DE1075679B

DE1075679B - Elek ironischer Modulator

Info

Publication number: DE1075679B
Application number: DENDAT1075679D
Authority: DE
Inventors: Auguste Casanova Saint Eugene Jean (Algerien)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1956-05-23
Publication date: 1960-02-18
Also published as: GB822924A; FR1150950A

Description

DEUTSCHES

Auf vielen. Gebieten der Elektronik muß mit verhältnismäßig schwachen Signalen gearbeitet werden, deren. Frequenz niedrig oder gleich Null ist. Meist ist dabei eine Verstärkung erforderlich.

Dies ist z. B. im Fernmeldewesen der Fall, jedoch auch bei Geräten zur Messung physikalischer Größen, wie z. B. von Ortsveränderungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Drücken, Temperaturen usw. Die Meßgeräte enthalten dabei meistens Brückenschaltungen oder arbeiten mit Vergleichsverfahren zwischen einer Meßgröße und einer Bezugsgröße.

Aufgaben dieser Art ergeben sich insbesondere auch bei Registriergeräten, wie sie in der Elektrophysiologie verwendet werden, z. B. bei Elektroencephalographen und Elektrokardiographen, und allgemein bei Vorrichtungen zur Registrierung oder Messung von biologischen Strömen.

Bekannte elektronische Einrichtungen zur Verstärkung solcher Signale arbeiten meist in der Weise, daß durch die Signale eine Trägerfrequenz moduliert wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ausgeglichene Modulatoren, bei denen ein oder mehrere Paare von Modulatorelementen, z.B. elektronische Röhren, Transistoren, Magnetverstärker od. dgl. in B- oder C-Schaltung arbeiten.

Bei den bekannten Röhrenmodulatoren mit Trägerunterdrückung legt man das modulierende Signal in Phasenopposition und den Hochfrequenzträger mit gleicher Phase an zwei Modulatorelemente an. Der Anodenkreis kann z. B. einen ausgeglichenen Transformator enthalten. In manchen Fällen wird dabei die vorherige Phasendrehung des modulierenden Signals durch bestimmte Eingangsschaltungen mit Transformatoren erreicht. Einrichtungen dieser Art haben aber den Nachteil, daß sie bei Signalen der Frequenz Null versagen. Nachteilig sind auch die Wirkungen parasitärer Signale, die stärker in Erscheinung treten können als das modulierende Signal, insbesondere bei industriell bedingten Störsignalen, wobei die Eliminierung dieser Signale mit den erwähnten Einrichtungen nicht möglich ist. Bei elektronischen Phasenschiebersystemen, die auch bei sehr niedrigen Frequenzen oder der Frequenz Null arbeiten, sind verhältnismäßig komplizierte Modulatoren erforderlich, bei denen auch der zuletzt erwähnte Nachteil nicht behoben ist.

Um die Verwendung solcher Phasenschieber zu vermeiden, ist insbesondere für Röhrenmodulatoren vorgeschlagen worden, das modulierende Signal zwischen ein Steuergitter eines Modulatorelementes und ein Bezugspotential anzulegen, wobei das andere Gitter unmittelbar an das Bezugspotential oder ein festes Potential angelegt ist. Die Kathoden der beiden

Anmelder:

Jean Auguste Casanova,
Saint Eugene (Algerien)

Vertreter: Dipl.-Ing. W. Cohausz

und Dipl.-Ing. W. Florack, Patentanwälte,

Düsseldorf, Schumannstr. 97

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 23. Mai 1956

Jean Auguste Casanova, Saint Eugene (Algerien),
ist als Erfinder genannt worden

Elemente sind dabei zusammengeschaltet und stehen mit dem Bezugspotential über eine hohe Kathodenvorspannung in Verbindung, die durch einen ohmschen Widerstand erzeugt wird. Wenn es auch bei Einrichtungen dieser Art möglich ist, eine vorherige Phasendrehung zu vermeiden, haben diese doch den wesentliehen Nachteil, daß sie nicht die parasitären Signale eliminieren. In manchen Fällen, z. B. wenn das Niveau eines Störsignals höher ist als die Gitterrückwirkung, treten dadurch, daß die gemeinsamen Kathoden mit dem Gitter verbunden sind und dieses das Signal nicht auf demselben Bezugsniveau erhält, erhebliche Störungen bei den Modulatoren in B- oder C-Schaltung auf.

Es sind ferner Modulatoren bekanntgeworden, deren Zweck es ist, einen hinreichend genauen Ausgleich bei der Hochfrequenz zu erzielen, um Ströme dieser Frequenz, die die Trägerfrequenz in die entsprechenden Schaltkreise am Ausgang des Modulators als Folge des Auftretens von Störkapazitäten der Röhren für höhere Trägerfrequenzen einführt, zu

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eliminieren. Modulatoren dieser Art können nur mit modulierenden Signalen einer bestimmten Frequenz arbeiten, während sie auf keinen Fall mit modulierenden Signalen sehr geringer Frequenz oder mit der Frequenz Null arbeiten können.

Weiterhin ist noch ein Phasendetektor bekanntgeworden, der ein Signal der gleichen Frequenz wie die Trägerfrequenz liefert und dessen Amplitude und Phase gegenüber der Trägerfrequenz Funktionen eines modulierenden Eingangssignals sind. Ein Potentiometer kann zwar zur Regelung des Ausgleichs der Schaltung verwendet werden. Die Tatsache, daß es an der Masse liegt, schließt den Fall aus, daß der Wert seines ohmschen Widerstandes sehr hoch sein kann, wenn auch kein bestimmter zahlenmäßiger Wert angegeben ist, weil sonst die entsprechenden Röhren nicht in der vorgesehenen Weise arbeiten können, da das Potential der Steuergitter der Röhren praktisch immer niedriger als das der Kathode ist, da diese selbst auch an der Masse liegen.

Die Aufgabenstellung der Erfindung kann im wesentlichen wie folgt dargestellt werden:

Der Modulator gemäß der Erfindung soll auch bei modulierenden Signalen sehr geringer Frequenz bis zur Frequenz Null zufriedenstellend arbeiten,

die Wirkungsweise des Modulators soll nicht beeinträchtigt sein durch parasitäre Signale, die in Phase an den Modulatorelementen erscheinen, unabhängig von der Amplitude der parasitären Signale.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung hat der Modulator gemäß der Erfindung die folgenden Merkmale:

a) Das modulierende Signal ist an die Enden eines Widerstandes oder einer komplexen Impedanzschaltung angelegt, deren Mittelpunkt mit einer Bezugsspannung verbunden ist; die beiden Enden stehen mit den entsprechenden Steuerorganen der beiden Modulatorelemente in Verbindung, so daß die beiden Elemente das modulierende Signal gegenüber der Bezugsspannung in Phasenopposition erhalten.

b) Eine sehr hohe Gegenkopplungsbelastung (deren Widerstand bis zu 10 Megohm betragen kann) liegt gemeinsam an den beiden Modulatorelementen, so daß man einerseits eine vollkommene Symmetrie bei der Phasendrehung des modulierenden Signals erhält und andererseits die parasitären Signale, die das nützliche Signal stören, in dem gewünschten Umfange eliminiert werden können. Das andere Ende des Belastungswiderstandes ist außerdem mit einer Spannungsquelle verbunden, deren Niveau von dem Bezugsniveau nach

a) hinreichend verschieden ist, und welche den Spannungsabfall über der Belastung derart kompensiert, daß eine normale Arbeitsweise der Modulatorelemente entsprechend der gewählten Klasse möglich ist.

Erfindungsgemäß ist der elektronische Modulator, bei dem ein Verstärkerpaar im Gegentakt mit einem gemeinsamen Ausgangskreis verbunden ist und welcher Einrichtungen aufweist, durch die eine Trägerfrequenz gleichphasig an den beiden Verstärkern gemeinsam oder in geeigneter Weise zugeordnete Elemente angelegt werden, sowie Einrichtungen, durch die ein modulierendes Signal in Phasenopposition an die entsprechenden Steuerelemente der beiden Verstärker angelegt werden kann, insbesondere für sehr niedrige Frequenzen und Einrichtungen, durch die das modulierende Signal an die beiden Verstärker in Phasenopposition angelegt werden kann, die aus einem Widerstand oder einem komplexen Impedanzzweipol bestehen, deren Mittelpunkt mit einem Bezugspotential verbunden ist und deren beide Enden gleichzeitig mit den Klemmen der Quelle des modulierenden Signals und den entsprechenden Steuerelementen der beiden Verstärker verbunden sind, gekennzeichnet durch eine sehr hohe Gegenkopplungsbelastung, deren eines Ende gemeinsam mit den Eingangselektroden beiden Verstärkerelemente verbunden ist und deren anderes Ende an einer geeigneten Spannung liegt, die ungleich der erwähnten Bezugsspannung ist und zur Kompensierung des über der Belastung auftretenden Spannungsabfalls dient.

Nach einem weiteren Merkmal ist der Modulator dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequente Trägerwelle in der Gegenkopplungsbelastung zugeführt wird, die eine Impedanz darstellt, die groß gegenüber der kathodenseitigen Eingangsimpedanz des Modulators ist.

Weitere Merkmale und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen je ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels.

Fig. 1 zeigt bei einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Doppeltriode I₁ V vom Röhrentyp 12AX 7, deren Kathoden 2 und 2' miteinander verbunden sind. Die Röhre besitzt Steuergitter 3 und 3' und Anoden 4 und 4'.

Der Anodenkreis wird in üblicher Weise durch die Primärwicklung eines Hochfrequenztransformators 5 dargestellt, deren Enden mit den Anoden 4 und 4' verbunden sind. Der Mittelpunkt der Primärwicklung ist mit einer positiven Spannungsquelle 6 verbunden, deren Spannung z. B. +85 Volt betragen kann.

Die Anodenbelastung kann jedoch je nach den Betriebsverhältnissen auch in anderer zweckmäßiger Weise dargestellt werden; so können z. B. die beiden Anoden gemeinsam an ein Ende eines Oszillatorkreises angelegt werden.

Der Eingangskreis des Modulators enthält einen Widerstand 7, dessen Mittelpunkt 8 an Masse gelegt ist und dessen eines Ende an der Klemme 9 und dem Steuergitter 3 und dessen anderes Ende an der Klemme 9' und dem Steuergitter 3' liegt.

Die miteinander verbundenen Kathoden 2 und 2' sind über einen auf die Trägerfrequenz abgestimmten Oszillatorkreis 10 mit einem hohen Widerstand 11 verbunden, dessen Wert über 200 Kiloohm liegt und der Werte bis zu 10 Megohm erreichen kann. Das andere Ende des Widerstandes 11 ist an eine negative Spannungsquelle 12 gelegt, deren Wert z. B. — 85VoIt betragen kann. Der Kreis 10 ist mit einem Schwingkreis 10' induktiv gekoppelt; der Schwingkreis 10' gehört zu einem Hochfrequenzoszillator, der an die Klemmen 13 und 13' angeschlossen ist.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet in folgender Weise: Die Spannungsquelle, die ein modulierendes Signal liefert, das als Spannungsschwingung niedriger Amplitude erscheint, deren Frequenz niedrig oder gleich Null ist, wird an die Klemmen 9 und 9' angelegt, welche über gleiche Widerstände an der Masse liegen. Infolge dieser erfindungsgemäßen Schaltung sind die an den Klemmen 9 und 9' auftretenden Signale in Phasenopposition. Dagegen werden die parasitären Signale, die gleichphasig an den Klemmen auftreten, eliminiert; je nach der Anwendung der erfindungsgemäßen Schaltung ist eine mehr oder weniger große Sorgfalt auf die Darstellung gleicher Verbindungen zwischen den Klemmen 9 und 9' und dem Bezugsniveau anzuwenden. So kann z. B. bei Meßgeräten eine absolute Symmetrie erforderlich sein, wobei diese Symmetrie in bekannter Weise hergestellt wird. Bei der Anwendung der Erfindung auf elektro-

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physiologische Vorgänge wurde festgestellt, daß man den menschlichen Körper durch einen ohmschen Widerstand in der Größenordnung von 30000hm'mit einem parallel geschalteten Kondensator in der Größenordnung von 20000 cm darstellen kann und daß durch diese Werte ein gewisser Spielraum bei der Isolierung gegenüber dem Bezugspotential gegeben ist.

Weiter wurde festgestellt, daß die Phasendrehung der modulierenden Welle am besten erreicht wird, wenn man eine sehr hohe Kathodenbelastung 11 verwendet. Wenn nun ein Störsignal identisch an den beiden Gittern auftritt, arbeiten die beiden Röhren 1 undl' parallel mit einer verhältnismäßig hohen Gegenkopplung, so daß das Signal nicht nur nicht verstärkt, sondern im Gegenteil in jeder der Röhren erheblich geschwächt wird, wobei auch durch die Schaltung gemäß der Erfindung eine Diskriminierung bei der Verstärkung und der Modulation zwischen nicht gleichphasigen, normalerweise verwendeten modulierenden Signalen erfolgt und solchen, die in Phase sind und fast völlig eliminiert werden. Der Eliminierungsgrad kann berechnet werden und ist sehr hoch. Die Erfindung ermöglicht daher in vollkommener Weise die Beseitigung unerwünschter Störsignale.

Bei Modulatorschaltungen nach Klasse B und insbesondere nach Klasse C wird der Spannungsabfall über dem hohen Kathodenwiderstand gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung durch eine entsprechende negative Gegenspannung kompensiert, welche an Klemme 12 gelegt wird. Diese negative Spannung kann z. B. bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel — 85 Volt betragen.

Man kann z. B. den negativen Pol der Anodenspannungsquelle an die Klemme 12 anschließen, wobei das Bezugsniveau (im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Masse) an einen geeigneten Punkt der Hauptspannungsquelle angelegt werden kann. Auch kann, falls erforderlich, das Bezugsniveau auf einem beliebigen Potential gegenüber der Masse gehalten sein.

Die Hochfrequenzerregung wird induktiv an die miteinander verbundenen Kathoden 2 und 2' der beiden Trioden 1 und 1' angelegt und stört die beschriebene Wirkungsweise nicht. Die induktive Kopplung zwischen der Hochfrequenzquelle und den Kathoden der Modulatoren erlaubt die Anpassung der hohen Kathodenimpedanz an das modulierende Signal und die Trägerschwingung.

Vorteilhaft ist, daß die erforderliche Stärke der Hochfrequenzquelle in Anbetracht des hohen Kathodenwiderstandes verhältnismäßig gering sein kann. Der Kathodenwiderstand soll eine hohe Impedanz sowohl gegenüber den modulierenden Signalen als auch gegenüber der Trägerfrequenz darstellen, und er kann unter Einhaltung dieser Bedingungen in verschiedenartiger Weise ausgebildet sein.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 2 dargestellt. Schaltelemente, die im gleichen Zusammenhang wie in Fig. 1 auftreten, sind dabei mit den gleichen Bezugszeichen versehen. In demAusführungsbeispiel der Fig. 2 ist der Kathodenwiderstand der dynamische Widerstand einer Pentode 14, z. B. vom Typ EBF 80, welcher in der Größenordnung von 10 Megohm liegt. Bei dieser Schaltung ist die Impedanz der Hochfrequenzquelle gegenüber der von der Pentode gebildeten Impedanz vernachlässigbar. Der abgestimmte oder nicht abgestimmte Sekundärhochfrequenzkreis wird einerseits an die Verbindung des Kathodenwiderstandes der Röhre 14 mit dem Steuergitter der Röhre und andererseits an die Klemme 12 der Quelle der negativen Kompensationsspannung angeschlossen.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Schaltung wird der Kathodenwiderstand ebenfalls durch den dynamischen Widerstand einer Pentode 14, z. B. vom Typ EBF 80, gebildet und ist entsprechend hoch. Eine Spannungsquelle von z. B. — 85 Volt, die an Klemme 12 liegt, dient zur Kompensierung des Spannungsabfalls an diesem so gebildeten Kathodenwiderstand. Die beiden Modulatorelemente sind zwei Doppeltrioden 15 und 16, deren Anoden an die Enden des abgestimmten Ausgangskreises angelegt sind; von den beiden Eingangsklemmen, an die das gegenphasig zugeführte modulierende Signal gelegt ist, ist jede mit je einem Gitter der beiden Doppeltriaden verbunden, wobei beide Eingangsklemmen mit der Masse über zwei gleiche Widerstände verbunden sind. Das andere Gitter beider Doppeltriaden erhält gleichphasig die Hochfrequenzerregung, die an Klemme 17 angelegt ist.

Die gemeinsamen Kathoden jeder der beiden Doppeltrioden sind über ein Potentiometer 18 miteinander verbunden. Ferner sind sie durch ein zweites Potentiometer 19 verbunden, welches einen Regelabgriff aufweist, der mit der Anode einer Pentode 14 verbunden ist. Das Potentiometer 19 dient dabei zum genauen Abgleich für den Fall, daß man eine völlige Unterdrückung der Trägerwelle am Ausgang erreichen will.

Der Modulator gemäß der Erfindung kann in allen in der BeschreibungseinMtung erwähnten Fällen angewendet werden, wobei bei allen diesen Anwendungen die Trägerfrequenz zweckmäßig gewählt werden kann, und auch die verwendeten Modulatorelemente (Röhren, Transistoren, Magnetverstärker) und ihre Wirkungsweise. Auch können mehrere Modulatoren gemäß der Erfindung ohne gegenseitige Störung hintereinander an Quellen modulierender Signale angeschaltet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Elektronischer Modulator, bei dem ein Verstärkerpaar im Gegentakt mit einem gemeinsamen Ausgangskreis verbunden ist und welcher Einrichtungen aufweist, durch die eine Trägerfrequenz gleichphasig an den beiden Verstärkern gemeinsam oder in geeigneter Weise zugeordnete Elemente angelegt werden, sowie Einrichtungen, durch die ein modulierendes Signal in Phasenopposition an die entsprechenden Steuerelemente der beiden Verstärker angelegt werden kann, insbesondere für sehr niedrige Frequenzen und Einrichtungen, durch die das modulierende Signal an die beiden Verstärker in Phasenopposition angelegt werden kann, die aus einem Widerstand oder einem komplexen Impedanzzweipol bestehen, deren Mittelpunkt mit einem Bezugspotential verbunden ist und deren beide Enden gleichzeitig mit den Klemmen der Quelle des modulierenden Signals und den entsprechenden Steuerelementen der beiden Verstärker verbunden sind, gekennzeichnet durch eine sehr hohe Gegenkopplungsbelastung, deren eines Ende gemeinsam mit den Eingangselektroden der beiden Verstärkerelemente verbunden ist und deren anderes Ende an einer geeigneten Spannung liegt, die ungleich der erwähnten Bezugsspannung ist und zur Kompensierung des über der Belastung auftretenden Spannungsabfalls dient.

2. Modulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochfrequente Trägerwelle an der Gegenkopplungsbelastung zugeführt wird, die eine Impedanz darstellt, die groß gegenüber der kathodenseitigen Eingangsimpedanz des Modulators ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 422 870; britische Patentschrift Nr. 669 223; französische Patentschrift Nr. 1 100 366; USA-Patentschriften Nr. 2 013 807, 2 442 786, 2 576 429.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen