DE966899C

DE966899C - Multipath negative feedback

Info

Publication number: DE966899C
Application number: DES18471A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Eugen Leuthold
Original assignee: SABA GmbH
Current assignee: SABA GmbH
Priority date: 1950-08-10
Filing date: 1950-08-11
Publication date: 1957-09-19

Description

Die Erfindung betrifft Mehrwege-Gegenkopplungsschaltungen, vornehmlich für hochfrequente Schwingkreise, wie sie vor allem im Rundfunkempfängerbau Verwendung finden können.The invention relates to multipath negative feedback circuits, primarily for high frequency Resonant circuits, as they can be used primarily in radio receiver construction.

Bei den bekanntgewordenen Mehrweg-Gegenkopplungen zeigt sich in den abgestimmten Hochfrequenz- oder Zwischenfrequenz- Verstärkerstufen, daß zugleich mit höherer Bandbreite auch eine große Flankensteilheit der Resonanzkurve erzielbar ist. Es handelt sich hierbei also darum, vor allen Dingen die Form der Resonanzkurve einer Verstärkerstufe möglichst weitgehend der idealen Rechteckkurvenform zu nähern, um gleichzeitig ein weites Tonfrequenzband und eine gute Trennschärfe zu erreichen, welche Eigenschaften bekanntlich vorher als unvereinbar galten. Gegenüber Schaltungsmaßnahmen ohne derartige Gegenkopplungen bedeutet dies aber eine starke Deformation der Resonanzkurve, die wiederum nur durch relativ hohe Ströme erreichbar ist. Um diese Forderung möglichst weitgehend zu erfüllen, werden in bekannter Weise sehr kleine Gegenkopplungsimpedanzen verwendet, die aber gerade bei den kapazitiven bzw. induktiven, allgemein gesprochen also bei nicht ohmschen Gegenkopplungs-Impedanzen den Nachteil zeigen, daß zwangläufig Asymmetrien des Gegenkopplungsstromes in Erscheinung treten. Diese Asymmetrien haben zur Folge, daß damit auch die Resonanzkurve asymmetrisch ist, was Verzerrungen hervorruft und in extremen Fällen sogarIn the case of the multi-way negative feedback that has become known, the coordinated high-frequency or intermediate frequency amplifier stages that at the same time also have a higher bandwidth large edge steepness of the resonance curve can be achieved. So this is about, above all The shape of the resonance curve of an amplifier stage is as close as possible to the ideal Rectangular waveform to approximate a wide audio frequency band and a good selectivity at the same time to achieve which properties were previously known to be incompatible. Opposite to Circuit measures without such negative feedback, however, this means a strong deformation the resonance curve, which in turn can only be achieved with relatively high currents. To this requirement To meet as far as possible, very small negative feedback impedances are known used, but especially with the capacitive or inductive, so generally speaking with non-ohmic negative feedback impedances show the disadvantage that inevitably asymmetries of the negative feedback current appear. These asymmetries have the consequence that with it also the resonance curve is asymmetrical, which causes distortion and in extreme cases even

schädliche Schwingneigung bewirkt. Es ist anzustreben, daß die Ströme in einzelnen Kreisen um genau 90⁰ gegeneinander phasenverschoben sind, was erreicht werden könnte, wenn die Gegenkopplungszweige z. B. rein ohmschen oder rein kapazitiven Charakter hätten, denn dann ist auch die Resonanzkurve symmetrisch. Tatsächlich treten aber vornehmlich in kapazitiven Gegenkopplungszweigen — eben wegen der zitierten kleinen Impedanz — unvermeidliche ohmsche Widerstände in der Weise störend in Erscheinung, daß die Phasenverschiebung zwischen den Kreisen nicht genau 90⁰ ist.causes harmful tendency to vibrate. It is desirable that the currents in individual circles ^{are phase-shifted by exactly 90 0 from} one another, which could be achieved if the negative feedback branches z. B. purely ohmic or purely capacitive character, because then the resonance curve is symmetrical. In actual fact, however, mainly in capacitive negative feedback branches - precisely because of the small impedance cited - unavoidable ohmic resistances appear disturbingly in such a way that the phase shift between the circles is not exactly 90 ^° .

Weiterhin ist es bekannt, durch Rückkopplung — positiv oder negativ — die Eigenschaften von Bandfiltern zu verändern. Abgesehen von erheblichen Schwierigkeiten hinsichtlich praktischer Durchführung, betrifft dies nur den unmittelbar vor und den unmittelbar hinter einer Verstärkerröhre liegenden Schwingungskreis unter Anwendung einer ohmschen Kopplung zwischen diesen beiden Kreisen. Eine Übertragung derart bekannter Einweg-Kopplungsausführungen ohne weiteres auf der Erfindung zugrunde liegende Mehrwege-Gegenkopplungen ist nicht möglich. Schon die Einwegkopplung macht in Praxis große Schwierigkeiten, da sie nur einwandfrei bei rein ohmschem Verhalten arbeitet. Die dort immer vorhandene schädliche Röhrenkapazität versucht man nur dadurch in ihrer Auswirkung klein zu halten, daß man eine Unterkopplung wählt. Die rein theoretische Überlegung, sie durch eine Induktivität zu kompensieren ist praktisch nicht zu verwirklichen. Diese Überlegungen mußten jeden Fachmann von vornherein abhalten, eine Mehrwege-Gegenkopplung anzuwenden. Wesentlich handelt es sich darum, die Forderung zu verwirklichen, in den Gegenkopplungswegen den Einfluß der rein ohmisch sich verhaltenden Resonanzkreise zum Verschwinden zu bringen. In bekannten Ausführungen wird gerade hierzu kein Lösungsweg angegeben, wie überhaupt dort das Problem des in die Kopplungsspulen hineintransformierten Resonanzwiderstandes nicht berücksichtigt worden ist.Furthermore, it is known, through feedback - positive or negative - the properties of To change band filters. Apart from significant difficulties in terms of practicality Implementation, this only applies to the one immediately in front of and immediately behind an amplifier tube lying oscillating circuit using an ohmic coupling between them both circles. A transfer of such known one-way coupling designs easily Multipath negative feedback on the basis of the invention is not possible. Even the one-way coupling makes great difficulties in practice, since it only works properly with purely ohmic behavior. The one that is always there one tries to keep harmful tube capacity small in its effect only that one selects a sub-coupling. The purely theoretical consideration of compensating them with an inductance is practically impossible to achieve. Every expert had to consider these considerations from the outset discourage using a multipath negative feedback. It is essentially the Demand to realize in the negative feedback paths the influence of the purely ohmic behavior To make resonance circles disappear. In known versions, it is currently no solution is given for this, as there is the problem of the coupling coils at all transformed into resonance resistance has not been taken into account.

Um diese Schwierigkeiten für Mehrwege-Gegenkopplungen zu eliminieren, geht die Erfindung neuartige Wege, die sich wesentlich dadurch kennzeichnen, daß bei Benutzung wenigstens eines Gegenkopplungsweges kleiner Blindimpedanz zu So jedem Gegenkopplungsweg kleiner Blindimpedanz ein weiterer vorgesehen ist, der so bemessen ist, daß die in dem gegebenen Weg eine Abweichung der Phasenverschiebung zwischen Strom und Gegenkopplungsspannung hervorrufende Wirkung der ohmschen Komponente des Resonanzkreises, auf den die Gegenkopplung erfolgt, kompensiert ist. Erfindungsgemäß wird also Phasenreinheit gewährleistet für abgestimmte, — insbesondere Hochfrequenz-Röhren-Verstärkerstufen — mit mehreren auf die Eingangs- und Ausgangsseite der Verstärkerröhre verteilten Resonanzkreisen, die mindestens auf einer Röhrenseite als Kopplungs-Bandfilter ausgebildet und mindestens durch zwei zusätzliche Kopplungswege verkoppelt sind, indem neuartig die schädliche Wirkung der Resonanzkreis-Widerstände auf die Zweige mit 90⁰ Phasenverschiebung zwischen Strom und erzeugender Gegenkopplungsspannung, durch besondere Schaltungsmaßnahmen kompensiert wird. Die durch das Zusammenwirken von kapazitiven und induktiven, oder auch nur kapazitiven oder nur induktiven Impedanzen für sich allein, sowie der stets vorhandenen ohmischen Impedanzen schädlich in Erscheinung tretende Phasenverschiebung, wird hiernach kompensiert.In order to eliminate these difficulties for multipath negative feedback, the invention is novel ways, which are essentially characterized by the fact that when using at least one negative feedback path of small reactive impedance for each negative feedback path of small reactive impedance another is provided, which is dimensioned so that the in the given way a deviation of the phase shift between current and negative feedback voltage causing effect of the ohmic component of the resonance circuit, on which the negative feedback takes place, is compensated. According to the invention, phase purity is guaranteed for matched - in particular high-frequency tube amplifier stages - with several resonance circuits distributed on the input and output side of the amplifier tube, which are designed as coupling band filters at least on one side of the tube and are coupled by at least two additional coupling paths by novel the harmful effect of the resonance ^{circuit resistors on the branches with 90 0} phase shift between current and generating negative feedback voltage is compensated for by special circuit measures. The phase shift, which appears detrimentally due to the interaction of capacitive and inductive, or even only capacitive or only inductive impedances on their own, as well as the constantly present ohmic impedances, is then compensated.

Derart schädliche Phasenverdrehungen auftretender Ströme zur jeweils erzeugenden Gegenkopplungsspannung können hierbei ausgeschaltet werden, indem zweckmäßig in Gegenphase arbeitende Schaltungswege, mit kapazitiven bzw. induktiven Impedanzen ausgerüstet, für die Blindimpedanz benutzt werden. Es können also erfindungsgemäß für jeden Zweig mit 90⁰ Phasenverschiebung Schaltungswege mit kapazitiver und induktiver Impedanz in Gegenphase benutzt werden. Beispielsweise kann also ein zusätzlicher Gegenkopplungsweg verwendet werden, der aus sogenannter negativer Impedanz besteht und der an eine um mehr als 90⁰ verschobene Gegenkopplungsspannung angelegt ist. Zweckmäßig wird man hierbei der Gegenkopplungsspannung eine Phasenverschiebung um annähernd i8o° geben, da bekanntlich dieser Wert auf einfachstem Wege herstellbar ist. Als negative Impedanz ist dabei eine solche Impedanz zu verstehen, die eine Phasenverschiebung von annähernd oder genau i8o° gegenüber der sonst vorhandenen Impedanz hervorruft, also allgemein eine Impedanz von phasenschiebendem Charakter.Such harmful phase rotations of currents that occur in relation to the respective negative feedback voltage generated can be eliminated by using circuit paths that work expediently in opposite phase, equipped with capacitive or inductive impedances, for the reactive impedance. It can be therefore used in the present invention for each branch 90 ⁰ phase shift circuit paths with capacitive and inductive impedance in opposite phase. For example, therefore, an additional negative feedback path may be used, which consists of so-called negative impedance and which is applied to a more than 90 ⁰ shifted feedback voltage. In this case, the negative feedback voltage will expediently be given a phase shift of approximately 180 °, since, as is well known, this value can be produced in the simplest way. Negative impedance is to be understood as an impedance that causes a phase shift of approximately or exactly 180 ° with respect to the otherwise existing impedance, i.e. generally an impedance of a phase-shifting character.

Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung kann darin bestehen, daß die Symmetrie der Gegenkopplungsströme durch Anwendung einer Phasenbrücke erzielbar ist, deren Ausgang eine ohmsche Impedanz mit gleichartiger Phasenlage wie die ohmsche Resonanzkreis-Komponente besitzt, wobei also wieder für jeden Zweig mit 90⁰ Phasenverschiebung nunmehr eine Phasenbrücke benutzt wird.Another possible embodiment of the invention can be that the symmetry of the negative feedback currents can be achieved by using a phase bridge, the output of which has an ohmic impedance with the same phase position as the ohmic resonant circuit component, with a phase bridge ^{again for each branch with 90 0 phase shift} is used.

Zum leichteren Verständnis der wesentlichen Erfindungsgedanken werden diese an Hand schematischer Ausführungsbeispiele in der Zeichnung beschrieben, und zwar zeigtTo make it easier to understand the essential ideas of the invention, these are illustrated more schematically by hand Embodiments described in the drawing, namely shows

Abb. ι eine einfache bekannte Mehrweg-Gegenkopplungsschaltung, Fig. Ι a simple well-known multipath negative feedback circuit,

Abb. 2 eine Mehrweg-Gegenkopplungsschaltung nach der Erfindung mit zusätzlicher Gegenkopplung auf induktiv-gegenphasigem Wege,Fig. 2 shows a multipath negative feedback circuit according to the invention with additional negative feedback in an inductive anti-phase way,

Abb. 3 eine weitere Ausführungsmöglichkeit nach der Erfindung unter Benutzen rein ohmscher Impedanz und einer Phasenbrücke für den zusätzlichen Gegenkopplungsweg.Fig. 3 a further possible embodiment according to the invention using purely ohmic Impedance and a phase bridge for the additional negative feedback path.

In der Abb. 1 ist eine bekannte Form der Mehrweg-Gegenkopplungsschaltung gezeigt, bei der vom Schwingungskreis 3 eine Gegenkopplung auf die beiden Kreise 1 und 2 erfolgt und sämtliche Kreise über eine einzige Röhre 4 gesteuert werden. Der eine Gegenkopplungsweg führt hierbei vomIn Fig. 1 is a known form of multipath negative feedback circuit shown, in which there is a negative feedback from the oscillation circuit 3 to the two circuits 1 and 2 and all Circuits can be controlled via a single tube 4. One negative feedback path leads here from

Schwingkreis 3 über den ohmschen Widerstand R₂ zum Schwingkreis 2 und ein weiterer Gegenkopplungsweg über den Kondensator C₁ nach dem Schwingkreis 1.Resonant circuit 3 via the ohmic resistor R ₂ to the resonant circuit 2 and a further negative feedback path via the capacitor C ₁ to the resonant circuit 1.

Die Abb. 2 zeigt dagegen eine Ausführungsmöglichkeit von Mehrweg-Gegenkopplungsschaltungen nach der Erfindung, indem ein zusätzlicher Gegenkopplungsweg nach dem Schwingkreis 1 eingefügt ist, der über eine Induktivität L₁ gegenphasig nach diesem Kreis 1 führt.In contrast, FIG. 2 shows a possible embodiment of multipath negative feedback circuits according to the invention, in that an additional negative feedback path is inserted after resonant circuit 1, which leads to this circuit 1 in antiphase via an inductance L _1.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes zeigt Abb. 3, nach welcher neben dem in bekannter Weise über den ohmschen Widerstand R₂ zum Schwingkreis 2 führenden Gegenkopplungsweg, eine weitere Gegenkopplung unter Einschaltung einer Phasenbrücke C-R-C-R aus Kapazitäten und ohmschen Widerständen bestehend, und den ohmschen Widerstand R₁ zum Schwingkreis 1 führt. In beiden Ausführungsbeispielen der Erfindung nach den Abb. 2 und 3 sind sämtliche Kreise auch von einer einzigen Röhre 4 gesteuert. Die Ausführungen sind hierbei in schematischer Weise lediglich in Anwendung auf drei Kreise gezeigt. Die Erfindung läßt sich aber mit dem gleichen Erfolg auch auf eine größere Zahl von Kreisen anwenden.Another embodiment of the subject matter of the invention is shown in Fig. 3, according to which, in addition to the negative feedback path leading in a known manner via the ohmic resistor R ₂ to the resonant circuit 2, a further negative feedback with the inclusion of a phase bridge CRCR consisting of capacitances and ohmic resistances, and the ohmic resistance R ₁ leads to resonant circuit 1. In both exemplary embodiments of the invention according to FIGS. 2 and 3, all of the circles are also controlled by a single tube 4. The explanations are shown here in a schematic manner only in application to three circles. However, the invention can also be applied to a larger number of circles with the same success.

Claims

Patent claims:

i. Multipath negative feedback, primarily for high-frequency oscillation circuits, using at least one negative feedback path small reactive impedance, characterized in that smaller for each negative feedback path Another reactive impedance is provided, which is dimensioned so that the in the given path causing a discrepancy in the phase shift between current and negative feedback voltage Effect of the ohmic component of the resonance circuit on which the negative feedback takes place is compensated.

2. Multipath negative feedback according to claim 1, characterized in that as the original and circuit paths working as a compensating negative feedback path in antiphase capacitive or inductive impedances are equipped.

3. Multipath negative feedback according to claim 1, characterized in that a phase bridge is used, the output of which has an ohmic impedance with the same phase position as the ohmic resonance circuit component.

Considered publications:

German Patent Nos. 697 709, 698 646, 738776;

Swiss Patent No. 252247;

French Patent No. 929,784;

Magazine for high frequency technology and electroacoustics, Vol. 51, 1938, pp. 96 to 102 and 112 to 115.

1 sheet of drawings