Einrichtung mit einer Oszillator-3lodnlatorrölire. Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Überlagerungsschaltungen, wie sie insbesondere bei Radioempfangs schaltungen zur Anwendung kommen. Die Verbesserung besteht in der Bildung einer virtuellen Kathode in der Oszillator-Modula- lorröhre zwecks Benutzung der virtuellen Kathode als Elektronenquelle für den modu lierenden Teil der Röhre.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeich net, dass die Oszillator-Modulatorröhre sol che Hilfselektroden aufweist, dass bei den vorgesehenen Betriebsspannungen eine vir tuelle Kathode in dem Raum zwischen Ka ihode und Anode besteht, und da.ss die zwi schen der virtuellen Kathode und der Emis sionskathode angeordneten Elektroden zur Erzeugung der örtlichen Hilfsschwingung benutzt werden, während die zwischen der virtuellen Kathode und der auf hohem posi tivem Potential befindlichen Anode angeord neten Hilfselektroden zur Erzielung einer Modulation zwischen einer Fremdspannung und der örtlich erzeugten Frequenz dienen.
Ein wichtiger Vorteil der Oszillator- Modulatorröhre nach der Erfindung liegt in der Tatsache, da,ss es möglich ist, irgend eine Vorspannung auf eine Elektrode ausser halb der virtuellen Kathode aufzudrücken, ohne wesentlich auf .die Quelle der örtlich erzeugten Schwingungen einzuwirken. Das System eignet sich daher besonders zur Steuerung seiner Leistung durch eine verän derliche Vorspannung. Das Vorspannungs- potential kann, wenn gewünscht, automatisch geregelt sein, zum Beispiel wenn eine auto matische Leistungssteuerung erzielt werden soll.
Durch die folgende Beschreibung werden anhand der beiliegenden Zeichnung Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch das Prinzip und die Arbeitsweise der nachfolgend beschriebe nen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es ist eine Modulatorröhre 10 gezeigt, die mit einer Elektronen aussendenden Kathode 1 und einer Anode 6 versehen ist. In dem Zwischenraum zwischen der Kathode und Anode sind vier gitterartige Elektroden 2, 3, 4 und 5 angeordnet.
Eine Quelle<B>81</B> modulierter Hochfre- quenzschwingungen ist zwischen das Gitter 4 und die Kathode 1 geschaltet, während eine Quelle 8,2 örtlich erzeugter Schwingun gen zwischen das Gitter 2 und die Kathode geschaltet ist. Der Ausgangskreis der Röhre ist mit Z bezeichnet und ist mit der Anode 6 und der Kathode verbunden. Um das System in Tätigkeit zu setzen, sind Arbeits spannungsquellen 80, 81 und 82 vorgesehen, die die Anode 6 und die Schirme 5 und 3 positiv machen. Es können auch Spannungs quellen 83 und 84 vorgesehen sein, die die Gitter 4 und 2 negativ machen.
Die positive Spannung am Schirm 5 soll im allgemeinen kleiner sein als diejenige an der Anode 6. Dieser Schirm kann oft weg gelassen werden, aber in vielen Fällen be deutet er eine Verbesserung.
Bei der Tätigkeit des oben beschriebenen Systems werden die Elektronen, die von der Kathode 1 ausgesandt werden, durch die Maschen des Gitters 2 zum Schirm 3 gezo gen. Die sich dem Schirm 3 nähernden Elek tronen wandern mit grosser Geschwindig keit; daher gehen die meisten von ihnen durch den Schirm weiter und nähern sich dem Gitter 4, das negativ ist. Das Gitter 4 dient daher .dazu, den Fortschritt der Elek tronen zu verzögern; viele von ihnen werden zum positiven Schirm .3 zurückgezogen.
Diese Wolke von verzögerten Elektronen, die zwi schen den Elektroden3 und 4 schwebt, kann als eine "virtuelle" Kathode im Hinblick auf die folgenden Elektroden 4, 5 und 6 des Mo- dulators betrachtet werden, weil Elektronen leicht von der Wolke auf dieselbe Weise hin weggezogen werden können, wie sie von der wirklichen Kathode weggezogen worden sind. Die "virtuelle" Kathode und ihre annähernde Lage ist durch die punktierte Linie 7 an gezeigt.
Das positive Potential der Anode 6 und des Schirmes 5 dient dazu, Elektronen von der "virtuellen" Kathode zur Anode in der gewöhnlichen Weise durch das Ein- gangsgitter 4 und den Schirm 5 zu ziehen. Die Röhre hat deshalb in der Tat zwei Ano den, nämlich die Elektroden 3 und 6; mit dem innern Gitter 3 wird allein die Gesamt emission der Kathode 1 gesteuert.
Es muss deshalb beachtet werden, dass die Elektroden '4, 5 und 6 zusammen mit der virtuellen Ka thode 7 wie eine gewöhnliche Röhre arbei ten, bei welcher im Eingangskreis die Quelle Si liegt und der Ausgangskreis Z zwischen Anode 6 und Kathode geschaltet ist (inso weit als Wechselströme in Frage kommen).
Die Modulation entsteht in dem System auf folgende Weise. Wenn das Gitter 2 in folge der Wechselspannungsquelle S2 nur schwach negativ ist oder etwas positiv, ist ein reichlicher Elektronenzustrom zur vir tuellen Kathode 7 und damit zum Modula- torteil der Röhre verfügbar. Wenn das Git ter 2 beträchtlich negativ ist, ist der Elek tronenzustrom zur virtuellen Kathode und deshalb auch zur Anode 6 augenblicklich un terbrochen. Es ist daher zu beobachten, dass der Arbeitsstrom des Modulators in Überein- stimmung mit den Schwingungen der Quelle 82 variiert.
Dieser Arbeitsstrom wird ferner auch von .den Schwingungen der Quelle Si variiert, so dass in bekannter Weise die Dif ferenzfrequenz der Schwingungen von 82 und Si auftritt.
Die Elemente der Röhre, mit Ausnahme der wirklichen Kathode, können als in zwei Gruppen angeordnet angesehen werden.
1. Elemente 4, 5 und 6 im Zusammen hang mit Quelle Si 2. Elemente 2 und 3 im Zusammenhang mit Quelle 82.
Es ist möglich, den Modulator über einen weiten Bereich zu steuern durch Variation der an das Modulatorgitter 4 angelegten negativen Vorspannung. Es wird beobachtet werden, dass diese Art der Steuerung das schwingende System nicht wesentlich beein flusst, weil das Gitter 4, gleichgültig welches sein Potential ist, unfähig ist, den Elek tronenstrom zum Oszillatorschirm 3 abzu schneiden. Es ist deshalb leicht, eine auto- matische Leistungssteuerung durch ein auto matisch negativer vorspannendes Modulator- Bitter zu bewirken, wenn die empfangene Zeichenstärke steigt.
Diese Art der automa tischen Leistungssteuerung wird im einzel nen in späteren Figuren gezeigt.
Die Tätigkeit des Systems kann oft ver bessert werden, besonders wenn ein mit Vor spannung arbeitendes Leistungssteuerungs- system beim Modulatorgitter 4 angewendet wird, indem man dieses Modulatorgitter mit variablem Durchgriff versieht. Das kann zum Beispiel leicht geschehen, indem man das Gitter 4<B>-</B>mit einem Maschennetz baut, welches verschiedene Durchlassbreiten be sitzt. Das Resultat ist, dass der Modula- tor eine Leistungscharakteristik besitzt, welche in Form einer Exponentialkurve an steigt.
Diese Art von Charakteristik erlaubt, mit einem weiten Bereich negativer Vor spannung zu arbeiten, sogar mit sehr hohen negativen Vorspannungen, ohne den Modula- tor unwirksam zu machen oder ihn über mässiger Verzerrung auszusetzen.
Fig. 2 illustriert ein Oszillator-Modula- torsystem, das nach den Prinzipien der Fig.1 gebaut ist; es verwendet eine Pentode 9, wel che der Hexode 10 der Fig. 1 ähnlich ist; der Schirm 5 ist weggelassen. Das System ist unmittelbar mit dem Antennensystem eines Radioempfängers verbunden. Die An tenne 11 liegt an Erde über die Antennen spule 12, welche induktiv mit dem abstimm- baren Kreis des Empfängers gekoppelt ist.
Dieser enthält den Abstimmungskondensator 14, einen festen Kondensator 15 und eine In duktionsspule 13, welche mit der Antennen spule gekoppelt ist. Der abstimmbare Ein gangskreis ist mit. dem Modulatorsteuergitter 4 der Röhre 9 und über Erde. Widerstand 21 und Kondensator 22 mit der Kathode 1 der Röhre verbunden.
Ein abgestimmter Schwingungskreis, ge bildet durch die Induktionsspule 19 und einen variablen Kondensator 18, ist zwischen das Oszillatorgitter 2 und die Kathode 1 geschal tet. Der Oszillatorschirm 3 ist über die Spannungsquelle 23 mit Erde verbunden. Parallel zu 23 liegt der Kondensator 24. Die gegenseitige Induktanz zwischen den zwei Teilen der Spule 19 bewirkt die Kopplung zwischen dem Kathoden-Schirmkreis und dem Kathoden-Gitterkreis des Oszillators. Die Hilfselektroden 2 und 3 können daher als Schwingungserzeugungselektroden bezeichnet werden.
Schirm 3 wirkt, insofern es sich um das Schwingungssystem handelt, wie eine Anode.
Legt man eine negative Vorspannung an das Steuergitter 4, so existiert die "virtuelle" Kathode bei 7, von wo ein Entladungsstrom zur Modulatoranode 6 fliesst. Der Modulator- Anodenkreis wird durch die Primärwindung eines Modulator-Ausgangstransformators 20 und die Spannungsquelle 23 mit parallel ge schaltetem Kondensator 24 vervollständigt.
Der Transformator 20 ist durch die festen Kondensatoren 85 und 86 auf die Zwischen frequenz, die in Superheterodyneempfängern hervorgebracht wird, abgestimmt; diese Zwi schenfrequenz ist die Differenz zwischen der Zeichenfrequenz und der Oszillatorfrequenz.
Die Röhre 9 kann der selbsttätigen Lei stungssteuerung durch Regelung der Vor spannung am Gitter 4 unterworfen werden. Wie diese Gittervorspannung angelegt wird, ist in Fig. 2 wie folgt angegeben. Die Vor spannung ist mit Punkt 17 verbunden und wird über Widerstand 16 und Spule 13 auf das Gitter 4 aufgedrückt. Der Kondensator 1.5 verhindert Wechselstromstörungen im Vorspannungskreis.
Die automatische Leistungssteuerung wird bei Fig. 2 dadurch erzielt, da.ss die Lei- stungssteuerungsvorspannung nicht an das Oszillatorgitter 2,.sondern nur an das Modu- lator-Steuergitter 4 angelegt wird.
In den bisher bekannten Typen von Oszillatormödu- latoren, die nur eine einzige Röhre verwen den, sind das Oszillatorgitter und Modulator- gitter entweder identisch, oder sie sind wenigstens in derartiger gegenseitiger Bezie hung zueinander, dass irgendeine Vorspan- nung, die an das Steuergitter angelegt wird, die Schwingfähigkeit des Oszillators beein flusst.
Fig. 3 veranschaulicht ein Ausführungs beispiel, das ähnlich der Fig. 2 ist. Gleiche Elemente sind mit denselben Ziffern wie in Film-. 2 bezeichnet. Indessen hat das System der Fig. 3 gewisse Abänderungen gegenüber Fig. 2.
In Fig. 3 wird in dem Oszillator- system eine Gitterableitung 26 und ein Git terkondensator 25 verwendet, welche eine negative mittlere Vorspannung an dem Os- zillatorgitter 2 entwickeln; fliese Vorspan- nung dient dazu, die Amplitude der Schwin gungen und den Oszillator-Gitterstrom zu begrenzen.
An Stelle der angezapften Schwingungs- spule 19 der Fig. 2 ist in Fig. 3 ein Paar von induktiv gekoppelten Spulen 27 und 29, von denen die Spule 27 im Schwingungs kreis liegt, vorgesehen. Die Rückkopplung vom Schirm 3 (Oszillatoranode) wird über einen Kondensator 30 zur Spule 29 und über den festen Kondensator 28 zur Erde gelei tet, so dass der Kondensator 2,8 und die Kopp lung zwischen den Spulen 27 und 29 eine kombinierte kapazitive und induktive Rück kopplung hervorbringen.
In dieser Anord nung wird die Schwingungsamplitude ver möge des Kondensators 28 bei den niederen Frequenzen besser aufrechterhalten und gleichförmiger über den Abstimmungsbereich verteilt. Der Kondensator 30 dient dazu, die Rückkopplungsströme zu übermitteln und den Schwingungskreis von der Spannungs quelle 38 zu isolieren. Ein Widerstand 31 verhindert einen Nebenschluss der Rückkopp lungselemente 2:8, 29, 30 durch die Span nungsquelle 38.
Der Kondensator 28 ermöglicht ferner die mechanische Kopplung der Kondensa toren 14 und 18, zwecks Einknopfbedie- nung B.
In dieser Anordnung gelangt die Oszil- latorspannung auch an die Einode 6, aber dieser Umstand hat keinen grossen Einfluss auf die Leistung.
Fig. 4 illustriert ein ähnliches Ausfüh rungsbeispiel wie dasjenige der Fig. 3, weicht jedoch in zwei Einzelheiten davon ab. In Fig. 4 ist die Anordnung so, dass die Ar beitsspannungsquelle 39- verschiedene Span nungen zu der Anode und zu dem Schirm 3 liefert; diese verschiedenen Spannungen wer den mittelst,der Widerstände 34, 33, ,die mit den zwei Elektroden 6 und 3 verbunden sind, abgegriffen. Der Kondensator 35 liegt im Nebenschluss zu dem Widerstand 34 und der Spannungsquelle 39.
In dieser Figur ist auch eine Gitterableitung 32 über den Kön- densator 28 des Schwingungskreises geschal tet. Ein besonderer Gitterkondensator, wie im Falle der Fig. 3, ist nicht vorhanden.
Fig. 5 ist ähnlich der Fig. 4, nur dass die Rückkopplungsspule 29 der Fig. 4 durch eine Spule 36 ersetzt ist. Diese liegt in Serie mit der Kathode und ist mit der Spule 27 im Schwingungskreis gekoppelt. In die ser Figur wird auch eine Drosselspule 37 verwendet, um den Widerstand 33 der Fig. 4 zu ersetzen; die Verwendung der Drossel spule verhindert in dieser Stellung einen Verlust von Arbeitsspannung. Dies erlaubt den Gebrauch einer Spannungsquelle 40, die eine niederere Spannung als die Quelle 39 in Fig. 4 hat.
Fig. 6 illustriert dasselbe wie Fig. 2, nur dass die Hexodentype der Röhre 10 an Stelle der Pentodenröhre 9 verwendet wird; der Modulatorschirm 5 liegt zwischen dem Ho- dulator-Steuergitter 4 und der Anode 6. Die gleiche Spannungsquelle 41 ist an die zwei Schirme 3 und 5 angelegt. Eine zusätzliche Spannungsquelle 42 wird in Serie mit Quelle 41 geschaltet und ist an die Anode 6 an gelegt. Parallel zu den Spannungsquellen liegen die Kondensatoren 43 und 44.
Die Anordnung der Fig. 7 ist im all gemeinen ähnlich derjenigen der Fig. 3, der Hauptunterschied ist der, dass Fig. 7 die Hegodenform der Modulatorröhre 10 verwen det. Die Rückkopplungsspule 29 wird von dem abgestimmten Kreis durch einen festen Kondensator 48 getrennt; diese Anordnung schafft etwas verbesserte Resultate.
Der Os- zillatorschirm wird über den Widerstand 46 mit parallel geschaltetem Kondensator 4 7 von der Spannungsquelle 45 gespiesen. Die Schirme 3 und 5 sind mit der gleichen Span nung versehen. Die Rückkopplung liegt gleichzeitig an beiden Schirmen; dieser Um- stand bewirkt jedoch keine grosse Differenz im Resultat.
Fig. 8 ist Fig. 7 ähnlich, nur wird die Vorspannung für Schirm 5 getrennt angelegt. Spannungsquelle 45 in Fig. 7 wird durch die Spannungsquellen 19 und 50 ersetzt, die in Serie geschaltet sind und parallel geschaltete Kondensatoren 51 und 52 aufweisen.
Fig. 9 zeigt eine Anordnung, die im all gemeinen ähnlich derjenigen der Fig. 8 ist; das Hauptmerkmal der Fig. 9 ist die ge- inisehte Oszillatorrückkopplung. In Fig. 9 werden zwei Kondensatoren 54 und 55 in Serie verwendet, um den Rückkopplungs kondensator 2,8 der Fig. 8 zu ersetzen. Die Kondensatoren 54 und 55 werden daher je der grösser gemacht als Kondensator 28, aber sie haben die gleiche resultierende Kapazi tät.
Die Spannung über Kondensator 55 wird für kapazitive Rückkopplung im Os- zillatorschirmkreis gebraucht. Die induktive Rückkopplung in dieser Anordnung wird durch die Spule 53 bewirkt, die mit der ab gestimmten Spule 2 7 wie im Falle der Fig. 5 gekoppelt ist.
Fig. 10 veranschaulicht einen kompletten Superheterodyneempfänger, der ein<B>11 .</B> exoden- Oszillator-Modulatorsystem, im wesentlichen gleich demjenigen der Fig. 8, verwendet. In diesem Empfänger ist eine von Hand betrie bene Verstärkersteuerung in der Form eines regelbaren Widerstandes 61, der zwischen Erde und einem Punkt 77 im Kathodenkreis eingeschaltet ist, vorgesehen.
Wenn der Rheostat 61 auf Nullwiderstand eingestellt ist, das heisst für 31aximumverstärkung, ist Punkt 7 7 geerdet- und die sich ergebende Schaltung ist genau gleich derjenigen der Fig. .8, soweit dies den Oszillator-Modulator betrifft. Eine leichte Abweichung von der Anordnung der Fig. 8 liegt in dem Einbau von zwei Widerständen 59 und 60, die in Serie zur Spannungsquelle 58 geschaltet sind: die Modulator-Schirmspannung wird von dem Punkt zwischen diesen Widerstän den genommen.
Diese Anordnung vermeidet den Gebrauch-der zwei Batterien 49, 50 der Fig. B. Beim Betriebe des Empfängers wird, wenn der Widerstand des Rheostaten :61 er höht wird, die Kathodenspannung positiver gegen Erde. Dadurch wird bewirkt. dass eine erhöhte negative Vorspannung an das Modulatorgitter gelegt wird, wodurch die Leistung der Röhre verkleinert wird. Die gewöhnliche Arbeitsweise des Systems wird durch diese handbetriebene Verstärkungs steuerung nicht beeinflusst.
Der übrige Teil des Empfängers ist von einer gebräuchlichen Type und enthält einen zweiten Detektor 56, der die Zwischenfre quenzen; die in dem Ausgangstransforma tor 20 des Oszillator-Modulators vorhanden sind, gleichrichtet. Ein Hörverstärker 57 ist mit dem Ausgang des Detektors 56 gekop pelt, von wo aus die Zeichen, zum Beispiel auf einen Lautsprecher, der mit dem Aus gang des Verstärkers gekoppelt ist, über tragen werden.
Fig. 11 illustriert eine Form eines Os- zillator-Modulatorsystems, das sehr geeignet ist, in dem Empfänger der Fig. 10 Verwen dung zu finden. In Fig. 11 ist nur jener Teil des Empfängers links der Trennlinie 7$-78 der Fig. 10 gezeigt.
Der Oszillator- Modulator der Fig. 11 ist demjenigen der Fig. 10 sehr ähnlich, jedoch mit der Aus nahme, dass das Vorspannungspotential am Oszillatorschirm 3 auch an den Modulator- schirm 5 angelegt wird, und zwar über einen Widerstand 62, der zwischen Modulator- schirm und Widerstand 46 geschaltet ist.
Diese Anordnung macht keinen Gebrauch von den zwei Widerständen 60 und 59 der Fig.10, verhindert aber dennoch einen bemerkens werten Nebenschluss der Rückkopplungs elemente 28 und 48.
Fig. 12 illustriert einen Supperhetero- dyneempfänger, der mit einer automatischen Leistungssteuerung versehen ist. Das Os- zillator-Modulatorsystem ist demjenigen der Fig. 8 und 10 ähnlich. Der Zwischen frequenz-Ausgangstransformator 20 dient dazu, den Oszillator-Modulator 10 mit einem Zwischenfrequenzverstärker <B>63</B> zu koppeln. Der Ausgang des Verstärkers 63 ist über den Transformator 65 mit einer Binode 64 ge koppelt.
Diese Röhre enthält also sowohl ein Diode, als auch eine Triode; sie weist eine gewöhnliche Kathode 76, eine Dioden anode 60, ein Steuergitter 72 und eine Anode 79 auf. Der Ausgang der Binode ist mit einem Hörfrequenzverstärker 5 7 in irgend einer bekannten Art gekoppelt.
Infolge der gleichrichtenden Tätigkeit des Diodendetektors wird am Punkt 17 eine mit der Empfangsstärke variierende Span nung auftreten. Wenn die Zeichenstärke an steigt, macht der gleichgerichtete Strom, der durch die Widerstände 67 und 68 fliesst, die Vorspannung des Punktes 17 gegen Erde negativer. Diese Vorspannung wird über Widerstand 16 und Induktionsspule 13 zum Steuergitter 4 des Modulators 10 geliefert. Wie vorher erklärt, ist die automatische Leistungssteuerung, die man auf diese Weise erhält, besonders befriedigend, da sie nicht bemerkenswert auf den mit dem Modulator vereinigten Oszillator einwirkt.
In Fig. 12 wird die Spannung der Sekun därspule des Transformators 65 zwischen die Diodenanode 60 und den Punkt 17 auf gedrückt, der mit der Diodenkathode 76 über die Widerstände 67, 68 und 71 in Serie ver bunden ist. Diesen Widerständen sind für Radiofrequenzströme die Kondensatoren 69 und 70, .die beide eine sehr hohe Impedanz bei Hörfrequenzen haben, parallelgeschaltet. Die gleichgerichtete Hörfrequenzspannung, welche über Widerstand 68 besteht, wird auf das Gitter 72 des Triodenteils der Röhre 64 gegeben. Die Kathode 76 der Röhre 64 er hält durch Widerstand 71 eine positive Span nung gegen Erde.
Diese Vorspannung ver hindert einen Gitterstrom in Röhre 64 und macht auch die Diode bei sehr kleinen Zeichenintensitäten, bei denen Geräusche un angenehm sind, unwirksam. Die Hörspan nung wird im Triodenteil der Röhre 64 ver stärkt und von der Anode 79 zum Span- nungsteiler 73 geleitet, mittelst welchem das Leistungsniveau in den nachfolgenden Hör frequenzkreisen gesteuert werden kann. An den in Serie geschalteten Widerstän den 74 und 75 wird eine positive Spannung für die Schirmgitter der Röhren 10 und 63 abgegriffen. Diese Spannung ist kleiner als die Anodenspannung.
Die beschriebenen Anordnungen zeigen Röhren mit fünf und sechs Elektroden (Pen- toden und Hegoden). Es könnten überdies noch zusätzliche Elektroden vorgesehen seil.
Pentodenröhren der Type 57 oder 58 werden in den Schaltungen der Fig. 2, 3, 4 und 5 angewandt. Diese Röhren sind da durch gekennzeichnet, dass sie eine Kathode und eine Anode haben, zwischen denen sich drei aufeinanderfolgende Gitter befinden. Die mittlere Elektrode 3 dient in den hier beschriebenen Pentodenschaltungen als Os- zillatorschirmgitter und besitzt feine Ma schen.
Das in diesen Röhren der Anode be nachbarte Gitter hat ein gleichmässiges, wei tes Maschennetz und erfüllt die Funktion des Modulator-Steuergitters, jedoch nur in jenen Fällen, bei denen kein grosser Verstärkungs- regelungsbereich in der Modulatorröhre ge fordert wird.
Beste Resultate sind mit Hexoden erziel bar. Bezüglich Fig. 1 kann Gitter 2 ein sol ches von gleichmässigem oder wechselndem Durchgriff sein, jedoch ist ein gleichmässiges Maschennetz im allgemeinen vorzuziehen. Die Schirme 3 und 5 bestehen vorzugsweise aus feinen Maschennetzen. Die individuell Ausbildung des Maschennetzes des Gitters .1 hängt davon ab, ob eine hohe Verstärkung oder ein grosser Verstärkungsregelungsbereich verlangt wird.
Für hohe Verstärkung besitzt Gitter 4 vorzugsweise gleichmässig feine Für einen grossen Bereich der Ver stärkungsregelung, zum Beispiel bei automa tischer Leistungssteuerung, hat Gitter 4 vor zugsweise ein nicht gleichmässiges Maschen netz, bei welchem der Durchgriff nach cer Mitte zu grösser wird.
Die Spannungen an Gitter 4, Schirm 5 (wenn vorhanden) und Anode 6 werden vor zugsweise so gewählt, dass der durchschnitt liche Anodenstrom niedriger bleibt als die Hälfte des durchschnittlichen Schirmstromes oder niedriger als ein Drittel des durch schnittlichen Kathodenstromes, wobei der Kathodenstrom im wesentlichen die Summe der Schirm- und Anodenströme darstellt. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass Än derungen im Anodenstrom einen unbedeu tenden Einfluss auf die Leistung des Oszilla- torkreises haben.
Die durchschnittliche negative Vorspan- nung für das Gitter 2 gegen Kathode 1 ',hängt in den Fig. 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 und I Z in erster Linie von der Spannung am Os- zillatorschirm <B>3</B> ab.
Diese Einstellung der Gitterspannung in Abhängigkeit. von der Os- zillatorschirmspannung übt eine selbstregu lierende Wirkung aus, derart, dass der bei stark positivem Oszillatorschirm einsetzende Raumstrom infolge stärkeren Negativwerdens des Gitters 2 abgedrosselt wird; dadurch er reicht man, dass der Raumstrom während eines Teils der negativen Halbperioden der Oszillatorspannung am Gitter 2 in der Röhr infolge der selbstregulierenden Wirkung weitgehendst unterdrückt wird.
Dies sichert eine vollkommene Ausnutzung der Oszilla- torspannung, sowie eine erhöhte Raum ladungsdichte der virtuellen Kathode und eine Vervollkommnung der Modulatorwir- kung. Dieser Zustand wird als "vollstän dige Modulation" in der Oszillator-Modula- torröhre bezeichnet.
In den Fib. 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 und 12 werden kapazitive Rückkopplung 28 (55 in Fig. 9) und induktive Rückkopplung 29<B>(53</B> in Fig. 9) in Kombination benutzt, um die Schwingungen über den Abstimmbereich gleichmässig zu .erhalten. In den gleichen Figuren ist ein Kondensator 30 oder 48 im Rückkopplungskreis angebracht. Dieser Kon densator ist so dimensioniert, dass er die Im pedanz zwischen Schirm 3 und Erde so klein wie möglich hält, ohne die Oszillator-Rück- kopplung zu sehr abzuschwächen.
Fig. 2 und 6 haben eine unbedeutende Impedanz im OSZillatOT-SChlrmlirelS, da Ka thode und Oszillatorgitter mit dem oszilla- torabgestimmten Kreis in einer Rückkopp lungsschaltung zusammenhängen. Diese An- ordnung verringert die Kopplung, die von Oszillatorströmen mit dem abgestimmten Antennenkreis hervorgerufen werden und welche sonst durch kapazitive Kopplung zwischen Gitter 4 und Schirm 3 vorkommen würden.
Diese Anordnung als Modulator- kreis ist indessen etwas weniger wirkungs voll im Vergleich zu den andern gezeigten Anordnungen.
In den Fig. 10, 11 und 12 ist die Vor spannung zwischen Gitter 2, und Kathode 1 von der Leistungssteuerungs-Vorspannung zwischen Gitter 4 und Kathode unabhängig. Diese Tatsache ist in den meisten Fällen wünschenswert und ist oft wesentlich für das günstige Arbeiten des Oszillator-Modu- latorsystems.
Device with an oscillator-3latorrölire. The present invention aims to improve the superimposition circuits, such as those used in particular in radio receiving circuits. The improvement consists in the formation of a virtual cathode in the oscillator module tube for the purpose of using the virtual cathode as an electron source for the modulating part of the tube.
The invention is characterized in that the oscillator-modulator tube has such auxiliary electrodes that at the intended operating voltages there is a virtual cathode in the space between the electrode and the anode, and that the between the virtual cathode and the emission cathode arranged electrodes are used to generate the local auxiliary oscillation, while the auxiliary electrodes are arranged between the virtual cathode and the anode located on a high posi tivem potential to achieve a modulation between an external voltage and the locally generated frequency.
An important advantage of the oscillator modulator tube according to the invention lies in the fact that it is possible to apply any bias voltage to an electrode outside the virtual cathode without significantly affecting the source of the locally generated vibrations. The system is therefore particularly suitable for controlling its performance by changing the bias voltage. The bias potential can, if desired, be regulated automatically, for example if automatic power control is to be achieved.
Through the following description Ausfüh approximately examples of the invention are explained with reference to the accompanying drawings.
Fig. 1 shows schematically the principle and mode of operation of the embodiments of the invention described below. A modulator tube 10 is shown which is provided with an electron emitting cathode 1 and an anode 6. Four grid-like electrodes 2, 3, 4 and 5 are arranged in the space between the cathode and anode.
A source 81 of modulated high-frequency oscillations is connected between the grid 4 and the cathode 1, while a source 8.2 of locally generated oscillations is connected between the grid 2 and the cathode. The output circuit of the tube is labeled Z and is connected to the anode 6 and the cathode. To put the system into action, work voltage sources 80, 81 and 82 are provided, which make the anode 6 and the screens 5 and 3 positive. There can also be voltage sources 83 and 84 that make the grid 4 and 2 negative.
The positive voltage on the screen 5 should generally be less than that on the anode 6. This screen can often be omitted, but in many cases it is an improvement.
During the operation of the system described above, the electrons that are emitted from the cathode 1 are drawn through the mesh of the grid 2 to the screen 3. The electrons approaching the screen 3 migrate at high speed; therefore most of them go on through the screen and approach the grid 4 which is negative. The grid 4 therefore serves .dazu to delay the progress of the electrons; many of them are withdrawn to the positive screen .3.
This cloud of retarded electrons floating between electrodes 3 and 4 can be viewed as a "virtual" cathode with respect to the following electrodes 4, 5 and 6 of the modulator, because electrons easily move from the cloud in the same way can be withdrawn as they are withdrawn from the real cathode. The "virtual" cathode and its approximate position is shown by the dotted line 7 on.
The positive potential of the anode 6 and the screen 5 serves to draw electrons from the “virtual” cathode to the anode in the usual way through the input grid 4 and the screen 5. The tube therefore actually has two anodes, namely electrodes 3 and 6; with the inner grid 3 only the total emission of the cathode 1 is controlled.
It must therefore be ensured that the electrodes 4, 5 and 6 work together with the virtual cathode 7 like an ordinary tube in which the source Si is in the input circuit and the output circuit Z is connected between anode 6 and cathode (inso far as alternating currents come into question).
The modulation occurs in the system in the following way. If the grid 2 is only slightly negative or somewhat positive as a result of the alternating voltage source S2, an abundant flow of electrons is available to the virtual cathode 7 and thus to the modulator part of the tube. If the grid 2 is considerably negative, the flow of electrons to the virtual cathode and therefore also to the anode 6 is instantaneously interrupted. It can therefore be observed that the operating current of the modulator varies in accordance with the oscillations of the source 82.
This working current is also varied by the oscillations of the source Si, so that the difference frequency of the oscillations of 82 and Si occurs in a known manner.
The elements of the tube, with the exception of the actual cathode, can be considered to be arranged in two groups.
1. Elements 4, 5 and 6 related to source Si 2. Elements 2 and 3 related to source 82.
It is possible to control the modulator over a wide range by varying the negative bias voltage applied to the modulator grid 4. It will be observed that this type of control does not significantly affect the oscillating system, because the grid 4, whatever its potential, is unable to cut off the electron current to the oscillator screen 3. It is therefore easy to effect automatic power control through an automatically negative biasing modulator bit as the received character strength increases.
This type of automatic power control is shown in detail in later figures.
The operation of the system can often be improved, especially if a bias power control system is applied to the modulator grid 4 by providing this modulator grid with variable penetration. This can easily be done, for example, by building the grating 4 <B> - </B> with a mesh network that has different passage widths. The result is that the modulator has a performance characteristic which increases in the form of an exponential curve.
This type of characteristic allows a wide range of negative biases to be used, even very high negative biases, without rendering the modulator ineffective or subjecting it to excessive distortion.
FIG. 2 illustrates an oscillator-modulator system which is built according to the principles of FIG. 1; it uses a pentode 9 which is similar to the hexode 10 of FIG. 1; the screen 5 is omitted. The system is directly connected to the antenna system of a radio receiver. The antenna 11 is connected to earth via the antenna coil 12, which is inductively coupled to the tunable circuit of the receiver.
This contains the tuning capacitor 14, a fixed capacitor 15 and an induction coil 13 which is coupled to the antenna coil. The tunable input circuit is with. the modulator control grid 4 of the tube 9 and above ground. Resistor 21 and capacitor 22 connected to cathode 1 of the tube.
A tuned resonant circuit, formed by the induction coil 19 and a variable capacitor 18, is connected between the oscillator grid 2 and the cathode 1. The oscillator screen 3 is connected to ground via the voltage source 23. The capacitor 24 is parallel to 23. The mutual inductance between the two parts of the coil 19 causes the coupling between the cathode shield circuit and the cathode grid circuit of the oscillator. The auxiliary electrodes 2 and 3 can therefore be referred to as vibration generating electrodes.
In so far as the oscillation system is concerned, the screen 3 acts like an anode.
If a negative bias voltage is applied to the control grid 4, the “virtual” cathode exists at 7, from where a discharge current flows to the modulator anode 6. The modulator anode circuit is completed by the primary winding of a modulator output transformer 20 and the voltage source 23 with a capacitor 24 connected in parallel.
The transformer 20 is tuned to the intermediate frequency produced in superheterodyne receivers by the fixed capacitors 85 and 86; this intermediate frequency is the difference between the symbol frequency and the oscillator frequency.
The tube 9 can be subjected to the automatic power control by regulating the voltage on the grid 4 before. How this grid bias is applied is indicated in FIG. 2 as follows. Before the voltage is connected to point 17 and is pressed onto the grid 4 via resistor 16 and coil 13. The capacitor 1.5 prevents AC disturbances in the bias circuit.
The automatic power control is achieved in FIG. 2 in that the power control bias is not applied to the oscillator grid 2, but only to the modulator control grid 4.
In the previously known types of oscillator modulators which only use a single tube, the oscillator grid and modulator grid are either identical, or they are at least in such a mutual relationship to one another that any bias voltage is applied to the control grid is influenced, the ability of the oscillator to oscillate.
FIG. 3 illustrates an exemplary embodiment that is similar to FIG. Identical items have the same numerals as in film. 2 designated. However, the system of FIG. 3 has certain modifications from FIG. 2.
In FIG. 3, a grid discharge line 26 and a grid capacitor 25 are used in the oscillator system, which develop a negative mean bias voltage on the oscillator grid 2; Tile bias is used to limit the amplitude of the vibrations and the oscillator grid current.
Instead of the tapped oscillation coil 19 of FIG. 2, a pair of inductively coupled coils 27 and 29, of which the coil 27 is located in the oscillation circuit, is provided in FIG. 3. The feedback from the screen 3 (oscillator anode) is fed via a capacitor 30 to the coil 29 and via the fixed capacitor 28 to earth, so that the capacitor 2.8 and the coupling between the coils 27 and 29 have a combined capacitive and inductive return create coupling.
In this arrangement, the oscillation amplitude is better maintained by the capacitor 28 at the lower frequencies and distributed more uniformly over the tuning range. The capacitor 30 is used to transmit the feedback currents and to isolate the resonant circuit from the voltage source 38. A resistor 31 prevents the feedback elements 2: 8, 29, 30 from being shunted by the voltage source 38.
The capacitor 28 also enables the mechanical coupling of the capacitors 14 and 18 for the purpose of one-button operation B.
In this arrangement the oscillator voltage also reaches the anode 6, but this fact does not have any great influence on the performance.
Fig. 4 illustrates a similar Ausfüh approximately example as that of FIG. 3, but differs in two details. In Figure 4, the arrangement is such that the working voltage source 39- supplies different voltages to the anode and to the screen 3; these different voltages are tapped by means of the resistors 34, 33, which are connected to the two electrodes 6 and 3. The capacitor 35 is shunted to the resistor 34 and the voltage source 39.
In this figure, a grid discharge 32 is also connected via the capacitor 28 of the oscillating circuit. A special grid capacitor, as in the case of FIG. 3, is not present.
FIG. 5 is similar to FIG. 4, only that the feedback coil 29 of FIG. 4 is replaced by a coil 36. This is in series with the cathode and is coupled to the coil 27 in the oscillation circuit. In this figure, a choke coil 37 is also used to replace the resistor 33 of FIG. 4; the use of the choke coil prevents a loss of working voltage in this position. This allows the use of a voltage source 40 which has a lower voltage than the source 39 in FIG.
Fig. 6 illustrates the same as Fig. 2, only that the hexode type of tube 10 is used in place of the pentode tube 9; the modulator screen 5 lies between the modulator control grid 4 and the anode 6. The same voltage source 41 is applied to the two screens 3 and 5. An additional voltage source 42 is connected in series with source 41 and is applied to the anode 6. The capacitors 43 and 44 are parallel to the voltage sources.
The arrangement of FIG. 7 is generally similar to that of FIG. 3, the main difference being that FIG. 7 shows the hegodic shape of the modulator tube 10. The feedback coil 29 is separated from the tuned circuit by a fixed capacitor 48; this arrangement provides somewhat improved results.
The oscillator screen is fed from the voltage source 45 via the resistor 46 with the capacitor 47 connected in parallel. The screens 3 and 5 are provided with the same voltage. The feedback is at both screens at the same time; however, this does not cause a great difference in the result.
Fig. 8 is similar to Fig. 7, only the bias for screen 5 is applied separately. Voltage source 45 in FIG. 7 is replaced by voltage sources 19 and 50 which are connected in series and have capacitors 51 and 52 connected in parallel.
Fig. 9 shows an arrangement which is generally similar to that of Fig. 8; the main feature of FIG. 9 is the included oscillator feedback. In FIG. 9, two capacitors 54 and 55 are used in series to replace the feedback capacitor 2.8 of FIG. The capacitors 54 and 55 are therefore made each larger than capacitor 28, but they have the same resulting capacity.
The voltage across capacitor 55 is used for capacitive feedback in the oscillator shield circuit. The inductive feedback in this arrangement is caused by the coil 53, which is coupled to the tuned coil 27 as in the case of FIG.
FIG. 10 illustrates a complete superheterodyne receiver employing an 11th-order oscillator-modulator system substantially similar to that of FIG. In this receiver a manually operated amplifier control is provided in the form of a controllable resistor 61 which is connected between ground and a point 77 in the cathode circuit.
When the rheostat 61 is set to zero resistance, that is to say for maximum gain, point 7 7 is grounded and the resulting circuit is exactly the same as that of FIG. 8 as far as the oscillator modulator is concerned. A slight deviation from the arrangement of FIG. 8 lies in the incorporation of two resistors 59 and 60 connected in series with the voltage source 58: the modulator screen voltage is taken from the point between these resistors.
This arrangement avoids the use of the two batteries 49, 50 of FIG. B. During operation of the receiver, if the resistance of the rheostat: 61 is increased, the cathode voltage becomes more positive to earth. This causes. that an increased negative bias is applied to the modulator grid, whereby the output of the tube is reduced. The normal operation of the system is not affected by this hand-operated gain control.
The remainder of the receiver is of a common type and includes a second detector 56, the frequencies Zwischenfre; which are present in the output transformer 20 of the oscillator-modulator, rectifies. A hearing amplifier 57 is gekop pelt to the output of the detector 56, from where the characters, for example on a loudspeaker which is coupled to the output of the amplifier, are transmitted.
FIG. 11 illustrates one form of oscillator-modulator system that is very useful in the receiver of FIG. 10. In FIG. 11 only that part of the receiver to the left of the dividing line 7 $ -78 in FIG. 10 is shown.
The oscillator modulator of FIG. 11 is very similar to that of FIG. 10, but with the exception that the bias potential on the oscillator screen 3 is also applied to the modulator screen 5 via a resistor 62 connected between the modulator screen screen and resistor 46 is connected.
This arrangement does not make use of the two resistors 60 and 59 of FIG. 10, but nevertheless prevents a noticeable shunting of the feedback elements 28 and 48.
12 illustrates a super heterodyne receiver which is provided with an automatic power control. The oscillator modulator system is similar to that of FIGS. 8 and 10. The intermediate frequency output transformer 20 is used to couple the oscillator modulator 10 to an intermediate frequency amplifier 63. The output of the amplifier 63 is coupled to a binode 64 via the transformer 65.
This tube contains both a diode and a triode; it has a common cathode 76, a diode anode 60, a control grid 72 and an anode 79. The output of the binode is coupled to an audio frequency amplifier 5 7 in some known manner.
As a result of the rectifying activity of the diode detector, a voltage varying with the reception strength will occur at point 17. As the character strength increases, the rectified current flowing through resistors 67 and 68 makes the bias of point 17 to ground more negative. This bias voltage is supplied to the control grid 4 of the modulator 10 via the resistor 16 and induction coil 13. As previously explained, the automatic power control obtained in this way is particularly satisfactory, since it does not significantly affect the oscillator associated with the modulator.
In Fig. 12, the voltage of the secondary coil of the transformer 65 is pressed between the diode anode 60 and the point 17, which is ver with the diode cathode 76 via the resistors 67, 68 and 71 in series connected. The capacitors 69 and 70, both of which have a very high impedance at audio frequencies, are connected in parallel to these resistors for radio frequency currents. The rectified audio frequency voltage, which exists across resistor 68, is applied to grid 72 of the triode part of tube 64. The cathode 76 of the tube 64 he holds through resistor 71 a positive voltage to earth.
This bias prevents a grid current in tube 64 and also makes the diode ineffective at very low character intensities where noises are unpleasant. The audio voltage is amplified in the triode part of the tube 64 and passed from the anode 79 to the voltage divider 73, by means of which the power level in the subsequent audio frequency circuits can be controlled. At the series-connected Widerstän the 74 and 75, a positive voltage for the screen grid of the tubes 10 and 63 is tapped. This voltage is lower than the anode voltage.
The arrangements described show tubes with five and six electrodes (pentodes and hegodes). In addition, additional electrodes could be provided.
Type 57 or 58 pentode tubes are used in the circuits of FIGS. 2, 3, 4 and 5. These tubes are characterized in that they have a cathode and an anode between which there are three consecutive grids. The middle electrode 3 serves as an oscillator screen grid in the pentode circuits described here and has fine meshes.
The grid adjacent to the anode in these tubes has a uniform, wide mesh network and fulfills the function of the modulator control grid, but only in those cases in which a large gain control range is not required in the modulator tube.
The best results can be achieved with hexodes. With reference to FIG. 1, the grid 2 can be of a uniform or alternating penetration, but a uniform mesh network is generally preferable. The screens 3 and 5 preferably consist of fine mesh networks. The individual design of the mesh network of the grid .1 depends on whether a high gain or a large gain control range is required.
For a high gain, grid 4 preferably has uniformly fine For a large area of the gain control, for example with automatic power control, grid 4 preferably has a non-uniform mesh network, in which the penetration after the center is too greater.
The voltages at grid 4, screen 5 (if present) and anode 6 are preferably chosen so that the average Liche anode current remains lower than half the average screen current or less than a third of the average cathode current, the cathode current being essentially the Represents the sum of the shield and anode currents. This arrangement has the advantage that changes in the anode current have an insignificant influence on the performance of the oscillator circuit.
The average negative bias voltage for the grid 2 with respect to the cathode 1 'depends in FIGS. 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 and IZ primarily on the voltage on the oscillator screen <B> 3 </B>.
This setting depends on the grid voltage. the oscillator screen voltage exerts a self-regulating effect, in such a way that the room current that begins when the oscillator screen is strongly positive is throttled as a result of the grid 2 becoming more negative; as a result, it is sufficient that the room current is largely suppressed during part of the negative half-periods of the oscillator voltage at the grid 2 in the tube due to the self-regulating effect.
This ensures full utilization of the oscillator voltage, as well as an increased space charge density of the virtual cathode and a perfecting of the modulator effect. This condition is called "full modulation" in the oscillator-modulator tube.
In the fib. 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, 11 and 12, capacitive feedback 28 (55 in Fig. 9) and inductive feedback 29 (53 in Fig. 9) are used in combination, in order to maintain the vibrations evenly over the tuning range. In the same figures, a capacitor 30 or 48 is placed in the feedback circuit. This capacitor is dimensioned so that it keeps the impedance between screen 3 and earth as small as possible without weakening the oscillator feedback too much.
2 and 6 have an insignificant impedance in the OSZillatOT-SChlrmlirelS, since the cathode and the oscillator grid are connected with the oscillator-tuned circuit in a feedback circuit. This arrangement reduces the coupling that is caused by oscillator currents with the tuned antenna circuit and which would otherwise occur through capacitive coupling between the grid 4 and the screen 3.
This arrangement as a modulator circuit is, however, somewhat less effective in comparison to the other arrangements shown.
In FIGS. 10, 11 and 12, the voltage between grid 2 and cathode 1 is independent of the power control bias voltage between grid 4 and cathode. This fact is desirable in most cases and is often essential for the favorable operation of the oscillator-modulator system.