DE895312C

DE895312C - Amplifier with combined current and voltage negative feedback

Info

Publication number: DE895312C
Application number: DEA6568D
Authority: DE
Inventors: V Kowalewsky
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1943-03-13
Filing date: 1943-03-13
Publication date: 1953-11-02

Description

Verstärker mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung Es ist bekannt, daß die Anwendung der Gegenkopplung bei Verstärkern gleichzeitig den Vorteil einer Verringerung der nichtlinearen Verzerrungen und einer Erhöhung der Stabilität gegenüber Röhrenwechsel und Betriebsspannungsschwankungen mit sich bringt.Amplifier with combined current and voltage negative feedback It is known that the use of negative feedback in amplifiers also has the advantage a reduction in non-linear distortion and an increase in stability against tube changes and operating voltage fluctuations.

Es ist auch bekannt, daß durch die Gegenkopplung eine Veränderung, und zwar durch Stromgegenkopplung eine Erhöhung, durch Spannungsgegenkopplung eine Erniedrigung des Innenwiderstandes des Verstärkers eintritt. Bei der Anwendung einer reinen Strom- oder Spannungsgegenkopplung hat daher eine beispielsweise zwecks Regelung der Verstärkung vorgenommene Änderung des Gegenkopplungsgrades stets eine Änderung des Innenwiderstandes des Verstärkers zur Folge.It is also known that the negative feedback causes a change namely an increase through current negative feedback, and an increase through voltage negative feedback Reduction of the internal resistance of the amplifier occurs. When using a Pure current or voltage negative feedback therefore has, for example, for the purpose of regulation the gain made change in the degree of negative feedback always a change the internal resistance of the amplifier.

Da nun der Sollwert des Innenwiderstandes eines Verstärkers meist durch eine bestimmte Anpassungsbedingung an den Verbraucherwiderstand festliegt, besteht bei der Entwicklung und beim Betrieb von Verstärkern das Bedürfnis nach einer Schaltung, mit der die Verstärkung durch Änderung des Gegenkopplungsgrades möglichst mittels eines einzigen veränderlichen Widerstandes beliebig geregelt werden kann, ohne daß hierdurch eine Beeinflussung des Innenwiderstandes des Verstärkers und damit der Anpassung eintritt.Since now the nominal value of the internal resistance of an amplifier is mostly is fixed by a certain adjustment condition to the consumer resistance, there is a need in the development and operation of amplifiers for a circuit with which the gain is increased by changing the degree of negative feedback can be regulated as desired by means of a single variable resistor can without influencing the internal resistance of the amplifier and thus the adjustment occurs.

Es ist an sich bereits eine Schaltung mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung bekannt, die dieser Forderung entspricht (französische Patentschrift 784 q.51). Hier wird die Gegenkopplungsspannung an einer Diagonale einer Brücke abgenommen, an deren anderer Diagonale die Belastung liegt, wobei der Innenwiderstand der Endröhre einen Arm der Brücke bildet. Parallel zur Diagonale, an der die Gegenkopplungsspannung entnommen wird, liegt ein veränderbarer Widerstand. Durch Veränderung dieses Widerstandes ist es bei der bekannten Schaltung zwar möglich, eine Regelung des Verstärkungsgrades ohne Beeinflussung des Innenwiderstandes des Verstärkers durchzuführen. Die Schaltung ist aber darauf beschränkt, daß der Innenwiderstand des Verstärkers stets dem Innenwiderstand der Endröhre gleich ist. Diese Tatsache legt bei einer bestimmten Anpassungsbedingung aber gleichzeitig das Übersetzungsverhältnis des Ausgangstransformators fest. Bei der insbesondere in der Endstufe der Verstärker allgemein üblichen Verwendung von Röhren mit hohem Innenwiderstand (Penthoden) müßte das Übersetzungsverhältnis sehr groß sein. Die Realisierung derartiger Übersetzungsverhältnisse bereitet aber bekanntlich große Schwierigkeiten.A circuit with combined current and voltage negative feedback is already known per se, which corresponds to this requirement (French patent specification 784 q.51). Here, the negative feedback voltage is taken from a diagonal of a bridge, on the other diagonal of which the load is located, the internal resistance of the end tube forming one arm of the bridge. A variable resistor is located parallel to the diagonal from which the negative feedback voltage is taken. By changing this resistance, it is possible in the known circuit to regulate the gain without influencing the internal resistance of the amplifier. The circuit is limited to the fact that the internal resistance of the amplifier is always the same as the internal resistance of the output tube. At the same time, however, this fact determines the transformation ratio of the output transformer under a certain adaptation condition. If tubes with high internal resistance (penthodes) are generally used, particularly in the output stage of amplifiers, the transmission ratio would have to be very high. The implementation of such transmission ratios is known to cause great difficulties.

Die Erfindung, die diese Mängel der bekannten Schaltung vermeidet, betrifft einen Verstärker mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung zur beliebigen, mittels eines veränderbaren Widerstandes erfolgenden Regelung der Verstärkung ohne Beeinflussung des Innenwiderstandes des Verstärkers. Erfindungsgemäß bildet der veränderbare Widerstand zusammen mit zwei festen Widerständen gleichzeitig einen Spannungsteiler für den von der Anodenspannung abhängigen Teil der Gegenkopplungsspannung und einen Kathodenwiderstand, der den von Anodenstrom abhängigen Teil der Gegenkopplungsspannung erzeugt.The invention, which avoids these shortcomings of the known circuit, relates to an amplifier with combined current and voltage negative feedback arbitrary regulation of the gain by means of a variable resistor without influencing the internal resistance of the amplifier. Forms according to the invention the variable resistance together with two fixed resistances at the same time one Voltage divider for the part of the negative feedback voltage that is dependent on the anode voltage and a cathode resistor, the part of the negative feedback voltage that is dependent on the anode current generated.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Fig. i und 2 der Zeichnung Bezug genommen, die zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes zeigen.For a more detailed explanation of the invention, reference is made to FIGS. Referring to i and 2 of the drawing, the two exemplary embodiments of the subject matter of the invention demonstrate.

Der in Fig. i dargestellte einstufige Verstärker ist mit einer Penthode P bestückt und über seinen Ausgangstransformator mit einem Außenwiderstand Ra belastet. In der Kathodenleitung liegt ein veränderlicher Widerstand Rk mit den Klemmen a und -b. Der Ausgangstransformator weist neben der normalen Primär- und Sekundärwicklung w1 bzw. w2 noch eine zusätzliche Wicklung w, auf. Das eine Ende dieser Wicklung ist über einen Ohmschen Widerstand R1 mit der wechselstrommäßig an der Kathode liegenden Klemme a, das andere Ende über einen Ohmschen Widerstand R2 mit der Erdpotential führenden Klemme b verbunden. Die erdfreie Klemme des Widerstandes R2 ist über einen Koppelkondensator C mit dem nicht ans Steuergitter der Penthode geführten Ende der Sekundärwicklung des Eingangsübertragers verbunden, das gleichzeitig über einen Gitterwiderstand R, mit Punkt a in Verbindung steht. Die in dem Schaltbild noch vorhandenen Widerstände und Kondensatoren dienen lediglich zur Einstellung der Gleichstromverhältnisse und sind für die Erfindung belanglos.The single stage amplifier shown in Fig. I is with a penthode P fitted and loaded with an external resistance Ra via its output transformer. In the cathode line there is a variable resistor Rk with the terminals a and -b. The output transformer has the normal primary and secondary winding w1 or w2 an additional winding w, on. One end of this winding is connected to the alternating current at the cathode via an ohmic resistor R1 Terminal a, the other end through an ohmic resistor R2 to the earth potential leading terminal b connected. The floating terminal of the resistor R2 is via a Coupling capacitor C with the end of the not led to the control grid of the penthode Secondary winding of the input transformer connected, which at the same time via a Grid resistance R, connected to point a. The one in the circuit diagram Existing resistors and capacitors are only used to set the direct current ratios and are irrelevant to the invention.

Ist nun R9 > R1 -j- R2 gewählt, dann -fließt erstens der Anodenwechselstrom gleichzeitig von a über Rk nach b und von a über R1, w, und R2 nach b. Die zwischen a und c auftretende, das Gitter der Penthode P steuernde Gegenkopplungsspannung ist also einerseits dem Anodenwechselstrom proportional. Zweitens bilden die in Reihe liegenden Widerstände Ri, Rk und R2 einen Spannungsteiler für die an der Wicklung w, auftretende, der Ausgangswechselspannung des Verstärkers proportionale Spannung. Damit ist die Spannung zwischen a und c andererseits auch der Anodenwechselspannung proportional. Es handelt sich also um eine kombinierte Strom- und Spannungsgegenkopplung.If R9> R1 -j- R2 is selected, then - first, the anode alternating current flows simultaneously from a via Rk to b and from a via R1, w, and R2 to b. The negative feedback voltage that occurs between a and c and controls the grid of the penthode P is therefore proportional to the anode alternating current. Secondly, the series resistors Ri, Rk and R2 form a voltage divider for the voltage occurring across the winding w, which is proportional to the output alternating voltage of the amplifier. Thus, on the other hand, the voltage between a and c is also proportional to the anode alternating voltage. So it is a combined current and voltage negative feedback.

Die festen Widerstände Ri und R2 sind nun so gewählt, daß bei jedem beliebigen Wert des veränderbaren Widerstandes R, das Verhältnis der durch die Stromgegenkopplung verursachten Innenwiderstandserhöhung zu der durch die Spannungsgegenköpplung bewirkten Innenwiderstandsherabsetzung konstant ist.The fixed resistances Ri and R2 are now chosen so that each any value of the variable resistance R, the ratio of the current negative feedback internal resistance increase caused by the negative voltage coupling Internal drag reduction is constant.

In dem praktisch wichtigsten Fall, daß der Verstärker an den Belastungswiderstand Rd angepaßt ist, sind die Widerstände Ri und R2 durch folgende Formeln bestimmt: worin S und D die Steilheit bzw. den Durchgriff der Penthode, a das Übersetzungsverhältnis von w, nach w1 und ü das Übersetzungsverhältnis von w1 nach w2 bedeuten. ' Der Innenwiderstand des Verstärkers ist durch den Ausdruck gegeben Wenn man in diesen Ausdruck für Ri und R2 die Ausdrücke nach Formel (i) und (2) einsetzt, so ergibt sich Rv = ü2 Ra (4) so daß die geforderte Anpassung des Verstärkers in den Belastungswiderstand unabhängig von dem jeweiligen Wert des veränderbaren Widerstandes Rk gewährleistet ist. Eine Änderung dieses Widerstandes übt also keinen Einfluß auf den Innenwiderstand des Verstärkers aus; dagegen bewirkt sie eine Veränderung der gesamten Gegenkopplungsspannung zwischen den Klemmen a und c und damit eine Veränderung des Verstärkungsgrades. Ist dabei bei Änderung von Rk zwischen den Werten o und co ein Regelbereich des Verstärkers von b Neper verlangt,- so muß gewählt werden.In the practically most important case, that the amplifier is adapted to the load resistance Rd, the resistances Ri and R2 are determined by the following formulas: where S and D are the steepness and the penetration of the penthode, a is the gear ratio from w to w1 and ü is the gear ratio from w1 to w2. 'The internal resistance of the amplifier is given by the expression If the expressions according to formula (i) and (2) are used in this expression for Ri and R2, then Rv = ü2 Ra (4) so that the required adjustment of the amplifier in the load resistance is independent of the respective value of the variable resistance Rk is guaranteed. A change in this resistance therefore has no effect on the internal resistance of the amplifier; on the other hand, it causes a change in the total negative feedback voltage between terminals a and c and thus a change in the gain. If a control range of the amplifier of b Neper is required when Rk changes between the values o and co, then it must to get voted.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweistufigen Trioden-Verstärker ist die Gegenkopplungsspannung in der Endstufe in gleicher Weise wie in Fig. i gewonnen und über einen Koppelkondensator Cl der ersten Röhre als Gegenkopplungsspannung zugeführt. Dabei ist zur Erzielung der richtigen Phasenlage nicht ins Gitter, sondern in die Kathode dieser Röhre gegengekoppelt. R'1 und R, sind die Gitter- bzw. Anodenwiderstände der Vorröhre. Die obengenannten Formeln für den einstufigen Verstärker gelten sinngemäß auch für den in Fig. a dargestellten zweistufigen Verstärker mit Gegenkopplung der Vorstufe, jedoch sind in die Formeln nicht die Werte S und D der Vorröhre, sondern die Werte S V bzw. einzusetzen, worin V den Verstärkungsgrad der Endstufe bedeutet.In the two-stage triode amplifier shown in FIG. 2, the negative feedback voltage in the output stage is obtained in the same way as in FIG. 1 and is supplied to the first tube as negative feedback voltage via a coupling capacitor C1. To achieve the correct phase position, feedback is not fed into the grid, but into the cathode of this tube. R'1 and R, are the grid and anode resistances of the pre-tube, respectively. The above formulas for the single-stage amplifier also apply analogously to the two-stage amplifier shown in Fig. to use, where V is the gain of the final stage.

Die Verstärkerschaltung nach der Erfindung kann, wenn der veränderbare Widerstand nicht, wie es zur frequenzunabhängigen Verstärkungsregelung erforderlich ist, als rein. Ohmscher Widerstand, sondern als komplexer Widerstand (d. h. als ein aus Ohmschen Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten beliebig zusammengesetzter Zweipol) ausgebildet ist, mit Vorteil auch als entzerrender Verstärker benutzt werden. Hierzu ist nur erforderlich, daß der Widerstand Rk eine dem gewünschten Frequenzgang der Verstärkung entsprechende Frequenzabhängigkeit aufweist.The amplifier circuit according to the invention can, if the changeable Resistance not, as required for frequency-independent gain control is as pure. Ohmic resistance, rather than a complex resistance (i.e., a an arbitrary combination of ohmic resistances, inductances and capacitances Two-pole) is designed, can also be used with advantage as an equalizing amplifier. For this it is only necessary that the resistor Rk has the desired frequency response has frequency dependency corresponding to the gain.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Amplifier with combined current and voltage negative feedback for any regulation of the gain by means of a variable resistor without influencing the internal resistance of the amplifier, characterized in that the variable resistor (Rk) together with two fixed resistors (Rl, R2) simultaneously form a voltage divider for the forms the part of the negative feedback voltage that is dependent on the anode voltage and a cathode resistor which generates the part of the negative feedback voltage that is dependent on the anode current.

2. Amplifier after Claim x, characterized in that the alternating output voltage used for negative feedback to one of the fixed resistors (R1, R2) and the variable resistor (Rk) in Series circuit containing voltage divider is placed, and that at the same time the Anode alternating current through the parallel connection of the variable resistor (R,) and the series connection of the two fixed resistors (R1, R2) flows.

3. Amplifier according to claim z for use as an equalizer, characterized in that the variable Resistance (Rk) is a complex resistor that has a desired frequency response has a frequency dependency corresponding to the gain.