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Oszillator-Modulator.
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Die zweite Massnahme ist die Einführung eines Widerstandes, der in Anoden- und Gitterkreisen der Oszillator-Modulator-Röhre gebräuchlich ist, um die Gittervorspannung entsprechend dem mittleren Anodenstrom zu regulieren. Dieser Widerstand, dem ein Hochfrequenz-Nebenschluss-Kondensator parallel-
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über den mittleren Anodenstrom in einem Anwachsen der Gittervorspannung resultiert, was wiederum den Anodenstrom, in einem praktisch stabilen Zustand endend, zu verringern sucht. Die Sehwingungs- erzeugung lässt den mittleren Anodenstrom leicht anwachsen, was ein weiteres Anwachsen der Gittervorspannung verursacht, wie es genauer später beschrieben wird.
Die dritte Massnahme betrifft die Propo11ioniemng der Rückkopplung zum Schwingkreis. Diese
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kreisen gemeinschaftlich ist. Die wirksame Rückkopplung und die regulierende Wirkung des Kathodenwiderstandes sind so bemessen. dass mit der erzielten maximalen Schwingspannung das Gitter infolge der Wirkung der Schwingungen auf den Gitterkreis nicht positiv genug wird. um Entstehung von Gitterstrom zu veranlassen, und weiter der Kathodenwiderstand gegenüber der Rückkopplungskopplung nicht ausreichend ist. um das Schwingen zu verhindern.
Um einen hinlänglich grossen Widerstand gebrauchen zu können, der eine grosse Spannungs-
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verhindern. dass es gegenüber der Kathode zu negativ wird. positiv gegenüber der negativen Vorspannung. die durch den Gebrauch des ganzen Widerstandes erzielt würde, vorzuspannen. Dies kann durch eine positive Vorspannung erzielt werden, die an das Gitter über einen Widerstand angelegt wird. wobei es von dem Gitterkreis durch einen Gitterkondensator isoliert wird. Dies stellt die vierte Massnahme der Erfindung dar.
In dieser Darlegung sollen das Steuergitter und die Kathode als die Eingangsklemmen einer Vakuumröhre, die Anode und die Kathode als Ausgangsklemmen und die Kathode als gemeinsame Klemme angesehen werden. Es ist gebräuchlich, auf einen Elektronenstrom innerhalb einer Vakuumröhre als Raumstrom Bezug zu nehmen.
In den Zeichnungen ist Fig.] ein Schaltbild, das einen einfachen Oszillator zeigt, der von dem oben angegebenen zweiten, dritten und vierten Merkmal Gebrauch macht, Fig. 2 ein Schaltbild, das einen Oszillator-Modulator nach vorliegender Erfindung in einem Zwischenfrequenzempfänger zeigt.
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und 16 sind Schwingungsfrequenz-Nebenschluss-Kondensatoren. Der Widerstand 17 ist der Kathodenwiderstand. auf den oben Bezug genommen wurde und der dem Gitter- und Anodenkreis gemeinsam ist. Die in Serie liegenden Batterien 20 und. 21 liefern den Raumstrom zwischen Anode und Kathode.
Der Abgriff 2')'zwischen diesen Batterien liefert die oben geschilderte Gitter Vorspannung : er ist positiver als das negative Ende des Widerstandes 17. aber negativer als das Kathodenende (24) dieses Widerstandes.
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die Selbstregulierung des Anodenstromes und das Vorhandensein von Schwingungen zu prüfen.
Die Dreielektrodenröhre 11 kann von irgendeiner üblichen Type sein, beispielsweise Type ni 227 (amerikanische Typenbezeichnung). die einen Verstärkungsfaktor 8 hat. Für noch bessere Resultate kann ein niedrigerer Faktor, etwa. 3, gebraueilt werden. Die einzelnen Drähte des Gitters sollten vorzugs-
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tronenfluss von der Kathode zur Anode vollständig zu steuern. Diese Bedingungen werden von einem Gitter aus sehr feinen. relativ offenen, gleichmässig voneinander entfernten Drähten erfiillt. Eine Äquipotentialkathode wie in einer indirekt geheizten Röhrenart ist mit Vorzug verwendbar.
Widerstand 17 sollte 2-20mal so gross sein wie der Effektivwert des gegenseitigen Widerstandes der Röhre unter Schwingungsbedingungen, wobei unter dem gegenseitigen Widerstand der reziproke Wert der Steilheit verstanden wird, oder mit andern Worten, der reziproke Widerstand das Verhältnis ;. der Änderung der Gitterspannung zur Änderung des Anodenstromes ist.
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periodisches Blockieren des Oszillators zu verhindern.
Daher sollte die Zeitkonstante der Gesamt- kapazität dieser zwei Kondensatoren, multipliziert mit dem effektiven gegenseitigen Widerstand der Röhre, ein wenig niedriger sein als die Zeitkonstante gedämpfter freier Schwingungen in dem abge- stimmten Kreis 12, 14..
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die Spannung 21 sind so in Beziehung gesetzt. dass die Arbeitsbedingungen in der Mitte zwischen den Bedingungen liegen. die die Schwingungen gerade nicht verhindern und den Gitterstrom gerade nicht
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werden.
In einem Versuchsaufbau der Schaltung der Fig. 1 wurden folgende Werte gebraucht : Röhre 11 war vom Typ NY 227 (amerikanische Typenbezeichnung), die Kondensatoren 73 und 76 waren jeder 250 Mikromikrofarad, der Widerstand 17 war 100.000 Ohm. die Spannung 20 90 Volt. die Spannung 21 45 Volt. Die Rückkopplungskopplung wurde im Verhältnis @ : 4 variiert. ohne dass die Schwingungen aussetzten oder Gitterstrom auftrat. Die Schwingungsgitterspannung überschritt nicht 15 Volt. Der
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Variation der Rüekkopplungskopplung und trotz der vollständigen. Abwesentheit von Überlastungseffekten wie Gitterstrom.
In Fig. 2 ist ein vollständiger schwingender Modulator gezeigt, wie er in einen) Zwischenfrequenz- empfänger gebraucht wird. Die lur den Oszillator wesentlichen Elemente sind folgende :
Die Vakuumröhre 41 ist eine gewöhnliche Schirmgittervierelektrodenröhre mit Anode Schirmgitter. Steuergitter und Kathode. Der abgestimmte Oszillatorkreis enthält die Spule 44. den festen Kondensator 43 und den variablen Abstimmkondensator 12. Dieser abgestimmte Oszillatorkreis ist zur Kathode durch die gegenseitige Induktion zwischen den Spulen 44 und 46'und zur Anode durch die gegenseitige Induktion zwischen den Spulen 44 und 4. und auch durch den Kondensator 4 : ; gekoppelt, der dem abgestimmten Kreis und dem Anodenkreis gemeinsam ist.
Kondensator 47 ist ein Sehwingungs- frequenz-Nebenschluss-Kondensator. Der Widerstand 48 ist der Kathodenregniierungswiderstand. der
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sator 32, der mit dem Steuergitter und der Kathode oder den Eingangsklelllmrn der Röhre 41 ver- bunden ist. Das ankommende Signal wird diesem abgestimmten Kreis zugeführt und gelangt so an das Steuergitter des schwingenden Modulators. Auf diesem Kreis, dem ein Signalfrequenzverstärker vorausgehen kann. wird als dem Signaleingangskreis der schwingenden Modulatorröhre Bezug genommen.
Ausserdem sind zwei abgestimmte Zwischenfrequenzkreise dargestellt, Der erste im Anodenkreis der Röhre 41 enthält die Spule-M und den Kondensator 50. Der zweite ist lose mit dem ersten ge-
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frequenzausgangskreis der schwingenden Modulatorröhre Bezug genommen. Der zweite Kreis 51, 5.) kann nach Belieben mit einem Zwischenfrequenzverstärker oder mit einem Demodulator, dem zweiten
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die Frequenzdifferenz genau gleich der Zwischenfrequenz an drei Punkten im Abstimmbereich gemacht und so wesentlich konstant über den ganzen Abstimmbereich. Dies wird. Anpassung der Signal- und Schwingkreise zur Festlegung der Zwischenfrequenzdifferenz genannt.
Die Oszillatorrückkopplung wird durch Kopplung des abgestimmten Kreises 42, 43, 44 mit der Anode und der Kathode der Röhre 41 erreicht. Bei einfacher induktiver Rückkopplung und Konden-
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tiver und kapazitiver Kopplung in helfender Phase zusammengesetzt. Die induktive Kopplung ist die gegenseitige Induktion zwischen den Spulen 44 und 45, und die kapazitive Kopplung besorgt Kondensator 43. Die letztere hat viel grössere Wirkung bei niedrigen Frequenzen, weil ihre Reaktanz dann grösser und die der andern Elemente 4. 44 geringer ist. In der helfenden Phase haben die unverbundenen
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deutend kleiner als die der Anode ist.
Die Verhältnisse des Oszillators sind bezüglich der Selbstreguliel1l11g generell dieselben wie in der Beschreibung der Fig. l. Die Röhre 41 kann eine Schirmgitterröhre gewöhnlicher Type, wie Type NY 224 (amerikanische Typenbezeichnung), sein. Die physikalischen Verhältnisse, insbesondere für Anode, Gitter und Kathode in Fig. 1 entsprechen denen für Schirmgitter, Steuergitter und Kathode in Fig. 2.
Der Signaleingangskreis J. 2,-M in Fig. 2 wirkt bei Abstimmung auf eine Frequenz, die ein wenig niedriger ist als die des Oszillators, wie eine sehr kleine Kapazitanz bei höheren Oszillatorfrequenzen.
Infolge der merklichen direkten eigenen Kapazitanz zwischen Steuergitter und Kathode in der Röhre 41 wird ein kleiner Teil der Kathodenrückkopplungsspannung auf das Steuergitter so aufgedrückt, dass die Gesamtrüekkopplung bei höheren Oszillatorfrequenzen reduziert wird. Dieser Effekt ist von geringem Einfluss, wenn die direkte Kapazitanz zwischen Steuergitter und Kathode klein gehalten wird, wie es bei der Röhre NY 224 (amerikanische Typenbezeielnung) ist.
Wenn man will, kann dieser Effekt eliminiert werden fr) durch den Gebrauch eines besonderen Schirmgitters zwischen Steuergitter und Kathode oder b) die X eutralisation dieser direkten Kapazitanz durch solche Mittel, wie sie in andern Anmeldungen beschrieben sind.
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abstimmbereich herausfallen. Dies verhindert eine Zerstreuung, die anderfalls in Drosselspulen bei Frequenzen nahe dem Mehrfachen der Grundfrequenz auftreten kann.
Der Kondensator 50 sollte beträchtlich grösser sein, als die ganze andere Kapazitanz von der Anode zur Erde in der Röhre 41, der Spule 51 und den zugehörigen Leitungen. Das lässt praktisch den ganzen Schwingungsfrequenzanodenstrom zum Oszillatorkreis zurückfliessen. Ebenso sollte der Kondensator 50 eine beträchtliche kleinere Kapazitanz haben, als die Kondensatoren aS, zusammen. Dies soll eine Gegenrückkopplung vom Zwisehenfrequenzausgangskreis zur Kathode über den Oszillatorkreis reduzieren, die sonst leicht die Zwisehenfrequenzleistung bei dem schwingenden Modulator verringern würde.
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jede fest mit Spule 44 gekoppelt sein.
Die Festigkeit der Kopplung wird durch den erlaubten Betrag der zwischen diesen Spulen verteilten Kapazitanz begrenzt.
Im Betrieb bestimmt der durch den Widerstand 48 fliessende Anodenstrom die negative Vorspannung des Gitters gegenüber der Kathode, reguliert so den Anodenstrom und schafft ein Gleichgewicht. Eine Zunahme im Anodenstrom strebt die negative Vorspannung zu vermehren, die sich der Zunahme des Anodenstroms widersetzt und so ein Schwanken des Anodenstromes verhindert.
In einem Oszillator dieser Type veranlasst Eigensehwingen eine Zunahme des mittleren Anodenstromes, die nach vorliegender Erfindung eine Zunahme in der durchschnittlichen Gittervorspannung verursachen wird. Ein neuer Gleichgewichtspunkt wird erreicht werden, bei dem ein durchschnittlieh leicht grösserer Anodenstrom und ebenso eine etwas höhere Gittervorspannung auftritt : die Schwingungen sind so am Überschreiten dieser Amplitude gehindert.
Durch diese Anordnung ist es leicht, eine selbstregulierte Schwingungsspannung zwischen Gitter und Kathode zu stabilisieren, die einen Spitzenwert hat, der, wenn der Oszillator durch seinen ganzen Bereich abgestimmt wird, immer kleiner ist als die durchschnittliche Gittervorspannung relativ zur Kathode. Auf diese Art wird ein Gitterstrom in der Oszillator-Modulatorröhre verhindert und die Kreise werden vor Überlastung bewahrt. Der Kathodenwiderstand hat den Xebenschlusskondensator 47 für Schwingfrequenzströme, so dass die Vorspannung nur durch den durchschnittlichen Anodenstrom reguliert wird.
Dieser selbstregulierende Effekt kann beliebig gross gemacht werden, da er von der Grösse des gebrauchten Widerstandes abhängt. Um indessen eine Regulierung zu haben, in der eine kleine Änderung im Anodenstrom eine grosse Änderung in der effektiven Gittervorspannung erzeugt, kann eine relativ zum Gitterende des Kathodenwiderstandes positive Vorspannung von der Anzapfung. 18 aus dem Gitter
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der Kathode.
Die Rückkopplung vom Schwingungskreis muss quantitativ zum Kathodenwiderstand in Beziehung stehen. Diese Beziehung soll eine solche sein, dass für einen gegebenen Wert der Rückkopplung der Widerstand als ein Mittelwert zwischen demjenigen gewählt wird, der den Schwingungen erlaubt, das Gitter
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positiv zu machen und Gitterstrom zu veranlassen, und dem Widerstandswert, der gebraucht wurde, um die Schwingungen zu unterbinden. Mit einem gegebenen Widerstand kann die Rückkopplung zwischen den Oszillator-und Gitterkreisen auf einen Wert eingestellt werden, der grösser ist als erforderlich, um Schwingungen hervorzurufen, aber kleiner als erforderlich, Gitterstrom zu veranlassen. Dieser Verhältniszustand ist nicht kritisch, muss aber in vernünftigen Grenzen eingehalten werden.
Es ist wichtig, dass die Schwingungsspannungen, die durch den Schwingungskreis erzeugt werden, wesentlich gleichförmig durch den ganzen Bereich, auf den der Oszillator abgestimmt wird, sind. Für diesen Zweck verwendet man zweckmässig einen Oszillator der beschriebenen Art, in dem die Rückkopplung automatisch durch Verwendung kombinierter induktiver und kapazitiver Kopplungen variiert wird.
Eine hochohmig Gitterableitung 3 : 3 und ein kleiner Gitterkondensator werden als eine zusätzliche Vorsichtsmassregel benutzt, um übermässigen Gitterstrom in irgendeinem Fall, in dem die bevorzugten Beziehungen nicht vorhanden sind, zu verhindern.
Die folgenden annähernden Schaltungskonstanten haben sich in der Schaltung der Fig. 2 brauchbar erwiesen und mögen bei der Herstellung dieser Schaltung als Führer dienen : Der Abstimmbereich
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hertz. Die Zwischenfrequenz war 262 Kilohertz, gleich der Differenz zwischen Signal-und Oszillatorfrequenz. Die Röhre 41 war von Type NY 224 (amerikanische Typenbezeichnung). Kondensatoren 32,42 waren auf derselben Achse und hatten 360 Mikromikrofarad Maximumkapazität. Kondensator z war 660 Mikromikrofarad gross. Spule 34 hatte 250 Mikrohenry und Spule 44 160 Mikrohenry. Die gegen-
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und Spule 51 um 6 Millihenry.
Die Spannungen- ? o,. 36,-7 waren entsprechend.' ?, 60 und 90 Volt, so dass 30 Volt am Steuergitter, 90 Volt am Schirmgitter und 180 Volt an der Anode lagen.
Wenn der Oszillator-Modulator nach dieser Erfindung auch hauptsächlich für Zwischenfrequenzempfänger bestimmt ist, in denen der Gitterkreis mit dem Eingang des Radioempfängers oder den Ausgang einer Radiofrequenzverstärkerrohre und der Anodenkreis des Oszillator-Modulators mit einem auf die Zwischenfrequenz abgestimmten Kreis gekoppelt ist, so kann der beschriebene Oszillator-Modulator doch in irgendeiner andern passenden Verbindung verwandt werden ; sein Gebrauch in einem Zwischenfrequenzempfänger ist daher nicht als eine Begrenzung der Erfindung anzusehen.
Weiterhin ist es klar, dass die dargestellten Prinzipien der Erfindung, wenn sie auch sieh als besonders brauchbar in Radiofrequenzschaltungen erwiesen haben, ebensogut in Verbindung mit Vakuum- röhrenschaltungen, die mit irgendeiner beliebigen Frequenz arbeiten, zu verwenden sind. Sie können also in Verbindung mit Heterodyn-, Selbstüberlagerungs-oder Autodyn-Methoden zum Empfang von Radiofrequenzsignalen dienen, bei denen der Oszillator-Modulator eine Audio-Überlagerung hervor-
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oder Nullüberlagerungsempfänger gebraucht werden. Oszillatoren dieser Type können schnell synchronsiert werden, wenn sie annähernd auf einen Hauptoszillator oder auf eine Harmonische eines Hauptoszillators abgestimmt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung eines Oszillator-Modulators, insbesondere für Zwischenfrequenzempfänger, in der ein dem Gitterkreis einer Drei-oder Mehrelektrodenröhre zugeführtes Signal durch eine von der gleichen Röhre erzeugte Schwingung überlagert (moduliert) wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur selbsttätigen Vermeidung von Überlastungsgitterstrom als Folge der kombinierten, dem Röhrengitter zugeführten Spannungen dem Gitter eine Vorspannung aufgedrückt wird, die, vom Gitterstrom unabhängig, mit wachsender Amplitude der Schwingungen negativer gegenüber der Kathode wird, u. zw.
beispielsweise dadurch, dass ein in der Kathodenleitung angeordneter hoher Widerstand (17, 48) mit einem Ende an die Kathode und mit dem andern Ende an dem negativen Pol einer festen Gittervorpsannung (21, 35), deren positiver Pol an dem Gitter der Röhre liegt, angeschlossen ist.