DE3118042C2 - Transistorisierte Endstufenschaltung - Google Patents

Abstract

Verstärker zur Nachbildung des Betriebsverhaltens von Röhrenendstufen durch eine Schaltung mit hohem Innenwiderstand, deren maximale Ausgangsspannung einstellbar ist, und die gleiche lineare und nichtlineare Verzerrungen erzeugt wie eine üblicherweise verwendete Röhrenendstufe.

Description

Die Erfindung betrifft eine transistorisierte Endstufenschaltung zur Nachbildung eines von einem Röhrenverstärker erzeugten Klangbildes, insbesondere bei Elektrogitarren.

Zur Nachbildung eines von einem Röhrenverstärker erzeugbaren verzerrten Klangbildes ist es bereits bekannt, einen Transistorverstärker in Kombination mil einem Röhrenvorverstärker zu verwenden, der eine Überlastungsbeiriebsart hat, in der er den Transistorverstärker ohne Überlastung speist (DE-OS 27 36 575). Dabei durchläuft das Signal eines Tonabnehmers 1 (Fig. 1) einen Vorverstärker 2 und einen Klangfilter 3. Es wird über eine Einrichtung 4 mit einstellbarer Verstärkung einer Stufe 5 zugeführt, die bei hoher Verstärkung der Einrichtung 4 das Signal amplitudenbegrenzt. Die Stufe 5 ist entweder eine Vcrslärkcrstufc, die überstcucrl wird, oder enthält zur Signalbegrcnzung zwei

ίο antiparallel geschaltete Dioden. Das ampliludenbegrcnztc Signal 6 wird einem Leistungsverstärker 7 zugeführt, dessen Verstärkung einstellbar ist, und gelangt auf einen Lautsprecher 8.

Dabei wird als nachteilig angesehen, daß die an der Schnittstelle Röhrenendstufe-Lautsprecher entstehenden linearen und nichtlinearen Verzerrungen nicht oder nur so ungenügend nachgebildet werden, daß sie bei Hörtests klanglich nicht befriedigen. Insbesondere besteht bei einer derartigen Endstufenschaltung die Schwierigkeit, daß lineare und nichtiineare Verzerrungen nur in getrennten, voneinander entkoppelten Stufen erzeugt werden können, und daß die lineare Verzerrung, die bei einem Röhrenverstärker wegen der frequenzabhängigen Lautsprecherimpedanz entsteht, nur dann ohne weiteres in der Klangfilterstufe vorgenommen werden kann, solange der Verstärker nicht übersteuert wird, also für kleine Eingangssignale und/oder eine kleine Verstärkung.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Endstufen-

jo schaltung der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung von Schwierigkeiten der genannten Art derart auszubilden, daß eine verbesserte Nachbildung eines von einem Röhrenverstärker erzeugten verzerrten Klangbildes erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt deshalb die Erkenntnis zugrunde, daß die nichtlinear/linear verzerrende Schnittstelle Endstufe — Lautsprecher eines Röhrenverstärkers in einem nichtlinear/linear verzerrenden Vierpol nachgebildet werden kann.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild der eingangs beschriebenen bekannten transistorisierten Endstufenschaltung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer transistorisierten Endstufenschaltung gemäß der Erfindung;

Fig.3 und 4 Knickkcnnlinien der beiden nichtlinearcn Glieder in F i g. 2; und

Fig. 5 und 6 Übcrtragungskennlinien der Schaltung in F i g. 2.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Allsführungsbeispiel ist beispielsweise eine an sich bekannte Transistorentl· stufe als Leistungverstärker 9 mit niedrigem Innenwiderstand vorgesehen. Ferner ist eine Stromgegenkopplung über Widerstände 11, 12 vorgesehen, so daß die Transistorendstufe für den Lautsprecher 10 wie einä Endstufe mit hohem Innenwiderstand wirkt, der etwa 2 bis 1000 Ohm betragen kann.

Gemäß der Erfindung sind außer der über den Lautsprecher 10 verlaufenden Stromgegenkopplung 11, Yi

b5 zur Erhöhung des Innen- beziehungsweise Ausgangswiderstands zwei voneinander getrennte nichtlineare Gd,-genkopplungsschleifen 16, 13, 14, 15 und 16, 13, 17, 111, 19, 20 vorgesehen, die über ein den beiden Gegenkoßp"-

lungsschleifen gemeinsames Klangfifter 16 und ein die Verstärkung beeinflussendes Stellglied 13 mit dem Ausgang der Endstufe direkt verbunden sind. Die eine Gegenkopplungsschleife enthält ein nichtlineares Glied 14 mit einer Knickkennlinie mit einer toien Zone, wie in F i g. 3 dargestellt ist. sowie einen Widerstand 15. Die Alisgangsspannung LA,j des nichtlinearen Glieds 14 ist Null, solange der Betrag der Eingangsspannung U₁-1 kleiner als eine Schwellenspannung Us ist. Für diesen Fall ist die nichtlineare Gegenkopplung wirkungslos. Wird \υ_ί3\>υ_Ά entsteht über dem Widerstand 15 ein Gegenkopplungsstrom, der die Spannung vom Leistungsverstärker 9 begrenzt Die in F i g. 3 dargestellte Knickverrundung 21 kann zum Erreichen besonderer Klangeffekte einstellbar sein. Über das Klangfilter 16 kann das Ansprechen der nichtlinearen Gegenkopplung fre^uenzabhängig gemacht werden. Durch das Stellglied 13 kann die maximale Ausgangsspann»ng des Leistungsverstärkers 9 und damit die Lautstärke des amplitudenbegrenzten Signals kontinuierlich eingestellt werden.

Die andere Gegenkopplungsschleife enthält ein nichtlineares Glied 17 mit einer einseitigen Knickkennlinic der in Fig.4 dargestellten Art, sowie Widerstände 18, 20, an deren Verbindungsstelle ein Kondensator 19 angeschlossen ist, der zur Speicherung eines Gleichspannungsmittelwerts dient

Eine weitere Besonderheit von Röhrenendstufen besteht darin, daß sie die Ausgangsspannung unsymmetrisch begrenzen, was zu einem höheren Anteil gradzahliger Harmonischer im Ausgangssignal führt. Dabei genügt es nicht, eine unsymmetrische Übertragungskennlinie der Schaltung in F i g. 2 entsprechend F i g. 5 zu realisieren, da diese bei sehr starker Übersteuerung doch wieder praktisch symmetrische Ausgangssignale 22 liefert, die lediglich einen zusätzlichen Gleichspannungsanteil aufweisen. Zur Nachbildung des Verhaltens von Röhrenendstufen muß eine Übertragungskennlinie verwendet werden, die für kleine Eingangsspannungen symmetrisch ist und mit steigender Eingangsamplitude zunehmend in Richtung des Pfeils 23 in F i g. 6 verschoben wird. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß auch bei sehr starker Übersteuerung noch ein unsymmetrisches Ausgangssignal 24 mil einem von I : 1 abweichenden Tastverhältnis entsteht, das starke grad/.ahlige Harmonische enthält. Diese Kennlinienverschicbung wird bei der Schaltung in F i g. 2 dadurch erreicht, daß über eine einseitige Knickkcnnlinie (F ig. 4) des nichtlinearen Glieds 17 ein Signal U₁₁A mit einem Glcichspannungsanteil gewonnen wird, aus dem die Wechsclspannungsanteile über den Widerstand 18 und den Kondensator 19 ausgefiltert werden, so daß am Kondensator 19 nur eine signalabhängige Gleichspannung liegt, die über den Widerstand 20 auf den Leistungsverstärker 9 gegeben wird und die Kennlinie in der gewünschten Weise verschiebt, so daß über den Widerstand 20 ein Gegenkopplungsstrom entsteht, der die Übertragungskennlinie in der in F i g. 6 gezeigten Art verschiebt.

Durch die Erzeugung eines hohen Endstufeninnenwiderstands in Verbindung mit zwei nichtlinearen Gegenkopplungsschleifen wird ein Verhalten erreicht, das sich mathematisch zwar immer noch geringfügig von dem tatsächlichen Vt-'t-halten einer Röhrcncndsliife unterscheidet, das abe^r gehörmäßig nicht mehr von diesem zu unterscheiden ist

F.inc weitere Möglichkeit besteht darin, die am Laut· Sprecher 10 entstehende Spannung zur Ansteuerung eines weiteren Vu'i'Märkcrs zu verwenden. Anstelle des Lautsprechers kann dann ein elektrischer Zweipol vorgesehen werden, dessen Impedanz der Impedanz des Lautsprechers entspricht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Transistorisierte Endstufenschaltung zur Nachbildung eines von einem Röhrenverstärker erzeugten Klangbildes, insbesondere bei Elcklrogitarrcn, dadurch gekennzeichnet, daß außer einer über den Lautsprecher (10) verlaufenden Stromgcgenkopplung (11, 12) zur Erhöhung des Innen- beziehungsweise Ausgangswiderslandcs zwei voneinander getrennte nichtlineare Gcger.kopplungsschleifen vorgesehen sind, die über ein den beiden Gegenkopplungsschleifen gemeinsames Klangfiltcr

(16) und ein die Verstärkung beeinflussendes Stellglied (13) mit dem Ausgang der Endstufe direkt verbunden sind.

2. Transistorisierte Endstufenschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der einen Gegenkopplungsschleife (16, 13, 14, 15) das nichtlineare Glied (14) eine Knickkennlinie mit einer toten Zone aufweist, und daß die andere Gegenkoppiungsschleife (16,13, 17, 18, 19, 20) ein nichtiineares Glied (17) mit einer einseitigen Knickkennlinie aufweist.

3. Transistorisierte Endstufenschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenwiderstand der Endstufe zwischen 2 Ohm und 1000 Ohm beträgt.

4. Transistorisierte Endslufenschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickspannung (U',) des einen nichtlincaren Glieds

(17) mit der Knickspannung (+Us) des anderen nichtlinearen Glieds(14) übereinstimmt.

5. Transistorisierte Endstufenschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Ausgangsspannung durch das Stellglied (13) über einen weiten Bereich einstellbar ist, so daß die an den Lautsprecher (10) abgebbare maximale Leistung im Bereich zwischen 0,01 W und 400 W liegt.

6. Transistorisierte Endstufenschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Lautsprecher (10) entstehende Spannung zur Ansteuerung eines weiteren Verstärkers verwendet wird.

7. Transistorisierte Endstufenschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Lautsprechers (10) ein elektrischer Zweipol vorgesehen ist, dessen Impedanz der Impedanz des Lautsprechers (10) entspricht.

8. Transistorisierte Endstufcnschallung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz des Zwcipols bei 50—500 H/. mindestens ein resonanzartiges Maximum aufweist und/oder im Frequenzbereich zwischen 1000 Hz und 10 000 Hz ansteigt.