DE1105923B

DE1105923B - Circuit arrangement for the gain control of a high-frequency amplifier equipped with tubes

Info

Publication number: DE1105923B
Application number: DEI14305A
Authority: DE
Inventors: Harald Havstad
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1957-01-28
Filing date: 1958-01-25
Publication date: 1961-05-04
Also published as: GB816902A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur automatischen Verstärkungsregelung mit einem verbesserten Regelspannungsverstärker.The invention relates to an automatic gain control circuit with an improved one Control voltage amplifier.

Bei Dezimeterwellenempfängern für Überhorizontverbindungen muß die automatische Verstärkungsregelung wegen der sehr großen Schwundtiefe einen extrem großen Regelbereich haben. Damit die Regelung schnellen Fadings folgen kann, soll die Zeitkonstante kleiner als 0,01 Sekunde sein.In the case of decimeter wave receivers for connections above the horizon, the automatic gain control have an extremely large control range due to the very large shrinkage depth. So the scheme can follow fast fadings, the time constant should be less than 0.01 seconds.

Es ist bekannt, Regelspannungsverstärker mit Röhren zu verwenden, die den Regelbereich erweitern und den Augangsspiegel annähernd konstant halten. Es ist auch bekannt, hierfür Transistoren anzuwenden. In diesen mit Transistoren bestückten Regelspannungsverstärkern wird die Spannung für den Kollektor aus einer konstanten Spannungsquelle bezogen.It is known to use control voltage amplifiers with tubes which expand the control range and keep the output level approximately constant. It is also known to use transistors for this purpose. In these control voltage amplifiers equipped with transistors, the voltage for the collector is obtained from a constant voltage source.

Es ist auch eine Empfängerschaltung mit Transistoren bekannt, in der eine durch Gleichrichtung der Signalspannung gewonnene Regelspannung an der Basis eines HF-Verstärker-Transistors liegt und in der die Regelspannung für die darauffolgende Stufe an einem von dem Kollektorstrom durchflossenen Spannungsteiler abgegriffen wird.There is also a receiver circuit with transistors known, in which one by rectifying the Signal voltage obtained control voltage is at the base of an RF amplifier transistor and in which the control voltage for the following stage at one of the collector current flows Voltage divider is tapped.

Bei den bekannten Schaltungsanordnungen zur Verstärkungsregelung,-in denen Transistoren mit konstanten Betriebsspannungen arbeiten, sind Regelsteilheit und Regeltiefe im wesentlichen durch den Verstärkungsfaktor und die Aussteuerbarkeit des verwendeten Transistors bestimmt. Auch müssen die Zeitkonstantenglieder passend zu den übrigen Bauelementen der Transistorschaltung bemessen sein. Dadurch ist es nicht möglich, sehr kurze Regelzeiten zu erzielen.In the known circuit arrangements for gain control, -in which transistors with constant Operating voltages work, control steepness and control depth are essentially due to the gain factor and determines the modulation of the transistor used. They also have to Time constant elements must be dimensioned to match the other components of the transistor circuit. This means that it is not possible to achieve very short control times.

Die Regelschaltung für einen mit Röhren bestückten Hochfrequenzverstärker gemäß der Erfindung hat das Kennzeichen, daß dem Kollektor des als Regelspannungsverstärker wirkenden Transistors über einen Widerstand die veränderliche Kathodenspannung einer geregelten Verstärkerröhre zugeführt wird und daß die Regelspannung an der Kollektorelektrode des Transistors abgenommen wird.The control circuit for a tube-equipped high-frequency amplifier according to the invention has the characteristic that the collector of the transistor acting as a control voltage amplifier has a Resistance, the variable cathode voltage is fed to a regulated amplifier tube and that the control voltage is taken from the collector electrode of the transistor.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung mit gleitender, vom Regelzustand abhängiger Kollektorbetriebsspannung hat den Vorteil, daß sich größere Regelsteilheiten und Regeltiefen als bei den bekannten Schaltungen erzielen lassen. Da sie in Verbindung mit einer Röhrenschaltung arbeitet, können die Zeitkonstantenglieder ohne Schwierigkeiten für kleine Regelzeiten bemessen werden.The circuit arrangement according to the invention with sliding collector operating voltage dependent on the control state has the advantage that there are greater control slopes and control depths than with the known Let circuits achieve. Since it works in conjunction with a tube circuit, the time constant elements can be dimensioned for short control times without difficulty.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained below with reference to the drawings explained in more detail.

Fig. 1 zeigt eine Schaltanordnung gemäß der Erfindung; " :'., - :Fig. 1 shows a switching arrangement according to the invention; ": '., -:

Fig. 2 stellt einige Regelkurven für verschiedene-Schaltungsanordnung Fig. 2 shows some control curves for various circuit arrangements

zur Verstärkungsregelungfor gain control

eines mit Röhren bestücktenone equipped with tubes

HochfrequenzverstärkersHigh frequency amplifier

Anmelder:
InternationalApplicant:
International

Standard Electric Corporation,
New York, N. Y. (V St. A.)Standard Electric Corporation,
New York, NY (V St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42Representative: Dipl.-Ing. H. Ciaessen, patent attorney,
Stuttgart-Zuffenhausen, Hellmuth-Hirth-Str. 42

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 28. Januar 1957Claimed priority:
V. St. v. America January 28, 1957

Harald Havstad, Allendale, N. J. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt wordenHarald Havstad, Allendale, NJ (V. St. A.),
has been named as the inventor

Ausgangspegel dar, um den erweiterten Regelbereich zu zeigen, der durch eine automatische Regelung mit der Anordnung nach Fig. 1 zu erzielen ist.Output level to show the extended control range that can be achieved with automatic control the arrangement of Fig. 1 can be achieved.

Bei der Anordnung nach Fig. 1 wird der Regelspannungsverstärker 1 in Verbindung mit einem Zwischenfrequenzverstärker 2, der mehrere Verstärkerstufen aufweist, angewendet, während die übrigen, gleichartigen Stufen durch das Kästchen 5 dargestellt werden. Das Verstärkersystem 2 nach der Art, wie es in Dezimeterwellen - Überhorizont - Richtverbindungsempfängern üblich ist, wird durch eine veränderliche Gleichspannung, die den Steuergittern der Röhre zuführt wird, geregelt. In dem Ausführungsbeispiel sind die Kathodenwiderstände 6 und 7 verhältnismäßig groß, und die Regelleitung zu den Steuergittern der Röhre liegt auf einem Potential, welches + 6 Volt gegen Masse beträgt. Die Gitterkathodenspannung der geregelten Röhren beträgt dann infolge der Spannungsteilung durch den Widerstand 25, die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors 8 und den Widerstand 12 im Mittel etwa — 2 Volt. Unter diesen Bedingungen wird jede Änderung des Kathodenstromes durch eine entsprechende gegensinnige Änderung der Gitter-Kathoden-Spannung weitgehend ausgeglichen, wobei die Tendenz besteht, die Verstärkung zu stabilisieren. Die Schaltung 1 für die verstärkte automatischeIn the arrangement of FIG. 1, the control voltage amplifier 1 in conjunction with a Intermediate frequency amplifier 2, which has several amplifier stages, used, while the remaining, similar stages are represented by box 5. The amplifier system 2 according to the way it in decimeter waves - over-horizon - directional link receivers is common, is by a changeable DC voltage that is fed to the control grids of the tube is regulated. In the exemplary embodiment are the cathode resistors 6 and 7 relatively large, and the control line to the control grid of the The tube is at a potential which is + 6 volts to ground. The grid cathode voltage of the Regulated tubes is then due to the voltage division by the resistor 25, the collector-emitter path of the transistor 8 and the resistor 12 on average about -2 volts. Under these conditions Every change in the cathode current is caused by a corresponding change in the grid-cathode voltage in the opposite direction largely balanced with a tendency to stabilize gain. The circuit 1 for the amplified automatic

Verstärkungsregelung nach der Erfindung hat dieGain control according to the invention has the

109 579/286109 579/286

Eigenschaft, den schnellen Fadings, wie sie bei dem Überhorizontempfang vorkommen, unverzüglich zu folgen, wodurch die Ausgangsspannung des Verstärkers 2 weitgehend konstant gehalten wird. Der Transistor 8 ist einerseits mit der Basis an den Ver-Stärkerausgang 9 und andererseits mit dem Kollektor 2 an die ersten beiden Stufen 3 und 4 angeschlossen, um deren Verstärkung und somit die des ganzen Verstärkersystems 2 zu regeln.Ability to immediately allow the fast fadings, as they occur with over-horizon reception follow, whereby the output voltage of the amplifier 2 is kept largely constant. Of the Transistor 8 is on the one hand with the base connected to the amplifier output 9 and on the other hand with the collector 2 connected to the first two stages 3 and 4 for their amplification and thus that of the entire amplifier system 2 to regulate.

Die Steuerspannung für die automatische Regelung, welche den Pegeländerungen am Eingang 11 des Verstärkers proportional folgt, wird am Ausgang 9 durch Gleichrichtung mit Hilfe des Gleichrichters 10 gewonnen. Ein Teil derselben wird über den Spannungsteiler 13 der Basis B des Transistors 8 zugeführt, dessen Emitter E über den Widerstand 12 an Masse liegt. Der Betrag der am Widerstand 13 einstellbaren Steuerspannung bestimmt den Grad der am oberen Ende des Regelbereichs erzielbaren Regelfähigkeit. Die Spannung vom Kollektor C gegen Masse ändert sich dann gegensinnig zu der Basisspannung. Diese am Kollektor auftretende Ausgangsspannung, die den Pegeländerungen am Eingang umgekehrt proportional ist, gelangt über den Entkopplungswiderstand 14 zum Punkt 15, von wo sie über die Entkopplungswiderstände 18, 21 und 22 den Steuergittern 16 und 19 der Verstärkerröhren 17 und 20 zugeführt wird. Die Speisespannung für den Kollektor C wird durch den Spannungsabfall an dem Kathodenwiderstand der Röhre 17 erzeugt.The control voltage for the automatic regulation, which proportionally follows the level changes at the input 11 of the amplifier, is obtained at the output 9 by rectification with the aid of the rectifier 10. A part of the same is fed via the voltage divider 13 to the base B of the transistor 8, the emitter E of which is connected to ground via the resistor 12. The amount of the control voltage that can be set at the resistor 13 determines the degree of controllability that can be achieved at the upper end of the control range. The voltage from collector C to ground then changes in the opposite direction to the base voltage. This output voltage occurring at the collector, which is inversely proportional to the level changes at the input, reaches point 15 via the decoupling resistor 14, from where it is fed via the decoupling resistors 18, 21 and 22 to the control grids 16 and 19 of the amplifier tubes 17 and 20. The supply voltage for the collector C is generated by the voltage drop across the cathode resistance of the tube 17.

Bei jedem Transistor, der innerhalb seines Kennlinienfeldes unter konstanten Bedingungen arbeitet, ist die maximale Spannungs- und Stromaussteuerung durch die Höhe der Speisespannung gegeben. Deshalb ^::t eine niedrige Speisespannung anzulegen, um einen kleinen Spannungsabfall am Transistor zu erhalten, und um dort einen großen Spannungsabfall zu erzeugen, muß auch eine verhältnismäßig große Speisespannung anliegen. Soll also ein großes Verhältnis von minimalen zu maximalen Spannungsabfällen am Transistor erreicht werden, so muß sich auch die Speisepannung entsprechend ändern.For every transistor that works under constant conditions within its characteristic field, the maximum voltage and current control is given by the level of the supply voltage. ^Therefore: t a low supply voltage to be applied, in order to obtain a small voltage drop across the transistor, and to generate a large voltage drop there, even a relatively large supply voltage must be applied. If a large ratio of minimum to maximum voltage drops across the transistor is to be achieved, the supply voltage must also change accordingly.

Die verstärkte automatische Verstärkungsregelung gemäß der Erfindung arbeitet folgendermaßen:The enhanced automatic gain control according to the invention works as follows:

Wenn der Eingangspegel am Punkt 11 hoch ist, so ist auch der Ausgangspegel am Punkt 9 hoch, und die Basis B erhält somit eine große Spannung. Der Spannungsabfall vom Kollektor C nach Masse ist niedrig, weil sich dieser gegensinnig zur Basisspannung ändert. Unter diesen Bedingungen liegen die Gitter 16 und 19 über die Widerstände 14, 18, 21 und 22 nahezu an Masse, so daß die Röhren 17 und 20 nahezu im unteren Knick der Kennlinie arbeiten. Dadurch vermindert sich der Spannungsbfall am Kathodenwiderstand 6 der Röhre 17 und somit die Kollektorspannung. Es sinkt die Spannung am Punkt 15, und die Gitter der Röhren 17 und 20 sind bis zum unteren Knick vorgespannt, ohne daß eine zusätzliche negative Spannungsquelle oder eine erhöhte Anodenspannung notwendig ist. Die gegenseitige Beeinflussung der Kollektorspannung und der Gittervorspannung der Röhren 17 und 20 erweitert also den Bereich der Eingangsspannung, in dem die automatische Verstärkungsregelung arbeitet.When the input level at point 11 is high, the output level at point 9 is also high, and the base B thus receives a large voltage. The voltage drop from collector C to ground is low because it changes in the opposite direction to the base voltage. Under these conditions, the grids 16 and 19 are almost at ground via the resistors 14, 18, 21 and 22, so that the tubes 17 and 20 work almost in the lower bend of the characteristic. This reduces the voltage drop across the cathode resistor 6 of the tube 17 and thus the collector voltage. The voltage at point 15 drops, and the grids of the tubes 17 and 20 are pretensioned to the lower bend without an additional negative voltage source or an increased anode voltage being necessary. The mutual influence of the collector voltage and the grid bias of the tubes 17 and 20 thus expands the range of the input voltage in which the automatic gain control operates.

Wenn der Pegel des Eingangssignals am Punkt 11 am niedrigsten ist, erreicht der Spannungsabfall vom Kollektor C nach Masse seinen Höchstwert. Auf Masse bezogen, wird die Spannung am Punkt 15 annähernd so groß wie die Kathodenspannung der Röhre 17, und die Gittervorspannung beträgt den Bruchteil von 1 V. Hierdurch steigt die Verstärkung der Stufen 3 und 4, wodurch der Ausgangspegel bis zum gewünschten Wert angehoben wird.When the level of the input signal is lowest at point 11, the voltage drop reaches from Collector C after mass its maximum value. In relation to ground, the voltage at point 15 is approximate as great as the cathode voltage of the tube 17, and the grid bias is the fraction of 1 V. This increases the gain of stages 3 and 4, which increases the output level up to desired value is increased.

Um zu verhindern, daß der Kollektor C des Transistors 8 keine Spannung mehr erhält, wenn der Anodenstrom der Röhre 17 sehr klein wird, sind die Widerstände 23 und 24 vorgesehen. Der Querstrom ist so eingestellt, daß immer eine genügend hohe Arbeitsspannung für den Transistor 8 am Widerstand 6 anliegt.In order to prevent that the collector C of the transistor 8 no longer receives any voltage when the anode current of the tube 17 becomes very small, the resistors 23 and 24 are provided. The cross current is set so that a sufficiently high working voltage for the transistor 8 is always applied to the resistor 6.

Fig. 2 zeigt drei Regelkurven 25, 26 und 27, welche an einem Zwischenfrequenzverstärker bei 70 MHz und einer Bandbreite von etwa 10 MHz gemessen wurden, der mit einer Verstärkungsregelung nach der Erfindung ausgerüstet war. Ähnliche Kurven können auch mit herkömmlichen Regelschaltungen erzielt werden, jedoch sind zusätzliche negative Spannungsquellen und komplizierte Schaltungen geringerer Stabilität erforderlich. Die Kurven 25, 26 und 27 beziehen sich auf drei Einstellungen für die Ausgangsspannung. Der Regelbereich, der in der Schaltung nach Fig. 1 durch optimale Einstellung des Potentiometers 13 zu erreichen ist, ist größer als 60 db. Bei einer Änderung der Eingangsspannung von 7 · 10³ bis 2 · ΙΟ⁶ μν ändert sich die Ausgangsspannung von 0,4 bis 0,6 V (Kurve 27).Fig. 2 shows three control curves 25, 26 and 27, which were measured on an intermediate frequency amplifier at 70 MHz and a bandwidth of about 10 MHz, which was equipped with a gain control according to the invention. Similar curves can also be achieved with conventional control circuits, but additional negative voltage sources and complicated circuits with less stability are required. Curves 25, 26 and 27 relate to three settings for the output voltage. The control range that can be achieved in the circuit according to FIG. 1 by optimally setting the potentiometer 13 is greater than 60 db. If the input voltage changes from 7 · 10 ³ to 2 · ΙΟ ⁶ μν, the output voltage changes from 0.4 to 0.6 V (curve 27).

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das Anwendungsbeispiel nach Fig. 1. Je nach den Erfordernissen ist es möglich, nur eine oder mehr als zwei Verstärkerstufen in die Regelung einzubeziehen. Außerdem kann die Schaltung anstatt mit einem NPN-Transistor auch mit einem PNP-Transistor aufgebaut werden. Ferner kann der Gleichrichter 10 ein Richtleiter oder eine Vakuumdiode sein.The invention is not limited to the application example according to FIG. 1. Depending on the requirements it is possible to include only one or more than two amplifier stages in the control. In addition, the circuit can also use a PNP transistor instead of an NPN transistor being constructed. Furthermore, the rectifier 10 can be a directional conductor or a vacuum diode.

Claims

Patent claims:

1. Circuit arrangement for the gain control of a high-frequency amplifier equipped with tubes, which contains a control voltage amplifier with a transistor in the common emitter circuit, the base of which is one of the Signal voltage obtained direct voltage receives, characterized in that the collector over a resistor is supplied with the variable cathode voltage of a regulated amplifier tube and that the control voltage is removed at the collector electrode of the transistor will.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the cathode resistors of the regulated amplifier tubes are chosen so large that the resulting voltage drop as collector voltage for the transistor is sufficient, and that the amplifier tubes with this Voltage can be regulated down to the lower kink of the characteristic curves.

3. Circuit arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that the lower Limit value of the collector voltage due to a constant cross current through the cathode resistor to which the transistor is connected.

Considered publications:
"Radio Mentor", Issue 1, 1956, pp. 26/27.

1 sheet of drawings