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Verstärker mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung Es ist
bekannt, daß die Anwendung der Gegenkopplung bei Verstärkern gleichzeitig den Vorteil
einer Verringerung der nichtlinearen Verzerrungen und einer Erhöhung der Stabilität
gegenüber Röhrenwechsel und Betriebsspannungsschwankungen mit sich bringt.
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Es ist auch bekannt, daß durch die Gegenkopplung eine Veränderung,
und zwar durch Stromgegenkopplung eine Erhöhung, durch Spannungsgegenkopplung eine
Erniedrigung des Innenwiderstandes des Verstärkers eintritt. Bei der Anwendung einer
reinen Strom- oder Spannungsgegenkopplung hat daher eine beispielsweise zwecks Regelung
der Verstärkung vorgenommene Änderung des Gegenkopplungsgrades stets eine Änderung
des Innenwiderstandes des Verstärkers zur Folge.
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Da nun der Sollwert des Innenwiderstandes eines Verstärkers meist
durch eine bestimmte Anpassungsbedingung an den Verbraucherwiderstand festliegt,
besteht bei der Entwicklung und beim Betrieb von Verstärkern das Bedürfnis nach
einer Schaltung, mit der die Verstärkung durch Änderung des Gegenkopplungsgrades
möglichst mittels eines einzigen veränderlichen Widerstandes beliebig geregelt werden
kann, ohne daß hierdurch eine Beeinflussung des Innenwiderstandes des Verstärkers
und damit der Anpassung eintritt.
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Es ist an sich bereits eine Schaltung mit kombinierter Strom- und
Spannungsgegenkopplung bekannt, die dieser Forderung entspricht (französische Patentschrift
784 q.51). Hier wird die Gegenkopplungsspannung an einer Diagonale einer
Brücke abgenommen, an deren anderer Diagonale die Belastung liegt, wobei der Innenwiderstand
der Endröhre einen Arm der Brücke bildet. Parallel zur Diagonale, an der die
Gegenkopplungsspannung
entnommen wird, liegt ein veränderbarer Widerstand. Durch Veränderung dieses Widerstandes
ist es bei der bekannten Schaltung zwar möglich, eine Regelung des Verstärkungsgrades
ohne Beeinflussung des Innenwiderstandes des Verstärkers durchzuführen. Die Schaltung
ist aber darauf beschränkt, daß der Innenwiderstand des Verstärkers stets dem Innenwiderstand
der Endröhre gleich ist. Diese Tatsache legt bei einer bestimmten Anpassungsbedingung
aber gleichzeitig das Übersetzungsverhältnis des Ausgangstransformators fest. Bei
der insbesondere in der Endstufe der Verstärker allgemein üblichen Verwendung von
Röhren mit hohem Innenwiderstand (Penthoden) müßte das Übersetzungsverhältnis sehr
groß sein. Die Realisierung derartiger Übersetzungsverhältnisse bereitet aber bekanntlich
große Schwierigkeiten.
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Die Erfindung, die diese Mängel der bekannten Schaltung vermeidet,
betrifft einen Verstärker mit kombinierter Strom- und Spannungsgegenkopplung zur
beliebigen, mittels eines veränderbaren Widerstandes erfolgenden Regelung der Verstärkung
ohne Beeinflussung des Innenwiderstandes des Verstärkers. Erfindungsgemäß bildet
der veränderbare Widerstand zusammen mit zwei festen Widerständen gleichzeitig einen
Spannungsteiler für den von der Anodenspannung abhängigen Teil der Gegenkopplungsspannung
und einen Kathodenwiderstand, der den von Anodenstrom abhängigen Teil der Gegenkopplungsspannung
erzeugt.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Fig.
i und 2 der Zeichnung Bezug genommen, die zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
zeigen.
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Der in Fig. i dargestellte einstufige Verstärker ist mit einer Penthode
P bestückt und über seinen Ausgangstransformator mit einem Außenwiderstand Ra belastet.
In der Kathodenleitung liegt ein veränderlicher Widerstand Rk mit den Klemmen a
und -b. Der Ausgangstransformator weist neben der normalen Primär- und Sekundärwicklung
w1 bzw. w2 noch eine zusätzliche Wicklung w, auf. Das eine Ende dieser Wicklung
ist über einen Ohmschen Widerstand R1 mit der wechselstrommäßig an der Kathode liegenden
Klemme a, das andere Ende über einen Ohmschen Widerstand R2 mit der Erdpotential
führenden Klemme b verbunden. Die erdfreie Klemme des Widerstandes R2 ist über einen
Koppelkondensator C mit dem nicht ans Steuergitter der Penthode geführten Ende der
Sekundärwicklung des Eingangsübertragers verbunden, das gleichzeitig über einen
Gitterwiderstand R, mit Punkt a in Verbindung steht. Die in dem Schaltbild noch
vorhandenen Widerstände und Kondensatoren dienen lediglich zur Einstellung der Gleichstromverhältnisse
und sind für die Erfindung belanglos.
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Ist nun R9 > R1 -j- R2 gewählt, dann -fließt erstens der Anodenwechselstrom
gleichzeitig von a über Rk nach b und von a über R1, w, und R2 nach
b. Die zwischen a und c auftretende, das Gitter der Penthode P steuernde Gegenkopplungsspannung
ist also einerseits dem Anodenwechselstrom proportional. Zweitens bilden die in
Reihe liegenden Widerstände Ri, Rk und R2 einen Spannungsteiler für die an der Wicklung
w, auftretende, der Ausgangswechselspannung des Verstärkers proportionale Spannung.
Damit ist die Spannung zwischen a und c andererseits auch der Anodenwechselspannung
proportional. Es handelt sich also um eine kombinierte Strom- und Spannungsgegenkopplung.
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Die festen Widerstände Ri und R2 sind nun so gewählt, daß bei jedem
beliebigen Wert des veränderbaren Widerstandes R, das Verhältnis der durch die Stromgegenkopplung
verursachten Innenwiderstandserhöhung zu der durch die Spannungsgegenköpplung bewirkten
Innenwiderstandsherabsetzung konstant ist.
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In dem praktisch wichtigsten Fall, daß der Verstärker an den Belastungswiderstand
Rd angepaßt ist, sind die Widerstände Ri und R2 durch folgende Formeln bestimmt:
worin S und D die Steilheit bzw. den Durchgriff der Penthode, a das Übersetzungsverhältnis
von w, nach w1 und ü das Übersetzungsverhältnis von w1 nach w2 bedeuten. ' Der Innenwiderstand
des Verstärkers ist durch den Ausdruck gegeben
Wenn man in diesen Ausdruck für Ri und R2 die Ausdrücke nach Formel (i) und (2)
einsetzt, so ergibt sich Rv = ü2 Ra (4) so daß die geforderte Anpassung des Verstärkers
in den Belastungswiderstand unabhängig von dem jeweiligen Wert des veränderbaren
Widerstandes Rk gewährleistet ist. Eine Änderung dieses Widerstandes übt also keinen
Einfluß auf den Innenwiderstand des Verstärkers aus; dagegen bewirkt sie eine Veränderung
der gesamten Gegenkopplungsspannung zwischen den Klemmen a und c und damit eine
Veränderung des Verstärkungsgrades. Ist dabei bei Änderung von Rk zwischen den Werten
o und co ein Regelbereich des Verstärkers von b Neper verlangt,- so muß
gewählt werden.
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Bei dem in Fig. 2 dargestellten zweistufigen Trioden-Verstärker ist
die Gegenkopplungsspannung in der Endstufe in gleicher Weise wie in Fig. i gewonnen
und über einen Koppelkondensator Cl der ersten Röhre als Gegenkopplungsspannung
zugeführt. Dabei
ist zur Erzielung der richtigen Phasenlage nicht
ins Gitter, sondern in die Kathode dieser Röhre gegengekoppelt. R'1 und R, sind
die Gitter- bzw. Anodenwiderstände der Vorröhre. Die obengenannten Formeln für den
einstufigen Verstärker gelten sinngemäß auch für den in Fig. a dargestellten zweistufigen
Verstärker mit Gegenkopplung der Vorstufe, jedoch sind in die Formeln nicht die
Werte S und D der Vorröhre, sondern die Werte S V bzw.
einzusetzen, worin V den Verstärkungsgrad der Endstufe bedeutet.
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Die Verstärkerschaltung nach der Erfindung kann, wenn der veränderbare
Widerstand nicht, wie es zur frequenzunabhängigen Verstärkungsregelung erforderlich
ist, als rein. Ohmscher Widerstand, sondern als komplexer Widerstand (d. h. als
ein aus Ohmschen Widerständen, Induktivitäten und Kapazitäten beliebig zusammengesetzter
Zweipol) ausgebildet ist, mit Vorteil auch als entzerrender Verstärker benutzt werden.
Hierzu ist nur erforderlich, daß der Widerstand Rk eine dem gewünschten Frequenzgang
der Verstärkung entsprechende Frequenzabhängigkeit aufweist.