DE19702722C2 - Festkörper-Schaltungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Festkörper- Schaltungsanordnung zur Verringerung des Verstärkungsgrades eines Röhrenleistungsverstärkers.

Leistungsverstärkerschaltungen mit Einrichtungen zur Verzerrungsverminderung sind im Stand der Technik bekannt.

Aus der US 3 397 285 ist ein Röhrenleistungsverstärker mit Phaseninverter, Gegentaktstufe und Ausgangswandler bekannt. Der Röhrenleistungsverstärker weist zwei Röhren auf, welche im B-Betrieb arbeiten. Darüber hinaus weist er über eine Rückkopplungsschaltung eine Verstärkungsregelung auf, welche auch Verzerrungen vermindern kann.

Weiterhin offenbart die US 4 318 053, als Verzerrungserfassungstechnik (Distortion Detection Technique = DDT) bekannt, einen Festkörperverstärker mit einer automatischen Verzerrungsreglung. Der Verstärker ist zwischen dem Verstärkerausgang und den Rückkopplungsanschlüssen mit einem Detektor zum Erfassen eines nichtlinearen 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 in der US 4 318 053 ist für eine Festkörperverstärkerschaltung bestimmt. Es ist wünschenswert, eine Verzerrungserfassungstechnik auch bei Röhrenleistungsverstärkern anwenden zu können, um dadurch eine Signalkappung zu vermeiden, wenn in den Eingang des Leistungsverstärkers ein Signal eingespeist wird, das normalerweise ausreichen würde, den Leistungsverstärker zu kappen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders effektive Schaltung mit einfachem Aufbau zur Verringerung des Verstärkungsgrades eines Röhrenleistungsverstärkers unterhalb eines Niveaus, das ausreicht, den Verstärker zu veranlassen, den Ausgang zu kappen, zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruches 1 gelöst.

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 zum 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 kathodengekoppelte 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 Anoden 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 Anodenlasten für V1A und V1B. Die entsprechenden Anodensignale 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 einen Effektivwert von ungefähr 50 W an den passenden Belastungswert abgeben.

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 dem 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-Regelungseingang 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 Regelungseingang 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 Regelungseingang 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, die während des Kappens aus dem Regelungseingang 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.

Claims (6)

1. Festkörper-Schaltungsanordnung zur Verringerung des Verstärkungsgrades eines Röhrenleistungsverstärkers auf ein Niveau, unterhalb dessen der Verstärker ein Eingangssignal kappt, mit:
einem Detektor mit einem Eingangsschluss, einem Referenzanschluss und einem Ausgang,
wobei der Eingangsanschluss an ein Steuergitter der Verstärkerröhre und der Referenzanschluss an einen Referenzpunkt angepasst und zu koppeln ist,
wobei der Detektor ein Ausgangssignal erzeugt, wenn das Eingangssignal des Röhrenleistungsverstärkers ein Niveau überschreitet, bei dem der Verstärker kappt und die Dauer des Ausgangssignals proportional der Zeit ist, in welcher das Eingangssignal das Niveau überschreitet;
einer Verzerrungsregelungsschaltung mit einem Eingang für den Detektor und einem Ausgang, der an den Eingang des Röhrenleistungsverstärkers angepasst und zu koppeln ist und den Eingang aufgrund der Detektorausgangsgröße belastet.

2. Festkörper-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie für einen Gegentakt-Röhrenleistungsverstärker vorgesehen ist und der Eingangsanschluss des Detektors an die Steuergitter der Verstärkerröhren angepasst und an sie gemeinsam zu koppeln ist.

3. Festkörper-Schaltungsordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Detektor einen Vergleicher umfasst mit einem Eingang, der auf das Gittersignal anspricht und einem Referenzeingang für einen dem Kappungsniveau des Verstärkers proportionalen Referenzwert.

4. Festkörper-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzerrungsregelungsschaltung einen Transkonduktanz-Operationsverstärker umfasst, der einen auf die Detektorausgangsgröße reagierenden Verstärkungsgrad-Regelungseingang aufweist.

5. Festkörper-Schaltungsordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Eingangsschaltung zur Trennung des Verstärkereingangs von der Verzerrungsregelungsschaltung enthält.

6. Festkörper-Schaltungsonordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzerrungsregelungsschaltung einen Eingang aufweist, der mit dem Ausgang der Eingangsschaltung gekoppelt ist.