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Verstärkungsregelung.
Diese Erfindung bezieht sich auf die Verstärkungsregelung bei Empfängern und bezweckt vor allem eine möglichst grosse Erhöhung des Verhältnisses der Signal-zur Störungsintensität bei verzerrungsfreiem Arbeiten und verbesserter Trennschärfe. Die erwähnten Forderungen werden erfindungsgemäss durch eine mehrfache automatische Verstärkungsregelung erfüllt, wobei mehrere Verstärkerregeleinrichtungen, die an verschiedenen Stellen des Empfängers arbeiten, einer Anzahl Verstärkerstufen zugeordnet sind.
Eine Empfangseinrichtung, wie beispielsweise ein Radioempfänger, weist im allgemeinen mehrere Verstärkerkaskaden auf, durch die das Signal verläuft. Die automatische Verstärkungsregelung zur Konstanthaltung der Ausgangsintensität trotz schwankender Eingangsfeldstärken ist hinreichend bekannt.
Es war bislang gebräuchlich, zur automatischen Verstärkungsregelung eine Gleichspannung des Empfängers abzuzweigen, die dem Signalwert an einer bestimmten Stelle des Empfängers entspricht, und diese Gleichspannung einer Steuerelektrode von einer oder mehreren Verstärkerstufen zuzuführen. Die früheren Regeleinrichtungen, die von einem bestimmten Punkt aus arbeiteten, werden hier"einfache automatische Verstärkungsregelung"genannt.
Die einfachen automatischen Regeleinrichtungen haben den Zweck, den Ausgang des Verstärkers konstant zu halten, jedoch verhindern sie nicht, die Übersteuerung der einzelnen Stufen, sofern diese Störungen oder Störsignalen ausgesetzt werden. Diese Übersteuerung ruft beim Auftreten eine Art Störung hervor, die als Quermodulation bekannt ist. Ferner wird bei den einfachen Regeleinrichtungen das günstigste Verhältnis der Signalintensität zur Störintensität im allgemeinen nicht erzielt, da einige Verstärkerstufen nicht mit grösster Wirksamkeit arbeiten. Der Grund hiefür liegt in der Tatsache begründet, dass in jeder Stufe eine gewisse unerwünschte Geräuschmenge erzeugt wird, die in den nachfolgenden Stufen auf dasselbe Mass wie das Signal verstärkt wird. Daher liegt der Signalpegel dem Störungspegel unerwünscht nahe.
Bei den mehrfachen automatischen Verstärkungsregeleinrichtungen gemäss dieser Erfindung werden die einzelnen Regeleinrichtungen mit getrennten Regelgleichrichtern ausgerüstet ; diese einzelnen Gleichrichter werden von verschiedenen Punkten des Empfängers gesteuert. Jede dieser automatischen Verstärkungsregeleinrichtungen ist mit einem besonderen Verstärker verbunden ; die Gleichspannungskomponente des Gleichrichters wird zur automatischen Regelung einer oder mehreren Steuerelektroden des geregelten Verstärkers zugeführt. Der Vorteil dieser Mehrfach-Regeleinrichtung liegt darin, dass die Verstärkung einer vorhergehenden geregelten Stufe des Verstärkers grösser und die Verstärkung einer nachfolgenden geregelten Stufe geringer sein kann, als bei Benutzung einer einfachen automaischen Regeleinrichtung.
Ein wichtiger Vorteil der mehrfachen automatischen Regelung besteht darin, dass in jeder Stufe das Signal auf einem günstigen Pegel gehalten werden kann, d. h. um einen guten Betrag über dem Störungspegel, aber etwas unterhalb der Übersteuerungsgrenze. In jeder Verstärkerstufe sollte die Summe von Signal und Störintensität unterhalb der Übersteuerungsgrenze gehalten werden.
Die Verwendung der mehrfachen automatischen Regeleinrichtung setzt die Störanfälligkeit herab, da die Regeleinrichtungen am vorhergehenden Verstärker so eingerichtet sein können, dass sie ebenso gut auf störende Signale als auf das erwünschte Signal ansprechen, während die erforderliche
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Selektivität, die zum Ausschluss des Störsignals erforderlich ist, in einer nachfolgenden geregelten
Verstärkerstufe erreicht werden kann.
Eine vorhergehende Verstärkerstufe kann dem Einfluss der störenden Signale unterworfen werden durch die Anwendung von Kreisen mit grosser Bandbreite oder, falls erwünscht, durch die
Verwendung der ,,vorwärts schreitenden" Verstärkungsregleung. Eine solche Verstärkungsregelung besteht darin, dass die Regelung von einem Punkt des Empfängers aus erfolgt, der vor der geregelten
Stufe liegt. Auch eine,, rückwärts schreitende"automatische Verstärkungsregelung wird durch störende Signale in einem benachbarten Wellenkanal betätigt, sofern die Abstimmkreise breit genug abgestimmt sind, um die störenden Signale durchzulassen. Eine solche ,,Rückwärtsregelung" wird von einer Stelle des Empfängers aus gesteuert, die hinter der geregelten Stufe liegt.
Die Mehrfachregelung ist besonders vorteilhaft bei Empfängern, die Einrichtungen zur
Erweiterung der Bandbreite aufweisen und die hier mit Selektionswähler" (expanding selector) bezeichnet werden. In einem Radioempfänger, der nach dem Überlagerungsverfahren arbeitet und mit einer Bandbreiteneinstellung versehen ist, werden die Abstimmkreise im allgemeinen so eingestellt, dass sie auch die Seitenbänder hindurchlassen, während die Abstimmittel für die Zwischenfrequenz im allgemeinen die Mittel zur Bandbreiteneinstellung aufweisen. Eine weitere Verbesserung der Verstärkungsregelung ergibt sich durch eine noch weiter getriebene Unterteilung der Regeleinrichtungen.
Erfindungsgemäss werden hiebei sogar die einzelnen Verstärkerstufen eines Verstärkers oder Empfängers getrennt geregelt. Als Gleichrichter eignet sich dann am besten eine Diode, deren Elektroden in der geregelten Röhre mitenthalten sein. können. Die Benutzung der Diodengleichrichtung zur automatischen Regelung kann durch Verwendung einer Kettenschaltung erleichtert werden, die in Serienschaltung eine Gleichspannungsquelle und mehrere Widerstände enthält. Die Spannungen für die Elektroden der Verstärkerstufe können von verschiedenen Stellen der Kettenschaltung abgenommen werden.
Die Verwendung mehrerer getrennter Regeleinrichtungen für die einzelnen Stufen kann in den verschiedensten Schaltungen verwirklicht werden ; wegen der beträchtlichen Zahl von Regeleinrichtungen dürfte es für die Güte der Regelung dann belanglos sein, ob vorwärts-oder rückwärts- regelnde Einrichtungen gewählt werden. Die Verwendung mehrerer Regeleinrichtungen beeinträchtigt die relative Trennschärfe der einzelnen Stufen im Hinblick auf die Wirksamkeit der Regelung nur unbedeutend.
Die Erfindung wird durch die nachfolgende Beschreibung und Zeichnungen besser verständlich sein ; von den letzteren zeigt die Fig. 1 schematisch einen Radioempfänger, der eine Vorwärtsregelung" und $eine ,,Rückwärtsregelung" entsprechend dieser erfindung aufweist. Fig. 2 zeigt einen Radioempfänger, der zwei rückwärts wirkende automatische Verstärkungsregler gemäss dieser Erfindung besitzt. Fig. 3 zeigt die Arbeitsweise einer zweifachen Rückwärtsregelung beim Fehlen eines unerwünschten Signals. Fig. 4 zeigt die Arbeitsweise einer zweifachen Rückwärtsregelung beim Einfallen eines unerwünschten Signals. Fig. 5 ist eine schematische Zeichnung eines Empfängers in Übereinstimmung mit dem allgemeinen in Fig. 2 enthaltenen Schema.
Fig. 6 zeigt eine Reihe von Verstärkerstufen in Kaskadenschaltung, wobei jede Stufe mit einer automatischen Vorwärtsregelung ausgestattet ist. Fig. 7 zeigt eine Reihe von Verstärkerstufen in Kaskadenschaltung, wobei jede Stufe mit einer automatischen Rückwärtsregelung ausgestattet ist. Fig. 8 enthält das vollkommene Schaltbild eines Superheterodyneempfängers, der entsprechend der in Fig. 7 dargestellten Schaltung entwickelt wurde.
Fig. 1 zeigt einen Empfänger für modulierte Trägerfrequenz, der folgende Kaskaden besitzt : eine Antenne 10 und eine Erde 11 zur Aufnahme der Signale ; einen Trägerfrequenzverstärker mit schmaler Bandbreite 12 und einem Empfangsgleichrichter mit Niederfrequenzverstärker bei 13. Der Sehmalbandverstärker 12 lässt nur die gewünschte Trägerfrequenz mit Seitenbändern hindurch, also nur den erwünschten Wellenkanal. Die einfallenden Signale werden von der Antenne über den Trägerfrequenzverstärker und den Gleichrichter in bekannter Weise zum Niederfrequenzverstärker geleitet.
Dieser Teil des Empfängers wird nicht näher erläutert, da die Fig. 1 den allgemeinen Aufbau enthält.
Ferner ist in dem Empfänger eine vorwärts wirkende und eine rückwärts wirkende automatische Verstärkungsregelung vorgesehen. Die Vorwärtsregelung weist die Leitungen 14 und 15 auf, die von einem Punkt A des Empfängers, der vor dem Trägerverstärker 12 liegt, zum Eingang des Trägerfrequenzverstärkers mit grosser Bandbreite 16 führen. Der Ausgang des Verstärkers 16 speist einen Gleichrichter 17, der als Regelgleichrichter (AVC-Gleichrichter) bezeichnet sei. Die gleichgerichtete Spannung, die am Gleichrichter entsprechend der hier zugeführten Spannung entsteht, wird über die Leitung 18, die die Regelvorspannung liefert, einem Steuerorgan 19 des Trägerfrequenzverstärkers 12 zugeführt.
Das Organ 19 kann die Steuerelektrode einer Verstärkerröhre sein ; falls erwünscht, können auch mehrere solche Steuerorgane benutzt werden.
Die Buchstaben . AFC"', die hier und im folgenden benutzt werden, sind die übliche Abkürzung für"Automatie Volume Control" (automatische Lautstärkeregelung oder automatische Verstärkungsregelung). Der letztere Ausdruck ist richtiger und wird daher hier benutzt werden, die Abkürzung "AVC"wird jedoch, da allgemein gebräuchlich, beibehalten.
Die Rückwärtsregelung besitzt die Leitungen 20 und 21, die von einem Punkte B des Empfängers, der hinter dem Punkt A und dem Verstärker 12 liegt, zum Eingang des AVC-Gleichrichters 22 führen.
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Die gleichgerichtete Spannung wird über die Leitung 23 einem Steuerorgan 24 des Trägerverstärkers 12 zugeleitet. Das Organ 24, ähnlich wie 19, kann aus dem Steuergitter einer Verstärkerröhre bestehen.
Das Organ 24 liegt hiebei, wie es dargestellt ist, im allgemeinen hinter dem Organ 19, aber es kann auch unter Umständen vor diesem liegen.
Die Pfeile, die in der Zeichnung enthalten sind, zeigen die Richtung der Signal-oder Steuerspannungen an.
In dem Falle der Vorwärtsregelung wird der Punkt . der Empfangssehaltung, von dem die Regelspannung abgezweigt wird, in dem Kaskadensystem vor der Elektrode 19 liegen, die hiedurch gesteuert wird ; im Falle der Rückwärtsregelung wird dagegen der Punkt B der Schaltung, dem die Regelspannung entnommen wird, hinter der Elektrode 24 liegen.
Die vorwärts wirkende Regeleinrichtung wird nicht nur auf die gewünschten Signale, sondern auch auf irgendwelche Störsignale ansprechen, die in einem benachbarten Wellenkanal liegen, also auf Frequenzen, die nur einen geringen Unterschied gegenüber der gewünschten Frequenz aufweisen.
Der Grund hiefür liegt in der Tatsache begründet, dass der Trägerverstärker 16 eine grosse Bandbreite besitzt, d. h. also, er ist breit abgestimmt, um benachbarte Störsignale ebenso gut wie die gewünschten Signale aufzunehmen. Daher werden die störenden Signale ebenso wie die gewünschten Signale dem Gleichrichter 17 zugeführt und treten an der Elektrode 19 als gleichgerichtete Regelspannung auf.
Die Rückwärtsregelung wird anderseits bis zu einem bestimmten Grade nur auf die gewünschten Signale ansprechen. Dies erklärt sich dadurch, dass der Punkt B, von dem die Rüekwärtsregelung ihre Arbeitsspannung abnimmt, hinter dem Verstärker 12 mit schmaler Bandbreite liegt, der nur die gewünschte Trägerwelle einschliesslich Seitenbändern hindurehlässt.
Durch diese Kombination, bei der die Vorwärtsregelung vor der Rüekwärtsregelung liegt, wird die Übersteuerung des Verstärkers 12 sowie die dadurch bedingte Quermodulation vermieden, da irgendein kräftiges Störsignal, welches den Verstärker übersteuern könnte, dem Regelgleichrichter 17 zugeleitet wird und das Steuergitter 19 so vorspannt, dass die Verstärkung unterhalb der Übersteuerungsgrenze bleibt. Die Vorwärtsregeleinrichtung kann allerdings mit einfachen Mitteln nicht zu einem vollkommenen Regelverfahren gemacht werden, aber jegliche erwünschte Verbesserung der automaischen Regelung kann durch das rückwärts wirkende Regelverfahren erreicht werden.
Auf diese Weise kann die Ausgangsspannung am Punkt B des Verstärkers 12 innerhalb sehr geringer Grenzen gehalten werden trotz grosser Unterschiede der Signalintensität am Punkt A ; gleichzeitig wird hiedurch die Übersteuerungsgefahr praktisch ausgeschlossen.
Fig. 2 zeigt eine zweifache rückwärts wirkende automatische Regeleinrichtung an einem Superheterodyneempfänger. Der Empfänger selbst ist in bekannter Weise dargestellt : die Antenne 10 und die Erde 11 ; ein abstimmbarer Hochfrequenzempfänger und Frequenzwandler 30 ; ein Zwischenfrequenzverstärker mit geringer Bandbreite 31 ; ein Gleichrichter und Niederfrequenzverstärker 32. Der Frequenzwandler 30 dient zur Herstellung der niedrigeren Zwischenfrequenz aus der Hochfrequenz.
Die erste rückwärts wirkende Regeleinrichtung weist die Leitungen 33 und 34 auf, die zwischen dem Punkt C des Empfängers und dem Eingang des Zwischenfrequenzverstärkers mit grosser Bandbreite 35 liegen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers 35 wird einem Regelgleichriehter 36 zugeleitet, der die Regelspannung erzeugt, die dem Steuerorgan 37 über die Leitung 38 zugeführt wild. Das Element 37 kann die Steuerelektrode des Hochfrequenzverstärkers, des Frequenzwandlers oder beides sein.
Die zweite rückwärts wirkende Regeleinrichtung besitzt Leitungen 39 und 40, die an einem Punkt D des Empfängers am Ausgang des Zwischenfrequenzverstärkers 31 angeschlossen sind ; ferner sind der Regelgleichrichter 41 für die Regelgleichspannung vorgesehen sowie eine Leitung 42, die die Regelspannung der Steuerelektrode 43 des Zwischenfrequenzverstärkers 31 zuführt.
Die zweite Rückwärtsregelung dieses Empfängers spricht nicht auf Störsignale an, u. zw. deshalb, weil, wie bereits bei Fig. 1 dargelegt wurde, der Verstärker 31, der vor dem Punkt D liegt und von dem die Regelspannung abgenommen wird, eine geringe Bandbreite besitzt, die nur die Signale des gewünschten Wellenkanals hindurchlässt. Die erste Rückwärtsregelung an diesem Empfänger wird jedoch durch Störsignale in Nachbarkanälen gesteuert, da beide abstimmbare Verstärker, nämlich der Hochfrequenzverstärker 30 und der Zwischenfrequenzverstärker 35 grosse Bandbreiten aufweisen.
Daher werden irgendwelche Störsignale in der Nachbarschaft des aufzunehmenden Signals die Regeleinrichtung 36 in Tätigkeit setzen und bei 37 eine Regelspannung hervorrufen Der Empfänger in Fig. 2 weist daher dieselben Vorteile auf, u. zw. bezüglich der Wirksamkeit der Regelung sowie Vermeidung von Übersteuerung und Quermodulation, wie der Empfänger in der Fig. 1.
Die Einzelheiten der Schaltung sind in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt, da der Zweck dieser Figuren darin liegt, die Grundzüge der Erfindung ohne Berücksichtigung von Einzelheiten zu erläutern.
Die Schaltungsmöglichkeiten für die verschiedenen Kreise, die durch Rechtecke dargestellt sind, sind hinreichend bekannt.
Fig. 3 zeigt die Arbeitsweise des Empfängers, der mit zweifacher Rückwärtsregelung wie in Fig. 2 ausgestattet ist, bei der Abstimmung auf ein gewünschtes Signal. Auf den Ordinaten sind die Signalspannungen unter einem Grenzwert von 1 Volt in decibel (db) aufgetragen. Auf den Abszissen ist der Verlauf des Signals in den einzelnen Verstärkern dargestellt, wobei der erste geregelte Ver-
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stärker 30, der "vorhergehende Verstärker" mit P und der zweite geregelte Verstärker 31, der"nachfolgende Verstärker" mit S bezeichnet ist. Die Übersteuerungsgrenze ist als Wellenlinie 0 dargestellt, die etwas oberhalb des Grenzwertes (Nullpegels) liegt, während der Geräuschpegel N etwa 120 db unter dem Grenzwert als Wellenlinie dargestellt ist.
Unter Zugrundelegung eines Grenzwertes von 1 Volt entsprechen 60 db und 120 db Eingangsspannungen von 1 mV bzw. 1 jj. V.
Die Zeichnung zeigt die Zunahme der Signalstärke beim Durchlaufen der Verstärker. Die ausgezogenen Linien a, b, c, d, f stellen die Zunahme der Verstärkung von Signalen dar, deren Eingangsspannungen 20,40, 60,80, 100,120 db unterhalb des Grenzwertes liegen. Die punktierte Linie g zeigt die Verstärkung eines Signals, das eine Anfangsspannung von 60 db besitzt, bei Verwendung einer einfachen rückwärts wirkenden automatischen Regelung an Stelle der doppelten Regelung. Die Kurve c zeigt die Zunahme der Verstärkung desselben 60 db-Signals bei Verwendung derselben Verstärker, die aber mit einer doppelten automatischen Regelung gemäss Fig. 2 ausgestattet sind.
Es ist ersichtlich, dass die doppelte Regelung den Zweck hat, den Signalpegel schneller über den Störpegel (bis auf den Punkt q) zu heben, wobei dieser Punkt unterhalb der Übersteuerungsgrenze bleibt. Dies bedeutet mit andern Worten ausgedrückt, dass die doppelte Regelung die Verstärkung der vorhergehenden Stufe über den Wert hebt, der im Falle einer einfachen Regelung erreicht werden könnte. Diese Tendenz, die Verstärkung der vorhergehenden Stufe zu vergrössern, bleibt so lange bestehen, bis die Signaleingangsspannung sehr schwach wird (120 db in dem Beispiel), so dass eine automatische Regelung nicht mehr erfolgt und die Verstärkung der beiden Stufen ihren Höchstwert erreicht.
Obwohl die höchste Signalspannung am Ausgang des nachfolgenden geregelten Verstärkers (Punkt r in Fig. 3) denselben Wert beibehält, ganz unabhängig davon, ob einfache oder doppelte Regelung benutzt wird, wird doch eine Verbesserung bezüglich des Verhältnisses der Signal-zur Störintensität bei Verwendung der doppelten Regelung erzielt. An jeder Verstärkerstufe wird eine bestimmte Störintensität auftreten, die den Störpegel der Apparatur bestimmt. Die Störungen jeder einzelnen Stufe werden in den nachfolgenden Verstärkerstufen verstärkt, u. zw. in demselben Masse wie das Signal. Daher wird bei beliebigem Verhältnis der Signal-zur Störintensität dieses von der vorhergehenden Stufe übernommen und tritt am Ausgang der folgenden Stufe in Erscheinung.
Hiedurch wird der Vorteil, das günstigste Verhältnis der Signal-zur Störintensität im vorhergehenden Verstärker zu erreichen, ersichtlich. In der Fig. 3 ist der Geräuschpegel unverstärkt wiedergegeben, aber es muss darauf hingewiesen werden, dass die Verstärkung der Störung tatsächlich in der obenbeschriebenen Weise erfolgt.
Fig. 4 zeigt mit denselben Koordinaten wie Fig. 3 die Arbeitsweise desselben Systems beim Auftreten starker unerwünschter Signale. Die Kurve h zeigt den Verlauf eines unerwünschten Signals aus einem Nachbarkanal, der ein Empfangsniveau von 0 db besitzt, etwas unterhalb der Übersteuerungsgrenze. Da der vorhergehende Verstärker (30 in Fig. 2) nur eine geringe Selektivität besitzt, so wird das unerwünschte Signal die Regelspannung bestimmen, die diesem vorhergehenden Verstärker zugeführt wird und verhindern, dass der Signalpegel die Übersteuerungsgrenze überschreitet. Daher wird das unerwünschte Signal h praktisch unverstärkt an den Ausgang des vorhergehenden Verstärkers gelangen (Punkt s in der Zeichnung).
Die Kurve i stellt das Signal dar, auf das der Empfänger abgestimmt ist ; es ist 40 db unterhalb des unerwünschten Signals dargestellt und zeigt den Empfang eines schwachen entfernten Signals trotz der Anwesenheit eines kräftigen Störsignals (mit h bezeichnet) in einem benachbarten Wellenkanal. Dieses erwünschte Signal kann in dem vorhergehenden Verstärker nicht mehr verstärkt werden als das unerwünschte Signal h ; daher bleibt es unverstärkt am Punkt t. Der nachfolgende Verstärker verstärkt das gewünschte Signal bis auf den Grenzwert bei u, aber vermindert den Pegel des unerwünschten Signals auf einen erheblich niedrigeren Pegel v (ungefähr 40 db), u. zw. wegen des Filtriervorganges im zweiten Verstärker mit geringer Bandbreite (31 in Fig. 2).
Die Kurven j und l zeigen die Arbeitsweise derselben Verstärker bezüglich derselben unerwünschten bzw. gewünschten Signale, falls eine einfache Rückwärtsregelung an Stelle der doppelten Regelung vorgesehen wäre. Die Kurve j, die das unerwünschte Signal darstellt, zeigt, dass in diesem Falle Übersteuerung mit Quermodulation eintreten würde ; und obwohl die Kurve I, die das gewünschte
Signal darstellt, zeigt, dass das Signal auf denselben äussersten Pegelstand u gebracht wird, so wird es trotzdem von Verzerrungen begleitet, die durch die von dem unerwünschten Signal herrührende Übersteuerung bedingt werden.
Die Quermodulation, die durch die Übersteuerung hervorgerufen wird, kann in der nachfolgenden Stufe nicht ausgefiltert werden, da diese Quermodulation innerhalb der Bandbreite des gewünschten Signals liegt.
Fig. 5 zeigt im Detail die Schaltung eines Superheterodyneempfängers, der gemäss Fig. 2, entwickelt wurde. Die punktierten Rechtecke stimmen im allgemeinen mit den Rechtecke der Fig. 2, die dieselbe Nummer tragen, überein. Der Empfänger enthält eine Antenne 10 sowie eine Erde 11, die über ein abstimmbares Kopplungsglied 50 mit einer Pentode 51 verbunden sind. Der Ausgang des Verstärkers 61 ist über ein zweites abstimmbares Kopplungsglied 52 mit dem Gitter 53 der Pentode 54 für die Modulation verbunden. Ferner ist ein lokaler Oszillator 55 vorgesehen, der aus einer Triode 56 und einem abstimmbaren Schwingkreis 95 besteht, der die lokalen Schwingungen des Oszillators über
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die Leitung 57 und den Widerstand 58 dem Schirmgitter 59 des Modulators zuführt.
Die variablen Abstimmkondensatoren 96,97, 98 der Abstimmkreise 50,52, 95 sind mechanisch miteinander verbunden und werden gemeinsam durch einen Knopf U in bekannter Weise bedient. Der Modulator arbeitet als Frequenzwandler, der die lokalen Schwingungen mit den Signalspannungen mischt und in dem Kreis der Anode 60 in üblicher Weise die Zwisehenfrequenz für den Superheterodyneempfänger herstellt.
Die Zwischenfrequenz, die den Zwischenfrequenzträger nebst den Seitenbändern enthält, wird in einem Zwischenfrequenzverstärker 31 verstärkt, der drei Pentoden 61, 62,63 aufweist, die in Kaskaden geschaltet und über die Kopplungsglieder 64, 65 und 66 für die Zwischenfrequenz gekoppelt sind. Die Kopplungsglieder 64 und 65 sind doppelt abgestimmt, die Primär-und Sekundärspulen sind, wie dargestellt, mit Hilfe eines Kondensators auf die Zwisehenfrequenz abgestimmt. Ein Empfangsdetektor 67, eine Diode, ist mit der Verstärkerröhre 63 über ein Kopplungsglied für die Zwischenfrequenz 68 gekoppelt. Der Ausgang des Detektors 67 wird einem Niederfrequenzverstärker, der schematisch durch das Rechteck 69 dargestellt ist, zugeführt.
Die erste automatische Verstärkungsregelung weist die Leitungen 33 und 34 auf, die an den Punkt C des Empfängers angeschlossen sind und die Zwisehenfrequenz über einen Kopplungskreis 70 dem Steuergitter 71 einer Zwischenfrequenz-Verstärkerrohre 72 zuführen. Der Ausgang des Verstärkers 72 wird über einen Kopplungskreis 73 einem Diodengleiehrichter 74 zugeleitet, der zwischen seiner Kathode 75 und seiner Anode 76 einen hohen Widerstand 77 aufweist, an welchem die Gleichspannung auftritt, die der diesem Gleichrichter zugeführten Zwischenfrequenzspannung entspricht.
Diese Gleichspannung wird als Vorspannung über die Leitung 38 und die Widerstände 78 und 79 den Steuergittern der Röhren 51 und 54 zugeführt. Die Vorspannung wird den Steuergittern im negativen Sinne zugeleitet, so dass die Zunahme der Empfangsintensität eine negativere Aufladung dieser Gitter zur Folge hat, wodurch die Verstärkung herabgesetzt wird.
Die abstimmbaren Hochfrequenzkreise 50 und 52 besitzen eine verhältnismässig grosse Bandbreite, so dass störende Signale von Nachbarwellen gemeinsam mit der gewünschten Empfangswelle aufgenommen werden. Die Zwischenfrequenzkreise 70 und 73 sind in bekannter Weise ausgeführt, ihre primären und sekundären Spulen sind je auf die Zwischenfrequenz mit Hilfe eines Kondensators abgestimmt ; diese Kreise sind so bemessen, dass sie eine grosse Bandbreite aufweisen und dass benach-
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überein.
Die zweite automatische Verstärkungsregelung arbeitet auf den folgenden Verstärker, der die Röhren 61, 62 und 63 enthält. Diese zweite Regeleinrichtung besitzt die Leitung 21, die den Punkt D am Steuergitter der Röhre 63 mit der Steuerelektrode 80 eines Zwischenfrequenzverstärkers 81 verbindet. Der Ausgang des Verstärkers 81 wird über einen beiderseits abgestimmten Kopplungskreis für die Zwischenfrequenz 82 dem Diodengleichrichter 83 zugeführt. Die Kathode 84 des Gleichrichters 83 ist mit der Anode 85 durch den hohen Widerstand 86 verbunden, an welchem die Gleichspannung entsteht, die der Signalspannung am Gleichrichter entspricht.
Diese Gleichspannung dient zur negativen Vorspannung und wird über den Widerstand 87 und die Leitung 88 dem Steuergitter 89 des Verstärkers 62 und ferner über den Widerstand 90 dem Steuergitter 91 des Verstärkers 61 zugeleitet.
Die Kopplungen 64,65, 66 und 82 für die Zwischenfrequenz besitzen jede eine schmale Bandbreite und lassen nur die zwischenfrequente Trägerwelle nebst Seitenbändern hindurch und filtrieren alle andern Signale einschliesslich der Nachbarsignale aus. Daher führt die zweite automatische Regeleinrichtung dem nachfolgenden Verstärker 31 eine Regelspannung zu, die lediglich von dem gewünschten Signal bestimmt wird. Es ist ersichtlich, dass diese zweite Regeleinrichtung für den nachfolgenden Verstärker im allgemeinen mit derjenigen in der Fig. 2 übereinstimmt.
Die Röhren 51 und 54 des Empfängers sind Exponentialröhren, d. h. ihr Anodenstrom nimmt allmählich ab, wenn die Vorspannung am Steuergitter negativer wird. Die Hochohmwiderstände 92 und 58 sind in Serie mit den Schirmgittern 92 und 59 geschaltet, die in den beiden Röhren 51 und 54 vorgesehen sind. Falls keine Signale bzw. sehr schwache Signale empfangen werden, so ist die Gitterspannung ebenfalls niedrig, während die Schirmgitterspannungen einen niedrigen positiven Wert aufweisen. In diesem Falle wird grösste Verstärkung bei geringsten Störungen erreicht, was beim Empfang schwacher Signale wünschenswert ist. Sobald ein Signal grösserer Intensität einfällt, wird diese erste automatische Regelung die negative Vorspannung erheblich erhöhen.
Der Entladungsstrom und damit der Schirmgitterstrom in den Widerständen 92 und 58 werden entsprechend vermindert ; hiedurch wird das positive Schirmgitterpotential erhöht. In diesem Falle besteht die geringste Übersteuerungsgefahr, die beim Empfang kräftiger erwünschter oder unerwünschter Signale erstrebenswert ist.
Die doppelte oder mehrfache automatische Regelung weist bei Geräten, die veränderliche Bandbreite besitzen, grosse Vorzüge auf. Der Ausdruck"Selektionswähler", wie er in dieser Beschreibung benutzt wird, bezieht sich auf einen Selektionskreis, der so eingestellt werden kann, dass er die gesamte
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Breite der Seitenbänder oder nur einen Teil hievon hindurchlässt. In der Schalteinrichtung gemäss Fig. 5 besitzt der Zwischenfrequenzverstärker derartige Kreise mit einstellbarer Bandbreite. Die beiderseits abgestimmten Selektionskreise 64 und 65 weisen jede einen einstellbaren Kopplungskoeffizienten k zwischen den Primär-und Sekundärspulen auf, dies ist durch die Pfeile an den Spulen dargestellt.
Die Bandbreite kann innerhalb beträchtlicher Grenzen variiert werden (von ungefähr drei Fünftel bis auf den dreifachen Optimalwert). (Der Optimalwert ist der Kopplungswert, bei dem die grösste Energiemenge von der Primärspule auf die Sekundärspule übertragen wird.) Bekanntlich besitzen derartige Kopplungsglieder eine Charakteristik, die zwei Maxima aufweist, sofern der Kopplungswert das Optimum überschreitet ; die beiden Maxima werden nach entgegengesetzten Seiten voneinander entfernt, wenn die Kopplung noch weiter zunimmt. Die Vergrösserung der Kopplung wird daher die Bandbreite ebenfalls vergrössern. Die Kopplungsglieder 66 und 68, die jedes nur einen Resonanzkreis aufweisen, sind auf die Zwischenfrequenz abgestimmt, u. zw. zwischen den beiden Maximalwerten der Systeme 64 und 65.
Die abgestimmten Primär-und Sekundärkreise der Kopplungseinrichtungen 64 und 65 besitzen einen Verlustfaktor (power factor), der hier mit p bezeichnet ist, während die abgestimmten Sekundärkreise der Kopplungsglieder 66 und 68 je einen Verlustfaktor von 2 p aufweisen. Die Kopplungskreise 66 und 68 mit den Verlustfaktoren der Grösse 2 p bewirken eine Glättung der beiden Spitzen sowie des Buckels zwischen diesen Spitzen, der sich vergrössern würde, wenn der Kopplungskoeffizient k der Kreise 64 und 65 über das Optimum hinaus vergrössert wird.
Ferner sind Einrichtungen vorgesehen zur Einstellung des Kopplungskoeffizienten & , die es gestatten, die Bandbreite, wie es gewünscht wird, einzustellen. Irgendeine Einrichtung kann hiefür, beispielsweise zur Bewegung der Spulen, Benutzung finden.
Die Fig. 6 zeigt einen Empfänger für modulierte Trägerwellen, der als Aufnahmeorgan die Antenne 10 und die Erde 11 aufweist. Die aufgenommenen Signale werden den in Kaskaden geschalteten Bandfilter-Trägerfrequenzverstärkerstufen zugeleitet, die durch die Rechtecke 12, 13 und 14 dargestellt sind. Der Ausgang der letzten Verstärkerstufe 14 wird einem Empfangsgleichrichter und Niederfrequenzverstärker zugeführt, der durch das Rechteck 15 bezeichnet ist. Die drei Verstärkerstufen 12, 13 und 14 sind mit getrennten Vorwärtsregeleinriehtungen 16, 17 und 18 versehen. Die erste Regeleinrichtung 16 besitzt die Leitungen 19 und 20, die den Punkt A, der vor der ersten Stufe 12 liegt, mit dem AVC-Gleichrichter verbinden, der durch das Rechteck 21 bezeichnet ist.
Die Gleichspannung, die in bekannter Weise entsprechend der Signalintensität am Punkte A hervorgerufen wird, wird über eine Leitung 22, die die,, Regelspannung" führt, dem Steuergitter 23 der Verstärkerstufe 12 zugeleitet. Die andern beiden gesonderten Regeleinrichtungen 17 und 18 sind an die Punkte B und C angeschlossen und führen zu den entsprechenden Verstärkerstufen 13 und 14 in der selben Weise, wie die Regeleinrichtung 16 der Verstärkerstufe 12 zugeordnet ist.
Fig. 7 zeigt schematisch denselben Empfänger wie Fig. 6, lediglich die gesonderten Regeleinrichtungen für die drei Stufen 12, 13 und 14 zeigen Abweichungen, da sie rückwärtsregelnd anstatt vorwärtsregelnd ausgebildet sind. Die erste Regeleimichtung 25, die der ersten Stufe 12 zugeordnet ist, besitzt die Leitungen 26 und 27, die zwischen dem Punkt D der Schaltung hinter dem Verstärker 12 und dem Eingang des Regelgleichrichters 21 geschaltet sind. Die Leitung 22 führt die Regelspannung dem Steuergitter 23 zu, wie in der Fig. 6.
Die folgenden beiden Stufen 13 und 14 sind mit automatischen Regeleinrichtungen 28 und 29 versehen, die an die Punkte E und F angeschlossen sind ; diese Regeleinrichtungen ähneln der bereits besprochenen Regelvorrichtung 25. Die Pfeile in den Zeichnungen zeigen den Verlauf der Signal-oder
Regelspannungen an. Die Vorteile dieser weitergehenden Unterteilung bestehen in einer Verfeinerung der Regelung und einer grösseren Abwandlungsfäbigkeit der Schaltung, die durch getrennte Regelung ermöglicht wird.
Fig. 8 zeigt das genaue Schaltbild eines Superheterodyneempfängers, der nach dem Schalt- schema in Fig. 7 entwickelt wurde. Jedes der punktiert gezeichneten Rechtecke-mit Ausnahme des ganz rechts befindlichen-stellt eine gesonderte Verstärkerstufe des Empfängers dar. Der Empfänger weist eine Antenne 10 und eine Erde 11 auf, die über eine abstimmbare Kopplung 30 mit der Hochfrequenz-Verstärkerröhre 31, die eine Pentode sein kann, verbunden sind. Der Ausgang der Verstärker- stufe 31 ist über eine weitere abstimmbare Kopplung 32 mit dem Gitter 33 der Mischpentode 34 verbunden. Der Selektionskreis 32 enthält einen abstimmbaren Primärkreis mit der Spule 35 und dem variablen Kondensator 36 sowie einen abstimmfähigen Sekundärkreis, der aus der Spule 37 und dem variablen Kondensator 38 besteht.
Der Primär-und Sekundärkreis sind über einen Zwischenkreis (link eireuit) miteinander gekoppelt. Der Zwischenkreis besitzt in Seriensehaltung die Spule 39 (die auf die Spule 35 gekoppelt ist), die Spule 40 (die mit der Spule 37 gekoppelt ist) und den Kondensator 41.
Ferner ist ein lokaler Oszillator 42 vorgesehen, der mit einer Triode 43 und einem Schwingkreis mit der Spule 44 und dem variablen Kondensator 45 ausgerüstet ist. Die Oszillatorsehwingungen werden dem Gitter der Modulatorröhre (Mischröhre) zugeführt, u. zw. über die Leitung 46, die von der Oszillatorspule 44 durch den unteren Abschnitt der Spule 37 bis zur Anzapfungsstelle 75 verläuft.
Der Oszillatorkreis ist mit dem Modulatoreingangskreis gekoppelt, u. zw. über die Kapazität 76 sowie
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über die magnetische Kopplung, die zwischen den beiden Spulenhälften der Spule 37 beiderseits der Anzapfung 75 besteht. Die Kopplung auf den Modulator ist so gewählt, dass gleichmässige Oszillatorspannungen dem Modulatorgitter auf dem ganzen Empfängerbereich aufgeprägt werden.
Die Abstimmkondensatoren 72,36, 38 und 45 werden gleichzeitig durch eine Einknopfbedienung U eingestellt. Die am Ausgang der Mischröhre entstehende Zwischenfrequenz wird durch zwei Zwischenfrequenz-Verstärkerstufen 47 und 48, die durch Kopplungsglieder für die Zwischenfrequenz 49 und 50 miteinander verbunden sind, verstärkt. Der Empfangsdetektor 51, eine Diode, ist mit dem Ausgang des Verstärkers 48 durch ein Kopplungsglied für Zwischenfrequenz 52 verbunden. Ein Niederfrequenzverstärker, der schematisch durch das Rechteck 53 angedeutet ist, ist mit dem Ausgang des Detektors gekoppelt.
Die Röhren 31, 34, 47 und 48 sind Pentoden, die aber-wie erwähnt-noch eine weitere Anode aufweisen, die zusammen mit der Kathode eine Diodenstrecke bilden und als Gleichrichter für die automatische Verstärkungsregelung dienen. Die HF-Verstärkerröhre 31 enthält die Diodenanode 54, die gemeinsam mit der Kathode 55 als Diodengleichrichter arbeitet. Die Signale werden von der Anode 56 der Pentode über einen Kopplungskondensator 57 der Diodenanode 54 zugeführt. Diese Diode ist mit einer Kette von Widerständen verbunden, von denen die Widerstände 58, 59, 60 mit den Gleichspannungsquellen 61 und 62 in Serie geschaltet sind. Jeder der Widerstände 58, 59, 60 ist grösser als der innere Widerstand der Pentode 31.
Die Kathode 55 und der Punkt der Schaltung zwischen den beiden Spannungsquellen 61 und 62 sind geerdet.
Der Strom fliesst durch diese Reihe von Widerständen in der angegebenen Pfeilrichtung infolge der Polarität der Spannungsquellen 6 und 62. Solange kein Signal empfangen wird, besitzt der Punkt 63 zwischen den Widerständen 58 und 59 und daher auch die Anode 54 Erdpotential. Dem Steuergitter 64 der Pentode 31 wird über die Leitung 65 und den Widerstand 66 zwischen dem Punkt 67 der Schaltung und der Sekundärspule der Kopplungseinrichtung 30 eine Vorspannung zugeführt.
Das Potential des Punktes 67 ist, sofern kein Signal empfangen wird, gegenüber der Kathode negativ, hiedurch wird die erforderliche Vorspannung geliefert.
Die Diode 54, 55 richtet die ihr zugeführten Signalspannungen linear gleich. Da die Diode parallel zum Anodenkreis der Pentode geschaltet ist, so ist eine solche lineare Gleichrichtung erforderlich, falls die Quermodulation des empfangenen Signals durch ein Störsignal vermieden werden soll. Infolge der Gleichrichtung wird das Potential des Punktes 67 mit zunehmender Signalintensität negativer, hiedurch wird das Gitter 64 ebenfalls negativer und dadurch die Verstärkung herabgesetzt. Die Ladung, die dem Anodenkreis der Pentode durch diese Diode zugeführt wird, wird, indem die Widerstände 58, 59, 60 sehr gross gewählt werden (Grössenordnung 1 Megohm), möglichst klein gehalten.
Der Kopplungskondensator 57 sollte zusammen mit dem Widerstand der zugehörigen Schaltungen eine Zeitkonstante besitzen, die kleiner ist als die Periode der höchsten Modulationsfrequenz ; und die automatische Verstärkungsregelung, bestehend aus dem Kondensator 68 und dem Widerstand 66, sollte eine Zeitkonstante aufweisen, die grösser ist als die Periode der niedrigsten Modulationsfrequenz.
Falls, infolge irgendwelcher Abweichungen der Schaltelemente, in den Dioden-oder Regelkreisen eine leichte Quermodulation in Erscheinung treten sollte, so lässt sich diese durch entsprechende Korrektion der Spannungen oder Widerstände bis auf Null kompensieren.
Die Anoden der Diodenstrecken, die den einzelnen Pentoden zugeordnet sind, sind mit 69,70, 71 bezeichnet. Die Schaltung für die automatische Verstärkungsregelung, die Kettensehaltung miteinbegriffen, der einzelnen aufeinanderfolgenden geregelten Stufen entspricht der bereits erläuterten Regeleinrichtung für die Röhre 31. Es wird darauf hingewiesen, dass durch Entkoppeln der abstimmbaren Kreise der Kopplungseinrichtung 32 der Einfluss der Oszillatorschaltung 44, 45 auf die Regeleinrichtung für die Röhre 31 vermieden werden kann.
Bezüglich der beiderseits abgestimmten Selektionskreise 49, 50 und 52 des Zwischenfrequenzverstärkers gelten für die Kopplungskoeffizienten und Verlustfaktoren die gleichen Überlegungen, wie sie für die entsprechenden Teile der Fig. 5 bereits erwähnt worden sind.
Zum Aufbau der Schaltungen können die üblichen Sehaltelemente wie Widerstände, Kondensatoren und Spannungsquellen verwendet werden. Die Benutzung derartiger Schaltelemente ist hinreichend bekannt und bedarf keiner Beschreibung. Es wird darauf hingewiesen, dass einige oder alle Spannungen für die Schaltung in üblicher Weise einem Netzanschlussgerät entnommen werden können.
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