DE1124093B

DE1124093B - Amplifier circuit with negative feedback

Info

Publication number: DE1124093B
Application number: DET16882A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Alfred Leifer
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1959-07-03
Filing date: 1959-07-03
Publication date: 1962-02-22

Description

Verstärkerschaltung mit Gegenkopplung Die Erfindung bezieht sich auf die Gegenkopplung in einer Verstärkerschaltung für große Leistungen, bei der die Endstufe bis ins Gitterstromgebiet hinein ausgesteuert wird.Amplifier circuit with negative feedback The invention relates to the negative feedback in an amplifier circuit for large powers, in which the Output stage is controlled into the grid current area.

Bei einer solchen Schaltung ist es üblich, die Gegenkoppelspannung von der Ausgangsspannung der Endstufe abzuleiten, weil durch eine Spannungsgegenkopplung der Innenwiderstand des Verstärkers verringert wird, was meist erwünscht ist, und weil die im Kathodenstrom vorhandenen verzerrenden Gitterstromkomponenten im Anodenstrom nicht enthalten sind.In such a circuit, it is common to use the negative feedback voltage derived from the output voltage of the output stage, because by a negative voltage feedback the internal resistance of the amplifier is reduced, which is usually desirable, and because the distorting grid current components present in the cathode current are in the anode current are not included.

Bei dieser Methode bereitet jedoch das nicht ideale Verhalten des Ausgangsübertragers bei höheren Frequenzen erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere bei Gegentaktverstärkern im B-Bereich. Wird in bekannter Weise der Primärwicklung des Ausgangsübertragers ein Spannungsteiler parallel geschaltet, dessen Mitte geerdet ist und an dem die Gegenkoppelspannungen für jeden Verstärkerzweig getrennt abgegriffen und den Vorstufen zugeführt werden, so sind die abgegriffenen Gegenkoppelspannungen wegen der unvollkommenen Kopplung der beiden primären Wicklungshälften des Ausgangsübertragers nicht genau gegenphasig und gleich groß. Die Folge davon ist, daß die beiden Verstärkerzweige zeitweilig im Gleichtakt arbeiten und dadurch die angestrebte Verzerrungsminderung durch die Gegenkopplung nicht nur nicht erreicht wird, sondern noch zusätzliche Verzerrungen durch die Gegenkopplung selbst dazukommen.However, this method produces the less than ideal behavior of the Output transformer at higher frequencies significant difficulties, in particular with push-pull amplifiers in the B range. Used in a known manner the primary winding of the output transformer a voltage divider connected in parallel, the center of which is grounded and at which the negative feedback voltages are tapped separately for each amplifier branch and fed to the preliminary stages, the tapped negative feedback voltages are because of the imperfect coupling of the two primary winding halves of the output transformer not exactly in phase opposition and of the same size. The consequence of this is that the two amplifier branches temporarily work in common mode and thereby achieve the desired reduction in distortion not only is not achieved by the negative feedback, but also additional There are also distortions due to the negative feedback itself.

Es gelingt, diese Verzerrungen mit beträchtlichem Aufwand zu vermeiden, indem beispielsweise der durch die Gegenkopplung auf eine der Vorstufen zurückgeführte Gleichtaktanteil der Ausgangswechselspannung durch einen gleich großen, aber gegenphasigen Gleichtaktanteil, der durch einen besonderen Spannungsteiler aus der primären Wechselspannung abgeleitet und auf dieselbe Vorstufe zurückgeführt wird, kompensiert wird (deutsches Patent 1014 596). Eine andere Möglichkeit besteht darin, mit Gleichrichtern den Gegenkopplungsweg des jeweils stromlosen Verstärkerzweiges zu sperren und die Gegenkopplungsspannung vom stromführenden Verstärkerzweig über eine Mischstufe und eine Phasenumkehrstufe so zu teilen, daß sie in gleicher Größe, aber mit entgegengesetzter Phase auf die Eingänge der Verstärkerzweige gelangt (deutsches Patent 948167). It is possible to avoid this distortion with considerable effort by, for example, the common-mode component of the output AC voltage fed back to one of the pre-stages by the negative feedback by an equally large but anti-phase common-mode component, which is derived from the primary AC voltage by a special voltage divider and fed back to the same pre-stage , is compensated (German patent 1014 596). Another possibility is to block the negative feedback path of the currentless amplifier branch with rectifiers and to divide the negative feedback voltage from the current-carrying amplifier branch via a mixer stage and a phase reverser stage so that it reaches the inputs of the amplifier branches in the same size but with opposite phase (German Patent 948167).

Die erwähnten Schwierigkeiten treten nicht auf, wenn eine Gegenkopplung aus dem Kathodenstrom der Endröhren angewendet wird. Bei dieser sogenannten Stromgegenkopplung wird die dem Kathodenstrom proportionale Gegenkoppelspannung am Kathodenwiderstand der Endröhren entweder direkt am kathodenseitigen Ende oder über einen Transformator abgegriffen und in geeigneter Weise auf eine der Vorstufen zurückgeführt. Es ist bekannt, daß durch Stromgegenkopplung der innere Widerstand eines Verstärkers vergrößert wird. Wenn dies unerwünscht ist, kann durch eine zusätzliche, über eine oder mehrere Verstärkerstufen reichende Spannungsgegenkopplung der innere Widerstand auf den gewünschten Wert erniedrigt werden. Die Rechnung ergibt und Versuche haben gezeigt, daß man bereits durch ein geringes Maß von Spannungsgegenkopplung die nachteilige Vergrößerung des inneren Widerstandes durch die Stromgegenkopplung wieder aufheben oder sogar die Wirkung auf den inneren Widerstand in das Gegenteil verkehren kann, so daß auch in solchen Fällen, in denen ein geringer innerer Verstärkerwiderstand erwünscht ist, von dem Mittel der Abzweigung einer Gegenkoppelspannung an einem Kathodenwiderstand Gebrauch gemacht werden kann.The difficulties mentioned do not occur when there is a negative feedback from the cathode current of the end tubes is applied. With this so-called current negative feedback becomes the negative feedback voltage proportional to the cathode current at the cathode resistor of the end tubes either directly at the cathode-side end or via a transformer tapped and returned in a suitable manner to one of the preliminary stages. It is known that the internal resistance of an amplifier is increased by current negative feedback will. If this is undesirable, it may be through an additional, through one or more Amplifier stages reaching negative voltage feedback of the internal resistance on the desired value can be decreased. The calculation and tests have shown that by a small amount of negative voltage feedback, the disadvantageous Cancel the increase in the internal resistance caused by the negative current feedback or even the effect on internal resistance can be reversed, so that even in those cases in which there is a low internal amplifier resistance is desirable from the means of branching off a negative feedback voltage at one Cathode resistance use can be made.

Ein solches Schaltungsprinzip ist z. B. in dem Buch von V o o r h ö v e , Niederfreqenz-Verstärkertechnik, S. 193, beschrieben.Such a circuit principle is z. B. in the book by V oorh ö ve, Niederfreqenz-Amplertechnik, p. 193 described.

Diese Gegenkopplungsschaltung arbeitet jedoch nur verzerrungsfrei, wenn in der Stufe, an der die Gegenkoppelspannung entnommen wird, kein Gitterstrom fließt.However, this negative feedback circuit only works without distortion, if there is no grid current in the stage at which the negative feedback voltage is taken flows.

Der Kathodenwiderstand, an welchem der als Gegenkoppelspannung benutzte Spannungsabfall auftritt, wird nämlich vom Gitterstrom der Stufe durchflossen. Da der Gitterstrom bekanntlich in nichtlinearer Funktion von der Steuerspannung am Gitter abhängt, enthält der Kathodenstrom eine nichtlineare Komponente, welche infolgedessen auch in der Gegenkoppelspannung auftritt. Dem möglicherweise an sich linearen System wird dadurch also eine Nichtlinearität aufgezwungen, was unerwünscht ist.The cathode resistance at which the used as negative feedback voltage If there is a voltage drop, the grid current of the stage flows through it. There the grid current is known to be a non-linear function of the control voltage am Depending on the grid, the cathode current contains a non-linear one Component, which consequently also occurs in the negative feedback voltage. Maybe that In itself linear system is thus imposed a non-linearity, what is undesirable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die wegen ihrer Einfachheit und für die sichere und unkomplizierte Erzielung höherer Gegenkopplungsgrade vorteilhafte Abnahme der Gegenkoppelspannung an einem Kathodenwiderstand ohne diesen Nachteil für Röhrenstufen mit Gitterstrom anwendbar zu machen.The invention is based on the object because of its simplicity and advantageous for the safe and uncomplicated achievement of higher degrees of negative feedback Decrease in the negative feedback voltage across a cathode resistor without this disadvantage to make it applicable for tube stages with grid current.

Erfindungsgemäß sind dazu Schaltmittel von derartiger Anordnung und Bemessung vorgesehen, daß die am Kathodenwiderstand der Endstufe abgenommene Gegenkoppelspannung von den im Gitterstrom enthaltenen nichtlinearen Verzerrungskomponenten im wesentlichen befreit ist, indem entweder durch eine am Ausgangsstromkreis der zur Aussteuerung der genannten Endstufe bis ins Gitterstromgebiet vorgesehenen Treiberstufe abgenommene, gegenphasige Verzerrungskomponenten enthaltende Spannung die Verzerrungskomponenten der am Kathodenwiderstand der Endstufe abgenommenen Gegenkoppelspannung kompensiert werden oder die negative Klemme der den Entladungsstrom der Treiberstufe liefernden Stromquelle mit dem kathodenseitigen Ende des Kathodenwiderstandes der Endstufe verbunden ist.According to the invention, switching means of such an arrangement and are for this purpose Dimensioning provided that the negative feedback voltage taken from the cathode resistor of the output stage of the non-linear distortion components contained in the grating current is freed by either one on the output circuit of the control the driver stage provided for the specified output stage up to the grid current area, anti-phase distortion components containing the distortion components compensates for the negative feedback voltage taken from the cathode resistor of the output stage or the negative terminal of the supplying the discharge current of the driver stage Current source with the cathode-side end of the cathode resistor of the output stage connected is.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung wird eine an einem Anodenkreis der Treiberstufe liegenden Widerstand abgenommenen Spannung als zusätzliche Gegenkoppelspannung zur Wirkung gebracht, vorzugsweise der am Kathodenwiderstand der Endröhre abgenommenen Spannung superponiert.In a preferred embodiment of the circuit according to the invention a resistor located on an anode circuit of the driver stage is removed Voltage brought into effect as an additional negative feedback voltage, preferably superimposed on the voltage taken from the cathode resistor of the end tube.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Schaltung nach der Erfindung wird bei einer Gegentaktanordnung in B-Betrieb in die Verbindungen von der negativen Klemme der Stromquelle zu den kathodenseitigen Enden der Kathodenwiderstände der Endröhren je ein einseitig leitendes Schaltelement mit seiner Durchlaßrichtung in Richtung des Gitterstromes eingeschaltet.In a further embodiment of the circuit according to the invention is in a push-pull arrangement in B operation into the connections from the negative Terminal of the power source to the cathode-side ends of the cathode resistors End tubes each have a unilaterally conductive switching element with its forward direction in Direction of grid current switched on.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beschrieben, welche Schaltbilder bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung darstellen.The invention is described with reference to the drawings, which circuit diagrams represent preferred embodiments of the invention.

Fig. 1 zeigt die vereinfachte Schaltung eines Verstärkers mit den Eingangsklemmen 1 und 2 und den Ausgangsklemmen 3 und 4 sowie mit den Röhrenstufen 5 bis B. Von den letzteren sind die Stufen 5 und 6 als Spannungsverstärkerstufen in Kathodenbasisschaltung ausgeführt, während die Stufe 7 als Treiberstufe in Anodenbasisschaltung ausgebildet ist. Die Stufe 8 ist die Endstufe, welche über einen in den Anodenkreis eingeschalteten Transformator mit den Klemmen 3 und 4 in Verbindung steht. Es sei vorausgesetzt, daß die Endstufe 8 von der Treiberstufe 7 bis in das Gebiet positiver Gittervorspannungen ausgesteuert wird, so daß sich für die Endstufe 8 eine gute energetische Ausnutzung und ein wesentlicher Gitterstrom ergeben. Infolgedessen wird auch der Kathodenwiderstand 11 von dem nichtlinearen Gitterstrom durchflossen. Trotzdem ermöglicht es die in Fig. 1 dargestellte Schaltung, den Spannungsabfall an dem Kathodenwiderstand 11 als Gegenkoppelspannung zu benutzen, ohne daß die in der abgenommenen Spannung vorhandenen Nichtlinearitäten die Wirkungsweise stören. Man erkennt aus dem Schaltbild, daß der der Kathode benachbarte Anschlußpunkt des Widerstandes 11 mit dem entsprechenden Punkt des Kathodenwiderstandes 12 der Röhrenstufe 5 verbunden ist. Über diese Verbindungsleitung wird die Gegenkoppelspannung von der Kathode der Stufe 8 auf die Kathode der Stufe 5 zurückgeführt.Fig. 1 shows the simplified circuit of an amplifier with the input terminals 1 and 2 and the output terminals 3 and 4 and with the tube stages 5 to B. Of the latter, stages 5 and 6 are designed as voltage amplifier stages in a cathode base circuit, while stage 7 as a driver stage is formed in anode base circuit. Stage 8 is the output stage, which is connected to terminals 3 and 4 via a transformer connected to the anode circuit. It is assumed that the output stage 8 is controlled by the driver stage 7 as far as the area of positive grid bias voltages, so that the output stage 8 has good energetic utilization and a substantial grid current. As a result, the cathode resistor 11 is also traversed by the non-linear grid current. Nevertheless, the circuit shown in FIG. 1 makes it possible to use the voltage drop across the cathode resistor 11 as a negative feedback voltage without the nonlinearities present in the voltage being used interfering with the mode of operation. It can be seen from the circuit diagram that the connection point of the resistor 11 adjacent to the cathode is connected to the corresponding point of the cathode resistor 12 of the tube stage 5. The negative feedback voltage is fed back from the cathode of stage 8 to the cathode of stage 5 via this connecting line.

Um die in der Gegenkoppelspannung enthaltenen nichtlinearen Komponenten zu kompensieren, ist in Verbindung mit der Treiberstufe 7 eine zusätzliche Schaltung vorgesehen, welche als wesentliche Elemente die Impedanzen 9, 13, 14, 15, 16 enthält. In Reihe mit dem Kathodenwiderstand 9 der Treiberstufe 7 ist eine Vorspannungsquelle 10 vorgesehen, deren negativer Anschluß mit dem Kathodenwiderstand 9 verbunden ist. Diese Spannungsquelle dient dazu, die Endstufe 8 mit der richtigen Gittervorspannung zu versehen. Man erkennt, daß in den Anodenanschluß der Anodenbasisstufe 7 ein Widerstand 14 eingeschaltet ist. Der Spannungsabfall an diesem Widerstand 14 enthält dieselben nichtlinearen Komponenten, wie sie am Kathodenwiderstand der Stufe 8 auftreten. über den Kondensator 15, der zur Gleichspannungsauftrennung dient, und den Widerstand 16 werden diese nichtlinearen Komponenten auf die Gegenkoppelleitung gegeben. Durch geeignete Bemessung der Widerstände 11 und 13 bzw. 14 und 16 läßt sich erreichen, daß die störenden nichtlinearen Komponenten ausgelöscht werden. Wenn der Kathodenwiderstand 11 mit Rk und der Anodenwiderstand 14 mit Ra bezeichnet werden, so soll der Widerstand 13 den Wert a - Rk und der Widerstand 16 den Wert a - Ra haben, wobei a ein beliebiger Faktor ist.In order to compensate for the non-linear components contained in the negative feedback voltage, an additional circuit is provided in connection with the driver stage 7 which contains the impedances 9, 13, 14, 15, 16 as essential elements. In series with the cathode resistor 9 of the driver stage 7, a bias voltage source 10 is provided, the negative terminal of which is connected to the cathode resistor 9. This voltage source is used to provide the output stage 8 with the correct grid bias. It can be seen that a resistor 14 is switched on in the anode connection of the anode base stage 7. The voltage drop across this resistor 14 contains the same non-linear components as occur across the cathode resistor of stage 8. Via the capacitor 15, which is used for DC voltage separation, and the resistor 16, these non-linear components are passed to the negative coupling line. By suitably dimensioning the resistors 11 and 13 or 14 and 16, it can be achieved that the interfering non-linear components are extinguished. If the cathode resistance 11 designated R k and the anode resistor 14 to Ra, the resistance to the value of 13 a - R k and the resistor 16 the value of a - have Ra, where a is an arbitrary factor.

Fig.2 zeigt eine Verstärkerschaltung, die derjenigen nach Fig. 1 ähnlich ist, bei der jedoch eine andere Methode zur Schwächung bzw. Ausschaltung der nichtlinearen Komponenten des Spannungsabfalles am Kathodenwiderstand 11 benutzt ist. Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 und 2 mit den gleichen Bezugsziffern versehen. In der Schaltung nach Fig. 2 wird die Treiberstufe 7 aus einer besonderen Stromquelle 17 gespeist, deren negativer Pol unmittelbar mit der Kathode der Endstufe 8 verbunden ist. Dadurch ist erreicht, daß der nichtlineare Gitterstrom nicht über den Kathodenwiderstand 11 fließt. Für diesen Gitterstrom ist nämlich ein geschlossener Kreis vorhanden, der die Stromquelle 17, die Anoden-Kathoden-Strecke der Treiberstufe 7 und die Gitter-Kathoden-Strecke der Endstufe 8 enthält.FIG. 2 shows an amplifier circuit which is similar to that of FIG. 1, but in which a different method for attenuating or eliminating the non-linear components of the voltage drop across the cathode resistor 11 is used. Corresponding parts are provided with the same reference numerals in FIGS. 1 and 2. In the circuit according to FIG. 2, the driver stage 7 is fed from a special current source 17 , the negative pole of which is directly connected to the cathode of the output stage 8 . This ensures that the non-linear grid current does not flow through the cathode resistor 11. For this grid current there is namely a closed circuit which contains the current source 17, the anode-cathode section of the driver stage 7 and the grid-cathode section of the output stage 8.

Fig. 3 zeigt eine Gegentaktschaltung, bei der dasselbe Prinzip wie in Fig. 2 für die Rückführung des Gitterstromkreises an einem Anschlußpunkt zwischen der Kathode und dem Kathodenwiderstand benutzt wird. Um dabei mit einer einzigen Stromquelle 17 die Speisung der beiden Gegentaktröhren 7' und 7" der Treiberstufe zu ermöglichen, sind die Gleichrichter 18' und 18" vorgesehen, die die Reihenschaltung der Kathodenwiderstände 11' und 11" überbrücken. Da die Durchlaßrichtungen der Gleichrichterelemente gegeneinandergeschaltet sind, wird die an den Enden der Reihenschaltung von 11' und 11" stehende Spannung nicht kurzgeschlossen. Die Durchlaßrichtung jedes der Gleichrichterelemente 18' und 18" ist in bezug auf den Gitterstrom richtig gepolt, d. h. so, daß der Gitterstrom in der Durchlaßrichtung fließt. In der dargestellten Schaltung wird also der Kathodenwiderstand 11' nur vom Anodenstromanteil der Endstufenröhre 8' durchflossen, während der nichtlineare Gitterstrom über den Gleichrichter 18' fließt. Dasselbe gilt auch für die Endstufenröhre 8" in bezug auf ihren Kathodenwiderstand 11" und das Gleichrichterelement 18".Fig. 3 shows a push-pull circuit in which the same principle as in Fig. 2 is used for the return of the grid circuit at a connection point between the cathode and the cathode resistor. In order to enable the two push-pull tubes 7 ' and 7 "of the driver stage to be fed with a single current source 17, the rectifiers 18' and 18" are provided, which bridge the series connection of the cathode resistors 11 'and 11 " the voltage at the ends of the series connection of 11 ' and 11 "is not short-circuited. The forward direction of each of the rectifying elements 18 'and 18 "is polarized correctly with respect to the grid current, ie, so that the grid current flows in the forward direction. In the illustrated circuit, that is, the cathode resistance is 11' only 'traversed by the anode current portion of the power tube 8, while the non-linear grid current flows through the rectifier 18 '. The same also applies to the output stage tube 8 "with regard to its cathode resistance 11" and the rectifier element 18 ".

Die an den Kathodenwiderständen 11' und 11" abgenommenen Gegenkoppelspannungen sind also in der Schaltung nach Fig.3 von den nichtlinearen Gitterstromkomponenten praktisch befreit. Die Gegenkoppelspannungen werden an den Anschlußpunkten zwischen den Kathoden der Eingangsröhren 5' und 5" und den zugehörigen Kathodenwiderständen 12' und 12" zugeführt. Die Zwischenverstärkerstufe ist ebenfalls in Gegentaktanordnung ausgeführt und enthält die Röhren 6' und 6".The negative feedback voltages taken at the cathode resistors 11 'and 11 " are therefore of the non-linear grid current components in the circuit according to FIG practically exempt. The negative feedback voltages are at the connection points between the cathodes of the input tubes 5 'and 5 "and the associated cathode resistors 12 'and 12 ". The intermediate amplifier stage is also in a push-pull arrangement and contains the tubes 6 'and 6 ".

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Amplifier circuit with negative feedback of the voltage drop at a resistor located in the cathode circuit of a tube stage (cathode resistance) on the same or one of this tube stage preceding tube stage when selected in this way Rest potentials at the electrodes and such measured modulation of the former, the tube stage containing the cathode resistor, that control grid current flows, wherein additional means are provided for attenuating the distortion of the output oscillations are, characterized in that switching means of such an arrangement and / or Dimensioning are provided that the negative feedback voltage taken from the cathode resistor of the non-linear distortion components contained in the grating current is freed by either one on the output circuit of the control the said tube stage (8) to the grid current area provided driver stage (7) removed voltage containing anti-phase distortion components the distortion components the negative feedback voltage taken from the cathode resistor (11) can be compensated or the negative terminal of the supplying the discharge current of the driver stage (7) Current source (17) connected to the cathode-side end of the cathode resistor (11) is.

2. A circuit according to claim 1, characterized in that one on an im Output circuit of the driver stage (7) lying resistor (14) removed voltage brought into effect as an additional negative feedback voltage, preferably with the am Cathode resistor (11) is superimposed on the voltage taken off.

3rd circuit after Claim 1, characterized in that in a push-pull arrangement in B mode in the connections from the negative terminal of the power source (17) to the cathode side Ends of the two cathode resistors (11 ', 11 ") each have a switching element that is conductive on one side (18 ', 18 ") switched on with its forward direction in the direction of the grid current is. Considered publications: German Patent Specifications No. 948167, 1014 596; V o r h ö v e, "Low Frequency Amplifier Technology", 1952, p. 193.