodenwiderständen Rk, 1 und Ri, 2 keine Aussteuersignale auf, da sich bekanntlich die jeweiligen Gegentaktströme in den Katodenwiderständen aufheben. Auch an den Anoden der Röhren Rö 3 und Rö 4 kommt ein reines Gegentaktsignal zustande. Da nun einmal die Spannungsteilerwiderstände R,1 und RS 2 zum anderen auch die Gegenkopplungswiderstände R 1 und R 2 gleich groß sind, ist wegen der vorhandenen Brückenbildung dieser Widerstände der Potentialpunkt jeweils zwischen diesen beiden Widerständen von einer Gegentaktaussteuerung unabhängig. Das heißt, das Katodenpotential der Röhren Rö 1 und Rö 2 wird in diesem Fall durch die Gegenkopplungswiderstände R 1 und R 2 ebensowenig beeinflußt wie das Katodenpotential der Röhren Rö 3 und Rö 4 durch die Spannungsteilerwiderstände RS 1 und RS 2.If, on the other hand, the input signals U 1 and U 1 'of the amplifier arrangement are interpreted as pure push-pull signals, the two push-pull amplifier stages described operate under normal, known conditions. There are therefore no modulation signals at the two cathode resistors Rk, 1 and Ri, 2, since it is known that the respective push-pull currents in the cathode resistors cancel each other out. A pure push-pull signal is also generated at the anodes of tubes Rö 3 and Rö 4. Since the voltage divider resistors R, 1 and RS 2 and the negative feedback resistors R 1 and R 2 are the same size, the potential point between these two resistors is independent of push-pull modulation due to the bridging of these resistors. This means that the cathode potential of the tubes Rö 1 and Rö 2 is just as little influenced by the negative feedback resistors R 1 and R 2 as the cathode potential of the tubes Rö 3 and Rö 4 by the voltage divider resistors RS 1 and RS 2.

Unter Berücksichtigung der beschriebenen Umstände läßt sich wiederum rechnerisch das Verhältnis Gegentaktverstärkung zu Gleichtaktverstärkung dieser Schaltanordnung ermitteln. Eine optimale Dimensionierung der Anordnung läßt sich ermitteln durch Differenzierung dieses Verhältnisses.Again, taking into account the circumstances described, arithmetically the ratio of differential mode gain to common mode gain of this Determine switching arrangement. The arrangement can be optimally dimensioned determine by differentiating this ratio.

Abb. 6 zeigt einen Gegentaktverstärker, bei dem die erfindungsgemäße Gegenkopplung von der Katode zur Steuerelektrode durchgeführt ist.Fig. 6 shows a push-pull amplifier in which the inventive Negative coupling is carried out from the cathode to the control electrode.

Eine Gegentaktstufe dieses Verstärkers besteht aus den Röhren Rö 3 und Rö 4 mit ihrem gemeinsamen Katodenwiderstand Rk 2 und den Anodenwiderständen R,13 und Ra 4. Von den Anoden der Röhren Rö 3 und Rö 4 sind beispielsweise in schon bekannter Art die beiden Spannungsteiler RS 1 und RS., mit dem gemeinsamen Katodenwiderstand R,;, 2 verbunden, wobei die Abgriffe der beiden Spannungsteiler so eingestellt sind, daß bei einer gleichphasigen Aussteuerung der Gegentaktstufe die Ausgangsspannungen U2 und U2' zu einem Minimum werden.A push-pull stage of this amplifier consists of the tubes Rö 3 and Rö 4 with their common cathode resistance Rk 2 and the anode resistances R, 13 and Ra 4. The anodes of the tubes Rö 3 and Rö 4 are for example in already known type the two voltage dividers RS 1 and RS., with the common cathode resistance R,;, 2 connected, the taps of the two voltage dividers being set so that with an in-phase modulation of the push-pull stage, the output voltages U2 and U2 'become a minimum.

Dieser Gegentaktstufe ist eine weitere vorausgeschaltet, deren beide Gegentaktröhren Rö 1 und Rö 2 den beispielsweise gemeinsamen Katodenwiderstand Rk, 1 haben. Vom gemeinsamen Katodenpotential der beiden nachgeschalteten Röhren Rö 3 und Rö 4 wird über den Widerstand R 1 und dann aufgeteilt über die Gitterableitwiderstände Rg 1 und Rj. den Steuerelektroden der Röhren Rö 1 und Rö 2 bei gleichphasiger Aussteuerung des Verstärkers eine Gegenkopplungsspannung zugeführt. Beim Anlegen von gleichphasigen Spannungen U 1 und U l' an den Eingangsklemmen des Verstärkers tritt nämlich am Katodenwiderstand Rk 2 der nachgeschalteten Röhren eine Signalspannung auf, die derart beschaffen ist, daß sie, über die Gegenkopplungswiderstände R 1 sowie Rg.1 und Rg 2 auf die Steuerelektroden der vorgeschalteten Röhren Rö 1 und Rö 2 wirkend, dem gleichphasigen Signal U 1 und U 1' am Eingang des Verstärkers entgegensteuert. Die Größe der Gegenkopplungswirkung hängt von der Spannungsteilerwirkung der Widerstände R 1 sowie Rd 1 und R$ 2 einerseits auf die Widerstände R 2 und R 3 und dem Innenwiderstand der Speisespannungsquelle andererseits ab. Legt man hingegen die Eingangssignale des Verstärkers als reine Gegentaktsignale aus, so erfolgt für diese Signale U 1 und U 1' lediglich eine Spannungsteilung über R 2 und Rg 1 sowie über R 3 und Rg z, bis die Signale an die Steuerelektroden der Röhren Rö 1 und Rö 2 gelangen. Aus Gegentaktsymmetriegründen bleiben die beiden Potentiale an den Enden des Widerstandes R 1 von Gegentaktaussteuerungen unbeeinflußt.This push-pull stage is preceded by another, the two push-pull tubes Rö 1 and Rö 2 of which have, for example, the common cathode resistor Rk, 1. From the common cathode potential of the two downstream tubes Rö 3 and Rö 4, a negative feedback voltage is fed to the control electrodes of the tubes Rö 1 and Rö 2 via the resistor R 1 and then split via the grid discharge resistors Rg 1 and Rj. When in-phase voltages U 1 and U l 'are applied to the input terminals of the amplifier, a signal voltage occurs at the cathode resistor Rk 2 of the downstream tubes, which is such that it occurs via the negative feedback resistors R 1 and Rg.1 and Rg 2 the control electrodes of the upstream tubes Rö 1 and Rö 2 acting, counteracts the in-phase signal U 1 and U 1 ' at the input of the amplifier. The size of the negative feedback effect depends on the voltage dividing effect of the resistors R 1 and Rd 1 and R $ 2 on the one hand on the resistors R 2 and R 3 and the internal resistance of the supply voltage source on the other hand. If, on the other hand, the input signals of the amplifier are interpreted as pure push-pull signals, then only a voltage division takes place for these signals U 1 and U 1 'via R 2 and Rg 1 and via R 3 and Rg z until the signals are sent to the control electrodes of the tubes Rö 1 and Rö 2 arrive. For reasons of push-pull symmetry, the two potentials at the ends of the resistor R 1 remain unaffected by push-pull levels.

Unter Berücksichtigung der beschriebenen Umstände kann rechnerisch durch Differenzierung des Verhältnisses. Gegentaktverstärkung zu Gleichtaktverstärkung wiederum analog eine optimale Dimensionierung gefunden werden.Taking into account the circumstances described, it can be calculated by differentiating the ratio. Differential mode gain to common mode gain Again, an optimal dimensioning can be found analogously.

Für den Fa11R"<2Rk, ist das störende Gleichtaktsignal an den Steuerelektroden der Röhren Rö 1 und Rö 2 größer als an den Katoden der Röhren Rö 3 und Rö 4. Über den veränderlichen Widerstand R 1 kann dann eine Art Nuilabgleich vorgenommen werden.For the Fa11R "<2Rk, the interfering common-mode signal is at the control electrodes of tubes Rö 1 and Rö 2 larger than at the cathodes of tubes Rö 3 and Rö 4. Above the variable resistance R 1 can then be carried out in a kind of nuil adjustment.

Es ist möglich, die für Elektronenröhren in Katodenbasisschaltung beschriebenen Verhältnisse des Erfindungsgedankens auch in anderen Schaltungsarten anzuwenden. So ist beispielsweise die in Abb. 2 beschriebene Verstärkeranordnung in Katodenbasisschaltung in Abb. 3 dargestellt als Verstärkeranordnung in Anodenbasisschaltung, in Abb. 4. als Verstärkeranordnung in Gitterbasisschaltung und in Abb. 5 als Verstärkeranordnung in Kaskodesehaltung.It is possible to use the basic cathode circuit for electron tubes described relationships of the inventive concept in other types of circuit apply. For example, the amplifier arrangement described in Fig. 2 is in cathode base circuit shown in Fig. 3 as an amplifier arrangement in anode base circuit, in Fig. 4. as an amplifier arrangement in a grid-based circuit and in Fig. 5 as an amplifier arrangement with a cascode.

Die für Elektronenröhren mit Triodencharakter beschriebenen Verhältnisse können auch durch Elektronenröhren mit anderem als Triodencharakter hergestellt werden, beispielsweise mit Pentoden.The ratios described for electron tubes with a triode character can also be produced by electron tubes with a character other than a triode be, for example with pentodes.

Ebenso können an Stelle von Elektronenröhren als verstärkende Elemente andere Verstärkerelemente, beispielsweise Transistoren oder auf dem Halleffekt beruhende, verwendet werden.Likewise, in place of electron tubes as reinforcing elements other amplifier elements, for example transistors or based on the Hall effect, be used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Differential amplifier, preferably for the same time signals containing a DC voltage component, consisting of two for the signal voltage Amplifier devices connected in push-pull, for example with electron tubes, with a common cathode resistor and preferably one voltage divider each between the output electrode and the cathode connection of the two amplifier devices, whose voltage divider taps form the output connections of the amplifier and are chosen in such a way that in-phase modulations compensate each other in the output, characterized in that the push-pull stage has a negative feedback or compensation voltage so supplied, for example from their output electrodes to their control electrodes, that with an in-phase modulation of the push-pull stage the negative feedback or compensation voltage is fully effective with an out-of-phase control on the other hand comes in failure.

2. Amplifier according to claim 1, characterized in that that the control electrodes the negative feedback voltages over two impedances of one Potential point can be supplied from the connection of the two output electrodes is created with a potentiometer, the variable tap of which is set in such a way that that push-pull signals occurring at the output electrodes at the potential point of the Compensate for tapping.

3. Amplifier according to claim 1, characterized characterized in that the push-pull stage is preceded by a further push-pull stage whose preferably common cathode resistance is one of the output electrodes fed to the downstream push-pull stage derived negative feedback voltage is.

4. Amplifier according to claim 1, characterized in that the push-pull stage a further push-pull stage is connected upstream, the two control electrodes of which Negative feedback voltages are supplied via two impedances, which are preferably of the common cathode resistance of the downstream push-pull stage can be derived.

5. Amplifier according to claim 2 or 4, characterized in that between the input terminals the amplifier arrangement and the connected control electrodes of the negative feedback Push-pull stage impedances are inserted in such a way that the size of the control electrodes The negative feedback voltages achieved are as independent of the output resistance as possible the voltage source controlling the amplifier arrangement.

6. Amplifier according to one of claims 1 to 5, characterized in that the negative feedback takes place via impedances, the value of which is such that the ratio of differential mode gain to common mode gain, ie assumes a maximum value.

7. Amplifier according to claim 6, characterized in that that to achieve an optimal ratio of differential mode to common mode gain In addition to the preferably most favorable negative feedback impedances, the other switching and amplifier elements, particularly the ratio of the magnitudes of anode resistance to cathode resistance of the respective push-pull amplifier stages, either alone or can be used in connection with the negative feedback impedances and preferably the sum of the quantities of anode and cathode resistance is constant. B.

amplifier according to one of claims 3 to 7, characterized in that between the upstream Push-pull stage and the downstream push-pull stage an even number of others Push-pull stages is inserted.

9. Amplifier according to one of claims 2 to 8, characterized characterized in that to regulate the negative feedback signal, preferably for Carrying out a zero adjustment, between the one unaffected by push-pull levels Potential point and the negative feedback impedance connected to it or the ones connected to it connected negative feedback impedances a further, preferably variable Impedance is inserted.

10. Amplifier according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the resistance values of the voltage divider are large compared to the Impedances of the negative feedback can be selected.

11. Amplifier according to one of the claims 1 to 9, characterized in that the counter coupling impedances are simultaneous be designed as the voltage dividers, which are the output terminals of the amplifier device and are selected in such a way that there are in-phase levels in the output compensate the amplifier device. Publications Considered: Journal "Electronics", 1959, pp. 349 to 353; Journal "Review of Scientific Instruments", 1950, pp. 770 and 771.