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Schaltung zur Regelung des Verstärkungsgrades von Verstärkern ohne
Beeinflussung des Innenwiderstandes Die Erfindung betriff t eine Schalung für rückgekoppelte,
insbesondere gegengekoppelte Verstärker, bei denen der Verstärkungsgrad durch Änderung
des Rückkopplungsgrades regelbar ist. Da der Sollwert des Innenwiderstandes einer
Verstärkerschaltung meist durch eine bestimmte Anpassungsbedingung an den Verbraucherwiderstand
festliegt, besteht das Bedürfnis nach einer Schaltung, bei der durch Änderung möglichst
nur eines Regelgliedes der Rückkopplungsgrad und damit die Verstärkung derart geregelt
werden kann, daß keine Beeinflussung des Innenwiderstandes und der Anpassung eintritt.
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Es ist zu diesem Zweck eine Schaltung mit kombinierter Strom- und
Spannungsgegenkopplung bekannt (französische Patentschrift 784 45Z), bei der die
Belastung an einer Diagonalen einer Brücke liegt, bei der drei Arme von je einem
Widerstand, der vierte Arm vom Innenwiderstand der Endröhre des Verstärkers gebildet
sind. _ Die Gegenkopplungsspannung wird an der anderen Diagonale abgenommen, über
die ein veränderbarer Widerstand geschaltet ist. Durch Veränderung dieses Widerstandes
ist es bei der bekannten Schaltung zwar möglich, eine Regelung des Verstärkungsgrades
ohne Beeinflussung des Innenwiderstandes zu erreichen. Die Schaltung hat aber den
Nachteil, daß der Innenwiderstand der Schaltung nicht beliebig eingestellt werden
kann, sondern stets dem Innenwiderstand der Endröhre gleich ist, so daß bei einer
bestimmten Anpassungsbedingung das Übersetzungsverhältnis des Ausgangsübertragers
ein für allemal durch den Innenwiderstand der Endröhre festgelegt ist. Bei der in
der Endstufe von Verstärkern allgemein üblichen Verwendung von Röhren mit hohem
Innenwiderstand (Schirmgitterröhren) müßte
das Übersetzungsverhältnis
des Ausgangsübertragers sehr groß sein. Die Verwirklichung derartiger Übersetzungsverhältnisse
bereitet aber bekanntlich große Schwierigkeiten.
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Es ist ferner bereits eine Schaltung zur Regelung der Verstärkung
ohne Beeinflussung des Innenwiderstandes vorgeschlagen, bei der der Innenwiderstand
beliebig kleiner als der Widerstand der Endröhre eingestellt werden kann. Bei dieser
Schaltung ist die Gesamtgegenkopplungsspannung aus der Summe zweier Spannungen gebildet.
Die eine Spannung tritt an einem vom Anodenwechselstrom einer Verstärkerröhre durchflossenen
festen Widerstand, die andere an einem vom Anodenwechselstrom derselben Röhre durchflossenen
veränderbaren Widerstand auf. Beide Widerstände bilden dabei gleichzeitig zusammen
mit einem weiteren festen Widerstand einen Spannungsteiler für eine an einer besonderen
Wicklung des Ausgangsübertragers des Verstärkers entnommene Spannung. Die Schaltung
gestattet nicht, den Innenwiderstand größer als den Innenwiderstand der. Endröhre
zu wählen, und verwendet ausschließlich Gegenkopplung. Ferner können durch die zur
Gewinnung des spannungsabhängigen Anteiles der Gegenkopplungsspannung erforderliche
besondere Wicklung des Ausgangsübertragers bei Breitbandverstärkern im Falle stärkerer
Gegenkopplungsgrade leicht Phasendrehungen entstehen, welche eine Verzerrung des
Frequenzganges oder gar eine Selbsterregung des Verstärkers hervorrufen können.
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Gegenstand der die genannten Nachteile vermeidenden Erfindung ist
eine Verstärkerschaltung mit gleichzeitiger Strom- und Spannungsrückkopplung, die
mittels eines veränderbaren Regelgliedes eine beliebige Einstellung der Verstärkung
ohne Beeinflussung des Innenwiderstandes der Schaltung ermöglicht. Erfindungsgemäß
besteht die Gesamtrückkopplungsspannung aus einer festen Grundrückkopplungsspannung
und einer veränderbaren strom- und spannungsabhängigen zusätzlichen Rückkopplungsspannung,
wobei letztere an einem im Spannungspfad liegenden Regelglied gewonnen wird, dem
die Reihenschaltung mindestens zweier Widerstände parallel liegt, von denen einer
den stromabhängigen Anteil der zusätzlichen Rückkopplungsspannung liefert, und mindestens
einer zur Heranführung dieses Anteiles an das Regelglied dient, wobei die genafinten
Widerstände so bemessen sind, daß in Jeder Stellung des Regelgliedes das Verhältnis
der durch die zusätzliche Stromrückkopplung bewirkten Innenwiderstandsänderung zu
der durch die zusätzliche Spannungsiückkopplung bewirkten, im entgegengesetzten
Sinne erfolgenden Innenwiderstandsänderung zumindesten angenähert konstant bleibt.
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Die genauere Bemessung der Schaltung ergibt sich aus der Gleichung
hierin bedeutet Ri den Innenwiderstand der Endröhre, Rk einen gedachten festen Widerstand
im Anodenstromkreis, der den stromabhängigen Teil der Grundrückkopplungsspannung
erzeugt, Rkz einen gedachten veränderbaren Widerstand im Anodenstromkreis, der den
stromabhängigen Teil der zusätzlichen Rückkopplungsspannung erzeugt, R das feste
Verhältnis des spannungsabhängigen Teiles der Grundrückkopplungsspannung zur Ausgangsspannung,
das veränderbare Verhältnis des spannungsabhängigen Teiles der zusätzlichen Rückkopplungsspannung
zur Ausgangsspannung, A, die Leerlaufverstärkung der nichtrückgekoppelten Schaltung.
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Aus der Gleichung (Z) ergibt sich
worin C eine Konstante darstellt. Aus der Gleichung (2) wird ersichtlich, daß es
darauf ankommt, die Schaltung derart zu bemessen, daß A,1 proportional Rkl wird.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Fig. z zeigt eine negativ rückgekoppelte (gegengekoppelte) Einrohrverstärkerschaltung,
bei der die Signal- und Rückkopplungsspannung im Gitterkreis der Röhre I in Reihe
geschaltet sind. Die Grundgegenkopplung wird hier durch einen aus der Reihenschaltung
zweier fester Widerstände R1 und R2 bestehenden Spannungsteiler für die Ausgangsspannung
gewonnen. Die Grundgegenkopplung ist daher spannungsabhängig und bewirkt bekanntlich
eine Herabsetzung des Innenwiderstandes des Verstärkers. Um die gewünschte Regelbarkeit
des Verstärkungsgrades ohne Beeinflussung des Innenwiderstandes zu erreichen, ist
ein veränderbarer Widerstand R3 zwischen dem freien Ende des Widerstandes R2 und
dem Minuspol -A der Anodenspannungsquelle eingeschaltet. Dieser Widerstand ist sehr
klein gegenüber den Widerständen R1 und R2 gewählt und dient dazu, der am Widerstand
R2 auftretenden Grundgegenkopplungsspannung eine kombinierte strom- und spannungsabhängige
zusätzliche Gegenkopplungsspannung regelbarer Stärke hinzuzufügen. Der stromabhängige
Teil dieser zusätzlichen Gegenkopplungsspannung wird durch einen zwischen dem Pol
-A und dem Ausgangsübertrager eingeschalteten, vom Ausgangswechselstrom des Verstärkers
durchflossenen Widerstand R, erzeugt und über einen Widerstand R4 dem Regelglied
R3 zugeführt. Der spannungsabhängige Teil der zusätzlichen Gegenkopplungsspannung
wird dadurch gebildet, daß der Regelwiderstand R3 von einem Teil des durch die Widerstände
R1 und R2 fließenden, der Ausgangsspannung proportionalen Stromes durchflossen wird.
Am Regelwiderstand R3 tritt also eine strom- und spannungsabhängige Gegenkopplungsspannung
auf, deren Größe durch Änderung des Widerstandes R3 veränderbar ist.
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Die Schaltung muß so bemessen werden, daß einerseits der Strom J1
durch die Reihenschaltung von Rl, R2 und R3 sich bei Änderung von R3 praktisch nicht
ändert und daß andererseits durch die Einfügung des Querwiderstandes R4 der durch
den Widerstand R5 fließende Strom J" sich nicht wesentlich verändert. Dies wird
erreicht, indem R3 << R, + R2 und RS << R4
gewählt werden.
Dann gilt für den stromabhängigen Teil %t der zusätzlichen Rückkopplungsspannung
und für den spannungsabhängigen Teil
Aus den Gleichungen (3) und (q.) geht hervor, daß durch entsprechende Wahl von R4
und R, erreicht werden kann, daß unabhängig von der jeweiligen Größe des Widerstandes
R3 die Spannungen ug und uSD einander gleich oder mindestens proportional gemacht
werden können. Damit ist aber erreichbar, daß die den Innenwiderstand erhöhende
Wirkung der Spannung ust durch die den Innenwiderstand verringernde Wirkung der
Spannung usD gerade wieder aufgehoben wird. Es kann also durch Änderung des Widerstandes
R3 die Gesamtrückkopplungsspannung und damit die Verstärkung der Schaltung geregelt
werden, ohne daß sich ihr Innenwiderstand ändert.
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Bei einer Dimensionierung der Schaltung nach Fig. x entsprechend der
allgemeinen Bemessungsregel der Gleichung (z) wäre folgendes einzusetzen:
Fig. 2 zeigt eine Einrohrschaltung mit einer stromabhängigen Grundgegenkopplung,
die bekanntlich den Innenwiderstand heraufsetzt. Diese Stromgegenkopplung wird durch
einen urüberbrückten, angezapften Kathodenwiderstand R2 bewirkt. Im übrigen unterscheidet
sich die Schaltung von der nach Fig. r dadurch, daß der Widerstand R1 direkt mit
den Widerständen R3 und R4 verbunden ist und der Widerstand R3 als Potentiometer
ausgebildet ist. Der Potentiometerabgriff ist an das Gitter geführt.
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In der Schaltung nach Fig. 3 findet eine spannungsabhängige Grundgegenkopplung
Verwendung, die durch einen besonderen Spannungsteiler R'1, R2 gebildet wird.
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Die Schaltung nach Fig. q. ergibt sich aus der nach Fig. z, indem
der Pol -A nicht an den Verbindungspunkt der Widerstände R3 und R5, sondern an den
der Widerstände R4 und R5 angeschlossen wird. Dies ist zweckmäßig, wenn die Anodengleichspannung
nicht über eine Sperrdrossel, sondern über den Ausgangsübertrager zugeführt wird.
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In der Fig.5 findet eine spannungsabhängige Grundrückkopplung Anwendung,
die durch eine besondere Wicklung W1 des Ausgangsübertragers bewirkt wird. Die Schaltung
gestattet die Erzielung einer sehr genauen Proportionalität zwischen A1 und R.;1,
da durch Änderung des Regelgliedes R3 der durch den Widerstand R1 fließende Strom
nicht beeinflußt wird. Trotz der Einführung der besonderen Wicklung W1 bleibt die
Gefahr einer Phasendrehung der Rückkopplungsspannung und damit die Schwingneigung
des Verstärkers gering, da die transformatorisch gewonnene Rückkopplungsspannung
meist klein gegen die Gesamtrückkopplungsspannung ist.
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Es sei angenommen, daß die Wicklung W1 in der dargestellten Lage so
gepolt ist, daß an ihr eine Gegenkopplungsspannung entsteht. Werden nun die Verbindungen
zwischen den Schaltpunkten M und N einerseits und zwischen 0 und P andererseits
aufgetrennt und werden unter gleichzeitiger Umpolung der Wicklung W1 die Punkte
P mit M und N mit 0 verbunden, dann wird aus der kombinierten zusätzlichen Gegenkopplung
eine kombinierte zusätzliche Mitkopplung (positive Rückkopplung). Auch in dieser
Schaltung bleibt der Innenwiderstand bei jeder Stellung des Regelgliedes konstant,
wobei die Grundrückkopplung eine Gegenkopplung geblieben ist.
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Die Schaltungen nach Fig. 6 bzw. 7 zeigen die Anwendung der Schaltungen
nach Fig. z bzw. q. auf Zweirohrschaltungen, wobei die Rückkopplungsspannungen in
der Endstufe gewonnen werden. Da in jeder Stufe bekanntlich eine Phasendrehung um
r8o° stattfindet, muß die Rückkopplungsspannung, wenn eine Gegenkopplung erzielt
werden soll, wie dargestellt zugeführt werden.
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In der Zweirohrschaltung nach Fig. 8 ist die Grundrückkopplung eine
positive Stromrückkopplung (Strommitkopplung), die bekanntlich den Innenwiderstand
herabsetzt. Die entsprechende Rückkopplungsspannung wird an einem Widerstand R2
gewonnen, der zwischen dem Ausgangsübertrager und dem mit dem Pol -A verbundenen
Ende des Regelelementes R3 in Reihe mit dem Widerstand R., im Ausgangsstromkreis
des Verstärkers geschaltet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele
beschränkt. Insbesondere kann die Erfindung auch bei mehr als zweistufigen Verstärkern
sinngemäß Anwendung finden.
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Als Grundrückkopplung kann auch eine strom- und spannungsabhängige
Rückkopplung Verwendung finden.