DE1157267B

DE1157267B - Circuit arrangement for electronic amplifiers with adjustable amplification

Info

Publication number: DE1157267B
Application number: DER29138A
Authority: DE
Inventors: John Lewis Edwin Baldwin
Original assignee: Bush and Rank Cintel Ltd
Current assignee: Bush and Rank Cintel Ltd
Priority date: 1959-11-23
Filing date: 1960-11-22
Publication date: 1963-11-14
Also published as: GB901211A

Description

INTERNAT. KL. H 03 gINTERNAT. KL. H 03 g

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

R 29138 Vma/21a² R 29138 Vma / 21a ²

ANMELDETAG: 22. NOVEMBER 1960REGISTRATION DATE: NOVEMBER 22, 1960

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 14. NOVEMBER 1963NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL: NOVEMBER 14, 1963

Die Erfindung bezieht sich auf Schaltungsanordnungen für elektronische Verstärker mit regelbarer Verstärkung und betrifft Maßnahmen zur Erhöhung der Stabilität derartiger Verstärker hoher Aussteuerfähigkeit. The invention relates to circuit arrangements for electronic amplifiers with controllable Amplification and relates to measures to increase the stability of such amplifiers with a high level of control capability.

Bei einem bekannten Verfahren zur Verstärkungsregelung von elektronischen Verstärkern wird mittels einer Regelspannung die Gittervorspannung und damit die Steilheit einer Verstärkerröhre geändert. Als Hauptnachteil dieses Verfahrens erweist es sich, daß zur Vermeidung von Verzerrungen durch die Unsymmetrie der Röhrencharakteristik in bezug auf den Arbeitspunkt die Amplitude der der Röhre zugeführten Signale sehr klein gehalten werden muß. Man hat früher bereits versucht, den Aussteuerbereich des geregelten Verstärkers dadurch zu erhöhen, daß zwei durch einen gemeinsamen Kathodenwiderstand gekoppelte Verstärkerröhren verwendet wurden, denen die gleiche Regelspannung zugeführt wird. Dadurch wird die von der ersten Röhre verursachte Verzerrung bis zu einem gewissen Grad durch die im entgegengesetzten Sinne verlaufende Verzerrung der zweiten Röhre ausgeglichen. Eine vollständige Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen läßt sich jedoch auf diese Weise nicht erreichen, da die Signalamplituden zwischen Gitter und Kathode jeder der beiden Röhren nicht gleich sind. Eine gewisse Verbesserung läßt sich dadurch erreichen, daß die an die Steuergitter der beiden Röhren angelegten Regelspannungen in bestimmter Weise voneinander verschieden gewählt werden. Die damit erreichbare Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen setzt jedoch identische Kennlinien beider Röhren voraus, was im allgemeinen nicht der Fall ist. Durch den gemeinsamen Kathodenwiderstand beider Röhren ist der Stabilisierungseffekt des Kathodenwiderstandes infolge der durch diesen bewirkten Gegenkopplung nur dann wirksam, wenn die Röhren gleiche Gittervorspannungen erhalten und bei einer gegebenen Gittervorspannung den gleichen Strom führen.In a known method for the gain control of electronic amplifiers is by means of a control voltage, the grid bias and thus the slope of an amplifier tube changed. as The main disadvantage of this method turns out to be that to avoid distortions due to the asymmetry of the tube characteristics in relation to the operating point, the amplitude of the tube supplied Signals must be kept very small. Attempts have already been made to reduce the dynamic range of the controlled amplifier by having two coupled by a common cathode resistor Amplifier tubes were used to which the same control voltage is fed. Through this the distortion caused by the first tube is, to some extent, replaced by that of the opposite Meaning equalized distortion of the second tube. A full compensation the non-linear distortion cannot be achieved in this way, since the signal amplitudes between the grid and the cathode of each of the two tubes are not the same. Some improvement can be made thereby achieve that the control voltages applied to the control grid of the two tubes in certain Way to be chosen different from each other. The compensation of the non-linear ones that can be achieved with this Distortion, however, assumes identical characteristics of both tubes, which in general is not the case. The stabilization effect is due to the common cathode resistance of both tubes of the cathode resistance due to the negative feedback caused by this only effective if the tubes receive equal grid biases and, for a given grid bias, the same Conduct electricity.

Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß bei einer Schaltungsanordnung zur Verstärkungsregelung von elektronischen Verstärkern mit zwei Verstärkerstufen, wobei das Signal der Steuerelektrode der ersten Stufe zugeführt und von der Kathode der ersten auf die der zweiten Stufe übertragen wird, während die Steuerelektrode der zweiten Stufe für die Signalfrequenzen geerdet ist, die Verstärkung beider Stufen durch eine Regelspannung gleichzeitig geändert wird und das geregelte Signal von der Ausgangselektrode der zweiten oder von den Ausgangselektroden der ersten und zweiten Stufe ab-Schaltüngsanordnung
für elektronische Verstärker
mit regelbarer VerstärkungAccording to the invention, these disadvantages are avoided in that, in a circuit arrangement for the gain control of electronic amplifiers with two amplifier stages, the signal being fed to the control electrode of the first stage and transmitted from the cathode of the first to the second stage, while the control electrode of the second Stage is grounded for the signal frequencies, the gain of both stages is changed simultaneously by a control voltage and the regulated signal from the output electrode of the second or from the output electrodes of the first and second stage from circuit arrangement
for electronic amplifiers
with adjustable gain

Anmelder:
Bush and Rank Cintel Limited, LondonApplicant:
Bush and Rank Cintel Limited, London

Vertreter: Dr.-Ing. W. Lampert, Patentanwalt,
Stuttgart W, Breitscheidstr. 4Representative: Dr.-Ing. W. Lampert, patent attorney,
Stuttgart W, Breitscheidstr. 4th

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. November 1959 (Nr. 39 620)Claimed priority:
Great Britain 23 November 1959 (No. 39 620)

John Lewis Edwin Baldwin, Croydon, SurreyJohn Lewis Edwin Baldwin, Croydon, Surrey

(Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden(Great Britain),
has been named as the inventor

genommen werden, erfindungsgemäß jede Verstärkerstufe für sich mittels einer für jede Stufe getrennten, für Gleichstrom wirksamen Gegenkopplung stabilisiert wird.are taken, according to the invention, each amplifier stage stabilized by means of a separate negative feedback effective for direct current for each stage will.

Die erfindungsgemäße Maßnahme kann in verschiedener Weise verwirklicht werden und läßt sich sowohl für geregelte Verstärker mit Elektronenröhren anwenden, wobei das Signal von der ersten zur zweiten Röhre mittels einer Kopplung zwischen den Kathoden der Röhren übertragen wird, als auch bei Transistorverstärkern mit zwei Transistoren, deren Emitter verbunden sind.The measure according to the invention can be implemented in various ways and can be both apply to regulated amplifiers with electron tubes, the signal from the first to the second Tube is transmitted by means of a coupling between the cathodes of the tubes, as well as with transistor amplifiers with two transistors whose emitters are connected.

Die Erfindung soll nun am Beispiel von geregelten Verstärkern mit Elektronenröhren näher beschrieben werden.The invention will now be described in more detail using the example of regulated amplifiers with electron tubes will.

Fig. 1 und 2 stellen Ausführungsbeispiele von Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung dar.1 and 2 show exemplary embodiments of circuit arrangements according to the invention.

In der Anordnung nach Fig. 1 werden die Signale, deren Amplitude geregelt werden soll, von der Emgangsklemme 1 über einen Kopplungskondensator 2 dem Gitter einer ersten Elektronenröhre 3 zugeführt. Die Anode der Röhre 3 ist unmittelbar mit dem positiven Pol und die Kathode über einen Widerstand 4 mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden, während das Gitter über einen Widerstand 5 an der Regelleitung 6 liegt. Die an der Kathode der Röhre 3 auftretenden Signale werden über einen Kondensator 7 auf die Kathode der zwei-In the arrangement according to FIG. 1, the signals whose amplitude is to be regulated are from the input terminal 1 is fed to the grid of a first electron tube 3 via a coupling capacitor 2. The anode of the tube 3 is directly connected to the positive pole and the cathode via a resistor 4 connected to the negative pole of the operating voltage source, while the grid has a resistor 5 is on the control line 6. The signals appearing at the cathode of the tube 3 are via a capacitor 7 to the cathode of the two

309 748/258309 748/258

ten Röhre 8 übertragen. Die Kathode der Röhre 8 ist über einen Widerstand 9 mit dem negativen Pol und über einen Widerstand 10 mit dem positiven Pol der Beriebsspannungsquelle verbunden. An diesen ist ferner die Anode der Röhre über einen Arbeitswider- s stand 11 angeschlossen. Das an der Anode auftretende Ausgangssignal kann an der Ausgangsklemme 12 abgenommen werden. Das Gitter der Röhre 8 ist einerseits über den Kondensator 13, der eine vernachlässigbare Impedanz bei den Signalfrequenzen hat, mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle und andererseits über einen Widerstand 14 mit der Regelspannungsleitung 6 verbunden. Die Regelspannungsleitung 6 steht über einen Widerstand 15 mit dem positiven Pol der Betriebsspannung und außerdem mit dem Abgriff eines Potentiometers 16 in Verbindung, das, gegebenenfalls in Reihe mit Festwiderständen, die Betriebsspannungsquelle überbrückt.th tube 8 transferred. The cathode of the tube 8 is connected to the negative pole and via a resistor 9 Connected via a resistor 10 to the positive pole of the operating voltage source. At this is also the anode of the tube is connected via a working resistor 11. The one occurring at the anode The output signal can be taken from output terminal 12. The grid of the tube 8 is on the one hand through the capacitor 13, which has negligible impedance at the signal frequencies, to the negative pole of the operating voltage source and on the other hand via a resistor 14 to the control voltage line 6 connected. The control voltage line 6 is connected to the positive via a resistor 15 Pole of the operating voltage and also with the tap of a potentiometer 16 in connection, which, if necessary in series with fixed resistors, bridges the operating voltage source.

Für die Signalfrequenzen verhält sich die Schaltung wie eine Anordnung mit gemeinsamem Kathodenwiderstand, da die Kathoden durch den Kondensator 7 für die Signalfrequenzen miteinander verbunden sind. Die Arbeitspunkte der beiden Röhren werden jedoch durch die Kathodenwiderstände 4, 9 für jede Röhre getrennt stabilisiert. Die Werte der Widerstände 9 und 10 sind derart gewählt, daß der Anodenstrom der Röhre 8 etwas kleiner als der der Röhre 3 ist, so daß die beiden Röhren in etwas verschiedenen Teilen ihrer Kennlinie betrieben werden. Durch entsprechende Wahl der Widerstände 9 und 10 kann man erreichen, daß die Verzerrungen erster Ordnung, die durch die beiden Röhren verursacht werden, sowohl bei hoher Verstärkung (kleinerVorspannung) als auch bei niedriger Verstärkung durch entsprechende Einstellung des Verstärkungsreglers entgegengesetzt gleich groß sind. Durch die stabilisierende Wirkung der getrennten Gegenkopplungswege werden Verlagerungen der Arbeitspunkte vermieden und die Unterschiede der Kennlinien beider Röhren weitgehend ausgeglichen.For the signal frequencies, the circuit behaves like an arrangement with a common cathode resistance, because the cathodes are interconnected by the capacitor 7 for the signal frequencies are. However, the working points of the two tubes are determined by the cathode resistors 4, 9 for each tube stabilized separately. The values of the resistors 9 and 10 are chosen such that the anode current the tube 8 is slightly smaller than that of the tube 3, so that the two tubes in slightly different Parts of their characteristic are operated. By appropriate choice of the resistors 9 and 10 can one can achieve that the first order distortions caused by the two tubes, both with high gain (low bias) as well as with low gain by appropriate Adjustment of the gain controller are opposite to the same size. Due to the stabilizing effect the separate negative feedback paths, shifts of the operating points are avoided and the Differences in the characteristics of the two tubes are largely balanced out.

Bei Signalen, die auch tiefe Frequenzen enthalten, ergibt sich im Hinblick auf die relativ niederohmigen Kathodenwiderstände ein großer Kapazitätswert für den Koppelkondensator 7, der sich häufig wirtschaftlich nur durch einen Elektrolytkondensator darstellen läßt. Um den für den Betrieb des Elektrolytkondensators notwendigen Potentialunterschied aufrechtzuerhalten, können die Kathoden der Verstärkerröhren 3 und 8 durch entsprechende Wahl der Kathodenwiderstände und der Gittervorspannungen auf verschiedenem Gleichspannungspotential gehalten werden. Zum Beispiel wird einer der Kathodenwiderstände um 20 bis 25 °/o größer als der andere gemacht und die Gitterableitwiderstände an unterschiedliche Spannungen gelegt, so daß wieder annähernd gleiche Kathodenströme erzielt werden. Die sonstigen Eigenschaften der Schaltung werden durch diese Maßnahmen nicht beeinflußt.In the case of signals that also contain low frequencies, the result is with regard to the relatively low-impedance Cathode resistances a large capacitance value for the coupling capacitor 7, which is often economical can only be represented by an electrolytic capacitor. For the operation of the electrolytic capacitor The cathodes of the amplifier tubes can maintain the necessary potential difference 3 and 8 by appropriate selection of the cathode resistances and the grid bias voltages on different DC voltage potential are held. For example, becomes one of the cathode resistors made 20 to 25% larger than the other and the grid leakage resistances to different Voltages are applied so that approximately the same cathode currents are achieved again. The other properties the circuit are not affected by these measures.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. Die Signale, deren Amplitude geregelt werden soll, werden wieder von der Eingangsklemme 21 über einen Kondensator 22 dem Gitter einer ersten Elektronenröhre 23 zugeführt. Die Anode der Röhre 23 ist über einen Widerstand 24 mit dem positiven Pol und ihre Kathode über einen Widerstand 25 mit dem geerdeten negativen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden. Dieser Widerstand 25 liegt gleichzeitig im Anodenkreis der zweiten Röhre 26. Am Anodenwiderstand 27 dieser Röhre wird das Ausgangssignal abgenommen und der Ausgangsklemme 28 zugeführt.Fig. 2 shows another embodiment of the invention. The signals, the amplitude of which is to be regulated, are again transferred from the input terminal 21 a capacitor 22 is supplied to the grid of a first electron tube 23. The anode of the tube 23 is via a resistor 24 to the positive pole and its cathode via a resistor 25 to the grounded negative pole of the operating voltage source connected. This resistance 25 is at the same time in The anode circuit of the second tube 26. The output signal is applied to the anode resistor 27 of this tube removed and fed to the output terminal 28.

Durch getrennte Gegenkopplungswege für beide Röhren wird wieder erreicht, daß die Betriebsbedingungen der Röhren unabhängig voneinander eingestellt und konstant gehalten werden können. Die Gegenkopplung wird hier durch Einschalten von Widerständen 30, 31 bzw. 36, 37 zwischen Anode und Steuergitter jeder Röhre bewirkt. Das Steuergitter der Röhre 23 ist hierzu durch die in Reihe geschalteten Widerstände 29 und 30 mit der Anode dieser Röhre verbunden. In analoger Weise liegen zwischen Steuergitter und Anode der Röhre 26 die Widerstände 35 und 36. Damit die Gegenkopplung nur für Gleichstrom zur unabhängigen Stabilisierung der Anodenströme der Röhren 23 und 26 wirksam ist, liegt zwischen der Verbindungsstelle der Widerstände 29, 30 bzw. 35, 36 und der geerdeten Bezugsleitung je ein Kondensator 33 bzw. 38, der die Gegenkopplungsspannung für die Signalfrequenzen kurzschließt. Das Gitter der Röhre 26 liegt über dem Kondensator 34 an Masse.Separate negative feedback paths for both tubes ensure that the operating conditions are maintained of the tubes can be set independently of each other and kept constant. The negative feedback is here by switching on resistors 30, 31 and 36, 37 between anode and Control grid effects each tube. The control grid of the tube 23 is for this purpose by the series-connected Resistors 29 and 30 connected to the anode of this tube. In an analogous way lie between control grids and the anode of the tube 26, the resistors 35 and 36. So that the negative feedback only for direct current for the independent stabilization of the anode currents of the tubes 23 and 26 is effective, lies between the connection point of the resistors 29, 30 or 35, 36 and the grounded reference line Capacitor 33 or 38, which short-circuits the negative feedback voltage for the signal frequencies. That The grid of the tube 26 is connected to the ground via the capacitor 34.

Als Regelspannung wird den Steuergittern der Röhren 23 und 26 eine negative Spannung von der Regelleitung 32 zugeführt, die zur Änderung der Verstärkung vom Schleifer des Potentiometers 39 abgenommen wird, das eine gegen Erde negative Spannungsquelle überbrückt. The control grids of the tubes 23 and 26 are supplied with a negative voltage from the control line as the control voltage 32 supplied, which is removed from the wiper of the potentiometer 39 to change the gain that bridges a voltage source negative to earth.

Durch entsprechende Wahl der Spannungsteilerverhältnisse läßt sich erreichen, daß die Gittervorspannungen der Röhren 23 und 26 voneinander verschieden sind, um die Betriebsbedingungen der Röhren den verschiedenen Amplituden der Signalspannung an beiden Röhren anzupassen, so daß jede Röhre in etwas verschiedener Weise auf Änderungen der Regelspannung anspricht. Dadurch ist es möglich, wenigstens bei zwei verschiedenen Einstellungen der Verstärkungsregelung eine vollständige Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen erster Ordnung zu erzielen. By appropriate choice of the voltage divider ratios it can be achieved that the grid biases of tubes 23 and 26 are different from each other in order to determine the operating conditions of the tubes to adapt to the different amplitudes of the signal voltage on both tubes, so that each tube is in responds somewhat differently to changes in the control voltage. This makes it possible Complete compensation at least for two different gain control settings of first order nonlinear distortions.

In Abwandlung der beschriebenen Schaltungen kann die Regelspannung statt an die Gitterelektroden der Röhren 3 und 8 bzw. 23 und 26 an die Kathoden angelegt werden. Die Gitterwiderstände der Röhren werden hierzu mit Erde verbunden und die Kathodenpotentiale durch die Regelspannung geändert. Hierzu kann ein veränderlicher Widerstand zwischen die Verbindungsstelle der Widerstände 4 und 9 in Fig. 1 und die geerdete Bezugsleitung geschaltet werden. Es können auch getrennte regelbare Widerstände mit verschiedener Regelkennlinie verwendet werden. In der Schaltung nach Fig. 2 kann hierzu der Widerstand 25 regelbar ausgebildet werden.In a modification of the circuits described, the control voltage can instead be applied to the grid electrodes of tubes 3 and 8 or 23 and 26 are applied to the cathodes. The grid resistances of the tubes are connected to earth for this purpose and the cathode potentials are changed by the control voltage. For this can be a variable resistance between the junction of resistors 4 and 9 in Fig. 1 and the grounded reference line must be switched. There can also be separate adjustable resistors with different Control characteristic can be used. In the circuit according to FIG. 2, the resistor 25 be controllably trained.

Zur Übertragung von Signalen einschließlich ihrer Gleichstromkomponente kommen die Koppelkondensatoren 2 bzw. 22 in Wegfall. In diesem Falle ändert sich jedoch die mittlere Gleichspannung am Ausgang in Abhängigkeit von der Einstellung der Regelspannung, und es muß gegebenenfalls eine entsprechende Kompensation dieses Effektes vorgenommen werden.The coupling capacitors are used to transmit signals including their direct current components 2 or 22 in the absence. In this case, however, the mean DC voltage at the output changes depending on the setting of the control voltage, and it may have to be a corresponding one Compensation for this effect can be made.

In beiden dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Spannung zur Verstärkungsregelung auch von einer beliebigen automatischen Regelschaltung geliefert werden.In both exemplary embodiments shown, the voltage for gain control can also be from any automatic control circuit.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Circuit arrangement for electronic amplifiers with adjustable gain with two

stronger stages, the signal being fed to the control electrode of the first stage and transmitted from the cathode of the first to the second stage, while the control electrode of the second stage is grounded for the signal frequencies, the gain of both stages is changed simultaneously by a control voltage and the regulated signal is taken from the output electrode of the second or from the output electrodes of the first and second stage, characterized in that each amplifier stage is stabilized by means of a negative feedback effective for direct current which is separate for each stage.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the stabilization for both stages are carried out at different operating points.

3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that each of the two amplifier stages (3, 8) has its own cathode resistor (4, 9) and the cathodes by means of a Impedance (7) for the signal frequencies are interconnected.

4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the cathode of the second amplifier stage connected to one pole of the operating voltage via a resistor (10) is.

5. Circuit arrangement according to claim 1 with a common for both amplifier stages Cathode resistor, characterized in that a separate negative feedback path for each amplifier stage is provided from the output to the input electrode.

6. Circuit arrangement according to claim 1 and 5, characterized in that each negative feedback path from a voltage divider (30, 31; 36, 37) between the output electrode and a there is a negative variable direct voltage compared to the reference line and the input electrode of each tube has impedances (29,35) is connected to the tap of each voltage divider.

7. Circuit arrangement according to claim 1, 2 and 6, characterized in that the division ratios the voltage dividers are unequal.

8. Circuit arrangement according to claim 1 and 3, characterized in that the coupling impedance (7) an electrolytic capacitor is used and the cathodes of the amplifier stages (3.8) by selecting the cathode resistances and the grid bias voltages accordingly different DC voltage potential are held that the electrolytic capacitor the receives the DC voltage required for formation.

9. Circuit arrangement according to the preceding claims, characterized in that the added output signals taken from the output electrodes of both amplifier stages will.

10. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that as amplifier stages Transistors are used.

1 sheet of drawings