DE2831730C3 - Modulations-Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Modulationsschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Modulalionsschaltungen werden benutzt, um eine Amplitudenmodulation für ein Sendesignal zu erzeueen. indem impulsbreitenmodulierte Signale an das nachgeschaltete Tiefpaßfilter angelegt werden. Es ist bekannt bei Röhrentelegraphiesendern parallel zur getasteten Röhre eine Lastausgleichsröhre zu schalten und sie über den Anodenstrom der getasteten Röhre 5 oder einer der folgenden Stufen so anzusteuern, daß die Lastausgleichsröhre während der Zeichendauer blokkiert ist (DE-PS 5 18529). Dabei muß der Abfall des Anodenstroms zunächst nämlich bis zur öffnung der Lastausgleichsröhre, vom Gitterkreis übernommen

to werden, εο daß sich große Verluste in den Obergangszeiten ergeben.

Zur Erzeugung von hohen Gleichspannungen bei geringen Stromstärken (z. B. Anodenspannungen für Fernsehröhren) ist nach GB-PS 6 40 640 eine Schaltung

'S bekannt in der eine mindestens eine Schirmelektrode und eine Gitterelektrode enthaltende Röhre, bevorzugt eine Pentode, periodisch durch einen Sägezahnimpuls angesteuert wird (Zeilenrücklaufimpuls). In dem Anodenstromkreis ist eine über eine Parallelschaltung aus einer Induktivität und einer Kapazität vorgespannte Diode geschaltet die die Spannungsspitze der in der LC-Schaltung durch das abrupte Sperren der Mehrgitterröhre infolge der steilen Flanke des Sägezahnimpulses angestoßenen Spannungsoszillation durchläßt Dadurch wird ein Ladekondensator, der parallel zur Last liegt, aufgeladen. Diese Schaltung ist zur Erzeugung von hohen Gleichspannungen mit geringer Leistungsentnahme brauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Modulationsschaltung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine möglichst geringe Verlustleistung im Schirmgitterkreis der getasteten oder schaltbaren Röhre entsteht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Modulationsschaltung nach Anspruch 1. Die Impulsbreitentastung muß ja, um in der Senderöhre die erforderliche Amplitudenmodulation zu erzeugen, mit hoher Frequenz getastet werden, und die Zuführung eines im wesentlichen konstanten Vorspannstroms an die

"to Schirmelektrode in dem Zeitraum, in dem durch die Gitterelektrode die schaltbare Röhre leitend gehalten ist, ergibt ein günstiges Nutz/Verlustleistungsverhältnis der Modulationsschaltung.

Bevorzugterweise ist die schaltbare Röhre eine Tetrode.

Bevorzugterweise wird der Vorspannstrom gleichzeitig dem Schirmgitter e>ner weiteren, im Entladepfad vorgesehenen Tetrode zugeführt wobei es sich als besonders vorteilhaft erweist, wenn an die Gitterelektrode der weiteren Tetrode im Betrieb ein Signal angelegt wird, das zum Impulsbreiten-Modulations-Steuersignal in Gegenphase liegt. Auf diese Weise ist eine besonders vorteilhafte Ableitung des Stromes während der Sperrzeiten der schaltbaren Röhre gewährleistet und die Verlustleistung wird weiter herabgesetzt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist eine gemeinsame Stromquellenschaltung aus einer Reihenschaltung einer Induktivität und einer Spannungsquelle

bo vorgesehen, um den Vorspannstrom für die beiden Tetrodenröhren zu liefern.

Um die Kathoden-Erd-Kapazität so klein wie möglich zu halten, ist in einer weiteren Fortbildung der Erfindung vorgesehen, daß die Kathode der den

ti"· Impulsbreiten-Modulationsschalter bildenden schaltbaren Röhre zwischen Erdpotential und einem Hochspannungspotential unter Wirkung des an der Gitterelektrode der schaltbaren Röhre angelegten Impulsbreiten-

Modulations-Steuersignals hin- und herschaltbar ist und daß die das Steuersignal für die Gitterelektrode erzeugende Gitter-Ansteuerschaltung elektrisch vom Erdpotential durch einen optischen Koppler getrennt ist, wobei der optische Koppler einen elektro-optischen Umsetzer und einen opto-elektrischen Umsetzer umfaßt, die durch eine elektrisch isolierende optische r aser miteinander gekoppelt sind.

Bei einer vorhandenen Kathoden-Erd-Kapazität wird das durch Induktivität und Tiefpaßfilter wiedergewonnene Tonsignal in erheblichem Ausmaß verzerrt und eine Verringerung dieser Kapazität setzt diese unerwünschten Verzerrungen herab.

Sind zwei Tetrodenröhren vorgesehen, so werden die Gitterelektroden-Steuersignale für beide Röhren unter Verwendung eines gemeinsamen optischen Kopplers und eines gemeinsamen optischen Faserpfades abgeleitet

Eine opto-elektronische Kopplung ist aus »IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement«, Bd. IM 26, Nr. 2, Juni 1977, Seite 105-109 bekannt Die dort beschriebene opto-elektronische Kopplung wird jedoch für Analogsteuerungen bei niedrigen Leistungswerten eingesetzt

Die Erfindung und ihre Wirkungsweise wird nachfolgend im Vergleich zu bekannten Amplituden-Modulationsschaltungen anhand der Zeichnung näher erläutert; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine bekannte Amplituden-Modulationsschaltung mit einem Impulsbreiten-Modulator,

F i g. 2 eine Amplituden-Modulationsschaltung nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

F i g. 3 bis 6 Abwandlungen eines Abschnitts der in F i g. 2 gezeigten Schaltung.

Bei einer in F i g. 1 dargestellten bekannten Schaltung zur Amplituden-Modulation unter Verwendung eines Impulsbreiten-Modulators ist eine schaltbare Tetrodenröhre 1 mit einem Anschluß 2 verbunden, an dem eine Hochspannung mit typischerweise 25 kV anliegt Die Kathode der Tetrode 1 ist mit der Kathode einer Diode 3 und dazu über eine Induktivität mit einem Tiefpaßfilter 5 verbunden. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 5 wird einer HF-Verstärkerstufe 6 zugeführt die aus einer weiteren Tetrodenröhre 7 in Reihe mit einer Induktivität 8 besteht Es soll dadurch eine Amplitudenmodulation einer Trägerfrequenz erzeugt werden, die mit einem sehr hohen Emrgiewert einer Sendeantenne 9 zugeführt wird. Die Trägerfrequenz wird an die Gitterelektrode der Tetrodenröhre 7 angelegt Das anliegende Tonfrequenzsignal wird durch (nicht dargestellte) Einrichtungen in Impulsbreiten-Modulationsform kodiert und es wird dabei eine Zerhackerfreuquenz oder Tastfrequenz verwendet die wesentlich höher als die höchste auftretende Tonfrequenz ist. Das kodierte Signal wird verstärkt und an die Steuergitterelektrode 10 der ersten Tetrode 1 angelegt Dadurch wird ein Impulsbreitenmodulationswellenzug mit hohem Leistungspegel mit einer Amplitude, die im wesentlichen gleich der am Anschluß 2 anliegenden Hochspannung ist, an die Induktivität 4 angelegt welche den Impulsbreiten-Modulationswellenzug in ein Tonfrequenzsignal mit hohem Leistungspegel verwandelt. Das Tiefpaßfilter 5 beseitigt unerwünschte Signalkomponenten aus dem Tonfrequenzsignal, wonach dieses an den H F-Verstärker 6 angelegt wird, dessen maximaler Amplitudenhub von 0 V (Erde) bis zum Pegel der an der Klemme 2 anliegenden Hochspannung abzüglich der Spannungsverluste in der Tetrode 1 and den anderen in Reihe liegenden Bauelementen reicht Vor der Tetrode 1 liegt parallel zum Ausgang der Hochspannungsquelle ein Kondensator 11.

Als Diode 3 kann eine gebräuchliche Diode mit nur einer Anode und einer Kathode oder eine Röhre verwendet werden, die ein Steuergitter besitzt das beständig in den Leitzustand der Röhre vorgespannt ist so daß die als Diode 3 eingesetzte Rohrs immer dann leitet, wenn eine in Durchlaßrichtung gepolte Spannung anliegt Das tritt normalerweise immer dann auf, wenn die Tetrode 1 im nicht-leitenden Zustand ist Der wiedergewonnene Tonfrequenzwellenzug fließt kontinuierlich als ein Strom durch die Induktivität 4, und dieser Strom fließt bei leitender Tetrode 1 durch diese und bei nicht leitender Tetrode 1 durch die Diode 3. Trotz der Steuerung dieses Tonfrequenzstroms durch die Impulsbreiten-Modulations-Schaltwirkung der Tetrode 1 wird die augenblickliche Amplitude und Phase des fließenden Stroms durch die Induktivität 4 und das Tiefpaßfilter 5 bestimmt Im Leitzustand müssen Tetrode 1 und Diode 3 jeweils in der Lage sein, auch die Spitzen- oder Scheitelwerte des in der Induktivität 4 fließenden Tonfrequenzstroms einschließlich der durch die hochfrequente Impulsumschaltung entstehenden Einschwingsignale durchzulassen.

Vorteilhafterweise wird statt der Diode 3 ebenfalls eine Tetrode eingesetzt so daß die Schaltung Röhren mit gleichartigen Kennlinien aufweist; eine wirtschaftliehe Auslegung der Impulsmodulationsschaltung erfordert daß für die Spitzenstrom-Aufnahme nur eine geringe Reserve vorhanden ist und es ist daher erforderlich, Schirmelektroden- und Steuergitterelektroden-Spannungen anzuwenden, die den maximal zulässigen Betriebswert fast erreichen, damit der Scheitelstrom bei einer für hohe Wirksamkeit und geringe Verzerrung notwendigen niedrigen Anoden-Kathoden-Spannung durchgeleitet wird. Wenn die Schirmelektrode und die Steuergitterelektrode voll positiv ausgesteuert werden, während ein Anodenstrom gezogen wird, der wesentlich unter dem maximalen Scheitelwert liegt werden die von den beiden Elektroden gezogenen überschüssigen Kathodenemissionen, die im Anodenkreis nicht benötigt werden, hauptsächlich zur Schirmelektrode abfließen. Da meist ein Zustand vorhanden ist, bei dem die Röhren einen wesentlich geringeren als den Spitzenanodenstrom führen, ergibt sich damit eine beträchtliche Verlustleistung im Schirmkreis.

so Die in F i g. 2 dargestellte bevorzugte Schaltungsform ist grundsätzlich gleichartig wie die in F i g. 1 dargestellte Schaltung aufgebaut Zur vereinfachten Darstellung wurden Tiefpaßfilter 5 und Verstärker 6 aus F i g. 1 zu einem einzigen Filter-Verstärkerblock 21 zusammengefaßt. Die Tetrode 1 ist wieder über die Induktivität 4 mit der Tiefpaß- und Verstärkerschaltung 21 verbunden, jedoch ist in F i g. 2 statt der Diode 3 eine weitere Tetrode 22 eingesetzt, die parallel zu den Eingangsklemmen 14 und 15 des Filter- und Verstärkerblocks liegt.

Die Tetroden 1 und 22 besitzen eine gemeinsame Schirmclektroden-Vorspannschaltung, die aus einer Reihenschaltung einer Induktivität 23 und einer Spannungsquelle 24 mit typischerweise 500 V besteht.

Da., Gittersteuersignal besteht idealerweise aus

<j3 einem Impulsbreiten-Modulationssignal mit Impulsen mit Anstiegs- und Abfallflanken von etwa 100 ns, und da sich das Tastverhältnis der Impulsbreiten-Modulationssignale zwischen 0% und 100%, je nach der anliegenden

Modulation, ändern kann, muß das Gitteransteuersystem eine Bandbreite besitzen, die bis zu den tiefsten verwendeten Tonfrequenzen, d. h. bis typischerweise 30 Hz reicht. Das Gittersteuersignal muß von den bei Niedrigspannung arbeitenden Generatorschaltungen, die die Impulsbreiten-Modulations-Impulszüge erzeugen, zu der Anschlußebene der Röhren gekoppelt werden, die zwischen Erde und dem am Anschluß 2 anliegenden Hochspannungswert hin- und hergeschaltet wird. Diese Röhrenanschlußebene besteht im wesentlichen aus dem bei Kathodenpotential arbeitenden Teil der Schaltung in F i g. 2. Das Impulsbreiten-Modulations-Gitteransteuersignal wird an einen elektrooptischen Umsetzer 26 angelegt, der beispielsweise eine Leuchtdiode enthält, die ein dem Impulsbreitenmodulationssigna! entsprechendes moduliertes optisches Signal erzeugt. Eine optische Faser 27 überträgt dieses modulierte optische Signal zu einem opto-elektronischen Umsetzer 28, der auf dem Kathodenpotential der beiden Tetroden 1 und 22 liegt. Damit sind die Gitteransteuerschaltungen 29 und 30 für die beiden Tetroden elektrisch von Erde oder Masse getrennt. In dem opto-elektronischen Umsetzer 28 ist eine Schaltung enthalten, die Signale jeweils in Gegenphase für die Gitteransteuerschaltungen 29 bzw. 30 so erzeugt, daß die eine Tetrode leitend ist, während die andere im nicht-leitenden Zustand ist. Die Gitteransteuerschaltungen 29 und 30 verstärken das Ansteuersignal in der erforderlichen Weise. Das Tastverhältnis des von dem elektro-optischen Wandler 26 gewonnenen, an die Gitter anzulegenden Signals kann so eingestellt werden, daß damit der Gesamtleistungspegel des vom Ausgangs-H F-Verstärker abgegebenen Signals durch das mittlere Tastverhältnis des Impulsbreiten-Modulationssignals festlegbar ist.

Durch die Schirmgitter-Ansteuerschaltung, die durch die Induktivität 23 und die Spannungsquelle 24 gebildet wird, ergibt sich eine besonders wirtschaftliche Schaltungsanordnung, da die beiden Tetroden 1 bzw. 22 gegenphasig über die beiden Gitter-Ansteuerschaltungen 29 bzw. 30 angesteuert werden und der Schirmgitter-Vorspannstrom automatisch jeweils zu derjenigen der beiden Tetrodenröhren gelangt, die in dem betreffenden Augenblick leitend ist.

In F i g. 3 und 4 sind alternative Ausführungsformen für die Schirmgitter-Ansteuerschaltung gezeigt, durch welche ein im wesentlichen konstanter Vorspannstrom für die Schirmgitterelektroden 38 und 39 erzeugt wird. In der Ausführung nach Fig.3 ist eine Induktivität 31 mit einer Gleichrichter-Brückenschaltung 32 verbunden und eine zusätzliche Induktivität 34 ist zwischen der Brückenschaltune 32 und einem Transformator 35 vorgesehen. Der Transformator 35 kann über die Anschlüsse 36 und 37 an den für die Tetrodenröhren erforderlichen Heiztransformator angeschlossen sein. Die Induktivität 34 ergibt eine zusätzliche Stromstabilisierung, die bei kleinem Anodenstrom der gerade leitenden Tetrode vorteilhaft sein kann.

Die Spannungs-Verdopplerschaltung in F i g. 4 liefert einen im wesentlichen verlustlos gesteuerten Ausgangsstrom. Sowohl in der Schaltung nach F i g. 3 als auch

ι« nach Fig.4 kann ein Kondensator 40 vorgesehen werden und zur Einstellung des Ausgangsstromwertes können Zwischenabgriffe am Transformator 35 vorgesehen sein. Zusätzlich können zur Verhinderung von parasitären Schwingungen an jeder Schirmgitterelektrode 38 bzw. 39 kleine Serienwiderstände vorgesehen sein; durch diese können auch die Auswirkungen von Überschlägen in den Röhren verhindert oder verringert werden.

Eine weitere Vorspannschaltung für die Schirmgitterelektroden nach F i g. 5 kann dann verwendet werden, wenn nur eine Tetrode 1 eingesetzt wird. Die Tetrode 1 besitzt eine Schirmgitterelektrode 41, die mit einer Induktivität 23 und einer Spannungsquelle 24 wie in F i g. 2 verbunden ist. Zwischen Kathode und Schirmgitter 41 ist in diesem Fall eine zusätzliche Kurzschlußschaltung aus einem Schalter (Schließer 43) und einer Impedanz 42 angeordnet Wenn die Tetrodenröhre 1 infolge ihres zu diesem Zeitpunkt am Steuergitter 44 anliegenden Steuersignals nicht leitend ist, wird der

jo Schalter 43 geschlossen und ergibt eine Parallelschaltung mit niedriger Impedanz, die die Überspannung aufnimmt, die sich sonst an der Induktivität 23 aufbauen würde.
Wenn die weitere Tetrode 22 nur dazu verwendet

j5 wird, die Aufgabe der Diode 3 zu erfüllen, so kann die Anordnung nach F i g. 6 verwendet werden, um einen im wesentlichen konstanten Vorspannstrom an die Schirmgitter- und Steuergitterelektroden anzulegen, so daß sich eine Durchleitung zwischen Anode und Kathode ergibt ohne übermäßige Verlustleistungen an den beiden Gitterelektroden. Die jeweils aus Spannungsquelle und Induktivität bestehenden Vorstromquellen nach F i g. 6 können erforderlicherweise jeweils durch in Fig.3 und Fig.4 gezeigte Anordnungen ersetzt werden, um eine verbesserte Beeinflussung der Vorspannströme zu ermöglichen. Zusätzlich können auch wieder Serienwiderstände verwendet werden. Da für einen Diodenbetrieb keine Steuerung über das Steuergitter erforderlich ist, um die Tetrode zu sperren oder in den nicht-leitenden Zustand zu versetzen, ist auch kein zusätzlicher, dem Schalter 43 nach F i g. 5 entsprechender Schalter erforderlich.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Modulationsschaltung, bestehend aus einer zumindest eine Schirmelektrode besitzenden schaltbaren Röhre mit einer Gitterelektrode, an die im Betrieb ein Impulsbreiten-Modulations-Steuersignal angelegt ist und einem nachgeschalteten Tiefpaßfilter mit zugeordnetem Entladepfad, das die bei der Schaltfrequenz des Steuersignals liegenden Frequenzen abschwächt, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (23, 24) zum Anlegen eines im wesentlichen konstanten Vorspannstroms an die Schirmelektrode (39,41) in den Zeiträumen, in denen die Röhre (1) durch das an die Gitterelektrode angelegte Steuersignal leitend ist

2. Modulationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbare Röhre (1) eine Tetrode ist

3. Modulationsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspannstrom gleichzeitig mit dem Schirmgitter (38) einer weiteren, im Entladepfad vorgesehenen Tetrode (22) zugeführt ist

4. Modulationsschaltung nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß an die Gitterelektrode der weiteren Tetrode (22) im Betrieb ein Signal angelegt wird, das zum Impulsbreiten-Modulations-Steuersignal in Gegenphase liegt.

5. Modulationsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß für beide Tetroden (1,22) eine gemeinsame Stromquellenschaltung aus einer Reihenschaltung aus einer Induktivität (23; 31) und einer Spannungsquelle (24; 32, 34, 35, 40) vorgesehen ist.

6. Modulationsschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß die Kathode der den Impulsbreiten-Modulationsschalter bildenden schaltbaren Röhre zwischen Erdpotential und einem Hochspannungspotential unter Wirkung des an der Gitterelektrode der schaltbaren Röhre (1) anliegenden Impulsbreiten-Modulations-Steuersignale hin- und herschaltbar ist und daß die das Steuersignal für die Gitterelektrode erzeugende Gitter-Ansteuerschaltung (29) elektrisch vom Erdpotential durch einen optischen Koppler (26,27,28) getrennt ist.

7. Modulationsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Koppler einen elektro optischen Umsetzer (26) und einen opto-elektrischen Umsetzer (28) umfaßt, die durch eine elektrisch isolierende optische Faser (27) miteinander gekoppelt sind.

8. Modulationsschaltung nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet daß für die beiden Tetrodenröhren (1, 22) Gitterelektroden-Ansteuerschaltungen (29, 30) vorgesehen sind, die über einen gemeinsamen optischen Koppler (26,28) unter Verwendung einer gemeinsamen optischen Faser (27) angesteuert werden.