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Schaltung zur Regelung der Resonanzfrequenz.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Frequenzregelung innerhalb einer Einrichtung zur Übertragung elektrischer Schwingungen mittels Resonanzkreisen und ist besonders anwendbar zur Regelung der Oszillatorfrequenz in Superheterodyneempfängern, um dadurch die Zwischenfrequenz im wesentlichen auf der normalen Arbeitsfrequenz des Zwisehenfrequenzverstärkers konstant zu halten.
Bei dem zur Zeit üblichen Rundfunkübertragungswesen wird jede Sendung auf einer Trägerfrequenz übertragen, die zwei sich um 5 kHz oder mehr nach jeder Seite erstreckende Modulationsseitenbänder hat. Die Trägerfrequenzen der einzelnen Rundfunksender sind dabei in gleichmässigem Abstand über den ganzen Rundfunkfrequenzbereieh verteilt ; der Abstand zweier benachbarter Trägerfrequenzen beträgt gewöhnlich 10 MIs.
In einem gebräuchlichen Superheterodyneempfänger ist eine sogenannte Transponierungsstufe bzw. ein Frequenzwandler vorhanden, der über einen gewissen Frequenzbereich abgestimmt werden kann und durch dessen Wirkung aus jeder empfangenen, modulierten Trägerwelle innerhalb des zugeordneten Frequenzbereiches eine zweite modulierte Trägerwelle abgeleitet wird, welche normalerweise eine vorherbestimmte Frequenz besitzt.
Mit dem Ausgang des Frequenzwandlers ist ein ZwischenfrequenzübertKgungskanaI von derartiger Selektivität gekoppelt, dass er diese vorher bestimmte Trägerfrequenz und ihre Modulationsseitenbänder durchlässt. Um eine möglichst grosse Selektivität bei guter Wiedergabetreue zu erhalten, sollte die Frequenz des durch den Frequenzwandler entwickelten Modulationsträgers im wesentlichen in der Mitte des Zwischenfrequenzkanals liegen, d. h. sie sollte immer gleich der erwähnten, vorher bestimmten Frequenz sein.
Wie jedoch allgemein bekannt ist, bewirkt jede Verstimmung des Frequenzwandlers, beispielsweise infolge ungenauer Einstellung durch den Benutzer, infolge spontaner Frequenz- änderungen des Oszillators oder infolge anderer Gründe, Abweichungen der Zwischenträgerfrequenz von ihrem normalen, vorher bestimmten Wert, d. h. also Abweichungen von der mittleren Frequenz des Zwischenfrequenzkanals, so dass die Selektivität und Wiedergabetreue beeinträchtigt werden.
Es sind bereits früher verschiedene Anordnungen angegeben worden, durch welche die Frequenz des durch den Frequenzwandler entwickelten Zwisehenfrequenzträgers geregelt wird, um dadurch die Abweichungen der Frequenz selbsttätig rückgängig zu machen. So ist es beispielsweise bekanntgeworden, mit Hilfe einer Rüekwärtsregelung, welche zwei verschieden abgestimmte Resonanzkreise enthält (Frequenzprüfer), die Abstimmung des Oszillators innerhalb gewisser Grenzen jeweils so zu ver- ändern, dass die erzeugte Zwischenfrequenz im wesentlichen konstant gehalten wurde. Die Regelgrösse wurde dabei aus der Verschiedenheit der Ströme in den beiden abgestimmten Kreisen abgeleitet.
Die bekannte Art der Regelung benutzte zur Veränderung der Oszillatorfrequenz eine Dreielektrodenröhre, die so geschaltet ist, dass sieh ihre Kapazität, die sie für den Oszillatorkreis darstellt, bei Änderung ihrer Gittervorspannung verändert. Durch Zuführung der Regelspannung an das Gitter dieser Röhre war es also möglich, die Oszillatorfrequenz in gewünsehter Weise zu beeinflussen. Da der Frequenzabstand der beiden abgestimmten Kreise des Frequenzprüfers 8 kHz betrug, so war bei einem üblichen Ausregelungsmass von 10 : 1 die bekannte Einrichtung innerhalb eines Frequenzbereiches von 10.8 = 80 kHz wirksam. Dies entspricht einem Nachfolgen der Regelwirkung über den Bereich von vier im Abstand von 10 kHz voneinander arbeitenden Rundfunksendern nach jeder Seite hin.
Die bekannte Einrichtung hatte demzufolge den Nachteil, dass es gar nicht ohne weiteres möglich war, von einem Sender auf den nächsten überzugehen, vielmehr musste zu diesem Zweck jedesmal
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eine Ausschaltung des Regelmechanismus vorgenommen werden. Der Zweck der Erfindung ist es nun, diese Umständlichkeit bei der Bedienung zu beseitigen, so dass durch den Abstimmknopf ohne weiteres ein Empfänger entsprechend der Erfindung auf die benachbarte Trägerfrequenz eingestellt werden kann.
Erfindungsgemäss wird die Regelung nur bis höchstens zur Grenze des Frequenzabstandes der einzelnen Trägerfrequenz wirksam gemacht und unwirksam oder vermindert oder vorzugsweise in der Wirkung umgekehrt für grössere Verstimmungsausmasse, damit der Oszillator sich sogleich automatisch auf den Empfang des nächsten benachbarten Senders einstellt. Die Zwischenträgerfrequenz soll durch die Regelung möglichst innerhalb geringer Abmessungen, z. B. + 1000 Hz, von der gewünschten Frequenz konstant gehalten werden. Ausserdem sollte die Regelwirkung eine gleichbleibende Empfindlichkeit und gleichen Regelbereich bei allen Abstimmfrequenzen haben und diese Regelwirkung sollte sowohl von der Empfangsamplitude, wenn diese für einen brauchbaren Empfang ausreicht, als auch von Ver- änderungen der Betriebsspannungen unabhängig sein.
Vorzugsweise findet die Erfindung in einem
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durch dessen Wirkung die Empfangsfrequenzen innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches in eine vorher bestimmte Zwischenfrequenz mit den zugehörigen Modulationsseitenbändern umgeformt werden.
Ausserdem ist zweckmässig ein zweiter Frequenzwandler vorgesehen, der aus der ersten Zwischenfrequenz eine zweite modulierte Zwischenfrequenz ableitet.
Die beiden Zwischenfrequenzen sind bezüglich ihrer Abweichungen von den vorher bestimmten Sollfrequenzen von der Verstimmung des ersten Frequenzwandlers abhängig. Mit dem Ausgang des zweiten Frequenzwandlers ist vorzugsweise ein selektiver Zwischenfrequenzverstärker, der auf die zweite Zwischenfrequenz abgestimmt ist, gekoppelt. Die Einrichtung zur Frequenzregelung ist mit diesem Verstärker verbunden und bewirkt eine Regelung der vom zweiten Frequenzwandler abgeleiteten Zwischenfrequenz.
Die Regeleinrichtung enthält Selektionsmittel, welche auf zwei Frequenzen dicht oberhalb und unterhalb der zweiten Zwischenfrequenz ansprechen und zu einer derartigen Regelung der zweiten Oszillatorfrequenz dienen, dass die Abweichungen der zweiten Zwisehenfrequenz von ihrem normalen Wert in einer bestimmten Abhängigkeit von den entsprechenden Abweichungen der ersten Zwischenfrequenz oder von Fehleinstellungen der Abstimmung vermindert werden. Die Grösse der zweiten Zwischenfrequenz, das Mass der Regelwirkung und die Resonanzfrequenzen der erwähnten beiden Selektionsmittel können zusammen so bemessen sein, dass Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz von ihrem Sollwert über einen bestimmten Betrag hinaus zu einer Verminderung oder Umkehrung des Regeleffektes führen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Regeleinrichtung als Mittel zur Einstellung des zweiten Frequenzwandlers eine Röhre und ausserdem Mittel zur Steuerung dieser Röhre entsprechend den Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz von ihrem Sollwert. Die Schaltung soll dabei so bemessen sein, dass die Regelröhre nicht übersteuert wird, damit die Frequenzregelung innerhalb der gewünschten Grenzen für alle Abweichungen gleich wirksam ist.
Die Kopplung vom zweiten Zwischenfrequenzverstärker zur Regeleinrichtung enthält vorzugsweise eine Anordnung zur Amplitudenbegrenzung, die bei allen normalen Arbeitsbedingungen des Empfängers ein Konstanthalten der zur Regelspannungserzeugung dienenden Amplitude bewirkt,
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der zweiten Zwischenfrequenz ist.
In Fig. 1 ist die Schaltung eines Superheterodyneempfängers dargestellt, der eine Regelein-
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auch die Regelspannung zur automatischen Verstärkungsregelung erzeugt, ein Niederfrequenzverstärker 16 und ein Lautsprecher 17.
Der erste Frequenzwandler 11 enthält einen abstimmbaren Oszillator und einen Modulator.
Der Oszillator wird im allgemeinen gleichzeitig mit der Abstimmung der Selektionskreise des Hochfrequenzverstärkers 10 durch eine Einknopfbedienung abgestimmt. Der zweite Frequenzwandler 13 ist im gewöhnlichen Sinne nicht abstimmbar, jedoch kann seine Frequenz innerhalb enger Grenzen durch
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Die von der Antenne aufgenommenen modulierten Empfangsschwingungen werden im Hochfrequenzverstärker 10 selektiv verstärkt und durch den ersten Frequenzwandler 11 in eine modulierte Zwischenträgerfrequenz umgewandelt. Diese erste Zwischenfrequenz wird im ersten Zwisehenfrequenzverstärker 12 selektiv verstärkt und dann durch den zweiten Frequenzwandler 13 in eine zweite Zwischenträgerfrequenz umgewandelt, welche im zweiten Zwischenfrequenzverstärker. 14 weiter verstärkt wird.
Durch den Demodulator 15 werden dann die Modulationsfrequenzen wieder hervorgebracht, welche im Niederfrequenzverstärker 16 verstärkt und durch den Lautsprecher 17 wiedergegeben werden.
Den einzelnen Stufen des Empfängers werden in bekannter Weise Regelspannungen zugeführt, um die Ausgangsamplitude des Verstärkers 14 im wesentlichen konstant zu halten.
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Was nun den Teil der Fig. 1 betrifft, welcher die Regelschaltung nach der Erfindung darstellt, so enthält der Frequenzwandler 13 eine Pentagrid-Oszillator-Modulatorröhre 18, deren Eingangs- steuergitter-Kathodenkreis mit dem Ausgangskreis des ersten Zwischenfrequenzverstärkers 12 verbunden ist ; ein Vorspannungswiderstand 19 und ein Nebensehlusskondensator 20 liegen im Kathodenkreis. Ein Schwingungskreis mit der Induktivität 21 und dem Kondensator 22 ist zwischen dem Oszillatorsteuergitter und der Kathode über die Kopplungskondensatoren 23 und 24 eingeschaltet. Zwischen dem Oszillatorsteuergitter und der Kathode der Röhre ist ein Ableitungswiderstand 26 vorgesehen.
Zwischen dem zweiten Gitter der Röhre 18, welches als Oszillatoranode dient, und der Kathode ist über einen Kopplungskondensator 28 und den erwähnten Kondensator 24 eine Rückkopplungsspule 27 eingeschaltet und mit der Induktivität 21 des Schwingungskreises gekoppelt. Der Anodenkreis der Röhre 18 ist mit dem Eingangskreis des zweiten Zwischenfrequenzverstärkers 14 verbunden.
Gemäss der Erfindung können verschiedene Anordnungen zur Einstellung der Frequenz des Schwingungskreises des zweiten Frequenzwandlers verwendet werden ; in der dargestellten Ausführungform ist zu diesem Zwecke eine Regelröhre 31 vorgesehen. Der Eingangskreis dieser Röhre enthält den Widerstand 25 des Schwingungskreises, den Kopplungskondensator 32 und den Kondensator ; t4.
Der Anodenkreis der Röhre 31 wird durch den ganzen Schwingungskreis gebildet. Die Anodenspannung wird der Regelröhre von der Anschlussklemme + B über die Widerstände 34 und 25 und die Induktivität 21 zugeführt. Für das Schirmgitter der Röhre wird die Betriebsspannung an der mit + Se bezeichneten Klemme zugeführt. Das Fanggitter ist mit der Kathode verbunden, welche durch eine Batterie 34a eine geeignete Vorspannung erhält.
Zur Erzeugung der Steuerspannung für die Röhre 37 dient eine für die Erfindung charakteristische Schaltung, welche mit dem Ausgang des Verstärkers 14 gekoppelt ist. Diese Schaltung enthält zwei Resonanzkreise, von denen der eine mit der Induktivität 35 und dem Kondensator 36 auf eine Frequenz dicht unterhalb der zweiten Zwischenfrequenz und der andere mit der Induktivität 37 und dem Kondensator 88 auf eine Frequenz dicht oberhalb der zweiten Zwischenfrequenz abgestimmt ist. Die beiden Resonanzkreise sind jeder für sich mit einem zugeordneten Gleichrichter verbunden ; beide Gleichrichter sind in einer Doppeldiodenrohre 39 enthalten und mit den Belastungswiderstäsden 40 versehen, zu denen die Kondensatoren 41 parallelgeschaltet sind.
Die Belastungswiderstände sind so hintereinandergeschaltet, dass ihre gleichgerichteten Spangen einander entgegenwirken. Ein Ende der Reihenschaltung ist geerdet und das andere mit dem Steuergitter der Röhre 31 über die Widerstände 42 und 33 verbunden. Der Widerstand 42 und der Kondensator 43 dienen dazu, die Modulationskomponenten der gleichgerichteten Spannungen herauszufiltern und eine geeignete Zeitkonstante für den Regelkreis zu erzeugen.
Zur Kopplung der Resonanzkreise 35, 36 und 37, 38 mit dem Ausgang des Verstärkers 14 ist eine Verstärkerröllre 44 vorgesehen, deren Gitter-Kathodenkreis mit dem Ausgangskreis des Verstärkers 14 über einen Kopplungskondensator 45 verbunden ist. Ein Ableitungswiderstand 45a ist zwischen dem Steuergitter und der Kathode der Röhre 44 eingeschaltet ; im Anodenkreis der Röhre liegt eine hohe Impedanz, die durch einen Sperrkreis mit der Induktivität 46 und dem Kondensator 47 gebildet wird, der auf die zweite Zwisehenfrequenz abgestimmt ist. Dem Schirmgitter und der Anode dieser Röhre werden die Betriebsspannungen an den Klemmen + Se und + B zugeführt.
Zur Kopplung des Ausgangskreises 46,47 mit den Resonanzkreisen 35,36 und 37, 38 ist ein Zwischenkreis vorgesehen, der in Reihenschaltung eine grosse Induktivität 50, die verhältnismässig eng mit der Spule 46 gekoppelt ist, und zwei kleine Induktivitäten 51 und 52 enthält, die gleichfalls eng mit den zugehörigen Spulen 35 und 37 gekoppelt sind ; die Verbindungsstelle der Spulen 51 und 52 ist geerdet. Die abgestimmten Kreise 35, 36 und 37, 38 und ihre zugehörigen Kopplungsspulen sind, wie angedeutet, einzeln abgeschirmt.
Beim Betrieb wird eine Spannung der zweiten Zwischenfrequenz dem Eingangskreis der Röhre 44 zugeleitet. Da das Gitter dieser Röhre über den Ableitungswiderstand 45a direkt mit der Kathode verbunden und sonst gleichstrommässig durch den Kondensator 45 abgeriegelt ist, wird eine negative Gittervorspannung entwickelt, welche mit zunehmender Eingangsamplitude ansteigt. Daher ist die Arbeitssteilheit der Röhre 44 und ihre Verstärkung am grössten für schwache Eingangsspannungen und nimmt ab, wenn die Empfangsstärke zunimmt.
Da der im Anodenkreis der Röhre 44 liegende Resonanzkreis 46, 47 mit einem relativ hohen L/C-Verhältnis ausgebildet und auf die zweite Zwischenfrequenz abgestimmt ist, besitzt er eine sehr hohe Impedanz für diese Frequenz, so dass infolge dieser
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über den Zwischenkreis 50, 51, 52 den beiden Kreisen 35,36 und 37, 38 zugeführt.
Für die gewünschte Frequenzregelung ist es notwendig, dass die Resonanzkreise 35, 36 und 37, 38 auf Frequenzen abgestimmt sind, welche sich höchstens um 3 & Hz voneinander unterscheiden. Vorzugsweise sind diese Kreise auf Frequenzen abgestimmt, welche um 700 Hz oberhalb und unterhalb der zweiten Zwischenfrequenz liegen.
Bei so eng aufeinander abgestimmten Kreisen 35, 36 und 37, 38 müssen Kopplungen zwischen diesen Kreisen besonders sorgfältig vermieden werden ; daher sind, abge-
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sehen von der erwähnten Abschirmung, die Schaltungselemente so bemessen, dass sie die beiden Kreise im wesentlichen elektrisch voneinander unabhängig halten ; zu diesem Zweck ist die Induktivität der Spule SO im Vergleich zu den Induktivitäten der Spulen 51 und 52 sehr gross gewählt ; so kann die Induktivität der Spule 50 etwa 2500mal so gross sein wie die der Spulen 51 und 52.
Bei dieser Anordnung wird natürlieh eine geringe Wirksamkeit der Spannungsübertragung in Kauf genommen, was jedoch wegen der Notwendigkeit einer Abwärtstransformation der Spannung vom Ausgang der Röhre 44 zu den Eingangskreisen der doppelten Diodenröhre 39 nicht ins Gewicht fällt.
Die gleichgeriehteten Spannungen an den Widerständen 40 sind entgegengesetzt gepolt, so dass ihre Differenz entsprechend den Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz in bezug auf die Resonanzfrequenz der Kreise 35, 36 und 37"38 positiv oder negativ sein kann ; diese Spannungsdifferenz wird dem Steuergitter der Röhre 31 zugeführt.
Da die Eingangsspannung der Röhre-M an dem Widerstand 25 abgenommen wird, welcher im Induktivitätszweig des Schwingungskreises der Röhre 18 liegt, eilt die Eingangsspannung der Röhre 31 der Spannung am Sehwingungskreis 11m annähernd 900 nach. Daher eilt der Ausgangsstrom dieser Röhre, welcher dem Schwingungskreis 21, 22 zugeführt wird, der Spannung am Sehwingungskreis gleichfalls um 900 nach und die Röhre 31 wirkt wie eine Induktivität mit kleinem Verlustfaktor.
Die Vorspannung, welche dem Gitter der Röhre 31 von den erwähnten Widerständen 40 her zugeführt wird, verändert sich in Übereinstimmung mit den Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz von ihrem Sollwert und steuert daher die Kennliniensteiheit der Röhre 31 und damit die Amplitude des nacheilenden Stromes, der dem Sehwingungskreis von dieser Röhre zugeführt wird.
Auf diese Weise werden die scheinbare Induktivität und die Resonanzfrequenz des Schwingungskreises in Übereinstimmung mit den Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz von ihrem Normalwert verändert. Da die zweite Zwisehenfrequenz, welche von dem Frequenzwandler 13 erzeugt wird, gleich der Summe oder Differenz der ersten Zwisehenfrequenz und der zugehörigen Oszillatorfrequenz ist, wirkt die Regelung dieser Oszillatorfrequenz so, dass Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz von ihrem Sollwert in einem von der Bemessung der Schaltelemente abhängigen Masse vermindert. werden.
Die Bemessung kann beispielsweise so gewählt sein, dass sich ein Ausregelungsmass,, von etwa 10 : 1 ergibt, d. h. Verstimmungen des ersten Frequenzwandlers, welche Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz von gleichem Ausmass ergeben würden, werden bis auf etwa ein Zehntel dieses Betrages ver- mindert.
Damit die Regeleinrichtung den Empfänger nur so lange auf den Empfang eines gewünschten Senders genau einstellt, als die Verstimmung noch nicht gleich dem Frequenzabstand benachbarter Sendersehwingungen ist, muss die Regelwirkung nur für Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz innerhalb bestimmter Grenzen, z. B. + 700 Hz, wirksam sein ; sie muss aber unwirksam bzw. vermindert oder vorzugsweise umgekehrt wirksam sein für Abweichungen, die über diese Grenzen hinausgehen.
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frequenzen dicht oberhalb und unterhalb der zweiten Zwischenfrequenz erfüllt ; die Kreise können, wie bereits erwähnt, auf Frequenzen 700 Hz unterhalb und oberhalb der zweiten Zwischenfrequenz abgestimmt sein.
In Fig. 2 sind Abweichungen der zweiten Zwisehenfrequenz von ihrem Sollwert in Kilohertz als Abszissen aufgetragen, während die Ordinaten Regelvorspannung in Volt darstellen, die von der Regeleinrichtung erzeugt und der Röhre ^)/zugeführt werden. Die Kurve 53 stellt also die Frequenzeharakteristik der Regeleinrichtung dar. Man erkennt, dass diese Kurve einen verhältnismässig steilen Teil für solche Frequenzen besitzt, die dem Normalwert der Zwisehenfrequenz benachbart sind, und dass die Extremwert der Kurve bei Frequenzen entsprechend den Resonanzfrequenzen der Selektionskreise liegen ; die Teile der Kurve jenseits der Maxima wenden sich in Richtung der Nullachse zurück, d. h. sie stellen eine Umkehrung der Regelwirkung dar.
Wenn also durch eine Verstimmung des ersten Frequenzwandlers eine Abweichung der zweiten Zwischenfrequenz nach der einen oder andern Seite , entsteht, wird diese Abweichung so lange durch die Regelwirkung vermindert, wie sie innerhalb der durch die Extremwerte der Kurven dargestellten Grenzen bleibt. Wird die Verstimmung jedoch grösser, z. B. grösser als + 700 Hz, so dass die Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz über die erwähnten Grenzen hinausgehen, so kehrt sich die Regelwirkung um und die Erregung der beiden Selektionskreise nimmt weiter ab. Dadurch ergibt sich natürlich eine Herabminderung der Regelwirkung, so dass nun noch grössere Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz entstehen, so dass wiederum die Selektionkreise noch weniger erregt werden.
Infolgedessen entsteht eine Einsehnappwirkung bei Abweichungen über die vorher bestimmten Grenzen hinaus. Die Regeleinrichtung veranlasst daher über die Grenzen hinaus eine Wiedereinstellung der Frequenz des Schwingungskreises auf seinen normalen Wert.
Da der geforderte geringe Abstand der Resonanzfrequenz der beiden Selektionskreise am leichtesten bei einer relativ niedrigen Arbeitsfrequenz erhalten werden kann, ist die zweite Zwischenfrequenz verhältnismässig niedrig zu wählen, beispielsweise 100 kHz. In diesem Falle ist der Abstand von 1'5 kHz zwischen den Resonanzfrequenzen gleich 1'5% der Trägerfrequenz, während bei Verwendung eines Trägers von 450 kHz die gleiche Frequenzdifferenz weniger als 0'5% der Trägerfrequenz sein würde.
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Wie bereits erwähnt wurde, werden durch die Veränderungen der Kennliniensteilheit der Röhre 31 Verschiebungen der Resonanzfrequenz des Oszillatorkreises bewirkt. In Fig. 3 zeigt die Kurve 54 die Wirkungsweise der Röhre 31 bei der Regelung in Abhängigkeit von Veränderungen ihrer Gittervorspannung in Volt, welche als Abszisse aufgetragen ist, während die Ordinaten die sich ergebenden Ver- änderungen der Resonanzfrequenz in Kilohertz darstellen. Man erkennt, dass innerhalb der Grenzen von etwa + 4 Volt die Kurve im wesentlichen gradlinig ist. Die Regelschaltung ist daher so bemessen, dass die maximale durch die Diodengleichrichterkreise erzeugte Vorspannung entsprechend den maximalen Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz von ihrem Sollwert 4 Volt nicht überschreiten kann.
Die mit der Regeleinrichtung erreichte Wirkung ist in Fig. 4 gezeigt, worin Abstimmungsfehler des ersten Frequenzwandlers in Kilohertz als Abszissen und die sich ergebenden Frequenzabweichungen der zweiten Zwischenfrequenz in Kilohertz als Ordinaten aufgetragen sind. Die Kurve $5 zeigt die Abweichungen der zweiten Zwischenfrequenz, wenn keine Frequenzregelung verwendet wird. Kurve 56 zeigt das Ergebnis, wenn die Frequenzregelung nach der Erfindung angewandt wird. Man sieht, dass
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Infolge der Wirkung der Röhre 44 ist die Regelung für alle brauchbaren Empfangsstärken im wesentlichen gleich, d. h. für alle Empfangsstärken, welche zur Erzeugung der Normalausgangsleistung des Empfängers ausreichen ; für schwächere Zeichen nimmt die Wirksamkeit ab. Infolge der doppelten Superheterodyneschaltung mit einer festen zweiten Oszillatorfrequenz, welche der Frequenzregelung unterworfen wird, ist die Regelwirkung unabhängig von der Empfangsfrequenz, auf welche der Empfänger abgestimmt ist.
Es ist ohne weiteres klar, dass viele Veränderungen an der beschriebenen Schaltung vorgenommen werden können, ohne dass man sich vom Geiste der Erfindung entfernen muss.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaltung zur Frequenz-bzw. Abstimmungsregelung in einer Anordnung zur selektiven Übertragung einer von mehreren in ungefähr gleichem Frequenzabstand voneinander angeordneten Signalträgerfrequenzen, insbesondere bei Superhetrodyneempfängern, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Frequenzunterscheidung bestimmte Teil der Schaltung (Frequenzprüfer), über welchen die Regelgrösse vom Hauptübertragungskanal abgeleitet wird, derart bemessen ist, dass bei einem bestimmten Grenzwert der primären, d. h. ohne den Einfluss der Regelung vorhandenen Frequenzabweichung bzw. Verstimmung, welcher Grenzwert nicht grösser als der Frequenzabstand der einzelnen Signalträgerfrequenzen voneinander sein soll, die Regelwirkung vermindert oder in ihrer Richtung umgekehrt wird.
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Circuit for regulating the resonance frequency.
The invention relates to a circuit for frequency control within a device for transmitting electrical oscillations by means of resonance circuits and is particularly applicable to the control of the oscillator frequency in superheterodyne receivers in order to thereby keep the intermediate frequency essentially constant at the normal operating frequency of the dual frequency amplifier.
In current broadcast broadcasting, each broadcast is transmitted on a carrier frequency that has two modulation sidebands extending by 5 kHz or more to each side. The carrier frequencies of the individual radio transmitters are evenly spaced across the entire radio frequency range; the distance between two neighboring carrier frequencies is usually 10 MIs.
In a conventional superheterodyne receiver there is a so-called transposition stage or a frequency converter, which can be tuned over a certain frequency range and through whose action a second modulated carrier wave is derived from each received, modulated carrier wave within the assigned frequency range, which normally has a predetermined frequency.
An intermediate frequency transmission channel of such selectivity is coupled to the output of the frequency converter that it allows this previously determined carrier frequency and its modulation sidebands to pass. In order to obtain the greatest possible selectivity with good fidelity of reproduction, the frequency of the modulation carrier developed by the frequency converter should lie essentially in the middle of the intermediate frequency channel, i. H. it should always be the same as the previously mentioned frequency.
As is generally known, however, any detuning of the frequency converter, for example as a result of inaccurate setting by the user, as a result of spontaneous frequency changes of the oscillator or as a result of other reasons, causes deviations of the subcarrier frequency from its normal, previously determined value, i.e. H. i.e. deviations from the mean frequency of the intermediate frequency channel, so that the selectivity and fidelity are impaired.
Various arrangements have already been specified earlier by means of which the frequency of the dual frequency carrier developed by the frequency converter is regulated in order to thereby automatically reverse the deviations in the frequency. For example, it has become known to use a reverse control which contains two differently tuned resonance circuits (frequency tester) to change the tuning of the oscillator within certain limits so that the intermediate frequency generated was kept essentially constant. The controlled variable was derived from the difference in the currents in the two coordinated circuits.
The known type of control used a three-electrode tube to change the oscillator frequency, which is connected in such a way that its capacitance, which it represents for the oscillator circuit, changes when its grid bias voltage changes. By supplying the control voltage to the grid of this tube, it was possible to influence the oscillator frequency in the desired way. Since the frequency spacing of the two coordinated circuits of the frequency tester was 8 kHz, the known device was effective within a frequency range of 10.8 = 80 kHz with a normal adjustment factor of 10: 1. This corresponds to a follow-up of the control effect over the range of four radio transmitters operating at a distance of 10 kHz to each side.
The known device consequently had the disadvantage that it was not possible to go from one transmitter to the next without further ado, but had to do this every time
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the control mechanism can be switched off. The purpose of the invention is now to eliminate this inconvenience in operation, so that a receiver according to the invention can easily be set to the adjacent carrier frequency by means of the tuning button.
According to the invention, the regulation is only made effective up to the limit of the frequency spacing of the individual carrier frequency and is ineffective or reduced or, preferably, the reverse is true for greater amounts of detuning, so that the oscillator immediately adjusts itself to the reception of the next neighboring transmitter. The subcarrier frequency should be as small as possible by the control, z. B. + 1000 Hz, be kept constant by the desired frequency. In addition, the control effect should have constant sensitivity and the same control range at all tuning frequencies, and this control effect should be independent of both the reception amplitude, if this is sufficient for usable reception, and changes in the operating voltages.
Preferably the invention takes place in one
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its effect transforms the reception frequencies within a specific frequency range into a previously determined intermediate frequency with the associated modulation sidebands.
In addition, a second frequency converter is expediently provided which derives a second modulated intermediate frequency from the first intermediate frequency.
The two intermediate frequencies are dependent on the detuning of the first frequency converter with regard to their deviations from the previously determined setpoint frequencies. A selective intermediate frequency amplifier which is tuned to the second intermediate frequency is preferably coupled to the output of the second frequency converter. The device for frequency control is connected to this amplifier and controls the intermediate frequency derived from the second frequency converter.
The control device contains selection means which respond to two frequencies just above and below the second intermediate frequency and are used to regulate the second oscillator frequency in such a way that the deviations of the second intermediate frequency from its normal value are dependent on the corresponding deviations of the first intermediate frequency or from Incorrect settings in the coordination are reduced. The size of the second intermediate frequency, the degree of control effect and the resonance frequencies of the two mentioned selection means can be measured together in such a way that deviations of the second intermediate frequency from its target value beyond a certain amount lead to a reduction or reversal of the control effect.
In the preferred embodiment of the invention, the control device contains a tube as the means for setting the second frequency converter and also means for controlling this tube in accordance with the deviations of the second intermediate frequency from its nominal value. The circuit should be dimensioned so that the control tube is not overdriven, so that the frequency control is equally effective within the desired limits for all deviations.
The coupling from the second intermediate frequency amplifier to the control device preferably contains an arrangement for limiting the amplitude which, under all normal working conditions of the receiver, keeps the amplitude used to generate the control voltage constant,
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is the second intermediate frequency.
In Fig. 1 the circuit of a superheterodyne receiver is shown, which has a control
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the control voltage for automatic gain control is also generated, a low frequency amplifier 16 and a loudspeaker 17.
The first frequency converter 11 contains a tunable oscillator and a modulator.
The oscillator is generally tuned simultaneously with the tuning of the selection circuits of the high-frequency amplifier 10 by means of a one-button operation. The second frequency converter 13 cannot be tuned in the usual sense, but its frequency can vary within narrow limits
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The modulated received oscillations picked up by the antenna are selectively amplified in the high-frequency amplifier 10 and converted by the first frequency converter 11 into a modulated subcarrier frequency. This first intermediate frequency is selectively amplified in the first dual frequency amplifier 12 and then converted by the second frequency converter 13 into a second intermediate carrier frequency which is used in the second intermediate frequency amplifier. 14 is further strengthened.
The modulation frequencies, which are amplified in the low-frequency amplifier 16 and reproduced by the loudspeaker 17, are then produced again by the demodulator 15.
Control voltages are fed to the individual stages of the receiver in a known manner in order to keep the output amplitude of the amplifier 14 essentially constant.
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With respect to the part of FIG. 1 which represents the control circuit according to the invention, the frequency converter 13 contains a Pentagrid oscillator modulator tube 18, the input control grid cathode circuit of which is connected to the output circuit of the first intermediate frequency amplifier 12; a bias resistor 19 and a shunt capacitor 20 are in the cathode circuit. An oscillating circuit with the inductance 21 and the capacitor 22 is connected between the oscillator control grid and the cathode via the coupling capacitors 23 and 24. A bleeder resistor 26 is provided between the oscillator control grid and the cathode of the tube.
Between the second grid of the tube 18, which serves as the oscillator anode, and the cathode, a feedback coil 27 is connected via a coupling capacitor 28 and the aforementioned capacitor 24 and is coupled to the inductance 21 of the oscillating circuit. The anode circuit of the tube 18 is connected to the input circuit of the second intermediate frequency amplifier 14.
According to the invention, various arrangements can be used for setting the frequency of the oscillating circuit of the second frequency converter; In the embodiment shown, a regulating tube 31 is provided for this purpose. The input circuit of this tube contains the resistor 25 of the oscillation circuit, the coupling capacitor 32 and the capacitor; t4.
The anode circuit of the tube 31 is formed by the entire oscillation circuit. The anode voltage is fed to the control tube from the connection terminal + B via the resistors 34 and 25 and the inductance 21. The operating voltage for the screen grid of the tube is supplied to the terminal marked + Se. The catch grid is connected to the cathode, which receives a suitable bias voltage from a battery 34a.
A circuit characteristic of the invention, which is coupled to the output of the amplifier 14, is used to generate the control voltage for the tube 37. This circuit contains two resonance circuits, one of which is tuned with the inductance 35 and the capacitor 36 to a frequency just below the second intermediate frequency and the other with the inductance 37 and the capacitor 88 is tuned to a frequency just above the second intermediate frequency. The two resonance circuits are each connected to an associated rectifier; Both rectifiers are contained in a double diode tube 39 and provided with the load resistors 40, to which the capacitors 41 are connected in parallel.
The load resistors are connected in series in such a way that their straightened clips counteract each other. One end of the series circuit is grounded and the other is connected to the control grid of tube 31 via resistors 42 and 33. The resistor 42 and the capacitor 43 serve to filter out the modulation components of the rectified voltages and to generate a suitable time constant for the control loop.
To couple the resonance circuits 35, 36 and 37, 38 to the output of the amplifier 14, an amplifier roller 44 is provided, the grid-cathode circuit of which is connected to the output circuit of the amplifier 14 via a coupling capacitor 45. A leakage resistor 45a is connected between the control grid and the cathode of tube 44; There is a high impedance in the anode circuit of the tube, which is formed by a blocking circuit with the inductance 46 and the capacitor 47, which is tuned to the second intermediate frequency. The operating voltages at terminals + Se and + B are fed to the screen grid and the anode of this tube.
To couple the output circuit 46, 47 to the resonance circuits 35, 36 and 37, 38, an intermediate circuit is provided which, in series connection, contains a large inductance 50, which is relatively closely coupled to the coil 46, and two small inductances 51 and 52 which are also closely coupled to the associated coils 35 and 37; the junction of coils 51 and 52 is grounded. The tuned circuits 35, 36 and 37, 38 and their associated coupling coils are, as indicated, individually shielded.
In operation, a voltage of the second intermediate frequency is applied to the input circuit of the tube 44. Since the grid of this tube is connected directly to the cathode via the discharge resistor 45a and is otherwise sealed off by the capacitor 45 in terms of direct current, a negative grid bias voltage is developed, which increases with increasing input amplitude. Therefore, the working steepness of the tube 44 and its gain is greatest for weak input voltages and decreases when the reception strength increases.
Since the resonance circuit 46, 47 located in the anode circuit of the tube 44 is designed with a relatively high L / C ratio and tuned to the second intermediate frequency, it has a very high impedance for this frequency, so that as a result of this
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The two circuits 35, 36 and 37, 38 are fed via the intermediate circuit 50, 51, 52.
For the desired frequency regulation it is necessary that the resonance circuits 35, 36 and 37, 38 are tuned to frequencies which differ from one another by at most 3 Hz. These circles are preferably tuned to frequencies which are 700 Hz above and below the second intermediate frequency.
With circles 35, 36 and 37, 38 that are so closely matched to one another, couplings between these circles must be avoided with particular care; therefore, departed
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seeing of the aforementioned shield, the circuit elements are dimensioned so that they keep the two circuits essentially electrically independent of one another; for this purpose, the inductance of the coil SO is selected to be very large compared to the inductances of the coils 51 and 52; thus the inductance of coil 50 can be approximately 2500 times that of coils 51 and 52.
With this arrangement, of course, a low efficiency of the voltage transmission is accepted, but this is negligible because of the need to step down the voltage from the output of the tube 44 to the input circuits of the double diode tube 39.
The rectified voltages at the resistors 40 are polarized in opposite directions, so that their difference can be positive or negative according to the deviations of the second intermediate frequency with respect to the resonance frequency of the circuits 35, 36 and 37 "38; this voltage difference is fed to the control grid of the tube 31 .
Since the input voltage of the tube-M is picked up at the resistor 25, which lies in the inductance branch of the oscillation circuit of the tube 18, the input voltage of the tube 31 lags the voltage at the visual oscillation circuit 11m by approximately 900. Therefore, the output current of this tube, which is fed to the oscillation circuit 21, 22, also lags the voltage at the visual oscillation circuit by 900 and the tube 31 acts like an inductance with a small loss factor.
The bias voltage, which is fed to the grid of the tube 31 from the aforementioned resistors 40, changes in accordance with the deviations of the second intermediate frequency from its nominal value and therefore controls the steepness of the characteristic curve of the tube 31 and thus the amplitude of the lagging current which the visual oscillation circuit is fed from this tube.
In this way, the apparent inductance and the resonance frequency of the oscillating circuit are changed in accordance with the deviations of the second intermediate frequency from its normal value. Since the second dual frequency, which is generated by the frequency converter 13, is equal to the sum or difference of the first dual frequency and the associated oscillator frequency, the regulation of this oscillator frequency works in such a way that deviations of the second intermediate frequency from its nominal value depend on the dimensioning of the switching elements Mass decreased. will.
The dimensioning can be chosen, for example, so that a correction factor of about 10: 1 results, i.e. H. Detunings of the first frequency converter, which would result in deviations in the second intermediate frequency of the same extent, are reduced to about a tenth of this amount.
So that the control device adjusts the receiver to the reception of a desired transmitter only as long as the detuning is not yet equal to the frequency spacing of neighboring transmitter vibrations, the control effect only needs to be applied to deviations in the second intermediate frequency within certain limits, e.g. B. + 700 Hz, be effective; however, it must be ineffective or reduced or, preferably, the reverse effect for deviations that go beyond these limits.
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frequencies just above and below the second intermediate frequency met; As already mentioned, the circles can be tuned to frequencies 700 Hz below and above the second intermediate frequency.
In FIG. 2, deviations of the second intermediate frequency from its nominal value in kilohertz are plotted as abscissas, while the ordinates represent control bias in volts that are generated by the control device and fed to the tube. The curve 53 thus represents the frequency characteristic of the control device. It can be seen that this curve has a relatively steep part for frequencies that are close to the normal value of the intermediate frequency, and that the extreme values of the curve are at frequencies corresponding to the resonance frequencies of the selection circles; the parts of the curve beyond the maxima turn back towards the zero axis, i.e. H. they represent a reversal of the rule effect.
So if a detuning of the first frequency converter results in a deviation of the second intermediate frequency to one side or the other, this deviation is reduced by the control effect as long as it remains within the limits shown by the extreme values of the curves. However, if the detuning is greater, e.g. B. greater than + 700 Hz, so that the deviations of the second intermediate frequency go beyond the limits mentioned, the control effect is reversed and the excitation of the two selection circles continues to decrease. This naturally results in a reduction in the control effect, so that even greater deviations in the second intermediate frequency now occur, so that the selection circuits are again even less excited.
As a result, there is a snapping effect in the event of deviations beyond the previously determined limits. The control device therefore causes the frequency of the oscillating circuit to be reset to its normal value beyond the limits.
Since the required small spacing between the resonance frequency of the two selection circuits can most easily be obtained at a relatively low operating frequency, the second intermediate frequency should be selected to be relatively low, for example 100 kHz. In this case the distance of 1'5 kHz between the resonance frequencies is equal to 1'5% of the carrier frequency, while using a carrier of 450 kHz the same frequency difference would be less than 0'5% of the carrier frequency.
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As has already been mentioned, the changes in the steepness of the characteristic curve of the tube 31 cause shifts in the resonance frequency of the oscillator circuit. In FIG. 3, the curve 54 shows the mode of operation of the tube 31 in the regulation as a function of changes in its grid bias voltage in volts, which is plotted as the abscissa, while the ordinates represent the resulting changes in the resonance frequency in kilohertz. It can be seen that the curve is essentially straight within the limits of about + 4 volts. The control circuit is therefore dimensioned in such a way that the maximum bias voltage generated by the diode rectifier circuits, corresponding to the maximum deviations of the second intermediate frequency from its nominal value, cannot exceed 4 volts.
The effect achieved with the control device is shown in FIG. 4, in which tuning errors of the first frequency converter are plotted in kilohertz as abscissa and the resulting frequency deviations of the second intermediate frequency in kilohertz are plotted as ordinates. The curve $ 5 shows the deviations of the second intermediate frequency when no frequency control is used. Curve 56 shows the result when the frequency control according to the invention is applied. One can see that
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As a result of the action of the tube 44, the regulation is essentially the same for all usable reception strengths; H. for all reception strengths that are sufficient to generate the normal output power of the receiver; for weaker signs the effectiveness decreases. As a result of the double superheterodyne circuit with a fixed second oscillator frequency, which is subjected to the frequency control, the control effect is independent of the reception frequency to which the receiver is tuned.
It will be readily apparent that many changes can be made to the circuit described without departing from the spirit of the invention.
PATENT CLAIMS:
1. Circuit for frequency or. Tuning control in an arrangement for the selective transmission of one of several signal carrier frequencies arranged at approximately the same frequency from one another, in particular in superhetrodyne receivers, characterized in that the part of the circuit intended for frequency differentiation (frequency tester), via which the controlled variable is derived from the main transmission channel, is dimensioned such that that at a certain limit the primary, i.e. H. Without the influence of the control existing frequency deviation or detuning, which limit value should not be greater than the frequency spacing of the individual signal carrier frequencies from one another, the control effect is reduced or reversed in direction.