DE1119339B - Stabilized multi-stage broadband amplifier for higher frequencies - Google Patents
Stabilized multi-stage broadband amplifier for higher frequenciesInfo
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Description
Stabilisierter mehrstufiger Breitbandverstärker für höhere Frequenzen Das Hauptpatent betrifft einen stabilisierten mehrstufigen Breitbandverstärker für höhere Frequenzen, der eine sich über alle Stufen erstreckende starke Gegenkopplung aufweist und sich aus (n -1) Stufen großer Bandbreite und einer Stufe geringer Bandbreite zusammensetzt. Hierbei ist die Bandbreite der schmalen Stufe annähernd gleich dem benutzten übertragungsbereich gewählt und die Bandbreite der breiten Stufen wesentlich über den erforderlichen übertragungsbereich hinaus durch einzelne oder kombiniert angewendete, zusätzliche Maßnahmen erweitert, die außerdem bewirken, daß der Verstärkungsgrad der einzelnen breiten Stufen von derselben Größenordnung wie der der schmalen Stufe ist.Stabilized multi-stage broadband amplifier for higher frequencies The main patent relates to a stabilized multi-stage broadband amplifier for higher frequencies, the strong negative feedback extending over all stages and consists of (n -1) high bandwidth levels and a low bandwidth level composed. Here, the bandwidth of the narrow step is approximately the same The transmission range used is selected and the bandwidth of the broad levels is essential beyond the required transmission range by individual or combined applied, additional measures, which also cause the degree of reinforcement of the individual broad steps of the same order of magnitude as that of the narrow step is.
Es kommt nun häufig vor, daß einer derartigen Bandbreitevergrößerung natürliche Grenzen gesetzt sind, z. B. bei den hohen Frequenzen durch die unvermeidlichen Röhren- und Schaltkapazitäten.It now often happens that such a bandwidth increase natural limits are set, e.g. B. at the high frequencies by the inevitable Tube and switching capacities.
Um diese Schwierigkeit zu überwinden und die sich über alle Stufen erstreckende Gegenkopplung über den dem Verhältnis der Bandbreite der schmalen Stufe zur Bandbreite der breiten Stufen entsprechenden Grad hinaus noch weitersteigern zu können, ohne die Stabilität unzulässig zu vermindern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in den sich über alle Stufen des Verstärkers erstreckenden Gegenkopplungsweg zusätzlich zu dem dort gegebenenfalls bereits vorhandenen Gegenkopplungsnetzwerk noch mindestens ein frequenzabhängiges Dämpfungsglied solcher Bemessung eingeschaltet ist, daß gleichzeitig a) die Dämpfung im Nutzfrequenzbereich klein ist, außerhalb desselben jedoch größer wird, und b) die durch das Dämpfungsglied bewirkte zusätzliche Phasendrehung der Gegenkopplungsspannung vorwiegend außerhalb des Nutzfrequenzbereiches, jedoch im wesentlichen nur innerhalb der ohne die sich über alle Stufen erstreckende Gegenkopplung vorhandene Bandbreite der breiten Stufen auftritt.To overcome this difficulty and go through all the stages extending negative feedback over the ratio of the bandwidth of the narrow stage further increase the level corresponding to the bandwidth of the broad levels to be able to, without inadmissibly reducing the stability, is proposed according to the invention, in the negative feedback path extending over all stages of the amplifier at least to the negative feedback network that may already exist there a frequency-dependent attenuator is switched on so that it is dimensioned at the same time a) the attenuation in the useful frequency range is small, but greater outside of it and b) the additional phase rotation caused by the attenuator Negative feedback voltage predominantly outside the useful frequency range, but in the essentially only within without the negative feedback extending over all stages existing bandwidth of the broad levels occurs.
Ebenso wie man für einen bestimmten Gegenkopplungsgrad die Schaltelemente eines Verstärkers mit einer schmalen Stufe und (n -1) breiten Stufen berechnen kann, so kann man auch das frequenzabhängige Dämpfungsglied für eine vorgegebene Erhöhung des Gegenkopplungsgrades berechnen und die Stabilität des Verstärkers von vornherein beherrschen.Just like the switching elements for a certain degree of negative feedback of an amplifier with a narrow step and (n -1) wide steps, so you can also use the frequency-dependent attenuator for a given increase the degree of negative feedback and calculate the stability of the amplifier from the outset dominate.
Im folgenden soll zunächst an Hand des in Fig. 1 dargestellten Blockschaltbildes und der in Fig.2 wiedergegebenen Kurven das Prinzip der Anordnung und ihrer Wirkungsweise näher erläutert werden. Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Verstärkers gemäß der Erfindung. Mit E ist der Eingangskreis, mit A der Ausgangskreis des Verstärkers bezeichnet, V ist der aus mehreren Stufen bestehende Röhrenteil des Verstärkers. Der Verstärker ist über einen vom Ausgangskreis abgezweigten und auf den Eingangskreis zurückgeführten Gegenkopplungsweg über alle Stufen gegengekoppelt. Dieser Weg enthält ein Gegenkopplungsnetzwerk G und zusätzlich dazu ein frequenzabhängiges Dämpfungsglied Z.In the following, the block diagram shown in FIG. 1 will first be used and the curves shown in FIG. 2 show the principle of the arrangement and its mode of operation are explained in more detail. Fig. 1 shows schematically the structure of an amplifier according to the invention. With E is the input circuit, with A the output circuit of the amplifier V is the multi-stage tube part of the amplifier. The amplifier is via a branched off from the output circuit and to the input circuit fed back negative feedback path across all stages. This way contains a negative feedback network G and, in addition, a frequency-dependent attenuator Z.
Die schmale Stufe ist dabei eine der Röhrenstufen von V. Die breiten Stufen umfassen innerhalb der Rückkopplungsschleife die übrigen Röhrenstufen und gegebenenfalls auch Eingangs- und Ausgangskreis und einen Teil des Gegenkopplungsnetzwerkes G, wenn nicht A bereits der schmalen Stufe zugerechnet wurde.The narrow step is one of the tubular steps of V. The broad one Stages include the remaining tube stages and within the feedback loop possibly also input and output circuit and part of the negative feedback network G, if A was not already included in the narrow step.
Die in Fig. 2 unter o eingetragene Kurve zeigt den Verlauf des Betrages des Verstärkungsgrades V, der schmalen Verstärkerstufe in Abhängigkeit von der auf die Mitte des Übertragungsbereiches bezogenen normierten Frequenz f - f° . Der ausgenutzte Teil des Übertragungsbereiches üN ist durch die beiden gestrichelten senkrechten Linien gekennzeichnet.The curve entered in FIG. 2 under o shows the course of the magnitude of the gain V, of the narrow amplifier stage as a function of the normalized frequency f - f ° related to the center of the transmission range. The utilized part of the transmission range above sea level is indicated by the two dashed vertical lines.
Die Kurve unter b gibt die Abweichung des Phasenwinkels VS der schmalen Stufe vom Phasenwinkel dieser Stufe bei der Mitte des Übertragungsbereiches (180°) in Abhängigkeit von der auf die Mitte des Übertragungsbereiches bezogenen normierten Frequenz an.The curve under b gives the deviation of the phase angle VS of the narrow Step from the phase angle of this step at the middle of the transmission range (180 °) depending on the on the middle of the Transmission range related normalized frequency.
Die dritte Kurve c stellt den Verlauf der Verstärkung Vb der breiten Stufen, gegebenenfalls einschließlich eines Teiles des Gegenkopplungsweges, dar, ebenfalls in Abhängigkeit von der auf die Bereichsmitte bezogenen normierten Frequenz, während die Kurve d wieder die Abweichung des Phasenwinkels rfb von seinem Wert in der Mitte des übertragungsbereiches - bei zwei breiten Stufen 360°, bei drei breiten Stufen 540° - von der auf die Mitte des Übertragungsbereiches bezogenen normierten Frequenz angibt, und zwar hier für zwei breite Stufen mit dem unter c angegebenen Verstärkungsverlauf.The third curve c represents the course of the gain Vb of the broad Stages, possibly including part of the negative feedback path, also depending on the normalized frequency related to the center of the range, while the curve d again shows the deviation of the phase angle rfb from its value in the middle of the transmission range - with two wide steps 360 °, with three wide steps 540 ° - from the one referred to the center of the transmission range normalized frequency, here for two broad levels with the one under c specified gain curve.
In den Kurven e und f sind nun die durch die Erfindung erzielten zusätzlichen Wirkungen hinsichtlich Verstärkungsgrad und Phasengang wiedergegeben. Die Kurve e zeigt den Verlauf der Dämpfung bz des zusätzlich in den Gegenkopplungsweg über alle Stufen eingeschalteten Dämpfungsgliedes in Abhängigkeit von der auf die Mitte des Übertragungsbereiches bezogenen normierten Frequenz. Sie ist als Dämpfung nach unten aufgetragen.In curves e and f, the additional effects achieved by the invention in terms of gain and phase response are shown. The curve e shows the course of the attenuation bz of the attenuator additionally switched on in the negative feedback path over all stages as a function of the normalized frequency related to the center of the transmission range. It is applied downwards as damping.
Die Phasendrehung TZ, die dieses zusätzliche Dämpfungsglied im Gegenkopplungsweg verursacht, in Abhängigkeit von der auf die Bereichsmitte bezogenen normierten Frequenz ist in der Kurve f aufgetragen.The phase rotation TZ that this additional attenuator in the negative feedback path caused, depending on the normalized frequency related to the center of the range is plotted in curve f.
Alle diese Kurven beziehen sich nur auf die Verhältnisse innerhalb der Rückkopplungsschleife.All these curves relate only to the relationships within the feedback loop.
Die Kurven gemäß Fig. 2 sollen lediglich die Wirkungsweise der Kombination eines gegengekoppelten Verstärkers der Dimensionierungsart »1 schmale Stufe, (n -1) breite Stufen« und eines geeigneten zusätzlichen frequenzabhängigen Dämpfungsgliedes im Gegenkopplungsweg erläutern. Daher sind für Frequenz und Verstärkung bzw. Dämpfung keine Zahlenwerte angegeben. Außerdem sind die Kurven bewußt so dargestellt, daß sie das Wesen der Erfindung besonders deutlich zum Ausdruck bringen.The curves according to FIG. 2 are only intended to show the mode of operation of the combination a negative feedback amplifier of the dimensioning type »1 narrow stage, (n -1) wide steps "and a suitable additional frequency-dependent attenuator explain in the negative feedback path. Therefore, for frequency and gain and attenuation respectively no numerical values given. In addition, the curves are deliberately shown so that they express the essence of the invention particularly clearly.
Zur Kurve d ist noch folgendes zu bemerken: Bei zwei breiten Stufen wird die Phasenwinkelabweichung -180° für f - f°) + ^ ( o fo f . bei drei breiten Stufen hätte man entsprechend -!- 270' für ( f - f-o ) D o USW. The following is to be noted about curve d: With two wide steps the phase angle deviation is -180 ° for f - f °) + ^ ( o fo f. With three wide steps one would have correspondingly -! - 270 'for (f - fo) D o ETC
Gezeichnet ist nur die Kurve für zwei breite Stufen; zur Erläuterung des Prinzips genügt die Betrachtung eines Verstärkers mit insgesamt drei Stufen.Only the curve for two broad levels is shown; In order to explain In terms of the principle, it is sufficient to consider an amplifier with a total of three stages.
Der folgenden Beschreibung eines gegengekoppelten Verstärkers der Dimensionierungsart »l schmale Stufe, (n-1) breite Stufen« soll der Einfachheit halber nur ein dreistufiger Verstärker zugrunde gelegt werden. Dabei sei die erste Stufe schmal, die beiden letzten, gegebenenfalls einschließlich eines Teiles des Gegenkopplungsweges, seien breit; der nicht zur Endstufe gezählte Teil des Gegenkopplungsweges sei frequenzunabhängig. Das hier erläuterte Prinzip der Dimensionierungsart gilt entsprechend auch für Verstärker mit mehr als drei Stufen. Weiterhin kann auch an Stelle der ersten Stufe irgendeine andere Stufe eine gegenüber den übrigen Stufen kleine Bandbreite besitzen. Bei der Verwendung des Verstärkers soll der tatsächlich ausgenutzte Frequenzbereich etwa gleich dem vbertragungsbereich der schmalen Stufe sein. Diese Stufe wird so ausgelegt, daß sie innerhalb dieses Bereiches nahezu volle Verstärkung hat (s. Fig. 2, Kurve a). Bei höheren und tieferen Frequenzen wird die Verstärkung rasch kleiner. Die Phasenwinkelabweichung dieser Stufe ist im Übertragungsbereich nur gering - an den Rändern nur einige Grad -, nach hohen Frequenzen zu geht sie außerhalb des übertragungsbereiches schnell gegen -90', nach tiefen Frequenzen gegen -I-90' (s. Fig. 2, Kurve b).The following description of a negative feedback amplifier of the Dimensioning type "l narrow step, (n-1) wide steps" is intended for simplicity only a three-stage amplifier can be used as a basis. Be the first Level narrow, the last two, possibly including part of the Negative feedback path are wide; the part of the negative feedback path not counted as part of the output stage be frequency independent. The principle of the type of dimensioning explained here applies accordingly also for amplifiers with more than three stages. Furthermore can also at Place any other level on the first level as opposed to the other levels have a small bandwidth. When using the amplifier, it should actually be utilized frequency range roughly equal to the transmission range of the narrow stage be. This stage is designed so that it is almost full within this range Has gain (see Fig. 2, curve a). At higher and lower frequencies the Gain smaller quickly. The phase angle deviation of this stage is in the transmission range only slightly - only a few degrees at the edges - it goes towards high frequencies outside the transmission range quickly towards -90 ', after low frequencies towards -I-90 '(see Fig. 2, curve b).
Die beiden breiten Stufen werden gemäß Fig. 2, Kurve c, so ausgelegt, daß ihr übertragungsbereich zwar die Mitte bei der gleichen Frequenz hat wie die schmale Stufe, daß aber ihre Bandbreite ganz erheblich größer ist. Um möglichst hohe Verstärkung der breiten Stufen zu erzielen, können dabei zusätzliche Bandbreitenerweiterungsmaßnahmen angewandt werden. Die Phasenwinkelabweichung der beiden breiten Stufen ist innerhalb deren Übertragungsbereich gering, und zwar an den Rändern etwa doppelt so groß wie die der schmalen Stufe an deren Rändern. Außerhalb des Übertragungsbereiches der breiten Stufen geht die Phasenwinkelabweichung nach hohen Frequenzen zu gegen -180' und nach tiefen Frequenzen zu gegen -I-180' (vgl. Kurve d, Fig. 2).The two broad steps are designed according to Fig. 2, curve c, so that that your transmission range has the center at the same frequency as the narrow level, but that its range is considerably larger. To as much as possible To achieve high gain of the broad levels, additional bandwidth expansion measures can be used can be applied. The phase angle deviation of the two broad levels is within whose transmission range is low, about twice as large at the edges as that of the narrow step at the edges. Outside the transmission range of the wide steps the phase angle deviation towards high frequencies approaches -180 ' and after low frequencies towards -I-180 '(cf. curve d, Fig. 2).
Bei denjenigen Frequenzen, bei denen die Summe der Phasenwinkelabweichungen der schmalen Stufe und der breiten Stufen (einschließlich Gegenkopplungsweg) entweder -180' oder -I-180' beträgt, tritt Selbsterregung ein, sobald die Schleifenverstärkung dabei >_ 1 ist.At those frequencies at which the sum of the phase angle deviations the narrow step and the wide steps (including negative feedback path) either -180 'or -I-180', self-excitation occurs as soon as the loop gain where> _ 1 is.
Aus den ersten vier Kurven der Fig. 2 erkennt man sofort, daß zur Verhinderung der Selbsterregung lediglich das Bandbreitenverhältnis (= Bandbreite der schmalen Stufe dividiert durch Bandbreite jeder der breiten Stufen) so groß gemacht werden muß, daß die Verstärkung der schmalen Stufe bei den kritischen Frequenzen klein genug ist, so daß an den Stellen, an denen die Summe der Phasenwinkelabweichungen ± 180' beträgt, die Schleifenverstärkung kleiner als 1 wird; dann ist der Verstärker unbedingt stabil. In der Praxis wird man das Bandbreitenverhältnis so wählen, daß auch ein Sicherheitsabstand vom Schwingungseinsatz gewährleistet ist. Wählt man diesen Sicherheitsabstand nur klein, dann treten im Frequenzgang des Verstärkers, falls dieser zwischen Verstärkereingang, und zwar hinter dem eventuell benutzten Eingangsübertrager, und Ausgang der beiden breiten Stufen, eventuell hinter dem zur Endstufe gerechneten Teil des Gegenkopplungsweges, gemessen wird, zwei Spitzen auf. Diese brauchen aber, geeignete Ausbildung des Eingangs- und Ausgangskreises vorausgesetzt, bei einer Frequenzgangmessung zwischen den im praktischen Betrieb benutzten Eingangs- und Ausgangsklemmen nicht in Erscheinung zu treten. Bei einem bestimmten vorgeschriebenen Gegenkopplungsgrad kann man nun das Bandbreitenverhältnis so wählen, daß die genannten Spitzen im Frequenzgang gerade noch nicht auftreten. Dann hat man einen völlig geradlinigen Frequenzgang im übertragungsbereich des ganzen Verstärkers und einen großen Sicherheitsabstand vom Schwingungseinsatz.From the first four curves of FIG. 2 it can be seen immediately that for Only the bandwidth ratio prevents self-excitation (= bandwidth the narrow level divided by the bandwidth of each of the wide levels) so large must be made that the gain of the narrow stage at the critical frequencies is small enough so that at the points where the sum of the phase angle deviations Is ± 180 ', the loop gain becomes less than 1; then the amplifier absolutely stable. In practice one will choose the bandwidth ratio so that a safety distance from the vibration insert is also guaranteed. One chooses this safety distance is only small, then occur in the frequency response of the amplifier, if this is between the amplifier input, behind the possibly used one Input transformer, and output of the two wide steps, possibly behind the Part of the negative feedback path calculated for the output stage is measured, two peaks on. However, these need suitable training of the input and output circuit provided that a frequency response measurement is between those in practical operation used input and output terminals do not appear. At a certain prescribed degree of negative feedback one can now use the bandwidth ratio choose so that the peaks mentioned in the frequency response just do not yet occur. Then you have a completely straight frequency response in the transmission range of the whole Amplifier and a large safety distance from the vibration insert.
Wie bereits erwähnt, läßt sich das eben erläuterte Prinzip dieser Dimensionierungsart entsprechend auch auf Verstärker anwenden, die mehr als drei Stufen haben. Es kommt dabei immer darauf an, daß die Bandbreite einer Stufe im Vergleich zu der Bandbreite jeder der übrigen Stufen genügend klein gewählt wird, und zwar so klein, daß die Verstärkung dieser Stufe bei den kritischen Frequenzen, bei denen die Summe der Phasenwinkelabweichungen innerhalb der Rückkopplungsschleife -180 oder +180= betragen, bereits so weit gesunken ist, daß die Schleifenverstärkung mit Sicherheitsabstand unter 1 liegt.As already mentioned, the principle just explained can be applied to this Apply the same type of dimensioning to amplifiers that have more than three Have steps. It always depends on the Bandwidth one stage is sufficiently small compared to the bandwidth of each of the other stages is chosen, and so small that the gain of this stage in the critical Frequencies at which the sum of the phase angle deviations within the feedback loop -180 or + 180 = have already decreased so far that the loop gain with a safety margin of less than 1.
Es soll nun näher erläutert werden, was geschieht, wenn man gemäß der Erfindung einen Verstärker der vorbeschriebenen Art mit einem frequenzabhängigen Dämpfungsglied im Gegenkopplungsweg kombiniert.It will now be explained in more detail what happens when one according to the invention an amplifier of the type described above with a frequency-dependent Attenuator combined in the negative feedback path.
Zur Erläuterung des Prinzips sei wieder der vorher behandelte dreistufige Verstärker betrachtet. Bei Verstärkern mit mehr als drei Stufen gilt dieses Prinzip ganz entsprechend.To explain the principle, let us again refer to the three-stage discussed above Considered amplifier. This principle applies to amplifiers with more than three stages quite accordingly.
Es sei zunächst angenommen, daß der dreistufige Verstärker durch geeignete Wahl des Bandbreitenverhältnisses so dimensioniert ist, daß bei einem bestimmten vorgeschriebenen Gegenkopplungsgrad ein bestimmter Sicherheitsabstand vom Schwingungseinsatz vorhanden ist.It is first assumed that the three-stage amplifier by suitable Choice of the bandwidth ratio is dimensioned so that at a certain prescribed degree of negative feedback a certain safety distance from the application of vibrations is available.
Innerhalb des Übertragungsbereiches der breiten Stufen, wenigstens soweit der Frequenzgang der breiten Stufen nahezu völlig horizontal verläuft, beträgt die Summe der Phasenwinkelabweichungen innerhalb der Rückkopplungsschleife nicht mehr als etwa -90 bzw. +90°. Hierbei ist der durch die breiten Stufen hervorgerufene Anteil gering, er beträgt nur wenige Grad. In diesem Bereich wird die gesamte Phasenwinkelabweichung vorwiegend durch die schmale Stufe allein bestimmt.Within the transmission range of the broad levels, at least as long as the frequency response of the wide steps is almost completely horizontal, is the sum of the phase angle deviations within the feedback loop is not more than about -90 or + 90 °. Here is the one caused by the broad steps Proportion low, it is only a few degrees. The total phase angle deviation is in this area mainly determined by the narrow step alone.
Das frequenzabhängige Dämpfungsglied, das nun in den Gegenkopplungsweg über alle Stufen zusätzlich eingeschaltet wird, um ohne wesentlichen Verlust an Sicherheitsabstand vom Schwingungseinsatz den Gegenkopplungsgrad erhöhen zu können, hat, wie aus Fig. 2, Kurven e und f, zu entnehmen ist, folgende Eigenschaften: Seine Dämpfung ist innerhalb des übertragungsbereiches der schmalen Stufe, d. h. also im tatsächlich ausgenutzten Frequenzbereich, gering: Außerhalb dieses Bereiches steigt die Dämpfung an, und zwar sowohl nach hohen als auch nach tiefen Frequenzen zu. Außerhalb des Übertragungsbereiches der breiten Stufen ist die Dämpfung wieder annähernd konstant. Der Dämpfungsanstieg erfolgt also außerhalb des Übertragungsbereiches der schmalen Stufe, aber innerhalb des Übertragungsbereiches der breiten Stufen.The frequency-dependent attenuator, which is now additionally switched on in the negative feedback path across all stages, in order to be able to increase the degree of negative feedback without a significant loss of safety distance from the vibration insert, has the following properties, as can be seen from Fig. 2, curves e and f: Its attenuation is low within the transmission range of the narrow stage, ie in the frequency range actually used: outside this range, the attenuation increases, namely towards both high and low frequencies. Outside the transmission range of the broad levels, the attenuation is again approximately constant. The increase in attenuation thus takes place outside the transmission range of the narrow stage, but within the transmission range of the wide stages.
Die durch das zusätzliche Dämpfungsglied hervorgerufene Phasendrehung ist im Übertragungsbereich der schmalen Stufe und außerhalb des übertragungsbereiches der breiten Stufen nur sehr klein. Eine ins Gewicht fallende Phasendrehung tritt lediglich in denjenigen Frequenzbereichen auf, in denen die Dämpfung dieses Gliedes sich ändert. Dies bedeutet aber, daß diese Phasendrehung in einem Bereich auftritt, in dem die Summe der Phasenwinkelabweichungen von schmaler Stufe und breiten Stufen höchstens etwa ± 90° erreicht. Man kann das zusätzliche Dämpfungsglied leicht so dimensionieren, daß innerhalb des Übertragungsbereiches der breiten Stufen die Summe sämtlicher Phasenwinkelabweichungen innerhalb der Rückkopplungsschleife ± 180° niemals erreicht.The phase rotation caused by the additional attenuator is in the transmission range of the narrow step and outside the transmission range of the wide steps only very small. An important phase shift occurs only in those frequency ranges in which the attenuation of this element changes. However, this means that this phase shift occurs in an area in which the sum of the phase angle deviations from narrow step and wide steps reached a maximum of approximately ± 90 °. You can easily put the extra attenuator like that dimension that within the transmission range of the broad levels the sum of all phase angle deviations within the feedback loop ± 180 ° never achieved.
Es sei angenommen, daß das zusätzliche frequenzabhängige Dämpfungsglied zunächst noch nicht im Gegenkopplungsweg liegt, viehmehr dieser teilweise als frequenzunabhängiges Dämpfungsglied ausgebildet ist. Ein Teil der Dämpfung des frequenzunabhängigen Dämpfungsgliedes oder auch dessen gesamte Dämpfung sei gerade so groß wie die Dämpfung unseres vorher betrachteten frequenzabhängigen Dämpfungsgliedes außerhalb des übertragungsbereiches der breiten Stufen. Mit dem frequenzunabhängigen Dämpfungsglied soll nun der Verstärker bei einem vorgeschriebenen Gegenkopplungsgrad einen bestimmten Sicherheitsabstand vom Schwingungseinsatz haben.It is assumed that the additional frequency-dependent attenuator is initially not yet in the negative feedback path, more of this partly as frequency-independent Attenuator is formed. Part of the attenuation of the frequency-independent attenuator or its total attenuation is just as great as the attenuation of ours before considered frequency-dependent attenuator outside the transmission range of the wide steps. The amplifier should now use the frequency-independent attenuator with a prescribed degree of negative feedback a certain safety distance have from the use of vibrations.
Ersetzt man nun den genannten Teil des frequenzunabhängigen Dämpfungsgliedes oder auch das ganze Dämpfungsglied durch das frequenzabhängige Dämpfungsglied, so erhält man außerhalb des übertragungsbereiches der breiten Stufen praktisch die gleichen Verhältnisse wie vorher, also auch die gleiche Wirkung der Gegenkopplung. Im Übertragungsbereich der schmalen Stufe ist aber die Gegenkopplung weszntlich stärker geworden, weil ja hier die Dämpfung des frequenzabhängigen Dämpfungsgliedes nur gering ist und erheblich kleiner als die des vorher vorhandenen frequenzunabhängigen Dämpfungsgliedes. In den Zwischenbereichen, d. h. außerhalb des übertragungsbereiches der schmalen Stufe, aber innerhalb des Übertragungsbereiches der breiten Stufen, kann man durch geeignete Dimensionierung des frequenzabhängigen Dämpfungsgliedes leicht erreichen, daß die Summe sämtlicher Phasenwinkelabweichungen innerhalb der Rückkopplungsschleife an keiner Stelle ± 180° erreicht.If you now replace the mentioned part of the frequency-independent attenuator or the entire attenuator through the frequency-dependent attenuator, see above one obtains practically the outside of the transmission range of the wide steps same conditions as before, thus also the same effect of the negative feedback. In the transmission range of the narrow step, however, the negative feedback is essential got stronger because here the attenuation of the frequency-dependent attenuator is only small and considerably smaller than that of the previously existing frequency-independent Attenuator. In the intermediate areas, i. H. outside the transmission range the narrow step, but within the transmission range of the wide steps, can be achieved by suitable dimensioning of the frequency-dependent attenuator easily achieve that the sum of all phase angle deviations within the Feedback loop never reached ± 180 °.
Die stärkste Phasendrehung des zusätzlichen Dämpfungsgliedes tritt in den Gebieten auf, in denen die Dämpfungsänderung am größten ist. Hier ist aber die Dämpfung bereits erheblich höher als innerhalb des Bereiches geringster Dämpfung, die Gegenkopplung ist hier also schwächer als innerhalb des übertragungsbereiches der schmalen Stufe. Daraus geht hervor, daß geeignete Abwandlungen des Dämpfungsgliedes hinsichtlich Dämpfungs- und Phasenwinkelverlauf möglich sind, z. B. in der Weise, daß man die Gebiete der Dämpfungsänderung auch über den Übertragungsbereich der breiten Stufen hinausgehen läßt.The strongest phase shift of the additional attenuator occurs in the areas where the change in attenuation is greatest. But here is the attenuation is already considerably higher than within the area of lowest attenuation, the negative feedback is weaker here than within the transmission range the narrow step. It follows that suitable modifications of the attenuator are possible in terms of damping and phase angle, z. B. in the way, that the areas of attenuation change over the transmission range of the wide steps.
Man kann zu einem bestimmten Verlauf von Betrag und Phasenwinkelabweichung der schmalen Stufe und der breiten Stufen ohne weiteres vorschreiben, wie Dämpfung und Phasenwinkelgang des zusätzlichen Dämpfungsgliedes aussehen müssen, damit ein bestimmter Sicherheitsabstand vom Schwingungseinsatz gewährleistet ist. Man kommt dann auf bestimmte Grenzkurven für den einzelnen Fall. Praktisch handelt es sich dann darum, diese Kurven mit möglichst guter Annäherung zu erfüllen, doch so, daß immer der gewünschte Sicherheitsabstand vorhanden ist.One can determine a certain course of amount and phase angle deviation of the narrow step and the wide step, such as damping and phase angle response of the additional attenuator must look like a certain safety distance from the vibration insert is guaranteed. One comes then on certain limit curves for the individual case. In practice it is then about fulfilling these curves as closely as possible, but in such a way that the desired safety distance is always available.
Das zusätzliche frequenzabhängigeDämpfungsglied hat zur Folge, daß die Verstärkung außerhalb des ausgenutzten Übertragungsbereiches, aber noch innerhalb des Übertragungsbereiches der breiten Stufen, größer wird als im Übertragungsbereich selbst; es läßt sich aber, wie noch weiter unten nachgewiesen werden soll, leicht verhindern, daß dies bei normalem Betrieb zwischen Eingangs- und Ausgangsklemmen in Erscheinung tritt.The additional frequency-dependent attenuator has the consequence that the gain outside of the utilized transmission range, but still within the transmission range of the broad levels, becomes larger than in the transmission range self; but it can be easily demonstrated, as will be demonstrated further below prevent this from occurring during normal operation between input and output terminals appears.
Dämpfungsglieder mit einem Dämpfungs- und Phasenwinkelverlauf entsprechend den vorstehend angegebenen Bedingungen sind an sich bekannt. Im folgenden sollen einige Schaltungsbeispiele solcher Dämpfungsglieder angegeben werden. Bei diesen Beispielen ist nur ein Teil einer solchen Verstärkerschaltung dargestellt, und zwar der Teil des Gegenkopplungsweges und der Eingangsschaltung des Verstärkers, in welchen das zusätzliche Dämpfungsglied eingeschaltet ist. Ugeg ist die Gegenkopplungsspannung, UF die Eingangsspannung des Verstärkers.Attenuators with a damping and phase angle curve accordingly the conditions given above are known per se. in the following some circuit examples of such attenuators should be given. at these examples show only part of such an amplifier circuit, namely the part of the negative feedback path and the input circuit of the amplifier, in which the additional attenuator is switched on. Ugeg is the negative feedback voltage, UF is the input voltage of the amplifier.
Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 weist im Gegenkopplungsweg einen frequenzabhängigen Spannungsteiler auf, bestehend aus der Reihenschaltung von R, mit der Parallelschaltung Rici und der Reihenschaltung R2 C, parallel zu R. Bei sehr tiefen Frequenzen besteht der Spannungsteiler praktisch nur aus den ohmschen Widerständen (Ra J- R1) und R, eine Phasendrehung tritt nicht auf. Bei sehr hohen Frequenzen dagegen ist RT durch Cl überbrückt, und C., bildet einen Kurzschluß. Der wirksame Spannungsteiler besteht hierbei aus R, und (R2 11 R). Auch in diesem Falle tritt keine Phasendrehung auf.The circuit arrangement according to Fig. 3 has a frequency-dependent voltage divider in the negative feedback path, consisting of the series connection of R, with the parallel connection Rici and the series connection R2 C, parallel to R. At very low frequencies, the voltage divider consists practically only of the ohmic resistors (Ra J-R1) and R, a phase shift does not occur. At very high frequencies, on the other hand, RT is bridged by Cl and C., forms a short circuit. The effective voltage divider consists of R, and (R2 11 R). In this case, too, there is no phase shift.
Die frequenzabhängigen Elemente der Schaltung sind nun so bemessen, daß im Übertragungsbereich Ci bereits stark, C2 dagegen nur schwach wirksam ist. Daher ist die Dämpfung hier am kleinsten. In der Mitte des Übertragungsbereiches erfolgt keine Phasendrehung. Oberhalb des Übertragungsbereiches bildet C, einen Kurzschluß, und durch C2 wird eine Rückdrehung des Phasenwinkels bewirkt. Unterhalb des Übertragungsbereiches wirkt C, nur schwach, und durch Ci wird eine Vorwärtsdrehung des Phasenwinkels bewirkt.The frequency-dependent elements of the circuit are now dimensioned in such a way that that in the transmission range Ci already has a strong effect, while C2 is only weakly effective. Therefore, the attenuation is the smallest here. In the middle of the transmission range there is no phase shift. Above the transmission range, C, forms a Short circuit, and a reverse rotation of the phase angle is caused by C2. Below of the transmission range, C, only has a weak effect, and Ci causes a forward rotation the phase angle causes.
In Fig. 4 enthält der Spannungsteiler neben den ohmschen Widerständen R1, R3 und R die Parallelschaltungen von LA und R2 L2. Bei tiefen Frequenzen bilden LT und L2 einen Kurzschluß, der Spannungsteiler besteht in diesem Falle aus R1 und R3 !'R, und es erfolgt keine Phasendrehung. Bei hohen Frequenzen fließt über LT und L2 kein Strom, der Spannungsteiler besteht dann aus (RT -f- R4) und (R., -;- R,) !i R, eine Phasendrehung tritt ebenfalls nicht ein.In Fig. 4, the voltage divider contains the ohmic resistors R1, R3 and R are the parallel connections of LA and R2 L2. Form at low frequencies LT and L2 a short circuit, the voltage divider consists of R1 and in this case R3! 'R, and there is no phase shift. At high frequencies flows through LT and L2 no current, the voltage divider then consists of (RT -f- R4) and (R., -; - R,)! I R, a phase shift does not occur either.
Im Übertragungsbereich ist die Wirkung von L2 bereits stark, die von LT dagegen nur schwach, daher ist die Dämpfung in diesem Bereich am kleinsten. In der Mitte des Übertragungsbereiches erfolgt keine Phasendrehung. Oberhalb des Übertragungsbereiches gießt über L2 praktisch kein Strom, LT bewirkt eine Rückdrehung des Phasenwinkels. Unterhalb des Übertragungsbereiches bildet Ll einen Kurzschluß, durch L., wird eine Vorwärtsdrehung des Phasenwinkels bewirkt.In the transmission range, the effect of L2 is already strong, that of LT, on the other hand, is only weak, so the attenuation is smallest in this area. In there is no phase shift in the middle of the transmission range. Above the transmission range practically no current pours through L2, LT causes a reverse rotation of the phase angle. Below the transmission range, Ll forms a short circuit; Causes forward rotation of the phase angle.
Diese beiden Schaltungen sind die einfachsten. Vorteilhafter sind die in den Fig. 5 bis 7 wiedergegebenen Schaltungen. Es dürfte sich nach den vorausgegangenen Erläuterungen erübrigen, den schaltungsmäßigen Aufbau des Gegenkopplungsspannungsteilers in jedem einzelnen Falle wieder darzulegen, da die Schaltung' ohne weiteres aus den Figuren ren zu erkennen ist. Es soll daher im folgenden nur die Wirkungsweise dieser Schaltungen kurz beschrieben werden.These two circuits are the simplest. Are more advantageous the circuits shown in Figs. It should look like the previous ones Explanations do not need to be made about the circuit structure of the negative feedback voltage divider in each individual case to be explained again, since the circuit 'without further ado the figures ren can be seen. It is therefore only the mode of action in the following of these circuits will be briefly described.
In der Schaltung nach Fig. 5 tritt bei sehr tiefen Frequenzen folgendes ein: Die Induktivität L bildet einen Kurzschluß, der Spannungsteiler wird durch RT und R " R.; gebildet. In diesem Gebiet ist die Dämpfung groß, und es erfolgt keine Phasendrehung. Bei sehr hohen Frequenzen wird durch die Kapazität C ein Kurzschluß gebildet, der Spannungsteiler besteht dann wieder aus RT und R2 11 R3. Die Dämpfung ist demnach ebenfalls groß, und eine Phasendrehung tritt nicht ein.In the circuit of FIG. 5, the following occurs at very low frequencies on: The inductance L forms a short circuit, the voltage divider is through RT and R "R .; formed. In this area the attenuation is great and it occurs no phase rotation. At very high frequencies, the capacitance C causes a short circuit formed, the voltage divider then consists of RT and R2 11 R3. The cushioning is therefore also large, and a phase rotation does not occur.
Im Übertragungsbereich werden die Scheinwiderstände von L und C groß gegen R. Der Spannungsteiler wird durch R1 und (R + R2) 11 R3 gebildet. Es ergibt sich dabei eine kleine Dämpfung und keine Phasendrehung. Unterhalb dieses Bereiches wird der Scheinwiderstand von L kleiner, C ist wirkungslos. Demnach erfolgt ein Dämpfungsanstieg nach tiefen Frequenzen, und L bewirkt eine Vorwärtsdrehung des Phasenwinkels. Oberhalb des Übertragungsbereiches ist L wirkungslos. Der Scheinwiderstand von C wird kleiner, und es tritt ein Dämpfungsanstieg nach hohen Frequenzen hin ein unter gleichzeitiger Rückwärtsdrehung des Phasenwinkels durch C.In the transmission range, the impedances of L and C become large compared to R. The voltage divider is formed by R1 and (R + R2) 11 R3. There is a small amount of attenuation and no phase shift. Below this range the impedance of L becomes smaller, C is ineffective. Accordingly, there is an increase in attenuation towards low frequencies, and L causes the phase angle to be rotated forward. L has no effect above the transmission range. The impedance of C becomes smaller, and there is an increase in attenuation towards high frequencies with a simultaneous reverse rotation of the phase angle through C.
Betrachtet man Fig. 6, so erkennt man, daß bei sehr tiefen Frequenzen über LC kein Strom fließt. Der Spannungsteiler wird dann allein durch (RT -!- R2) und R3 gebildet, so daß eine große Dämpfung, aber keine Phasendrehung eintritt. Bei sehr hohen Frequenzen kann ebenfalls kein Strom über LC fließen, und die Verhältnisse sind die gleichen.Looking at FIG. 6, it can be seen that at very low frequencies No current flows through LC. The voltage divider is then solely through (RT -! - R2) and R3 formed, so that a large attenuation, but no phase shift occurs. At very high frequencies, no current can flow through LC either, and so are the ratios they are the same.
Im Übertragungsbereich dagegen wird R2 von LC überbrückt, der Spannungsteiler besteht dann nur aus den Widerständen RT und R3; es ergibt sich dabei eine kleine Dämpfung, jedoch keine Phasendrehung. Unterhalb dieses Bereiches wirkt L als Kurzschluß, C hat einen nach tiefen Frequenzen hin ansteigenden Scheinwiderstand. Daraus folgt ein Dämpfungsanstieg nach tiefen Frequenzen zu und eine Vorwärtsdrehung des Phasenwinkels durch C. Oberhalb des übertragungsbereiches wird durch C ein Kurzschluß gebildet, L hat einen nach hohen Frequenzen hin ansteigenden Scheinwiderstand. Demnach steigt die Dämpfung nach hohen Frequenzen an, und der Phasenwinkel erfährt eine Rückwärtsdrehung durch L.In the transmission range, however, R2 is bridged by LC, the voltage divider then consists only of the resistors RT and R3; it results in a small one Damping, but no phase shift. Below this range, L acts as a short circuit, C has an impedance that increases towards low frequencies. It follows an increase in attenuation towards low frequencies and a forward rotation of the phase angle by C. Above the transmission range, a short circuit is formed by C, L has an impedance that increases towards high frequencies. Accordingly increases the attenuation after high frequencies increases, and the phase angle experiences a reverse rotation by L.
In der Fig. 7 sind lediglich die Schaltungen der Fig. 5 und 6 kombiniert. Die Dimensionierungsart und die Wirkungsweise brauchen daher nicht mehr erläutert zu werden, sie ergeben sich ohne weiteres aus den Erläuterungen zu den genannten Figuren.In FIG. 7, only the circuits of FIGS. 5 and 6 are combined. The type of dimensioning and the mode of operation therefore no longer need to be explained to become, they result without further ado from the explanations to the named Characters.
Man kann Dämpfungsglieder mit der vorstehend beschriebenen Wirkungsweise noch auf verschiedenste andere Weise realisieren, z. B. durch Ausbildung als z- oder T-Gheder oder äquivalente Schaltungen, auch ist es ohne weiteres möglich, mehrere solcher Glieder hintereinander in den Gegenkopplungsweg einzuschalten.Attenuators can be used in the manner described above realize in various other ways, e.g. B. through training as z- or T-Gheder or equivalent circuits, it is also easily possible to have several to switch such links one behind the other in the negative feedback path.
Bei einem Verstärker der Dimensionierungsart »1 schmale Stufe, (n-1) breite Stufen gleicher Bandbreite« wird das Bandbreitenverhältnis dem Gegenkopplungsgrad entsprechend so gewählt, daß mit Sicherheitsabstand unbedingte Stabilität vorhanden ist. Die Bandbreiten der breiten Stufen brauchen aus Stabilitätsgründen nicht genau gleich gewählt zu werden. Man wird dies zwar anstreben, doch sind die praktisch leicht auftretenden geringen Abweichungen ohne Verlust an Sicherheit zulässig, wenn die Bandbreite jeder der breiten Stufen auch ausreichend groß ist.For an amplifier of the dimensioning type »1 narrow step, (n-1) wide steps of the same bandwidth «, the bandwidth ratio becomes the degree of negative feedback accordingly chosen so that there is absolute stability with a safety margin is. The bandwidths of the wide levels do not need to be precise for reasons of stability to be elected right away. One will strive for this, but they are practical Slightly occurring minor deviations are permitted without loss of security, if the bandwidth of each of the broad levels is also sufficiently large.
Zweckmäßig wird die Mitte des übertragungsbereiches für jede Stufe auf die gleiche Frequenz gelegt. Dies ist auch bei den vorangehenden Ausführungen vorausgesetzt. In diesem Falle kann man an Stelle des Bandbreitenverhältnisses auch für die Stabilitätsbetrachtungen das Verhältnis der Grenzfrequenzen verwenden. Weichen die mittleren Frequenzen der Übertragungsbereiche der einzelnen Stufen voneinander ab, so werden zweckmäßig in erster Linie die Grenzfrequenzen der Stabilitätsbetrachtung zugrunde gelegt. Auch dann, wenn die mittleren Frequenzen der übertragungsbereiche der einzelnen Stufen zunächst annähernd gleich sind, kommt es vor, daß nach einer Bandbreitenerweiterung der breiten Stufen durch zusätzliche Mittel dies nicht mehr der Fall ist. Man hat dann nach tiefen Frequenzen zu ein anderes Verhältnis der Grenzfrequenzen der Übertragungsbereiche als nach hohen Frequenzen zu. Häufig kommt es, vor, daß nach tiefen Frequenzen zu durch Bandbreitenerweiterung das aus Stabilitätsgründen erforderliche Verhältnis der Grenzfrequenzen ohne weiteres verwirklicht werden kann, nach hohen Frequenzen zu aber nicht. Es kann aber auch der umgekehrte Fall eintreten.The center of the transmission range is expediently placed on the same frequency for each stage . This is also a prerequisite for the preceding explanations. In this case, instead of the bandwidth ratio, the ratio of the limit frequencies can also be used for the stability considerations. If the mean frequencies of the transmission ranges of the individual stages differ from one another, it is advisable to use the limit frequencies as a basis for the stability analysis. Even if the middle frequencies of the transmission ranges of the individual stages are initially approximately the same, it can happen that this is no longer the case after a bandwidth expansion of the broad stages through additional means. One then has a different ratio of the limit frequencies of the transmission ranges to low frequencies than to high frequencies to. It often happens that after low frequencies the ratio of the limit frequencies required for stability reasons can easily be achieved by expanding the bandwidth, but not after high frequencies. However, the reverse can also occur.
Im zuerst genannten Falle kann man dann so vorgehen, daß man nach beiden Seiten die realisierbaren Grenzfrequenzen der breiten Stufen anwendet. Man hat dann nach tiefen Frequenzen zu die gewünschte Sicherheit gegen Selbsterregung, nach hohen Frequenzen zu aber nicht. Dann kann man gemäß der weiteren Erfindung ein zusätzliches frequenzabhängiges Dämpfungsglied einsetzen, das im übertragungsbereich und unterhalb desselben eine frequenzunabhängige Dämpfung besitzt und keine Phasendrehung, das sich aber oberhalb des Übertragungsbereiches ebenso verhält wie die bereits beschriebenen Dämpfungsglieder. Ein solches Dämpfungsglied hat demnach unterhalb und innerhalb des übertragungsbereiches eine kleine Dämpfung, oberhalb des übertragungsbereiches einen Dämpfungsanstieg und bei sehr hohen Frequenzen große und konstante Dämpfung.In the first-mentioned case one can proceed in such a way that one after applies the realizable cut-off frequencies of the broad levels on both sides. Man then has the desired security against self-excitement after low frequencies, after high frequencies but not. Then you can according to the further invention use an additional frequency-dependent attenuator in the transmission range and below it has a frequency-independent attenuation and no phase rotation, but that behaves just like the one above the transmission range described attenuators. Such an attenuator therefore has below and within the transmission range a small attenuation above the transmission range an increase in attenuation and large and constant attenuation at very high frequencies.
Im Bereich des Dämpfungsanstieges bewirkt es eine Phasenwinkeldrehung; unterhalb und oberhalb desselben ist die Phasendrehung nur sehr klein.In the area of the increase in damping, it causes a phase angle rotation; below and above it, the phase shift is only very small.
Ganz entsprechend kann man im umgekehrten Falle vorgehen, wenn nach hohen Frequenzen zu der erforderliche Sicherheitsabstand von der Selbsterregung sich ohne weiteres erreichen läßt, nach tiefen Frequenzen zu aber nicht. Das zusätzliche Dämpfungsglied bekommt dann oberhalb und innerhalb des Übertragungsbereiches eine kleine Dämpfung, unterhalb des Übertragungsbereiches einen Dämpfungsanstieg nach tiefen Frequenzen zu und bei sehr tiefen Frequenzen eine große Dämpfung.Correspondingly, one can proceed in the opposite case if after high frequencies to the required safety distance from self-excitation can be easily reached, but not after low frequencies. The additional Attenuator then gets a above and within the transmission range small attenuation, below the transmission range an increase in attenuation after low frequencies and a large attenuation at very low frequencies.
Die in Fig. 8, a und b dargestellten Kurven zeigen den erforderlichen Verlauf von Dämpfung und Phasendrehung in den beiden genannten Fällen. In den Fig. 9 bis 14 sind einige Schaltungsbeispiele solcher unsymmetrisch wirkender Dämpfungsglieder dargestellt, die sich aus den in den Fig. 3 bis 7 gezeigten leicht ableiten lassen und keiner näheren Erläuterung bedürfen.The curves shown in Fig. 8, a and b show the required Course of attenuation and phase shift in the two cases mentioned. In Fig. 9 to 14 are some circuit examples of such asymmetrically acting attenuators shown, which can be easily derived from those shown in Figs and require no further explanation.
Auch hier kann man die als Spannungsteiler dargestellten Dämpfungsglieder auch als jT- oder T-Glieder ausbilden, ferner kann man mehrere solche Glieder hintereinanderschalten.Here, too, the attenuators shown as voltage dividers can be used can also be designed as jT or T links, and several such links can be connected in series.
Als Ergänzung zu den oben betrachteten Schaltungen der Dämpfungsglieder, die lediglich im übertragungsbereich geringe Dämpfung haben, außerhalb desselben aber sowohl bei tiefen als auch bei hohen Frequenzen hohe Dämpfung, sei bemerkt, daß man den erforderlichen Dämpfungs- und Phasenwinkelverlauf gegebenenfalls auch dadurch erreichen kann, indem zwei oder mehrere Glieder der zuletzt angegebenen einfachen Art in Kaskade geschaltet werden.As a supplement to the circuits of the attenuators considered above, which only have low attenuation in the transmission area outside of it but high attenuation at both low and high frequencies, it should be noted that the required attenuation and phase angle course, if necessary, also This can be achieved by adding two or more terms of the last given can be connected in cascade in a simple manner.
Die Einschaltung eines Dämpfungsgliedes der in Fig. 7 angegebenen Schaltung in den Gegenkopplungsweg eines Verstärkers für das Beispiel eines dreistufigen Verstärkers ist in Fig. 15 gezeigt.The inclusion of an attenuator as indicated in FIG Circuit in the negative feedback path of an amplifier for the example of a three-stage Amplifier is shown in FIG.
Bei diesem Verstärker sind: Stufe I schmal (von Gitter Stufe I ausschließlich Gitterkapazität bis Gitter Röhre II einschließlich Gitterkapazität) Stufen II und III breit (von Gitter Röhre 1I ausschließlich Gitterkapazität bis Ausgang des Verstärkungsreglers im Gegenkopplungsweg).With this amplifier the following are: Stage I narrow (only from the stage I grid Grid capacity up to grid tube II including grid capacity) levels II and III wide (from grid tube 1I excluding grid capacitance to the output of the gain regulator in the negative feedback path).
Die Bandbreitenerweiterung ist hierbei durch zusätzliche Mittel in einer an anderer Stelle bereits vorgeschlagenen Weise erzielt.The bandwidth expansion is possible through additional funds in achieved in a manner already proposed elsewhere.
Bisher wurde vorausgesetzt, daß der Frequenzgang des Verstärkers im Übertragungsbereich einen horizontalen Verlauf hat bzw. haben soll, wenigstens in demjenigen Teil dieses Bereiches, der im praktischen Betrieb tatsächlich ausgenutzt wird. Häufig kommt nun der Fall vor, daß in diesem Frequenzbereich eine frequenzabhängige Verstärkung gewünscht wird, beispielsweise wenn der Verstärker als Leitungsverstärker in Fernsprech- oder in Trägerfrequenzübertragungsanlagen verwendet wird und gleichzeitig zur Dämpfungsentzerrung der davorliegenden Leitung dienen soll. In solchen Fällen kann man das zur Erhöhung der Stabilität erwünschte bzw. zur Erreichung der erforderlichen Stabilität notwendige zusätzliche frequenzabhängige Dämpfungsglied gleichzeitig dazu benutzen., dem Verstärker einen vorgeschriebenen, im Übertragungsbereich ansteigenden oder gegebenenfalls auch fallenden Frequenzgang zu geben. Man kann also mit dem zusätzlichen Dämpfungsglied gleichzeitig zwei verschiedene Aufgaben erfüllen: erstens läßt sich damit die erforderliche Sicherheit gegen Selbsterregung erzielen, und zweitens kann man einen im Übertragungsbereich von der Frequenz abhängigen Verstärkungsgrad erreichen.So far it has been assumed that the frequency response of the amplifier im Transmission area has or should have a horizontal course, at least in that part of this area that is actually used in practical operation will. The case now often occurs that a frequency-dependent frequency range occurs in this frequency range Amplification is desired, for example when the amplifier is used as a line amplifier is used in telephone or carrier frequency transmission systems and at the same time to equalize the attenuation of the line in front of it. In such cases you can do what is desired to increase the stability or to achieve the required Stability necessary additional frequency-dependent attenuator at the same time to use., the amplifier a prescribed, increasing in the transmission range or, if necessary, to give a falling frequency response. So you can with the additional attenuator perform two different tasks at the same time: first the necessary security against self-excitation can thus be achieved, and secondly, one can obtain a gain that depends on the frequency in the transmission range reach.
Als Beispiel sei der Fall eines Leitungsverstärkers betrachtet, der gleichzeitig zur Dämpfungsentzerrung der davorliegenden Leitung verwendet werden soll. Die Dämpfung eines Kabels oder einer anderen Leitung steigt mit wachsender Frequenz an. Die Verstärkung des Leitungsverstärkers muß daher ebenfalls mit wachsender Frequenz ganz entsprechend ansteigen. Da für die Übertragung immer nur ein beschränkter Frequenzbereich ausgenutzt wird, braucht die Verstärkung des Leitungsverstärkers lediglich in diesem Frequenzbereich den der Leitungsdämpfung entsprechenden Verlauf zu haben, dieser Verlauf ist in Fig. 16 dargestellt. Dabei stellt der stark ausgezogene Teil der Kurve den vorgeschriebenen Verlauf im Übertragungsbereich dar, der gestrichelte Teil der Kurve den erwünschten Verlauf außerhalb des Übertragungsbereiches (vgl. Schluß der Beschreibung).As an example, consider the case of a line amplifier, the can be used at the same time to equalize the attenuation of the upstream line target. The attenuation of a cable or other line increases with increasing Frequency. The gain of the line amplifier must therefore also increase with Increase frequency accordingly. Since there is always only a limited one for the transfer Frequency range is used, the amplification of the line amplifier needs only in this frequency range the curve corresponding to the line attenuation this curve is shown in FIG. The strongly drawn out Part of the curve represents the prescribed course in the transmission range, the dashed one Part of the curve shows the desired course outside the transmission range (cf. End of description).
Es sei hier zunächst nur der vorgeschriebene Frequenzgang im tatsächlich verwendeten übertragungsbereich betrachtet. Damit dieser erreicht wird, bildet man das zusätzliche frequenzabhängige Dämpfungsglied im Gegenkopplungsweg folgendermaßen aus: Das zusätzliche Dämpfungsglied wird so dimensioniert, daß die Stelle seiner geringsten Dämpfung in der Nähe der unteren Grenze des tatsächlich ausgenutzten Übertragungsbereiches liegt (vgl. Fig. 17). In diesem verläuft die Dämpfung mit wachsender Frequenz ansteigend. Dadurch wird im übertragungsbereich des Verstärkers die Gegenkopplung mit steigender Frequenz schwächer und daher die Verstärkung größer.At first only the prescribed frequency response is actually here used transmission area considered. So that this is achieved, one educates the additional frequency-dependent attenuator in the negative feedback path as follows off: The additional attenuator is dimensioned so that the location of its lowest attenuation near the lower limit of what is actually used Transmission range lies (see. Fig. 17). In this, the attenuation increases with increasing frequency. As a result, the negative feedback increases in the transmission range of the amplifier Frequency weaker and therefore the gain greater.
Es macht keine Schwierigkeiten, durch verschiedene solche Dämpfungsglieder, die mit Hilfe eines Schalters nach Bedarf in den Gegenkopplungsweg eingeschaltet werden können, verschiedene nach Bedarf einstellbare Frequenzgänge zu erzielen. Man kann entweder immer nur ein einziges Dämpfungsglied einschalten oder auch die Schaltung so ausbilden, daß mehr oder weniger derartige Dämpfungsglieder in. Kaskade geschaltet werden können, oder man kann mittels Umschalter die Schaltelemente eines Gliedes in geeigneter Weise einstellbar machen. Auf diese Weise lassen sich einstellbare Leitungsentzerrer ausbilden, so daß ein und derselbe Verstärker für die Dämpfungsentzerrung der verschiedensten Leitungslängen verwendet werden kann. Die Höhe der Verstärkung kann selbstverständlich unabhängig davon einstellbar gemacht werden, z. B. durch einen besonderen Verstärkungsregler im Gegenkopplungsweg vor dem Leitungsentzerrer, wie in Fig. 15 gezeigt.It is not difficult to use various such attenuators, which are switched into the negative feedback path with the help of a switch as required can be used to achieve different frequency responses that can be adjusted as required. You can either switch on only a single attenuator at a time, or that too Train the circuit so that more or less such attenuators in. Cascade can be switched, or you can switch the switching elements of a Make the link adjustable in a suitable manner. In this way they can be adjusted Train line equalizers so that one and the same amplifier for attenuation equalization the most varied of cable lengths can be used. The amount of reinforcement can of course be made adjustable independently, e.g. B. by a special gain controller in the negative feedback path before the line equalizer, as shown in FIG.
Bei einem Verstärker mit einstellbarem Frequenzgang und einstellbarer Höhe der Verstärkung sind die Stabilitätsverhältnisse in erster Linie für den Fall zu berücksichtigen, daß die kleinste einstellbare Verstärkung vorhanden ist. Hierfür ist das frequenzabhängige Dämpfungsglied nicht nur dem gewünschten Frequenzgang entsprechend, sondern auch der erforderlichen Sicherheit gegen Selbsterregung gemäß zu dimensionieren. Für Entzerrereinstellungen, die höhere Verstärkung ergeben, sind die Verhältnisse nicht mehr so kritisch. Doch ist aus Sicherheitsgründen natürlich für alle Einstellmöglichkeiten zu untersuchen, ob die gewünschte Stabilität gewährleistet ist; gegebenenfalls ist bei der Dimensionierung des umschaltbaren frequenzabhängigen Dämpfungsgliedes darauf Rücksicht zu nehmen.For an amplifier with adjustable frequency response and adjustable The amount of reinforcement is the stability ratios primarily for the case to take into account that the smallest adjustable gain is available. Therefor the frequency-dependent attenuator is not only the desired frequency response accordingly, but also according to the required security against self-excitation to dimension. For equalizer settings that result in higher gain are the situation is no longer so critical. But is natural for security reasons For all setting options to investigate whether the desired stability is guaranteed is; if necessary, when dimensioning the switchable frequency-dependent Attenuator to take it into account.
Bei einem Verstärker, dessen Verstärkung im tatsächlich verwendeten Übertragungsbereich mit steigender Frequenz fallen soll, sind die Verhältnisse ähnlich wie im eben besprochenen Fall; das Dämpfungsglied wird so ausgelegt, daß die Stelle geringster Dämpfung nicht bei der unteren, sondern bei der oberen Grenze des ausgenutzten übertragungsbereiches liegt.In the case of an amplifier whose amplification is actually used If the transmission range should fall with increasing frequency, the conditions are similar as in the case just discussed; the attenuator is designed so that the point lowest attenuation not at the lower, but at the upper limit of the utilized transmission area is.
Wenn das zusätzliche, zur Erzielung der erforderlichen Stabilität angewandte Dämpfungsglied gleichzeitig dazu benutzt wird, einen vorgeschriebenen ansteigenden oder fallenden Frequenzgang im Übertragungsbereich zu erzielen, kann man in manchen Fällen selbstverständlich auch mit den vereinfachten Dämpfungsgliedern auskommen. Mit Dämpfungsgliedern, wie sie in den Fig. 9 bis 11 angegeben sind, erhält man einen mit der Frequenz ansteigenden Verstärkungsverlauf, und mit Dämpfungsgliedern, wie sie in den Fig. 12 bis 14 dargestellt sind, einen mit wachsender Frequenz fallenden Verstärkungsgang.If the additional, to achieve the necessary stability applied attenuator is used at the same time to a prescribed to achieve increasing or decreasing frequency response in the transmission range, can In some cases, of course, you can also use the simplified attenuators get along. With attenuators, as indicated in FIGS. 9 to 11, is obtained one has a gain curve that increases with the frequency, and with attenuators, as shown in FIGS. 12 to 14, a decreasing frequency with increasing frequency Reinforcement gear.
Bei den meisten Verstärkern ist es erwünscht, daß der beim normalen Betrieb zwischen Eingangs- und Ausgangsklemmen vorhandene Verstärkungsgrad außerhalb des Übertragungsbereiches geringer ist als innerhalb des 1Tbertragungsbereiches. In manchen Fällen wird dies direkt gefordert. Ein Verstärker der Dimensionierungsart » 1 schmale Stufe, (n -1) breite Stufen« mit zusätzlichem frequenzabhängigem Dämpfungsglied, dessen Prinzip durch die in Fig. 2 wiedergegebenen Kurven erläutert ist, hat bei Fehlen von Eingangs- und Ausgangsübertragern und ohmschen Widerständen als Belastung auf der Ausgangsseite bzw. als Generatorwiderstand auf der Eingangsseite die Eigenschaft, daß die Verstärkung außerhalb des Übertragungsbereiches der schmalen Stufe im Gebiet des Dämpfungsanstiegs des zusätzlichen Dämpfungsgliedes ebenfalls ansteigt. Nach hohen Frequenzen zu hat man also zwischen der oberen Grenzfrequenz der schmalen Stufe und der oberen Grenzfrequenz der breiten Stufe einen Verstärkungsanstieg, nach tiefen Frequenzen zu entsprechend zwischen der unteren Grenzfrequenz der schmalen Stufe und der unteren Grenzfrequenz der breiten Stufen.With most amplifiers it is desirable that the normal Operation between input and output terminals outside the existing gain of the transmission range is less than within the 1T transmission range. In some cases this is requested directly. A sizing type amplifier »1 narrow level, (n -1) wide levels« with an additional frequency-dependent attenuator, the principle of which is explained by the curves shown in FIG. 2 has at Absence of input and output transformers and ohmic resistances as a load on the output side or as a generator resistance on the input side, the property that the gain is outside the transmission range of the narrow step in the area the increase in attenuation of the additional attenuator also increases. To So you have high frequencies between the upper limit frequency of the narrow one Level and the upper limit frequency of the wide level a gain increase, after low frequencies to correspondingly between the lower cutoff frequency of the narrow one Level and the lower limit frequency of the wide levels.
Bei vereinfachtem Dämpfungsglied mit einseitigem Dämpfungsanstieg ist der Verstärkungsanstieg ebenfalls nur einseitig.With a simplified attenuator with a one-sided increase in attenuation the gain increase is also only one-sided.
Dieser Verstärkungsanstieg ist im allgemeinen nicht vorhanden bzw. tritt nach außen nicht in Erscheinung, wenn der Verstärker Eingangs- und Ausgangsübertrager besitzt, die so dimensioniert sind, daß ihr Übertragungsbereich mit dem gewünschten und tatsächlich ausgenutzten Übertragungsbereich des Verstärkers übereinstimmt. Außerhalb dieses Übertragungsbereiches wird die übertragerdämpfung rasch sehr groß, so daß der zwischen Eingangs- und Ausgangsübertrager im eigentlichen Verstärker vorhandene Verstärkungsanstieg zwischen Eingangs- und Ausgangsklemmen, d. h. zwischen den äußeren Anschlüssen des Verstärkers, nicht nur nicht mehr in Erscheinung tritt, sondern sogar in einen Verstärkungsabfall übergeht.This increase in gain is generally not present or does not appear externally if the amplifier has input and output transformers has, which are dimensioned so that their transmission range with the desired and actually used transmission range of the amplifier corresponds. Outside this transmission range, the transmission attenuation quickly becomes very large, so that between the input and output transformer in the actual amplifier any increase in gain between input and output terminals, d. H. between the external connections of the amplifier, not only no longer appears, but even turns into a gain drop.
Bei Verstärkern mit Eingangs- und Ausgangsübertragern braucht man daher nur diese entsprechend zu dimensionieren, um innerhalb des tatsächlich verwendeten Übertragungsbereiches den vorgeschriebenen Frequenzgang und die vorgeschriebene Verstärkung, außerhalb dieses Bereiches aber eine nur geringe bzw. eine sowohl nach tiefen Frequenzen als auch nach hohen Frequenzen zu stark abfallende Verstärkung zu bekommen. Es ist aber auch leicht möglich, durch zusätzliche Schaltelemente vor und bzw. oder hinter dem eigentlichen Verstärker den unerwünschten Verstärkungsanstieg in. einen Verstärkungsabfall zu verwandeln. Man kann dies beispielsweise durch einfache Filterglieder erreichen; oft genügen auch lediglich Kondensatoren oder Spulen (Fig. 18). Dabei wirken C1, L1 nur unterhalb des Übertragungsbereiches, C2, L2 dagegen nur oberhalb des Übertragungsbereiches. Man kann diese Maßnahmen oder einzelne derselben auch direkt hinter dem Eingangsübertrager oder direkt vor dem Ausgangsübertrager anwenden und die natürliche Wirkung der Übertrager dadurch erhöhen, insbesondere wenn die Übertrager sowieso über zusätzliche Schaltmittel an den eigentlichen Verstärker angeschaltet werden, um ihre schädliche Wirkung auf die Frequenzgänge innerhalb der Rückkopplungsschleife zu vermeiden.For amplifiers with input and output transformers, you need therefore only dimension these appropriately to be within the actually used Transmission range the prescribed frequency response and the prescribed Reinforcement, outside of this range, however, only a slight or both after Gain that drops too sharply at low frequencies as well as at high frequencies to get. But it is also easily possible by means of additional switching elements and / or behind the actual amplifier the undesired increase in gain to turn into a gain drop. You can do this, for example, by simply Reach filter members; often only capacitors or coils are sufficient (Fig. 18). C1, L1 only act below the transmission range, C2, L2 on the other hand only above the transmission range. One can take these measures or some of them also directly after the input transformer or directly in front of the output transformer apply and thereby increase the natural effect of the transmitters, in particular if the transformer anyway has additional switching means to the actual amplifier are switched on to their detrimental effect on the frequency responses within to avoid the feedback loop.
Es ist an anderer Stelle bereits vorgeschlagen worden, bei Verstärkern mit Ein- und Ausgangsübertragern den Einfluß der Übertrager auf die Verhältnisse innerhalb der Rückkopplungsschleife durch zusätzliche Schaltelemente herabzusetzen bzw. ganz auszuschalten. Diese Schaltelemente können nun, zumindest teilweise, ebenfalls so dimensioniert werden, daß sie den Frequenzgang zwischen Eingangs- und Ausgangsklemmen außerhalb des Übertragungsbereiches in der gewünschten Weise beeinflussen.It has been suggested elsewhere on amplifiers with input and output transformers the influence of the transformers on the conditions within the feedback loop by means of additional switching elements or switch it off completely. These switching elements can now, at least partially, also dimensioned so that they match the frequency response between input and output terminals outside of affect the transmission range in the desired way.
Claims (19)
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| DEL13064A DE1119339B (en) | 1952-08-04 | 1952-08-04 | Stabilized multi-stage broadband amplifier for higher frequencies |
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