DE857207C - Verstaerkereinrichtung mit Gegenkopplung - Google Patents

Verstaerkereinrichtung mit Gegenkopplung

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DE857207C
DE857207C DEP1315D DEP0001315D DE857207C DE 857207 C DE857207 C DE 857207C DE P1315 D DEP1315 D DE P1315D DE P0001315 D DEP0001315 D DE P0001315D DE 857207 C DE857207 C DE 857207C
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DE
Germany
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amplifier
impedances
feedback
series
transformer
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Expired
Application number
DEP1315D
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English (en)
Inventor
Justus Baebler
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Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Original Assignee
Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
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Publication date
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Expired legal-status Critical Current

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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

  • Verstärkereinrichtung mit Gegenkopplung Bei einem Röhrenverstärker mit zwei Verstärkerröhren ist es bekannt, durch Kombination einer positiven Stromrückkopplung mit einer negativen Spannungsrückkopplung unmittelbar am Ausgang des Endverstärkerrohres den Innenwiderstand gleich Null zu machen. Damit kann erreicht werden, daß die Ausgangsspannung am Endrohr bezüglich Amplitude und Kurvenform unbeeinfluBt bleibt von eventuellen Widerstandsschwankungen im Belastungskreis. Wenn aber dem Ausgangsrohr ein Transformator nachfolgt, so wird die Ausgangsspannung an diesem Transformator gleichwohl wieder belastungsabhängig. Die Reduktion des Innenwiderstands des Verstärkerrohrs auf Null wird somit ihn vielen praktischen Fällenwertlos, da dieImperdanzen undVerzerrungen des Transformators nicht erfaBt werden. Vorliegende Erfindung vermeidet diese Nachteile. Die Erfindung ermöglicht es auch, unter Berücksichtigung des Ausgangstransformators den Irmnenwiderstarnd gleich Null zu machen. Es ergibt sieh daraus der Vorteil, daß Belastungsschwarrikungen nichtlinearer Einflüsse im Belastungskreis, z. B. bei der Aussteuerung einer nachfolgenden Verstärkerstufe mit Gitterstrom, keinen EinfluB auf die Amplitude und Kurvenform der verstärkten Spannung haben. Von besonderer Bedeutung ist eine solche Vbertragung bei einem niederfrequenten Sendeverstärker, z. B. bei der Treiberstufe, welche auf den Gittei@kreis der gitterstromfiihrenrclen Modulatorendröhren arbeitet. Die Schaltung .ermöglicht es, nicht nur den Einfluß des Innenwiderstands der Treiberstufe, sondern auch den Einfluß der Widerstände und der magnetischen Streuung des nachfolgenden Transformators zu 'kompensieren.
  • Die Erfindung betrifft eine Verstärkereinrichtung mit mindestens einer Verstärkerröhre und einer Ausgangsschaltung, welche mindestens zwei aufeinanderfolgende, durch eine Querimpedanz getrennte Längsimpedanzen aufweist (Ersatzschema eines Transformators).
  • Die Erfindung besteht darin, daß in Reihe mit den Längsimpedanzen, zusätzliche, bezüglich Phasenverlauf gleichartige Impedianzen eingeschaltet sind und daß an diesen Impedanzen Spannungen abgenommen und im Sinne einer Vergrößerung der Steuerspannung der Verstärkerröhre zugeführt werden, derart, daß der Innenwiderstand der VerstärkereinTichtung wenigstens angenähert gleich Null ist.
  • Die Erfindung sei an Hanid der Ausführungsbeispiele der Fig. i bis 6 näher eirläutert. Die Fig. i bis 4 zeigen die Schaltung einer Verstärkerrähre und eines an, diese angeschlossenen Kopplungstransformators samt den eingebauten Stromrückkopplungen. Sie unterscheiden sich im wesentlichen nur durch die verschiedene Ausführung der zeichnerisehen Darstellung der Einzelteile. Fig. 5 stellt eine Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens und Fig. 6 die Anwelvdhing desselben in einer Gegentaktschalhung dar.
  • In Fig. i bedeutet Teil I die Verstärkerröhre, Teil II den Kopplungstransformator und Teil III die Ausgangsschaltung. Die Verstärkerröhre hat den Durchgriff D und: dien, mit R5 bezeichneten inneren Widerstand. Auf ihr Steuergitter wirkt die zu verstärkende Spannurig llo. Der mittlere Teil der Fig. i stellt die Ersatzschaltung des Transformators dar. Sie besteht aus der Induktivität L3, der Kapazität Cl und dein Widerstand R8, ferner aus den Streuinduktivitäten L1 und L2 sowie den durch die Kupferverluste bedingten Widerständen r1 und r2. Die Sekundärwicklung des Transformators kann an eine weitere Verstärkerstufe, an einen Verbraucher od. dgl. angeschlossen sein. In Fig. i ist sie durch den Widerstand -i, abgeschlossen. An diesem Widerstand entstehe der Spannungsabfall 1C2.
  • Der Verstärkungsgrad einer solchen Schaltung ist im abhängig vom Außenwiderstand _W, und der Frequenz co. Um ihn belastungs- und frequen:zunabhängig zu machen, werden die an dein geeignet bemessenen Rückkopplungswiderständen Dig und 9i4 auftretenden Spannungen, wie das durch die strichliertern Linien angedeutet ist, zum Gitter der Röhre im Eingangskreis I rückgekoppelt. Die Größe, welche die Impedanzen Ns und 9't4 zur Erzielung obiger Bedingung aufweisen müssen, soll im folgenden albgeleitet werden. Die rückgekoppelten Spannungen ZIS und ZCs sind so gerichtet, daß sie die Eingangsspannung ZCo verstärken (positive Stromrückkopplung).
  • Um vorerst die Bedingung herzuleiten, welcher der Rückkopplungswiderstand 3i3 genügen muß, wenn die Verstärkung belastungs- und frequenzunabhängig sein soll, benutzen wir Fig.2. Zum Unterschied zu Fig. i wurde 'hier der Querwiderstand der Transfozmerersatz.schaltunig mit YNl bezeichnet und die Ausgangsschaltung III samt der auf der Sekundärseite liegenden, aus L2 und r2 zusammengesetzten Impedanz weggelassen. Weiter sei 9i7 = r1 -f- j (t) L1. Sc'hließlic'h wurde ein Übertragungstransformator mit dem Übersetzungsverhältnis ü1 vorgesehen, welcher die an 9i3 auftretende Spannung 1C3 auf das Gitter der Eingangsröhre zurückführt. Die übrigen Bezeichnungen haben dieselbe Bedeutung wie in Fig. i.
  • Für die Schaltung gemäß Fig.2 gelten die Gleidlrungen Aus diesen ergibt sich für den Verstärkungsgrad ,u1 Soll dieser unabhängig von N1 sein, so muß bekanntlich die Gleichung erfüllt sein. Diese liefert die Beziehung Setzt man, diese in (5) ein, so erhält man für den Fall für den Verstärkungsgrad ,u1 den Wert d. h. die Verstärkung ist unabhängig vom Widerstand N1 und unabhängig von der Frequenz cu, weil dies für .denn Durchgriff D der Fall ist. Die Schaltung nach Fig.2 wirkt daher wie ein Verstärker, dessen Verstärkungsgrad den Wert hat und dessen innerer Widerstand Null ist. Die Anpassung des zweiten Rückkopplungswiderstands-N41 durch welche der Verstärkungsfaktor «z der Gleichung (i) belastungs- und frequenzunahhängig gemacht wird, soll an Hand der Fig. 3 gezeigt werden. Die letztere stellt wiederum schematisch die Verstärkerröhre und dien Kopplungstransformator dar. Der Widerstand 928 ist durch die Beziehung 928 = y2 + j o) L2 gegeben und die gesamte, durch Fig. 2 dargestellte Schaltung als Verstärker IV zusammengefaßt. Die Zurückleitung des Spannungsabfalls Z[4 auf das Steuergitter der Röhre geschieht hier ebenfalls mit einem Transformator; dieser habe das Übersetzungsverhältnis ü2.
  • Weil die Anordnung IV ein Verstärker mit dem Verstärkungsfaktor und dem inneren Widerstand R = o bildet, läßt. sich eine der oben durchgeführtenAbleitung genauentsprechende durchführen, und es ergibt sich als Bedingung, daß auch der Verstärkungsfaktor belastungsunabhängig ist, Wenn diese erfüllt ist, berechnet sich der Wert von ,r12 zu Die Verstärkung der Anordnung gemäß Fig. 3 läßt sich daher ebenfalls frequenz- und belastungsunabhängig durchführen.
  • Ist das Windungsverhältnis ü des Kopplungstransformators (II in Fig. i) nicht gleich eins, sondern ist , so weist der angepaßte Rückkopplungswiderstand den Wert auf. Aus dien Formeln (7) und (9) ist ersichtlich, draß :die zusätzliche Rückkopplungsimpedanz elektrisch ähnlich, das heißt bis auf einen konstanten, reellen Faktor idientisch mit der jeweiligen Längsimpedanz ist, der sie zugeordnet ist. Die Längsimpedanz und die zusätzliche Impedanz für die Rückkopplung sind somit bezüglich Phasenverlauf gleichartige Impedanzen.
  • Zur besseren Übersichtlichkeit wurde in Fig. ¢ die Schaltung des Ausführungsbeispiels nochmals ausführlich gezeichnet. Weil die Streuimpedanzen 927 und NF, eine wesentliche Ursache für Verzerrungen bilden, genügt hier eine einzige Rückkopplung zur Erzielung einer verzerrungsfreien Verstärkung nicht; denn da beispielsweise in Formel (7) die Streuimpedanz 92g nicht auftritt, kann ihr Einfluß durch Anpassung von J23 nicht erfaßt werden, so daß die zweite Rückkopplungsimpedanz J24 notwendig ist. Deshalb genügt in diesem Ausführungsbeispiel eine einzige Rüekkopplungsimpedanz nicht, um die Verzerrungen einwandfrei zu eliminieren, und allgemein kann folgendes Resultat ausgesprochen werden: Ein Verstärker mit aufeinr anderfolgenden Vierpolen läßt sich in einen Verstärker vom Verstärkungsgrad ,u = D und dem inneren Widerstand Null umwandeln, wenn zu jedem Querwiderstand; (im Ausführungsbeispiel N, und 922) eine Rückkopplung vorgesehen wird.
  • Wie aus den Gleichungen (7) und (9) hervorgeht, Iäßt sich bei einer Einrichtung, bei der komplexe Längswiderstände auftreten, eire genauer Abgleich mit reellen Rückkopplungswiderständen nicht erzielen.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel zeigt Fig.5. Hier ist die Rückleitung dler an dien Rückkopplungsimpedanzen auftretenden Spannungen auf das Gitter der vorhergehenden Röhre ohne die Verwendung von Transformatoren ausgeführt. Die Fig. 5 zeigt eine kapazitiv und eine transformatorisch gekoppelte Verstärkerstufe. Die Rückkopplungsimpedanzen N, und 921o befinden sich wie im zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel in der Primär- und der Sekundärwicklung des Kopplungstransformators T1 und, sind so bemessen, daß mit Hilfe der an ihnen auftretenden Spannungen eine solche Steuerung dies Gitters der voranglehenden Röhre i erfolgt, daß Verzerrungen der verstärkten elektrischen Schwingungen nicht auftreten. Zu diesem Zweck werden die mit 9 und io bezeichneten Enden der Rückkopplungsimpedanzen durch zwei in. Reihe geschaltete reelle oder komplexe Widerstände Wi und W2 verbunden und zur Steuerung dies Gitters die Wechselspannung des zwischen Wi und W2 liegenden Verbindungsstücks 8 verwendet, welche durch die an den geeignet bemessenen Widerständen J29 und J210 vorhandenen Spannu.ngsschwunkungen gegeben ist. Der Kondensator C trennt die Anodenspannung der Röhre 2 von der Gittergleichspannung der Röhre i und bildet wechselstrommäßig einten Kurzschluß. Sowohl die Wechsetspannung an der Stelle 9 als auch diejenige an der Stelle io muß stets so gerichtet sein, daß die Rückkopplung an der Röhre i eine Verstärkung der Gitterwechsetspannung herv orru f t.
  • Fig. 6 zeigt einte beispielsweise Anwendung des Erfindungsgedankens bei einer Gegerutaktsc'haltumg. Die Rückkopptu:ngsimpedanzenJ211 und R12 liegen in der Primärwicklung, 91" und 9i14 in der Sekundärwicklung des Kopplungstransformators T2. Zur Übertragung der Rückkopplungsspa#ngen zu den Gittern ,der vorhergehenden Röhre sind wie im ersten Ausführungsbeispiel Transformatoren vorgesehen, deren in dem Sekundärwicklungen auftretende Spannungen, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, paarweise die Gitter der vorhergehenden Röhren steuern, wobei die Rückkopplungstransformatoren T3 und T5 auf das Gitter der Röhre 3, die Rückkopplungstransformatoren T4 und T8 auf das Gitter der zu ihr symmetrisch liegenden Röhre 4 arbeiten. Wie im ersten Ausführungsbeispiel wird auch hier durch geeignete Bemessung der Rückkopplungsimpedanzen erreicht, daß die Schwingungen verzerrungsfrei verstärkt werden und der innere Widerstand der Verstärkerstufe Null ist.
  • Die Rückkopplungen lassen sich auf dias Steuergitter der jeder Rückkopplung unmittelbar vorangehenden Räihse zurückführen. Bei mehrstufigen Verstärkern kann jedoch die Rückführung auch zum Steuergitter irgendeiner anderen der vorangehenden Röhren erfolgen; beispielsweise kann wenigstens eine derRückkopp.lungen auf das Steuergitter der ersten; Röhre einwirken. In gewissen Fällen wird; eine vorteilhafte Ausführungsform dadurch erzielt, daß verschiedene rückgekoppelte Spannungen in Reihe geschaltet sind und auf ein gemeinsames. Steuergitter einwirken.
  • In der Wahl der Übersetzungsverhältnisse der Rückkopplungstransformatoren sowie des Durchgriffs und des inneren Widerstands der Röhren ist man weitgehend frei. Diese Größen können daher zur Abstimmung auch mitbenutzt werden.
  • Um sich veränderten Betriebsbedingungen, z. B. Röhren mit verschiedenem Durchgriff oder verschiedenem Innenwiderstand, anpassen zu können, verwendet man vorteilhaft Rüdkkopplulimpedanzen aus variablenWirk- uxd'Blindwiderständen.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verstärkereinrichtung mit mindestens einer Verstärkerröhne und einer Ausgangsschaltung, welche mindestens zwei sich folgende, durch eine Querimpedanz getrennte Längsimpedanzen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit jeder Längsimpedanz zusätzliche, bezüglich Phasenverlauf gleichartige Impedanzen eingeschaltet sind und daß an diesen Impedanzen Spannungen abgenommen und im Sinne einer Vergrößerung der Steuerspannung der Verstärkerröhre zugeführt werden, derart, daß der Innenwidetstand der Verstärkereinrichtung wenigstens angenähert gleich Null ist. a. Verstärkereinrichtung nach Anspruch i mit einem Kopplungstransformator als Ausgangsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die in -der Primärwicklung des Kopplungstransformators liegende zusätzliche Längsimpedanz den Wert hat und die in der Sekundärwicklung liegende zusätzliche Längsimpedanz den Wert aufweist, wobei, R5 dien inneren Widerstand und D dien Durchgriff der dem Kopplungstransformator unmittelbar vorangehenden Verstärkerrahre darstellen,, N7 und N, die Werte der in der Ersatzschaltung des Kopplungstransformators vorkommendenLängsimpedanzen sind, wobei IN7 die in der Eingangs- und Jie die in der Ausgangsseite dies Transformatorensatzschernas liegenden Impedanzen bezeichnet, w1 und w2 die Windungszahl der Primär- bzw. Se'ku,ndärwicklung dles,Kopplungstransforrnators bedeuten und ü1 bzw. ü2 das übertragungsverhältnis dies Transformators ist, welcher zur Rückführung der an der primärseitig bzw. sekundärseitig angeordneten Rückkopplungsimpedanz enhstdnenden Spannung auf das Steuergitter der erwähnten Verstärkerröhre dient. 3. Venstärkereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Rückkopplungen auf das Steuergitter der ersten Rohre des Verstärkers einwirkt. 4. Verstärkereinridhtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine dir Rückkopplungen auf das Steuergitter der ihr unmittelbar vorangehenden Röhre einwirkt. 5. Verstärkereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene rückgekoppelte Spannungen in Reihe geschaltet sind und auf ein gemeinsames Steuergitter einwirken. 6. Verstärkereinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Impedanzen, an denen die rückzukoppelnden Spannungen abgegriffen werden, variabel ausgeführt ist. Angezogene Druckschriften: VDE.-Fachberichte i939, S. 27.
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