DE3118042C2

DE3118042C2 - Transistorized output stage circuit

Info

Publication number: DE3118042C2
Application number: DE19813118042
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 8000 München Zollner
Original assignee: Dynacord Electronic und Geraetebau & Co Kg 8440 Straubing De GmbH
Current assignee: Dynacord Electronic und Geraetebau & Co Kg 8440 Straubing De GmbH
Priority date: 1981-05-07
Filing date: 1981-05-07
Publication date: 1984-08-30
Also published as: DE3118042A1

Abstract

Verstärker zur Nachbildung des Betriebsverhaltens von Röhrenendstufen durch eine Schaltung mit hohem Innenwiderstand, deren maximale Ausgangsspannung einstellbar ist, und die gleiche lineare und nichtlineare Verzerrungen erzeugt wie eine üblicherweise verwendete Röhrenendstufe.Amplifier for simulating the operating behavior of tube power amplifiers using a circuit with a high internal resistance, the maximum output voltage of which is adjustable, and which generates the same linear and non-linear distortion as a commonly used tube power amplifier.

Description

Die Erfindung betrifft eine transistorisierte Endstufenschaltung zur Nachbildung eines von einem Röhrenverstärker erzeugten Klangbildes, insbesondere bei Elektrogitarren.The invention relates to a transistorized output stage circuit for simulating one of a tube amplifier generated sound, especially with electric guitars.

Zur Nachbildung eines von einem Röhrenverstärker erzeugbaren verzerrten Klangbildes ist es bereits bekannt, einen Transistorverstärker in Kombination mil einem Röhrenvorverstärker zu verwenden, der eine Überlastungsbeiriebsart hat, in der er den Transistorverstärker ohne Überlastung speist (DE-OS 27 36 575). Dabei durchläuft das Signal eines Tonabnehmers 1 (Fig. 1) einen Vorverstärker 2 und einen Klangfilter 3. Es wird über eine Einrichtung 4 mit einstellbarer Verstärkung einer Stufe 5 zugeführt, die bei hoher Verstärkung der Einrichtung 4 das Signal amplitudenbegrenzt. Die Stufe 5 ist entweder eine Vcrslärkcrstufc, die überstcucrl wird, oder enthält zur Signalbegrcnzung zweiTo simulate a distorted sound image that can be generated by a tube amplifier, it is already known to use a transistor amplifier in combination with a tube preamplifier, which is a Overload mode in which he has the transistor amplifier feeds without overload (DE-OS 27 36 575). The signal from a pickup 1 passes through it (Fig. 1) a preamplifier 2 and a sound filter 3. It is fed to a stage 5 via a device 4 with an adjustable gain, which is at high gain the device 4 limits the signal amplitude. Level 5 is either a Vcrslärkcrstufc, which overrides or contains two to limit the signal

ίο antiparallel geschaltete Dioden. Das ampliludenbegrcnztc Signal 6 wird einem Leistungsverstärker 7 zugeführt, dessen Verstärkung einstellbar ist, und gelangt auf einen Lautsprecher 8.ίο anti-parallel connected diodes. The amplitude-limited Signal 6 is fed to a power amplifier 7, the gain of which is adjustable, and arrives on a loudspeaker 8.

Dabei wird als nachteilig angesehen, daß die an der Schnittstelle Röhrenendstufe-Lautsprecher entstehenden linearen und nichtlinearen Verzerrungen nicht oder nur so ungenügend nachgebildet werden, daß sie bei Hörtests klanglich nicht befriedigen. Insbesondere besteht bei einer derartigen Endstufenschaltung die Schwierigkeit, daß lineare und nichtiineare Verzerrungen nur in getrennten, voneinander entkoppelten Stufen erzeugt werden können, und daß die lineare Verzerrung, die bei einem Röhrenverstärker wegen der frequenzabhängigen Lautsprecherimpedanz entsteht, nur dann ohne weiteres in der Klangfilterstufe vorgenommen werden kann, solange der Verstärker nicht übersteuert wird, also für kleine Eingangssignale und/oder eine kleine Verstärkung.It is considered to be disadvantageous that the tube output stage loudspeakers produced at the interface linear and non-linear distortions are not or only insufficiently reproduced that they are at Listening tests are not satisfactory in terms of sound. In particular, there is such an output stage circuit Difficulty that linear and non-linear distortions only occur in separate, decoupled stages can be generated, and that the linear distortion that occurs in a tube amplifier because of the frequency-dependent Loudspeaker impedance arises, only then easily made in the sound filter stage as long as the amplifier is not overdriven, i.e. for small input signals and / or a little reinforcement.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Endstufen-It is therefore the object of the invention to provide an output stage

jo schaltung der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung von Schwierigkeiten der genannten Art derart auszubilden, daß eine verbesserte Nachbildung eines von einem Röhrenverstärker erzeugten verzerrten Klangbildes erzielt werden kann.jo circuit of the type mentioned under as possible largely avoiding difficulties of the type mentioned in such a way that an improved Reproduction of a distorted sound image generated by a tube amplifier can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt deshalb die Erkenntnis zugrunde, daß die nichtlinear/linear verzerrende Schnittstelle Endstufe — Lautsprecher eines Röhrenverstärkers in einem nichtlinear/linear verzerrenden Vierpol nachgebildet werden kann.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1. Advantageous further developments of the invention are the subject matter of the subclaims.
The invention is therefore based on the knowledge that the non-linear / linearly distorting interface output stage - loudspeaker of a tube amplifier can be simulated in a non-linear / linearly distorting quadrupole.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigtThe invention is to be explained in more detail, for example, with the aid of the drawing. It shows

F i g. 1 ein Blockschaltbild der eingangs beschriebenen bekannten transistorisierten Endstufenschaltung,F i g. 1 is a block diagram of the known transistorized output stage circuit described at the beginning,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer transistorisierten Endstufenschaltung gemäß der Erfindung;F i g. FIG. 2 shows a block diagram of an exemplary embodiment of a transistorized output stage circuit according to FIG Invention;

Fig.3 und 4 Knickkcnnlinien der beiden nichtlinearcn Glieder in F i g. 2; undFig. 3 and 4 kink lines of the two non-linear Links in Fig. 2; and

Fig. 5 und 6 Übcrtragungskennlinien der Schaltung in F i g. 2.5 and 6 transfer characteristics of the circuit in Fig. 2.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Allsführungsbeispiel ist beispielsweise eine an sich bekannte Transistorentl· stufe als Leistungverstärker 9 mit niedrigem Innenwiderstand vorgesehen. Ferner ist eine Stromgegenkopplung über Widerstände 11, 12 vorgesehen, so daß die Transistorendstufe für den Lautsprecher 10 wie einä Endstufe mit hohem Innenwiderstand wirkt, der etwa 2 bis 1000 Ohm betragen kann.In the general example shown in FIG is, for example, a transistor discharge stage known per se as a power amplifier 9 with a low internal resistance intended. Furthermore, a current negative feedback via resistors 11, 12 is provided so that the Transistor output stage for loudspeaker 10 acts like an output stage with high internal resistance, which is about the 2nd can be up to 1000 ohms.

Gemäß der Erfindung sind außer der über den Lautsprecher 10 verlaufenden Stromgegenkopplung 11, Yi According to the invention, in addition to the current negative feedback 11, Yi

b5 zur Erhöhung des Innen- beziehungsweise Ausgangswiderstands zwei voneinander getrennte nichtlineare Gd,-genkopplungsschleifen 16, 13, 14, 15 und 16, 13, 17, 111, 19, 20 vorgesehen, die über ein den beiden Gegenkoßp"-b5 to increase the internal or output resistance two separate non-linear Gd, gene coupling loops 16, 13, 14, 15 and 16, 13, 17, 111, 19, 20 provided, which are connected to the two Gegenkoßp "-

lungsschleifen gemeinsames Klangfifter 16 und ein die Verstärkung beeinflussendes Stellglied 13 mit dem Ausgang der Endstufe direkt verbunden sind. Die eine Gegenkopplungsschleife enthält ein nichtlineares Glied 14 mit einer Knickkennlinie mit einer toien Zone, wie in F i g. 3 dargestellt ist. sowie einen Widerstand 15. Die Alisgangsspannung LA,j des nichtlinearen Glieds 14 ist Null, solange der Betrag der Eingangsspannung U₁-1 kleiner als eine Schwellenspannung Us ist. Für diesen Fall ist die nichtlineare Gegenkopplung wirkungslos. Wird \υ_ί3\>υ_Ά entsteht über dem Widerstand 15 ein Gegenkopplungsstrom, der die Spannung vom Leistungsverstärker 9 begrenzt Die in F i g. 3 dargestellte Knickverrundung 21 kann zum Erreichen besonderer Klangeffekte einstellbar sein. Über das Klangfilter 16 kann das Ansprechen der nichtlinearen Gegenkopplung fre^uenzabhängig gemacht werden. Durch das Stellglied 13 kann die maximale Ausgangsspann»ng des Leistungsverstärkers 9 und damit die Lautstärke des amplitudenbegrenzten Signals kontinuierlich eingestellt werden. lungsschleifen common Klangfifter 16 and a gain influencing actuator 13 are directly connected to the output of the output stage. One negative feedback loop contains a non-linear element 14 with a kink characteristic with a tien zone, as in FIG. 3 is shown. and a resistor 15. The output voltage LA, j of the non-linear element 14 is zero as long as the amount of the input voltage U ₁ -1 is less than a threshold voltage Us . In this case, the non-linear negative feedback has no effect. If \ υ _ί3 \> υ _Ά , a negative feedback current arises across resistor 15, which limits the voltage from power amplifier 9. 3 can be adjusted to achieve special sound effects. The response of the non-linear negative feedback can be made frequency-dependent via the sound filter 16. The maximum output voltage of the power amplifier 9 and thus the volume of the amplitude-limited signal can be continuously adjusted by the actuator 13.

Die andere Gegenkopplungsschleife enthält ein nichtlineares Glied 17 mit einer einseitigen Knickkennlinic der in Fig.4 dargestellten Art, sowie Widerstände 18, 20, an deren Verbindungsstelle ein Kondensator 19 angeschlossen ist, der zur Speicherung eines Gleichspannungsmittelwerts dientThe other negative feedback loop contains a non-linear element 17 with a one-sided buckling characteristic of the type shown in Figure 4, as well as resistors 18, 20, at the junction of which a capacitor 19 is connected, which is used to store a DC voltage mean value serves

Eine weitere Besonderheit von Röhrenendstufen besteht darin, daß sie die Ausgangsspannung unsymmetrisch begrenzen, was zu einem höheren Anteil gradzahliger Harmonischer im Ausgangssignal führt. Dabei genügt es nicht, eine unsymmetrische Übertragungskennlinie der Schaltung in F i g. 2 entsprechend F i g. 5 zu realisieren, da diese bei sehr starker Übersteuerung doch wieder praktisch symmetrische Ausgangssignale 22 liefert, die lediglich einen zusätzlichen Gleichspannungsanteil aufweisen. Zur Nachbildung des Verhaltens von Röhrenendstufen muß eine Übertragungskennlinie verwendet werden, die für kleine Eingangsspannungen symmetrisch ist und mit steigender Eingangsamplitude zunehmend in Richtung des Pfeils 23 in F i g. 6 verschoben wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß auch bei sehr starker Übersteuerung noch ein unsymmetrisches Ausgangssignal 24 mil einem von I : 1 abweichenden Tastverhältnis entsteht, das starke grad/.ahlige Harmonische enthält. Diese Kennlinienverschicbung wird bei der Schaltung in F i g. 2 dadurch erreicht, daß über eine einseitige Knickkcnnlinie (F ig. 4) des nichtlinearen Glieds 17 ein Signal U₁₁A mit einem Glcichspannungsanteil gewonnen wird, aus dem die Wechsclspannungsanteile über den Widerstand 18 und den Kondensator 19 ausgefiltert werden, so daß am Kondensator 19 nur eine signalabhängige Gleichspannung liegt, die über den Widerstand 20 auf den Leistungsverstärker 9 gegeben wird und die Kennlinie in der gewünschten Weise verschiebt, so daß über den Widerstand 20 ein Gegenkopplungsstrom entsteht, der die Übertragungskennlinie in der in F i g. 6 gezeigten Art verschiebt. Another special feature of tube power amplifiers is that they limit the output voltage asymmetrically, which leads to a higher proportion of even harmonics in the output signal. It is not sufficient to have an asymmetrical transfer characteristic of the circuit in FIG. 2 according to FIG. 5, since this again delivers practically symmetrical output signals 22 which only have an additional direct voltage component in the event of very strong overload. To simulate the behavior of tube output stages, a transfer characteristic must be used which is symmetrical for small input voltages and which increases with increasing input amplitude in the direction of arrow 23 in FIG. 6 is moved. This measure ensures that an asymmetrical output signal 24 with a pulse duty factor deviating from 1: 1, which contains strong degrees and several harmonics, is produced even with very strong overdriving. This shift in characteristics is shown in the circuit in FIG. 2 is achieved in that a signal U ₁₁ A with a DC voltage component is obtained via a one-sided kink line (Fig. 4) of the non-linear element 17, from which the AC voltage components are filtered out via the resistor 18 and the capacitor 19, so that the capacitor 19 only a signal-dependent DC voltage is present, which is applied to the power amplifier 9 via the resistor 20 and shifts the characteristic curve in the desired manner, so that a negative feedback current is generated via the resistor 20, which changes the transfer characteristic in the form shown in FIG. 6 moves.

Durch die Erzeugung eines hohen Endstufeninnenwiderstands in Verbindung mit zwei nichtlinearen Gegenkopplungsschleifen wird ein Verhalten erreicht, das sich mathematisch zwar immer noch geringfügig von dem tatsächlichen Vt-'t-halten einer Röhrcncndsliife unterscheidet, das abe^r gehörmäßig nicht mehr von diesem zu unterscheiden istBy generating a high power amplifier internal resistance in conjunction with two non-linear feedback loops behavior is achieved, the mathematically although still slightly different from the actual Vt 't-keep a Röhrcncndsliife that ^r not abe by ear is to distinguish more of this

F.inc weitere Möglichkeit besteht darin, die am Laut· Sprecher 10 entstehende Spannung zur Ansteuerung eines weiteren Vu'i'Märkcrs zu verwenden. Anstelle des Lautsprechers kann dann ein elektrischer Zweipol vorgesehen werden, dessen Impedanz der Impedanz des Lautsprechers entsprichtF.inc another possibility is to use the sound Speaker 10 to use the resulting voltage to control a further Vu'i'Märkcr. Instead of Loudspeaker can then be provided with an electrical two-terminal network, the impedance of which is the impedance of the Loudspeaker corresponds

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Transistorized output stage circuit for simulation a sound created by a tube amplifier, especially with Elcklrogitarrcn, characterized in that besides one over the loudspeaker (10) running current coupling (11, 12) to increase the internal or Output contradicts two separate non-linear gear coupling loops are provided, which via a sound filter common to the two negative feedback loops

(16) and an actuator (13) influencing the gain are directly connected to the output of the output stage are.

2. Transistorized output stage circuit according to claim 1, characterized in that in the one Negative feedback loop (16, 13, 14, 15) the non-linear element (14) has a kink characteristic curve with a dead one Zone has, and that the other negative feedback loop (16, 13, 17, 18, 19, 20) is a non-linear Has member (17) with a one-sided buckling characteristic.

3. Transistorized output stage circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the Internal resistance of the output stage is between 2 ohms and 1000 ohms.

4. Transistorized final circuit according to claim 2 or 3, characterized in that the buckling voltage (U ',) of a non-linear element

(17) corresponds to the buckling voltage (+ Us) of the other non-linear element (14).

5. Transistorized output stage circuit according to one of the preceding claims, characterized in that that the maximum output voltage through the actuator (13) over a wide range is adjustable, so that the maximum power that can be delivered to the loudspeaker (10) is in the range between 0.01 W and 400 W.

6. Transistorized output stage circuit according to one of the preceding claims, characterized in that that the voltage generated at the loudspeaker (10) to control another Amplifier is used.

7. Transistorized output stage circuit according to claim 6, characterized in that instead of the Loudspeaker (10) an electrical two-terminal pole is provided, the impedance of which is the impedance of the loudspeaker (10) corresponds.

8. Transistorized final stage sound according to claim 7, characterized in that the impedance of the polarity is 50-500 H /. at least one has resonance-like maximum and / or in the frequency range between 1000 Hz and 10,000 Hz increases.