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Schaltung zur Regelung der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingungskreises.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Frequenzregelung innerhalb einer Einrichtung zur Übertragung elektrischer Schwingungen mittels Resonanzkreise. Sie stellt eine Verbesserung der in dem Stammpatente Nr. 152401 geschützten Schaltung dar.
Um erklären zu können, worin die Verbesserung besteht, seien hier die wesentlichsten Punkte aus dem Inhalte des Stammpatentes wiederholt. Durch die Erfindung nach diesem Patente soll innerhalb einer Einrichtung zur Übertragung elektrischer Schwingungen die Abstimmung auf die Betriebsfrequenz innerhalb gewisser Grenzen selbsttätig aufrechterhalten werden, selbst wenn infolge zufälliger Veränderungen in der Übertragungseinrichtung für die Abstimmung die Tendenz nach Ver- änderung besteht oder wenn z. B. bei einem Empfänger die Betriebsfrequenz durch ausserhalb des Empfängers liegende Einflüsse gewissen Schwankungen unterworfen ist.
Im Stammpatente wird die Ausführung der Erfindung an einem Superheterodyne-Empfänger beschrieben, bei welchem die Frequenz der Oszillatorschwingungen selbsttätig so gesteuert wird, dass die entstehende Zwischenfrequenz im wesentlichen auf der normalen Arbeitsfrequenz des Zwischenfrequenzverstärkers konstant gehalten wird.
Beim praktischen Gebrauch von Superheterodyne-Empfängern wird die Abstimmung oft gestört, weil die durch den örtlichen Oszillator erzeugten Schwingungen sich in ihrer Frequenz verschieben. Diese Verschiebung ist besonders während der Anlaufperiode"des Empfängers feststellbar, in welcher die einzelnen Empfängerelemente auf ihre stetigen Arbeitstemperaturen aufgeheizt werden.
Ein zweiter Grund für die Abweichung des Zwischenfrequenzträgers von der normalen Arbeitsfrequenz liegt darin, dass der Empfänger überhaupt bei der Einstellung ungenau abgestimmt wurde, so dass der Oszillator von vornherein Schwingungen einer nicht ganz richtigen Frequenz erzeugt. Ausser- dem können auch ganz allgemein gewisse Schwankungen der Senderfrequenz eintreten.
Ausser einer automatischen Korrektur der Abstimmung in diesen Fällen soll nach der Erfindung des Stammpatentes für die Neigung zu unerwünschten Frequenzänderungen eine Anzeige des Sinnes
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Als automatisch abgestimmten Kreis wird ein Schwingungskreis verwendet, der vorzugsweise in bezug auf seine Anschlussklemmen elektrisch symmetrisch aufgebaut ist und wenigstens vier Impedanzelemente in zwei parallelen Zweigen enthält ; jeder Arm besteht aus zwei in Reihe geschalteten
Impedanzelementen, von denen im ganzen wenigstens zwei, d. h. eins in jedem Zweig, nicht ohmisch und von entgegengesetzter Art sind, wobei noch besondere zu einer Impedanz in jedem Zweig gehörige
Mittel vorgesehen sind, um eine gleichsinnige Einstellung der wirksamen Induktivitäts-bzw. Kapazitäts- werte bei den Elementen entgegengesetzter Art zum Zwecke der Steuerung der Resonanzfrequenz vorzunehmen.
Diese Steuerung kann automatisch bewirkt werden, indem eine Steuerspannung bzw. eine
Steuerfrequenz zwei Steuerorganen zugeleitet wird, welche in entgegengesetztem Sinne auf Abweichungen der Steuerspannung von ihrem Normalwerte ansprechen. Zwischen jedem Steuerorgan und dem zu- gehörigen Zweig des Abstimmkreises ist je ein Steuerkreis eingeschaltet, welcher die Einstellmittel für den zugehörigen Zweig enthält, durch welche die Kreisimpedanzen in Abhängigkeit von dem Steuer-
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organ verändert werden. Die Arbeitsbedingungen sind dabei so gewählt, dass die Werte der Kreisimpedanzen sich im gleichen Sinne ändern, wenn sieh die Frequenz der Steuerspannung ändert, und im entgegengesetzten Sinne, wenn sieh die Amplitude der Steuerspannung ändert.
Bei Anwendung der Erfindung des Stammpatentes auf einen Superheterodyne-Empfänger ist der gesteuerte Abstimmkreis der Schwingungskreis des Oszillators, wobei die Steuerung in Gegenwirkung zu Verschiebungen des Zwischenfrequenzträgers gegenüber der normalen Arbeitsfrequenz bewirkt wird. Eine solche Steuerung kann mittels zweier Hilfskreis bewirkt werden, die entsprechend oberhalb und unterhalb der normalen Zwischenfrequenz scharf abgestimmt sind. Die Amplitude der Hilfskreisschwingungen wird dazu benutzt, die Grösse der frequenzbestimmenden Elemente des Schwingungskreises einzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Hilfskreisschwingungen
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welche parallel zu den in Frage kommenden Impedanzelementen geschaltet sind.
An Hand von Fig. 1 sei die Ausführung eines Superheterodyne-Empfängers nach der Erfindung des Stammpatentes kurz besprochen.
Der dargestellte Superheterodyne-Empfänger enthält einen abstimmbaren Hochfrequenz- kanal 12 mit der Antenne 10 und Erde 11, der gegebenenfalls auch Verstärkungsmittel enthalten kann.
Auf den Hochfrequenzkanal12 folgen ein erster Frequenzwandler 13, ein erster Zwischenfrequenz kanal. M, ein zweiter Frequenzwandler 15, ein zweiter Zwischenfrequenzkanal16, ein Detektor und Regelspannungserzeuger 17, ein Niederfrequenzverstärker 18 und ein Lautsprecher 19. Der erste Frequenzwandler 13 ist abstimmbar und enthält einen Oszillator und ersten Modulator : der Oszillator wird zusammen mit der Abstimmung des Hochfrequenzkanals 12 mittels einer Einknopfbedienung abgestimmt, welche durch die gestrichelte Linie 22 angedeutet ist. Der zweite Frequenzwandler 15 ist nicht abstimmbar und enthält einen zweiten Modulator 23 sowie den nicht abstimmbaren Oszillator 24,
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frequenzkanal16 gespeist werden.
Die beiden abgestimmten Kreise 34 und 32 sind auf Frequenzen unterhalb und oberhalb der normalen Arbeitsfrequenz, in diesem Beispiel der mittleren Bandfrequenz des zweiten Zwischenfrequenzkanals scharf abgestimmt und mit den Diodengleichrichtern 33 und 34 verbunden. Die Belastungskreise der Gleichrichter 33 und 34 enthalten die parallel geschalteten Kon- densatoren und Widerstände 35, 37 und 36, 38, wobei die Gleichirehterkathoden geerdet sind.
Um die Frequenz des Oszillators 24 mittels der Selektionseinrichtung 26 zu steuern, ist das Frequenzsteuergerät 27 vorgesehen, das eine Röhre 63 enthält, die über den Bloekkondensator 65 parallel zur Induktivität L2 geschaltet ist, und eine Röhre 64, die über den Bloekkondensator 66 parallel
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zugehörigen Widerständen 37 und 38 verbunden und erhalten auf diese Weise Vorspannungen, die sich entsprechend dem Schwingungsstrom in den scharf abgestimmten Kreisen 34 und 32 ändern.
Zur Erklärung der Wirkungsweise der beschriebenen Schaltung zur Frequenzregelung soll zuerst vorausgesetzt werden, dass der Hochfrequenzkanal 42 genau auf die Frequenz des gewünschten Zeichens abgestimmt ist, dass der abstimmbare Oszillator des ersten Frequenzwandlers 13 richtig abgestimmt ist und Schwingungen von solcher Frequenz erzeugt, dass die Frequenz der ersten Zwischenfrequenzträgerwelle auf der mittleren Frequenz des ersten Zwischenfrequenzkanals 14 liegt und dass der nicht abstimmbare Oszillator 24 Schwingungen solcher Frequnez erzeugt, dass die Frequenz der zweiten Zwisehenfrequenzträgerwelle auf der mittleren Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzkanals 16 liegt.
Unter diesen Voraussetzungen ist die Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzträgers um so viel unterhalb der Resonanzfrequenz des scharf abgestimmten Kreises 32, wie sie oberhalb der Resonanzfrequenz des scharf abgestimmten Kreises 31 ist. Die Gegenwirkungen dieser abgestimmten Kreise sind auf diese Weise in der Grössenordnung gleich, so dass gleiche Spannungen an den Widerständen 37 und 38 auftreten und gleiche negative Vorspannungen an die Steuergitter der Röhren 63 und 64 gelangen.
Unter diesen Bedingungen sind die Widerstände der Nebenschlüsse zu L2 und C : gleich ; die reine induktive Reaktanz im Schwingungskreis 50, abhängig von der überbrückten Induktivität 4/, ist der reinen kapazitiven Reaktanz im Schwingungskreis, abhängig von dem überbrückten Konden- sator Cs,. gleich ; der Oszillator 24 wirkt in seiner normalen Frequenz, und die zweite Zwischentragerfrequenz liegt genau auf der mittleren Frequenz des Kanals 16.
Es sei nun vorausgesetzt, dass die Trägerfrequenz im zweiten Zwisehenfrequenzkanal 46 dazu neigt, sich von der Mitte zu verschieben. Z. B. kann die Oszillatorfrequenz des Frequenzwandlers zu unter ihren richtigen Wert verschoben werden. Die Frequenz des ersten Zwisehenfrequenztragers fällt dann unterhalb die mittlere Frequenz des Kanals 14 um den gleichen Betrag, vorausgesetzt, dass die Frequenz des abstimmbaren Oszillators oberhalb der Frequenz des empfangenen Zeichens liegt.
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Die Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzträgers neigt dann dazu, unterhalb die mittlere Frequenz des Kanals 16 zu fallen, vorausgesetzt, dass die Frequenz des nicht abstimmbaren Oszillators 24 unterhalb der Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzträgers liegt.
Wenn die Frequenz des zweiten Zwischenfrequenzträgers sich der Resonanzfrequenz des abgestimmten Kreises 31 nähert und sich von der Resonanzfrequenz des abgestimmten Kreises 32 entfernt, werden die Ströme der beiden Kreise unausgeglichen, und an den Widerständen 37 und 38 werden ungleiche Spannungen entwickelt. Die negativen Vorspannungen an den Steuergitter der Röhren 63 und 64 sind dann gleichfalls unausgeglichen, wobei angenommen sei, dass das Steuergitter der Röhre 63 die grössere negative Vorspannung erhält. Der Widerstand des Nebenschlusses zu L2 wird daher grösser und der Widerstand des Nebenschlusses zu O2 wird geringer.
Als Folge werden die wirksame Induktivität von L2 und die wirksame Kapazität von O2 erhöht, so dass der Oszillator 24 auf diese Weise in einer entsprechend herabgesetzten Frequenz schwingt. Durch geeignete Wahl der Kreiselemente kann diese Frequenzherabsetzung so bemessen werden, dass sie sich sehr nahe an die Frequenzabnahme des zweiten Zwischenfrequenzträgers annähert. Bei der geeigneten Dimensionierung der Kreiselemente, um eine möglichst gute Anpassung der Regelwirkung an die auszugleichende Abstimmungsstörung zu bewirken, knüpft nun die Verbesserung nach vorliegender Erfindung an den Gedanken des Stammpatentes Nr. 152401 an.
Gemäss dieser Verbesserung können die Kreise zur automatischen Frequenzregelung so eingerichtet werden, dass sie mehr oder weniger kritisch wirken. Im besonderen können drei verschiedene
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lich geringer sind als der Wert, der erforderlich ist, um den Anodenstrom der entsprechenden Röhre zu unterdrücken ; die veränderlichen Regelspannungen sind dabei von solcher Grösse und Polarität, dass die resultierende Gitterspannung den zur Unterdrückung des Anodenstromes ausreichenden Wert nicht erreicht. In diesem Falle ist die Wirkungsweise der Frequenzregelung kritisch und sie spricht auf alle Abweichungen der Regelspannung von ihrem Normalwert an.
In der Wirkungsklasse B wird eine negative Vorspannung benutzt, welche den Anodenstrom schon nahezu bis auf Null herabsetzt, und in der Wirkungsklasse C wird eine negative Vorspannung verwendet, welche wesentlich grösser ist als diejenige Gitterspannung, welche den Anodenstrom unterdrückt. Die Regelspannungen werden in diesen letzten beiden Beispielen in positivem Sinne an die Steuergitter der Regelröhren angelegt, um die resultierende Gittervorspannung auf Werte zu reduzieren, die geringer sind als der Absehneidewert. In der Wirkungsklasse B wird durch die Anfangsvorspannung erreicht, dass der Effekt einer kleinen Regelspannung viel geringer ist als in Klasse A. In der Wirkungsklasse C ist die Anfangsvorspannung so gross, dass die Regelspannungen überhaupt erst oberhalb eines vorherbestimmten Wertes zur Wirkung kommen.
Daher sind die Klassen B und C weniger empfindlich in ihrer Wirkungsweise als die Klasse A.
Die Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 1 gezeigt ist, entspricht der Wirkungsklasse A.
In Fig. 2 ist eine veränderte Ausführungsform der Regeleinrichtung der Erfindung dargestellt, wodurch entweder die Wirkung der Klasse B oder C erhalten werden kann. Abgesehen von den später besonders zu beschreibenden Unterschieden sind die Kreise der Fig. 2 mit den entsprechenden Kreisen der Fig. 1 identisch. Einander entsprechende Teile haben in den beiden Figuren die gleichen Bezugszeichen.
In Fig. 2 sind lediglich die Selektionseinrichtung ; ? 6 a und das Frequenzsteuergerät à dargestellt, welche der Einrichtung 26 und dem Apparat 27 der Fig. 1 entsprechen, die jedoch im wesentlichen in gleicher Weise wie die entsprechenden Kreise der Fig. 1 im Empfänger eingeschaltet werden sollen. Daher sollen die Leitungen vom zweiten Zwischenfrequenzkanal16 mit der Selektionseinrichtung durch die Verbindungen 92 und die Leitungen vom Schwingungskreis 50 mit dem Frequenzsteuergerät durch die Verbindungen 93 verbunden werden, die in beiden Figuren dargestellt sind.
In der verbesserten Ausführungsform gemäss der Erfindung ist eine Vorspannungsbatterie 94 in der Kathodenleitung der Röhren 63 und 64 vorgesehen und kann, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, zwischen Erde und dem Verbindungspunkt der Widerstände 79 und 80 eingeschaltet werden. Diese Batterie erzeugt eine feste Anfangsvorspannung von einem grösseren Wert als die kleine Anfangsvorspannung an den Widerständen 79 und 80 infolge des Entladungsstromes der Röhren 63 und 64. Die durch die Batterie 94 erzeugte Vorspannung kann so gross gemacht werden, dass die Anodenströme der Röhren 63 und 64 annähernd oder vollständig unterdrückt werden.
Es ist dann notwendig, dass die von der Selektionseinrichtung 26a kommenden Regelspannungen den Steuergitter der Röhren 63 und 64 im positiven Sinne zugeführt werden, damit die resultierende negative Vorspannung beim Anwachsen der Regelspannung verkleinert wird. Zu diesem Zweck sind zwei weitere Veränderungen in der Schaltung nach Fig. 2 gegenüber der Fig. 1 vorgesehen. Die Verbindungen zu den Gleichrichtern 33 und 34 sind nämlich vertauscht. Der Gleichrichter 33 beeinflusst bei dieser Ausführungsform die Röhre 64 und der Gleichrichter 34 die Röhre 63.
Die allgemeine Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist im wesentlichen die gleiche wie bei Fig. 1, jedoch kann an Stelle der Wirkungsweise nach Klasse A entweder die Wirkungsweise nach
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Klasse B oder die nach Klasse C erhalten werden, d. h. diese Ausführungsform hat den zusätzlichen Vorteil, dass weniger kritische Wirkungsbedingungen eingestellt werden können. Besonders wird die Frequenzregelung bei schwachem Empfang, wie z. B. bei Eingangsspannungen, welche zu schwach sind, um die automatische Verstärkungsregelung zu betätigen, nicht wirksam sein ; es wird weniger Neigung , zum Ansprechen auf kleine zufällige Frequenzveränderungen vorhanden sein und die Steuerkreise brauchen nicht so kritisch dimensioniert zu sein.
Wenn die Anfangsvorspannung an den Röhren 63 und 64 nahezu derjenigen gleich ist, die erforderlich ist, um den Anodenstrom zu unterdrücken, so ergibt sich die Wirkung der Klasse B ; wenn jedoch die Anfangsvorspannung wesentlich grösser ist als diejenige, durch welche der Anodenstrom unterdrückt wird, so erhält man die noch weniger kritische Wirkung der Klasse C.
Eine besondere Eigenschaft der oben beschriebenen Anordnungen ist die, dass die Frequenzregelung im wesentlichen durch Spannungsänderungen z. B. der Betriebsspannungsquelle für die Regelröhren 63 und 64 nicht beeinflusst wird. Dies wird dadurch erreicht, dass diese unerwünschten Spannungs- änderungen gleichsinnig an beiden Röhren auftreten und daher im wesentlichen gleiche und entgegengesetzte Wirkungen auf die Frequenz des Oszillators ausüben. Ein besonderer Vorteil dieser Eigenschaft des Kreises liegt in der Tatsache, dass er für Wechselstromkomponenten der Betriebsspannungen und gleichfalls gegenüber einer Niederfrequenzverkopplung durch die Gleiehstromkreise nicht empfindlich ist. Das erstere würde sich durch Summen im Empfängerausgang bemerkbar machen, wenn der Empfänger leicht verstimmt ist, so dass eine Summodulation des Trägers entsteht.
Das letztere würde als Knarrgeräusch bemerkbar werden, wenn der Empfänger nach irgendeiner Seite leicht verstimmt ist. Beide Effekte würden sehr stören, wenn sie nicht durch vorliegende Erfindung, wie oben beschieben, beseitigt wären.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Schaltung zur Regelung der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingungskreises, insbesondere zur Regelung einer in einem Überlagerungsempfänger erzeugten Oszillatorfrequenz nach dem Patent Nr. 152401, wobei der Schwingungskreis elektrische Nebenschlüsse zu mindestens je einem Teil seines induktiven und kapazitiven Zweiges enthält und die Widerstände dieser Nebenschlüsse in Abhängigkeit von einer zugeordneten Regelgrösse, vorzugsweise Regelspannung, verändert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtungen und ihre Ruheeinstellung so gewählt sind, dass Änderungen der Regelgrösse bzw. Regelgrössen erst bei Überschreitung eines Grenzwertes zur vollen Wirkung gelangen, darunter aber nur eine vergleichsweise geringe Wirkung haben.