DE2243786B2

DE2243786B2 - Four-to-one symmetric-asymmetric impedance transformer - for push-pull amplifiers output in TV receiver has three pairs of coils

Info

Publication number: DE2243786B2
Application number: DE19722243786
Authority: DE
Inventors: Oskar Dipl.-Ing. St. Poelten Beckmann (Oesterreich)
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-02-15
Filing date: 1972-09-06
Publication date: 1975-03-20
Also published as: DE2243786A1; DE2243786C3; AT314041B

Abstract

The 4:1 impedance transformer transforms an H.F. push-pull amplifier output (in e.g. a television receiver) into an asymmetric output for connecting via e.g. a coaxial cable to the next amplifier stage. The first of the transformers two symmetric input terminals is connected over a first coil to earth and over a fourth and sixth coils to an earthed asymmetric output terminal. The second symmetric input is connected over a third coil to earth and over a second and fifth coils to the second asymmetric output terminal. The first and second, the third and fourth, and the fifth and sixth coils each form a pair of coils, giving three pairs. The first two pairs have opposite winding senses and the third pair of coils have double the number of turns in the first two pairs coils.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Übertrager mit einer Widerstandstransformation von 4 : 1 zwischen je einem erdsymmetrischen und einem erdunsymmetrisehen Ein- und Ausgang, bei dem zwei Paare von miteinander verketteten Spulen gleicher Windungszahlen vorgesehen sind und die Klemmen des symmetrischen Ein- bzw. Ausganges über je eine erste Spule verschiedener Spulenpaare an Erde liegen, während die beiden zweiten Spulen dieser Spulenpaare zwischen diese Klemmen und die Klemmen des erdunsymmetrischen Aus- bzw. Einganges eingeschaltet sind.The invention relates to a transformer with a resistance transformation of 4: 1 between each one balanced-to-earth and one unbalanced-to-earth input and output, in which two pairs of each other Chained coils with the same number of turns are provided and the terminals of the symmetrical The input or output is connected to earth via a first coil of different coil pairs, while the two second coils of these coil pairs between these terminals and the terminals of the unbalanced earth Output or input are switched on.

Bei transistorisierten Gegentaktstufen für Hochfrequenzverstärkung, wie sie z. B. in Kurzwellen- und 4^ Fernsehsendern verwendet werden, besteht die Notwendigkeit, deren erdsymmetrisch geschaltete Einbzw. Ausgänge entweder direkt oder über abgeschirmte Speiseleitungen mit den Aus- bzw. Eingängen einseitig geerdeter vorhergehender bzw. nachfolgender Ver- so stärkerstufen zu verbinden und dabei auch Impedanzunterschiede auszugleichen.With transistorized push-pull stages for high frequency amplification, how they z. B. are used in shortwave and 4 ^ television transmitters, there is a need to whose symmetrically connected input and / or. Outputs either directly or via shielded Feeder lines with the outputs and inputs one-sided grounded preceding or following connection to connect stronger stages and thereby also compensate for impedance differences.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Übertrager zu schaffen, der zusätzlich zur Widerstandstransformation die insbesondere in Eingangs- und Ausgangskrei- -><■ sen von breitbandig verstärkenden, transistorisierten Gegentaktstufen, z. B. in breitbandigen AM-, Einseitenband-, Kurzwellen- und Fernsehsendern und in Endstufen für Mehrkanalverstärker notwendigen Symmetriereigenschaften bei unsymmetrischer Belastung in einem (>o breiten Frequenzband aufweist.The object of the invention is therefore to create a transformer that, in addition to resistance transformation in particular in input and output circuits -> <■ sen of broadband amplifying, transistorized push-pull stages, z. B. in broadband AM, single sideband, Shortwave and television transmitters and in power amplifiers for multi-channel amplifiers necessary balancing properties with asymmetrical loading in a (> o wide frequency band.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die zwei Paare von miteinander verketteten Spulen gleicher Windungszahlen mit einander entgegengesetztem Wikkelsinn angeordnet sind und daß zwischen die K'.em- <>? men des erdunsymmetrischen Aus- bzw. Einganges und deren vorgeschaltete Spulen der Spulenpaare zwei weitere, miteinander verkettete Spulen doppelter WinThis object is achieved in that the two pairs of interlinked coils are identical Winding numbers are arranged with opposite winding directions and that between the K'.em- <>? men of the unbalanced output or input and their upstream coils of the coil pairs two further, interlinked coils double win

dungszahl eingeschaltet sind.number are switched on.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es wesentlich, daß alle Spulen auf einem gemeinsamen Kern sitzen wobei die Spulen eines Spulenpaares erfindungsgemäß von je einem Mittelleiter und einem Mantel eines Koaxialkabels gebildet werden.In a further embodiment of the invention, it is essential that all coils sit on a common core, the coils of a coil pair according to the invention each formed by a center conductor and a sheath of a coaxial cable.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, daß durch einfache und billige Maßnahmen, nämlich die Anordnung aller Spulen auf einem gemeinsamen Schalen- oder Ringkern, die Anbringung zweier zusätzlicher Spulen und die Umkehrung des Wickelsinnes zweier Spulen sowie die Erdung eines weiteren Punktes der Schaltung ein Übertrager mit einer Widerstandstransforrr.ation 4 : 1 geschaffen wird, der gegenüber den bisher bekannten Übertragern wesentlich bessere Symmetriereigenschaften bei gegenüber Erde unsymmetrischer Belastung aufweist und die Verwendung zusätzlicher Symmetrierübertrager erübrigt, wodurch eine wesentliche Platz- und Kostenersparnis erzielbn: ;::The advantage of the arrangement according to the invention is that by simple and cheap measures, namely the Arrangement of all coils on a common shell or toroidal core, the attachment of two additional ones Coils and the reversal of the winding direction of two coils as well as the grounding of another point of the Circuit a transformer with a resistance transformation 4: 1 is created, compared to the previous known transformers much better symmetry properties with asymmetric compared to earth Has load and the use of additional balancing is unnecessary, making an essential Achieve space and cost savings:; ::

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing.

F i g. 1 zeigt einen Breitbandverstärker, in dem zwei erfindungsgemäße Übertrager eingesetzt sind;F i g. 1 shows a broadband amplifier in which two transmitters according to the invention are used;

F i g. 2 zeigt das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Übertragers in der üblichen Darstellung unter Berücksichtigung des Wickelsinnes der einzelnen Wicklungen;F i g. 2 shows the circuit diagram of an inventive Transformer in the usual representation, taking into account the winding direction of the individual windings;

Fig. 3 zeigt schließlich eine konkrete Ausführung der Erfindung unter Verwendung von Koaxialkabeln.Finally, FIG. 3 shows a specific embodiment of the invention using coaxial cables.

Der in F i g. 1 dargestellte Gegentaktverstärker erhält sein Eingangssignal als Wechselspannung gegen Erde, seine zur Verstärkung dienenden, in Gegentakt arbeitenden Transistoren 1 und 2 sind jedoch symmetrisch zur Erde angeordnet und die Ausgangsspanniing wird wieder als Spannung gegen Erde geliefert. Demgemäß ist sowohl zwischen dem Eingang 3 des Verstärkers einerseits und den Transistoren 1, 2 andererseits als auch zwischen den letzteren und dem Ausgang 4 je ein Übertrager 5 bzw. 6 einzuschalten, der die entsprechenden Potentialumstellungen ermöglicht sowie eine Anpassung der unterschiedlichen Impedanzen aneinander bewirkt.The in F i g. 1 push-pull amplifier shown receives its input signal as an alternating voltage Earth, but its push-pull transistors 1 and 2, which are used for amplification, are symmetrical arranged to earth and the output voltage is again supplied as voltage to earth. Accordingly is both between the input 3 of the amplifier on the one hand and the transistors 1, 2 on the other hand as well as between the latter and the output 4 each have a transformer 5 or 6 to switch on, the corresponding Allows potential changes and an adaptation of the different impedances to one another causes.

Die erdsymmetrischen Anschlußklemmen der Übertrager 5.6 sind mit den Buchstaben A und ß, der Erdanschluß mit E und die erdunsymmetrische Anschlußklemme mit dem Buchstaben C bezeichnet. Die Erdanschlüsse E der Übertrager 5 bzw. 6 sind wechselstrommäßig durch Kapazitäten 7 bzw. 8 hergestellt, die eine Trennung des Wechselspannungssignals von den über diese Erdanschlüsse zuzuführenden Speise-Gleichspannungen der Transistoren 1 und 2, nämlich der Basisspannung Ub am Übertrager 5 und der Betriebs-(Kollektor-)Gleichspannung am Übertrager 6 ermöglichen.The balanced connection terminals of the transformer 5.6 are marked with the letters A and ß, the earth connection with E and the unbalanced connection terminal with the letter C. The ground connections E of the transformers 5 and 6 are made in terms of alternating current by capacitances 7 and 8, which separate the AC voltage signal from the DC supply voltages of the transistors 1 and 2 to be supplied via these ground connections, namely the base voltage Ub at the transformer 5 and the operating Enable (collector) direct voltage at the transformer 6.

Im einzelnen ist der erfindungsgemäße Übertrager in der in F i g. 2 dargestellten Weise aufgebaut:In detail, the transformer according to the invention is shown in FIG. 2 set up:

Die erdsymmetrischen Anschlußklemmen A und B des Ein- bzw. Ausganges sind über je eine erste Spule Ll bzw. L2 zweier, mit einander entgegengesetztem Wickelsinn angeordneter Paare von miteinander verketteten Spulen LX, LY und Ll, Lt an die Klemme £", die zumindest wechselstrommäßig Erdpotential führt, angeschlossen. Die beiden zweiten Spulen LY und L2' dieser Spulenpaare Ll, LY und L2, L2' führen von den Anschlußklemmen A und B über die Spulen L3 bzw. L3' zu den erdunsymmetrischen Klemmen Cund Zf des Aus- bzw. Einganges. Die Spulen L3 und L3', die im Beispiel aus Mittelleiter und Mantel eine:; Koaxialkabels mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm bestehen, haben die doppelte Windungszahl der Spulen Ll,The balanced connection terminals A and B of the input and output are connected to the terminal £ "via a first coil Ll or L2 of two pairs of interlinked coils LX, LY and Ll, Lt arranged with opposite winding directions The two second coils LY and L2 'of these coil pairs Ll, LY and L2, L2' lead from the connection terminals A and B via the coils L3 and L3 ' to the unbalanced earth terminals C and Zf of the output and input The coils L3 and L3 ', which in the example consist of a central conductor and jacket of a :; coaxial cable with a characteristic impedance of 50 ohms, have twice the number of turns of the coils Ll,

LY und 12, 12', die untereinander gleiche Windungszahlen aufweisen und aus Mittelleiter und Mantel eines Koaxialkabels mit einem Wellenwiderstand von 25 Ohm bestehen. LY and 12, 12 ', which have the same number of turns and consist of a central conductor and jacket of a coaxial cable with a characteristic impedance of 25 ohms.

Allgemein gilt, daß in zwei fest miteinander gekop- ϊ pelten Wicklungen einer Spule mit großer Längsinduktivität sowie bei einem idealen Übertrager jeweils entgegengesetzt gerichtete, gleich große Ströme fließen.In general it is true that in two firmly coupled with each other ϊ pelten windings of a coil with high series inductance and in an ideal transformer in each case opposite directed currents of equal size flow.

Bei erdsymmetrischer Belastung des niederohmigen Ein- bzw. Ausganges, d.h., bei gleich großen Impedanzen zwischen Anschlußklemme A und Erde sowie zwischen Anschlußklemme B und Erde werden daher alle aus Koaxialkabeln geformten, fest miteinander gekoppelten Spulen bifilar, d. h. entgegengesetzt von gleich großen Strömen durchflossen und bringen daher weder ι i im einzelnen noch in ihrer Gesamtheit eine magnetisierende Wirkung auf den Kern des Übertragers hervor.If the load on the low-impedance input or output is balanced to ground, i.e. if the impedances between terminal A and earth and between terminal B and earth are the same, all coaxial cables, firmly coupled to one another, are bifilar, i.e. flow through and bring currents of the same magnitude in opposite directions therefore, neither individually nor in their entirety have a magnetizing effect on the core of the transformer.

Daher tritt eine Spannungs- und Stromverteilung nur auf Grund der Werte der Wellenwiderstände und Windungslängen der einzelnen Spulen ein. 2uTherefore, a voltage and current distribution occurs only on the basis of the values of the wave resistance and winding lengths of the individual coils. 2u

Ein von einer Stromquelle, z. B. einer Verstärkerstufe gelieferter hochfrequenter Strom fließt über die Anschlußklemme C, durch die Spuler L3 und LY, über einen ersten Verzweigungspunkt D zur Anschlußklemme B und von dieser über die angeschlossene Last zu- j; rück zur Anschlußklemme A und über einen zweiten Verzweigungspunkt F, durch die Spulen L2' und L3' Cber die Anschlußklemme L⁷ zur Stromquelle zurück.One from a power source, e.g. B. an amplifier stage supplied high-frequency current flows via the terminal C, through the coils L3 and LY, via a first branch point D to the terminal B and from there via the connected load to j; back to the terminal A and via a second branch point F, through the coils L2 ' and L3' C via the terminal L ^{7 back} to the power source.

Ein gleich großer Strom fließt auf Grund der oben besprochenen Regel vom zweiten Verzweigungspunkt to Fdurch die Spule Ll zur Erde und von dieser durch die Spule L2 zum ersten Verzweigungspunkt D und eben-IaIIs über Anschlußklemme B über die Last und über die Anschlußklemme A zurück zum zweiten Verzweigungspunkt F. In der Last fließt also ein Strom, der i* «Hoppelt so groß ist als der von der Stromquelle, z. B. einer Verstärkerstufe, gelieferte Strom. Bei einem Übertrager bedeutet ein Verhältnis von I : 2 zwischen ilen Ein- und Ausgangsströmen ein Verhältnis zwischen dei. zugehörigen Widerständen von 4:1.An equal current flows due to the rule discussed above from the second branch point to F through the coil Ll to earth and from this through the coil L2 to the first branch point D and even-IaIIs via terminal B via the load and via terminal A back to the second Branch point F. A current flows in the load that is i * «twice as large as that from the current source, e.g. B. an amplifier stage, supplied current. In the case of a transformer, a ratio of I: 2 between the input and output currents means a ratio between the two. associated resistances of 4: 1.

Die gleich großen Ströme bedingen in den gleichen Spulen Ll und L2 auch gleich große Spannungsabfälle, Io daß zwischen Erde und erstem Verzweigungspunkt /Deinerseits und zwischen Erde und zweitem Verzweigungspunkt F andererseits einander gleich große, entgepengesetzte Potentialdifferenzen auftreten, so daß die beiden Verzweigungspunkte D, Fund damit die Anlchlußklemmen A, B bezüglich Erde symmetrisches Potential aufweisen.The currents of the same size also cause voltage drops of the same size in the same coils Ll and L2, Io that between earth and the first branch point / your part and between earth and the second branch point F on the other hand equally large, equalized potential differences occur, so that the two branch points D, Fund so that the connection terminals A, B have a symmetrical potential with respect to earth.

Bei diesem ungestörten Zustand mit erdsymmeirischer Last bildet diese zusammen mit den beiden Spulen LI und L2 eine über die Spulen LY und 12' angespeiste, abgeglichene Brücke, bei der in der über Erde verlaufenden Diagonale kein Strom fließt.In this undisturbed state with earth-symmetrical load, this together with the two coils LI and L2 forms a balanced bridge that is fed via the coils LY and 12 ' , in which no current flows in the diagonal above earth.

Bei unsymmetrischer Belastung ist diese Brücke aber nicht abgeglichen und der über die Diagonale fließende Unsymmetriestrom fließt entweder durch die Spule L2 zu und über die Last zur Klemme A oder er fließt von der Klemme flüber die Last zu und durch die Spule Ll ab, je nachdem, ob der mit der Klemme A oder der Klemme B verbundene Teil der Last eine kleinere Impedanz aufweist. Der Stromkreis schließt sich in beiden Fällen durch die Spulen 12' und L3', über die Stromquelle und durch die Spulen L3 und LY, wobei sich in den Spulen L3 und 12' die magnetisierende Wirkung des Unsymmetriestromes auf den Kern des Übertragers aufhebt, in den übrigen, vom Unsymmetriestrom durchflossenen Spulen, nämlich LY, 12 und 12' bzw. Li. LY und L2' aber summiert. Daher wirkt die Anordnung tür den Unsymmetriestrorn als Drossel, wodurch dieser sehr klein gehalten wird.If the load is asymmetrical, this bridge is not balanced and the asymmetrical current flowing across the diagonal either flows through the coil L2 to and via the load to terminal A or it flows from the terminal fl via the load to and through the coil Ll, depending on whether that part of the load connected to terminal A or terminal B has a lower impedance. The circuit closes in both cases through the coils 12 ' and L3', through the power source and through the coils L3 and LY, the magnetizing effect of the unbalance current on the core of the transformer in the coils L3 and 12 'being canceled out in the remaining coils through which the unbalance current flows, namely LY, 12 and 12 ' or Li. LY and L2' but summed up. The arrangement therefore acts as a throttle for the unbalance flow, which keeps it very small.

Die zur Erzielung dieser günstigen Wirkung vorgenommene Erdung der Verbindungsleitung zwischen den Spulen LI und 12 erfordert noch eine erfindungsgemäße Anordnung, nämlich die neuartige Einschaltung der Spulen L3 und L3'. durch die die Potentiale der dem erdunsymmetrischen Eingang näher liegenden Anschlüsse der Spulen LY und L2' um einen Betrag, der vorteilhaft der halben Eingangsspannung entspricht, verschoben werden. Eine Veränderung in der Widerstandstransformation von 4 : 1 tritt deshalb nicht auf, da diese zusätzlichen Spulen aus einem Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 50 Ohm gewickelt sind und daher der Übergang in die restliche Schaltung ohne Sprung des Wellenwiderstandes erfolgt. Einem Betrachter, der die Schaltung von den. dem erdunsymmetrischen, höherohmigen Eingang näher liegenden Anschlüssen der Spulen LI' und Ll' aus betrachtet, zeigt sich diese nämlich als Reihenschaltung zweier Spulen mit einem Wellenwiderstand von je 25 Ohm, also mit einem Eingangswiderstand von 50 Ohm. Ein Betrachter hingegen, der die Schaltung von den Klemmen A. B aus betrachtet, sieht eine Parallelschaltung von zwei Spulen, deren Wellenwiderstand je 25 Ohm beträgt. Damit ergibt sich für diesen Betrachter ein Eingangswiderstand von 12,5 Ohm.The grounding of the connecting line between the coils LI and 12 , which is carried out to achieve this favorable effect, also requires an arrangement according to the invention, namely the novel switching on of the coils L3 and L3 '. by means of which the potentials of the connections of the coils LY and L2 'which are closer to the input which is unbalanced to ground are shifted by an amount which advantageously corresponds to half the input voltage. A change in the resistance transformation of 4: 1 does not occur because these additional coils are wound from a coaxial cable with a characteristic impedance of 50 ohms and therefore the transition to the rest of the circuit takes place without a jump in the characteristic impedance. A viewer who can see the circuit of the. The connections of the coils LI 'and Ll' , which are closer to the earth-unbalanced, higher-impedance input, appear as a series connection of two coils with a characteristic impedance of 25 ohms each, i.e. with an input resistance of 50 ohms. On the other hand, an observer who looks at the circuit from the terminals A. B sees a parallel connection of two coils with a characteristic impedance of 25 ohms each. This results in an input resistance of 12.5 ohms for this observer.

Auch daraus ist wieder die Widerstandstransformation von 4 : 1 ersichtlich.From this, too, the resistance transformation of 4: 1 can be seen again.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

! Transformer with a resistance transformation of 4: 1 between each one balanced to the ground and an unbalanced input and output with two pairs of chained together Coils with the same number of turns are provided and the terminals of the balanced input or Output via a first coil of different coil pairs are connected to earth, while the two second coils of these coil pairs between this terminal and the terminals of the unbalanced earth Off or input are switched on, characterized in that the two pairs of coils are arranged with opposite winding directions and that between the terminals the earth-unbalanced output or input and their upstream coils of the two coil pairs two further interlinked coils with double the number of turns are switched on.

2. Transmitter according to claim 1 and 2, characterized in that all coils on a common Core sit.

3. Transmitter according to claim 1 to 3, characterized in that the coils jedec coil pairs each consist of a center conductor and a sheath of a coaxial cable.