DE649951C

DE649951C - Circuit for regulating the dynamics in low frequency transmission systems

Info

Publication number: DE649951C
Application number: DET42481D
Authority: DE
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1933-05-03
Filing date: 1933-05-03
Publication date: 1937-09-08

Description

Schaltung zur Regelung der Dynamik in Niederfrequenziibertragungsanlagen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur selbsttätigen Dynamikregelung unter Verwendung von Elektronenröhren mit fünf oder mehr Elektroden in Niederfrequenzübertragungsanlagen.Circuit for regulating the dynamics in low-frequency transmission systems The present invention relates to a circuit for automatic dynamic control using electron tubes with five or more electrodes in low frequency transmission systems.

Die Notwendigkeit einer Verstärkungsregelung besteht an verschiedenen Stellen. Bekannt ist beispielsweise die Verstärkungsregelung bei Empfangsgeräten, welche trotz veränderlicher Eingangsspannung eine konstante Lautstärke liefern sollen. Aus anderen Gründen ist eine Lautstärkeregelung z. B. bei der Schallplattenaufnahme, der Lichttonaufzeichnung und bei der Senderaussfieuerung erforderlich. Die Lautstärke einer Orchesterdarbietung schwankt etwa in den Grenzen i : iooo. Bei der Schallplattenaufnahme ist eine untere Lautstärkegrenze, welche nicht unterschritten werden darf, durch das Nadelgeräusch gegeben. Die obere Grenze ist durch den Rillenabstand festgelegt. Auf diese Weise ist man nur in der Lage, ein Lautstärkeverhältnis von etwa i : 50 zum Ausdruck bringen zu können. Es ist infolgedessen notwendig, das natürliche Lautstärkeverhültnis zwischen den leisesten und den lautesten Stellen (die sogenannte Dynamik) von etwa i : iooo zu reduzieren auf etwa i : 5o. Wenn man annimmt, daß eine mittlere Amplitude von der Regelung nicht beeinflußt werden soll, müssen leise Stellen verhältnismäßig mehr verstärkt und laute Stellen geschwächt werden. Ähnlich liegen die Verhältnisse beispielsweise bei der Aussteuerung eines Rundfunksenders; der Modulationsgrad soll bei leisen Stellen mit Rücksicht auf die Störgeräusche im Empfänger und aus der Atmosphäre nicht zu klein sein, und andererseits muß jede Gbersteuerung wegen der damit verbundenen Verzerrung sorgfältig vermieden werden.The need for gain control exists in various places. For example, the gain control in receiving devices is known, which should deliver a constant volume despite a variable input voltage. For other reasons, a volume control is e.g. B. required for the record recording, the optical sound recording and the Senderaussfieuerung. The volume of an orchestral performance fluctuates roughly within the limits i: iooo. When recording a record, a lower volume limit, which must not be exceeded, is given by the needle noise. The upper limit is determined by the groove spacing. In this way you are only able to express a volume ratio of about i: 50. As a result, it is necessary to reduce the natural volume ratio between the softest and loudest parts (the so-called dynamics) from about i: iooo to about i: 5o. If it is assumed that a mean amplitude should not be influenced by the regulation, then quiet parts must be amplified relatively more and loud parts must be weakened. The situation is similar, for example, when controlling a radio station; The degree of modulation should not be too small in quiet places, taking into account the background noise in the receiver and from the atmosphere, and on the other hand any Gber control must be carefully avoided because of the associated distortion.

Die Regelung der Verstärkung erfolgte bisher hauptsächlich in Verstärkerstufen mit für diesen Zweck besonders geeigneten Exponentialröhren, d. h. Röhren, deren Kennlinie gemäß Abb, i einen angenähert negativlogarithmischen Verlauf aufweist und weit in das Gebiet negativer Gittervorspannung hineingezogen ist. Die Regelung erfolgt in bekannter Weise durch Verminderung der Vorspannung des Steuergitters. Bei diesem Verfahren werden zwei Nachteile offenbar. Erstens tritt eine starke Schwankung des mittleren Anodenstromes J. auf, wie aus der Abb. i unmittelbar hervorgeht. Jmi ist der mittlere Anodenstrom bei kleinen Gittervorspannungen und hoher Verstärkung, während J",2 einem Arbeitspunkt mit großer Gittervorspannung und geringer Steilheit entspricht. Zweitens ist eine verhältnismäßig große Regelspannung notwendig, um den ganzen Steilheitsbereich überstreichen zu können. .Up to now, the gain has mainly been regulated in amplifier stages with exponential tubes particularly suitable for this purpose, d. H. Tubes whose Characteristic curve according to Fig, i has an approximately negative logarithmic course and is drawn far into the area of negative grid bias. The regulation takes place in a known manner by reducing the bias of the control grid. There are two drawbacks to this method. First, there is a large fluctuation of the mean anode current J., as can be seen directly from Fig. i. Jmi is the mean anode current at low grid biases and high gain, while J ″, 2 is an operating point with high grid bias and low slope is equivalent to. Second, a relatively large control voltage is necessary to to be able to sweep over the entire steepness range. .

Es ist bereits bekannt, zum Zwecke des Schwundausgleichs im Hochfrequenz- oder Zwischenfrequenzteil Mehrgitterröhren zu benutzen. Zwischen Regelschaltungen für Hochfrequenz und Regelschaltungen für -Niederfrequenz bestehen aber grundsätzliche Unterschiede. Die bisher üblichen Exponentiälröhren haben den Nachteil, daß auch bei verhältnismäßig kleinen Amplituden kruininlinige Teile der Charakteristik ausgesteuert werden müssen, was zu nichtlinearen Verzerrungen führt. Solche nichtlinearen Verzerrungen spielen bei Hoch- und Zwischenfrequenzschaltungen überhaupt keine Rolle, da durch die Abstimmung auf die allein zu übertragende Frequenz die auftretenden höheren Harmonischen vom Übertragungsweg ferngehalten werden. Mit Rücksicht auf den Klirrfaktor besteht daher bei Hochfrequenzschaltu,ngen keine \,-eranlassung, statt der üblichen Exponentialröhren eine Mehrgitterröhre zu nehmen.It is already known that for the purpose of compensating for shrinkage in high-frequency or To use intermediate frequency part of multi-grid tubes. Between Control circuits for high frequency and control circuits for low frequency exist but fundamental differences. The previously common exponential tubes have the Disadvantage that even with relatively small amplitudes, parts of the crude line Characteristic must be controlled, which leads to non-linear distortion. Such non-linear distortions play a role in high and intermediate frequency circuits It does not matter at all, because it is tuned to the frequency to be transmitted alone the occurring higher harmonics are kept away from the transmission path. With Consideration of the harmonic distortion is therefore no reason for high-frequency switching, to use a multigrid tube instead of the usual exponential tubes.

Demgegenüber hat bei Niederfrequenz die ehrgitterröhre den Vorteil, daß eine Steilheitsänderung durch Kennlinienkippung herbeigeführt «-erden kann. Die Kennlinien verlaufen im wesentlichen geradlinig, so daß auch für große Amplituden eine verzerrungsfreie Verstärkung durchführbar ist. Die Regelspannung bewirkt, dali die ILennlinien geneigt werden, also eine andere Steilheit erhalten, ohne daß dadurch wie bei der Benutzung von Elponentialröhren Verzerrungen mit in Kauf genommen werden müssen.On the other hand, at low frequency the screen tube has the advantage that a change in slope can be brought about by tilting the characteristic curve. The characteristic curves are essentially straight, so that even for large amplitudes a distortion-free amplification can be carried out. The control voltage causes dali the I characteristic lines are inclined, i.e. given a different slope, without this as with the use of elponential tubes, distortions are accepted have to.

Ein weiterer Vorteil ist, daß bei Exponentialröhren infolge der großen Regelspannung der Anteil der Welligkeit in der Regelgleichspannung groß ist, wodurch Rückkopplungserscheinuiigeii und andere störende Effekte herbeigeführt werden können. Es wird daher eine wesentliche Verbesserung eines solchen Dynainikreglers für Niederfrequenzzwecke herbeigeführt, wenn mit kleinen Regelgleichspannungen gearbeitet werden kann, wie dies bei :\lelirgitterröhren der Fall ist.Another advantage is that with exponential tubes due to the large Control voltage the proportion of ripple in the control DC voltage is large, whereby Feedback and other disturbing effects can be caused. It will therefore be a significant improvement in such a low frequency dyna controller brought about when it is possible to work with small control voltages, such as this is the case with: \ lelirgitterröhren.

Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Anordnungen durch eine neuartige Schaltung einer Röhre mit fünf oder mehr Elektroden zu beseitigen, und zwar wird gemäß der Erfindung bei einer Schaltung zur Regelung der Dynamik in N iederfrequenzübertragungsanlagen unter Verwendung von Elektronenröhren finit einer Kathode, einer Anode und drei oder mehr dazwischenliegenden Gitterelektroden dem der Kathode benachbarten Gitter die zu verstärkende Wechselspannung und dem der Anode zunächst liegenden Gitter eine von der Höhe der Eingangswechselspannung abhängige, die Änderung der Steilheit der --'inodenstrom-Gitterspannungskennlinien herbeiführende Gleichspannung zugeführt, und es werden beide Gitter durch ein auf Anodenpotential, gegebenenfalls vermindert um den Gleichspannungsabfall am Kopplungselement, gehaltenes Gitter getrennt.The invention aims to overcome the disadvantages of the known arrangements to eliminate a novel circuit of a tube with five or more electrodes, namely according to the invention in a circuit for regulating the dynamics in Low frequency transmission systems using electron tubes finite one Cathode, an anode and three or more grid electrodes in between the grid adjacent to the cathode the alternating voltage to be amplified and that of the The grid next to the anode has a dependent on the level of the input AC voltage, the change in the steepness of the - 'inodenstrom-grid voltage characteristics causing DC voltage is supplied, and both grids are connected to anode potential by a possibly reduced by the DC voltage drop at the coupling element Grid separated.

Die Abb.2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes. Hierin stellt T' eine iVerstärkerröhre mit einer direkt oder indirekt geheizten Glühkathode Ni, einer Anode r1, einem Steuergitter Gt, einem Schirmgitter G_., und einem weiteren Gitter G3 dar. Wenn man die Kennlinie einer derartigen Röhre aufnimmt, wobei der Anodenstrom I" über der Gitterspannung EG, aufgetragen wird und die Spannung Ec,s negativ ist und für eine Kennlinie konstant bleibt, so erhält man gemäß Abb. 3 eine Schar von Kennlinien verschiedener Steilheit. «-elche sich angenähert in einem Punkt P auf der Abszissenachse schneiden. Die Steilheit der einzelnen Kennlinien ist dabei eine Funktion der Spannung des dritten Gitters. Daraus ergibt sich bereits die Möglichkeit einer Verstärkungsregelung durch :3nderung der Spannung EG, in Abhängigkeit von der Amplitude der Eingangswechselspannung. Da die Kennlinien im wesentlichen geradlinig verlaufen, e rgl iht sich ohne weiteres der Vorteil, daß auch für große Amplituden eine verzerrungsfreie Verstärkung durchführbar ist, während dies im Falle der Exponentialrö Kren gemäß Abb. i nur in wesentlich geringerem Umfange möglich ist. Es zeigt sich ferner, daß die zur Regelung der Verstärkung zwischen bestimmten Grenzen notwendige lZegelspannung bei dein neuen Verfahren der Steilheitsänderung beträchtlich ge=ringer ist als bei Exponentialröhren (z. B. 5 Volt gegenüber 30 Volt).Fig.2 illustrates an embodiment of the subject matter of the invention. T 'represents an amplifier tube with a directly or indirectly heated hot cathode Ni, an anode r1, a control grid Gt, a screen grid G_., And a further grid G3 the grid voltage EG, is plotted and the voltage Ec, s is negative and remains constant for a characteristic, then according to Fig. 3 a family of characteristic curves of different steepness is obtained The steepness of the individual characteristics is a function of the voltage of the third grid. This already results in the possibility of gain control by: Changing the voltage EG, depending on the amplitude of the input AC voltage Another advantage is that distortion-free amplification can also be carried out for large amplitudes, while the s in the case of exponentials according to Fig. i is only possible to a much lesser extent. It also turns out that the level voltage required to regulate the gain between certain limits is considerably lower with the new method of changing the slope than with exponential tubes (e.g. 5 volts versus 30 volts).

L'in die Auswirkung einer :Änderung des mittleren Anodenstromes infolge der Verstärkungsregelung besser klarzustellen, wird auf die Abb.-1 Bezug genommen. Dort stellt L' die bereits an Hand der Abb. 2 näher erläuterte geregelte Verstärkerröhre dar, während l'1 die Endstufe des Verstärkers bezeichnet. Für alle Röhren ist eine gemeinsame Anodenspannungsquelle E" vorgesehen. Wenngleich der Widerstand dieser Spannungsquelle verhältnismäßig gering ist und durch Parallelschaltung einer Blockkapazität C noch weiter herabgesetzt werden kann, so findet doch mit Rücksicht auf die Größe der in der Endstufe auftretenden Wechselspannungsamplituden über die Spannungsquelle eine Rückwirkung auf die Eingangsstufen statt, wenn nicht in die Anodenleitung der Vorstufen besondere Siebglieder L und C eingeschaltet werden. Diese Siebkette besitzt eine durch ihre Dimensionierung festgelegte Zeitkonstante bzw. Resonanzfrequenz, tuid diese steht einer raschen Änderung des mittleren Anodenstromes der Regelstufe h im Wege. Durch verschiedene Meßreihen wurde festgestellt, daß der Übergang zwischen den extremen Verstärkungen in sehr kurzer Zeit vollzogen sein muß, widrigenfalls merkliche Verzerrungen wahrnehmbar sind.To better clarify the effect of a change in the mean anode current as a result of the gain control, reference is made to Fig. 1. There, L 'represents the regulated amplifier tube already explained in more detail with reference to Fig. 2, while l'1 denotes the output stage of the amplifier. A common anode voltage source E "is provided for all tubes. Although the resistance of this voltage source is relatively low and can be further reduced by connecting a block capacitance C in parallel, the voltage source has an effect with regard to the size of the alternating voltage amplitudes occurring in the output stage on the input stages, unless special filter elements L and C are switched on in the anode line of the preliminary stages. This filter chain has a time constant or resonance frequency that is determined by its dimensioning, so this stands in the way of a rapid change in the mean anode current of control stage h A series of measurements showed that the transition between the extreme amplifications must be completed in a very short time, otherwise noticeable distortions are perceptible.

Dieser Übelstand wird dadurch ausgeschaltet, daß das Schirmgitter G2 an die Anodenspannung gelegt wird. Das Gitter G3 steuert, ohne selbst Strom zu verbrauchen, die Verteilung c@es von der Kathode emittierten Stromes auf das Schirmgitter G2 und die Anode A. Wenn also beispielsweise der mittlere Anodenstrom durch Vergrößerung der negativen Vorspannung des Regelgitters G" verkleinert wird (Kurve E'G3 in Abb. 3), nimmt der Schirmgitterstrom um den gleichen Betrag zu: Infolgedessen bleibt der aus der Anodenstromquelle entnommene Gesamtstrom Ja+J2 (Abb. a) annähernd konstant, und die Zeitkonstante der Siebkette L C steht völlig außer Spiel.This inconvenience is eliminated in that the screen grid G2 is connected to the anode voltage. The grid G3 controls, without consuming electricity itself, the distribution c @ es of the current emitted by the cathode to the screen grid G2 and the anode A. If, for example, the mean anode current is reduced by increasing the negative bias of the control grid G "(curve E. 'G3 in Figure 3), the screen grid current increases by the same amount to:. As a result, remains removed from the anode power source the total current Yes + J2 (Fig a) approximately constant, and the time constant of the filter chain L C is completely out of the game..

Die vorhin beschriebene Wirkungsweise der Regelstufe kann noch dadurch verbessert werden, daß eine Röhre mit sechs Elektroden (Hexode) in der aus der Abb. 5 ersichtlichen Schaltung verwendet wird. Die Röhre enthält außer einer Kathode K und einer Anode A noch vier Gitterelektroden. G, bezeichnet wieder das Steuergitter, dem die zu verstärkende Eingangsspannung EGl- zugeführt wird. Die Gitter G2 und G3 wirken beide als Schirmgitter, während das Gitter G4 als Regelelektrode in der früher beschriebenen Weise verwendet wird. Dem zweiten Schirmgitter G3 wird wieder die Anodengleichspannung zugeführt, während das erste Schirmgitter G2 vorteilhaft an ein niedrigeres positives Potential gelegt wird. Dadurch, daß vor dem Gitter G3 noch ein weiteres Schirmgitter liegt, wird eine noch bessere Konstanthaltung des Gesamtstromes, der der Anodenspannungsquelle entnommen wird, erreicht.The previously described mode of operation of the control stage can be further improved by using a tube with six electrodes (hexode) in the circuit shown in FIG. In addition to a cathode K and an anode A , the tube also contains four grid electrodes. G, again designates the control grid to which the input voltage EG1- to be amplified is fed. The grids G2 and G3 both act as screen grids, while the grid G4 is used as a control electrode in the manner previously described. The anode direct voltage is again fed to the second screen grid G3, while the first screen grid G2 is advantageously connected to a lower positive potential. Because there is another screen grid in front of the grid G3, the total current that is drawn from the anode voltage source is kept constant even better.

Dies ist in der Abb, 6 zur Darstellung gebracht, in welcher der Strom J3 des zweiten Schirmgitters G3 und der Anodenstrom Ja in Abhängigkeit von der Regelspannung E,9, aufgetragen ist. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit, in den Stromkreis des ersten Schirmgitters G2 einen Nutzwiderstand W einzuschalten, der zu verschiedenen Zwecken dienstbar gemacht werden kann. Beispielsweise kann an dieser Stelle ein Telephon zum unmittelbaren Abhören eingeschaltet werden oder der Widerstand fV dient zur Ankopp-Jung eines Abzweigverstärkers, der entweder zu Kontrollzwecken dienen oder in, Verbindung mit einem Gleichrichter zur Lieferung der Regelspannung EGS verwendet werden kann. Es bedarf keiner weiteren Erklärung, daß sich die angegebene Schaltung sinngemäß auf Gegentaktstufen anwenden läßt, wodurch sich nichtlineare Verzerrungen vermeiden lassen.This is shown in FIG. 6, in which the current J3 of the second screen grid G3 and the anode current Ja are plotted as a function of the control voltage E, 9. In addition, there is the possibility of switching a useful resistor W into the circuit of the first screen grid G2, which resistor can be used for various purposes. For example, a telephone can be switched on at this point for immediate eavesdropping or the resistor fV is used for coupling a branch amplifier, which can either be used for control purposes or in connection with a rectifier to supply the control voltage EGS. No further explanation is required that the specified circuit can be applied analogously to push-pull stages, whereby non-linear distortions can be avoided.

Claims

PATENT CLAIMS: i: Circuit for automatic control of the dynamics in low frequency transmission systems using electron tubes with a Cathode, an anode and three or more grid electrodes in between, thereby characterized in that the grid adjacent to the cathode contains the alternating voltage to be amplified and the grid closest to the anode, one of the level of the AC input voltage dependent, the change in the steepness of the anode current-grid voltage characteristics bringing about DC voltage is supplied and that both grids by one on Anode potential, possibly reduced by the DC voltage drop at the coupling element, held grid are separated. z.

Circuit according to Claim i, characterized in that that using a tube with a cathode, an anode and four grid electrodes the third grid seen from the anode is connected to a positive voltage, which is smaller than the anode voltage.

3. Circuit according to claim i and 2, characterized - characterized that in the circuit of the third seen from the anode Grid a resistor, a transformer or an electroacoustic playback device is switched on.

4. Circuit according to claim i, z or 3, characterized in that that of the lying in the circuit of the third grid seen from the anode Resistor or transformer directly or via an additional amplifier a: AC voltage to feed a rectifier, which provides the control voltage for which supplies the grid lying next to the anode, is tapped.