NO123212B

NO123212B -

Info

Publication number: NO123212B
Application number: NO155817A
Authority: NO
Inventors: G Chadbourne
Original assignee: Keyes Fibre Co
Priority date: 1963-12-02
Filing date: 1964-12-01
Publication date: 1971-10-11
Also published as: DE1486452A1; NL6413645A; GB1049909A; FI43156B; BE656382A; US3286833A

Description

Tilbakekoplingsnettverk for forsterker.

Foreliggende oppfinnelse angår en

forsterker, særlig elektronrør — eller transistorforsterker, som er utstyrt med positiv

eller negativ tilbakekopling og som er tilknyttet belastningen gjennom en spesiell

firepol med differensialtransformator

(gaffeltransformator) en såkalt balansert

brokopling.

Anvendelsen av den balanserte brokopling, hvis prinsipp fremgår av fig. 1

og fig. 2, er forøvrig vel kjent bl. a. fra

telefonapparater med antisidetonekopling

og fra totråds linjeforsterkere.

I foreliggende patentbeskrivelse kalles

viklingen med vindingstall Nx (kfr. fig. 1

og 2) for brokoplingens linjevikling,

viklingen med vindingstall N2 kalles balan-seviklingen, mens viklingen med vindingstall N3 kalles sekundærviklingen. Klemmene h1 og L2 kalles brokoplingens linje-klemmer og Rh balansemotstanden (den

behøver forøvrig i almindelighet ikke være

en ohmsk motstand). Impedansen ZH sies

å utgjøre brokoplingens midtgren.

Fig. 1 og fig. 2 illustrerer de to drifts-tilstandene som er av praktisk betydning.

På fig. 1 er det til sekundærklemmene

og Ss koplet en generator med E.M.K. Ef

og med indre impedans Zf, mens det over

klemmene 1^ og L2 er koplet en impedans

ZL, som i beskrivelsen kalles linjeimpedans

og som betraktes som den egentlige forbruker av den effekt generatoren leverer

via brokoplingen. Denne tilstand vil bli

karakterisert som sending. Betegnelsen

balansert brokopling refererer til det

forhold at strømmen i midtgrenen er 0 eller

tilnærmet 0 ved sending. Forutsetningen

for dette er igjen at i

Her betyr u2 forholdet N2 : Nx . Forholdet N3 : N1 betegnes på liknende måte med ux. Som eksempel kan en tenke seg en telefon-apparatkopling som antydet i fig. 3, hvor generatoren på gaffeltransformatorens sekundærside utgjøres av en kullkorn-mikrofon i serie med et lokalbatteri for matestrøm, mens midtgren utgjøres av en høretelefon i serie med en kondensator. Impedansen Z, er i dette tilfelle impedansen av telefonlinjen som er tilknyttet klemmene 1^ , L2.

På fig. 2 virker en E.M.K. Er i serie med impedansen ZL, mens sekundærsiden av transformatoren er belastet med impedans Zf. Denne tilstand karakteriseres i

patentbeskrivelsen som mottaking. I

det ovenfor nevnte eksempel, kfr. fig. 3, svarer tilstanden til at apparatkoplingen mottar et signal fra linjen. Ved mottaking

regnes impedansen Z1T i midtgrenen som

den egentlige forbruker av den mottatte effekt.

Som kjent er den balanserte brokoplingen videre karakterisert ved at strømmen i midtgrenen ZH ved mottaking ikke avhenger av impedansen r ,Zf~ på transformatorens sekundærside. Størrelsen av Zf influerer bare på effektfordelingen mellom Zf og R,,, og hvis spesielt

vil Rb være strømløs ved mottaking. I det ovenfor nevnte eksempel vil Zf være

en ohmsk motstand mens ZH, undtatt for en bestemt frekvens, vil være en kompleks impedans. Betingelsen (2) vil derfor i dette tilfelle i almindelighet ikke være oppfylt, og balansemotstanden vil absorbere effekt ved mottaking.

I patentbeskrivelsen forstås videre ved apparatimpedansen ZA den impedans man måler over klemmene Lt og L2 når linje-impedansen ZL er frakoplet krf. fig. 12 og fig. 13. I det tidligere nevnte eksempel blir apparatimpedansen identisk med telefon-apparatets impedans i talestilling.

Foreliggende oppfinnelse tar sikte på å oppnå en bestemt egenskap hos den nevnte apparatimpedans ZA i det tilfelle at generatoren på transformatorens sekundærside er tilkoplet gjennom en forsterker, F , utstyrt med positiv eller negativ tilbakekopling gjennom et nettverk N slik dette er antydet på fig. 4. Det er videre forutsatt at anbringelsen av nettverket N ikke endrer koplingens karakter av balansert brokopling.

Den egenskap ved ZA, som det her er tale om, består i at ZA, uansett frekvensen og uansett karakteren av impe-dansfunksjonen ZH, er den samme med tilbakekopling, som antydet på fig. 4 og fig 12, som uten, slik som antydet på fig. 6 og fig. 13. At ZA er den samme i de to tilfelle er ensbetydende med at den effekt, som ved mottaking tilføres forsterkerens inngang via tilbakekoplingsveien er 0. Utformingen av den nevnte tilbakekopling kan selvsagt varieres på mange måter.

Fig. 5, fig. 7, fig. 8, fig. 9, fig. 10 og fig. 14 viser en del eksempler på tilbakekopling. På fig. 9 og fig. 10 er P en vilkårlig aktiv eller passiv firepol som man kan tenke seg innskutt i tilbakekoplingsveien for å oppnå en ønsket tilbakekopling ved sending. Fig. 5 og fig. 7 er ellers å betrakte som spesialtilfelle av fig. 8. Som før nevnt forutsettes det at de motstandene r1 , r2 , Rj og R2 som er innført av hensyn til tilbakekoplingen ikke endrer koplingens karakter av balansert brokopling. Denne forutsetningen vil være oppfylt når rj og r2 er små og R1 og R3 store i forhold til

brokoplingens impedanser

I det tilfelle at forsterkerens inngang ved mottaking tilføres effekt via tilbakekoplingsveien, vil ZA kunne variere meget sterkt både i amplitude og fase med frekvensen og herunder også anta negative verdier. Dette vil i praksis kunne være meget uheldig, således i det tidligere nevnte tilfelle at det foreligger en antisidetone telefonapparatkopling.der forsterkeren gjør tjeneste som mikrofonforsterker og hvor man ønsker en rent ohmsk apparatimpedans på 600 Ci over det bredest mulige frekvensbånd.

Med en slik apparatimpedans vil man nemlig ha tilpassing mellom telefon-apparatet og linjen hvis impedans i almindelighet vil ligge på ca 600 Cl .

Ved et vanlig telefonapparat med kull-mikrofon vil det i almindelighet ikke by på særlige vanskeligheter å gjøre apparatimpedansen tilnærmet rent ohmsk og ca. 600 Cl for de frekvenser som kommer i betraktning og heller ikke ved et telefonapparat med mikrofonforsterker, forutsatt at denne er utført uten tilbakekopling. Det kan imidlertid tenkes at f. eks. positiv tilbakekopling er ønskelig eller nødvendig for å oppnå tilstrekkelig avgitt effekt fra apparat til linje. I henhold til foreliggende oppfinnelse er det mulig å etablere en slik tilbakekopling uten at denne får noen nevneverdig innvirkning på apparatimpedansen som fortsatt vil kunne holdes tilnærmet rent ohmsk og med en størrelse på ca. 600 Cl for de frekvenser som kommer i betraktning.

For. å kunne undersøke muligheten for å hindre at forsterkerinngangen tilføres effekt ved mottaking, er det av betydning å komme frem til et uttrykk for ZA i det generelle tilfelle som er illustrert på fig. 4.

Ved hjelp av Kirchhoffs likninger finner man at skjemaet på fig. 4 kan erstattes med det på fig. 11, hvor størrelsen k3 er forsterkerens spenningsforsterkning i tomgang, og hvor leddene kx i, og k2 i2 representerer tilbakekoplingen. i1 og i2 er maskestrømmen i henholdsvis brokoplingens linjevikling og balanse vikling. Istedenfor konstantene k, og k2 , som har dimensjon som impedans, kan det være hensikts-messig å innføre to nye parametre, m og k, definert ved formlene

For koplingen på fig. 5 har en :

For koplingen på fig. 7 har en :

For koplingen på fig. 14 har en : og for koplingen på fig. 8, 9 og 10 har en :

Generelt finner en for koplingen på fig. 4 og 12 følgende uttrykk for ZA: hvor:

Has ingen tilbakekopling, dvs. er k1 = k2 = k = 0, blir ifølge (10) Z(; = Zf, hvilkét innsatt i (9) gir det kjente uttrykket:

for apparatimpedansen ved 0 tilbakekopling kfr. fig. 13. Den generelle betingelsen for at ZA = ZA0 er at Z(. = Zf og betingelsen for dette er igjen ifølge (10) og (11) at:

Vi forutsetter at Z, og R,, tilnærmet kan betraktes som ohmske motstander, mens Zn kan være en vilkårlig impedansfunk-sjon. Antar vi i første omgang ZH rent ohmsk, blir m reell og:

I tilfelle —= — , er m = 0, og problemet u,2 u2

Za = Zao kan ifølge (5) løses med en kopling som på fig. 5. Dette er naturlig, da som før nevnt balansemotstanden i dette tilfelle er strømløs ved mottaking.

I tilfelle ^i, er m > 0, og problemet

ZA = ZA0 kan da ifølge (6) løses med en kopling som på fig. 7.

I tilfelle -^1/— , er m / O , og problemet ZA<Z>A0 kan ifølge (7) løses med en kopling som på fig. 14.

Ved innsetning av (10) i (9), får man et uttrykk av formen:

der a, p og y, hvis ZH er en ohmsk motstand, alle er reelle størrelser. Den reelle variable ZA som funksjon av den reelle variable m vil følgelig anta alle reelle verdier, dvs. at man ved å anvende en form for tilbakekopling som vist på fig. 7 og fig. 14 kan gi ZA enhver positiv eller negativ verdi. Dette kan skje ved i skjemaet på

fig. 7 å variere forholdet mellom r3 og r2 mens deres sum er uforandret og på fig. 14

ved å variere r1', mens r2 er uforandret,

altså i begge tilfelle uten å foreta noen forandring som influerer på koplingens forhold ved sending

I praksis vil summen r = r1 + r2 samt motstanden R1 bli å betrakte som gitt ut fra ønsket om en bestemt tilbakekopling ved sending. For å oppnå at ZA er identisk med ZA0, uavhengig av frekvensen, må da de tre ukjente r1; r2 og R2 bestemmes ut fra likningene (16) og (17) og likningen:

Ved løsning av dette likningssystemet

fåes

Nu var rx og r2 ,og dermed r , forut-

satt små i forhold til P og Q. Formlene (19), (20) og (21) kan derfor med tilstrek-

kelig tilnærmelse forenkles til:

I det tilfelle at ZH er en frekvens-avhengig impedans kan man ifølge form-

lene (8) og (12) gjøre ZA identisk med ZA0

ved å velge rx, r2 , R2 og Rx slik at:

Claims

Forsterker, f. eks. elektronrør-

eller transistorforsterker, hvis utgang er tilknyttet sekundærviklingen av differen-sialtransformatoren i en balansert brokopling i hvilken balansemotstanden Rb ikke direkte, men gjennom to små seriekoplede ohmske motstander r1 og r2 er forbundet med brokoplingens nedre linjeklem-me Li, hvor impedansen ZH i brokoplingens midtgren er tilkoplet forbindelsespunktet mellom r1 og r2, hvor nevnte klemme h1 er forbundet med sammenkoplingspunktet av transformatorens linje- og balansevikling gjennom to seriekoplede ohmske motstander RL og R2 av hvilke den første er direkte tilknyttet 1^ og hvor endelig den spenning, som, når forsterkeren avgir effekt til brokoplingen, oppstår mellom forbindelsespunktet av RL og R2 og forbindelsespunktet av r2 og Rb, enten direkte eller via en vilkårlig firepol koples tilbake til forsterkeren på en slik måte at en ønsket grad av positiv eller negativ tilbakekopling oppnås, karakterisert ved at forholdet mellom de nevnte ohmske motstander r1 og r2 og forholdet mellom de nevnte ohmske motstander Rx og R2, velges i sam-svar med formlene: hvor u2 er oversetningsforholdet mellom transformatorens balansevikling og linjevikling, u, oversetningsforholdet mellom sekundærviklingen og linjeviklingen, Zr er forsterkerens utgangsimpedans, som i likhet med balansemotstanden Rh antas å være tilnærmet ohmsk, og r er summen ri + rj - som forutsettes liten i forhold til brokoplingens øvrige impedanser, og i likhet med Ri, antas valgt ut fra ønsket om en bestemt tilbakekopling ved sending.