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Anordnung zur elektronischen Abstimmung und zur automatischen Scharfabstimmung
Für Empfangsgeräte, die nach dem überlagerungsprinzip arbeiten, sind Schaltungen
bekannt, die die gewonnene Zwischenfrequenz einem auf deren Sollwert abgestimmten
Diskriminator zuführen, der eine Regelspannung abgibt und damit den Oszillatorkreis,
beispielsweise über eine Kapazitätsdiode, derart nachregelt, daß die Zwischenfrequenz
stets auf ihrem Sollwert liegt. Der Arbeitspunkt einer derartigen Kapazitätsdiode
wird dabei auf der Diodenkennlinie (Kapazität in Abhängigkeit von der Sperrspannung)
an den Punkt größter Steilheit und Linearität gelegt.
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Zur elektronischen Abstimmung eines Oszillators ;st ebenfalls eine
Schaltung mit einer Diode bekannt, die in Reihe mit einem Kondensator dem irequenzbestimmenden
Schwingkreis parallel liegt und deren Widerstandswert durch einen Gleichstrom gesteuert
wird. Dadurch wird der wirksame Blindwiderstand des Kondensators geändert und der
Schwingkreis verstimmt. Die bekannten Schaltungen sind so bemessen, daß sie nur
eine Feinabstimmung in einem kleinen Bereich der durch andere Mittel bewirkten Grobabstimmung
ermöglichen.
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Bei einer bekannten Anordnung zur elektronischen Abstimmung von Geräten
der Nachrichtentechnik mit Dioden, deren Kapazität oder Widerstand durch Änderung
ihrer Vorspannung veränderbar ist, ist die Kapazitätscharakteristik der Diode(n)
so bemessen, daß die Abstimmung des Empfängers für den selektiven Empfang über das
gesamte zu empfangende Frequenzband wirksam ist. Statt Mehrfachdrehkondensatoren,
Variometer oder umschaltbarer Spulen ist in den selektiven Empfangskreis und in
den Oszillatorkreis je eine Kapazitätsdiode geschaltet, die durch Änderung einer
beiden Dioden gemeinsamen Sperrspannung beide Kreise in Gleichlauf verstimmt.
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Es ist daher bei derartigen elektronisch abstimmbaren Geräten auch
bekannt, zusätzlich eine automatische Scharfabstimmung vorzusehen. Durch die meist
von Hand zur Abstimmung eingestellte Diodenvorspannung wird jedoch der Arbeitspunkt
der Diode auf der Kennlinie in weiten Grenzen verschoben, so daß wegen des nichtlinearen
Charakters dieser Kennlinie deren Steilheit an den jeweils eingestellten Punkten
ebenfalls in weiten Grenzen, etwa um einige Zehnerpotenzen, unterschiedlich ist.
Die in diesem Punkt zusätzlich wirksame automatische Regelspannung wird also den
Schwingkreis sehr unterschiedlich beeinflussen, d. h., die Regelsteilheit der ganzen
Schaltung schwankt in sehr weiten Grenzen.
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F i g. 1 zeigt für eine Kapazitätsdiode deren Sperrschichtkapazität
C in Abhängigkeit von der Sperrspannung U". Bei tiefen Empfangsfrequenzen, d. h.
hoher Kapazität und geringer Sperrspannung, wird die Diode im Punkt 1 betrieben,
so daß die Regelschaltung mit maximaler Steilheit arbeitet. Bei hohen Frequenzen,
d. h. geringer Kapazität und hoher Sperrspannung liegt der Arbeitspunkt bei 2, und
die automatische Regelung kann wegen der geringen Steilheit der Kennlinie kaum noch
arbeiten.
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Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil der sehr unterschiedlichen
Regelsteilheit und besteht darin, daß die Vorspannung und die Regelspannung gemeinsam
von einem Abgriff eines Spannungsteilers abgenommen sind, der von einem konstanten
Gleichstrom und von einem von der Regelspannung abgeleiteten Regelgleichstrom in
einem solchen Sinne durchflossen wird, daß bei der Einstellung eines Punktes großer
Steilheit auf der Kapazitätscharakteristik der Dioden durch Änderung ihrer Vorspannung
nur ein kleiner Teil der Regelspannung und bei der Einstellung eines Punktes kleiner
Steilheit ein großer Teil der Regelspannung am Abgriff abgenommen wird, so daß die
Einwirkung der Regelspannung auf die Kapazität der Dioden und damit auf die Frequenz
der abgestimmten Schwingkreise über das mit den Dioden abstimmbare Frequenzband
nahezu konstant bleibt.
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Die Erfindung soll an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden.
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In F i g. 2 speist eine Antenne 3 eine Hochfrequenzverstärkerröhre
4 eines UKW-Empfängers, an deren Anode ein auf die Empfangsfrequenz abstimmbarer
Schwingkreis 5 angeschlossen ist. Die Kapazität dieses Schwingkreises besteht aus
einem Kondensator 7 und einer damit in Reihe geschalteten Kapazitätsdiode B. Die
verstärkte Hochfrequenz-
Spannung wird über einen Kondensator 9
an das Gitter einer als selbstschwingende Mischstufe geschalteten Triode
10 angekoppelt. Die Kapazität des Oszillatorschwingkreises 13 besteht, genau
wie im Schwingkreis 5 der Eingangsstufe, aus der Reihenschaltung eines Kondensators
31 und einer Kapazitätsdiode 12. Die in der Röhre 10 gebildete und verstärkte Zwischenfrequenz
wird über ein Zwischenfreuenzfilter 14 einer weiteren Verstärkerröhre 15 zugeführt,
an deren Ausgang ein auf die Zwischenfrequenz abgestimmter Diskriminator 16 angeschlossen
ist. Der Diskriminator liefert an einem Ausgang 17 die Tonfrequenz und gleichzeitig
über eine Zeitkonstante 18, 19 eine Regelspannung, die dem Gitter der Eingangsstufe
4 zugeführt wird. Der Anodenkreis dieser Röhre enthält in Reihe mit dem abstimmbaren
Schwingkreis 5 einen ohmschen Widerstand 21, wobei der Verbindungspunkt 28 für die
Hochfrequenz mit einem Kondensator 29 geerdet und über einen Widerstand 22, ein
Potentiometer 23 und einen Widerstand 24 an Masse geführt ist.
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Die von einem Gleichstrom durchflossene Widerstandskette 21, 22, 23,
24 ist derart dimensioniert, daß die am Schleifer 25 des Potentiometers 23 abgegriffene
Gleichspannung, die über Widerstände 26, 27 den Kapazitätsdioden als Sperrspannung
zugeführt wird, innerhalb der gewünschten Grenzen variiert wird, die beispielsweise
in F i g. 1 durch die Punkte 1 und 2 bezeichnet sind. Mit dem Widerstand 24 wird
die durch den Punkt 1 festgelegte Mindestsperrspannung für die Dioden einmal fest
eingestellt.
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Die Induktivitäten der Schwingkreise 5, 13, die Kondensatoren 7,
11 und die Kapazitätsänderung der Dioden (Punkte 1, 2 in F i g. 1)
sind derart dimensioniert, daß mit dem Potentiometer 23 der Empfänger mit den im
Gleichlauf gesteuerten Dioden über den ganzen UKW-Bereich abgestimmt werden kann.
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Die Röhre 4 erfüllt zwei Funktionen. Einmal dient sie als Hochfrequenzverstärker,
zum anderen als Gleichspannungsverstärker und Potentialformer für die Regelspannung,
die vom Punkt 28 über den Widerstand 22 ebenfalls auf das Potentiometer 23 gelangt.
Die Kompensation der stark unterschiedlichen Steilheit der Diodenkennlinie nach
F i g. 1 wird nun auf folgende Weise erreicht: Bei tieferen Empfangsfrequenzen,
d. h. hoher Parallelkapazität und geringer Sperrspannung (Punkt 1)
ist die
Steilheit der Kennlinie groß. Da jedoch der Schleifer 25 des Potentiometers 23 in
der rechten Endstellung steht, wird auch nur ein geringer Teil der an Punkt 28 stehenden
verstärkten Regelspannung abgegriffen. Für den entgegengesetzten Fall, d. h. für
hohe Empfangsfrequenz, geringer Parallelkapazität und hoher Sperrspannung (Punkt
2), ist zwar die Steilheit der Kennlinie gering, jedoch wird nun, da der Schleifer
25 in der linken Endstellung steht, eine hohe Regelspannung abgegriffen.
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Messungen an einer derartigen Schaltung haben ergeben, daß die Regelsteilheit,
d. h. die Änderung der Resonanzfrequenz der beiden Kreise 5, 13 bei Änderung der
Diskriminatorausgangsspannung um einen festen Betrag zwischen den Grenzen 1 und
2 in F i g. 1, nur wenig schwankt, während die Steilheit der Kennlinie in den Punkten
1 und 2 um mehrere Zehnerpotenzen unterschiedlich ist.
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Zur Verstärkung der Regelspannung, zur Trennung der Widerstandskette
21 bis 24 vom Diskriminator sowie zum hochohmigen Abschluß des Diskriminators kann
natürlich auch eine gesonderte Röhre verwendet werden. Doch ist es ein wesentlicher
Vorteil der Erfindung, daß die ohnehin vorhandene Hochfrequenzverstärkerröhre 4
für diese Zwecke ausgenutzt wird.
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Mit sich gegenseitig auslösenden Schaltern 30, 31. usw. können wahlweise
verschiedene, auf bestimmte Empfangsfrequenzen eingestellte Potentiometer 23, 32
usw. zwischen die Widerstände 22, 24 eingeschaltet werden. Nach Druck einer Taste
wird dann selbsttätig der einmal mit dem zugeordneten Potentiometer eingestellte
Sender empfangen. Derartige Tasten, deren Zahl in der beschriebenen Schaltung unbegrenzt
hoch sein kann, ist beispielsweise besonders zweckmäßig in Autoempfängern, da hier
das Einstellen eines anderen Senders während der Fahrt besonders schwierig und mit
Gefahren verbunden ist.
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Beim Abstimmen eines der Potentiometer 23, 32 usw. auf einen bestimmten
Sender ist es zweckmäßig, die Regelspannung mit einem Schalter 33 auf Masse zu legen,
damit der Diskriminator nach dem Anschalten der Regelspannung möglichst in der Nähe
des Nulldurchganges seiner Kennlinie arbeitet. Da beim Abstimmen bei eingeschalteter
Regelung die Widergabe am Lautsprecher über einen bestimmten Einstellbereich, nämlich
den Haltebereich der Regelung, gleich gut ist, weiß der Bedienende nicht, auf welchen
Punkt er das Potentiometer 23, 32 zweckmäßigerweise einstellen muß. Beispielsweise
kann dieser Schalter 33 beim öffnen einer die Bedienknöpfe dieser Potentiometer
abdeckenden Klappe selbsttätig geschlossen werden. An Stelle des Schalters 33 kann
auch ein Schaltelement 20 vorgesehen werden, das eine S-förmige Charakteristik
hat, d. h. beim Überschreiten einer positiven Spannung und beim Unterschreiten einer
negativen Spannung sehr niederohmig wird und die Regelspannung kurzschließt. Dadurch
kann bei hoher Regelsteilheit der Haltebereich der Regelung verringert werden, so
daß nicht mehrere Sender gleichzeitig in den Haltebereich fallen.
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Die Einstellvorrichtung kann in besonders günstiger Weise in Block
34 zu einer Fernbedieneinheit zusammengefaßt werden. Diese kann, da nur Gleichspannungen
übertragen werden, mit einem normalen mehradrigen Kabel mit dem Empfängerverbunden
und beliebig weit vom Empfänger angeordnet werden.
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Da die Regelkennlinie der Kapazitätsdioden stark gekrümmt ist (F i
g. 1), ist es zweckmäßig, für den Spannungsteiler Potentiometer 23, 32 mit näherungsweise
logarithmischer Kennlinie zu wählen. Dadurch wird die Zuordnung der jeweils eingestellten
Empfangsfrequenz zu der Winkelstellung des Potentiometers linearisiert, und eine
gegebenenfalls an dem Bedienungsknopf angebrachte Frequenzskala erhält eine gleichmäßige
Aufteilung.
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Eine weitere Anwendung der Erfindung ergibt sich bei den Eingangskreisen
eines Fernsehempfängers. Beispielsweise werden alle Kanäle eines Bandes durch Regelung
von Kapazitätsdioden eingestellt, die in die Empfangskreise und den Oszillatorkreis
ähnlich wie in F i g. 2 eingefügt sind, während nur die Umschaltung auf ein anderes
Band mechanisch erfolgt. Auch hier ist es möglich und zweckmäßig, die einzelnen
Kanäle dadurch einzuschalten, daß wahlweise festeingestellte Gleichspannungen als
Vorspannung auf die Dioden geschaltet werden.
In F i g. 3 ist die
Erfindung am Beispiel eines Kanalschalters für den VHF-Bereich eines Fernsehempfängers
dargestellt. Eine Fernsehantenne 35 speist den Eingangskreis 36 einer Kaskodestufe
37, 38, an deren Ausgang ein über den VHF-Bereich abstimbares Bandfilter mit einem
Primärkreis 39 und einen Sekundärkreis 40 angeschlossen ist. Die verstärkte Hochfrequenzspannung
gelangt über einen Kondensator 41 an das Gitter einer als Mischstufe dienenden Röhre
42. Eine über ihre Kathode durch eine Spule 44 rückgekoppelte Röhre 43 dient als
Oszillator. Die erzeugte und in der Frequenz vom Gitterkreis 45 abhängige Oszillatorspannung
wird über einen Kondensator 46 der Mischstufe 42 zugeführt. Die Schwingkreiskapazitäten
der Kreise 36, 39, 40, 45 bestehen jeweils aus einem Kondensator 47 bis 50,
mit dem eine Kapazitätsdiode 51 bis 54 in Reihe geschaltet ist. Diese Dioden werden
über Widerstände 55 bis 58 von Punkt A mit einer gemeinsamen Gleichspannung,
der die vom Diskriminator erzeugte Regelspannung UR überlagert ist, vorgespannt.
Durch Regelung dieser Gleichspannung wird gemäß F i g. 1 die Kapazität der Dioden
verändert, und die Kreise 36, 39, 40, 45 können im Gleichlauf auf alle Empfangskanäle,
wenigstens aber auf die eines Bandes abgestimmt werden. Die Induktivitäten werden
entweder nicht oder nur beim Übergang auf ein anderes Frequenzband durch eine andere
ersetzt, oder es wird eine für das untere Frequenzband dimensionierte Induktivität
59 vorgesehen und beim Übergang auf ein höheres Frequenzband durch einen Schalter
60 teilweise kurzgeschlossen.
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Die Abstimmung auf die Kanäle eines Bandes erfolgt beispielsweise
stufenlos mit einem Potentiometer 61, das in einem von einem Gleichstrom und einem
von der Regelspannung abhängigen Strom durchflossenen Spannungsteiler 62, 63 liegt.
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Zweckmäßiger wird es sein, die für die einzelnen Kanäle erforderlichen
Gleichspannungen an Potentiometern 64 bis 67 fest einzustellen und mit einem Wahlschalter
68 abzugreifen. Um die Belastung der Gleichspannungsquelle zu vermindern, können
auch Regelwiderstände 69 bis 72 in Reihe angeordnet werden.
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Die Schaltung der Potentiometer 64 bis 67 hat den Vorteil, daß bei
Einstellung eines Potentiometers die an den übrigen eingestellten Gleichspannungen
nicht beeinflußt werden.
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Die Schaltung des Kanalschalters nach F i g. 3 läßt den Vorteil der
Erfindung besonders deutlich erkennen. Bei den bisher bekannten Kanalschaltern erfolgt
das Umschalten auf einen anderen Kanal durch Umschaltung der Spulen, die auf einer
Trommel des relativ komplizierten und teuren Kanalschalters angebracht sind. Bei
zwölf Kanälen und vier Kreisen sind z. B. achtundvierzig Spulen erforderlich. Das
Erfindungsbeispiel nach F i g. 3 benötigt, zumindest innerhalb eines Frequenzbandes,
nur vier fest eingebaute Spulen. Die Umschaltung der Kanäle erfolgt mit einem einfachen
Drehschalter oder einem Tastensatz, der an beliebiger Stelle im Gerät oder auch
in eine Fernbedienung eingebaut sein kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß
alle mechanischen Hochfrequenzkontakte bei der Kanalumschaltung entfallen, wodurch
erhebliche Kosten und vor allem Störmöglichkeiten vermieden werden. F i g. 4 zeigt
ein praktisch erprobtes Ausführungsbeispiel nach F i g. 2.