DE611652C - Verfahren zur Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen - Google Patents

Verfahren zur Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen

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DE611652C
DE611652C DES110118D DES0110118D DE611652C DE 611652 C DE611652 C DE 611652C DE S110118 D DES110118 D DE S110118D DE S0110118 D DES0110118 D DE S0110118D DE 611652 C DE611652 C DE 611652C
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frequency
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DES110118D
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/34Negative-feedback-circuit arrangements with or without positive feedback
    • H03F1/36Negative-feedback-circuit arrangements with or without positive feedback in discharge-tube amplifiers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

  • Verfahren zur Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen Zur Aufhebung von Verzerrungen, die in Systemen mit gekrümmten Kennlinien entstehen, sind bereits verschiedene Verfahren bekanntgeworden. Diese Verfahren gestatten jedoch nicht oder nur unter sehr großem Aufwand, eine vollkommene Linearisierung über einen großen Amplitudenbereich zu erzielen. Bei der Gegentaktschaltung ist es beispielsweise nur möglich, die geradzahligen Harmonischen zu beseitigen. Bei den Linearisierungsschaltungen, die eine negative Rückkopplung zur Aufhebung der Verzerrungen verwenden, tritt eine beträchtliche Herabsetzung des Verstärkungsgrades ein, und zwar wird eine vollkommene Linearisierung theoretisch erst beim Verstärkungsfaktor t erreicht. Die Linearisierungsschaltungen, bei denen Systeme mit entgegengesetzt gekrümmter Kennlinie in Kaskade geschaltet werden, gestatten zwar theoretisch eine vollkommene Linearisierung, jedoch ist es- praktisch nicht möglich, die erforderlichen Kennlinienformen über genügend große Amplitudenbereiche herzustellen. -Die erwähnten Nachteile lassen sich durch die Linearisierungsschaltung gemäß der Erfindung beseitigen. Diese gibt die Möglichkeit, innerhalb eines großen Amplitudenbereiches die Linearität genau einzuhalten. Eine wesentliche Verminderung des Verstärkungsgrades tritt nicht ein. Gemäß der Erfindung wird dem zu linearisierenden System eine Steuerfrequenz überlagert, die oberhalb des zu übertragenden Nutzfrequenzbereiches liegt und eine sehr kleine Amplitude aufweist. Der jeweilige Übertragungsfaktor dieser Steuerfrequenz durch das nichtlineare System- entspricht der Steilheit des Systems und kann zur Steuerung von Kompensationsmitteln benutzt werden.
  • Der Grundgedanke der Erfindung sei im folgenden für die Linearisierung-eines Nieder-. frequenzverstärkers erläutert. Es sei zunächst angenommen, daß der Niederfrequenzverstärker mit einem rein Ohmschen Widerstand belastet ist, so daß die Anpassung für sämtliche Frequenzen dieselbe ist. Dem niederfrequenten Vorgang wird im Eingang eine kleine stationäre Hochfrequenzspannung überlagert. Die Frequenz dieser Steuerspannungwird so gewählt, daß diese groß gegenüber der höchsten Frequenz des Niederfrequenzbandes ist und die hochfrequenten Einschwingvorgänge gegenüber der Schwingungsdauer der kürzesten Niederfrequenzschwingung vernachlässigt werden können. Die Amplitude der Steuerfrequenz wird so gewählt, daß sie klein gegenüber der Kennlinienkrümmung ist und die Kennlinie an jeder beliebigen Stelle für die Hochfrequenzschwingung als geradlinig angesehen werden kann. Der Arbeitspunkt für die Übertragung der Hochfrequenzschwingung wird, wie aus Fig. r ersichtlich ist, im Takte der Niederfrequenz ständig hin und her geschoben. In Fig. i ist die Anodenstromgitterspannungskennlinie mit h bezeichnet. Der Arbeitspunkt A für die Niederfrequenzschwingungen a, b, c, d, e wird durch die Gittervorspannung e, bestimmt. Die Vorspannung für die Hochfrequenz setzt sich zusammen aus der konstanten Vorspannung e" und dem Momentanwert der dem Eingang zugeführten niederfrequenten Steuerspannung. Der Arbeitspunkt pendelt infolgedessen zwischen den Punkten A' und A" hin und her. In der gleichen Weise schwankt der Verstärkungsgrad für die Steuerfrequenz. Wird beispielsweise in dem Zeitmoment b die niederfrequente Eingangsschwingung mit der größten Steilheit übertragen, so daß der entsprechende Momentanwert des Anodenstromes über den der Eingangsspannung proportionalen Wert hinausgeht, so ist der Verstärkungsfaktor für die Steuerfrequenz am größten, während in dem Zeitmoment d, wo die entgegengesetzte Verzerrung der Niederfrequenzschwingung stattfindet, die Steuerfrequenz die geringste Verstärkung erfährt. Der Verstärkungsgrad der Steuerfrequenz ist also in jedem Augenblick ein Maß für die Steilheit der Arbeitskennlinie und damit für die jeweils auftretenden nichtlinearen Verzerrungen. Wird die Steuerfrequenz dem Verstärker mit konstanter Amplitude zugeführt, so kann die Ausgangsamplitude der Steuerfrequenz direkt als Maß für die jeweilige Steilheit benutzt werden.
  • Nachdem auf diese Weise ein eindeutiges Kriterium für die jeweilig vorhandene Steilheit der Arbeitskennl.inie geschaffen ist, kann die eigentliche Linearisierung mit Hilfe an sich bekannter Mittel vorgenommen werden. So ist es beispielsweise möglich, die Ausgangsamplitude der Steuerfrequenz über einen Gleichrichter dem Steuergitter oder einem besonderen Gitter des zu linearisierenden Verstärkers zur Regelung zuzuführen. Der Sinn dieser Regelung wäre so zu wählen, daß bei positiven Eingangsspannungen, für die die Übertragung in Gebieten größerer Steilheit vonstatten geht, der Arbeitspunkt ins Negative verlagert wird. Andere Mittel zur Kompensation bestehen darin, daß durch die gleichgerichtete Steuerspannung Widerstandselemente gesteuert werden, die parallel oder in Reihe zu dem zu entzerrenden System liegen. Außer den genannten Beispielen können auch alle anderen bekannten Mittel zur Anwendung kommen, bei denen es möglich ist, durch die Steuerspannung eine Verzerrung herbeizuführen, die der des zu linearisierenden Systems entgegengesetzt ist.
  • Es ist für den Kompensationsvorgang von Wichtigkeit, daß die dynamische Kennlinie des zu linearisierenden Systems für .die Steuerfrequenz die gleiche ist wie für die zu übertragenden Nutzfrequenzen, was durch geeignete Bemessung der Kopplungs- und Belastungswiderstände erreicht werden kann. Außerdem ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß für sämtliche Frequenzen des zu übertragenden Bandes die Verstärkung die gleiche ist, damit die Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen für alle Frequenzen in der gleichen Weise erfolgt. Läßt sich eine frequenzunabhängige Übertragung innerhalb des gesamten Nutzfrequenzbereiches nicht durchführen, so sind die Anpassungen für die Nutzfrequenz und für die Steuerfrequenz so zu wählen, daß die Kompensationswirkung für diejenigen Frequenzen auftritt, für die die nichtlinearen Verzerrungen am größten sind.
  • Handelt es sich um einen Verstärker, bei dem mit Rücksicht auf die angeschlossenen Stromkreise eine gewisse Frequenzabhängigkeit erwünscht ist, so ist es für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens zweckmäßig, den Verstärker selbst frequenzunabhängig auszubilden und die gewünschte Frequenzabhängigkeit durch zusätzliche Mittel vor oder hinter dem Verstärker herbeizuführen.
  • In Fig. z ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens dargestellt. h zeigt die Endröhre eines Verstärkers, der mit dem Scheinwiderstand B belastet ist. Der Anschluß der Belastung erfolgt über das Kopplungsnetzwerk N. Der Anodengleichstrom der Verstärkerröhre wird über den Widerstand R2 zugeführt. Zur Ankopplung des Netzwerkes N an die Verstärkerröhre h dient der Kondensator C3. Die zu verstärkende Eingangsspannung E wird dem Verstärker über den Transformator T zugeführt. Gemäß der Erfindung ist eine Stromquelle St für die Steuerfrequenz vorgesehen und über die Blockierungskondensatoren C1 und C2 an den Eingangskreis der Verstärkerröhre angeschlossen. Umfür die Steuerfrequenz die gleiche Anpassung herbeizuführen. wie für das zu übertragende Niederfrequenzband, ist mit dem Netzwerk N eine Zusatzschaltung in Reihe gelegt, die aus der Induktivität L1, dem Kondensator C und dem Dämpfungswiderstand R besteht. Diese Zusatzschaltung . ist so bemessen, daß sie gleichzeitig die hochfrequente Verstärkung in solcher Größe festlegt, daß die Hochfrequenzamplituden einerseits bezüglich der Kennlinienkrümmung klein bleiben, andererseits im Ausgang ausreichen, um die Kompensationseinrichtungen zu steuern.
  • über die Kopplung L1, L2 wird der Gleichrichter GZ mit der hochfrequenten Ausgangsspannung gespeist, so daß an dem Widerstand R1 einer der Ausgangsamplitude der Steuerfrequenz proportionale Spannung vorbanden ist. Ein regelbarer Teil des Widerstandes R1, der für die Niederfrequenz klein gegen die Impedanz der Kapazitäten C1 und C2 ist, liegt in Reihe mit der Sekundärwicklung des Eingangstransformators T im Eingangskreis der Verstärkerröhre. Auf diese Weise ist es möglich, den Arbeitspunkt der Verstärkerröhre in Abhängigkeit von der für die Übertragung der Momentanwerte der zu verstärkenden Niederfrequenzschwingung maßgebenden Steilheit derart zu steuern, daß die durch die Steilheitsänderungen herbeigeführten Verzerrungen kompensiert werden. Der Steuerkreis ist so auszubilden, daß die Regelung niederfrequenzmäßig trägheitslos erfolgt.
  • An Stelle der Beeinflussung des Eingangskreises der Endröhre kann auch im Rahmen der Erfindung der Eingangskreis einer Vorröhre in- Abhängigkeit von der Steilheit der Endröhre gesteuert werden, sofern die Arbeitskennlinie der Vorröhre genügend linear verläuft. Diese Art der Steuerung hätte den Vorteil, daß kleine Steuerimpulse ausreichen.
  • Wie schon erwähnt, sind die verschiedensten bekannten Mittel für die Durchführung der Kompensation brauchbar. An Hand der Fig. 2 seien einige Beispiele erwähnt. Die an dem Widerstand R1 abgreifbaren Gleichspannungsschwankungen könnten zur Beeinflussung der Vorspannung einer besonderen Kompensationsröhre dienen, deren Kathoden-Anodenstrecke als veränderlicher Widerstand parallel zum Eingang oder zur Belastung der Verstärkerröhre V geschaltet ist. Bei entgegengesetzter Beeinflussung der Vorspannung dieser Kompensationsröhre könnte ihre Kathoden-Anodenstrecke auch in Reihe mit dem Eingang oder mit der Belastung eingeschaltet werden.
  • Als weiteres Mittel zur Durchführung der Kompensation sei die Beeinflussung eines Kopplungswiderstandes innerhalb der Verstärkerschaltung in Abhängigkeit von der Steuerfrequenz erwähnt. Beispielsweise könnte durch Änderung der Gleichstromvormagnetisierung der Wechselstromwiderstand einer Drosselspule gesteuert werden.
  • Für die Erzeugung der Steuerfrequenz ist in dem in Fig.2 dargestellten Beispiel eine besondere Stromquelle vorgesehen. Es kann jedoch auch die zu entzerrende Verstärkerröhre selbst zur Erzeugung der Steuerfrequenz durch Rückkopplung benutzt werden, wenn dafür gesorgt wird, daß die Rückkopplung von der Vorspannung am Steuergitter unabhängig gemacht wird. Dies könnte beispielsweise dadurch geschehen, daß die Rückkopplung des Anodenkreises auf ein besonderes Gitter und nicht auf das Steuergitter vorgenommen wird. In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens dargestellt, bei dem die Regelung derart erfolgt, daß sie von Amplitudenschwankungen der zugeführten Steuerfrequenz unabhängig ist. Das zu entzerrende Übertragungssystem S ist in ganz allgemeiner Form als Achtpol dargestellt. Die zu übertragenden Nutzfrequenzen werden bei E zugeführt. Die Belastung ist mit B bezeichnet. Außer den zu übertragenden Nutzfrequenzen wird dem System gemäß der Erfindung eine Steuerfrequenz von der Stromquelle St zugeführt. Zur Ausführung des Regelvorganges dient eine besondere Steuerröhre SR, die mit zwei Gitter versehen ist. Dem einen Gitter G2 wird die im Ausgangskreis des Übertragungssystems vorhandene Steuerfrequenz über den Gleichrichter G12 unter Zwischenschaltung zweier Spannungsteiler P1 und P2 zugeführt. Das andere Gitter G1 ist über den Gleichrichter Gli an die Stromquelle für die Steuerfrequenz angeschlossen. Im Anodenkreis der Doppelgitterröhre liegt eine Regelwiderstandsanordnung RW. Der an dieser auftretende Spannungsanfall wird in irgendeiner an sich bekannten Weise zur Steuetung der Mittel, die eine Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen herbeiführen soll, benutzt. Die Potentiometer P1 und P2 dienen dazu, die Regelung allein vom Verstärkungsmaß der Steuerfrequenz abhängig zu machen. Sind z. B. die Kennlinien von Gll und G12 gleich, so wird mittels Pi die Steuerfrequenzamplitude an Gl. für die gewollte Verstärkung im System S .gleich der an Gh gemacht. In analoger Weise wird durch das Potentiometer P2, das auch vor dem Gitter G1 liegen kann, der Verschiedenheit der Anodenstrombeeinflussung von G1 und G2 Rechnung getragen.
  • Durch geeignete Bemessung der einzelnen Schaltelemente kann erreicht werden, daß Schwankungen in der Amplitude der dem Gitter G1 zugeführten Steuerfrequenz, die naturgemäß entsprechende Schwankungen auf der Ausgangsseite des Übertragungssystems und damit am Gitter G2 zur Folge haben, den Anodenstrom der Steuerröhre nicht beeinflussen. Es ist also für die Durchführung des Regelvorganges nicht erforderlich, Amplitude und Phase der dem System zugeführten Steuerfrequenz genau konstant zu halten. Eine Regelwirkung wird erst herbeigeführt, wenn sich der Quotient zwischen der dem System zugeführten und der im Ausgang des Systems vorhandenen Spannung ändert. Die Änderung dieses Quotienten ist unmittelbar ein Maß für die Steilheitsänderung der dynamischen Kennlinie des Übertragungssystems.
  • Die achtpolige Darstellung des Übertragungssystems S ist nur der Übersichtlichkeit wegen gewählt worden. Es ist selbstverständlich möglich, die Zu- und Abführung der Steuerfrequenz auch an anderer Stelle vorzunehmen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Kompensation der in Systemen mit krummer Arbeitskennlinie entstehencjen nichtlinearen Verzerrungen, dadurch gekennzeichnet, daß dem System eine zusätzliche gegenüber dem zu übertragenden Nutzfrequenzband hohe Steuerfrequenz mit in bezug auf die I<ennlinienkrümmung kleiner Amplitude überlagert wird, und daß der der Steilheit der Arbeitskennlinie jeweils proportionale Verstärkungsgrad der Steuerfrequenz oder bei konstanter Eingangsamplitude der Steuerfrequenz deren Ausgangsamplitude dazu benutzt wird, Mittel zur Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen zu steuern. z. Verfahren zur Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen in Schaltungen mit Verstärkern, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfrequenz nach erfolgter Gleichrichtung die Gittervorspannung des zu linearisierenden Verstärkers beeinflußt. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfrequenz nach erfolgter Gleichrichtung den Widerstand von parallel oder in Reihe mit dem zu linearisierenden System liegenden Schaltelementen (z. B. Elektronenröhren) steuert. q.. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß . durch zusätzliche Schaltmittel der dynamischen Kennlinie für die Steuerfrequenz derselbe Verlauf gegeben wird wie für die zu übertragenden Nutzfrequenzen. 5. Verfahren zur Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen in Schaltungen mit Verstärkern nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerfrequenz in dem zu linearisierenden Verstärker durch Rückkopplung, vorzugsweise über ein nur der Rückkopplung dienendes Gitter, erzeugt wird. 6. Verfahren nach Anspruch r; dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Kompensation der nichtlinearen Verzerrungen durch den Spannungsabfall an einem Widerstand im Anodenkreis einer Doppelgitterröhre gesteuert werden, deren einem Gitter die dem zu linearisierenden System zugeführten Steuerfrequenzamplituden und deren anderem Gitter die dem Ausgang des zu linearisierenden Systems entnommenen Steuerfrequenzamplituden in solcher Größe und Phase, gegebenenfalls über Gleichrichter, zugeführt werden, daß eine Änderung der Größe .der dem System zugeführten Steuerfrequenzamplituden keine Änderung des Anodenstromes der Doppelgitterröhre bewirkt.
DES110118D 1933-07-11 1933-07-12 Verfahren zur Kompensation von nichtlinearen Verzerrungen Expired DE611652C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE965701C (de) * 1953-09-23 1957-06-13 Deutsche Bundespost Verfahren zur Linearisierung von bedienungslosen Verstaerkern fuer Vielkanalanlagen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE965701C (de) * 1953-09-23 1957-06-13 Deutsche Bundespost Verfahren zur Linearisierung von bedienungslosen Verstaerkern fuer Vielkanalanlagen

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