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Frequenzmodulationsempfänger mit Rauschunterdrückung Bei Empfängern
für radioelektrische Signale, welche eine hohe Empfindlichkeit aufweisen, tritt
bei Fehlen eines Eingangssignals am Ausgang Rauschen auf. Bei Anwendung von Frequenzmodulation
ist bei abnehmender Empfangsspannung die Grenze zwischen gutem Empfang und Rauschen
sehr scharf, so daß schon verschiedene Schaltungen vorgeschlagen wurden, um bei
Abwesenheit eines empfangenen Signals das Rauschen zu unterdrücken.
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Eine dieser Schaltungen ist in der USA.-Patentschrift 2 088 210 beschrieben.
Es handelt sich dabei um eine Empfängerschaltung mit einer geregelten Verstärkerröhre,
welcher die Anodenspannung über einen Widerstand zugeführt wird. Das zwischen der
Anode dieser Röhre und dem genannten Widerstand entstehende Potential wird dabei
mit einem festen Potential, welches durch einen aus Widerständen aufgebauten Spannungsteiler
erzeugt wird, über einen Gleichrichter zusammengeschaltet. Die Schaltung ist so
getroffen, daß beim Wegfall der Regelspannung der Verstärkerröhre im genannten Gleichrichter
ein Strom fließt, was die Kurzschließung der Zwischenfrequenz und damit auch der
Rauschanteile des Empfängers bewirkt. Diese Schaltung weist jedoch den Nachteil
einer starken Abhängigkeit von der Anodenspannung und eines relativ hohen Stromverbrauches
auf, was sie für batteriegespeiste Geräte ungeeignet erscheinen läßt.
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Die Erfindung betrifft einen Frequenzmodulationsempfänger mit Rauschunterdrückung
und automatischer Verstärkungsregelung, welcher die genannten Nachteile nicht aufweist.
In diesem Empfänger wird mindestens einem Teil der geregelten Röhren die Anodenspannung
über einen festen Widerstand zugeführt. Dieser Empfänger, bei dem ferner die Rauschunterdrückung
in Abhängigkeit der Richtung der Potentialdifferenz zwischen dem von der Anodenspannungsquelle
abgewandten Ende des genannten Widerstandes und einem festen positiven Potential
mit Hilfe von im Niederfrequenzkanal wechselspannungsmäßig quer liegenden Gleichrichtern
bewerkstelligt wird und bei dem die Verstärkungsregelspannung mit Hilfe des Gitterstromes
des Begrenzers erzeugt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß das genannte feste
positive Potential an dem von der Anodenspannungsquelle abgewandten Ende eines Widerstandes
abgenommen wird, über welchen die Anodenspannung ungeregelten Röhren zugeführt wird,
und daß die Verstärkungsregelspannung von einem Punkt abgenommen wird, dem über
Widerstände sowohl die Begrenzerspannung als auch eine von der Speisespannung abhängige
positive Hilfsspannung zugeführt wird, wobei die Verhältnisse der Widerstände und
der Spannungen so gewählt sind,
daß die bei Abwesenheit eines Eingangssignals entstehende
Verstärkungsregelspannung annähernd Null ist.
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Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Schaltungsschema eines Frequenzmodulationsempfängers,
wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Teile dargestellt sind ;
Fig. 2 zeigt das Gitterspannungs-Anodenstrom-Diagramm der zweiten Hochfrequenzröhre
; Fig. 3 zeigt das Strom-Spannungs-Diagramm eines zu Stabilisierungszwecken verwendeten
stromabhängigen Widerstandes.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen : Das Empfangssignal gelangt
von der nicht dargestellten ersten Hochfrequenzstufe über den Kopplungskondensator
1 auf das Gitter der zweiten Hochfrequenzröhre 2. Die Anodenspannung wird dieser
Röhre über den Widerstand 3 und den Schwingkreis 4 zugeführt. Uber den Kopplungskondensator
5 gelangt das verstärkte Signal nach nicht gezeichneten Misch-und Zwischenfrequenzverstärkerstufen
(ZF).
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Sodann wird es über den Kopplungskondensator 7 der letzten ZF-Röhre
8 zugeführt. Die ZF-Verstärkerröhren werden über den gemeinsamen Vorwiderstand 6
mit Anodenspannung gespeist. Das ZF-Signal wird nun über den Kopplungskondensator
9 dem Gitter der Begrenzerröhre 10 zugeführt. Zur Erzielung einer Begrenzercharakteristik
werden die Verhältnisse in bekannter Weise so gewählt, daß die Röhre 10 schon bei
kleinen Eingangssignalen übersteuert
ist. Da das Gitter dieser Röhre
nicht vorgespannt ist, entsteht über dem Gitterableitwiderstand 11 in bekannter
Weise eine dem zugeführten ZF-Signal proportionale Gleichspannung. Von der Begrenzerröhre
10 gelangt das ZF-Signal in den Diskriminator D, wo es demoduliert wird. Die entstehende
Niederfrequenzspannung (NF) wird über den Widerstand 12 und die Kondensatoren 13
und 14 dem Gitter der NF-Röhre 15 zugeführt, deren Gitter mit einer nicht näher
bezeichneten spannungsquelle - G vorgespannt ist. tuber den Transformator 16 gelangt
das NF-Signal an einen nicht gezeichneten Verbraucher.
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Die am Widerstand 11 entstehende Spannung wird über die Widerstände
17 und 18 zur Beeinflussung der Gittervorspannung der Röhre 2 benutzt und dadurch
eine selbständige Verstärkungsregelung erzielt.
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Durch den in der Röhre 2 fließenden Anodenstrom entsteht am Widerstand
3 ein Spannungsabfall, welcher das Potential an Punkt 23 bestimmt. Der Anodenstrom
der Zwischenfrequenzröhren 8 usw. erzeugt am Widerstand 6 einen Spannungsabfall,
welcher das Potential am Punkt 24 bestimmt. Die beiden Punkte 23 und 24 werden nun
durch zwei in Serie geschaltete Gleichtrichter25 und 26 verbunden, welche so gerichtet
sind, dal3 nur Strom von 24 nach 23 fließen kann. Die Kondensatoren 27 und 28 überbrücken
die Widerstände 3 und 6 und die Gleichrichter für die Wechselkomponente der Anodenströme
der Röhren. Die Widerstände 3 und 6 werden nun so gewählt, daß bei maximalem Anodenstrom
der Röhre 2, d. h. beim Fehlen eines Eingangssignals, das Potential des Punktes
23 etwas tiefer liegt als dasjenige des Punktes 24. Nimmt der Strom in der Röhre
2 dagegen ab, während er in den ZF-Röhren gleichbleibt, so steigt das Potential
an Punkt 23 auf einen höheren Wert als dasjenige an Punkt 24. Da beide Potentiale
durch eine Spannungsteitung zwischen Röhren und Widerständen bestimmt werden, ist
eine Anderung der Speisespannung ohne Einfluß auf die zwischen ihnen entstehende
Spannung.
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Erfindungsgemäß ist der Punkt zwischen den Gleichrichtern mit dem
Niederfrequenzkanal verbunden. Diese Verbindung endigt zwischen den Kondensatoren
13 und 14, welche sich zwischen dem Diskriminator und der Niederfrequenzverstärkerstufe
befinden und gleichstrommäßig eine Trennung der verbundenen Schaltungsteile bewirken.
Wenn nun das Potential am Punkt 24 höher ist als dasjenige an Punkt 23, so ffießt
durch die Gleichrichter ein Gleichstrom, wodurch diese auch für einen diesem Gleichstrom
überlagerten Wechselstrom leitend sind. Der vom Diskriminator herrührende niederfrequente
Wechselstrom kann dann über die Gleichrichter und die Kondensatoren 27 und 28 nach
Masse nießen.
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Durch passende Wahl der Werte des Widerstandes 12 und der Kondensatoren
27 und 28 kann erreicht werden, daß dann die Spannung am Gitter der Röhre 15 nur
noch sehr gering ist, wodurch demnach die Niederfrequenz unterdrückt wird. Ist jedoch
das Potential des Punktes 23 höher als dasjenige des Punktes 24, so kann kein Strom
mehr durch die Gleichrichter 25 und 26 fließen. Die Gleichrichter sperren in diesem
Zustande auch den Fluß der zwischen ihnen angelegten Tonfrequenzspannung gegen Masse.
Die Niederfrequenzspannung gelangt in diesem Fall unbeeinflußt vom Diskriminator
auf das Gitter der Röhre 15.
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Wenn nun kein Signal auf den Empfängereingang trifft, so tritt am
Diskriminatorausgang Rauschen auf, und die Spannung am Widerstand 11 wird
minimal,
ebenso die Gittervorspannung der Röhre 2.
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Dies bewirkt einen maximalen Anodenstrom in dieser Röhre, ein niedriges
Potential an Punkt 23 und das Fließen eines Stromes durch die Gleichrichter 25 und
26. Der Niederfrequenzkanal wird dadurch kurzgeschlossen, wodurch das Rauschen am
Empfängerausgang unterdrückt wird. Trifft jedoch ein Signal auf den Empfängereingang,
so vergrößert sich die Spannung über dem Gitterwiderstand 11 des Begrenzers, wodurch
über die Widerstände 17 und 18 das Gitter der Röhre 2 stärker negativ vorgespallllt
wird.
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Dies bewirkt ein Sinken des Anodenstromes der Röhre 2, wodurcli siclmun
das Potential am Punkt 23 erhöht, was zur Folge hat. daß in beschriebener Weise
die Niederfrequenz nicht mehr über die Gleichrichter 25 und 26 nach. Masse abfließen
kann. Das empfangene und demodulierte Signal gelangt daher auf den Kopfhörer.
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Die beschriebene Schaltung kann nur dann richtig ausgenutzt werden,
wenn der volle Regelbereich der geregelten Röhre 2 zur Verfugung steht, insbesondere
derjenige im Bereiche von kleinen Gittervorspannungen, da dort die für die Verschiebung
des Potentials am Punkt 23 erforderlichen Anodenstromändcrungen am größten sind.
Da jedoch auch bei Abwesenheit eines Empfangssignals am Gitter der Begrenzerröhre
10 durch das Rauschen eine gewisse Z'orspannung erzeugt wird. so ist für die Regelspannung
eine entsprechende Korrektur gegenüber der Begrenzerspannung notwendig, welche ernndungsgemäß
dadurch erzeugt wird. daß die Begrenzerspannung über die Widerstände 17 und 22 mit
einer Hilfsspannung xusammengeschaltet wird. Die Regelspannuug wird dann von dem
zwischen den Widerständen 17 und 22 liegenden Punkt 29 abgenommen und über den Widerstand
18 dem Gitter der Regelröhre 2 zugeführt. Die Verhältnisse werden dabei so gewählt,
daß die Hilfsspannung bei einer angenommenen Begrenzerspannung Null am Gitter der
geregelten Röhre 2 eine positive Spannung erzeugen würde, welche ungefähr gleich
groß Wäre wie diejenige Begrenzerspannung, welche bei fehlendem Eingangssigna) und
bei einer angenommenen Hilfsspannung Null an diesem Gitter auftreten würde. Sind
Begrenzer-und Hilfsspannung zugleich wirksam, so kompensieren sie sich ungefähr,
wodurch den vorher beschriebenen Erfordernissen betreffend Regelbereich genügt werden
kann. Während dem Signalempfang wird infolge der Hilfsspannung die Regelspannung
gegenüber der Begrenzerspannung um einen gewissen Betrag reduziert, was weiter keinen
Einnuß auf die Regelfunktionen hat.
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Der Verstärkungsgrad der Röhren ändert sich mit veränderlicher Speisespannung.
Dieser Einfluß wirkt sich bei hintereinandergeschalteten Röhren beträchtlich aus,
da sich dann die Verstärkung multipliziert.
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Im beschriebenen Beispiel schwankt die Rauschspannung am Begrenzereingang
bei Abwesenheit eines Eingangssignals im Verhältnis 5 : I für die durch den verschiedenen
Ladezustand der Speisebatterie bedingten extremen Speisespannungen. In demselben
Verhältnis schwankt die Begrenzerspannung. Ein richtiges Arbeiten der Schaltungsanordnung
bei veränderlicher Speisespannung wird nun dadurch erreicht, daß die Hilfsspannung
in Abhängigkeit von der Speisespannung im selben Verhältnis verändert wird wie die
Rauschspannung. Erflndungsgemäß wird zu diesem Zwecke die Hilfsspannung mit Hilfe
eines stromabhängigen Widerstandes, wie sie unter dem Namen VDR-Widerstände bekannt
sind, erzeugt. Die Fig. 3 zeigt die Charakteristik eines solchen Widerstandes.
Wie
man daraus ersehen kann, nimmt mit wachsender Spannung U der Strom 1 mehr als proportional
zu, so daß eine ähnliche Abhängigkeit von der Speisespannung wie für die Verstärkung
besteht.
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Der VDR-Widerstand 19 ist mit einem Widerstand 20 in Serie geschaltet.
Der hauptsächlich durch den VDR-Widerstand bestimmte Strom erzeugt am Widerstand
20 die Hilfsspannung, welche am Punkt 21 abgegriffen wird.
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Aus dem Vorstehenden geht hervor, daß die Gesamtanordnung als Rauschunterdrückung
wirkt, da der Niederfrequenzausgang gesperrt wird, wenn kein Signal empfangen wird
und daher Rauschen auftreten würde. Durch die Stabilisierung der Gegenspannung an
Punkt 21 mit dem stromabhängigen Widerstand 19 ist ein zuverlässiges Arbeiten unabhängig
von dem durch die Speisespannung abhängigen Verstärkungsgrad der Röhren gewährleistet.
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Als Röhre 2 wird vorzugsweise ein Röhrentyp gewählt dessen Gitterspannungs-Anodenstrom-Charakteristik
die Fig. 2 zeigt. In dem mit l bezeichneten Bereich ist dabei die Steilheit konstant
; im Bereich B sinkt sie rasch gegen Null. Solange die Gittervorspannung im Bereich
4 bleibt, wird nur der Anodenstrom und damit die Rauschunterdrückung beeinflußt.
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Bei hohen Eingangsspannungen kommt nun die Gittervorspannung der Röhre
2 in den Bereich B zu liegen, wodurch der Anodenstrom nicht mehr wesentlich verändert
wird, jedoch die Steilheit abnimmt, wobei die Verstärkung in bekannter Weise zurückgeregelt
wird.