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Verfahren zum Verstärken einer elektrischen Signalspannung Auf fast
allen Gebieten der Nachrichtentechnik werden elektrische Verstärker mit hohem Verstärkungsgrad,
äußerst kleinen Abmessungen und sehr geringem Gewicht benötigt, insbesondere auch
auf dem Gebiet der steuerbaren Flugkörper. Aus der Hochfrequenztechnik sind Verstärkerschaltungen
bekannt, die mit nur einer Stufe sehr hohe Verstärkungsgrade erreichen. Hierzu gehören
zum Beispiel die nach dem Pendelrückkopplungsverfahren arbeitenden Superregeneratoren,
deren Nachteile bezüglich der Stabilität, des Rauschens und der Linearität allgemein
bekannt sind. Hinzu kommt noch die geringe Selektivität dieser Verstärker, weil
in einer Stufe jeweils nur ein Selektionsmittel enthalten sein kann.
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Es ist ferner eine Anordnung bekannt, die zur Trennung von periodisch
auftretenden Impulsen aus einem Impulsgemisch dient. Jeder der zu trennenden Impulse
durchläuft dabei zunächst mehrmals ein Verzögerungs- bzw. Speichernetzwerk und eine
Verstärkerstufe. Nach einer bestimmten Zahl von Umläufen, deren Zeitdauer insgesamt
der Periodendauer der abzutrennenden Impulse entspricht, wird der Impuls zu dem
nächstfolgenden Impuls der erwünschten Impulsdauer addiert. Mit dem mehrfachen Durchlaufen
des Netzwerks und der Verstärkerstufe wird dabei keine hohe Verstärkung, sondern
lediglich eine zeitliche Selektion erzielt.
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Mit der Erfindung soll ein einstufiger Verstärker geschaffen werden,
der die Nachteile einer Rückkopplung vermeidet, einen höheren Verstärkungsgrad als
die bekannten Anordnungen aufweist und dessen Selektivität höher ist als bei den
bekannten einstufigen Verstärkern.
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Erfindungsgemäß besteht ein diese Bedingungen erfüllendes Verfahren
zum Verstärken einer elektrischen Signalspannung in einer einzigen, vom Signal mehrfach
durchlaufenen Verstärkerstufe, zwischen deren Ausgangs- und Steuerkreis Speicherungsmittel
vorgesehen sind, darin, daß die zu verstärkende Signalspannung, in gleiche Zeitabschnitte
unterteilt, dem Steuerkreis der Verstärkerstufe zugeführt wird, deren Verstärkungsgrad
größer als die durch die Speicherungsmittel bedingten Verluste ist, und daß jeder
Signalabschnitt für sich einem mehrfachen Wechsel von Verstärkung und kurzzeitiger
Speicherung unterworfen und nach dem letzten Verstärkungsvorgang an den Verstärkerausgang
weitergeleitet wird.
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Zum leichteren Verständnis der Erfindung sei ein mehrstufiger ZF-Verstärker
herangezogen, wie er beispielsweise in einem Fernsehgerät benutzt wird. In solch
einem Verstärker wird die eingespeiste Zwischenfrequenz in mehreren aufeinanderfolgenden
Stufen verstärkt, wobei die ZF-Signalspannung mit dem Verstärkungsfaktor der jeweiligen
Stufe multipliziert wird. Diese mehrstufige Verstärkung ist erfindungsgemäß auch
mit einer einzigen Stufe zu erreichen, wenn man das ZF-Signal in eine oder mehrere
Schwingungen umfassende Abschnitte unterteilt und diese in mehreren Zyklen hintereinander
dieselbe Verstärkerstufe passieren läßt. Voraussetzung für ein einwandfreies Arbeiten
eines solchen Verstärkers ist, daß das verstärkte Ausgangssignal zeitlich etwas
später als das Ende des Eingangssignals an der Steuerelektrode des Verstärkers auftritt.
Mit anderen Worten, es muß nach Beendigung des Eingangssignalabschnitts noch eine
kurze Zeit vergehen, ehe der Anfang des verstärkten Ausgangssignals wieder die Steuerelektrode
erreicht und der zweite Verstärkungszyklus beginnt. Dieses Problem wird durch die
Anwendung eines Speichergliedes gelöst.
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Eine weitere Bedingung hängt mit dem Zuführen der zu verstärkenden
Signalabschnitte und mit dem Ableiten der in mehreren Umläufen verstärkten Signalspannung
zusammen, und zwar darf zu Beginn der Umläufe jeweils nur ein Signalabschnitt bestimmter
Länge in den Steuerkreis des Verstärkerelementes hineinfließen und erst am Ende
des letzten Verstärkungvorgangs das mehrfach verstärkte Signal ausgekoppelt werden.
Diese Bedingung läßt sich mit Schaltdioden erfüllen, die durch Steuerimpulse geöffnet
bzw. gesperrt werden. Ferner ist eine einwandfreie Arbeitsweise des Verstärkers
nur dann möglich, wenn zwischen dem Auskoppeln eines mehrfach verstärkten Signalabschnitts
und dem Eintritt eines neuen, unverstärkten Signalabschnitts in die Verstärkerstufe
eine ausreichende Pause liegt. Hierfür wird zweckmäßigerweise von einer kurzzeitigen
Aus-
| tastung des Verstärkers durch besondere Impulse |
| Gebrauch gemacht. |
| Das Prinzip des neuen Verfahrens sowie nähere |
| Einzelheiten der Erfindung werden an Hand mehrerer |
| in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele |
| erläutert. In der Zeichnung bedeuten |
| F i g. la bis 1h Prinzipschaltbilder, die den chrono- |
| logischen Ablauf der Verstärkung in einer Röhren- |
| verstärkerstufe kennzeichnen, |
| F i g. 2 ein vereinfachtes Schaltbild eines Röhren- |
| verstärkers mit zwei Schaltdioden, |
| F i g. 3 ein Diagramm, aus dem die Verstärkung |
| eines Signalabschnitts in Abhängigkeit von der Zeit |
| zu entnehmen ist, |
| F i g. 4 ein Schaltbild ohne Auslaßdiode und mit |
| einer Impulsverzögerungskette, |
| F i g. 5 ein Impulsdiagramm für eine Verstärker- |
| schaltung gemäß F i g. 4, |
| F i g. 6 ein Schaltbild einer Verstärkeranordnung |
| ohne Schaltdioden, |
| F i g. 7 ein Schaltbild einer Verstärkeranordnung |
| wie in F i g. 6 mit einer zusätzlichen Regelungs- und |
| einer Neutralisierungsschaltung, |
| F i g. 8 ein Schaltbild eines Laufzeitoszillators und |
| F i g. 9 ein Schaltbild eines Impulserzeugers mit |
| einer Kippdiode. |
| In den Prinzipschaltbildern gemäß den F i g. l a |
| bis 1h bedeutet 1 eine Elektronenröhre mit einer |
| Katode 2, einem Steuergitter 3 und einer Anode 4. |
| Da die Röhre in der üblichen Weise an eine Speise- |
| spannungsquelle angeschlossen sein soll, sind nähere |
| Einzelheiten der Einfachheit halber weggelassen |
| worden. |
| Zwischen einer Eingangsklemme 5 einer zum |
| Steuergitter 3 führenden Leitung 6 und der Katode 2 |
| wird die zu verstärkende Signalspannung, z. B. eine |
| ZF-Spannung, eingespeist. Die Spannung ist durch |
| eine vertikale Schraffur 7 auf der Leitung 6 ange- |
| deutet. |
| Kurze Zeit nach dem Auftreten einer Signalspan- |
| nung ist beispielsweise ein Abschnitt 8 über einen |
| im Augenblick die Leitung 6 und das Steuergitter 3 |
| verbindenden Umschaltkontakt 9 geflossen. In |
| F i g. 1b trennt der Umschaltkontakt die Verbindung |
| auf, so daß ein ganz bestimmter zeitlicher Abschnitt |
| der Signalspannung in den Steuerkreis der Röhre ein- |
| tritt (F i g. 1c) und dort verstärkt wird. Das ver- |
| stärkte Signal fließt von der Anode 4 über einen Um- |
| schaltkontakt 10 in ein Speicherglied 11 (F i g. 1d). |
| Das primäre Eingangssignal bleibt während dieser |
| Zeit vom Steuergitter der Röhre getrennt. Gleich- |
| zeitig hat sich der Umschaltkontakt 9 in eine Schalt- |
| stellung bewegt, in der er das Steuergitter mit dem |
| einen Ende des Speichergliedes 11 verbindet. In |
| F i g. 1e hat das durch das Speicherglied verzögert |
| fließende Signal den Schaltkontakt 9 erreicht, über |
| den es in den Steuerkreis der Röhre zurückfließt. |
| Nach einer weiteren Verstärkung liegt das nun- |
| mehr zweifach verstärkte Signal wieder an dem |
| anodenseitigen Ende des Speichergliedes (F i g. 1f). |
| Die F i g. 1g entspricht wieder dem Zustand in |
| F i g. 1e, mit dem Unterschied, daß das Signal be- |
| reits zweimal verstärkt ist. |
| Im Prinzip kann sich nun der Zyklus F i g. le- |
| lf-lg so oft wiederholen, bis das Signal die ge- |
| wünschte Amplitude aufweist. In F i g. 1h wird das |
| verstärkte Signal über den nunmehr in seine zweite |
| Schaltstellung bewegten Umschaltkontakt 10 an die |
Ausgangsklemme 12 weitergeleitet. Der Schaltkontakt 9 nimmt währendessen eine Zwischenstellung
ein und verhindert ein Nachfließen der primären Signalspannung. Nach einem Umschalten
des Kontaktes 9 in die Schaltstellung gemäß der F i g. la ist die Anordnung für
die Verstärkung eines weiteren Signalabschnitts bereit.
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Die stark vereinfachte Darstellung des neuen Verfahrens läßt bereits
die Möglichkeit einer beliebig hohen Verstärkung erkennen. Hat die Verstärkerstufe
beispielsweise einen Verstärkungsfaktor 10 und durchläuft ein Signalabschnitt diese
Stufe viermal, so beträgt die theoretisch erreichbare Verstärkung 10 000. Die Prinzipschaltbilder
zeigen auch sofort, daß die mehrfache Verstärkung eines Signalabschnitts auch eine
beträchtliche Erhöhung der Selktivität zur Folge hat, wenn die Verstärkerstufe mit
einem Selektionsmittel, z. B. einem Abstimmkreis, versehen ist.
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Beträgt die Selektivität dieses Kreises z. B. 1 : 10, so wird der
Kreis bei viermaligem Umlauf des Signals viermal hintereinander wirksam, und es
entsteht (theoretisch) eine Selektivität von 1 : 104. Der Verstärker mit nur einem
Abstimmkreis ist somit zum Vierkreis-Selektivverstärker geworden.
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Die vorgenannten Überlegungen bezüglich des Verstärkungsgrades und
der Selektivität treffen in der Praxis nicht ganz zu.
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Es müssen für die Verstärkung der Spannungsabfall an der Speichereinrichtung
und die obere Grenzfrequenz des Verstärkerelementes, z. B. einer Elektronenröhre
oder eines Halbleiterverstärkers, sowie für die Selektivität die Dämpfungen durch
den Speicher und die Phasenverhältnisse, die durch die Lücken zwischen den Signalabschnitten
beeinflußt werden, berücksichtigt werden.
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Ein stabiler Verstärkungsbetrieb wird immer dann gewährleistet sein,
wenn das Eingangssignal und das Ausgangssignal nicht gleichzeitig an der Steuerelektrode
(Steuergitter der Elektronenröhre) auftreten. Dieses wird urch das Speicherglied,
beispielsweise in Form einer Laufzeitleitung, erreicht. Macht man die Laufzeit eines
Speichers länger als die zeitliche Länge des eingelassenen Signals, so entsteht
automatisch eine Trennung zwischen dem Eingangssignal und dem verstärkten Ausgangssignal.
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Mit den in der vereinfachten Darstellung durch Umschaltkontakte 9,
10 angedeuteten Schaltern läßt sich nur eine verhältnismäßig geringe Schalthäufig
keit erreichen, die lediglich für die Verstärkung niederfrequenter Signalspannungen
befriedigende Ergebnisse zeigt. Für höhere Ansprüche und insbesondere für hochfrequente
Signale werden deshalb zweckmäßigerweise elektronische Schalter angewendet, z. B.
Schaltdioden (F i g. 2).
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In der F i g. 2 wird eine Schaltdiode 13 durch positive Einlaßimpulse
14 von etwa Rechteckform geöffnet, die über eine Drosselspule 15 an die Anode der
katodenseitig über einen Widerstand 16 an Masse liegenden Diode gelangen. Der Impulsbreite
entsprechend erreicht ein bestimmter zeitlicher Abschnitt der zwischen der Eingangsklemme
17 und Masse liegenden, zu verstärkenden Signalspannung das- Steuergitter 18 einer
Elektronenröhre 19. Die verstärkte Spannung fließt von der Anode 20 in das Speicherglied
11, da die Schaltdiode 21 zu diesem Zeitpunkt gesperrt ist. Mit einer bestimmten
Zeitverzögerung, während der die Diode 13 nach Beendigung
des Einlaßimpulses
mit Sicherheit für die am Eingang 17 liegende Signalspannung wieder gesperrt ist,
erreicht die Signalspannung erneut las Steuergitter 18 der Röhre 19. Dieser Umlauf
wiederholt sich je nach der gewünschten Verstärkung mehrere Male, bis nach dem letzten
Verstärkungsvorgang die Diode 21 durch einen positiven Auslaßimpiils 22, der über
eine Drosselspule 23 an die Anode der Diode gelangt, geöffnet wird und das mehrfach
verstärkte Signal zwischen einer Ausgangsklemme 24 und Masse zur Verfügung steht.
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Damit die beschriebene Schaltung einwandfrei arbeitet, wird die Röhre
am Ende des letzten Verstärkungsvorgangs durch einen Tastimpuls 25 ausgetastet,
der der über einen Katodenwiderstand 26 mit Masse verbundenen Katode 27 zugeführt
wird. Die Dauer des Austastimpulses entspricht dabei etwa der eines einzelnen Signalumlaufs.
Sind z. B. vier Umläufe zu je einer Mikrosekunde erforderlich, so wird also der
Verstärker 4 Mikrosekunden lang eingeschaltet und dann 1 Mikrosekunde lang ausgeschaltet
bzw. ausgetastet.
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Zwischen der Verstärkereinschaltzeit und der zu übertragenden Signalfrequenz
besteht die Beziehung, daß, wie Versuche gezeigt haben, der kürzeste Verstärkereinzelzyklus
möglichst nicht kürzer sein soll als etwa fünf bis sieben Perioden der zu übertragenden
Signalfrequenz. Bei einer Frequenz von beispielsweise 7 MHz entsprechen sieben Perioden
einer Mikrosekunde. Aus dieser Beziehung läßt sich leicht das Impuls- bzw. Tastverhältnis
für die Einlaß-, Auslaß- und Tastimpulse bei einer bestimmten Signalfrequenz berechnen.
Würde man die Einschaltzeit des Verstärkers abkürzen bzw. die Zahl der Perioden
noch verringern, so träte eine zusätzliche Dämpfung (Pseudodämpfung) im nachgeschalteten
Schwingkreis auf, da dieser jedesmal von neuem und gegebenenfalls mit umgekehrter
Phase anschwingen müßte und somit nicht die Maximalamplitude erreichen würde.
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Eine weitere Bedingung für ein störungsfreies Arbeiten des Verstärkers
besteht, wie bereits oben angedeutet, in der Trennung der einzelnen Verstärkungsvorgänge
durch eine kurze Pause, die mit Hilfe eines Speicherglieds erreicht wird. In F i
g. 3 ist der zeitliche Ablauf des gesamten Verstärkungsgangs dargestellt. Strömt
das Eingangssignal beispielsweise 5 Mikrosekunden in den Steuerkreis des Verstärkers,
bevor er gesperrt wird, und beträgt die Laufzeit des Speichergliedes 6 Mikrosekunden,
so trifft der Anfang des verstärkten Signalabschnitts 1 Mikrosekunde später an der
Steuerelektrode ein, als das Ende des noch unverstärkten Signalabschnitts die Steuerelektrode
in Richtung der Anode der Verstärkerröhre verlassen hat. Diese Trennung a besteht
bei allen Umläufen (F i g. 3). Nach dem letzten Umlauf, d. h. also bei dem vorliegenden
Beispiel nach 24 Mikrosekunden, wird der Verstärker kurzzeitig ausgetastet (Tastimpuls
25) und das verstärkte Signal der Verstärkerstufe über die kurzzeitig geöffnete
Auslaßdiode 21 (F i g. 2) entnommen.
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Die Diode 21 kann aber auch entfallen und das Ausgangssignal direkt
von der Anode der Verstärkerröhre abgegriffen werden, weil durch die Austastung
des Verstärkers eine Beendigung der Verstärkungsfolge ohne Rückwirkung gewährleistet
ist.
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Darüber hinaus lassen sich die Steuerimpulse für die Einlaßdiode 13
(F i g. 2) aus den Tastimpulsen 25 gewinnen, wenn zwischen der Katode 27 und der
Anode der Diode 13 eine Zeitverzögerungskette 28, z. B. aus Kapazitäten 29 und Induktivitäten
30, vorgesehen ist (F i g. 4), die eine bestimmte Zeitkonstante aufweist. Über den
zeitlichen Zusammenhang zwischen den Tastimpulsen für die Verstärkerröhre 19 gibt
das Diagramm in F i g. 5 Auskunft.
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Wird auf die Katode 27 der Verstärkerröhre 19 ein Austastimpuls 25
gegeben (Zeitpunkt 0, F i g. 5), so steuert ein davon abgeleiteter Impuls der Zeitkonstante
der Laufzeitkette 28 entsprechend mit einer bestimmten Zeitverzögerung von z. B.
5 Mikrosekunden die Diode 13 in den leitenden Zustand. Zu demselben Zeitpunkt ist
der Austastimpuls beendet, so daß der Verstärkungsvorgang ablaufen kann. Nach einem
mehrfachen Umlauf eines zu verstärkenden Signalspannungsabschnitts, z. B. nach vier
Verstärkungen 31 (F i g. 5) von je 5 Mikrosekunden und drei Trennpausen a, trifft
wieder ein Austastimpuls 25 an der Röhrenkatode 27 ein, der den Verstärkungsvorgang
unterbricht und der nach einer Verzögerung von 5 Mikrosekunden einen neuen Einlaßimpuls
für die Diode 13 erzeugt.
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Wird das Verstärkungsverfahren in einer Stufe hinter einer Vorstufe
oder hinter einem Mischoszillator angewendet, so ist auch die Schaltdiode 13 überflüssig.
Aus der F i g. 6 geht der Schaltungsaufbau für eine ZF-Verstärkerschaltung ohne
Schaltdioden hervor. Eine Eingangsklemme 32 steht über einen Kondensator 33 mit
dem Steuergitter 34 einer Elektronenröhre 35, z. B. einer Schirmgitterröhre, in
Verbindung. An der Anode 36 der Röhre ist über einen Kondensator 37 eine Laufzeitkette
38 angekoppelt, deren anodenseitiges Ende durch einen Widerstand 39 und deren steuergitterseitiges
Ende durch einen Widerstand 40 abgeschlossen ist. Zwischen dem einseitig
an Masse liegenden Widerstand 40 und dem Steuergitter 34 ist ein Kopplungskondensator
41 und zwischen dem Steuergitter und Masse ein Gitterwiderstand 42 vorgesehen. Ein
einseitig an Masse liegender Katodenwiderstand 43 ist durch einen Kondensator 44
überbrückt. Die Speisespannungsleitung für das Schirmgitter 45 der Röhre 35 liegt
wechselstrommäßig über einen Kondensator 46 an Masse. Mit der Anode 36 ist ein Schwingkreis
47 verbunden, über den die Anodenspannung für die Röhre zugeführt wird. Ein Kopplungskondensator48
und eine Detektorstufe 49 stellen die Verbindung zwischen dem Schwingkreis und dem
Ausgang 50 der Schaltung her.
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Der Verzicht auf eine Eingangsschaltdiode ist deshalb möglich, weil,
wie Versuche gezeigt haben, das Eingangssignal ohne Schaden auch den Ausgang des
Speichergliedes und die Ausgangselektrode erreichen darf. Allerdings liegt dann
am Eingang periodisch ein Teil der Ausgangsspannung. Eine Rückwirkung oder Rückkopplung
tritt jedoch auch hier infolge der Trennung der einzelnen Umläufe durch die Trennzeit
des Speichers nicht auf. Bei den großen Amplituden des Ausgangssignals wird das
schwache Eingangssignal ohnehin weggedrückt; es kommt demzufolge im Detektor nicht
zur Wirkung.
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Soll die Amplitude des Ausgangssignals unabhängig von der Größe der
Eingangssignalspannung sein, so wird zweckmäßigerweise eine Regelung vorgesehen,
die in Abhängigkeit von der Größe einer vorher festgelegten Ausgangsspannung den
Verstärkungsgrad bei den einzelnen Umläufen beeinflußt. Zu diesem Zweck wird von
der Ausgangsspannung eine dieser
proportionale Regelspannung abgeleitet
und beispielsweise dem Steuerkreis der Verstärkerröhre zugeleitet. Die Regelung
der Ausgangsspannung geschieht einwandfrei, wenn die Zahl der Umläufe etwas größer
gewählt ist, als es der gewünschten maximalen Verstärkung entspricht. Eine Schaltung
für einen Verstärker mit einer selbsttätigen Regelung der Ausgangsspannung und einer
weiter unten erläuterten Neutralisation ist in F i g. 7 wiedergegeben. Im folgenden
sind nur diejenigen Einzelheiten der Schaltung erläutert, die von der Ausführung
gemäß F i g. 6 abweichen.
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Am Ausgang der Detektorschaltung 49 liegt ein mit Masse verbundener
Spannungsteiler 51, an dem eine der Amplitude der Ausgangssignalspannung proportionale
Regelgleichspannung abgegriffen wird, die über eine Regelleitung 52 dem Verbindungspunkt
zwischen dem Gitterwiderstand 42 und einem Kondensator 53 zugeführt wird und die
den Steuerkreis und somit den Verstärkungsgrad der Röhre 35 beeinflußt. Mit dem
kontinuierlich verstellbaren Spannungsteilerabgriff 54 kann die Größe der
Regelspannung bzw. der gewünschten Ausgangsspannung eingestellt werden. Gleichzeitig
läßt sich dann auch die Betriebsart des Verstärkers im Hinblick auf eine Spannungsbegrenzung
festlegen. Von einem bestimmten Grenzwert der verstärkten Signalspannung ab ergeben
nämlich weitere Umläufe keine Erhöhung der Verstärkung, d. h., es tritt eine Begrenzung
auf. Bei Trioden liegt dieser Wert bei etwa 20 bis 30 V und bei Pentoden bei etwa
60 V der Ausgangsspannung, je nach der gewählten Betriebsspannung. Ein amplitudenmoduliertes
Signal darf deshalb beispielsweise nur bis kurz unterhalb des Grenzwertes verstärkt
werden, damit keine Beeinflussung des NF-Signals auftritt. Für die Verstärkung von
FM- und IM- (Impulsmodulations-) Signalen ist dagegen eine Begrenzung, die einer
Störunterdrückung gleichkommt, in der Regel erwünscht.
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Der in F i g. 6 mit 40 bezeichnete Abschlußwiderstand ist in
der Schaltung gemäß F i g. 7 durch eine Brückenschaltung 55 aus ohmschen Widerständen
ersetzt, derfn resultierender Widerstand dem Abschlußwiderstand der Laufzeitleitung
38 entspricht. Eine Neutralisierung muß deshalb vorgesehen sein, weil in der Verstärkerschaltung
keine inneren Rückkopplungen auftreten dürfen, die sonst zu einem Rauschen oder
zu anderen Nebenwirkungen Anlaß geben können. Grundsätzlich kann die Neutralisation
durch Neutralisierungsmittel parallel zur inneren Röhrenkapazität und zu den Schaltkapazitäten
oder auch durch eine Brückenschaltung erreicht werden. Eine Voraussetzung ist dabei
auch die Trennung des Eingangs und Ausgangs durch Abschirmungen. Die Eingangsspannung
bzw. die Ausgangsspannung der Verstärkerstufe sind zwar jeweils zu verschiedenen
Zeiten vorhanden, es muß jedoch eine Ausstrahlung (Störstrahlung) der Ausgangssignalspannung,
z. B. über die Empfängerantenne, verhindert werden.
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In den bisher beschriebenen Schaltungen werden zur Steuerung der Schaltdioden
bzw. zur Ein- oder Austastung des Verstärkers Rechteckimpulse benutzt. Diese Impulse
liefert beispielsweise eine Impulsgeberzentrale bzw. ein Oszillator (Triode). Die
Größe der Impulse richtet sich nach der Art der Einspeisung. In den angegebenen
Schaltungen werden die Austastimpulse in den Katodenkreis einer Elektronenröhre
oder - bei Anwendung eines Transistors - zwischen dem Emitteranschluß und einem
Emitterwiderstand eingespeist und haben eine Amplitude von etwa 1 bis 6 V.
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Es ist jedoch auch ohne weiteres möglich, die Betriebsspannung für
den Verstärker ein- bzw. auszutasten. Ein Tastimpulsoszillator besteht z. B. aus
einer Triode und einer Laufzeitleitung, deren Laufzeit der Impulsdauer entspricht.
Eine mögliche Ausführungsform eines Laufzeitoszillators ist in F i g. 8 dargestellt,
in der mit 56 eine Röhrentriode bezeichnet ist, die mit ihrer Anode 57 über einen
Anodenwiderstand 58 an einem Punkt positiven Potentials und mit ihrer Katode 59
über einen Katodenwiderstand 60 und einen dazu parallel geschalteten Kondensator
61 an Masse liegt. Als frequenzbestimmendes Glied wirkt ein Laufzeitglied 62, das
über einen Kondensator 63 an der Anode und über einen Widerstand 64 am Steuergitter
der Röhre liegt. Das steuergitterseitige Ende des Laufzeitgliedes ist durch einen
Widerstand 65 abgeschlossen. Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, als
Oszillatorröhre 56 und als Verstärkerröhre, z. B. 35 in F i g. 6, eine Doppelröhre,
z. B. vom Typ ECC 88, zu verwenden. Bei dieser Schaltungsart sind dann nur ein Katodenwiderstand
und ein kleiner Parallelkondensator nötig.
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Eine andere Schaltung zur Impulserzeugung ohne eine zusätzliche Röhre
zeigt die F i g. 9, bei der als Zeitglied ein an einem positiven Potentialpunkt
liegendens RC-Glied 66, 67 und eine Kippdiode 68, z. B. eine Vierschicht-Kippdiode,
verwendet werden. Ist der Widerstand 66 als Regelwiderstand ausgebildet, so läßt
sich damit die Impulsfrequenz innerhalb bestimmter Grenzen bis etwa maximal 1,5
MHz einstellen. Höhere Impulsfrequenzen lassen sich mit Esaki-Dioden erreichen.
Versuche haben ergeben, daß der Verstärker gegebenenfalls auch gleichzeitig für
die Impulserzeugung ausgenutzt werden kann. Die Verstärkerstufe benötigt dann neben
dem Laufzeitglied zur Signalspeicherung ein zweites Laufzeitglied für die Impulserzeugung.
Die Impulse können weiterhin auch durch ein dem zu verstärkenden Träger aufmoduliertes
zusätzliches Synchronisiersignal erzeugt und synchronisiert werden. Wenn die Gefahr
unerwünschter Kopplungen beseitigt werden kann, ist es sogar möglich, das Speicher-Laufzeitglied
für die Impulserzeugung mit auszunutzen. Die Form der Impulse sollte entweder rechteckig
sein oder zur Vermeidung von Nebenwirkungen steile, oben sinusförmige Flanken aufweisen.
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Ein wesentlicher Punkt für die Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen
Verstärkungsverfahrens ist das Verstärkerrauschen. Es hat sich gezeigt, daß günstige
Verhältnisse im Rausch-Signal-Verhältnis erzielbar sind, wenn der Verstärkungsgrad
pro Umlauf klein und die Zahl der Uniläufe hoch ist. Man kann auch die Verstärkung
im ersten und zweiten Umlauf zunächst klein halten (solange das Signal noch klein
ist) und dann allmählich erhöhen. Dadurch wird die Signalverstärkung rauscharm.
Die Regelung des Verstärkungsgrades wird zweckmäßigerweise von der Größe des Ausgangssignals
bestimmt. Bei kleinem Eingangssignal wird demzufolge schwach verstärkt, während
nach einem oder zwei Umläufen das nunmehr stärkere Signal eine höhere Verstärkung
hervorruft (Umkehrregelung).
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Ein weiterer wesentlicher Punkt betrifft die Wahl des Tastverhältnisses
beim Ein- und Ausschalten des
Verstirkers. Die Einschaltzeit des
Verstärkers wird durch die Zahl der Umläufe bestimmt. Nach dem letzten Verstärkungsvorgang
muß der Verstärker ausgetastet werden, und zwar mindestens so lange, wie die Ausschwingzeit
des Kreises und die Laufzeit des Speichers dauern. Je größer das Einschalt-Ausschalt-Verhältnis
ist, um so kleiner werden die Lücken im verstärkten Ausgangssignal. Zu der reinen
Austastlücke kommt weiterhin noch ein treppenförmig begrenztes Loch, das durch das
stoßweise Ansteigen des verstärkten Signals bei den einzelnen Umläufen entsteht
(vgl. F i g. 3). Ist die Frequenz der Tastimpulse hoch gegenüber der Modulation
(AM), so können die Lücken keine Störung verursachen, da infolge der Spitzengleichrichtung
bei der AM-Demodulation das demodulierte Signal in voller Höhe auftritt und am Ladekondensator
die Lücken nivelliert werden. Dasselbe trifft für den FM-Träger zu, wenn die Tastfrequenz
höher als die Modulation ist.
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Die Lücken lassen sich aber auch durch eine zweite Verstärkeranordnung
im Wechselbetrieb schließen oder durch eine zusätzliche Laufzeitleitung, die einen
Teil der Ausgangsenergie speichert und ihn zum Zeitpunkt der Lücke abgibt. In der
Praxis tritt das Problem der Lückenausfüllung nicht so stark in Erscheinung. Beispielsweise
ist bei einer 5,5-MHz- oder 33,4-MHz-Ton-ZF-Stufe für Fernsehempfänger und einer
Tastfolgefrequenz von etwa 100 kHz sowie einer sehr stark eingestellten Begrenzung
die Tonwiedergabe hinter dem FM-Demodulator auch ohne Lückenausfüllung einwandfrei.
Das gleiche gilt auch für eine AM-Schaltung, die beispielsweise auf etwa 200 MHz
arbeitet und mit 5,5 MHz getastet wird. Bei Bildträgerfrequenzen ist es günstig,
die Tastfrequenz etwas höher zu halten, da ein Synchronismus zwischen der höchsten
Bildpunktfrequenz (5,5 MHz) und der Tastfrequenz wünschenswert, aber schwer erreichbar
ist. Für Trägerfrequenzen mit geringer Modulation ist es ferner angebracht, eine
relativ niedrige Impulsfrequenz anzuwenden, z. B. bei Tonfrequenzen etwa
100 kHz.
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Ein nach dem vorliegenden Verfahren arbeitender Verstärker ist für
den Schmalbandbetrieb (z. B. als Selektivverstärker) und für den Breitbandbetrieb
geeignet. Bei einer Arbeitsweise als Selektivverstärker unter Verwendung von Bandfiltern
oder in der Resonanzfrequenz versetzten Schwingkreisen am Speichereingang und -ausgang
ist es zweckmäßig, das Speicherglied mit Reaktanzen auf phasengleiches Verhalten
der Signalspannungen bei den aufeinanderfolgenden Verstärkungsvorgängen einzustellen.
Beim Breitbandbetrieb entfallen die Selektionsmittel, bzw. sie werden durch Drosselspulen
oder ohmsche Übertragung ersetzt. Für breitbandige Spektren, z. B. in der Größenordnung
bis zu .50 MHz Breite, sind die Nebenwirkungen des Speichers bzw. seine Durchlaßreite
zu berücksichtigen, an deren oberer Grenze Maxima und Minima auftreten, die dem
Durchlaßbild überlagert sind. Die Übergänge sind jedoch abgeflacht. Die erzielbaren
Verstärkungsgrade liegen bei einem Elektronenröhrenverstärker (z. B. Röhrentyp EF
80) bei Frequenzen bis zu 10 MHz in der Größenordnung von etwa 3 - 10s und bei Frequenzen
bis zu 200 MHz in der Größenordnung von etwa 10s. Für Transistorverstärker ergeben
sich ähnliche Verhältnisse. Die Grenze für die höchstmögliche Verstärkung liegt
einmal in der Zahl der möglichen Umläufe und zum anderen in der oberen Frequenzgrenze
der Verstärkerelemente begründet, bei deren Überschreiten ein großer Abfall der
Einzelverstärkung festzustellen ist. Hinzu kommt auch noch das Verhältnis der Tastzeit
zur Frequenz der verstärkten Signalspannung.