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Ausgangsstufe in einem amplitudenbegrenzenden Verstärker Die vorliegende
Erfindung betrifft eine Anordnung in der Ausgangsstufe von Verstärkern, um eine
lineare Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz zu schaffen und eine
Einstellung des gewünschten Ausgangspegels zu ermöglichen, bei der die Verstärkerstufe
ein Verstärkerelement mit einer Steuerelektrode, einer Ausgangselektrode und einer
dritten Elektrode umfaßt, bei der die Steuerelektrode mit dem Eingang der Stufe
verbunden ist, bei der ein. Übertrager mit seiner ersten Wicklung zwischen der Ausgangselektrode
und dem, einen . Pol einer S@eisespannungsquelle und mit seier anderen Wick-1"tiüg
mit dem Ausgang der Stufe verbunden ist, und bei der ein erster Widerstand zwischen
der dritten Elektrode und dem anderen Pol der Speisespannungsquelle verbunden ist.
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"Um Amplitudenbegrenzungseigenschaften in der Ansgangsstufe eines
Verstärkers zu erreichen, wurden oft vorgespannte Dioden verwendet, die in. dir
Ausgangsschaltung mit dem in der Stufe enthaltenen Verstärkerelement verbunden sind.
Die Vorspannung wurde dann von einem mit der Ausgangsschaltung verbundenen Spannungsteiler
erhalten. Um den Ausgangspegel der Stufe zu verändern, muß die Vorspannung verändert
werden, was nicht immer möglich ist, und zwar unter andrem wegen des. Innenwiderstandes
der Vorspannungsqaelle.
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Ein anderes Verfahren zur Erzielung einer Amplitudenbegrenzung besteht
darin,. daß man das VerstRxkerelement mit maximaler Mödulaxion in der Einggsschaltung
arbeiten läßt. In diesen Fällen muß die Speisespannung verändert werden, wenn eine
Änderung des Ausgangspegels erwünscht ist. Wenn mehrere Verstärker aus der gleichen
Speisequelle gespeist werden, wie, es manchmal der Fäll ist, verursachen Veränderungen
des Ausgangspegels. gewisse Schwierigkeiten. Auf diese Weise gespeiste Verstärker
huben darüber hinaus eine Eingangsimpedanz die nicht linear ist, was diesen Merfahrensweg
nur noch mehr begrenzt.
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Wenn sich die Last verändert, ist es in beiden diegen Fällen unmöglich,
den Ausgangspegel, mit Hilfe eines mit dem 'Ausgang der Stufe verbundenen Spannungsteilers
zu verändern. .
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Die Erfindung soll die oben beschriebenen Nachtehe ausschließen und
eine Anordnung schaffen, mit "c@er ein konstanter Ausgangspegel von der Verst@rkerstufe
bei veränderlicherEingangsspannung und veränderlicher Last erhalten wird und mit
deren Hilfe de Äusgangspegel auf einen gewünschten konstanten Wert eingestellt werden
kann. Die Erfindung ist wie im Anspruch, angegeben gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird genauer uVerbindung mit den Zeichnungen beschrieben,
in denn .
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F i g. 1 eine Anordnung zur Amplitudenbegrenzung zeigt, wie sie bis
.jetzt verwendet wurde, F i g. 2 eine Ausführungsform ;gemäß der Erfindung mit.einer
Elektronenröhre in der Ausgangsstufe zeigt, F i g. 3 eine andere Form einer Ausführung
mit einem Transistor in der Ausgärigsstufe.zeigt und F l g. 4 in einem 1C-UCE
Diagramm zeigt, wie der Arbeitspunkt des Transistors gemäß. der Ausfülr rungsform
in F i g. 3 verschoben .wird.
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F i g. 1 zeigt, wie, erwähnt würde, eine Anordnung von der Art, wie
sie bis jetzt verwendet wurde. Die Ausgangsstufe . umfaßt einen Transistor, 3, dessen
Basis und . Emitter mit entsprechenden Eingangsklemmen 1 verbunden sind urig
. dessen Kollektor an einer Wicklung des Ausgangsübertragers 4 liegt. Zwei Dioden
5 und eine Zenerdiode. 6 sind mit dieser Wicklung verbunden. Der Verbindungspunkt
dieser Dioden ist mit einer positiven Potentialquelle über einen Widerstand 7 verbunden"und:
der Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode und der Mittelanzapfung der Übertragerwicklung
liegt an einer negativen Pötentialquelle. Der Übertrager besitzt darüber hinaus
eine Ausgangswicklung, dje:.imt. den Ausgangsklem-, men 2 verbunden ist.
Von der Zenerdiode 6 wird eine Bezugsspannung erhalten,, so, di@ß. eine gewisse
Spannung in Rückwärtsrichtung ` besteht. Solange die
Amplitude der
auftretenden Wechselspannung unter dieser Vorspannung liegt, wird die Wechselspannung
nicht beeinflußt. Wenn andererseits die Amplitude dieser Spannung über dieser Vorspannung
liegt, wird die Amplitude der Wechselspannung abgeschnitten, wodurch die Amplitude
der Ausgangsspannung unter einem festen Wert liegt. Die Begrenzungsmöglichkeiten
sind in dieser Anordnung durch den Innenwiderstand der Bezugsspannungsquelle bestimmt,
wobei dieser Widerstand aus praktischen Gründen nicht klein genug gemacht werden
kann.
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F i g. 2 zeigt nun eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der
das Verstärkerelement eine Elektronenröhre 11 ist. Die Eingangsklemmen 1 der Verstärkerstufe
liegen über einen Übertrager an dem Gitter der Röhre 11 bzw. einem Widerstand 9,
der als veränderlicher Spannungsteiler ausgeführt ist. Dieser Widerstand liegt parallel
zu einer Zenerdiode 8 und in Reihe mit einem zweiten Widerstand 10. Die Widerstände
9 und 10 liegen zwischen den Polen der Speisespannungsquelle der Röhre. Der Widerstand
9 ist außerdem durch eine Kapazität entkoppelt. Die Anode der Röhre 11 liegt an
einem abgestimmten Kreis, der mit dem positiven Pol der Spannungsquelle verbunden
ist, wobei dieser Kreis aus einer Kapazität 14 und einer Wicklung des Ausgangsübertragers
15 besteht. Dieser übertrager enthält weiterhin eine mit den Ausgangsklemmen 2 verbundene
Ausgangswicklung und eine mit einer Vollwellengleichrichterbrücke 16 verbundene
Wicklung. Dieser Ausgang liegt an der Kathode der Röhre bzw. am negativen Pol der
Spannungsquelle. Zwischen der Kathode und dem negativen Pol liegt weiterhin ein
Widerstand 12 parallel mit einer Entkopplungskapazität 13.
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Mit dem Spannungsteiler 9 wird die gewünschte Gittervorspannung an
die Röhre 11 gegeben. Auf Grund der Zenerdiode 8 wird die Spannung zwischen dem
Gitter und dem negativen Pol der Versorgungsspannung konstant sein. Die Spannung
der Kathode wird dann hauptsächlich konstant sein, und dadurch wird der Spannungsabfall
über dem Widerstand 12 konstant. Dieser Spannungsabfall wird auf die Gleichrichterbrücke
16 übertragen und .stellt da eine Vorspannung für die Dioden in deren Rückwärts-
oder Sperrichtung dar. Solange die Amplitude der auftretenden Wechselspannung in
der- mit den Gleichrichtern verbundenen übertragungswicklung diese Vorspannung nicht
überschreitet, wird die Wechselspannung ist dann auf einem dem Spannungsabfall ent
Wert der Vorspannung überschreitet, wird die Wechselspannung abgeschnitten. Die
Amplitude einer in der Ausgangsschaltung auftretenden Wechselspannung ist dann auf
einem dem Spannungsabfall entsprechenden Wert begrenzt. Der Gleichstrom durch die
Röhre und den Widerstand 12 ist hierbei viel größer als der zugeführte Strom von
der Gleichrichterbrücke 16, wodurch ein konstanter Ausgangspegel durch Begrenzung
erreicht wird. Da die Spannung an der Kathode der Röhre konstant ist, wird der Strom
durch die Röhre kleiner. Da die Spannung von dem Spannungsteiler 9 konstant gehalten
wird, wird der Arbeitspunkt entlang der Anodenstromgitterspannungskurve verschoben,
so daß der Anodenstrom einen niedrigeren Wert annimmt. Die untere Grenze, zu der
der Arbeitspunkt verschoben werden kann, wird durch die niedrigste in der Ausgangsschaltung
erforderte Leistung bestimmt. In F i g. 3 wird eine andere Ausführungsform gezeigt,
in der das Verstärkerelement ein Transistor 17 ist. Der Eingang der Verstärkerstufe
liegt über eine Kapazität 19 an der Basis des Transistors 17, wobei diese Basis
auch an einem Spannungsteiler 9 liegt. Dieser ist auf die gleiche Art wie in der
Ausführungsform der F i g. 2 angeordnet. Mit dem Kollektor ist ein abgestimmter
Kreis verbunden, der aus einer Kapazität 14 und einer Wicklung des Ausgangsübertragers
15 besteht. Seine Ausgangswicklung ist, wie vorher, mit den Ausgangsklemmen 2 verbunden.
Ähnlich wie in der oben beschriebenen Ausführungsform besitzt der Übertrager auch
eine Wicklung, die mit Vollwellengleichrichterelementen 18 verbunden ist. Der Verbindungspunkt
der Dioden 18 ist teilweise mit dem Emitter des Transistors und teilweise durch
eine Kapazität 13 mit dem einen Pol der Versorgungsspannung verbunden. Auch eine
Mittelanzapfung der letztgenannten 17bertragerwicklung liegt an dem gleichen Pol.
Zwischen dem Emitter des Transistors und dem genannten Pol der Versorgungsspannung
liegt ein Widerstand 12. Der andere Pol der Versorgungs= spannung ist mit dem abgestimmten
Kreis verbunden.
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Mit Hilfe des Spannungsteilers 9 wird eine geeignete Bastspannung
erreicht, die wegen der Zenerdiode 8 einen konstanten Wert haben wird. Selbst die
Emitterelektrode wird dann ein Potential erhalten, das fast konstant ist. Wie in
der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Spannungsabfall über dem Widerstand
12 die Vorspannung für die Dioden 18 in ihrer Sperrichtung. Die Wechselspannung
wird in diesem Fall nicht beeinlußt, solange die Amplitude unter dieser Vorspannung
liegt. Wenn der Amplitudenwert größer wird als der Vorspannungswert, wird die Wechselspannung
abgeschnitten. Die Amplitude der in der Ausgangsschaltung erscheinenden Wechselspannung
ist jetzt auf den der Vorspannung entsprechenden Wert begrenzt. Der bei der Gleichrichtung
erhaltene Gleichstrom fließt durch den Widerstand 12 und addiert sich zu
dem Strom in diesem Widerstand. Da die Spannung des Emitters konstant ist, bedeutet
dies, daß der Emitterstrom um eine entsprechende Menge abnimmt. In F i g. 4 wird
gezeigt, wie der Arbeitspunkt dann verschoben wird. In dem ursprünglichen Arbeitspunkt
hat die Kollektor-Emitter-Spannung den Wert UcEO, und der Kollektor-Emitter-Strom
hat den Wert IcEO. Bei einem Strom durch den Widerstand 12, der aus dem Gleichrichter
18 kommt, wird der Wert von IcEO abnehmen bei gleichbleibendem konstanten Wert von
UCEO. Der kleinste Wert ICEO wird dann durch die kleinste in der Ausgangsschaltung
geforderte Leistung bestimmt.
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Mit Hilfe der Ausführungsformen für Verstärkerausgangsstufen, die
oben beschrieben wurden, werden demnach Ausgangsstufen erzielt, die eine lineare
Eingangsimpedanz auf Grund der Tatsache haben, daß hier die Stufe als linearer Verstärker
arbeitet, und die eine niedrige dynamische Ausgangsimpedanz auf Grund der Tatsache
haben, daß bei der Begrenzung diese Impedanz hauptsächlich durch den Innenwiderstand
der Gleichrichterelemente bestimmt wird, der niedrig ist. Darüber hinaus besteht
eine Möglichkeit zur Einstellung des Ausgangspegels dieser Stufe auf einen gewünschten
Wert mit Hilfe eines veränderlichen Spannungsteilers. Es findet dann eine Begrenzung
statt durch ein Beschneiden des Verstärkers.