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Lautstärkeregler.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verstärker, u. zw. insbesondere auf solche, die in mit moduliertem Trägerstrom arbeitenden Zeichensystemen verwendet werden, in denen die Grenze der verstärkten Zeichenintensität automatisch auf einem im wesentlichen vorbestimmten Niveau gehalten wird.
Es sind bereits Empfänger vorgeschlagen worden, in denen die Lautstärkeregelung dadurch erzielt wird, dass eine von dem Ausgangskreis eines Detektors abgeleitete Spannung an das Kontrollelement (Steuerelement) einer oder mehrerer der dem Detektor vorhergehenden Röhren angelegt wird. Diese Einrichtungen haben sich als sehr wirksam zur Regelung der Ausgangslautstärke eines Empfängers erwiesen ; es hat sich aber herausgestellt, dass selbst mit solchen wirksamen Einrichtungen noch Laut- stärkeschwankungen auftreten, wenn der Bereich der empfangenen Zeichenintensität sehr gross ist. Solche restlichen Lautstärkeschwankungen sind verhältnismässig klein ; so kann beispielsweise ein Verhältnis von 1000 : 1 in der Zeichenempfangsintensität eine Ausgangsveränderung von etwa 3 : 1 verursachen.
Es ist der Zweck dieser Erfindung, die Wirkung der automatischen Lautstärkeregelung weiter zu verfeinern, so dass das Verhältnis zwischen maximaler und minimaler Ausgangsleistung weiter reduziert wird. Diese weitere Verfeinerung der Wirkung wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass den
Kontrollelementen (Steuerelementen) einer oder mehrerer der dem Detektor folgenden Röhren ein Vorspannungspotential gegeben wird, das sich in Übereinstimmung mit der Veränderung der Zeichenstärke am Detektor ändert. Diese dem Detektor folgenden Röhren können entweder Hörfrequenz-oder Träger- frequenzverstärker sein. Im letzteren Fall würde der erwähnte Detektor nur dazu dienen, die automaische Lautstärkeregelungsvorspannung zu erzeugen und nicht irgendeine Hörfrequenzausgangsleistung.
Schwierigkeiten, auf die man früher bei der Anwendung automatischer Lautstärkeregelung gestossen ist, entstehen in den meisten Fällen durch die Krümmung der Gitterspannungs-Anodenstrom-Charakteristik gewöhnlicher Verstärkerröhren bei kleinen negativen Gittervorspannungen. Bei den meisten gebräuchlichen Lautstärkereglern wird die Regelung dadurch erreicht, dass die Gittervorspannung einer Röhre sich automatisch entgegengesetzt zur Zeichenstärke ändert. Folglich tritt Verzerrung ein, wenn die Zeichenstärke so gross ist, dass das Vorspannungspotential an den Punkt oder nahe an den Punkt der Krümmung der Röhrencharakteristik kommt.
Es hat sich ergeben, dass in einem Hö1frequenzverstärker eine sehr verbesserte Lautstärkeregelungswirkung erzielt werden kann, wenn man eine Röhre verwendet, bei der das Produkt aus der Änderung des Vorspannungspotentials an der Steuerelektrode und der Steilheit der Röhre über einen beträchtlichen Bereich der Veränderung der Steilheit im wesentlichen konstant bleibt.
Erfindungsgemäss wird die gleichgerichtete Ausgangsleistung eines Detektors der Steuerelektrode einer Hörfrequenzröhre zugeführt, die vorzugsweise die obenerwähnte Charakteristik hat. Die Wirksamkeit der Lautstärkeregelung wird gesteigert, wenn die Detektorcharakteristik derart ist, dass die Gleichstromkomponente des gleichgerichteten Zeichens direkt proportional der Zeichenspannung ist.
Man erhält eine solche Detektorcharakteristik durch die an sich bekannte Verwendung einer Zweielektrodenröhre (Diode) in einem Detektorkreis.
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verstärker 22 durch einen abstimmbaren Kopplungstransformator 27 gekoppelt. Dieser Detektor und sein dazugehörige Kreis sind vorzugsweise von der Art eines sogenannten "Spitzen" (peak) -Detektors.
Ihre Funktion ist, die Zeichenfrequenz gleichzurichten, um eine Gleichstromkomponente und eine Modulations-oder Hörfrequenzkomponente zu erzeugen, die den Frequenzen entspricht, mit denen die Zeichen-oder HÏrfrequenz moduliert wird.
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die im Ausgangskreis der Verstärkerröhre 22 liegt, die durch den Kondensator 60 abstimmbare Sekundär- wicklung 59, die mit der Primär-und gleichfalls mit der Tertiärwieklung 31, die ihrerseits parallel zu den Elektroden der Dete1. -torrÏhre liegt, gekoppelt ist.
Die bereits früher vorgeschlagene Verbindung der Tertiärwicklung an Stelle der Sekundärwicklung mit den Elektroden des Detektors hat gewisse Vorteile, die diese Anordnung wünschenswert machen. Der Ausgangskreis des Detektors umfasst die Wicklung-M des Transformators 27 und die Widerstände 32 und 33 in Serie zur Erde. Zu dem Widerstand 33 kann ein Kondensator parallel liegen, oder er kann eine Eigenkapazität haben, wie es durch die punktierten Linien als Kapazität 34 angedeutet ist. Eine Kapazität 63 verbindet das untere Ende der Wicklung. 31 mit der Kathode 29.
Die Kapazität 63 und die Widerstände 32 und 33 arbeiten zusammen, um die Gleichrichtung hervorzubringen. Die Modulationsfrequenzkomponente der Zeichenspannung entsteht parallel zur Kapazität 63 und die Gleichstromkomponente der gleichgerichteten Spannung entsteht parallel zu den Widerständen 32 und 33. In dieser Art von Detektorsystem wird eine"lineare"Beziehung, d. h. eine sehr enge Proportionalität, zwischen der Modulations-Frequenz-Spannung, der einheitlich gerichteten Spannung und der Hoehfrequenzzeichenspannung erreicht.
Der Ausgangskreis des Detektors oder ein Teil davon ist in Reihe mit der ersten Hörfrequenz- verstärkerröhre 35 durch einen Kondensator 36, der mit einem AbzweigpÜn1. -t des Widerstandes 33 und mit der Steuerelektrode 37 der Verstärkerröhre 35 verbunden ist, gekoppelt. Infolgedessen wird die Modulationskomponente der gleichgerichteten Spannung dem Gitter 37 zugeführt. Der verstellbare Kontakt zwischen dem Kondensator 36 und dem Widerstand 33 stellt einen durch Hand zu bedienenden Lautstärkeregler dar.
Die Verstärkerröhre 35 ist eine sogenannte Exponentialröhre, die vier Elektroden hat, nämlich das Steuergitter 37, das Schirmgitter 38, die Kathode 39 und die Anode 40.
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elektrodenröhre 42 gekoppelt, deren Ausgangskreis durch einen Transformator 43 mit der Zeichenauf- nahmespule eines Lautsprechers gekoppelt ist. Eine das Brummen reduzierende Spule 60 liegt in bekannter Weise in Reihe mit der Zeichenaufnahmespule 44.
Zwischen dem Ausgangskreis des Detektors 26 und der Steuerelektrode des ersten Hochfrequenzverstärkers 10 ist eine automatische Lautstärkeregelungsleitung 61 vorgesehen. Diese Verbindung enthält einen Widerstand 45, der zwischen dem Niederpotentialende der Wicklung 31 und dem Niederpotentialende der Sekundärwicklung 16 des Hochfrequenztransformators 14 liegt. Zwischen das Niederpotential- ende der Wicklung 16 und Erde ist ein Kondensator 46 geschaltet, um die Vorspannung vom Detektor von der Erde fernzuhalten und auch zu gestatten, dass der abstimmbare Kreis 16, 17 geschlossen ist. Alle automatischen Lautstärkeregelungsverbindungen in allen Zeichnungen dieser Anmeldung sind durch starke Linien kenntlich gemacht.
Kurz, eine Zunahme in der Stärke der Zeichenspannung an der Antenne bewirkt eine Zunahme in dem gleichgerichteten einheitlich gerichteten Strom über die Widerstände 32 und 33 im Detektorausgangskreis. Solch eine Stromzunahme erhöht das negative Potential des Punktes 47 in bezug auf Erde, wodurch die negative Vorspannung des Steuergitter des Hochfrequenzverstärkers 10 erhöht wird. Die Zunahme der negativen Gittervorspannung setzt ihrerseits die Verstärkung des Verstärkers herab, so dass die gleichgerichtete Spannung am Ausgangskreis des Detektors um sehr viel gleichförmiger gehalten wird als die Zeichenstärke in der Antenne während des Abstimmprozesses.
Eine andere Ausführungsform dieses automatischen Lautstärkeregelungssystems ist der sieht- bare Resonanzindikator 48 im Anodenkreis der Röhre 10, der in dieser Anmeldung als Neonlampe gezeichnet ist. Diese Neonlampe erfüllt die Funktion eines Resonanzindikatormessers. Wenn das System auf Resonanz abgestimmt ist, wird diese Tatsache dadurch angezeigt, dass die Lichtintensität der Lampe ihr Minimum hat.
Erfindungsgemäss ist der Hörfrequenzverstärker 35 mit einem automatischen Lautstärkeregler versehen. In Fig. l nimmt dieses System die Form einer Verbindung vom Detektorausgang zum Steuergitter 37 des Verstärkers 35 an. Dieses System enthält eine Verbindung von dem Punkt 49 über einen hohen Widerstand 50 zur Steuerelektrode 37. Ein hoher Widerstand 51 ist zwischen die Steuerelektrode 37 und Erde, um die geeignete negative Gittervorspannung an der Steuerelektrode aufrechtzuerhalten, geschaltet.
Es ist zu beachten, dass die Arbeitsweise des Hörfrequenz-Lautstärkeregelungskreises analog jener des Hochfrequenz-Lautstärkeregelungskreises ist und bewirkt, dass noch im Detektor vorhandene schwache Zeichenintensitätsschwankungen weiter herabgesetzt werden. Irgendeine Zunahme des einheitlich gerichteten Stromes im Detektor ruft eine entsprechende Zunahme der negativen Vorspannung an der Elektrode 37 der Röhre 35 hervor.
Automatische Lautstärkeregelungssysteme in Verbindung mit Hörfrequenzverstärkern sind bisher nicht allgemein verwendet worden auf. Grund der Tatsache, dass ein Versuch, die Verstärkung des Hörverstärkers durch starke Erhöhung der negativen Vorspannung am Gitter stark herabzusetzen. im allgemeinen eine Verzerrung der Hörfrequenzzeichen infolge des Pendeln der Gitterspannung über den verhältnismässig scharfen unteren Knick der Anodenstromgitterspannungskurve der Verstärkercharakteristik hervorgerufen hat, die bei den meisten allgemein gebräuchlichen Hörverstärkerröhren bisher gefunden wurde.
Es hat sich indessen herausgestellt, dass, wenn eine Exponentialröhre in einer Hörfrequenzverstärkerstufe verwendet wird, die Röhre ohne merkbare Verzerrung über einen betracht- lichen Bereich der Gittervorspannung arbeiten wird, vorausgesetzt, dass die Zeichenamplitude nicht zu gross ist. Die Zeichenamplitude kann zu diesem Zweck durch die Verwendung von manuell betätigten
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Es hat sich gezeigt, dass die sogenannte Exponentialröhre vollkommen befriedigend als Hör- frequenzverstärker in Verbindung mit einer automatischen Lautstärkeregelung verwendet werden kann.
Wenn die unvollständige automatische Lautstärkeregelung vor dem Detektor 26 noch gestattet, dass die dem Detektor zugeführte Zeiehenspannung schwach zunimmt, so wird eine erhöhte Hörfrequenzzeichenspannung dem Gitter. 37 der Röhre 35 zugeführt, aber zu gleicher Zeit die Gittervorspannung negativer gemacht, wodurch die Verstärkung der Röhre herabgesetzt wird. Diese beiden Veränderungen können so eingerichtet werden, dass sie einander kompensieren, wie in dem Beispiel nach Fig. 1 und 2 gezeigt ist. In Fig. 1 wird ein linearer Zweielektrodendete1. -tor verwendet, um dem Gitter 37 sowohl die Zeichen-als auch die Vorspannung zuzuführen und deshalb diese im gleichen Verhältnis zu verändern.
Auch ist der innere Widerstand zwischen der Anode 40 und der Kathode 39 so gross, dass die Verstärkung dieser Röhre proportional ihrer Steilheit ist. Deshalb ist die verstärkte Zeichenspannung proportional dem Produkt aus der zuzüglichen Gittervorspannung und der Steilheit. Dies Produkt ist eine Funktion irgendeiner besonderen Röhre bei gegebenen Arbeitsspannungen. In Fig. 2 ist Ee die Zunahme oder zuzügliche Gittervorspannung in Volt und Gm ist die Steilheit in Mikroohm. Als Ordinate ist das Produkt Ec Gm, als Abzisse Gm aufgetragen.
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Die Kurven A und B zeigen die Charakteristiken zweier handelsüblicher Exponentialröhren unter angenäherten Bedingungen in Fig. 1. Es ist augenscheinlich, dass das Produkt Ex Am verhältnismässig konstant für einen Bereich von Werten ist, die der wechselnden Gittervorspannung entsprechen. Das Produkt ; ecum verändert sich nur innerhalb des Verhältnisses von 2 : 1, während Gm im Verhältnis von mehr als 10 : 1 verändert wird. Mit ändern Worten kann die Unvollständigkeit der automatischen Lautstärkeregelung, die dem Detektor vorangeht, so kompensiert werden, dass eine 10 : 1-Veränderung in der Detektorspannung auf weniger als eine 2 : 1-Veränderung in der Hörfrequenzspannung reduziert wird.
Es ist zu bemerken, dass die Kurve A, die die Charakteristik der einen Röhre darstellt, für die automatische Lautstärkeregelung etwas besser geeignet ist als die der andern Röhre, die durch B dargestellt wird. Die Gestalt dieser Kurven wird etwas von der Anfangsgittervorspannung abhängen und ob die Vorspannung von einem Abgriff des Spannungsquellenwiderstandes oder mittels des Kathodenkreiswiderstandes erhalten wird und, wenn letzteres der Fall ist, ob der Widerstand mit einem Über- brückungskondensator für Hörfrequenzen versehen ist oder nicht.
In dem Empfängermodell, das den Kreis nach Fig. 1 enthält, wie es tatsächlich gebaut worden ist, haben sich die folgenden Werte für die Widerstände als für den Gebrauch in automatischen Lautstärke-
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<tb>
<tb> Widerstand <SEP> 32 <SEP> = <SEP> · <SEP> Megohm
<tb> # <SEP> 33 <SEP> = <SEP> 1 <SEP> #
<tb> # <SEP> 45 <SEP> = <SEP> 1 <SEP> #
<tb> # <SEP> 50 <SEP> = <SEP> 2 <SEP> #
<tb> # <SEP> 51 <SEP> = <SEP> 2 <SEP> #
<tb>
Ein befriedigender Wert für den Kondensator 63, um eine hinreichende Detektorwirkung zu gewährleisten, ist 25 Microfarad.
Wenn die obenerwähnten Widerstandswerte verwendet werden, wird % des insgesamt erreichbaren negativen Vorspannungspotentials vom Detektor dem Hochfrequenzverstärker 10 und 1/5 dem
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quer zu denen die Potentiale für die Anoden und die Schirmgitter der Röhren abgenommen werden.
Die Lautsprecherfeldspule 5"1 des Lautsprechers 62 ist in der üblichen Weise in den Filterkreis geschaltet.
Die Kathoden der Röhren werden indirekt durch Kathodenheizwicklungen geheizt.
Kapazitäten und Widerstände werden in allen Teilen des Empfängers in der üblichen Weise verwendet, überall dort, wo ihre Anwesenheit die Ausführungsform verbessert.
Fig. 3 zeigt die Anwendung der Erfindung auf einen Superheterodyneempfänger. Der Super- heterodyneempfänger umfasst eine Hochfrequenzverstärkerröhre 70, eine Oszillator-Modulator-Röhre 71, eine Zwischenfrequenzverstärkerrohre 72 zur Verstärkung des Frequenzbandes am Ausgang des Modulators, das die Differenz zwischen der Zeichenfrequenz im Hochfrequenzverstärker und der Oszillatorfrequenz ist, einen Zweielektrodendetektor 73, einen Hörfrequenzverstärker 74 und eine Hörfrequenz- kraftröhre 75 vom Pentodentyp.
Das Kraftversorgungssystem 83 ist das Übliche und ist mit einer Spannungsteilereinrichtung mit den Widerständen 84, 85, 86 und 8"1 versehen, um die geeigneten Potentiale für die verschiedenen Elektroden der Röhren vorzusehen. Der Zweielektrodendetektor 73 ist in einem Kreis angeordnet, der dem der Zweielektrodenröhre 26 in Fig. 1 ziemlich gleich ist, mit der Ausnahme, dass der Eingangstransformator 76 für die Zweielektrodenröhre nur zwei Wicklungen hat, von denen sowohl die Primär-als auch die Sekundärwicklung abstimmbar sind.
Das automatische Lautstärkeregelungssystem ist in starken Linien gezeichnet und umfasst die Widerstände 32 und 33 in Serie zwischen dem Niederpotentialende der Sekundärwicklung des Transformators 76 und Erde in der gleichen Art wie die gleichbezeichneten Widerstände in Fig. 1. Die Lautstärkeregelungskreise vom Detektorkreis zu den verschiedenen Kontrollröhren (Steuerröhren) sind an dem Punkt 77 angeschlossen. Der Lautstärkeregelungskreis 61 für den Hochfrequenzverstärker enthält den Widerstand 79 und ist dem Hochfrequenz-Lautstärkeregelungskreis in Fig. 1 gleich. Die Laut-
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schaltung ist der in Fig. 1 gezeigten gleich.
Werte für die Widerstände der automatischen Lautstärkeregelungskreise, die sich als befriedigend in der Verwendung in dieser Art von Empfängern herausgestellt haben, sind :
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<tb>
<tb> Widerstand <SEP> 32 <SEP> = <SEP> 0.1 <SEP> Megaohm
<tb> 33 <SEP> =1
<tb> . <SEP> 79=2
<tb> 82=4
<tb> 50 <SEP> = <SEP> 4
<tb> # <SEP> 51 <SEP> = <SEP> 2 <SEP> #
<tb>
Mit diesen Widerstandswerten wird die volle negative Vorspannung dank dem Gleichstrompotential quer zum Widerstand 33 dem Hochfrequenzverstärker aufgedrückt ; Vg des vollen Potentials erhält der Zwischenfrequenzverstärker und Vs der Hörfrequenzverstärker.
Fig. 4 zeigt eine geringe Abänderung des automatischen Lautstärkeregelungssystems für den Hochfrequenz-, Zwisehenfrequenz-und Hörfrequenzverstärker in Superheterodyne-Empfängern. Der Zwischenfrequenzverstärker 94 und der Zweielektrodendetektor 95 sind denen von Fig. 3 ähnlich geschaltet.
Das automatische Lautstärkerregelungssystem ist dem in Fig. 3 gleich ; die entsprechenden Widerstände sind in gleicher Weise bezeichnet. Geeignete Werte für diese Widerstände sind folgende :
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<tb>
<tb> Widerstand <SEP> 32 <SEP> = <SEP> 0.1 <SEP> Megohm
<tb> # <SEP> 33 <SEP> = <SEP> 1 <SEP> #
<tb> # <SEP> 79 <SEP> = <SEP> 2 <SEP> #
<tb> # <SEP> 82 <SEP> = <SEP> 2 <SEP> #
<tb> # <SEP> 50 <SEP> = <SEP> 4 <SEP> #
<tb> # <SEP> 51 <SEP> = <SEP> 1 <SEP> #
<tb>
Wenn die obigen Widerstandswerte verwendet werden, kommt die volle negative Vorspannung (mit Rücksicht auf die einheitlich gerichtete Spannung quer zum Widerstand 33) an das Gitter der Hochfrequenzröhre, zirka 70% an das Gitter der Zwischenfrequenzröhre und zirka 15% an das Gitter der Hörfrequenzröhre.
PATENT-ANSPRÜCHE :
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quenzen mit einem Gleichrichter, der eine modulierte Gleichspannung liefert, und einem Verstärker für die Modulierfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationskomponente des Gleichrichters in dem Verstärker verstärkt wird und gleichzeitig die Gleichspannungskomponente des Gleichrichters durch ganze oder teilweise Anlegung an das Steuerelement des Verstärkers dazu dient, dessen Verstärkung zu regeln.