DE19702722A1 - Röhrenleistungsverstärker mit Verzerrungsregelung - Google Patents
Röhrenleistungsverstärker mit VerzerrungsregelungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Leistungsverstärkerschaltung,
und insbesondere einen Röhrenleistungsverstärker mit einer
Verzerrungserfassungsschaltung und einer darauf ansprechenden
Reglungsschaltung zur Verzerrungsreduzierung.
Leistungsverstärkerschaltungen mit Einrichtungen zur
Verzerrungsverminderung sind bekannt, wie im US-Patent Nr.
4,318,053 durch Beispiele belegt ist. Dieses US-Patent, das als
Verzerrungserfassungstechnik (Distortion Detection Technique =
DDT) bekannt ist, offenbart einen Festkörperverstärker mit
einer automatischen Verzerrungsreglung. Der Verstärker ist
zwischen dem Verstärkerausgang und den Rückkopplungsanschlüssen
mit einem Detektor zum Erfassen eines nicht linearen Zustands
bei einer gleichphasigen Differentialschaltung versehen, die
mit dem Detektor verbunden ist und einen Ganzwellen-
Schwellenwert-Detektor speist, der einen Speicherkondensator
proportional zu dem Prozentsatz lädt, zu dem das Ausgangssignal
des Verstärkers gekappt wird. Der Speicherkondensator wird in
der Verstärkereingangsschaltung in einen Eingangsverstärker mit
variablem Verstärkungsfaktor entladen, um den
Verstärkungsfaktor zum Minimieren der Signalkappung zu
verringern.
Die DDT-Schaltung im US-Patent Nr. 4,318,053 ist für eine
Festkörperverstärkerschaltung bestimmt. Es ist wünschenswert,
die Verzerrungserfassungstechnik (DDT) bei Röhrenleistungs
verstärkern anzuwenden, um dadurch eine Signalkappung zu
vermeiden, wenn in den Eingang des Leistungsverstärkers ein
Signal eingespeist wird, das normalerweise ausreichen würde,
den Leistungsverstärker zu kappen.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Entdeckung, daß
eine Festkörperschaltung in einem Röhrenleistungsverstärker
angewendet werden kann, um Verzerrungen in dem Verstärker zu
erfassen und zu verringern.
Der Detektor für den Röhrenverstärker vergleicht die
Gitterspannung mit einer Vergleichsspannung. Wenn das Gitter
ins Positive geht, d. h., wenn der Röhrenleistungsverstärker
das Signal kappt, erzeugt der Detektor einen (ins Positive
gehenden) Impuls, dessen Breite proportional der Zeitdauer ist,
in welcher das Signal gekappt ist. In einer Gegentakt-
Ausführung wird ein Impuls erzeugt, wenn entweder der positive
oder negative Abschnitt des Signals gekappt wird. Der Impuls
wird dann gleichgerichtet und gefiltert, um ein
Gleichstromniveau zu erzeugen, das proportional dem Betrag der
Signalkappung ist. Der Gleichstrompegel wird verwendet, um den
Verstärkungsfaktor eines Transkonduktanz-Operationsverstärkers
zu regeln, der die Systemverstärkung für die Schaltung regelt.
Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild eines Gegentakt-
Röhrenleistungsverstärkers;
Fig. 2 ist ein schematisches Schaltbild eines Gegentakt-
Röhrenleistungsverstärkers der Fig. 1 mit der erfindungsgemäßen
Verzerrungsreglung.
Unter Bezug auf Fig. 1 sind die Eingangssignale über C1
mit dem Gitter von V1A gekoppelt, welche die Hälfte von dem
ist, was als "long tailed" Phasenumkehrschaltung 10 bekannt
ist. Der Zweck des Phaseninverters 10 besteht darin, zwei
phasenverschobene Signale A und B an einen Gegentakt-Verstärker
12 zu senden, der Ausgangsröhren V2 und V3 in einer B-
Betriebsanordnung umfaßt. Die Kathoden von V1A und V1B sind
miteinander verbunden. V1A arbeitet somit in einer Betriebsart
mit geerdeter Kathode, während V1B in einer Betriebsart mit
geerdetem Gitter in Bezug auf das Eingangsgitter von V1B
arbeitet. Die gleichen, jedoch phasenverschobenen Signale A und
B treten somit an den Platten von V1A und V1B auf. Der
Widerstand R3, der mit den Kathoden von V1A und V1B gemeinsam
verbunden ist, stellt die Vorspannung für jede Röhre ein; R1
und R5 sind die Gitter-Vorspannungswiderstände; R6 ist der
gemeinsame Widerstand zwischen Kathode und Erde; und R7 wird
verwendet, um eine Rückkopplung aus dem Ausgang zuzuführen, um
die Gesamtverzerrung zu verringern. Das Gitter von V1B ist in
Nebenschluß über den Kondensator C2 an Erde gelegt (in diesem
Fall der Niedrigimpedanz-Rückkopplungspunkt), wie es für einen
geerdeten Gitterbetrieb erforderlich ist. Die Widerstände R2
und R4 sind die jeweiligen Plattenlasten für V1A und V1B. Die
entsprechenden Plattensignale A und B sind über C3 und C4 mit
den Ausgangsröhren gekoppelt. Jedes Ausgangsröhrengitter ist
über Widerstände R10 und R11 an einer -55 Volt
Vorspannungsquelle angeschlossen. Diese -55 Volt Quelle wird
außerhalb dieser Schaltung erzeugt und durch den Kondensator C7
entsprechend gefiltert. Negative 55 Volt sind als der geeignete
Wert gewählt, um die Ausgangsröhren (6L6GC′s) in den B-Betrieb
mit minimaler Übergangsverzerrung bei niedrigem Signalpegel
vorzuspannen.
Die Schaltung vervollständigend, ist R8 ein
Rückkopplungswiderstand; R9 und R12 sind Stromzufuhr-
Entkopplungswiderstände; C5, C6 und C8 sind Filterkondensatoren
für die verschiedenen Versorgungsquellen in der B+-Schaltung.
T1 ist ein Röhren-Gegentakt-Ausgangswandler, in diesem Fall mit
Ausgangsabgriffen für 8 und 4 Ohm. Der in Fig. 1 gezeigte
Leistungsverstärker wird ungefähr 50 WRMS an den passenden
Belastungswert abgegeben.
Bei allen Signalpegeln unterhalb der Ausgangskappung (die
Ausgangswellenform ist rein und frei von Verzerrungen), werden
die Signalpegel an den jeweiligen Gittern G2 und G3 der
Ausgangsröhre V2 und V3 deutlich unterhalb der 55 Volt
Amplitudenschwingung liegen, wobei der durchschnittliche
Gleichstrom-Vorspannungspegel an jedem Ausgangsröhrengitter -55
Volt Gleichspannung betragen wird. Bei der
Ausgangssignalkappung und darüber werden die Signalpegel an
jedem Ausgangsröhrengitter G2 und G3 jedoch den +55 Volt
Höchstwertausschlag überschreiten, und somit wird das Gitter in
Bezug auf die Kathode bei jedem positiven Höchstwert-
Signalausschlag positiv vorgespannt. Jedesmal, wenn das Gitter
bezüglich der Kathode positiv angesteuert wird, wird es zu
einer einfachen in Vorwärtsrichtung betriebenen Diode. Diese
Diode wird daher bewirken, daß das durchschnittliche negative
Gleichstrom-Vorspannungsniveau an jedem Ausgangsröhrengitter im
Verhältnis zu dem Überlastungs-Eingangswert über den
Kappungswert erhöht wird. Die Ausgangsröhren V2 und V3 werden
somit über den B-Betrieb hinaus vorgespannt, und ebenso wird
bei einer harten Ausgangssignalkappung eine beachtliche
Übergangsverzerrung erzeugt.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wo gleiche Bezugszeichen verwendet
werden, steuert erfindungsgemäß der Inverter 10 den Verstärker
12. Der mit dem Verstärker 12 gekoppelte Detektor 14 erfaßt die
Signalkappung und erzeugt eine Detektorausgangsgröße für die
Verzerrungsreglungsschaltung 16, die mit dem Eingang des
Inverters 10 verbunden ist. Die Gitter G2 und G3 jeder
zugehörigen Leistungsröhre V2 und V3 sind gemeinsam durch ein
durch R108, R110, CR103, CR104 und R113 gebildetes Netzwerk mit
dem nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers U101
verbunden. Dieses Netzwerk trennt und unterteilt das Signal im
Verhältnis von ½ (R108 oder R109 und R113) abzüglich des
Abfalls der in Vorwärtsrichtung betriebenen Diode CR103 oder
CR104, wenn das Gittersignal A oder B plus der Vorspannung die
Vorwärts-Vorspannung der entsprechenden Diode überschreitet.
Der invertierende Eingang von U101 ist durch ein durch
R109 und R112 gebildetes Teiler-Netzwerk vorgespannt. Die an
dem invertierenden Eingang anliegende Spannung ist einfach eine
Vergleichsspannung VR, die auf ein angemessenes Niveau
(ungefähr 0,3 Volt) von der +15 Volt Versorgung abgezweigt ist.
Wenn kein Signal vorhanden oder das Signal so ist, daß der
Leistungsverstärker V2/V3 sich nicht in einem gekappten Zustand
befindet, liegt der Ausgang von U101 bei -15 V. Bei solch einem
Signal ist der Detektor 14 nicht aktiv, und es wird keine
Verzerrungsreglung erreicht. Wenn das in den
Leistungsverstärker gesendete Signal A oder B ausreichend ist,
wird der Verstärker "gekappt", und die Gitter G2 und G3 der
Leistungsröhren V2, V3 werden positiv. Dies wiederum stellt die
Dioden CR103 und CR104 in Vorwärtsrichtung. In diesem Punkt ist
die an dem nicht-invertierenden Eingang von U101 anliegende
Spannung größer als die Vergleichsspannung VR an dem
invertierenden Eingang. Dies bewirkt, daß der Ausgang von U101
für eine Dauer, welche dem gekappten Abschnitt des
Ausgangssignals entspricht, von den ursprünglichen -15 Volt auf
+15 Volt schwingt.
Aufgrund des Phaseninverters 10 sind die an den Gittern G2
und G3 der jeweiligen Leistungsröhren V2 und V3 vorhandenen
Eingangssignale A und B um 180° phasenverschoben. Das Gitter
einer Leistungsröhre wird somit positiv, während das andere
negativ bleibt. Die Tatsache, daß das Gitter der Leistungsröhre
positiv wird, ist ein klares Anzeichen dafür, daß der
Leistungsverstärker 12 Signale kappt. Jedesmal, wenn eines der
Gitter der Leistungsröhren positiv wird, werden die zugehörigen
Dioden (CR103 oder CR104) in Vorwärtsrichtung betrieben. In
einem symmetrisch gekappten Zustand werden beide Dioden (CR103
und CR104) abwechselnd um 180° phasenverschoben in
Vorwärtsrichtung betrieben. In beiden Fällen schwingt der
Ausgang von U101 im Detektor 14 (der als Vergleicher wirkt) in
den positiven Bereich. Der Arbeitszyklus des Ausgangs von U101
ist eine Funktion dessen, wie hart der Verstärker "kappt". Um
180° versetzte Impulse werden am Ausgang von U101 vorhanden
sein, solange der Verstärker Signale kappt.
Die am Ausgang des Detektors 14 vorhandenen positiven
Impulse werden durch CR105 gleichgerichtet. Umgekehrt laden
diese Impulse über R111 den Kondensator C102. Die
Geschwindigkeit, mit der C102 lädt, ist durch R111 bestimmt.
Dies regelt die Einschwingzeit der Verzerrungsreglungsschaltung
16.
Wenn die Spannung an dem Kondensator C102 beginnt, in die
positive Richtung zu laden, beginnt Strom über R107 und CR102
zu dem Transkonduktor-Operationsverstärker U100 in der
Verzerrungsreglungsschaltung 16 zu fließen. Solange die an der
positiven Anschlußklemme von C102 vorhandene Spannung stärker
positiv ist als die an dem Verstärkungsfaktor-Reglungseingang
18 von U100 vorhandene Spannung ist, wird Strom über CR102 und
R107 fließen. Der Verstärkungsgrad von U100 ist abhängig von
dem Strom (labc) durch den Reglungseingang 18 von U100, wobei
der Verstärkungsgrad von U100 durch den Kappungsbetrag geregelt
wird, der durch U101 erfaßt wird. R106 hält U100 abgeschaltet,
wenn keine Kappung erfaßt wird, indem der Reglungseingang 18
bei -15 Volt gehalten wird. Dies bedeutet, es ist kein Strom
vorhanden, um U100 einzuschalten; labc = 0.
Der Systemverstärkungsgrad wird durch die Strommenge
(labc) geregelt, der während des Kappens aus dem
Reglungseingang 18 von U100 abgezogen wird. U100 regelt den
Systemverstärkungsgrad durch Zuführen eines phasenverschobenen
Signals an den Ausgang 20, um den Eingangswiderstand R101
wirksam zu laden (d. h., entweder Anheben oder Senken des
Stroms durch R101). Dieser Vorgang reduziert wirksam den
Verstärkungsgrad des Systems, wenn auf ein Signal getroffen
wird, das ausreicht, den Leistungsverstärker in den kappenden
Zustand zu steuern.
Die R101, R102 umfassende Eingangsschaltung 31 ist über C1
mit dem Phaseninverter 10 gekoppelt. Q100, R100, Q101 und R103
bilden einen einheitlichen Verstärkungsgrad-Mitläufer 22.
Dieser trennt den Eingang der Schaltung 31 von der Belastung
des Spannungsteilers R104, R105 am Eingang von U100, der das
Eingangssignal empfängt. Dieser Teiler senkt das Eingangssignal
auf ein Niveau, das für U100 akzeptabel ist. Der Kondensator
C101 liefert eine Hochfrequenzdämpfung für U100. C100 koppelt
die Eingangssignale an die Eingangsschaltung 31, und R102
liefert den Erdungsbezug für die Eingangsschaltung 31.
Während beschrieben wurde, was gegenwärtig als die
bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
erachtet werden, wird für Fachleute offensichtlich sein, daß
darin vielfältige Änderungen und Modifikationen vorgenommen
werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Mit
den beigefügten Ansprüchen wird beabsichtigt, derartige
Änderungen und Modifikationen abzudecken, die in die
Vorstellung und den Rahmen der Erfindung fallen.
Claims (7)
1. Schaltung zur Verringerung des
Verstärkungsgrades eines Steuergitter zum Empfangen eines
Eingangssignal aufweisenden Gegentakt-
Röhrenleistungsverstärkers, unterhalb eines Niveaus, das
ausreicht, den Verstärker zu veranlassen, den Ausgang zu
kappen, umfassend:
einen Detektor mit einem Eingangsanschluß, einem Referenzanschluß und einem Ausgang, wobei der Eingangsanschluß angepaßt ist, zur Wahrnehmung des Eingangssignals mit den Gittern der Röhren gemeinsam gekoppelt zu werden, und der Referenzanschluß angepaßt ist, mit einem Referenzpunkt gekoppelt zu werden;
wobei besagter Detektor eine Ausgangsgröße erzeugt, wenn das Eingangssignal ein Niveau überschreitet, das ausreicht, ein Kappen in dem Verstärker zu verursachen, wobei besagte Ausgangsgröße eine Dauer aufweist, die proportional der Zeit ist, in welcher das Eingangssignal besagtes Niveau überschreitet; und
eine Verzerrungsreglungsschaltung mit einem auf den Detektor ansprechenden Eingang und einem Ausgang, der angepaßt ist, mit dem Eingang des Leistungsverstärkers gekoppelt zu werden, um den Eingang in Reaktion auf die Detektorausgangsgröße zu belasten.
einen Detektor mit einem Eingangsanschluß, einem Referenzanschluß und einem Ausgang, wobei der Eingangsanschluß angepaßt ist, zur Wahrnehmung des Eingangssignals mit den Gittern der Röhren gemeinsam gekoppelt zu werden, und der Referenzanschluß angepaßt ist, mit einem Referenzpunkt gekoppelt zu werden;
wobei besagter Detektor eine Ausgangsgröße erzeugt, wenn das Eingangssignal ein Niveau überschreitet, das ausreicht, ein Kappen in dem Verstärker zu verursachen, wobei besagte Ausgangsgröße eine Dauer aufweist, die proportional der Zeit ist, in welcher das Eingangssignal besagtes Niveau überschreitet; und
eine Verzerrungsreglungsschaltung mit einem auf den Detektor ansprechenden Eingang und einem Ausgang, der angepaßt ist, mit dem Eingang des Leistungsverstärkers gekoppelt zu werden, um den Eingang in Reaktion auf die Detektorausgangsgröße zu belasten.
2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Detektor
einen Vergleicher mit einem auf das Gittersignal
ansprechenden Eingang und einen dem Kappungsniveau des
Verstärkers proportionalen Referenzeingang umfaßt.
3. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die
Verzerrungsreglungsschaltung einen Transkonduktanz-
Operationsverstärker umfaßt, der zur Reglung seines
Verstärkungsgrades einen auf die Detektorausgangsgröße
reagierenden Verstärkungsgrad-Reglungseingang aufweist.
4. Schaltung nach Anspruch 1, ferner enthaltend
eine Eingangsschaltung zur Trennung des Verstärkereingangs
von der Verzerrungsreglungsschaltung.
5. Schaltung nach Anspruch 4, wobei die
Verzerrungsreglungsschaltung einen Eingang aufweist, der
mit dem Ausgang der Eingangsschaltung gekoppelt ist.
6. Schaltung zur Verringerung des
Verstärkungsgrades eines ein Gitter zum Empfangen eines
Eingangssignals aufweisenden Röhrenleistungsverstärkers
unterhalb eines Niveaus, das ausreicht, den Verstärker zu
veranlassen, den Ausgang zu kappen, umfassend:
einen Detektor mit einem Eingangsanschluß, einem
Referenzanschluß und einem Ausgang, wobei der
Eingangsanschluß angepaßt ist, zur Wahrnehmung des
Eingangssignals mit den Gittern der Röhren gemeinsam
gekoppelt zu werden, und der Referenzanschluß angepaßt
ist, mit einem Referenzpunkt gekoppelt zu werden;
wobei besagter Detektor eine Ausgangsgröße erzeugt, wenn das Eingangssignal ein Niveau überschreitet, das ausreicht, ein Kappen in dem Verstärker zu verursachen, wobei besagte Ausgangsgröße eine Dauer aufweist, die proportional der Zeit ist, in welcher das Eingangssignal besagtes Niveau überschreitet; und
eine Verzerrungsreglungsschaltung mit einem auf den Detektor ansprechenden Eingang und einem Ausgang, der angepaßt ist, mit dem Eingang des Leistungsverstärkers gekoppelt zu werden, um den Eingang in Reaktion auf die Detektorausgangsgröße zu belasten.
wobei besagter Detektor eine Ausgangsgröße erzeugt, wenn das Eingangssignal ein Niveau überschreitet, das ausreicht, ein Kappen in dem Verstärker zu verursachen, wobei besagte Ausgangsgröße eine Dauer aufweist, die proportional der Zeit ist, in welcher das Eingangssignal besagtes Niveau überschreitet; und
eine Verzerrungsreglungsschaltung mit einem auf den Detektor ansprechenden Eingang und einem Ausgang, der angepaßt ist, mit dem Eingang des Leistungsverstärkers gekoppelt zu werden, um den Eingang in Reaktion auf die Detektorausgangsgröße zu belasten.
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D2 | Grant after examination | ||
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |