DE833510C - Verstaerker mit Widerstandskopplung - Google Patents

Description

• Verstärker mit Widerstandskopplung Eine Gegenkopplung setzt bekanntlich die Verzerrungen dadurch herab, äaß die vom Ausgang auf den Eingang gegensinnig zurückgeführten Verzerrungen die im gegengekoppelten Verstärkerteil entstandenen Verzerrungen zum Teil aufheben, und zwar um so mehr, je stärker die Gegenkopplung ist. Dann ist aber auch die Verstärkung entsprechend klein. Eine völlige Kompensation der Verzerrungen kann hierbei niemals auftreten, weil in der gegengekoppelten Spannung Verzerrungen enthalten sein müssen.
• Ferner ist bekannt, daß sich die in zwei aufeinanderfolgenden Röhren eines Verstärkers mit Widerstandskopplung entstandenen geradzahligen Harmonischen gegenseitig kompensieren können. Zu diesem Zweck muß bekanntlich die Krümmung der Kennlinie der ersten Röhre wesentlich stärker sein als die der zweiten Röhre, weil in der ersten Röhre die Amplituden wesentlich kleiner sind. Praktisch läßt sich aber eine solche sehr verschiedene Krüminung der Röhrenkennlinien nicht erreichen. Auch bekannte zusätzliche Mittel zur Erreichung dieses 7ieles, z. B. eine entsprechende Wahl des Arbeitspunktes oder eine positive oder negative Rückkopplung einer der beiden Röhren, sind nicht von Erfolg oder wegen ihrer kritischen Einstellung nicht brauchbar.
• Die Erfindung zeigt einen neuen Weg, der eine besonders starke Herabsetzung der Verzerrungen bei geringem Verstärkungsverlust bewirkt.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen Verstärker mit mindestens drei Röhren in Widerstandskopplung und mit einer Gegenkopplung vom Ausgang auf den Eingang. Erfindungsgemäß wird im Falle von drei Röhren bei gegebenen Kennlinien und Verstärkungsgraden der zweiten und dritten Röhre und bei gegebenem Gegenkopplungsfaktor die Ausgangswechselspannung der ersten Röhre so eingestellt, daß die von der zweiten Röhre gelieferten Harmonischen, nämlich die von der Gegenkopplungsspannung herrührenden Harmonischen und die von der zweiten Röhre erzeugten Harmonischen, die in der dritten Röhre erzeugten Harmonischen genau oder annähernd bis auf ein Minimum des Klirrfaktors aufheben. Daß es ein solches Minimum in einem gegengekoppelten Verstärker gibt, ist bisher nicht bekannt gewesen. Liegen mehr als drei Röhren im Gegenkopplungsweg, so bewirken die zusätzlichen Eingangsröhren im wesentlichen nur eine Verstärkung der gegengekoppelten Verzerrungen.
• Die Erfindung wird nun an Hand der als Beispiel dienenden Abbildungen näher erklärt. In Abb. r sind drei durch Widerstandskopplungen miteinander gekoppelte Röhren i, 2 und 3 dargestellt. Von dem als Spannungsteiler ausgebildeten Kathodenwiderstand R3 der letzten Röhre wird eine Gegenkopplungsspannung abgegriffen und über den Widerstand 1I' und den Kondensator C zur Kathode der Röhre i geführt, in deren Zuleitung ein Widerstand R, liegt. Im Anodenkreis der Röhre i befindet sich ein Spannungsteiler P, mit dem die zur Röhre 2 geführte Wechselspannung eingestellt werden kann.
• Die Erfindung zeigt, daß es bei gegebenen Kennlinien und Verstärkungen der Röhren 2 und 3 für jeden Gegenkopplungsfaktor (eingestellt durch R3) einen bestimmten zugehörigen Verstärkungsgrad der Röhre i (eingestellt durch I') gibt, bei dem der Klirrfaktor des gegengekoppelten Verstärkers ein Minimum hat. Bei Beachtung dieser neuen Bemessungsregel wird mit einer bestimmten Gegenkopplung eine wesentlich stärkere Herabsetzung des Klirrfaktors erzielt, als ohne Beachtung dieser Regel. Ein bestimmter geforderter kleiner Klirrfaktor kann also mit einem wesentlich geringeren Verstärkungsverlust als bisher erzielt werden. Das \linimuni des Klirrfaktors ist allerdings nur dann realisierbar, wenn der erforderliche Verstärkungsgrad der ersten Röhre realisierbar ist. Dies kann jedoch durch eine Abänderung der Voraussetzungen, nämlich der Kennlinien und Verstärkungen der Riihren 2 und 3, erzielt werden.
• Soll der gegengekoppelte Verstärker eine ganz bestimmte Verstärkung haben, so ergibt sich aus der erfindungsgemäßen Regel, daß es bei den gegebenen erwähnten Voraussetzungen nur einen einzigen bestimmten Gegenkopplungsfaktor (und damit auch Gegenkopplungsgrad) mit zugehöriger Verstärkung der IZöllre i gibt, bei dem das Minimum des Klirrfaktors liegt.
• 1)ie Wirkungsweise der Erfindung geht aus folgendem hervor: Infolge der Gegenkopplung werden die durch die Verzerrungen entstandenen harnionischen an den Eingang der ersten Röhre zurückgeführt. Die zu verstärkende Eingangsspannung wird dadurch sozusagen mit einer spiegelbildlichen Verzerrung versehen. Die Form der verzerrten Schwingung hängt wegen der Differenz-

  Wirkung der Eingangsspannung und der Gegen-

  kopplungsspannung von der Amplitude der Gegen-

  kopplungsspannung ab. Die Verzerrung der Diffe-

  renzschwingung wird in der ersten Röhre wegen der

  kleinen Amplituden nicht ausgeglichen, sondern nur

  verstärkt. Diese verstärkte verzerrte Schwingung

  wird nun der zweiten Rülire zugeführt und in dieser

  infolge ihrer Phasenlage weiter verzerrt und zur

  dritten Röhre geführt. Sie kompensiert dort die in

  der dritten Röhre entstandenen geradzahligen

  Harmonischen bis auf einen kleinen, für die Gegen-

  kopplung erforderlichen Restbetrag, der bei richtig

  eingestellter Form (durch R3) und Amplitude

  (durch P) der Verzerrungen ein Minimum hat.

  Die Schaltelemente zur Einstellung des Gegen-

  kopplungsfaktors R3 und der Verstärkung der ersten

  Röhre P können einen einmalig ermittelten festen

  Wert haben oder einstellbar sein.

  Wird der Verstärkungsgrad des gegengekoppelten

  Verstärkers durch Regelung der Gegenkopplung

  regelbar gemacht (stetig oder stufenweise). so ge-

  hört zu jeder Einstellung des Gegenkopplungs-

  faktors mittels des Spannungsteilers R.3 eine be-

  stimmte Einstellung de; Spannungsteilers I'. Des-

  halb werden diese beiden Regelglieder zweckmäßig

  mechanisch miteinander gekuppelt. wie in Abb. i

  durch eine gestrichelte Doppellinie veranschau-

  licht ist.

  Es hat sich gezeigt, daß das \li»imuni des Klirr-

  faktors sehr scharf ist. Dies ist unerwünscht, weil

  nach dem Auswechseln von 1tölireii (las -Minimum

  neu eingestellt werden inuß. Gemäß einer Weiter-

  bildung der Erfindung "wird das llinimuili da-

  durch weniger scharf und deshalb der Einfluß der

  Röhrendaten vernachlässigbar klein gemacht. daß

  die Röhren 2 oder 3 oder beide zusammen und evtl.

  außerdem eine oder beide für sich zusätzlich mit

  einer Gegenkopplung versehen werden. Auf diese

  Weise werden die Röhrenkennlinien linearisiert. so

  daß die Lage der Arbeitspunkte weniger kritisch

  ist. Eine solche Gegenkopplung kann auch in den

  Fällen vorteilhaft sein, in denen die Bedingungen

  für die Erzielung des -Minimums nicht realisierbar

  sind.

  Solche zusätzlichen Gegenkopplungen sind im

  Ausführungsbeispiel nach :11b. 2 angewendet. Von

  der Anode der Röhre 3 führt ein Gegenkopplungs-

  weg über den Kondensator C; und den Wider-

  stand R; zum Kathodenwiderstand R, der Röhre 3.

  Dieser Widerstand R, bewirkt -zugleich eine Strom-

  gegenkopplung innerhalb der Stufe der Röhre 2.

  In diesem Beispiel nach :\l>1>.2 wird nicht die

  Ausgangswechselspannung der Röhre i, sondern

  deren Verstärkung selbst regelbar gemacht, und

  zwar mittels des Widerstandes 1T', der in Reihe mit

  dem unteren Teil des Widerstandes R.3 parallel zum

  Widerstand Ri liegt und dadurch einen mehr oder

  weniger starken \Tebenschluß zum Widerstand R3

  bildet. Der Kondensator C bewirkt, daß bei einer

  stufenweisen Regelung der Verstärkung keine

  Knackstörungen auftreten können. Die Einstellung

  dieses @Viderstandes 1U' hat zwar auch einen Einfluß

  auf den Gegenkopplungsgrad, jedoch kann dies durch

  eine entsprechende Einstellung des Spannungsteilers R3 berücksichtigt werden.
• Da bei dem erfindungsgemäßen Verstärker die Gegenkopplung über drei Röhren wirkt, tritt leicht eine Selbsterregung bei einer sehr tiefen Frequenz auf (Blubbern), so daß im allgemeinen die Anwendung von Gegenmitteln erforderlich ist. Die Stabilisierung kann zum Beispiel dadurch erfolgen. daß der Kathodenwiderstand R2 einen Teil des Schirmgitterspannungsteilers R4, R5 bildet. Hierbei muß die Zeitkonstante des Kondensators Cl und der Parallelschaltung der Widerstände R4 und R5 und des Innenwiderstandes der Schirmgitterkathodenstrecke der Röhre i gleich der Zeitkonstante von C2 und R6 sein, damit die durch den Kopplungskondensator C2 bewirkte Phasendrehung bei einer tiefen Frequenz durch die entgegengesetzte Phasendrehung im gegenkoppelnden Schirmgitterkreis rückgängig gemacht wird. Die gleiche Schaltung kann zwischen der zweiten und dritten Röhre angewendet werden, wie gestrichelt angedeutet ist. Um eine stabile Gegenkopplung und damit ein Minimum des Klirrfaktors zu erzielen, ist es zweckmäßig, die letzte Röhre 3 mit einem phasenreinen Widerstand abzuschließen, also nicht mit einem Transformator.
• Die Erfindung wurde an einem Breitbandverstärker für die Trägerfrequenztechnik mit drei gleichen Pentoden hoher Steilheit erprobt. Es zeigte sich, daß sich ein 1-litiimum einstellen ließ, welches bei einem Klirrfaktor von nur o,020/0 lag. Für den praktischen Betrieb ist dieses Minimum allerdings ungeeignet, weil die Klirrfaktorkurve bei einer Überkompensation steil ansteigt. -Man läßt deshalb zweckmäßig einen Klirrfaktor von zum Beispiel o.o5% zu. Die erfindungsgemäße Schaltung ist in ihrer verbesserten Form gegen Röhrenwechsel sehr unempfindlich und desgleichen auch gegen Netzspannungsschwankungen. Bei einem Verstärker wurde die Speisespannung von 250V auf ISO V geändert. Es ergab sich dabei ein Ansteigen des Klirrfaktors von 0.03 auf nur o,o6%.
• Der erfindungsgemäße Verstärker ist in der Lage, bei einer Anodenbetriebsspannung von 300 V im Netzteil eine Anodenwechselspannung von 8o V bei einem Klirrfaktor zu liefern, der unter o,i% liegt. Dies war bisher nur mit einer sehr hohen Anodenspannung und großen, nur wenig ausgesteuerten Röhren möglich. Der erfindungsgemäße Verstärker kann deshalb eine Endstufe in Anodenbasisschaltung aussteuern, die bekanntlich wegen der ioo%igen Gegenkopplung und der deshalb fehlenden Verstärkung einen hohen Bedarf an Eingangswechselspannung hat. Die in dieser Endstufe trotz der Marken Gegenkopplung noch auftretenden Verzerrungen können durch die vom vorhergehenden Verstärker gelieferten Verzerrungen kompensiert \%,erden, wenn in diesen Verstärkern eine Überkompensation angewendet wird. In der obigen Beschreibung wurde nun von geradzahligen Harmonischen gesprochen, weil diese in erster Linie auftreten. Die Erfindung läßt sich jedoch auch zur Kompensation der dritten Harmonischen verwenden. Sind nämlich die Endstufe und die Vorstufe beide im Gegentakt geschaltet, so löschen sich die zweiten Harmonischen bereits innerhalb dieser Stufen aus, so daß sich bei Anwendung der Erfindung die dritten Harmonischen bis auf einen kleinen Restbetrag kompensieren lassen.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verstärker mit mindestens drei Röhren in Widerstandskopplung und mit einer Gegenkopplung vom Ausgang auf den Eingang, dadurch gekennzeichnet, daß bei gegebenen Kennlinien und Verstärkungsgraden der letzten Röhre (3) und vorletzten Röhre (2) und bei gegebenem Gegenkopplungsfaktor die Ausgangswechselspannung der vor der vorletzten Röhre (2) liegenden Röhre (i) so eingestellt ist, daß die von der vorletzten Röhre (2) gelieferten Harmonischen, nämlich die von der Gegenkopplungsspannung herrührenden Harmonischen und die von der vorletzten Röhre (2) erzeugten Harmonischen, die in der letzten Röhre (3) erzeugten Harmonischen genau oder annähernd bis auf ein Minimum des Klirrfaktors aufheben.
2. 2. Verstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich die letzte (3) oder vorletzte Röhre (2) und/oder beide Röhren (2,3) zusammen mit einer Gegenkopplung versehen sind.
3. 3. Verstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer stetigen oder stufenweisen Verstärkungsregelung durch Änderung des Gegenkopplungsfaktors der vom Ausgang auf den Eingang wirkenden Gegenkopplung der hierzu erforderliche Regler (R3) mit einem Regler (P in Abb. i, W in Abb. 2), welcher die Verstärkung der vor der vorletzten Röhre (2) liegenden Röhre(n) ändert, so gekuppelt ist, daß die Kompensation erhalten bleibt. Verstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel zur Beseitigung der Selbsterregung bei einer tiefen Frequenz angewendet sind (R
4. 4, RS).
5. 5. Verstärker nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß eine Endstufe in Anodenbasisschaltung folgt.
6. 6. Verstärker nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Anwendung auf einen Verstärker mit einer Gegentaktendstufe und einer Gegentaktvorstufe in der Weise, daß die dritten Harmonischen genau oder annähernd bis auf ein Minimum des Klirrfaktors kompensiert werden.