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Schaltungsanordnung zur Rauschunterdrückung, insbesondere bei Frequenzmodulations-Empfängern
Infolge der außerordentlich großen Empfindlichkeit moderner, hochwertiger Empfänger,
insbesondere im FM-Empfangsbereich (UKW bzw. Fernsehen), hat sich für diese Geräteklassen
die Notwendigkeit ergeben, durch geeignete Anordnungen das insbesondere zwischen
den Stationen im Leerlauf und beim Empfang von Stationen mit extrem kleiner Feldstärke
auftretende lästige Rauschen zu vermindern bzw. ganz zu unterdrücken.
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Unter den für diesen Zweck bekanntgewordenen Anordnungen befindet
sich z. B. eine Lösung, bei der eine Kristall- oder Röhrendiode im NF-Kanal mit
eirein Vorschaltwiderstand einen Spannungsteiler bildet. Im Leerlauf erhält die
Diode eine Vorspannung solcher Polarität, daß sie möglichst niederohmig wird und
somit die NF-Spannung auf einen Bruchteil ihres Normalwertes reduziert wird. Sobald
z. B. am Empfangsgleichrichter eine gleichfalls auf die Diode geleitete Gegenspannung
einen bestimmten Wert erreicht, wird die Diode hochohmig, verringert damit die Spannungsteilung
und öffnet hierdurch den NF-Kanal.
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Bei einer anderen bekanntgewordenen :Methode wird im Leerlauf der
NF-Verstärker gesperrt, indem das Steuergitter mindestens der ersten NF-Verstärkerröhre
eine ausreichend negative Spannung erhält, die beim Abstimmen auf eine Station ausreichender
Feldstärke wieder auf normale betriebsmäßige Vorspannung reduziert wird und den
NF-Verstärker dadurch freigibt.
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Beide Methoden haben folgende Nachteile: Innerhalb eines bestimmten
Feldstärkeintervalls - das mit wirtschaftlichen Mitteln nicht genügend eingeengt
werden kann - findet der allmähliche Übergang vom Sperrzustand zum Öffnungszustand
statt, wobei in diesem Übergangszustand beim ersten Beispiel die Diode und im letzteren
Beispiel der untere Knickpunkt der Röhrenkennlinie nicht unerhebliche NF-Verzerrungen
verursachen.
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Außerdem verursacht beim raschen Abstimmen auf eine Station der steile
Einfall der Entriegelungsspannung im NF-Verstärker und somit im Lautsprecher einen
starken Impuls, der akustisch unangenehm wirkt und evtl. eine Beschädigung des Lautsprechers
zur Folge haben kann. Eine Verlangsamung des Entriegelungsspannungsverlaufes etwa
durch Erhöhung einer Zeitkonstante ist jedoch als Abhilfe nicht zweckmäßig, da man
sonst über Stationen hinwegdrehen kann, ohne etwas zu hören, weil die Zeitspanne
zur Entriegelung des NF-Verstärkers nicht mehr ausreicht.
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Beide Nachteile werden durch eine den Gegenstand einer älteren Patentanmeldung
bildende Schaltungsanordnung vermieden, die an Hand der Fig. 1 nachstehend erläutert
sei: Die Anordnung veranschaulicht - außer dem Widerstand 8 - einen normal aufgebauten
Verhältnisgleichrichter, bestehend aus: Bandfilter-Primärkreis 1, Sekundärkreis
2, Tertiärwicklung 3, Dioden 4 und 5, HF-Abblockung und kapazitiver Symmetrierung
15 und 16, Arbeitswiderstand 10, Zeitkonstanten-Kondensator 17, Massepotential 7
sowie dem Deemphasis-Komplex, bestehend aus Widerstand 11 und Kondensator 12, an
den sich der NF-Ausgangspunkt 30 zum NF-Verstärker anschließt.
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Wird nun in den Diodenkreis z. B. am Punkt 9 über einen Widerstand
8 eine Gleichspannung solcher Polarität eingekoppelt, daß sich der Leerlaufstrom
der Dioden erhöht, so sinkt der Innenwiderstand der Dioden, es erhöht sich die Filterdämpfung
und damit auch die Begrenzerwirkung der ganzen Anordnung gegenüber AM-Störungen.
Das überwiegend aus AM-Komponenten bestehende Verstärker- und/oder Antennenrauschen
wird hierdurch reduziert, und man erreicht schon bei relativ kleineren Eingangsfeldstärken
einen bestimmten relativen Rauschabstand.
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Mit der Anordnung in dieser einfachsten Ausführung empfiehlt es sich
jedoch nicht, eine starke Erhöhung des Dioden-Ruhestroms vorzunehmen, wie sie für
eine vollständige Unterdrückung des Rauschens erforderlich wäre, da dies eine übermäßige
Verringerung der Empfängerempfindlichkeit im höchsten Verstärkungsbereich zur Folge
hätte.
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Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil und ermöglicht
es, bei ausreichend großem Diodenvorstrom eine praktisch vollständige Rauschunterdrückung
zu erzielen, wenn die in Fig. 1 beschriebene Schaltungsanordnung noch vervollkommnet
wird.
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Andererseits ist eine Schaltungsanordnung zur Geräuschunterdrückung
bekannt, die im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung eine sogenannte Diskriminatorschaltung
mit gleichsinnig gepolten Dioden betrifft. Es wird dort auch eine Beeinflussung
der Potentiale der
Diodenschaltung vorgenommen, aber mit dem Unterschied,
daß im Leerlauf gerade eine Sperrung der Dioden, d. h. also im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand
eine Vergrößerung der Diodeninnenwiderstände, und dementsprechend eine Verkleinerung
der Kreisdämpfung erfolgt. Es handelt sich also dort um eine andersartige Schaltung
zur Geräuschunterdrückung.
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Gemäß der Erfindung wird bei einer Anordnung zur Unterdrückung oder
Abschwächung von Rauschen und AM-Störungen im Leerlauf und bei kleinen Feldstärken,
insbesondere bei FM-Empfängern, mit Verhältnisgleichrichter dem Diodenkreis des
Verhältnisgleichrichters unter Mitwirkung einer Verstärkerröhre oder eines Transistors
eine von der Feldstärke abhängige Vorspannung solcher Polarität erteilt, daß im
Leerlauf die Diodeninnenwiderstände wesentlich verkleinert, die Kreisdämpfung und
AM-Störbegrenzungsfähigkeit hingegen wesentlich gesteigert werden. Nähere Einzelheiten
der erfindungsgemäßen Schaltung seien an Hand der Fig. 2a, die eine beispielsweise
Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung zeigt, erläutert In Fig. 2a wird die den
zusätzlichen Diodenvorstrom bewirkende Gleichspannung nicht direkt an Punkt 9 gelegt,
sondern der Strom fließt in den Diodenkreis über den Punkt 31, der durch Aufteilung
des bisherigen Arbeitswiderstandes 10 in zwei Einzelwiderstände 13 und 14 entsteht,
deren Summe gleich dem Wert von 10 ist. (Beispielsweise sind folgende praktische
Werte benutzbar: Rla = 30 Kiloohm bzw. R13 = 10 Kiloohm, R14 = 20 Kiloohm.) Die
Zuleitung der Vorspannung erfolgt über eine Verstärkerröhre 18, deren Kathode mit
Punkt 31, deren Gitter mit Punkt 9 und deren Anode an Punkt 27 eines aus den Widerständen
19 und 20 gebildeten Spannungsteilers liegt, der einerseits mit Massepotential,
andererseits direkt oder über einen Schalter 28 mit dem Pluspotential des Empfängers
verbunden ist. Die Höhe des Potentials an 27 wird so gewählt, daß der Röhrenstrom
durch Spannungsabfall an Widerstand 13 im Diodenkreis bei Leerlauf eine derartige
Vergrößerung des Diodenruhestroms bzw. Verkleinerung des Diodeninnenwiderstandes
bewirkt, daß das Empfängerrauschen um das gewünschte Maß abnimmt oder ganz zum Verschwinden
gebracht wird.
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Sobald nun der Empfänger auf ein Nutzsignal abgestimmt wird, erhöht
sich mit zunehmender Feldstärke das negative Potential des Punktes 9 bzw. 26 und
bewirkt ein Absinken oder völliges Verschwinden des Röhrenstromes bei einer zwar
noch sehr kleinen, aber für ausreichende Selbstbegrenzung der Störsignale durch
den Verhältnisgleichrichter bereits ausreichenden Feldstärke. Bei dieser Feldstärke,
die bei den mit der Anordnung ausgestatteten Geräten z. B. etwa 2 bis 3 p.V beträgt,
verschwindet die über Röhre 18 in den Diodenkreis eingeführte Vorspannung, und das
Gerät hat bei dieser und noch höherer Feldstärke die gleiche volle Empfindlichkeit,
die es ohne die Anordnung zur Rauschunterdrückung aufweist.
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Bei extrem hoher Empfindlichkeit eines Empfängers kann der Fall eintreten,
daß durch Gleichrichtung des Leerlaufrauschens das negative Potential des Punktes
9 bereits einige Volt beträgt, was eine teilweise oder völlige Reduktion des Sturmes
in der Röhre 18 und dadurch eine Außerbetriebsetzitng der Anordnung zur Folge hätte.
Um nun das Gitterpotential 26 der Röhre 18 auf den benötigten Ruhewert zu verschieben,
ist die Anwendung eines (gestrichelt gezeichneten) sehr hochohmigen Spannungsteilers,
bestehend aus den Widerständen 21 - z. B. 1 Megohm - und 22 - z. B. 50 Megohm -
erforderlich, der bewirkt, daß das Gitterpotential 26 um einen nahezu konstanten,
dem negativen Ruhepotential des Punktes 9 etwa entgegengesetzt gleichen Spannungsbetrag
positiver liegt als Potential 9 und somit den erforderlichen Stromdurchgang durch
Röhre 18 ermöglicht. Der über diesen sehr hochohmigen Spannungsteiler auf Punkt
9 einfließende Stromanteil ist vernachlässigbar klein und praktisch allein unwirksam.
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Wenn der Empfang von Stationen extrem kleiner Feldstärke - z. B. kleiner
als 1 p.V - gewünscht wird, kann die Anordnung durch Betätigung des Schalters 28
außer Betrieb gesetzt werden.
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In einerAbwandlung der Schaltung gemäß Fig.2b kann das Anodenpotential
27 an einem variablen Spannungsteiler 29 abgegriffen werden und somit die Wirksamkeit
der Anordnung zwischen Null und einem Höchstwert beliebig eingestellt werden.
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Die Wirksamkeit der Anordnung kann durch weitere Mittel gemäß Fig.
3 a noch erhöht und verfeinert werden. So kann durch Erhöhung der kapazitiven Anodenrückwirkung
einer Verstärkerröhre eine zwischen deren Anode und Gitter geschaltete Kapazität
um den Faktor (G + 1) vergrößert werden, wobei G die sich aus dem jeweiligen Arbeitspunkt
und den Röhrenkenndaten sowie der Anodenreaktanz bzw. dem Anodenwiderstand ergebende,
jeweilige effektive Spannungsverstärkung bedeutet. Da eine solche Anordnung die
Darstellung von variablen Zeitkonstanten bzw. Siebketten und somit auch von variablen
Tonblenden ermöglicht, deren Grenzfrequenz von der jeweiligen Gittervorspannung
bzw. Steilheit der Röhre abhängt, kann die in der Anordnung entsprechend Fig. 2a
oder 2b benutzte Röhre 18 in einer entsprechend 3a oder 3b erweiterten Anordnung
gleichzeitig zu dem Zweck verwendet werden, eine im Arbeitsbereich der Röhre 18,
also bei sehr kleinen Feldstärken von etwa 3 #LV abwärts, mit weiter abnehmender
Feldstärke eine zunehmende automatische Abdunkelung des Tonspektrums vorzunehmen,
die eine in diesem Feldstärkenbereich allgemein unvermeidliche manuelle Betätigung
der bedienbaren Tonblende überflüssig macht und das durch Rauschen und sonstige
Störungen beeinträchtigte Klangbild durch erhebliche Verminderung der höheren Tonfrequenzen
angenehm korrigiert.
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Grundsätzlich kann diese automatische Tonblende an verschiedenen Stellen
des NF-Verstärkers angebracht werden, wovon Fig. 3 a ein weiteres Ausführungsbeispiel
darstellt. Fig.3b ist eine ebenso wie durch Fig.2b in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel
von Fig. 2 a mögliche Abwandlung der Schaltung gemäß Fig. 3a.
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Die Kapazität 12 des zur reziproken Entzerrung der FM-Sender-MOdulationSCharakteriStik
dienenden Deemphasiskomplexes 11 und 12 wird um den variablen, dynamischen Betrag
der Kapazität 24 entsprechend der bereits erläuterten Beziehung C24 dyn. = (G +
1) ' C24 st-t. vergrößert und ändert sich damit in Abhängigkeit von der Gittervorspannung
der Röhre 18 etwa zwischen den Extremwerten bei gesnerrter Röhre:
und auf maximaler Betriebssteilheit stehender Röhre:
da die Röhre 18 bei einem Quellpunktwiderstand des Spannungsteilers 19 und 20 an
der Anode 27 von etwa 25 Kiloohm eine maximale Spannungsverstärkung von beispielsweise
10 ... 15 aufweist.
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Wird bei der praktischen Dimensionierung beispielsweise C (12) = 300
pF und C (24) = 200 pF
gemacht, so ändert sich nach der angegebenen
Beziehung die wirksame dynamische Summenkapazität zwischen den Extremwerten:
und damit die Grenzfrequenz des gesamten Deemphasiskomplexes bzw. der Tonblende
innerhalb eines Intervalls, das dem Quotienten obiger Extremwerte entspricht, also
1:5 bis 1:7. Bei genauer Betrachtungsweise ist allerdings zu berücksichtigen, daß
in Serie zu der variablen Rückwirkungskapazität der Quellpunktwiderstand des Punktes
27 liegt, was jedoch praktisch die Wirkung der Anordnung nicht wesentlich reduziert.
Im Bedarfsfall ist es natürlich möglich, dieses Intervall sowohl größer als auch
kleiner zu machen.
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Um diese gewünschte Anodenrückwirkung zu erzielen, muß das Gitter
entweder mit der Anode oder - wie in Fig. 3a - mit dem NF-Speisungspunkt
30 über eine weitere Kapazität 23 verbunden werden, die man zusammen mit
dem der Gitter-Gleichspannungszuführung dienenden Widerstand 21 und der Kathoden-Überbrückungskapazität
25 so dimensionieren kann, daß die automatische Tonblende eine steilere Frequenzabhängigkeit
aufweist als ein einzelnes R-C-Glied.
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Natürlich ist in der Anordnung an Stelle der Elektronenröhre 18 auch
die Verwendung z. B. eines Transistors oder eines anderen Verstärkerelements möglich.
Ebenso kann auch wahlweise entweder nur die Diodenvorspannungsanordnung oder die
automatische Tonblende allein gemäß den hier beschriebenen Erfindungsprinzipien
benutzt werden.
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Von den eingangs beschriebenen Nachteilen bekannter, in ihrer Wirksamkeit
zweckverwandter Anordnungen, wie z. B. NF-Verzerrungen im Übergangsgebiet und Schaltimpulse
auf den Lautsprecher, ist die hier beschriebene Anordnung frei.