DE665022C - Resistance capacity-coupled amplifier - Google Patents
Resistance capacity-coupled amplifierInfo
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- H03F1/50—Modifications of amplifiers to extend the bandwidth of aperiodic amplifiers with tubes only
Description
DEUTSCHES REICHGERMAN EMPIRE
AUSGEGEBEN AM
16. SEPTEMBER 1938ISSUED ON
SEPTEMBER 16, 1938
REICHSPATENTAMTREICH PATENT OFFICE
PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING
KLASSE 21a2 GRUPPE 18CLASS 21a 2 GROUP 18
Radio Corporation of America in New York, V. St. A.Radio Corporation of America in New York, V. St. A.
Widerstandskapazitätsgekoppelter VerstärkerResistance capacitance coupled amplifier
Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. April 1935 abPatented in the German Empire on April 30, 1935
ist in Anspruch genommen.is used.
Die Erfindung betrifft widerstandskapazitätsgekoppelte Verstärkerschaltungen, bei denen sich die Frequenz der zu übertragenden Signale innerhalb weiter Grenzen, beispielsweise zwischen 20 Hz und 1 Megahertz, bewegt.The invention relates to resistance capacitance-coupled devices Amplifier circuits in which the frequency of the signals to be transmitted is within wide limits, for example between 20 Hz and 1 megahertz, moved.
Wie bekannt, enthält ein Verstärker der vorgenannten Art eine oder mehrere Stufenkopplungsanordnungen, die einen Ausgangs- oder Anodenkopplungswiderstand, einen Eingangs- oder Gitterkopplungswiderstand und einen Kopplungskondensator umfassen. Eine derartige Kopplungsanordnung kann beispielsweise verwendet werden zwischen zwei Verstärkerstufen oder zwischen einer Verstärkerstufe und einem Ausgangskreis, etwa einer Übertragungsleitung.As is known, an amplifier of the aforementioned type contains one or more stage coupling arrangements, an output or anode coupling resistor, an input or grid coupling resistor and comprise a coupling capacitor. Such a coupling arrangement can, for example are used between two amplifier stages or between one amplifier stage and an output circuit such as a transmission line.
Beim Entwurf eines widerstandskapazitätsgekoppelten Verstärkers zur Übertragung eines breiten Frequenzbereiches spielt der Kopplungs- oder Gitterblockkondensator eine wichtige Rolle für die Lage sowohl der oberen wie der unteren Grenzfrequenz.When designing a resistance-capacitance-coupled amplifier for transmission The coupling or grid block capacitor plays a role in a wide frequency range important role for the position of both the upper and the lower limit frequency.
Der untere Teil der Frequenzkurve einer Kopplungsanordnung mit Widerstands- und Kapazitätsgliedern läßt sich zwar verbessern durch Vergrößerung des Kopplungskondensators, jedoch nicht ohne eine wesentliche Erhöhung der Kosten. Gegenstand der Erfindung sind dagegen Maßnahmen, um diese Verbesserung ohne Vergrößerung des Kopplungskondensators zu erzielen. Die Erfindung bezweckt außerdem eine Verbesserung eines widerstandskapazitätsgekoppelten Verstärkers hinsichtlich des Verstärkungsgrades und des gesamten Frequenzkurvenverlaufes.The lower part of the frequency curve of a coupling arrangement with resistance and Capacitance elements can be improved by enlarging the coupling capacitor, but not without a substantial increase in cost. Subject of the invention however, measures are taken to achieve this improvement without increasing the size of the coupling capacitor to achieve. The invention also aims to improve a resistance-capacitance-coupled amplifier with regard to the gain and the entire frequency curve.
Bei der Erläuterung des Erfindungsgedankens soll auf die Zeichnung Bezug genommen werden, die folgende Darstellungen enthält:In explaining the concept of the invention, reference should be made to the drawing which contains the following representations:
Abb. ι ist das Schaltungsbild eines Verstärkers mit einer Stufenkopplungsanordnung gemäß der Erfindung;Fig. Ι is the circuit diagram of an amplifier with a stage coupling arrangement according to the invention;
Abb. 2 ist ein vereinfachtes Ersatzschaltbild von Abb. 1;Fig. 2 is a simplified equivalent circuit diagram of Fig. 1;
Abb. 3 zeigt in einem Schaubild die Wirkung der in Abb. 1 und 2 verwendeten Kopplungsanordnung; Fig. 3 shows in a diagram the effect of the coupling arrangement used in Figs. 1 and 2;
Abb. 4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel eine abgeänderte Schaltung gemäß der Erfindung.As a further exemplary embodiment, FIG. 4 shows a modified circuit according to FIG Invention.
In Abb. ι sind 10 und 11 Entladungsröhren mit großer Verstärkungsziffer (kleinem Durch-In Fig. Ι there are 10 and 11 discharge tubes with a large gain factor (small diameter
grift), 12 die Eingangs- und 13 die Ausgangs klemmen eines Verstärkers. Die Verstärkerröhre in der ersten Stufe 10 ist eine Schirmgitterröhre und enthält ein Steuergitter eine Kathode 16, ein Schirmgitter 17 Ig eine Anode (Ausgangselektrode) 18. Steuergitter 15 ist mit einer der Eingang^'« klemmen 12 über den Kopplungskondensator 19 verbunden und mit einem Gitterableitwiderstand 20 versehen, der über einen Filterwiderstand 22 an die Erdung 21 angeschlossen ist. Die Kathode 16 ist mit einem Vorspannungswiderstand 23 ausgestattet, der ebenfalls an Erde liegt. Ein Überbrückungskondensator 24, der zwischen dem Widerstand 22 und der Kathode liegt, vervollständigt den Eingangskreis der ersten Stufe.grift), 12 the input and 13 the output terminals of an amplifier. The amplifier tube in the first stage 10 is a screen grid tube and contains a control grid a cathode 16, a screen grid 17 Ig an anode (output electrode) 18. Control grid 15 is connected to one of the input terminals 12 via the coupling capacitor 19 and to a grid discharge resistor 20, which is connected to ground 21 via a filter resistor 22. The cathode 16 is equipped with a bias resistor 23, which is also connected to ground. A bypass capacitor 24, located between resistor 22 and the cathode, completes the input circuit of the first stage.
Das Schirmgitter erhält ein positives Potential aus einer nicht gezeichneten Spannungsquelle über die Speiseleitung 25; in ähnlicher Weise ist die Anode 18 über den Anodenkreis 26, in dem sich der Anodenkopplungswiderstand 27 und ein Filterwiderstand 28 befinden, an eine positive Anodenspannungsquelle angeschlossen. Der Filterwiderstand ist mit einem Überbrückungskondensator 29 versehen, der an Erde liegt und den Ausgangskreis der ersten Stufe vervollständigt. The screen grid receives a positive potential from a voltage source, not shown, via the feed line 25; in similar Way is the anode 18 via the anode circuit 26, in which the anode coupling resistance 27 and a filter resistor 28 are connected to a positive anode voltage source connected. The filter resistor is with a bypass capacitor 29, which is connected to earth and completes the starting circle of the first stage.
- Die Röhre 11 der zweiten Stufe besitzt vorzugsweise ebenfalls eine hohe Verstärkungsziffer und enthält eine Kathode 30, ein Steuergitter 3X, ein Schirmgitter 32 und eine Anode 33, die über die Ausgangsleitung 34 mit einer der beiden Ausgangsklemmen 13 verbunden ist, deren andere über die Speiseleitung 35 an eine positive Spannungsquelle angeschlossen ist.The second stage tube 11 preferably also has a high gain and includes a cathode 30, a control grid 3X, a screen grid 32, and a Anode 33, which is connected to one of the two output terminals 13 via the output line 34 is connected, the other via the feed line 35 to a positive voltage source connected.
Der Eingangskreis der Röhre 11 in der zweiten Verstärkerstufe enthält eine Gitterzuleitung 36 und einen Gitter- oder Eingangskopplungswiderstand 37, dessen vom Gitter weiter entferntes Ende geerdet ist. Das Gitter 31 erhält eine negative Vorspannung über den Widerstand 37 aus einer geeigneten Quelle, etwa von dem im Kathodenkreis liegenden Widerstand 38. Das Schirmgitter 32 bezieht seine positive Spannung über eine Speiseleitung 39.The input circuit of the tube 11 in the second amplifier stage contains a grid lead 36 and a grid or input coupling resistor 37, the end of which is further away from the grid is earthed. The grid 31 receives a negative bias the resistor 37 from a suitable source, such as that located in the cathode circuit Resistor 38. The screen grid 32 draws its positive voltage via a Feed line 39.
Der Ausgangskreis der ersten Verstärkerstufe ist mit dem Eingangskreis der zweiten Stufe durch den Kopplungskondensator 40 gekoppelt. Durch den Kopplungskondensator werden die an dem Widerstand 27 auftretenden Signalspannungen dem Eingangswiderstand 37 zugeführt. Bei einem Verstärker, der zur Übertragung eines breiten Frequenzbandes bestimmt ist, wird der Kopplungskondensator 40 zu einem wichtigen Faktor, auf den es bei der Erzielung einer guten Wiedergabetreue, insbesondere an der unteren Grenze des Hörfrequenzbereiches, wesentlich ankommt. Für eine bestimmte Verstärkerröhre _ 11 in der zweiten Stufe liegt der Höchstwert <|*|e.s Widerstandes 37 oder Rg fest, und dasThe output circuit of the first amplifier stage is coupled to the input circuit of the second stage through the coupling capacitor 40. The signal voltages occurring at resistor 27 are fed to input resistor 37 through the coupling capacitor. In the case of an amplifier which is intended to transmit a broad frequency band, the coupling capacitor 40 becomes an important factor which is essential in achieving good fidelity of reproduction, in particular at the lower limit of the audio frequency range. For a certain amplifier tube 11 in the second stage, the maximum value <| * | es resistance 37 or R g is fixed, and that
Ipdukt Cgi?s; das die GitterkreisverzerrungIpdukt cgi? s ; that is the lattice circle distortion
J eine bestjjrftite Frequenz angibt, kann •"-vergrößert werden durch Vergrößerung von Cg, wie fernerhin die Kapazität des Kondensators 40 genannt werden soll. J indicates a best frequency can be increased by increasing Cg, as the capacitance of the capacitor 40 is also to be called.
Da jedoch gleichzeitig die räumlichen Abmessungen von Cg zunehmen, erreicht man bald einen Punkt, wo eine Vergrößerung eine erhebliche Zunahme der Schaltungskapazität gegen Erde verursacht; diese wirkt parallel zu dem ParallelwiderstandRp oder Widerstand 27 und zu Rg und bestimmt für eine gegebene Kombination die bei hohen Frequenzen auftretende Verzerrung. Bei gegebener Erdkapazität kann die Verzerrung für die höheren Frequenzen nur durch Verkleinerung des Parallelwiderstandes, gewöhnlich von Rp, herabgesetzt werden. Dies verringert aber nicht nur die Verstärkung der Röhre 10 in der ersten Stufe, sondern erfordert auch eine größere Filterkapazität 29 oder Cf. Daher ist es für gewöhnlich vorteilhaft, Cg so klein als möglich zu halten.However, since the spatial dimensions of Cg increase at the same time, one soon reaches a point where an increase causes a considerable increase in the circuit capacitance to earth; this acts in parallel to the parallel resistor R p or resistor 27 and to Rg and determines the distortion occurring at high frequencies for a given combination. For a given earth capacitance, the distortion for the higher frequencies can only be reduced by reducing the parallel resistance, usually R p . However, this not only reduces the gain of the tube 10 in the first stage, but also requires a larger filter capacity 29 or cf. Therefore, it is usually advantageous to keep Cg as small as possible.
Es wurde festgestellt, daß die bei einem kleinen Wert des Produktes CgRg entstehende go Verzerrung durch Verwendung einer kleinen Filterkapazität Cf wesentlich vermindert werden kann. Im Grenzfall kann man dadurch, daß man sowohl die Filterimpedanz 28 oder R1 als auch den Innenwiderstand rp der ersten Verstärkerröhre 10 unendlich groß macht, die Verzerrung für die tiefen Frequenzen auf einen beliebigen Wert bringen und dadurch, daß man die Produkte CgRg und CfR„ einander gleichmacht, sogar zu Null machen.It has been found that the go distortion that arises when the value of the product C g R g is small can be substantially reduced by using a small filter capacitance Cf. In the borderline case, by making both the filter impedance 28 or R 1 and the internal resistance r p of the first amplifier tube 10 infinitely large, the distortion for the low frequencies can be brought to any value and by using the products C g R g and C f R “ equalize each other, even make them zero.
Die Abb. 2 zeigt den inneren Widerstand r„ der ersten Verstärkerröhre 10 zusammen mit der von der Röhre 10 erzeugten Spannung μ · eg in Parallelschaltung zu der Aus gangskopplungsimpedanzRD und dem damit in Reihe liegenden Überbrückungskondensator C1, die den einen Zweig des Ausgangskreises darstellen, dessen anderer Zweig aus dem Kopplungskondensator Cg und dem Git-Fig. 2 shows the internal resistance r "of the first amplifier tube 10 together with the voltage μ e g generated by the tube 10 in parallel with the output coupling impedance R D and the bridging capacitor C 1 connected in series, which forms one branch of the Represent the output circuit, the other branch of which consists of the coupling capacitor C g and the Git
lerstand Rs besteht. Die längs des Röhrenwiderstandes bzw. zwischen Anode und Erde auftretende Spannung ist mit ex und die Ausgangsspannung am Gitterwiderstand mit e2 bezeichnet. Die in den beiden Anodenkreiszweigen fließenden Ströme sind mit I1-115 und is. bezeichnet; der am inneren Röhrenwiderstand rp erzeugte Spannungsabfall ist gleich der Vektorgröße (I1 + J2) · rp. Die von der ersten Stufe oder Vorröhre erzeugte Spannung ist gleichlevel R s exists. The voltage occurring along the tube resistance or between the anode and earth is denoted by e x and the output voltage at the grid resistance by e 2 . The currents flowing in the two anode circuit branches are denoted by I 1 -115 and i s . designated; the voltage drop generated at the inner tube resistance r p is equal to the vector quantity (I 1 + J 2 ) · r p . The voltage produced by the first stage or pre-tube is the same
μ · eg— ex ■+· (it -\- i2) · rp . (1) μ · e g - e x ■ + · (i t - \ - i 2 ) · r p . (1)
Durch Rechnung kann man nun an Hand des in Abb. 2 dargestellten Ersatzschaltbildes zeigen, daß die Spannung es durch den folgenden Ausdruck gegeben wird:With the help of the equivalent circuit diagram shown in Fig. 2, one can now show by calculation that the voltage e s is given by the following expression:
μ-eg'Rp.-Rpµ-eg'Rp.-Rp
ι · ω · Cfι · ω · Cf
wobei in die geschweiften Klammern der folgende Ausdruck einzusetzen ist:where the following expression is to be inserted in the curly brackets:
i · ω · Rp- Cf [ω = Kreisfrequenz | i · ω · Rp-Cf [ω = angular frequency |
i- tO · R,r- Cai- tO · R, r- Approx
Man erkennt daraus, daß für kleinstmöglicbe Verzerrung im tiefen Frequenzbereich das Produkt CgRg gleich sein muß dem Produktive,: It can be seen from this that for the smallest possible distortion in the low frequency range the product CgRg must be equal to the productive:
Wenn diese Bedingung erfüllt ist, vereinfacht sich der Ausdruck für e2 zu dem folgenden:If this condition is met, the expression for e 2 simplifies to the following:
μ - eg- Rp μ - e g - R p
Rp. R, + rp. (RpR p . R, + rp. (Rp
i · ω · Cfi · ω · Cf
Wenn man annimmt, daß rO größer ist als Rn und Rg, was ja keine Einschränkung bedeutet, ist e2, wenn die Gleichung (2) erfüllt ist, auch bei niedrigen Frequenzen im wesentlichen frequenzunabhängig. (In dem Ersatzschaltbilde ist der Widerstand Rf weggelassen, d.h. unendlich groß angenommen. Für endliches Rf, das aber groß ist gegenüber R1, und Rg, wird die Betrachtung nicht wesentlich geändert.) Assuming that r O is greater than R n and Rg, which is not a restriction, then , if equation (2) is satisfied, e 2 is essentially frequency-independent even at low frequencies. (In the equivalent circuit diagram, the resistance R f is omitted, ie assumed to be infinitely large. For finite Rf, which is, however, large compared to R 1 and R g , the consideration is not significantly changed.)
In einer gemäß Gleichung (2) bemessenen Schaltung kann der Kopplungskondensator eine minimale Kapazität aufweisen und trotzdem das niederfrequenzseitige Ende der Frequenzkurve auf eine verhältnismäßig große Höhe gebracht werden; in Abb. 3 ist die Verstärkung für niedrige Frequenzen durch die voll ausgezogene Kurve 42 dargestellt und zu vergleichen mit der gestrichelten Kurve 43, die für eine gewöhnliche Widerstandskapazitätskopplung gilt, bei der die vorerwähnte Verbesserung der Frequenzkurve nicht durchgeführt wurde.In a circuit dimensioned according to equation (2), the coupling capacitor have a minimum capacitance and still have the low-frequency end of the frequency curve on a relatively be brought to a great height; in Fig. 3 the gain for low frequencies is shown by the full line Curve 42 shown and to be compared with the dashed curve 43, which is for a Ordinary resistive capacitance coupling applies in which the aforementioned improvement the frequency curve was not performed.
Es ist beachtlich, daß man die Frequenzkurve 42 erhalten kann, ohne die Größe des zur Erzielung der Kurve 43 verwendeten Kondensators erhöhen zu müssen. Die Verbesserung läßt sich bei jedem Verstärker anbringen, der einen bestimmten Frequenzbereich überträgt, wobei der Nullpunkt der in Abb. 3 dargestellten Kurven die untere Grundfrequenz des gewählten Betriebsfrequenzbereiches darstellt. Für einen gewöhnlichenIt is noteworthy that the frequency curve 42 can be obtained without changing the size of the to have to increase the capacitor used to achieve curve 43. The improvement can be attached to any amplifier that transmits a certain frequency range, the zero point being the in Fig. 3 shows the lower fundamental frequency of the selected operating frequency range represents. For an ordinary
Kondensator als Kopplungsglied ist die erzielte Verbesserung der Frequenzkurve in Abb. 3 durch die gewonnenen Frequenzbereiche A und B verdeutlicht, wobei der Bereich B die praktisch brauchbare Ausdehnung des Bereiches bis zu einem Punkt mit zulässiger Verzerrung darstellt. Aus einem Vergleich der Kurven ist zu entnehmen, daß eine erhebliche Verbesserung der Frequenzkurve im Gebiet niedriger Frequenzen erzielt wird, ohne daß zusätzliche Anordnungen oder Kosten aufgewendet werden müssen oder die-Frequenzkurve für die höheren Frequenzen verschlechtert wird.Capacitor as a coupling element shows the improvement in the frequency curve in Fig. 3 through the obtained frequency ranges A and B , with range B representing the practically usable extension of the range up to a point with permissible distortion. A comparison of the curves shows that a considerable improvement in the frequency curve is achieved in the region of low frequencies without additional arrangements or costs having to be expended or the frequency curve for the higher frequencies being worsened.
In Abb. 4 ist eine Ausgangskopplungsanordnung für einen Verstärker zum Anschluß an eine Übertragungsleitung dargestellt. In Fig. 4 is an output coupling arrangement for an amplifier for connection shown on a transmission line.
Der Verstärker oder die Endstufe enthält zwei parallel geschaltete Verstärkerröhren 45 mit großem Innenwiderstand, denen die Signalspannungen über die Eingangsklemmen 46 und einen Kopplungskondensator 47 sowie eine Gitterimpedanz 48 zugeführt werden. In den Gitterkreisen sind Widerstände 49 zur Verhinderung der Rückkopplung vorgesehen; die Gitter erhalten eine Vorspannung aus einer geeigneten Quelle, etwa von dem in der gemeinsamen Kathodenleitung liegenden Vorspannwiderstand 50. Die Kreise werden, wie aus der Abbildung ersichtlich, über Erde geschlossen. Die Ausgangskreise der beiden Röhren 45 sind parallel geschaltet zu einem Ausgangskreis 51, in dem ein Ausgangskopplungswiderstand 52 oder Rp und eine Filter- n0 impedanz 53 oder Rf, die im Beispielsfalle aus einer Niederfrequenzdrossel besteht, liegen. In Reihe mit der Impedanz R1 liegen eine Hochfrequenzdrossel 54 und ein Strombegrenzungswiderstand 55. Der Kreis ist ebenso wie die Schirmgitterzuleitung 57 an eine zu einer positiven Spannungsquelle führende Speiseleitung 56 angeschlossen. The amplifier or output stage contains two amplifier tubes 45 connected in parallel with a high internal resistance, to which the signal voltages are fed via the input terminals 46 and a coupling capacitor 47 and a grid impedance 48. Resistors 49 are provided in the grid circles to prevent feedback; the grids receive a bias from a suitable source, such as the bias resistor 50 located in the common cathode lead. The circles are closed above ground, as can be seen in the figure. The output circuits of the two tubes 45 are connected parallel to an output circuit 51, in which an output coupling resistor 52 or R p and a filter n 0 impedance 53 or R f, which consists in the exemplary case of a low-frequency choke, are. A high-frequency choke 54 and a current limiting resistor 55 are connected in series with the impedance R 1. Like the screen grid lead 57, the circuit is connected to a feed lead 56 leading to a positive voltage source.
Ein Belastungskreis 58 ist an die Ausgangsklemmen 59 angeschlossen, die ihrerseits über den Kopplungskondensator 60 mit derA load circuit 58 is connected to the output terminals 59, which in turn via the coupling capacitor 60 with the
Ausgangskopplungsimpedanz R1, verbunden sind.Output coupling impedance R 1 , are connected.
Der Belastungskreis 58 wird durch eine Übertragungsleitung gebildet, die für Signalfrequenzen
eine verhältnismäßig niedrige Impedanz besitzt. Die Belastungsleitung kann
als Rg betrachtet werden, während der Kopp g
lungskondensator 60 alsThe load circuit 58 is formed by a transmission line which has a relatively low impedance for signal frequencies. The load line can be viewed as Rg while the Kopp g
treatment capacitor 60 as
anzusehen ist.is to be seen.
Der Kondensator 61 ist ein Teil des einen R1, enthaltenden Zweigstromkreises und stellt C/ dar.The capacitor 61 is part of the branch circuit containing an R 1 , and represents C /.
Mit einem Paar von Röhren der Type RCA 247 und einer Ausgangsleitung 58, deren Impedanz 50 Ohm beträgt, läßt sich mit R1, gleich 50 Ohm und Kondensatoren Cg und C1 von je 250 μ¥ ein Maximum der Empfindlichkeit bei tiefen wie bei hohen Frequenzen erzielen. Ohne Benutzung der dargestellten Anordnung benötigt man für den Kopplungskondensator Cg eine Kapazität von 750 μΡ und eine kleinere Impedanz Rp. Man sieht daher, daß man eine wesentliche Kostenersparnis und gleichzeitig eine Verbesserung der Frequenzkurve erzielt, wenn man von dem Erfindungsgedanken Gebrauch macht.With a pair of tubes of the type RCA 247 and an output line 58, the impedance of which is 50 ohms, with R 1 , equal to 50 ohms and capacitors C g and C 1 of 250 μ ¥ each, a maximum of sensitivity can be achieved at low as well as high Achieve frequencies. Without using the arrangement shown, you need a capacitance of 750 μΡ and a smaller impedance R p for the coupling capacitor C g . It can therefore be seen that one achieves a substantial cost saving and at the same time an improvement in the frequency curve if one makes use of the concept of the invention.
Beim vorliegenden Beispiel sind die Impedanz der Filterdrossel 53 und der innere Widerstand der Röhren 45 verhältnismäßig hoch, wie bei den vorhergehenden Abb. 1 und 2 angegeben. Da die Wirkung in derIn the present example, the impedance of the filter reactor is 53 and the internal one Resistance of the tubes 45 relatively high, as in the previous Fig. 1 and 2 indicated. Since the effect in the
Schaltung nach Abb. 5 dieselbe ist, dürfte sich eine weitere Erörterung darüber erübrigen. Circuit of Fig. 5 is the same, further discussion about it should be superfluous.
Claims (2)
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Families Citing this family (2)
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