DE932134C

DE932134C - Circuit arrangement to prevent the tendency of multi-stage amplifiers to oscillate with combined current-voltage negative feedback

Info

Publication number: DE932134C
Application number: DEL9936A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr-Ing Benz
Original assignee: Telefunken AG
Current assignee: Telefunken AG
Priority date: 1951-08-28
Filing date: 1951-08-28
Publication date: 1955-08-25

Description

Schaltungsanordnung zur Verhinderung der Schwingneigung von mehrstufigen Verstärkern mit kombinierter Stromspannungsgegenkopplung Bei Verstärkern kante man durch gleichzeitige Strom- und. Spanniungsgegenkopplung erreichen,, d,aß der Veirstärlwrinnenwiderstand unabhängig vom gesamten G%-enkopp:lungsgra,d, wird. Es ist bekannt, zu diesem Zweck dien: Ausgangskreis eines Verstärkers ails Brückenschaltung auszubilden, wie dass. beispielsweise in Fig. i dargestellt ist. Machet man, hier wobei Ri den inneren Widerstand. der Endröhre bedeutet, so ist der vom Verbraucher b.7-,v. von den Ausgangsklemmen: .aus: gesehene Ve:rstärkerinnenwiders.ta:nd. unabhängig von der Gegenkopplung, d. h. von der Stellung des Abgriffs von: R. Man kann, dann also die Verstärkung durch. Änderung der Gegenkopplung ändern, ohne. den Verstärkerinn@enwiders:tan.d zu beeinflussen.Circuit arrangement to prevent the tendency of multistage amplifiers to oscillate with combined current-voltage negative feedback With amplifiers you edge through simultaneous Electricity and. Achieve negative voltage feedback, d, the vesicle resistance ate independently of the entire G% -enkopp: lungsgra, d, will. It is known to serve for this purpose: starting circle of a Train amplifier ails bridge circuit, such as that is shown, for example, in FIG. Machet man, here where Ri is the internal resistance. of the end tube means, the consumer b.7-, v. from the output terminals: .from: seen amplifiers contradicting.ta: nd. independent of the negative feedback, ie of the position of the tap of: R. One can, then the amplification through. Change the negative feedback without changing. to influence the amplifier sense @ enwiders: tan.d.

Wendet man, die angegebene Schaltung bei mehrstufigen: Verstärkern, an, die mit starker Gegenkopplung betrieben werden sollen und deinen Übertragungsbereich groß ist und sich bis. zu Frequent zen: erstreckt, die, übeir dem Tonfrequenzbereich liegen,, dann treten leicht Schwierigkeiten auf, die daher rühren, d;aß die Anodenwicklung Beis Aus gangs übeirtragers: nicht einseitig wechselstrommäßig an »Erde« liegen, kann:. Es kommt dann häufig vor; daß schon bei verhältnismäßig sch-,va.cher Gegenkopplung Selbsterregung des. Verstärkers eintritt.If you apply the specified circuit for multi-stage: amplifiers, that should be operated with strong negative feedback and your transmission range is big and up. to Frequent zen: extends that, over the audio frequency range then difficulties arise easily which arise from this, i.e. the anode winding In the case of the output transmitter: do not have one-sided alternating current to "earth", can:. It then occurs frequently; that even with relatively weak, especially negative feedback Self-excitation of the amplifier occurs.

Nimmt man bei. der in Fig. i gezeigten. Schailtung des Verstärkers das Verhältnis der vom Ausgangskreis abgenommenen Gegenkopplungs-spannung U,. zur Auoden,wechselspa:nnung UA in. Abhängigkeit von der Frequenz auf,. soi ergibt' sich häufig eine Kurve, wie sie in Fig. z angedenüet isst. Wenig oiberhailibt der oberen Grenze (f2) des. Übertragungsbereiches, (f1 ... f2) des Verstärkers verschnwindet die Gegenkopplungsspannung bei einer bestimmten Frequenz f,. fastti völlig. Würde man also dien Verstärker normal betreiben und dann die Gegenkopplung von sehr kleiner Gegenkopplung aus langsam steigern., dann würde bei verhältnismäßig schwacher Gegenkopplung bereits Selbsterregung eintreten. Der Versstärker schwingt dabei mit einer Frequenz, die in der Nähe von f,, liegt.If you take it. that shown in Fig. i. Switching the amplifier the ratio of the negative feedback voltage U, taken from the output circuit. for Auoden, alternating voltage UA depending on the frequency. This often results in a curve like the one indicated in Fig. z. If the upper limit (f2) of the transmission range (f1.. fastti completely. If one were to operate the amplifier normally and then slowly increase the negative feedback from a very small negative feedback, then self-excitation would already occur with a relatively weak negative feedback. The amplifier vibrates at a frequency that is close to f ,,.

Das Verschwinden der Gegenkopplungsspannung bei der Frequenz f,. ist zwangläufig mit starken Phasendrehungen der- Gegenkopplungsspannung in der Umgebung von f,. verbunden. Bei mehrstufigen Verstärkern kann daher leicht der Fall eintreten, daß die: in dien, Mitte des Überttragüngsbereiches phasenrichtig wirkende Gegenkopp@lungs:spannung in der Umgebung vom. f,. als Mitkopplungsspannung wirkt, denn .außer der, mit dem Verschwinden der Gegenkopplungsspannung, bei f,. zusammenhängenden Phaisendrehung treten in den einzelnen Verstätrkerstufen an dien Grenzen des Übertragungsbereiches noch weitere Phaisendrehungen auf, und zwar sind diese sehr beträchtlich., wenn die Verstärkung selbst noch kaum geringer geworden isst.The disappearance of the negative feedback voltage at frequency f ,. is inevitably with strong phase rotations of the negative feedback voltage in the environment from f ,. tied together. With multi-stage amplifiers it can easily happen that that the negative feedback voltage acting in phase in the middle of the transmission area in the area of. f ,. acts as a positive feedback voltage, because .except the, with the Disappearance of the negative feedback voltage, at f ,. related phase rotation occur in the individual amplifier stages at the limits of the transmission range still further phase rotations, and these are very considerable., if the reinforcement itself has hardly become less eats.

Die Ursache dieser unerwünschten Erscheinungen soll im folgenden kurz erläutert werden. Fig. 3 zeigt ein gr'oib@ angenähertes Ersatzbild für den Ausgangskreis des. Verstärkers. Die Endröhre des. Verstärkers ist dabei durch diel Spannungsquelle mit dier E.MK E und dem inneren Widerstand Ri dargestellt. Da, im Zusammenhang mit dem Verschwinden der Gegenkopplungsispannung bei f,. nur Frequenzen interessieren, die otberhadbt des Übertragungsbereiches liegen, ist der Ausgangsübertrager mit dem Verbraucher durch die Reihenschaltung der primären Streuinduktivitätt L, mit der Parallelschaltung von Übertragerkapazität Co und Verbraucherwiderstand Ra ersetzt. Die außerdem noch eingezeichneten Kapazitäten C und C stellen die Kapazitäten. zwischen den Wicklungen, btzw. die Kapazitäten zwischen Anadenwicklung und Kernt dar. Sieht man zunächst von C', Co und Ra ab, dann fällt sofort der aus L, und C bestehende Sevienresomanzkreis auf. Bei der Resonanzfrequenz dieses. Kreises würde die Spannung UA völlig zusammenbrechen, falls Ra und Co nicht vorhanden wären: Infolge von Co und Ra und der Verbfindung dieses. Zweigeis mit R3 btzw. R2 (btzw. C') tritt jedoch nicht genau diese Wirkung auf. Die Resonanzfrequenz wird hierdurch. verschoben, die Resonanz. selbist gedämpft. Die beiden Kapazitäten C und C haben .aber auf jeden Fall zur Folge, diaß nicht der ,geisiamte in L, einfrettende Strom auch über R3 fließt. Bett: der Frequenz f,. isst nur der über R3 fließende Stromanteil besonders gering und deshalb, auchdie Spannung U,. nur sehr klein.The cause of these undesirable phenomena will be briefly explained below. 3 shows a roughly equivalent image for the output circuit of the amplifier. The end tube of the amplifier is represented by the voltage source with the E.MK E and the internal resistance Ri. Since, in connection with the disappearance of the negative feedback voltage at f ,. Only frequencies that are beyond the transmission range are of interest, the output transformer with the consumer is replaced by the series connection of the primary leakage inductance L, with the parallel connection of the transmission capacitance Co and the consumer resistance Ra. The capacities C and C , which are also shown, represent the capacities. between the windings, respectively. the capacities between the winding and the core. If one disregards C ', Co and Ra, then the Sevien resonance circle consisting of L and C is immediately noticeable. At the resonance frequency this. Circle, the voltage UA would collapse completely if Ra and Co were not present: As a result of Co and Ra and the connection between them. Branch ice with R3 or However, R2 (or C ') does not exactly have this effect. The resonance frequency is thereby. postponed the response. self is muffled. However, the two capacitances C and C definitely have the consequence that the current that is frozen in L does not also flow through R3. Bed: the frequency f ,. only the portion of current flowing through R3 is particularly low and therefore also the voltage U ,. just very small.

Es wurdet bereits bemerkt, daß die durch Fig. 3 dargestellte Ersaitzschailtung nur eine grobe Annäherung an die tattsächlsch vorliegenden Verhältniese darstell:t. Es, wurde deshatlbt auch die Wirkung dieser Schaltung nur in, groben Zügen angedeutet; für diel Erläuterung des. Erfindungsgedankens, dürftet das aber ausreichen.It has already been noted that the Ersaitzschailtung shown by FIG represents only a rough approximation of the actually existing conditions: t. The effect of this circuit has therefore only been indicated in broad outline; For the explanation of the idea of the invention, however, that should be sufficient.

Man könnte nun, daran denken, die Wirkung der angedeuteten Resonanzerscheinung dadurch abzuschwächen, daß man die Widerstände R1, R2, R3 entsprechend klein, wählt. Diese Maßnahme kommt aber praktisch, nicht in Frag, denn. man, will ja die von der Endröhre abgegebene Leistung möglichst vollständig denn Verbratuchetr zuführen. Eine Verbesserung ließe sich weiterhin dadurch erzielen, daß man: dem, Ausgangsübertrager in geeigneter Weise aufhaut, indem; man die ssohäAlichen Kapazitäten klein. hält. Dies ist aber im mit; eintet Erhöhung der S.treuinduktivität verbunden, soi daß tatsächlich reicht allzuviel erreicht werden kann.One could now think of the effect of the indicated resonance phenomenon to be weakened by choosing the resistors R1, R2, R3 correspondingly small. However, this measure is practical, out of question, because. you want that from her Feed the output power output as completely as possible to the consumption. An improvement could also be achieved by: the, output transformer suitably skin up by; to keep the societal capacities small. holds. But this is in the with; unites an increase in the fidelity inductance, so that in fact, far too much can be achieved.

Durch die Erfindung wird eint anderer Weg vorgeschlagen, diese im praktischen Verstärkerbettrieb unerwünschte Erscheinung unwirksam zu machen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch: erreicht, daß in eine Diagonale der Brückenschaltung, vorzugsweise in die den Ausgangsübertrager enthaltende BrückendiatgonaJe, auf der der Anorde der Endröhre zugekehrten Seite der Übertragerwicklung ein Resonanzkrei.st eingeschaltet ist, der auf diejenige Frequenz. fr, in dex' Nähe der oberen Grenze des Übertragungsbereiches abgestimmt ist, bei der' die GegenkopplungsispaÜnung durch das Zusammenwirken der Streuindukttivität LS, der übertbr'agrkapazität Ca, der Kapazität C zwischen den Wicklungen, der Kapazität C zwischen Anodenwicklung und Übertragrkern, des B,elasttungstwidiers:tan.-des Ra und des S,tromgtegenkopplungs@wsders.tan.-des. R3 einen Minimalwert annimmt.The invention proposes another way of making this phenomenon, which is undesirable in practical amplifier operation, ineffective. According to the invention, this is achieved in that in a diagonal of the bridge circuit, preferably in the bridge diaphragm containing the output transformer, on the side of the transformer winding facing the array of the output tube, a resonance circuit is switched on, which is connected to that frequency. fr, in dex 'close to the upper limit of the transmission range, in which' the negative feedback gap due to the interaction of the leakage inductance LS, the transmission capacity Ca, the capacity C between the windings, the capacity C between the anode winding and the transformer core, the B, elastic tungstwidiers: tan.-des Ra and S, tromgtegenkopplungs @ wsders.tan.-des. R3 assumes a minimum value.

Gemäß eintet Weitarbdldung der Erfindung kann ein weiterer enttsprechend abgestimmter Schwingungiskretis in die .andere Brückendiagonale bzw. in einen geeigneten Brücken.zweiig eingeschaltet werden.According to a further development of the invention, a further embodiment can correspond tuned oscillation discreet into the other bridge diagonal or into a suitable one Bridges. Are switched on in two.

Die Erfindung soll an Hand einest Ausführungsblenspdeles näher erläutert werden. In diesem in Fig. q. wiedergegebenen Beispiel sind vier Maßnahmen, angegeben, mit denen man dass Verschwinden, der Gegenkopplungsspannung bei. der Frequenz f,. verhindern kann. Im allgemeinen genügt eis, eine dieser Maßnahmen anzuwenden; handelt es sich um mehrstufige Verstärker mit besonders starker Gegenkopplung, dann empfiehlt sich; mitunter auch dito gleichzeitiger Anwendung von zweien. dieser Maßnahmen. Jede dieser Maßnahmen, besteht darin, einen auf die Frequenz fr abgestimmten Resonanzkreise an geeigneter Stelle desi Ausgangskreftsest oder des Gegenkopplungsweges. einzuschalten. Die verschiedenen Möglichkeiten hierfür sind, der Einfachheit halber in diesem .einzigen. Schailtungs.-bieispdel eingetzei.chnett und dort durch die römischen Ziffern; I bis IV näher gekennzeichnet. Die Maßnahmen und ihre Wirkungsweise sind im einzelnen folgende: I. In Reihe zur Anoidenwiaklung des Ausgangsübertragers, und zwar auf der Anotdenseite der Wicklung, ist ein: Parallelresonanzkreis: ein- ge.scha:ltet. Hierdurch wird erreichst, daß die Anoldenwechiseispannung bei der Frequenz f,. ent- sprechend. ansteigt, so daß bei dieser Frequenz nur ein kleiner Strom über den Ausgangsü bertrage:r geht. Der Ab@fa,ll -der Spannung U,. bei der Fre- quenz f,. wird. weitgehend durch den: Anstieg der Spannung U,4 bei der Frequenz f r kompensiert. Il. Ein: Parallelresonanzkreis ist in; Reihe. zu dem Brücken:-,viderstand R2 eingeschaltet. Das Verschwinden der Spannung U,. bei der Fre- quenz f,. wird hier dadurch verhindert, d:aß der Scheinwiderstand des Zweiges Rz-II bei der Fre- quenz f,. ganz weisentlich größer ist cis bei den, von der Frequenz f,. weiter ab liegenden Frequenzen. UA wird praktisch: nicht beeinflußt. Zwar wird in der Umgebung von f,. und selbstverständlich bei f,. selbst der Brückenabgleich erheblich gestört, doch isst flies meistens deshalb belanglos, weil die Un.- abhängigkeit des Innenwiderstandes von der Gegenkopplung lediglich im: Übertragungsbereich des Ve@rs@tärkers gewährleistet sein: muß. III. Paral:l.elresonanzkrcis. ist in dem. Gegen- koppluugs.weg in Reihe zu dem. Spannungste@iler- widerstan@d R5 eingeschaltet. Der aus. R4 und: R5 (bzw. III) bestehende Spannungsteiler für die Gegenkopplungsspan.nung wirkt in der Umgebung der Frequenz f,. -und bei f, selbst völlig anders. als beispielsweise im Übertragungsbereich. Die an. R5 + III liegende Gegenkopplungsspannung wird bei der, Frequenz f,. stark angehoben; dadurch wird der Abfall der Spannung U,. bei dieser Frequenz koanpensiert. IV. Ein; Serien,re@son:anzk reis isst parallel zu dein Spann.ungs:teilerwiderstand R4 angeordnet. Diese Anordnung hat eine ähnliche Wirkung wie diel unter III beschriebene. Man könnte grundsätzlich auch zu dem. Wider- stand R1 der Brückenschaltung einen. Serien- resonan zkreis, parallel schallten oder einen solchen. wenigstens. zu eine;. Teil von: R1. Da aber R1 in der Regel ein verhältnismäßig hoher Widerstand ist, müßte dann auch, eine verhältnismäßig große In.d:uktivität verwendet werden:, um die erfoTder- liche Resonanzschärfe zu bekommen. Bei. dien vor- stehend beschriebenen Maßnahmen I ... IV kommt man. dagegen, mit verhältnismäßig kleinen Induk- tivitäten aus. The invention is to be explained in more detail on the basis of an embodiment panel. In this in Fig. Q. In the example given, four measures are given, with which one can make the negative feedback voltage disappear. the frequency f ,. can prevent. In general, it is sufficient to apply one of these measures; If it is a multi-stage amplifier with particularly strong negative feedback, then it is recommended; sometimes also ditto simultaneous use of two. of these measures. Each of these measures consists in setting up a resonance circuit that is tuned to the frequency for a suitable point in the output force test or in the negative feedback path. to turn on. For the sake of simplicity, the various possibilities for this are in this one. Schailtungs.-bieispdel eingetzei.chnett and there by the Roman numerals; I to IV marked in more detail. The measures and their mode of action are in detail as follows: I. In series with the anoidenwiaklung of the output transformer, on the anode side of the Winding, is a: parallel resonance circuit: one ge.scha: ltet. This achieves that the Anolden alternation ice voltage at the frequency f ,. un- speaking. increases, so that at this frequency only a small current through the output transfer: r goes. The Ab @ fa, ll -the voltage U ,. at the quenz f ,. will. largely due to the: increase in Voltage U, 4 compensated at the frequency fr. Il. On: parallel resonance circuit is in; Line. to the bridge: -, resistor R2 switched on. That Disappearance of the voltage U ,. at the quenz f ,. is prevented here by d: ate the Impedance of branch Rz-II at the fre- quenz f ,. cis is very wisely greater in the, von the frequency f ,. frequencies further away. UA becomes practical: not influenced. In around f ,. and of course with f ,. even the bridge adjustment significantly disturbed, but eats flow mostly because the un.- dependence of the internal resistance on the Negative coupling only in: the transmission range des Ve @ rs @ tärkers: must be guaranteed. III. Paral: l.elresonanzkrcis. is in that. Against- koppluugs.weg in series with the. Most exciting @ iler- resists R5 switched on. The out. R4 and: R5 (or III) existing voltage divider for the Negative feedback voltage acts in the environment the frequency f ,. -and at f, itself completely different. as for example in the transmission area. The on. R5 + III lying negative feedback voltage at the, frequency f ,. strongly raised; thereby becomes the drop in voltage U ,. at this frequency co-compensated. IV. A; Series, re @ son: anzk rice eats parallel to yours Voltage: divider resistor R4 arranged. These Arrangement has a similar effect as the diel described under III. In principle, one could also go to that. Contrary- stood R1 of the bridge circuit one. Serial resonance circuit, echoing in parallel or such. at least. to one ;. Part of: R1. But since R1 is in usually a relatively high resistance is, should then also, a relatively large one Can be used in order to meet the Liche resonance sharpness to get. At. serve Measures I ... IV described above comes man on the other hand, with relatively small induc- activities.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Circuit arrangement for preventing the tendency to oscillate from the multi-stage amplifier in the vicinity of the upper limit of the transmission range, in the output circuit of which an output transformer and switching elements for generating a combined current voltage negative feedback are located in a bridge circuit, characterized in that in, a diagonal of the bridge circuit: device, preferably in the bridge diagonal containing the output transformer, on the side of the transmission winding facing the anode of the output tube, a resonance circuit is switched on, which is tuned to the frequency (fr) near the upper limit of the transmission range at which the negative feedback voltage through that, working together. the leakage inductance (L,), the inherent capacity of the transformer (Co), the capacity (C) between the windings, the capacity (C) between: anode winding and transformer core, the load resistance tan: des (Ra) and des. Current: negative feedback, resistance. (R3) assumes a minimum value.

2. Circuit arrangement according to. Claim i, characterized through the additional bi, che, lturvg one, further suitably tuned Oscillation circle, in the other bridge diagonal, or in a suitable bridge branch.

3. Circuit arrangement according to. Claim i, characterized by a. Parahelsch -, vinging circle in the arm of the bridge damage, which is between the Diagana @ l point, at which the negative feedback is removed, and the lower end of the anode winding of the output transformer.

4. Circuit arrangement according to claim: 2, characterized through, one in series with one of the voltage resistance resistors in the negative feedback path Switched ParaIlelresStranzkreis :.

5. Schadtungsanordn: ung according to claim 2, characterized through: one, parallel to one of the span: now dividing resistance: e in the negative feedback path switched

6. Circuit arrangement according to AnspruChi 2, characterized by the application of the in the claims. 2 to: 5 marked measures in any combination. Attracted publications: H. P i ts e h, textbook, der Funkempfangstechnik, 1948 pp. 514, 6o6, 607; Vilbig and Zenneck, "Advances in High Frequency Technology", Vol. 2, 1943, p. 388.