DE1152442B - Schaltungsanordnung mit kombinierter Strom- und Spannungs-gegenkopplung zur Steigerung der Stabilitaet von Verstaerkern - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

T17980 Vma/21a²

ANMELDETAG: 3. MÄRZ 1960

BEKANNTMACHUNG
DEK ANMELDUNG
UNDAUSGABE DEK
AUSLEGESCHRIFT: 8. AUGUST 1963

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung zur Steigerung der Stabilität von Verstärkern.

In Verstärkern verwendet man kombinierte Strom- und Spannungsgegenkopplung zur Verminderung der nichtlinearen Verzerrung, zur Stabilisierung der Verstärkung und Einstellung der inneren Impedanz bzw. Ausgangsimpedanz des Verstärkers. Stromgegenkopplung steigert und Spannungsgegenkopplung verringert die Ausgangsimpedanz des Verstärkers. In der Übertragungstechnik ist es besonders wichtig, die vorgeschriebenen Verstärkerimpedanzen genau einzuhalten, und zwar insbesondere in übertragenen Frequenzband des Verstärkers. Außerhalb dieses Bereiches sind die Anforderungen an die Verstärkerimpedanz nicht sehr streng.

In einer bekannten Schaltung wird die Gegenkopplung vom Ausgang auf zwei Wegen eingerührt, und zwar wird über einen Weg Spannungsgegenkopplung an die Kathode der Röhre der ersten Stufe gelegt und Spannungs- oder Stromgegenkopplung in den Schirmgitterkreis der erwähnten Röhre über einen Korrektionszweipol LC eingeführt. In der ersten Stufe ist daher eine Schirmgitterröhre erforderlich. Diese Schaltungsanordnung ist für Dreipolröhren und daher auch für die heute üblichen Transistoren unverwendbar. Dreipolröhren sind außerdem nicht nur einfacher als Schirmgitterröhren, sondern gewährleisten im Vergleich zu ihnen eine linearere Kennlinie, so daß sie für Verstärker mit geringerem Klirrfaktor besser geeignet sind. Weiter ermöglicht der geringere Innenwiderstand der Dreipolröhren eine wirtschaftlichere Ausführung des Transformators auch bei höheren Frequenzen. Überdies erscheint die Einführung der Gegenkopplung in das Steuergitter wirkungsvoller als die Einführung in das Schirmgitter.

Die Erfindung bezweckt die Verbesserung der Stabilität von Verstärkern, der obenerwähnten Gattung, deren Stufe, in welche die Gegenkopplung eingeleitet wird, mit Dreipolröhren oder Transistoren bestückt ist, mit Korrektionsgliedern im Gegenkopplungskreis. Das Wesen der Erfindung und die praktische Durchführung derselben wird im weiteren von einer bekannten Ausführungsform ausgehend näher erläutert.

Die Zeichnungen veranschaulichen in

Fig. 1 beispielsweise eine übliche Ausführung des Ausgangskreises eines Verstärkers mit Gegenkopplung,

Fig. 2 die vereinfachte Ersatzschaltung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit klassischen Elektronenröhren,

Schaltungsanordnung
mit kombinierterStf om- und Spannungsgegenkopplung zur Steigerung
der Stabilität von Verstärkern

Anmelder:
Tesla, närodni podnik, Prag-Hloubetin

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Spreer, Patentanwalt,
Göttingen, Groner Str. 37

Beanspruchte Priorität:
Tschechoslowakei vom 9. März 1959 (Nr. PV1417)

Migoslav Pajgrt, Prag,
ist als Erfinder genannt worden

Fig. 4 das entsprechende Nyquistsche Diagramm und

Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Transistoren.

In Fig. 1 bezeichnet E eine Verstärkerendröhre mit Gittervorspannung e_g. Im Anodenkreis der Röhre E ist im Punkt 5 der Ausgangstransformator T₁. angeschlossen, dessen Sekundärwicklung durch die Belastungsimpedanz Z₂ abgeschlossen ist. Die Gegenkopplungsspannung kann von den Punkten 0-1, 0-2 oder 3-4 abgenommen werden. Die Punkte 0-1 liefern Stromgegenkopplung (Spannungsabfall am Widerstand R₁). Die Punkte 0-2 liefern kombinierte Strom- und Spannungsgegenkopplung (die erstere durch den Spannungsabfall am Widerstand R₂, die letztere von der Wicklung %). Die Punkte 3-4 liefern Spannungsgegenkopplung (aus der Hilfswicklung n₂). Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Belastangsimpedanz Z₂ und die Übertragungseigenschaften des Transformators T₁. die Amplitude und Phase der Gegenkopplungsspannung und dadurch auch die Verstärkerstabilität stark beeinflussen.

Die Nachteile dieser Schaltungsanordnung folgen aus der Ersatzschaltung in Fig. 2. Der Transformator T₁. (ein Vierpol) wird auf den höheren Fre-

309 650/175

quenzen durch die Streuinduktivität L_r und die Kapazität C_T der Wicklungen ersetzt. R( ist der innere Widerstand der Röhre E. R' ist der Widerstand des Stromgegenkopplungskreises. Z/ ist die auf die Primärseite des Transformators bezogene Belastungsimpedanz. Spannungsgegenkopplung wird von einer Anzapfung der Impedanz Z/ abgeleitet. In der Nähe der Resonanzfrequenz des Kreises L_r-C_T tritt eine große Änderung der Amplitude und Phase der Gegenkopplungsspannung ein, welche im Verstärker lästige Schwingungen verursachen kann. Die Stromgegenkopplung, welche vom Spannungsabfall am Widerstand R abgeleitet wird, wird jedoch durch diese Resonanz weniger betroffen, da der Strom ζ durch den inneren Widerstand der Röhre R{ stabilisiert wird gemäß der Gleichung:

.. ._ μ eg

Ki + Z₅

wo Z- die Anodenimpedanz zwischen den Punkten 0-5 und μ den Verstärkungsfaktor der Röhre E bezeichnet. Diese Tatsache wird erfindungsgemäß zur Verbesserung der Verstärkerstabilität verwendet.

Das Wesen der Erfindung, die von einer Schaltungsanordnung mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung zur Steigerung der Stabilität von solchen Verstärkern, deren Stufe, in welche die Gegenkopplung eingeleitet wird, mit Dreipolröhren oder Transistoren bestückt ist und Korrektionsglieder im Gegenkopplungskreis vorgesehen sind, ausgeht, besteht darin, daß nur im Spannungsgegenkopplungskreis ein Tiefpaßfilter eingeschaltet ist, dessen Grenzfrequenz höher als die obere Grenze des nutzbaren Verstärkerfrequenzbandes liegt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die dargestellte Schaltung ist ein vereinfachter Dreistufenverstärker mit den Röhren E₁ bis E₃ mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung und einem nutzbaren Frequenzband von 16 bis 120 kHz. Der Gegenkopplungskreis führt vom Ausgangskreis der Endröhre E₃ zur Kathode der ersten Röhre E₁ mit dem Kathodenwiderstand R_r Die Stromgegenkopplung wird vom Spannungsabfall am Widerstand A₁ abgeleitet, die Spannungsgegenkopplung ist der Spannung an der Hilfswicklung n₂ des Transformators T_r proportional. C₁-A₂ ist das Tiefpaßfilter, und C₀-R₃ sind Korrektionsglieder im Verstärkergegenkopplungskreis.

Fig. 4 zeigt das entsprechende Nyquistsche Diagramm des Vektors ß_A. Die horizontale Achse R entspricht den Realwerten und die vertikale Achse 7 den Imaginärwerten. Alle Frequenzwerte in diesem Diagramm sind in MHz ausgedrückt. Die Kurve α gilt für den Fall der alleinigen Anwendung des allgemein bekannten und verwendeten Korrektionsgliedes A₃-C₂, wobei demnach der Kondensator C₁ gemäß der Schaltungsanordnung in Fig. 3 nicht angeschlossen ist. Die resultierende Kurve α (in der Figur g6-strichelt eingezeichnet) umgibt den kritischen Punkt P (dessen Koordinaten /, / 0 sind). Der Verstärker ist deshalb unstabil. Die Hauptursache der beträchtlichen Phasenverschiebung des Vektors ß_A in der Nähe der Frequenz 1,9 MHz ist die Resonanz des Ausgangstransformators T₁.. Die Kurve b gilt für den Fall, daß auch der Kondensator C₁ angeschlossen ist, wodurch

ίο die Spannungsgegenkopplung auf den höheren Frequenzen unterdrückt wird (gemäß der Wahl der Zeitkonstante A₂-C₁), so daß die Stromgegenkopplung, die von der Spannung am Widerstand R₁ in Fig. 3 abgeleitet wird, überwiegt. Der Verstärker ist stabil, da die Kurve b den kritischen Punkt P nicht umgibt. Das Tiefpaßfilter C₁-A₂ setzt den Einfluß der Eigenresonanz des Transformators T_r auf die Verstärkerstabilität herab.
Fig. 5 zeigt schematisch ein ähnliches Beispiel der Korrektion im Gegenkopplungskreis eines Transistorverstärkers mit zwei Transistoren T₁ und T₂. Die Spannungsgegenkopplung aus der Wicklung U₁ des Transformators T_r wird auf den höheren Frequenzen durch das Tiefpaßfilter R₂-C₁ unterdrückt. Dadurch

a5 wird in diesem Falle auch der Einfluß der Eigenresonanz des Ausgangstransformators T_r auf die Stabilität des Verstärkers beseitigt, und der Verstärker ist deshalb stabil.
Es folgt aus der oben angeführten Beschreibung, daß die Erfindung wesentlich auf einer absichtlichen Verminderung des Einflusses der Spannungsgegenkopplung und einer gleichzeitigen Steigerung des Einflusses der Stromgegenkopplung im Frequenzbereich oberhalb des nutzbaren Verstärkerfrequenzbandes begründet ist. Dieses Resultat wird durch Verwendung eines einfachen Tiefpaßfilters erzielt, z.B. in den Ausführungsbeispielen der Erfindung gemäß Fig. 3 und 5 durch den Widerstand R₂ und den Kondensator C₁.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Schaltungsanordnung mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung zur Steigerung der Stabilität von Verstärkern, deren Stufe, in welche die Gegenkopplung eingeleitet wird, mit Dreipolröhren oder Transistoren bestückt ist, mit Korrektionsgliedern im Gegenkopplungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß nur im Spannungsgegenkopplungskreis ein Tiefpaßfilter eingeschaltet ist, dessen Grenzfrequenz höher als die obere Grenze des nutzbaren Verstärkerfrequenzbandes liegt.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 947 622; französische Patentschriften Nr. 829 872, 905 881; Bartels »Grundl. der Verstärkertechnik«, 1944, S. 235 bis 238.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen