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Verstärkerschaltung mit deichzeitiger Strom- und Spannungsgegenkopplung
Es ist bekannt, daß man bei einem Verstärker durch Anwendung einer Gegenkopplung
sowohl eine Verringerung der nichtlinearen Verzerrungen als auch eine Veränderung
des inneren Widerstandes des Verstärkers erreichen kann. Dabei wird bekanntlich
durch eine Stromgegenkopplung, bei der die gegengekoppelte Spannung proportional
dem Ausgangsstrom des Verstärkers ist, eine Vergrößerung des Innenwiderstandes und
durch eine Spannungsgegenkopplung, bei der die gegengekoppelte Spannung proportional
der Ausgangsspannung des Verstärkers ist, eine Verringerung des Innenwiderstandes
bewirkt.
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Im allgemeinen wird nun von einem gegengekoppelten Verstärker verlangt,
daß er gleichzeitig sowohl einer bestimmten.Linearisierungs- und somit Klirrfaktorbedingung
als auch einer bestimmten Anpassungsbedingung an den Verbraucherwiderstand genügt.
Bei der Anwendung allein einer Strom- oder allein einer Spannungsgegenkopplung wird
daher, weil der Verbraucherwiderstand im allgemeinen fest gegeben ist, der Grad
der für die Linearisierung anwendbaren Gegenkopplung durch die Anpassungsbedingung
begrenzt, so daß oftmals mit Rücksicht auf die Anpassungsbedingung eine genügende
Linearisierung nicht erreichbar ist.
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Zur Überwindung dieser Schwierigkeit ist bereits bekannt, eine kombinierte
Strom-und Spannungsgegenkopplung zu verwenden. Der Nachteil dieser mit kombinierter
Gegenkopplung ausgerüsteten Ver stärkerschaltungen aber ist, daß bei einer Änderung
der Anpassungsbedingungen beide Gegenkopplungen in ihrem Verhältnis zueinander derart
geändert werden müssen, daß sich dabei die Verstärkung nicht ändert. Die gleichzeitige
Erfüllung dieser beiden Forderungen ist bei den bekannten Schaltungen sehr umständlich
und zeitraubend.
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Gegenstand der Erfindung, die diesen Nachteil der bekannten Schaltungen
vermeidet, ist eine Verstärkerschaltung mit gleichzeitiger
Strom-
und Spannungsgegenkopplung, die eine wahlweise Einstellung des Innenwiderstandes
des Verstärkers ohne Beeinflussung der Verstärkung ermöglicht. Erfindungsgemäß ist
die Gesamtgegenkopplungsspannung an einem Widerstand (Rk in Abb. i) gewonnen,
der von dem Anodenwechselstrom einer Verstärkerröhre durchflossen ist und zu dem
eine von der Anodenwechselspannung der gleichen Röhre gesteuerte Spannungsquelle
-a in Reihe mit einem veränderbaren Widerstand 532 parallel geschaltet ist, und
es ist die Spannung an der Spannungsquelle a gleich dem Spannungsabfall an dem vonlAnodenwechselstrom
durchflossenen Widerstand Rk, gewählt.
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Die Erfindung sei im folgenden an Hand der Abbildungen näher erläutert.
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In dem in Abbildung i dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß der
Erfindung bezeichnet h eine Verstärkerröhre, deren Gitter die zu verstärkende Spannung
über die Eingangsklemmen in, ic zugeführt wird. An den Ausgangsklemmen o.
p der Röhre liegt eine Parallelschaltung aus einem Belastungswiderstand R" und der
Primärwicklung i (Windungszahl w,) eines Rückkopplungstransformators T. Die Sekundärwicklung
(Windungszahl @v.;) dieses Transformators mit den Klemmen q, v ist einerseits direkt
.mit dem Erdungspunkt x, anderseits über einen veränderbaren WiderstandJ2, der rein
Ohmisch und somit frequenzunabhängig oder der auch frequenzabhängig sein kann, mit
der Kathodenleitung im Punkt t derart verbunden, daß durch den Transformator T eine
negative Rückkopplung bewirkt wird. Ferner ist in dem gemeinsamen Teil des Gitter-und
Anodenkreises der Röhre I' zwischen den Punkten t und _i- ein Ohmscher Widerstand
Rk eingeschaltet. Außerdem ist in bekannter Weise zwischen t und in ein Widerstand
r-3 und zwischen t und der Kathode eine Parallelschaltung aus einem Widerstand r4
und einem Kondensator c4 geschaltet. Diese Elemente haben lediglich die Aufgabe,
der Verstärkerröhre l' eine automatische Arbeitspunkteinstellung zu erteilen; für
die wechselstrommäßige Arbeitsweise der Schaltung sind sie jedoch bei entsprechender
Bemessung ohne Belang.
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In der beschriebenen Schaltung wird durch den Widerstand Rk eine Stromgegenkopplung,
durch den Transformator T eine Spannungsgegenkopplung erzielt. Für die Verstärkung
der Röhre I' ist aber einzig wid allein die am Widerstand Rk liegende Gegenkopplungsspannung
maßgebend. Die Anordnung ist nun so getroffen, daß diese Spannung die gleiche Größe
hat wie die in der Wicklung 2 induzierte Wechselspannung. In diesem Falle haben
die Punkte t und q wechselstrommäßig gleiches Potential gegenüber
dem Erdungspunkt, so daß der diese Punkte verbindende Widerstand 5.12 beliebige
Werte annehmen kann, ohne daß sich die Verstärkung der Röhre L' ändert. Wie sich
leicht erkennen läßt, stellt die Schaltung der Abb. i eine Parallelschaltung einer
Strom- und Spannungsgegenkopplung gleicher Größe dar.
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Im folgenden sei an Hand der Abb. 2, die das wechselstrommäßige Ersatzschaltbild
der Schaltung nach Abb. i darstellt, näher erläutert, welche Bedingung die Schaltung
nach Abb. i erfüllen muß, damit bei Änderung von X keine Verstärkungsänderung eintritt.
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In Abb. 2 entsprechen L', Rk, und R" und :)t den Elementen
gleicher Bezeichnung der Abb. i. 0 ist eine Wechselspannungsquelle, die die Spannung
e = -
erzeugt. wohei z-
> i das Übersetzungsverhältnis des Transformators T und L%" die an
R" liegei<le Anodenwechselspannung bezeichnen.
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Der Widerstand r = -
-kennzeichnet den durch Widerstandstransformation von R" Bitstehenden Widerstand
im Selcundärhreis von T.
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Die Forderung, daß die Verstärkung für jeden Betrag von 53i konstant
ist, läßt sich in die Forderung umwandeln, dar; die über Rk abfallende @Gegienkopplungsspannung
it für jeden Wert von N konstant ist. Das bedingt also
Aus der Betrachtung des Grenzfalles X = ocl ergibt sich , it - T" #
Rk.
Da fernere =
- ist, ergibt sich aus (i)
Es muß also, damit R keinen Einfluß auf die Verstärkung hat, die
Bedingung Rh =
erfüllt sein. Dieser Bedingung läßt sich, da Rd meist fest gegeben ist, durch entsprechende
Wahl von Rk bzw. z leicht genügen.
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Die Abhängigkeit des Innenwiderstandes,J2t des Verstärkers IJ von
der Größe des Regelwiderstandes N ist nun bei Vernachlässigung des Widerstandes
r bekanntlich durch folgende Beziehung gegeben:
worin Rz der Innenwiderstand des Verstärl:ers ohne Gegenkoppelung, S die Steilheit
und D den Durchgriff bedeuten.
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Um die Wirkungsweise der Schaltung nach Abb. i an Hand eines praktischen
Beispieles näher zu erläutern, sei angenommen Ra = ioooo Ohm S = io mA/V
Ri = 70 000 Ohm
Verstärkung vs = zoofach (ohne Gegenkopplung).
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Der Verstärker soll nun beispielsweise mit 5facher Gegenkopplung,
die die Verstärkung auf L'S = 2o fach herabsetzt, betrieben werden. Dann berechnet
sich der hierzu erforderliche Widerstand Rk aus der bei 5facher Gegenkopplung geltenden
Beziehung -l -3- SRk --- 5 zu Rk = 400 Ohm. Wegen Rk =
folgt somit z = 25.
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Die Betrachtung der beiden GrenzfälleN = o0 und N = o ergibt
Der Innenwiderstand der Röhre V läßt sich also durch verschiedene Wahl von N ohne
Verstärkungsänderung zwischen 25oo und 350 000 Ohm beliebig ändern.
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Es ist nun. dabei nicht unbedingt erforderlich, daß R ein rein Ohmscher
und somit frequenzunabhängiger Widerstand ist, vielmehr kann N auch ein frequenzabhängiger
Widerstand sein, beispielsweise eine Kapazität, eine Induktivität oder ein aus Kapazitäten,
Induk= tiv itäten und ohmschen Widerständen beliebig zusammengesetzter Zweipol.
Auf diese Weise ist man bei der Schaltung nach Abb. i in der Lage, dem Innenwiderstand
der Verstärkerröhre h mit einfachen Mitteln einen beliebigen Frequenzgang zu erteilen.
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Die Abb. 3 bis 5 veranschaulichen den bei einigen einfachen Ausführungsformen
des Widerstandes N in Abb. i vorhandenen Verlauf des Innenwiderstandsbetrages
Ni in Abhängigkeit von der Frequenz f. Die Abb. 3 gilt für den Fall, daß
9 = R ein rein Ohmscher Widerstand, Ri also frequenzunabhängig ist. Die Parallelen
zur f -Achse io und i i gelten dabei für verschiedene Werte von R. In Abb. 4 und
5 gelten die Kurven 12 bis 15 für die in Verbindung mit ihnen angedeuteten entsprechenden
frequenzabhängigen Ausführungsformen 12' bis 15' des Widerstandes R.
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Die Erfindung ist auf ein- wie mehrstufige Verstärker anwendbar. Bei
mehrstufigen Verstärkern wird man zweckmäßig insbesondere die Endstufe mit einer
Gegenkopplung gemäß der Erfindung ausstatten. In diesem Falle kann die konstante
Gesamtgegenkopplungsspannung, die in der Endstufe vorhanden ist, zur Gegenkopplungserhöhung
in an sich bekannter Weise entsprechenden Punkten des Vorverstärkers zugeführt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigt die Abb. 6. Der aus den drei
Stufen hl, P'_ und V3 bestehende widerstandsgekoppelte Verstärker zeigt in der Endstufe
V3 eine Gegenkopplungsanordnung gemäß Abb. z. Die an den Klemmen von Rh liegende
Gesamtgegenkopplungsspannung wird über eine Leitung l und einen Kondensator hl in
den Anodenkreis der ersten Verstärkerstufe L', eingeführt, wo sie eine Erhöhung
der Gegenkopplung bewirkt.