DE887060C - Verstaerkerschaltung mit kombinierter Strom- und Spannungs-gegenkopplung - Google Patents

Verstaerkerschaltung mit kombinierter Strom- und Spannungs-gegenkopplung

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DE887060C
DE887060C DEL10254A DEL0010254A DE887060C DE 887060 C DE887060 C DE 887060C DE L10254 A DEL10254 A DE L10254A DE L0010254 A DEL0010254 A DE L0010254A DE 887060 C DE887060 C DE 887060C
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DE
Germany
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negative feedback
internal resistance
resistance
amplifier
voltage
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DEL10254A
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English (en)
Inventor
Werner Dr-Ing Benz
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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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

  • Verstärkerschaltung mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung Verstärker, die in Trägerfrequenzverbindungen verwendet werden, müssen im allgemeinen hohe Anforderungen hinsichtlich ihrer Verzerrungseigenschaften erfüllen. Insbesondere wenn es sich um Verstärker handelt, die mehrere Sprachkanäle gleichzeitig übertragen sollen, dürfen die nichtlinearen Verzerrungen nur außerordentlich klein sein. Um dieses Ziel zu erreichen, werden derartige Verstärker mit starker Gegenkopplung betrieben. Gleichzeitig wird aber gefordert, daß der Innenwiderstand eines solchen Verstärkers einen ganz bestimmten Wert hat. Um nun ein und denselben Verstärkertyp an möglichst vielen Stellen einer Trägerfrequenzverbindung verwenden zu können, macht man den Verstärkungsgrad einstellbar. Damit aber jeweils die maximal mögliche Gegenkopplung vorhanden ist und die nichtlinearen Verzerrungen dadurch immer so klein wie möglich gehalten werden können, ist es bekannt, die Verstärkungseinstellung durch die Gegenkopplung vorzunehmen. Dies bedeutet aber, daß eine Änderung der Gegenkopplung den Verstärkerinnenwiderstand nicht beeinflussen darf.
  • Es ist bekannt, den Verstärkerinnenwiderstand dadurch unabhängig vom angewendeten Gegenkopplungsgrad zu machen, daß, wie in Fig. z angegeben, der Ausgangskreis des Verstärkers eine Brückenschaltung enthält, die vom Verbraucher aus gesehen sich im Gleichgewicht befindet und von deren Nullzweig die Gegenkopplungsspannung abgenommen wird. Diese setzt sich aus einer Strom- und einer Spannungsgegenkopplung zusammen.
  • In Fig..z bedeutet B den eigentlichen Verstärker, dessen Innenwiderstand ohne Gegenkopplung Ri beträgt. Ist dann wirkt sich eine Änderung der Einstellung des in den Gegenkopplungsweg eingeschalteten Dämpfungsgliedes C zwar auf den Verstärkungsgrad des gegengekoppelten Verstärkers aus, nicht aber auf den von Ra aus gesehenen Innenwiderstand.
  • Die in Fig. 2 angegebene vereinfachte Darstellung des Ausgangskreises läßt dies leicht erkennen. Bei Brückengleichgewicht, d. h. bei Ri-R2,=R1-R3 wird der von Ra aus gesehene Innenwiderstand durch irgendwelche Maßnahmen in- dem -Rc enthal= Lenden Diagonalzweig nicht beeinflußt. Die an diesem ,Zweig abgenommene Gegenkopplungsspannung beeinflußt E, aber nicht Ri. -Bei Brückenabgleich Ri - R2 = R, - R3 wird die durch die Spannungsgegenkopplung bewirkte Herabsetzung des Verstärkerinnenwiderstandes infolge der entsprechenden Heraufsetzung durch die Stromgegenkopplung gerade aufgehoben.
  • Bei der praktischen Verwendung dieser Brückenschaltung im Ausgangskreis zeigt sich nun, daß das Brückengleichgewicht für einen weiten Frequenzbereich mit ausreichender Genauigkeit eingehalten werden kann. Bei der Fertigung von Verstärkern mit einer solchen Brückenschaltung im Ausgangskreis ergab sich, daß zwar der Brückenabgleich leicht ausreichend genau gemacht werden kann, daß aber die Größe des Verstärkerinnenwiderstandes infolge der bei jeder Fertigung auftretenden Abweichungen der einzelnen Elemente von ihren Sollwerten Schwankungen unterworfen ist, die gegebenenfalls über die zugelassenen Toleranzen hinausgehen.
  • Bei Verstärkern, die sich an möglichst vielen Stellen einer Trägerfrequenzverbindung einsetzen lassen sollen, muß außerdem häufig die Möglichkeit vorhanden sein, den Verstärkerinnenwiderstand wenigstens in gewissen Grenzen ändern bzw. einstellen zu können.
  • Es besteht daher der Wunsch,. eine Verstärkeranordnung zu schaffen, bei der der Verstärkerinnenwiderstand auf einen gewünschten Wert einstellbar ist und bei der anschließend an diese Einstellung die Verstärkung durch Änderung der Gegenkopplung veränderbar ist, ohne den Innenwiderstand weiter zu beeinflussen.
  • Eine Verstärkerschaltung mit gleichzeitiger Strom-und Spannungsgegenkopplung, bei der der Innenwiderstand leicht geändert werden kann, ohne die Verstärkung zu beeinflussen, ist ebenfalls bekannt .(Patent 726 o42). Es sind also Schaltungen bekannt, mit denen sich jede der beiden genannten Forderungen einzeln erfüllen lassen, d. h. entweder die Einstellbarkeit des Innenwiderstandes ohne Beeinflussung der Verstärkung, oder die Änderung der Gegenkopplung und damit der Verstärkung ohne Beeinflussung des Innenwiderstandes.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verstärkerschaltung mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung zu schaffen, die sowohl eine Einstellung des Innenwiderstandes, zumindest innerhalb. gewisser vorschreibbarer Grenzen, als auch eine Verstärkungsgradänderung ohne weitere Beeinflussung des Innenwiderstandes gestattet.
  • Diese Aufgabe wird unter Verwendung der obengenannten bekannten Brückenschaltung des Ausgangskreises eines Verstärkers, bei der die Arme der Brücke, von den Ausgangsklemmen her gesehen, durch den Innenwiderstand der Endröhre Ri sowie drei Widerstände R1, R, R3 gebildet werden, während in den Diagonalen einerseits der Belastungswiderstand Rd, andererseits der Eingangswiderstand des Gegenkopplungsweges liegen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Brückenelemente derart bemessen sind, daß die beiden Gleichgewichtsbedingungen der- Brücke Ri R2 = R, R3 und Ra R, = R,R3 zumindest angenähert bzw. die eine genau und die andere angenähert erfüllt sind.
  • Bei einer deraitigen Bemessung der Brückenelemente und einer geringfügigen Abwandlung der in Fig. z gezeigten Grundschaltung der Brücke kann ohne weiteres erreicht werden, daß der Verstärkerinnenwiderstand einstellbar ist, ohne die Verstärkung zu beeinflussen, und daß eine nach dieser Innenwiderstandseinstellung vorgenommene Änderung der Gegenkopplung und damit der Verstärkung den Verstärkerinnenwiderstand nicht mehr verändert.
  • Die Lösung des Problems beruht auf der Erkenntnis, daß es für die im Ausgangskreis des Verstärkers nach Fig. z enthaltene Brückenschaltung zwei voneinander unabhängige Gleichgewichtsbedingungen gibt, und daß es für die Praxis genügt, die eine dieser Bedingungen genau und die andere nur annäherungsweise zu erfüllen.
  • Zeichnet man den Ausgangskreis in vereinfachter Form, so wie in Fig. z angegeben, wobei Rd und R, (Eingangswiderstand des Gegenkopplungsweges) die Diagonalzweige der Brückenschaltung bilden, dann besteht von Ra aus gesehen .Brückengleichgewicht, wenn Ri R2 = R, R3 ist. Wie bereits ausgeführt, bewirkt die Erfüllung dieser Bedingung, daß der von Rd aus gesehene Verstärkerinnenwiderstand unabhängig vom Gegenkopplungsgrad wird.
  • Zeichnet man aber den Ausgangskreis in vereinfachter Form, so wie in Fig.3 angegeben, wobei zwischen den - Schaltungen der beiden Figuren tatsächlich kein Unterschied besteht, dann bilden jetzt Ri (mit E) und R2 die Diagonalzweige der Brückenschaltung. Von Ri_ bzw. E aus gesehen besteht nun Brückengleichgewicht, wenn R1 R3 = R" R, ist. Wird diese Bedingung erfüllt, dann wird der Belastungswiderstand des Ersatzgenerators mit der EMK E und dem inneren Widerstand Ri durch den Widerstand belastet, und dieser Belastungswiderstand ist unabhängig von der Größe des Widerstandes R2. Eine Änderung von R2 beeinflußt also weder den Belastungswiderstand des Ersatzgenerators noch den an R, auftretenden Spannungsabfall. Für die Schaltung gemäß Fig. i bedeutet das, daß bei Erfüllung der Bedingung RiR3 = R" R, die Größe des Widerstandes R2 weder die Belastung des Verstärkerteiles B beeinflußt noch die am Eingangswiderstand R, des Dämpfungsgliedes C liegende Spannung. Man kann also R2 ändern, ohne die Verstärkung zu verändern. Da aber der Innenwiderstand Ri* des gesamten gegengekoppelten Verstärkers, bezogen auf die Anodenseite der Endstufe, von R2 abhängt, bewirkt eine Änderung des Widerstandes R2 auch eine Änderung des Innenwiderstandes Ri*.
  • Damit ist gezeigt, daß man mit der Brückenschaltung im Ausgangskreis je nachdem, welche Abgleichbedingung erfüllt wird, entweder die Gegenkopplung und damit die Verstärkung ändern kann, ohne den Innenwiderstand zu beeinflussen, oder aber den Innenwiderstand ändern kann, ohne die Verstärkung zu beeinflussen.
  • Bei der Schaltung nach Fig. i bedeutet U, die zu verstärkende Spannung, Ui die Spannung am Eingang des Verstärkerteiles B, E die EMK der Ersatzspannungsquelle des Ausgangskreises von B, deren innerer Widerstand Ri beträgt, Ur die dem Ausgangskreis entnommene bzw. am Eingang des Dämpfungsgliedes C auftretende Gegenkopplungsspannung, ß das Verhältnis der am Ausgang und Eingang von C auftretenden Gegenkopplungsspannungen.
  • Im Eingangskreis A des Verstärkers kommt dann die Gegenkopplungsspannung @ ß Ur zur Wirkung. Die Leerlaufverstärkung des Verstärkerteiles B sei Von' den beiden Gleichgewichtsbedingungen der Brückenschaltung sei zunächst abgesehen. Für den Innenwiderstand der Verstärkerschaltung gemäß Fig. i gilt allgemein die Beziehung Macht man die Dämpfung von C unendlich groß, so wird ß = o. Ohne Gegenkopplung, aber bei sonst ungeänderter Schaltung, gilt daher für den Verstärkerinnenwiderstand die Formel Aus den beiden Formeln für Ri* und Rio ergibt sich das Verhältnis zu worin und bedeuten. Die Änderung der Gegenkopplung erfolgt durch Änderung von ß. Wird ß vergrößert, dann ändert sich die Größe x proportional zu ß. x ist das Produkt von ß und einem von den Eigenschaften des Verstärkerteiles B und den Widerständen der Brückenschaltung abhängigen Faktor, der aus der oben angegebenen Formel zu ersehen ist.
  • Die Funktion y = f (x) für verschiedene Werte von ö gibt also ein Bild von der Abhängigkeit des Innenwiderstandes Ri* des gegengekoppelten Verstärkers von der Gegenkopplung ß. Im Falle ö = i ist daraus folgt Ri R2 = R, R3 . ö = i bedeutet, daß der Innenwiderstand Ri* unabhängig von der Gegenkopplung ß ist.
  • Für &<i überwiegt die Spannungsgegenkopplung, für ö>i die Stromgegenkopplung.
  • Je genauer also die Bedingung Ri R2 = R, R3 erfüllt ist, um so weniger weicht die Größe ö vom Wert i ab.
  • In Fig. q. ist für verschiedene Werte von ö dargestellt. Nach dem Vorhergehenden geht aus dieser Darstellung hervor, wie sich der auf Rio bezogene Innenwiderstand Ri* des gegengekoppelten Verstärkers ändert, wenn man die Dämpfung des Gegenkopplungsweges verändert, bzw. wie der relative Innenwiderstand von der Gegenkopplung (ß) abhängt.
  • Parameter ist die Größe ö, die ein Maß für die Güte des Brückenabgleichs zur Erzielung der Unabhängigkeit des Innenwiderstandes Ri* von der Gegenkopplung darstellt. Man erkennt aus Fig. q. folgendes: Je weniger die Größe 8 vom Wert i abweicht, um so geringer kann die kleinste Gegenkopplung sein, von der ab eine Vergrößerung der Gegenkopplung nur noch eine praktisch nicht mehr ins Gewicht fallende Änderung des Innenwiderstandes Ri* verursacht.
  • Verstärker, die aus Gründen der Verzerrungsfreiheit mit Gegenkopplung betrieben werden und bei denen die Einstellung bzw. Änderung des Verstärkungsgrades durch Änderung der Gegenkopplung vorgenommen wird, legt man im allgemeinen so aus, daß auch bei der größten einstellbaren Verstärkung noch Gegenkopplung vorhanden ist. Die kleinste in Betracht kommende Gegenkopplung bestimmt dann einen Bereich für die Größe ö. Wählt man E so, daß es innerhalb dieses Bereiches liegt, dann hat man immer die Gewähr dafür, daß eine Vergrößerung der Gegenkopplung von der kleinsten in Frage kommenden aus keine ins Gewicht fallende Änderung des Innenwiderstandes mehr verursacht.
  • Wird nun eine Änderung von 8 vorgenommen, beispielsweise durch Änderung von R2, dann gibt es dem erwähnten Bereich von 8 entsprechend auch einen R2 Bereich. Für jeden Wert von R2 innerhalb dieses Bereiches bewirkt dann eine Vergrößerung der Gegenkopplung eine praktisch nicht ins Gewicht fallende Änderung des Innenwiderstandes Ri*.
  • Oben wurde gezeigt, daß bei Erfüllung der Bedingung R1R3 = Ra Rc der Widerstand R2 geändert werden kann, ohne den Verstärkungsgrad zu beeinflussen. Wird nun diese Bedingung R1 R3 = R"Rc erfüllt und wird für R2 lediglich ein Änderungsbereich vorgesehen, der dem vorher erwähnten E-Bereich entspricht, so daß für jeden Wert von R2 innerhalb dieses Bereiches eine Vergrößerung der Gegenkopplung von der kleinsten in Betracht kommenden aus den Innenwiderstand Ri* praktisch nicht mehr bzw. nur unwesentlich beeinflußt, so hat man das gewünschte Ziel erreicht. Man hat damit einen Verstärker, bei dem der Innenwiderstand einstellbar ist ohne die Verstärkung zu beeinflussen, und bei dem eine nach der Innenwiderstandseinstellung vorgenommene Änderung der Gegenkopplung und damit der Verstärkung den Innenwiderstand nicht mehr verändert.
  • Ein praktisches Ausführungsbeispiel für die Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt. Es ist hier ein dreistufiger Verstärker dargestellt, bei dem die Ausgangsschaltung durch die Widerstände R1, R2 und R3 zu der bekannten Brückenschaltung ergänzt ist und bei dem die erfindungsgemäßen Bemessungsregeln angewendet sind. Außerdem weist die Schaltung eine zusätzliche Spannungsgegenkopplung über den Widerstand R4 auf, mit deren Hilfe der Innenwiderstand der Endröhre auf einen geeigneten Wert herabgesetzt wird. An Stelle dieser Spannungsgegenkopplung kann auch eine entsprechende Strommitkopplung angewendet werden. Zur Einstellung des Innenwiderstandes ist ein Teil des Brückenwiderstandes R2, nämlich R2", veränderlich gemacht: Die Verstärkungseinstellung erfolgt durch einen veränderlichen Abgriff an einem Teil des Spannungsteilers Ro.
  • Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt, sie kann vielmehr in mancherlei Beziehung abgewandelt werden, ohne daß diese Bemessungsregeln dadurch betroffen werden. Dies gilt insbesondere für die Ausbildung des Gegenkopplungsweges selbst, der an Stelle des in dem Ausführungsbeispiel gezeigten Spannungsteilers mit variablem Abgriff beispielsweise ein regelbares Dämpfungsglied enthalten kann. Ferner können die Schaltungselemente des Gegenkopplungsweges auch frequenzabhängig ausgebildet sein.

Claims (7)

  1. PATEN TANSP$ÜCHE: i. Verstärkerschaltung mit kombinierter Strom-und Spannungsgegenkopplung unter Verwendung einer Brückenschaltung des Ausgangskreises, dessen Arme, von den Ausgangsklemmen aus gesehen, durch den Innenwiderstand Ri der Endröhre und drei Widerstände R1, R2, R3 gebildet werden und an deren Diagonalen einerseits der Belastungswiderstand Ra und andererseits der Eingangswiderstand R" des Gegenkopplungsweges liegen, gekennzeichnet durch eine derartige Bemessung der Brückenelemente, daß die beiden Gleichgewichtsbedingungen der Brücke Ri - R2 = R1 - R3 und Rd - R, = R1 - R3 zumindest annähernd bzw. eine genau und die andere angenähert erfüllt sind.
  2. 2. Verstärkerschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Innenwiderstandes des Verstärkers innerhalb eines vorschreibbaren Bereiches der Widerstand R2 der Brückenschaltung in einem entsprechenden Bereich unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Bedingung für konstanten Verstärkungsgrad Rd - R, = R1 - R3 derart veränderbar ist, daß durch eine nachfolgende Änderung der resultierenden Gegenkopplungsspannung zum Zwecke der Verstärkungsgradregelung der Innenwiderstand praktisch nicht mehr beeinflußt wird.
  3. 3. Verstärkerschaltung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Innenwiderstandseinstellung bewirkende Brückenwiderstand R2 aus der Reihenschaltung eines festen Widerstandes R2 und eines den Regelbereich des Innenwiderstandes bestimmenden veränderbaren Widerstandes ' R," besteht. q..
  4. Verstärkerschaltung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Gegenkopplungsspannung über ein regelbares Dämpfungsglied auf den Verstärkereingang zurückgeführt ist.
  5. 5. Verstärkerschaltung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende Gegenkopplungsspannung über einen Spannungsteiler mit regelbarem Abgriff auf die gewünschte Stelle im Eingang des Verstärkers zurückgeführt wird, und daß die Einstellung des Verstärkungsgrades durch Verändern der abgegriffenen Spannung erfolgt.
  6. 6. Verstärkerschaltung nach Anspruch q. und g, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Änderung der resultierenden Gegenkopplungsspannung frequenzabhängig ausgebildet sind.
  7. 7. Verstärkerschaltung nach Anspruch i und a, .insbesondere mit hohem Innenwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwiderstand durch eine zusätzliche Spannungsgegenkopplung auf den Wert herabgesetzt ist, an den sich der vorbestimmte Einstellbereich anschließt.
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