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Einrichtung zur Amplitudenbegrenzung.
Bei vielen Übertragungssystemen, wie z. B. Signalleitungen für Telegraphie oder Telephone, ferner in Lautsprecheranlagen oder auch bei Aufnahme-und Wiedergabeanordnungen für Tonfilm und Bildtelegraphie, ist es zuweilen erforderlich, die Amplituden der zu übertragenden Ströme nicht über einen bestimmten Wert ansteigen zu lassen, um störende Erscheinungen, wie Überschreien od. dgl., zu verhindern. Die Verfahren, alle Ströme einfach bei einem bestimmten Amplitudenwerte abzuschneiden, sind für alle Zwecke, dei denen es auf möglichst verzerrungsfreie Übertragung, z. B. von Spreeh-und Bildströmen, ankommt, nicht zu empfehlen.
Die Erfindung besteht in einer besonderen Ausführung von solchen Übertragungssystemen, die es ermöglicht, dass der Übertragungsgrad des Systems in Abhängigkeit von der Amplitude der zu übertragenden Ströme beeinflusst wird, u. zw. derart, dass der Übertragungsgrad um so geringer wird, je grösser die Amplituden der Ströme sind. Der Übertragungsgrad ist dabei ungefähr von dem Mittelwerte der zu übertragenden Amplituden abhängig. Zur Erzielung dieser Wirkung wird erfindungsgemäss ein Teil der zu übertragenden Spannung oder des Stromes dazu verwendet, nach Gleichrichtung durch einen Gleichrichter und nach Glättung durch eine Impedanzschaltung das Gitterpotential einer oder mehrerer im Übertragungssystem liegenden Verstärkerröhren zu verlagern, wodurch bekanntlich eine Beeinflussung des Übertragungsgrades entsteht.
An Hand der Zeichnung ist die Erfindung an einzelnen Beispielen näher erläutert :
Eine einfache Schaltung zur Amplitudenbegrenzung zeigt Fig. 1.
1 ist eine Verstärkerröhre, deren Übertragungsgrad in Abhängigkeit von der zu übertragenden Amplitude geregelt werden soll. Die Gleichspannung zur Verlagerung ihres Gitterpotentials in Abhängigkeit von der Amplitude wird durch einen Ventilkreis : 2 beliefert. Dieser Ventilkreis enthält eine Verzögerungseinriehtung, die z. B. wie in der Figur aus Kondensatoren 3, 3 und Widerständen 4, 4 zusammengesetzt ist. Die Verzögerungseinriehtung verlangsamt die das Gitterpotential der Röhre 1 verlagernde Gleichspannung in der erforderlichen Weise. Durch geeignete Bemessung der Grössen 3 und 4 kann eine
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werden. Die Beeinflussung des Ventilkreises durch die Ausgangsspannung des Verstärkers kommt insbesondere dann in Frage, wenn die Charakteristik des Ventils einen stark quadratischen Verlauf hat.
Bei dieser Anordnung wird eine zu starke Verlagerung des Gitterpotentials durch die dabei erfolgende Abnahme der Ausgangsspannung stets wieder vermindert, so dass die Beeinflussungscharakteristik des Ventilkreises in ihrem quadratischen Charakter abgeschwächt wird und sich mehr einem linearen Verlauf nähert.
Im stationären Zustand bewirkt die Zuführung einer bestimmten Gleichspannung p zum Gitterkreis eines Verstärkers eine Herabsetzung der Verstärkung, wie es z. B. in Fig. 2 gezeigt ist. Von etwa - 8 Volt ab tritt ein starker Abfall der Verstärkung ein. Demgemäss ergibt sich bei Zuführung von Wechsel- strom am Eingange e (Fig. 1) eine Ausgangsspannung bei a, die im Verhältnis zur Eingangsspannung um so kleinere Werte annimmt, je grösser die Eingangsspannung ist. Für einen bestimmten praktischen Fall ist diese Abhängigkeit durch Fig. 3 veranschaulicht. M bedeutet die Eingangsspannung bei e,
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U2 die Ausgangsspannung bei a des Amplitudenbegrenzers. Die Signalströme werden in ihrem einzelnen Phasenverlauf linear beeinflusst, da die schnellen Schwankungen der Signalströme, z.
B. der spreeströme, durch den Verzögerungskreis 3, 3, 4,4 ausgeglichen werden. Infolge dieser Verzögerung entsteht jedoch ein Nacheilen der Schwächung gegenüber den Signalströmen, so dass während der Übergangszeiten andere Kurven als die der Fig. 3, in der M die Eingangsspannung, U2 die Ausgangsspannung bedeutet, gelten würden. Dieser Nachteil wird durch die Anordnung nach Fig. 4 beseitigt. Es werden hier die zu regulierende Signalströme über einen Amplitudenbegrenzer der Form nach Fig. 1 und über eine Verzögerungsleitung 5 verzweigt. Die in an sich bekannter Weise ausgebildete Leitung 5 ist so bemessen, dass sie die Signalströme so lange verzögert, bis die Regelung des Verstärkers 1 vollzogen ist.
Dann gelangen die Ströme in den zweiten Verstärker 6, dessen Gitterkreis in gleicher Weise wie 1 durch die Regelspannung von 2 beeinflusst wird. Bei gleicher Bauart von 1 und 6 wird daher die Verstärkung des Verstärkers 6 genau so wie die von 1 entsprechend der Stärke der Signalströme geschwächt, so dass die Ströme am Ausgang a die in Fig. 3 angezeigte gewünschte Abhängigkeit von den Eingangsamplituden aufweisen.
Bei einer, Schaltung nach Fig. 1 können unter Umständen in den durch Begrenzerröhre, Gleichrichter und Gitterkreis der Begrenzerröhre gebildeten Kreisen infolge der Wechselstromanteile der Ver- lagerungsspannungen, Rückkopplungen auftreten, die die Übertragung empfindlich stören. Um diese Rückkopplungen zu vermeiden, werden erfindungsgemäss in dem genannten Stromkreise Siebketten vorgesehen, die die in dem Verlagerungsstrom enthaltenen Wechselstromanteile abdrosseln sollen. Eine dieser Ketten befindet sich zwischen dem Gleichrichter und dem Gitterkreis der Begrenzerröhre.
Diese Siebkette, beispielsweise eine Spulenleitung, muss jedoch in der Umgebung der Frequenz Iò = 0 einen breiten Durchlässigkeitsbereich aufweisen, mit Rücksicht auf die hiedurch bedingte Einschwingzeit, die ein bestimmtes Mass nicht überschreiten soll. Da die Siebkette aus diesem Grunde für tiefe Frequenzen durchlässig sein muss, wird die Rückkopplung nur für die hohen Frequenzen beseitigt, für tiefe Frequenzen jedoch bleibt sie unter Umständen bestehen. Um auch die Rückkopplung für tiefe Frequenzen zu beseitigen, wird erfindungsgemäss zwischen dem Ausgang der Begrenzerröhre und dem Gleichrichter eine Siebkette eingeschaltet, die für die tiefen Frequenzen der Rüekkopplungsströme undurchlässig ist.
Dieses lässt sich in einfacher Weise, beispielsweise durch eine Kondensatorleitung erreichen, deren Durchlässigkeitsbereich mit dem Sperrbereieh der Spulenleitung zusammenfällt, wobei sich zweckmässig die Sperrbereiche etwas überlappen.
In der Fig. 5 ist die neue Anordnung im Beispiel gezeigt : Das von e nach a gehende Übertragungs- system besitzt eine Begrenzerröhre 1, hinter der sich ein Verstärker 7 befindet. Bei 8 wird der zur Potentialverlagerung benutzte Teil der Ströme abgezweigt und über einen Gleichrichter 2 dem Gitter der Begrenzerröhre zugeführt. Erfindungsgemäss ist nun zwischen dem Gleichrichter 2 und dem Gitterkreis von 1 eine Siebkette 9 zweckmässig in Form einer Spulenleitung eingeschaltet, die die höheren Frequenzen der Verlagerungsströme bzw.-spannungen abdrosselt, während sich zwischen dem Ausgangs- kreis der Begrenzerröhre und dem Gleichrichter eine andere Siebkette 10, zweckmässig in Form einer Kondensatorleitung, zur Drosselung der tieferen Frequenzen, befindet.
Damit durch die letztere die zu übertragenden Ströme selbst nicht beeinflusst werden, ist es vorteilhaft, diese Kondensatorleitung zwischen dem Abzweigpunkt 8 und dem Gleichrichter 2, also beispielsweise bei 10'anzuordnen.
Wenn, wie es bei den Schaltungen nach Fig. 1 oder Fig. 5 möglich ist, die Wirkung einer auf das Gitterpotential der Begrenzerröhre einwirkenden Amplitude erst nach deren Durchgehen durch diese Röhre erfolgt, kann leicht der Fall eintreten, dass unmittelbar nach Übertragung einer grösseren Amplitude, die eine beträchtliche Verminderung der Übertragungsfähigkeit der Begrenzerröhre herbeigeführt hat, ein Strom mit kleinerer Amplitude, solange die starke Gitterpotentialverlagerung noch andauert, unverhältnismässig stark gedämpft oder auch vollständig abgeschnitten wird. Dies wird dadurch ver- mieden, dass die Begrenzerröhre durch einen Stromweg überbrückt ist, der bei voller oder wenig verminderter Übertragungsfähigkeit der Begrenzerröhre eine im Verhältnis zu dieser geringeren Übertragungsfähigkeit besitzt.
Dadurch wird erreicht, dass bei normaler oder wenig verminderter Übertragungsfähigkeit der Röhre der zu übertragende Strom vorwiegend durch die Röhre fliesst, während er, wenn diese ganz oder nahezu verriegelt ist, seinen Weg über die parallel geschaltete Leitung nimmt. Er kann somit nie, selbst wenn er sehr schwach und die Dämpfung der Röhre sehr gross ist, vollständig unter- drückt werden.
Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung : Hinter dem Ausgangsübertrager 11 der
Begrenzerröhre 1 befindet sich ein mit dem Gleichrichter 2 und den Siebketten 9 und 10 versehener Ab- zweig, dessen Ströme das Gitterpotential der Begrenzerröhre beeinflussen. Vor dem Eingang der
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her in die Schaltung, so fliessen sie nach a zunächst über die Begrenzerröhre 1, da der Weg 12 stärker gedämpft ist. Wird jedoch, bei steigender Amplitude, die Übertragungsfähigkeit der Röhre stark herabgesetzt, so fliesst ein Teil der Ströme über 12 und 13 nach a.
Die dargestellte Reihenschaltung der Übertrager 11 und 13 ist aus Gründen der Vermeidung von Rückkopplungen gewählt, unter der Voraussetzung, dass bei a ein weiteres Übertragungselement mit
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hohem Eingangswiderstand, z. B. das Gitter eines Verstärkers, angeschlossen ist. In diesem Falle entsteht, wenn Ströme über den Übertrager 11 in die Ausgangsleitung fliessen, an der Sekundärwicklung von 13 ein nur sehr geringer Spannungsabfall, der keine Rückkopplung verursacht.
Der Parallelweg 12 kann zur Bemessung des Verhältnisses seiner Übertragungsfähigkeit zu der der Begrenzerröhre mit einem zweckmässig veränderbaren Widerstand 14 versehen sein.
Besitzen die zu übertragenden Ströme einen sehr grossen Amplitudenbereich, so wirkt es unter
Umständen störend, dass von einem bestimmten Amplitudenwerte ab-nämlich dem Werte, bei dem die praktisch vollständige Verriegelung der Begrenzerröhre eintritt-für alle grösseren Amplituden die Übertragungsfähigkeit des Systems unverändert bleibt. Diesem Mangel wird dadurch abgeholfen, dass man die Begrenzungsschaltung aus mehreren, in Reihe geschalteten Einzelbegrenzern, zusammensetzt.
Gelangen dann Ströme von sehr grossen Amplituden in diese Schaltung, so werden sie von dem ersten Begrenzer bzw. von den ersten Begrenzern zunächst noch unabhängig von der Amplitude-näm- lich solange diese noch oberhalb des Wertes liegt, bei dem die Verriegelung der Röhre eintritt-übertragen, bis sie an einen Begrenzer gelangen, dessen Sperrgrenze höher liegt als der Amplitude entspricht und der dann die eigentliche Amplitudenbegrenzung vorniirmt. Voraussetzung für die erwünschte Wirkung dieser Schaltung ist, dass der Arbeitsbereich jedes einzelnen Begrenzers immer grösser als der des vorhergehenden ist, d. h. dass die negativen Gitterspannungen, bei denen die Verriegelung der Röhre eintritt, für die letzten Röhren der Kaskade absolut genommen grösser sind als für die Anfangsröhren.
Aus der Kurve der Fig. 2, die in Fig. 7 noch einiral dargestellt ist (a) geht hervor, dass der Ver- stärkungsgrad mit zunehmender negativer Gittervorspannung anfangs langsamer, sodann aber sehr rasch abnimmt. Um also eine wirksame Amplitudenbegrenzung, d. h. Abnahme der Spannungsverstärkung zu erzielen, ist es notwendig, mit der Gittervorspannung ziemlich weit ins Negative zu gehen. Dies hat aber den Nachteil, dass man damit in ein Gebiet starker Verzerrung gerät. Die Abhängigkeit des Verzerrungsgrades von der Gitteivorspannung ist beispielsweise durch die in Fig. 8 gezeigte Kurve veranschaulich. Der Verzerrungsgrad steigt bei zunehmender negativer Gittervorspannung sehr stark an.
Das Bestreben muss also dahingehen, eine wirksame Abnahme der Spannungsverstärkung bereits bei geringeren negativen Gittervorspannungen, als durch Kurve a in Fig. 7 dargestellt, zu erzielen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Amplitudenbegrenzer anstatt durch eine Röhre durch mehrere in Kaskade geschaltete Röhren gebildet wird, deren Gitterpotentiale sämtlich durch die Ausgangsspannung beeinflusst werden. Da bei Amplitudenbegrenzern eine Verstärkung an sich nicht nötig ist, und da es anderseits von Vorteil ist, sämtliche Röhren der vorliegenden Schaltung im gleichen Masse zu beeinflussen, ist die Schaltung zweckmässig so bemessen, dass der Übertragungs-
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bei g = 0 dargestellt ist. Diese Kurve b zeigt, dass n'an mit der beschriebenen Schaltung eine gewisse Abnahme des Übertragungsfaktors (z.
B. auf den Wert 0'2) bereits bei einer wesentlich geringeren negativen Gittervorspannung erreicht als in dem durch die Kurve a dargestellten Falle.
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäss ausgeführten Schaltung : Die drei in Kaskade geschalteten Begrenzungsröhren. M,-U, besitzen je einen regelbaren Widerstand 15, 16 bzw. 17 im Anodenkreise zwecks Einstellung eines bestimmten Übertragungsfaktors. Die zu begrenzenden Ströme treten über einen Eingangsübertrager 18 in die Schaltung ein und verlassen diese über den Ausgangs- Übertrager 19 von dessen Sekundärseite aus in der bekannten Weise ein Abzweig nach einem Gleichrichter und anschliessenden Glättungsmittel, der schematisch durch 20 dargestellt ist, führt. Die in 20 erzeugte Verlagerungsspannung wirkt nun erfindungsgemäss auf sämtliche Gitter der Kaskade ein, so
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