Schaltungsanordnung zur Verminderung der bei der Modulation von ]Toehfrequenz- schwingungen auftretenden linearen und nichtlinearen Verzerrungen. Es sind bereits Gegenkopplungsschaltun- gen vorgeschlagen worden zum Zwecke der Verminderung der bei der Modulation von Hochfrequenzschwingungen auftretenden line aren und nichtlinearen Verzerrungen. Bei der Durchführung der hochfrequenten Gegen kopplung ist es häufig schwierig, ungewollte Rückkopplungen und damit Störschwingungen zu vermeiden.
Für eine von der Betriebs frequenz meist erheblich abweichende Fre quenz liefert nämlich die hochfrequente Gegenkopplung fast stets durch Umkehr der Phase eine Rückkopplung, so dass Schwingungen in dieser ungewollten Frequenz auftreten, die schwer zu beseitigen sind. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die von der vorhergehenden Sender stufe gelieferte Gitterwechselspannung in Anbetracht der Gegenkopplungsspannung gross gehalten werden muss, so dass bei Vor handensein von Gittergleichstrom die zur Aussteuerung der Schwingröhre erforderliche Steuerleitung erheblich ist.
Diese Schwierigkeiten lassen sich gemäss vorliegender Erfindung dadurch beseitigen, dass die zu entzerrende Hochfrequenz durch einen linearen Gleichrichter gleichgerichtet wird. Der Gleichrichter liefert eine Gleich spannung, welche der hochfrequenten Träger welle proportional ist, und eine ihr über lagerte tonfrequente Wechselspannung.
Die vom Gleichrichter gelieferte Spannung kann man unmittelbar oder unter Beseitigung des Gleichspannungsanteils unter Zwischenschal tung eines Blockkondensators oder eines Transformators der zur Modulation dienenden Spannung entgegenschalten. Bei Modulations- arten, bei welchen sich durch Verändern der negativen Grittervorspannung die Modulations- kurve statisch aufnehmen lässt, zum Beispiel bei der Gittergleichstrom- oder der Gitter spannungsmodulation, ist es meist empfehlens- wert, den Gleichspannungsanteil nicht zu unterdrücken;
man erreicht hierdurch, dass insbesondere Netzspannungsschwankungen geringere Änderungen des Antennenstromes zur Folge haben. Lässt man aber die Gegen kopplung auf das Gitter eines der Verstär kung der modulierten Hochfrequenz dienenden Rohres wirken, so sollen Schwankungen des hochfrequenten Schwirrgkreisstromes keine statische Verschiebung des Arbeitspunktes des Verstärkerrohres nach sich ziehen, und man zieht in diesem Falle lediglich die Wechselstromkomponente der Gleichrichter spannung zur Gegenkopplung heran.
In der Zeichnung sind in den Fig. 1-3 und 5-6 Ausführungsbeispiele der Erfin dung dargestellt, während Fig. 4 zur Erläu terung der Wirkung der Gegenkopplung nach Fig. 3 dient.
In Fig.1 ist eine Modulationsstufe mit Gitterspannungsmodulation gezeichnet. Hierin bedeutet 1 das Hochfrequenzschwingrohr, dem eine hochfrequente Gitterspannung von konstanter Grösse zugeführt. wird. 2 ist das Gleichrichterrohr, 3- der Modulationstransfor- mator, dem die tonfrequente Wechselspan nung zugeführt wird, 4 die Gleichstromquelle, welche die erforderliche Gittervorspannung liefert.
Durch diese Schaltung können sowohl lineare als auch nichtlineare Verzerrungen beseitigt bezw. auf ein unschädliches Mass herabgesetzt werden. Lineare Verzerrungen entstehen durch die Frequenzabhängigkeit des Anodenkreiswiderstandes und äussern sich darin, dass 141 odulationswechselspannungen gleicher Amplitude aber verschiedener Fre quenz in die Seitenbänder der modulierten Hochfrequenz mit verschiedener Amplitude eingehen.
Die nicht linearen Verzerrungen werden durch die Krümmung der Kennlinien verursacht und wirken sich dahingehend aas, dass in den Seitenbändern Schwingungen auf treten, die ursprünglich nicht vorhandenen Oberschwingungen der Modulationswechsel- spannung entsprechen.
Die Herabsetzung der nichtlinearen Verzerrung durch die darge stellte Schaltung hat man sich folgender- massen zu erklären: wenn die modulierte Hochfrequenz linear gleichgerichtet wird, erhält man ausser der ursprünglichen Modu- lationsfrequenz auch die durch die nicht lineare Verzerrung hervorgerufenen Ober schwingungen in ihrem richtigen Amplituden- verhältnis. Wenn man diese in Form einer Cäegenkopplung in den Gitterkreis zurück führt, werden in den Seitenbändern der mo dulierten Hochfrequenz Schwingungsfrequen zen gebildet, die den durch die Verzerrung hervorgerufenen Seitenbandfrequenzen ent gegenwirken.
Durch die in den Gitterkreis zurückgeführte Spannung wird zwar auch die Modulationsspannung selbst vermindert, jedoch lässt sich dies durch eine entsprechende Erhöhung der zugeführten Modulationsspan- nung ohne weiteres ausgleichen. Wie man leicht erkennt, tritt gleichzeitig auch eine Beseitigung der linearen Verzerrungen ein.
Wenn nämlich die einer bestimmten Modu- lationsfrequenz fr. entsprechende Seitenband amplitude kleiner ist als die einer andern Frequenz f2 entsprechende Seitenbandampli- tude, so wird die erste Frequenz fr durch die Gegenkopplung irn Gitterkreis entsprechend weniger geschwächt. Man erkennt ferner die Wichtigkeit einer linearen Gleichrichtung, da nur so die Gewähr geboten ist, dass eine frequenz- und amplitudenrichtige Gegenkopp lung zustande kommt.
Fig. 2 zeigt die Anordnung unter Zwi schenschaltung eines Transformators für eineu Sender mit Anodensparinungsmodulation nach dem bekannten Heisingverfahren. Hierin be deutet 1 das Hochfrequenzschwingrobr, dem durch die Koppelspule 2 eine Hochfrequeriz- gitterspannung konstanter Grösse zugeführt wird. 3 stellt das Modulationsrohr dar.
Das Gitter dieses Rohres wird durch die Strom quelle 4 negativ vorgespannt, und es wird ihm durch den Transformator 5 die zur Modulation dienende tonfrequente Wechsel spannung zugeführt. 6 bedeutet die Anoden stromquelle für Schwingrohr und Modulator- rohr. 7 ist das Gleichrichterrobr für die Gegenkopplung, das an den Ausgangskreis des Hochfrequenzschwingrohres angekoppelt ist. Die bei der Modulation des Senders am Kondensator 8 des Gleichrichters entstehende tonfrequente Wechselspannung wird mit Hilfe des Transformators 9 dem Gitterkreis des Modulatorrohres zugeführt, so dass eine Gegen kopplung entsteht.
Von der Primärwicklung des Transformators 9 wird durch den Block kondensator 10 die Gleichspannung abge halten.
Zwischen die modulierte Stufe und den Antennenkreis können in bekannter Weise eine oder mehrere Hochfrequenzverstärker- stufen geschaltet werden, und es kann die Gegenkopplung von einer beliebigen Ver- stärkerstufe auf die modulierte Stufe erfolgen.
Die Gegenkopplung vermindert die vor handenen Verzerrungen auf einen Bruchteil der ursprünglichen. Eine völlige Geradlinig keit kann durch die Gegenkopplung nicht erreicht werden. Uni eine wesentliche Ent zerrung herbeizuführen, muss der Grad der Gegenkopplung, das heisst das Verhältnis der Gegenkopplungsspannnung zu der für die Modulation erforderlichen Spannung, gross gewählt werden, doch darf man mit der Vergrösserung der Gegenkopplung nicht zu weit gehen, um Dimensionierungsschwierigkeiten zu vermeiden.
Genügt die hierdurch erreich bare Eutzerrung nicht, so lässt sich die Wir-' kung der Gegenkopplung dadurch erheblich steigern, dass man zwischen die zu entzerrende Hochfrequenzstufe und den linearen Gleich richter eine Hochfrequenzverstärkerstufe mit nicht linear verlaufender Verstärkung schaltet.
Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieses Gedankens für eine nach dem Gitter- spaunungsprinzip modulierte Senderstufe. Hier bedeutet 1. das Hochfrequenzschwingrohr der Senderstufe I, die moduliert werden soll, 2 das Verstärkerrohr der zwischen die Hoch frequenzstufe I und den Gleichrichter ge schalteten Hochfrequenzverstärkerstufe 1I, 3 das Gleichrichterrohr. Im übrigen entspricht die Anordnung dem durch Fig. 1 gegebenen Beispiel.
Die Wirkungsweise dieser Anordnung erkennt man am besten anhand der Kurven der Fig. 4. Die Kurve ra zeigt die Modula- tionskurve der Senderstufe I, das heisst die Abhängigkeit der Anodenwechselspannung Eä von der Gittervorspannung dieser Stufe E7. Der Massstab der Kurve ist so gewählt, dass der grösste Wert der Anodenwechsel spannung und die dazugehörige Änderung der Gittervorspannung durch gleich lange Strecken dargestellt sind, so dass die mitt lere Steilheit der gezeichneten Kurven 450 beträgt.
Die Kurve b zeigt die Verstärker kurve des Zwischenverstärkers, das heisst die Abhängigkeit der hochfrequenten Anoden wechselspannung E'. des Verstärkerrohres von der hochfrequenten Gitterwechselspan nung E'- Die Gitterwechselspannung E' ist der Anodenwechselspannung E' proportional; und es sind die Massstäbe in beiden Kurven so gewählt, dass die Anodenspannung Eä und die ihr entsprechende Gitterspannung E', durch Strecken gleicher Länge dargestellt sind.
Der Massstab für die Kurve b ist wie der so gewählt, dass der grösste Wert von E" und En durch gleich lange Strecken dar gestellt wird.
Aus den beiden Kurven a und b gewinnt man als Modulationskurve der Hochfrequenz stufen I und II zusammen die Kurve c. In dieser Kurve ist als Abszisse die negative Gittergleichspannung Es. der Senderstufe I, als Ordinate die Anodenwechselspannung En der Senderstufe II aufgetragen. Die Aus führung der Konstruktion soll für einen Punkt beschrieben werden. Für die negative Gitter vorspannung p1 in Kurve es erhält man die Anodenwechselspannungp2 der Senderstufe I.
Die Strecke p2 wird in der Kurve b als Abs zisse aufgetragen und liefert den Punkt 3, also q8 <I>=</I> p2. Die erzielte Anodenwechsel spannung ist der Kurve b zu entnehmen und hat die Grösse g4. In der Kurve c wird also über dem Abszissenpunkt 1 die Strecke q4 als Ordinate aufgetragen und man-erhält den Punkt P mit den Koordinaten ri <I>=</I> pi und r,; - d4. So fortfahrend erhält man den gan zen Verlauf der Kurve.
Entzerrt man diese Kurve durch ent sprechende Gegenkopplung, zum Beispiel im Verhältnis 1: 2, so ergibt sich in. Kurve c die punktierte Linie. Geht man von dieser Linie rückwärts, so bekommt man als Mo dulationskurve der Stufe I die nahezu gerad linig verlaufende punktierte Linie.
Bei Anwendung der Gegenkopplung muss die zur Modulation dienende Wechselspan nung selbstverständlich um den Betrag der Gegenkopplungsspannung vergrössert werden. Dies wird bei starker Gegenkopplung häufig als Nachteil empfunden. Man kann diese Schwierigkeit vermeiden, indem man der vom Gleichrichter gelieferten, zur Gegenkopplung dienenden Spannung die modulierende Span nung zum Beispiel in einer an sich bekann ten Brückenanordnung entgegenschaltet, so dass sich bei geradlinig verlaufender Modu- lationskurve und richtiger Phasenlage die vom Gleichrichter gelieferte und die modu lierende Spannung aufheben.
Die durch Ver zerrungen entstehenden Spannungen verblei ben dann und werden zur Entzerrung heran gezogen.
Die Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierfür. 1 bedeutet wieder die Hochfrequenz schwingröhre der modulierten Senderstufe, 2 das Gleichrichterrohr. Auf zwei Eckpunkte der Brücke 2 wird die gegen Gleichspannung blockierte tonfrequente Wechselspannung des linearen Gleichrichters gegeben, auf die an dern Brückenpunkte die vom Transformator 4 gelieferte Modulationseingangsspannung. Beide Wechselspannungen werden gleich gross ge wählt.
Von einem Brückenzweig, in welchem die Differenz der angelegten Spannung auf tritt, wird die sich durch die Verzerrungen ergebende Spannung abgegriffen und über den Transformator 5 der modulierten Span nung entgegengesohaltet.
In Fig. 6 ist eine Schaltung dargestellt, in welcher unter Anwendung einer Brücken schaltung, wie in Fig. 5, auch eine statische Gegenkopplung stattfindet. Eine solche ist häufig erwünscht wegen der Steilheitvermin- derung der Modulationskurve und der damit verbundenen grösseren Stabilität des Antennen stromes bei Schwankungen der Betriebs mittel und der Antenne.
Es findet daher eine Kombination der Schaltungen gemäss Fig.3 und 5 in der Weise statt, dass einer seits von den Eckpunkten der Brücke 3 über den Transformator 5 eine Gegenkopplung auf den Eingangskreis der Röhre 1 erfolgt, anderseits liegt in Serie mit der Gittervor- spannquelle der Röhre 1 der vom Strom der Gleichrichterröhre 2 durchflossene Widerstand, durch welchen die statische Gegenkopplung bewirkt wird.
Circuit arrangement for reducing the linear and non-linear distortions that occur when modulating tooth frequency oscillations. Negative feedback circuits have already been proposed for the purpose of reducing the linear and non-linear distortions that occur when modulating high-frequency oscillations. When performing the high-frequency negative feedback, it is often difficult to avoid unwanted feedback and thus spurious oscillations.
For a frequency that is usually significantly different from the operating frequency, the high-frequency negative feedback almost always provides feedback by reversing the phase, so that vibrations occur in this unwanted frequency that are difficult to eliminate. Another disadvantage of this arrangement is that the grid alternating voltage supplied by the previous transmitter stage must be kept large in view of the negative feedback voltage, so that when there is grid direct current, the control line required to control the oscillating tube is considerable.
According to the present invention, these difficulties can be eliminated by rectifying the high frequency to be equalized by a linear rectifier. The rectifier supplies a direct voltage, which is proportional to the high-frequency carrier wave, and an audio-frequency alternating voltage superimposed on it.
The voltage supplied by the rectifier can be switched against the voltage used for modulation either directly or with the elimination of the DC voltage component with the interposition of a blocking capacitor or a transformer. In the case of modulation types in which the modulation curve can be recorded statically by changing the negative grid bias, for example grid direct current or grid voltage modulation, it is usually advisable not to suppress the direct voltage component;
This means that mains voltage fluctuations in particular result in minor changes in the antenna current. If, however, the negative feedback is allowed to act on the grid of a tube used to amplify the modulated high frequency, fluctuations in the high-frequency oscillating circuit current should not result in a static shift in the working point of the amplifier tube, and in this case only the AC component of the rectifier voltage is used Negative feedback.
In the drawing, in Figs. 1-3 and 5-6 embodiments of the inven tion are shown, while Fig. 4 is used to explain the effect of the negative feedback according to FIG.
A modulation stage with grid voltage modulation is shown in FIG. Here, 1 means the high-frequency oscillating tube to which a high-frequency grid voltage of constant magnitude is fed. becomes. 2 is the rectifier tube, 3- the modulation transformer, to which the audio-frequency alternating voltage is fed, 4 the direct current source, which supplies the required grid bias.
With this circuit, both linear and non-linear distortion can be eliminated or. be reduced to a harmless level. Linear distortions arise from the frequency dependence of the anode circuit resistance and are expressed in the fact that modulation alternating voltages of the same amplitude but different frequencies enter the sidebands of the modulated high frequency with different amplitudes.
The non-linear distortions are caused by the curvature of the characteristic curves and have the effect that vibrations occur in the sidebands that correspond to the originally non-existent harmonics of the alternating modulation voltage.
The reduction of the non-linear distortion by the shown circuit can be explained as follows: If the modulated high frequency is rectified linearly, one obtains not only the original modulation frequency but also the harmonics caused by the non-linear distortion in their correct amplitude. relationship. If this is fed back into the grid circle in the form of a Cäegenkopplung, vibrational frequencies are formed in the sidebands of the modulated high frequency, which counteract the sideband frequencies caused by the distortion.
The voltage fed back into the grid circuit also reduces the modulation voltage itself, but this can easily be compensated for by a corresponding increase in the modulation voltage supplied. As you can easily see, the linear distortions are eliminated at the same time.
If namely that of a certain modulation frequency fr. The corresponding sideband amplitude is smaller than the sideband amplitude corresponding to another frequency f2, then the first frequency fr is correspondingly less attenuated by the negative feedback in the grid circle. One also recognizes the importance of a linear rectification, since this is the only way to guarantee that the frequency and amplitude correct negative feedback is achieved.
Fig. 2 shows the arrangement with the interconnection of a transformer for a transmitter with anode saving modulation according to the known Heising method. 1 denotes the high-frequency oscillating tube to which a high-frequency grid voltage of constant magnitude is fed through the coupling coil 2. 3 represents the modulation tube.
The grid of this tube is negatively biased by the power source 4, and it is fed to him through the transformer 5, the audio frequency AC voltage used for modulation. 6 means the anode power source for the oscillating tube and the modulator tube. 7 is the rectifier tube for the negative feedback, which is coupled to the output circuit of the high-frequency oscillating tube. The audio-frequency alternating voltage that occurs during the modulation of the transmitter at the capacitor 8 of the rectifier is fed to the grid circle of the modulator tube with the aid of the transformer 9, so that a counter-coupling is created.
From the primary winding of the transformer 9, the DC voltage is held abge through the block capacitor 10.
One or more high-frequency amplifier stages can be connected in a known manner between the modulated stage and the antenna circuit, and the negative feedback from any amplifier stage to the modulated stage can take place.
The negative feedback reduces the existing distortion to a fraction of the original. A complete rectilinearity cannot be achieved by the negative feedback. To bring about significant equalization, the degree of negative feedback, i.e. the ratio of negative feedback voltage to the voltage required for modulation, must be chosen to be large, but increasing the negative feedback must not go too far in order to avoid dimensioning difficulties.
If the result that can be achieved is not sufficient, the effect of the negative feedback can be increased considerably by connecting a high-frequency amplifier stage with non-linear amplification between the high-frequency stage to be equalized and the linear rectifier.
FIG. 3 shows an embodiment of this idea for a transmitter stage modulated according to the grating spanning principle. Here means 1. the high-frequency oscillating tube of the transmitter stage I that is to be modulated, 2 the amplifier tube of the high-frequency amplifier stage 1I connected between the high-frequency stage I and the rectifier, 3 the rectifier tube. Otherwise the arrangement corresponds to the example given by FIG.
The mode of operation of this arrangement can best be seen from the curves in FIG. 4. The curve ra shows the modulation curve of the transmitter stage I, that is to say the dependence of the anode alternating voltage Eä on the grid bias of this stage E7. The scale of the curve is selected so that the greatest value of the anode alternating voltage and the associated change in the grid bias voltage are represented by stretches of equal length, so that the mean slope of the curves drawn is 450.
Curve b shows the amplifier curve of the intermediate amplifier, that is, the dependence of the high-frequency anode alternating voltage E '. of the amplifier tube from the high-frequency grid alternating voltage E'- The grid alternating voltage E 'is proportional to the anode alternating voltage E'; and the scales in both curves are chosen so that the anode voltage Eä and the grid voltage E 'corresponding to it are represented by lines of equal length.
The scale for curve b is chosen such that the greatest value of E ″ and En is represented by stretches of equal length.
From the two curves a and b one obtains curve c as the modulation curve of the high frequency stages I and II together. The abscissa in this curve is the negative DC grid voltage Es. the transmitter stage I, the anode alternating voltage En of the transmitter stage II plotted as the ordinate. The execution of the construction is to be described for one point. For the negative grid bias voltage p1 in curve es one obtains the anode alternating voltage p2 of the transmitter stage I.
The distance p2 is plotted as the abscissa in curve b and provides point 3, i.e. q8 <I> = </I> p2. The anode alternating voltage achieved is shown in curve b and has the size g4. In curve c, the distance q4 is plotted as the ordinate over the abscissa point 1 and the point P is obtained with the coordinates ri <I> = </I> pi and r; - d4. Continuing in this way, the entire course of the curve is obtained.
If this curve is rectified by appropriate negative feedback, for example in a ratio of 1: 2, the dotted line in curve c results. If you go backwards from this line, you get the almost straight dotted line as the level I modulation curve.
When using negative feedback, the alternating voltage used for modulation must of course be increased by the amount of negative feedback voltage. This is often perceived as a disadvantage in the case of strong negative feedback. This difficulty can be avoided by switching the modulating voltage against the voltage supplied by the rectifier and used for negative feedback, for example in a known bridge arrangement, so that with a straight modulation curve and correct phase position, the modulating voltage supplied by the rectifier and the Cancel modulating voltage.
The tensions caused by distortions then remain and are used for the rectification.
Fig. 5 shows an embodiment for this. 1 again means the high-frequency oscillating tube of the modulated transmitter stage, 2 the rectifier tube. The audio-frequency alternating voltage of the linear rectifier blocked against direct voltage is applied to two corner points of bridge 2, and the modulation input voltage supplied by transformer 4 is applied to the other bridge points. Both alternating voltages are chosen to be the same.
The voltage resulting from the distortion is tapped from a bridge branch in which the difference in the applied voltage occurs and the modulated voltage is counterbalanced via the transformer 5.
In Fig. 6 a circuit is shown in which using a bridge circuit, as in Fig. 5, also a static negative feedback takes place. This is often desirable because of the reduction in the slope of the modulation curve and the associated greater stability of the antenna current in the event of fluctuations in the operating equipment and the antenna.
There is therefore a combination of the circuits according to FIGS. 3 and 5 in such a way that on the one hand there is a negative feedback from the corner points of the bridge 3 via the transformer 5 to the input circuit of the tube 1, on the other hand it is in series with the grid bias source of the tube 1, the resistance through which the current from the rectifier tube 2 flows and through which the static negative feedback is effected.