DE940997C

DE940997C - Verstaerkerschaltung mit Gegenkopplung

Info

Publication number: DE940997C
Application number: DEC1617D
Authority: DE
Inventors: Guy Michel
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1943-07-29
Filing date: 1944-07-11
Publication date: 1956-03-29
Also published as: FR900025A

Description

Bekanntlich erfordert die Anwendung des Gegenkopplungsprinzips bei Verstärkern bestimmte Vorsichtsmaßregeln, um die Entstehung schädlicher Nebenschwingungen zu vermeiden, die hauptsächlich bei den äußersten, d. h. sehr niedrigen und sehr hohen Frequenzen des Frequenzbandes auftreten, das man übertragen will Die Selbsterregung ist um so wahrscheinlicher, wenn der Grad der Gegenkopplung auf einen höheren Wert festgelegt wird, was man anstrebt, um wirksamer die Verzerrungen und Störungen zu bekämpfen, die in den Verstärkern zum Entstehen· kommen. Die Praxis lehrt, daß bei einer großen Zahl von Apparaten solche Störungen an verschiedenen Punkten der Verstärkungskette auftreten und dabei die stärksten Störungen und Verzerrungen auf ein begrenztes Frequenzband beschränkt sind.

Es ist z. B. bei einer mit einem Lautsprecher verbundenen Verstärkerschaltung mit Gegenkopplung bekannt, die Gegenkopplungsspannung aus vor und hinter einem Verbindungstransformator aus der Verstärkerkette entnommenen und über auswählend wirkende Filter übertragenen Teilspannungen zusammenzusetzen und einen Gegenkopplungs- und einen Mitkopplungskanal in Form eines Spannungsteilers zur Erzielung einer lautstärkeabhängigen Gegenkopplung mit Veränderbarkeit des Einflusses der beiden Kopplungskanäle auf den Ton des Lautsprechers gegeneinander zu koppeln. Dabei ist aber am Verbindungstransformator eine zweite Sekun-

därwicklung vorgesehen, deren Wirkung- mit Bezug auf im Transformatorsekundärkreis auftretende Störungen ungünstig ist.

Auch hat man für Verstärkerschaltungen mit Energierückkopplung schön vorgeschlagen, den unverzerrten Anteil der verstärkten Schwingung in - dem Rückkopplungskreis' zu kompensieren und lediglich den nichtlinearen, verzerrten Teil gegenzukoppeln »und so die Unterdrückung der nichtlinearen ίο Verzerrungen ohne Minderung des linearen Verstärkungsgrades zu erreichen. Dabei wird eine der beiden Gegenkopplungsspannungen an einem Widerstand in Stromkopplung über einen Transformator und die andere über einen Stromkreis in Spannungskopplung an dem Sekundärkreis des Transformators entnommen. Ferner ist nicht mehr neu, bei einer Verstärkerschaltung mit Gegenkopplung zur Vermeidung von Unstabilitäten" des Verstärkers im Gegenkopplungskanal frequeftzabhängige Filter anao zuordnen, die derart bemessen sind, daß der zu übertragende Frequenzbereich unbeeinflußt bleibt. Nach der Erfindung wird nun bei einer mit Gegenkopplung arbeitenden Verstärkerschaltung, bei der sich die Gegenkopplungsspannung aus zwei an as verschiedenen Punkten des Verstärkungsweges entnommenen Teilspannungen zusammensetzt, die Anordnung so getroffen, daß die Gegenkopplungsteilspannungen jeweils vor und hinter einem oder mehreren Köppelelementen, die— besonders an den Grenzen des Nutzübertragungsbandes — starke Phasendrehungen bewirken, abgenommen und jeweils über Frequenzfilter vereinigt werden, daß ferner das· Frequenzfilter im erstgenannten Gegenkopplungsweg im wesentlichen die vor dessen Abzweigpunkt entstandenen Störfrequenzen und das Filter im zweiten Gegenkopplungsweg im wesentlichen die zwischen den beiden Abzweigpunkten entstandenen Störfrequenzen, jedoch außer den Frequenzgebieten mit starker Phasendrehung, überträgt, und daß sich die Frequenzbänder der Filter derart zueinander ergänzen, daß eine im wesentlichen konstante Gegenkopplungs spannung für das gesamte Nutzfrequenzband erzielt wird.

Auf diese Weise läßt sich bei einem Verstärker, beispielsweise einem Modulationsverstärker für Rundfunksender, mit Hilfe von zwei je ein Frequenzfilter enthaltenden Gegenkopplungswegen mit beiderseits eines, stark phasendrehenden Elements der Verstärkerfcette abgegriffenen und in einem Mischkreis vereinigten Teilspannungen ein sehr hoher und dabei — vor allem auch an den Übertragungsbandgrenzen — konstanter Gegenköpplungsgrad erreichen. Da insbesondere Transformatoren oder ähnliche Koppelelemente im Verstärkungsweg eine erhöhte Phasendrehung bewirken und damit die Stabilität der Gegenkopplungssehaltung gefährden, sind die Frequenzfilter in den beiden Gegenkopplungswegen erfindungsgemäß so bemessen, daß das Filter im ersten Gegenkopplungsweg lediglich den oberen und den unteren Frequenzbereich mit zu kompensierenden Störfrequenzen, wie Brummfrequenzen und Klirrfrequenzen, das Filter im zweiten Gegenkopplungsweg nur den mittleren Frequenzbereich, nicht aber die durch Phasendrehung der Kopplungselemente gefährdeten unteren und oberen Frequenzbereiche durchläßt und die Durchgangsbereiche beider Filter dabei praktisch lückenlos, das Nutzfrequenzband der Verstärkerschaltung überdecken.

Die nach der Erfindung von zwei verschiedenen Punkten des Verstärkungsweges aus erzielte getrennte Gegenkopplung stellt somit eine betonte Gegenkopplung der in der Schaltung jeweils vor den beiden Abnahmepunkten entstandenen Störfrequenzetf dar, während das starke Phasendrehungen bewirkende Koppelelement gewissermaßen aus den Gegenkopplungswegen herausgenommen ist. Die Frequenzbereiche des Sprachfrequenzbandes können auf die Frequenzfilter der zwei Gegenkopplungswege vorzugsweise so· verteilt sein, daß das Filter im ersten Gegenkopplungsweg nur den unter etwa 50 Hz und den über etwa 1500 Hz liegenden Frequenzbereich und das Filter im zweiten Gegenkopplungsweg nur den Frequenzbereich von etwa 50 Hz bis rund 1500 Hz überträgt.

Bei Anwendung der Gegenkopplungsanordnung nach der Erfindung bei einer Modulations verstärkerschaltung für Rundfunksender oder dergleichen wird zweckmäßig die erste Gegenkopplungsteilspannung an den Anoden der niederfrequenten Modulationsstufe abgenommen und über ein Filter zum Eingang eines Vorverstärkers geleitet, während die zweite Gegenkopplungsteilspannung hinter dem Transformator abgegriffen und dem gleichen Vereinigungspunkt ebenfalls über ein Filter zugeführt wird. Die Abnahme der zweiten Gegenkopplungsteilspannung hinter dem Transformator kann dabei erfindungsgemäß über einen vom Anodenstrom der modulierten Hochfrequenzstufe durchflossenen Intensitätsteansformator oder über einen mit der Ausgangs- und Antennenanschlußseite der Hochfrequenzstufe gekoppelten Hochfrequenzgleichrichter erfolgen.

Die Zeichnung zeigt den Gegenkopplungsverstärker nach der Erfindung ,in einer beispielsweisen Ausführungsform in Anwendung bei einem mit Modulation an der Anode arbeitenden Runkfunksender.

Abb. ι gibt die übliche Schaltungeines derartigen Senders wieder, und

Abb. 2 läßt die Abänderung dieser Schaltung nach der Erfindung erkerinen;

■ Abb. 3 veranschaulicht in einer Kurvendarstellung die Wirkungsweise der Schaltanordnung nach Abb. 2.

Gemäß Abb. 1 wirkt eine hochfrequente Schwingungen erzeugende elektrische Vorrichtung 1 auf den Gitter-Kathoden-Stromkreis einer einen modulierten Verstärker darstellenden Röhre 2, deren Anodenstromkreis einen abgestimmten Schwingungskreis 3 enthält, der mit einer Belastung, z. B. einer Antenne 4, gekoppelt ist, während ein Vorverstärker 5 an seinen Eingangsklemmen 6 die von der Leitung 7 über einen Transformator 8 kommende Modulationsspannung und gleichzeitig auch die wischen den Drähten- 9 vorhandene Gegenkopp-

lungsspannung empfängt. Die Ausgangsseite des Vorverstärkers 5 ist an die Gitter eines Leitungsverstärkers io der B-Klasse angeschlossen, dessen Anoden in bekannter Weise durch einen Stromweg verbunden sind, der einen Transformator ii, einen Kondensator 12 und eine auch im Anodenetromkreis der Röhre 2 liegende Induktanz 13 enthält. Eine Hochspannungsquelle 14 dient zur Speisung der ganzen Schaltung.

Bekanntlich treten in einer derartigen Schaltung folgende unerwünschte Verzerrungen und Störungen auf:

a) Eine Verzerrung, die auf den Verstärker 10 infolge des nichtlinearen Verlaufes der Kennlinien der Röhren zurückzuführen ist und nur von der Amplitude, nicht aber von der Grundfrequenz der betreffenden Modulationskomponente abhängt,

b) eine Verzerrung, die durch die Sättigung des Eisens des Transformators 11 bedingt ist und sich um so mehr bemerkbar macht, je niedriger bei gleicher Amplitude die Frequenz ist,

c) ein Grund-Brummgeräusch, das gegebenenfalls durch die Heizung der Glühfäden der Röhren der Verstärkerstufe 10 mit Wechselstrom veranlaßt ist,

d) ein Grund-Brummgeräusch, das gegebenenfalls durch die Heizung der Röhrenglühfäden der Verstärkerstufe 2 mit Wechselstrom und durch Amplitudenmodulation der vom Schwingungserreger 1 gelieferten Wechselspannung sowie durch eine ungenügende Filterung der von Spannungsquelle 14 abgegebenen Spannung hervorgerufen ist,

e) eine Eigenverzerrung der modulierten Hochfrequenz- oder Vefstärkerstufe 2.
Die Gegenkopplungsspannung wird nach den bisher gebräuchlichen Verfahren entweder vor oder hinter dem Transformator 11 entnommen. Im ersteren Fall benutzt man in der Regel als Gegenkopplungsspannung einen durch den Regler 15 eingestellten Bruchteil der an den Primärklemmen des Transformators 11 herrschenden Niederfrequenzspannung. Da das Gegenkopplungskurvenbild günstig ist, kann man einen ziemlich hohen Gegenkopplungsgrad, z. B. von 20 Dezibel, anwenden. Indessen werden auf diese Weise nur die Störungen a, b und c beseitigt. Daher muß man, damit die Störung d nicht hinderlich wird, zu kostspieligen Vorbeugungsmaßnahmen, z. B. Gleichstromheizung der Glühfäden der Apparate 1 und 2, oder zu einer besonders sorgfältigen Filterung greifen. Die Störung e ist im allgemeinen vernachlässigbar. Bei Entnahme der Gegenkopplungsspannung hinter dem Transformator 11 andererseits benutzt man hierfür entweder die Einwirkung der vom Schwingungskreis 3 ausgehenden modulierten Hochfrequenz spannung auf einen Gleichrichter 16 oder den Durchgang des Anodenstromes der Röhre 2 durch ein Kopplungsmittel 17 oder sonst eine geeignete Schaltungsmaßnahme. Da hierbei die Verstärkungs- und Gegenkopplungskette den Transformator 11 umfaßt, gestattet das Gegenkopplungskurvenbild ottne Selbsterregung nur mehr verhältnismäßig geringe Gegenkopplungsgrade, z. B. von 10 Dezibel, die unzulänglich sind, um die Störungen c und d auf technisch annehmbare Mindestwerte zu bringen. Auch kann man nicht die Ersparnisse sich zunutze machen, welche die Wechselstromheizung der Glühfäden der Leistungsrölhiren und eine kleinere Bemessung des Filters der Spannungsquelle 14 ergeben.

Diesen Mangeln wird durch die erfindungsgemäß ausgebildete Schaltung nach Abb. 2 abgeholfen, bei der gleiche Teile mit demselben Bezugszeichen wie in Abb. 1 versehen sind und die sich von der Schaltung der Abb. 1 dadurch unterscheidet, daß die Gegenkopplungsspannung sich aus einer vor dem Transformator 11 und aus einer hinter diesem entnommenen Spannung zusammensetzt und diese beiden Teilspannungen durch frequenzauswälhlende Vorrichtungen 20 und 21 hindurchgehen. Die hinter dem Transformator 11 abgenommene Spannung kann über einen mit einem Widerstand 19 belasteten Intensitätstransformator 18 oder auch über den Hochfrequenzgleichrichter 16 abgezweigt sein. Diese Spannung geht durch das ein bestimmtes Frequenzband durchlassende Filter 21.. Das Durchgangsband dieses Filters 21 deckt sich ungefähr mit dem durch die Störung d eingenommenen Frequenzbereich, d. h. mit einem Bereich von z. B. 50 bis 1500 Hz. Das Filter 20, durch das die vor dem Transformator 11 entnommene Spannung geht, läßt die Frequenzen zwischen einigen Hertz und 50 Hz sowie die Frequenzen über etwa 1500 Hz durch. Die Übertragungskoeffizienten für die beiden Gegenkopplungs^- teilspannungen werden so eingestellt, daß der Grad der gesamten Gegenkopplung einem vorbestimmten Gesetz, z. B. dem Gesetz der Konstanz, folgt.

Mit der Schaltung nach Abb. 2 kann man einen hohen Grad der Gegenkopplung erzielen, da bei den Frequenzen, für welche der Transformator 11 Phasendrehungen veranlaßt, - die eine Selbsterregung · hervorrufen können, dieser Transformator 11 durch die Wirkung des Filters 21 gewissermaßen aus dem Gegenkopplungsstromkreis entfernt ist. Dagegen bildet er für die durch dieses Filter 21 gehenden Frequenzen einen Teil des Gegenkopplungsstromkreises, und die hinter ihm auftretenden Störungen werden durch die Gegenkopplung geschwächt, während die durch ihn hervorgerufenen Phasendrehungen in diesem Frequenzbereich vernachlässigbar sind, so daß keine Gefahr einer schädlichen Selbsterregung besteht.

In dem den gemeinsamen Durchlaßgrenzen der Filter 20 und 21 entsprechenden Frequenzbereich erfolgt der Übergang vom einen zum anderen Gegenkopplungsweg kontinuierlich. Man regelt dabei die Phasen und die Amplituden der entnommenen Spannungen derart, daß der Gesamtgrad der Gegenkopplung entweder sich nicht ändert oder nach einem vorbestimmten Gesetz veränderlich ist. Abb. 3 läßt die Kurven der Wirkungsweise der Filter 20 und 21 erkennen, und es entsprechen die Kurven 22_(l und 22;, dem Filter 20 und die Kurve 23 dem Filter 21. Die Schnittpunkte der Kurven 22_a, 22₆ und 23 entsprechen z. B. den Frequenzen 50 und 1500 Hz.

Die Schaltung nach der Erfindung kann im einzelnen auch in einer vom Beispiel der Zeichnung abweichenden Weise ausgeführt werden und auch

noch viele andere Anwendungen finden. Vorteilhaft kann sie auch in Verbindung mit bekannten, der Verbesserung des Gegenkopplungsdiagramms dienenden Verfahren benutzt werden, die bei sonst gleichen Verhältnissen die Verwendung eines höheren Gegenkopplungsgrades gestatten.

Claims

Patentansprüche:
i. Verstärkerschaltung mit Gegenkopplung,

ίο bei der sich die Gegenkopplungsspannung aus zwei an verschiedenen Punkten des Verstärkungsweges entnommenen Teilspannungen zusammensetzt, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungsteilspannungen jeweils- vor und hinter einem oder mehreren Koppelelementen, die —-* besonders an den Grenzen des Nutzübertragungisbandes — starke Pihasendrehungen bewirken, abgenommen und jeweils über Frequenzfilter vereinigt werden, daß das Frequenzfilter im ersten Gegenkopplungsweg im wesentlichen die vor dessen Abzweigpunkt entstandenen Störfrequenzen und das Filter im zweiten Gegen-■ kopplungsweg im wesentlichen die zwischen den beiden Abzweigpunkten entstandenen Störfrequenzen, jedoch außer den Frequenzgebieten mit starker Phasendrehung, überträgt, und daß sich die Frequenzbänder der Filter derart zueinander ergänzen, daß eine im wesentlichen konstante Gegenkopplungsspannung für das gesamte Nutzfrequenzband erzielt wird.
2. Anwendung der Gegenkopplungsanordnung gemäß Anspruch 1 bei einer Modulationsverstärkerschaltung für Rundfunksender oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gegenkopplungsteilspannung an den Anoden der niederfrequenten Modulationsstufe (10) abgenommen und über ein Filter (20) zum Eingang eines Vorverstärkers (5) geleitet wird, während die zweite Gegenkopplungsteilspannung hinter dem Transformator (11) abgenommen und über ein Filter (21) zum gleichen Vereinigungspunkt geleitet wird (Abb. 2).
3. Anordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gegenkopplungsteilspannung hinter dem Tranformator (11) über einen Intensitätstransformator (18), der vom Anodenstrom der modulierten Hochfrequenzstufe (2) durchflossen ist, abgenommen wird.
4. Anordnung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Gegenkopplungsteilspannung über einen modulierten Hochfrequenzgleichrichter (16) abgenommen wird, der mit der an die Antenne angeschlossenen Ausgangsseite der Hoclhfcequenzstufe (4) gekoppelt ist.
5. Anordnung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (20) im ersten Gegenkopplungsweg nur den unteren (etwa unter 50 Hz) und den oberen (etwa über 1500 Hz) Frequenzbereich des Sprachfrequenzbandes und das Filter (21) im zweiten Gegenkopplungsweg nur den mittleren Frequenzbereich (etwa von 50 bis 1500 Hz) überträgt.

Angezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 584782, 707538; französische Patentschrift Nr. 50 345 (Zusatz zur Patentschrift Nr. 846 917);
Funkschau, 1940/H. 3, S..45.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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