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Schaltung zum Empfang modulierter hochfrequenter Wellen.
Gegenstand des Patentes Nr. 131801 ist eine Gleichrichterschaltung, die die Behebung der Fadings beim Empfang ermöglicht, indem Anwendung einer stetig wirkenden Gleichrichterstufe mit logarithmischer Kennlinie vorgesehen ist. Für solche Anordnungen eignen sich Gleichrichter, deren Gleichricht- kennlinie, d. h. die Kurve, welche den Momentanwert des den Gleichrichter verlassenden Stromes J als Funktion der zugeführten Hochfrequenzspannung E darstellt, angenähert darstellbar durch die Beziehung :
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Schwankt dann die Spannung des ankommenden Zeichens in dem Verhältnis (1 + & ) :
(l-), wobei k den Modulationsgrad darstellt, so schwankt gemäss dieser Formel der gleichgerichtete Strom zwischen den Grenzen
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Die Grösse der Schwankung berechnet sich zu
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Die Grösse der Schwankung J1 - J2 ist für die Lautstärke des ankommenden Zeichens im Empfänger massgebend. Aus der obigen Formel geht hervor, dass bei der gewählten Form der Gleichrichtkennlinie diese Schwankung nur abhängig ist vom Modulationsgrad k, nicht aber von der Amplitude B des ankommenden Zeichens.
Bei einer Schaltung gemäss der Erfindung des Hauptpatentes war u. a. vorgesehen, als Gleichrichter Röhren zu verwenden, deren Charakteristik von einem bestimmten Vorspannungswert aus einen wesentlich logarithmischen Verlauf besass, so dass die Beziehung von Momentanwert zu angelegter Spannung und hervorgerufener Stromstärke während der positiven Halbperiode logarithmisch war, die Stromstärke während der andern Halbspannung aber konstant.
Derartige Röhren, die eine wie in Fig. 1 wiedergegebene Charakteristik besitzen, sind in der Praxis nur schwer realisierbar, da gefordert wird, dass ihre Charakteristik gegen die Abszisse konkav gekrümmt sein soll. Entladungscharakteristiken, die thermionische Röhren besitzen, haben nämlich stets eine sich an die Abszisse anschmiegende Charakteristik, eine Charakteristik also, die gegen die Abszisse konvex gekrümmt ist.
Die Charakteristik der Röhren gemäss dem Stammpatent weist im Arbeitsgebiet negativer Vorspannungen eine angenähert negativ logarithmische Gesetzmässigkeit auf. derart, dass die Charakteristik gegen die Abszisse konvex gekrümmt ist. Solche Röhren, wie sie Gegenstand des Stammpatentes sind, sind leicht in Form von Schirmgitterröhren mit Gitterelektroden variablen Durchgriff zu erzeugen.
Im Rahmen der älteren Anmeldung wurden diese Röhren als Verstärkerröhren für die Zwecke der Ver- stärkungsregelung besehrieben. ) Erstes Zusatzpatent) Ir. 133625.
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Empfangswellen ansprechender Gleichrichter im Sinne der Hauptanmeldung in Audionschaltung eine derartige Verstärkerröhre verwendet, deren statische Charakteristik in dem etwa zwischen 0 bis-20 Volt liegenden Arbeitsbereich eine negativ logarithmisch verlaufende Kennlinie ist, die also im Arbeitsbereich gegen die Abszisse keine Werte unendlich grosser Steilheit besitzt und stets konvex gekrümmt ist.
In Fig. 2 ist 1 eine Röhre, bei der die Beziehung zwischen der Anodenstromstärke Ja und der Gitterspannung im Arbeitsgebiet negativer Vorspannungen angenähert der Gleichung :
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genügt. Diese Funktion ist in Fig. 2a dargestellt. Die Gerade. Ey = V ist eine Asymptote dieser Kurve.
Die Stromstärke und die Steilheit werden bei dem Werte jE = + V der Gitterspannung unendlich gross. Wenn auch die theoretische Kennlinie praktisch nicht verwirklicht werden kann, so zeigt in Fig. 2a II die Form der Kurve, die sich bei Röhren herstellen lässt und die im Arbeitsgebiet negativer Vorspannungen mit Kurve I hinreichend übereinstimmt.
In Fig. 2 wird das Rohr 1 in der Audiongleichrichterschaltung verwendet, wobei 2 den Gitterkondensator, 3 den Gitterableitewiderstand darstellt.
Bekanntlich liefert die Audiongleichrichtung eine mittlere Gitterspannung, die praktisch gleich dem Scheitelwert der Gitterwechselspannung ist. Angenommen sei zunächst, dass ein nicht moduliertes Signal auf das Gitter der Röhre auftrifft, das durch die Gleichung
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darstellbar ist ; man erhält so als Gitterspannung
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Die Substitution von (2) in (1) ergibt für den Anodenstrom :
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Für den mittelwert jazz des Anodenstromes Ja Über die Periode T ergibt sieh
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und für die Abhängigkeit des mittleren Anodenstromes von der Amplitude des eintreffenden Zeichens :
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Die Auswertung dieses Integrals liefert :
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Es sei nun angenommen, dass das frühere sinusförmig mit der Amplitude e angenommene Signal moduliert wird gemäss der Gleichung :
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darstellt. Infolge des Auftreffens eines derart modulierten Signals wird auch der mittlere Anodenstrom J", in der Frequenz Mi schwanken. Die Stromstärke J", ist eine Funktion der Amplitude e :
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Gemäss der Taylorschen Reihe wird also
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Die Reihe wird nach dem zweiten Gliede abgebrochen, da der Modulationsgrad m so klein sei, dass höhere
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ankommenden Zeichens, hingegen proportional dem Modulationsgrad m.
In Fig. 2 b ist die Abhängigkeit der Empfangsempfindlichkeit von der Trägmvellenamplitudf'1'0 durch den Proportionalitätsfaktor
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graphisch dargestellt für den Fall, dass die in Fig. 2 a abgebildete Röhrenkennlinie gilt.
Wie ersichtlich, verursacht eine Schwankung von e im Verhältnis von l : 100-was bei Fadings öfter vorkommt-eine Amplitudenänderung des demodulierten Signales im Verhältnis von nur zirka 1 : 2.
Es wäre nach dem oben Gesagten erforderlich, dass die Kennlinie der Röhre mit einer logarith- mischen Kurve möglichst gut übereinstimmt. In der Praxis wird jedoch in vielen Fällen eine bessere
Unabhängigkeit der Lautstärke von der Eingangsamplitude erreicht, wenn gewisse Abweichungen von dieser Kurvenform bestehen. Diese Tatsache findet ihre Ursache darin, dass als Grundlage der Berechnung angenommen wurde, dass durch die Audiongleichrichtung die Spitzen der Wechselspannung die Linie E ! J = 0 tangieren und dass infolgedessen die Gitterwechselspannung dargestellt werden kann durch (2) : . E =-e (l-cos M t). In Wirklichkeit werden die Spitzen der Gitterwechselspannung nicht genau mit Eu = 0 zusammenfallen, sondern um so mehr in das Gebiet positiver Spannungen hineinragen, je grösser e ist.
Dadurch werden auch die Maximumwerte des Anodenstromes während der Periode der aufgedrückten Frequenz grösser und der Mittelwert des Anodenstromes steigt. Für sehr grosse Amplituden kann dieses Steigen des mittleren Anodenstromes sogar das Fallen durch die Audiongleichrichtung aufheben. Beseitigt kann diese störende Erscheinung dadurch werden, dass für stark negative Gitterspannungen die Steilheit der la-Eu-Kennlinie grösser gemacht wird als der logarithmischen Funktion (vgl.
Kurve III, Fig. 2a) entspricht. Dadurch entsteht für grosse Gitterwechselspannungen eine zusätzliche Audiongleichrichtung. die den Fehler durch das erwähnte Ansteigen der Maximumwerte des Anodenstromes kompensiert.
Damit eine derartige Schaltung auch bei Anwendung verschiedener äusserer Widerstände diese Eigenschaft beibehält, ist es vorteilhaft. Röhren zu verwenden, deren innerer Widerstand gross ist gegen- über jedem angeschalteten äusseren Widerstand. Dies lässt sich bei empfindlichen Röhren nur dann erreichen, wenn gleichzeitig der Durchgriff klein gewählt wird. Auf jeden Fall sollte der Durchgriff kleiner als 5% sein, was sich mit Schirmgitterröhren leicht erreichen lässt. Die Schirmgitterröhre hat ausserdem den Vorteil, dass es möglich ist, die Form ihrer Charakteristik weitgehend zu beeinflussen, durch ein Zusammensetzen des Steuergitter aus zwei oder mehreren Teilen, durch die der Durchgriff vom Schirmgitter verschieden ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltung zum Empfang modulierter hochfrequenter Wellen. bei welcher unter Anwendung stetig wirkender Gleichrichtermittel Proportionalität der Niederfrequenzamplitude vom Modulationsgrad bei gleichzeitiger Unabhängigkeit von der mittleren Amplitude gewährleistet ist nach dem Patente Nr. 131801, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichrichterstufe in Audionschaltung eine Röhre mit angenähert negativ logarithmischer Anodenstromcharakteristik vorgesehen ist. deren Entladungsgesetz im Arbeitsgebiet negativer Vorspannungen einen gegen die Abszisse konkav gekrümmten Kurvenverlauf bedingt.