DE562028C - Detektoranordnung fuer Hochfrequenztelephonie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung der bekannten Detektorschaltung für Hochfrequenztelephonie, bei der das Steuergitter der Detektorröhre zwecks Verlegung des Arbeitsgebietes auf den unteren Teil der Röhrencharakteristik zur Gleichrichtung des Stromes an eine entsprechend große negative Vorspannung gelegt ist.

Beim Betriebe einer solchen Detektorröhre

• ο verursacht die Anlegung einer Hochfrequenzspannung oder der Trägerwelle ein Wachsen des durchschnittlichen Anodenstromes, das von der Amplitude der aufgedrückten Spannung abhängt. Je größer man den Betrag der negativen Gleichstromspannung und der Anodenspannung wählt, desto größere hochfrequente Wechselspannungen kann man im Eingangskreis aufnehmen und ausnutzen; es wird jedoch bei gegebenen Werten der Gittergleichstromvorspannung und der Anodenspannung die Grenze der Signalspannung, die angelegt werden kann, erreicht, wenn der positiv gerichtete Scheitelwert der modulierten Hochfrequenzspannung den Wert der negativen Gleichstromvorspannung des Gitters erreicht, so daß die aus diesen beiden Werten resultierende Gitterspannung gleich Null wird. Bei weiterer Vergrößerung des erwähnten Scheitelwertes über diesen Punkt hinaus tritt eine Verzerrung der Wiedergabe, die, wie bekannt, von dem Gleichstrom herrührt, der dann im Gitterkreis entsteht. Je kleiner also der prozentuale Modulierungsgrad ist (d. h. je geringer beim erwähnten höchst zulässigen Scheitelwert der hochfrequenten Eingangsspannung der Anteil ist, der auf die Modulierung entfällt), desto kleiner ist auch die am Ausgang des Detektors noch ohne Verzerrung zu erhaltende niederfrequente Leistung. .

Nach der Erfindung wird nun — zum Zwecke, auch bei größeren Mittelwerten der empfangenen hochfrequenten Schwingungen bzw. der Trägerfrequenz die durch Modulation bedingten Scheitelwerte dieser Schwingungen die negative Gleichstromvorspannung des Gitters nicht oder nicht wesentlich übersteigen zu lassen und hiermit eine wesentliche Klangverzerrung zu verhüten —■ die Anordnung so getroffen, daß im Gitterkreise ein Organ (z. B. ein gleichzeitig im Anodenkreise liegender entsprechend bemessener Widerstand) vorgesehen ist, das bei wachsenden Mittelwerten der Amplituden der hochfrequenten Eingangsspannungen die resultierende negative Gittervorspannung dem Betrage nach selbsttätig derart erhöht, daß die durch Modulation bedingten Scheitel werte

der Trägerfrequenzwellen der dem Gitterkreis zugeführien hochfrequenten Wechselspannung nicht oder nicht wesentlich ins Gebiet der positiven Gitterspannung reichen. Durch diese automatische Regelung der Vorspannung kann man bei gegebener Detektorröhre Hochfrequenzschwingungen mit in erheblich weiteren Grenzen schwankender Amplitude unverzerrt demodulieren als bei der normalen ίο Richtverstärkerschaltung.

Das Wesen der Erfindung ist im nachstehenden an Hand der Zeichnung erläutert. Abb. ι ist ein Schaltbild. Abb. 2 und 3 sind Kurven, die die Wirkungsweise der vorliegenden Schaltung veranschaulichen.

In der Abb. 1 ist 5 eine Röhre mit der Kathode 6, die durch das Heizelement 7 von einem Transformator beheizt wird, mit dem Gitter 9, das mit dem Eingangskreis 10 verbunden ist, bestehend aus der Sekundärspule 11 eines Hochfrequenztransformators 12 und einem Kondensator 13 im Nebenschluß dazu. "Die Gitterrückleitung vom Eingangskreis zu der Kathode 6 verläuft über einen zur Erzielung der durch die Erfindung angestrebten Wirkung benutzten Widerstand 14. Im Nebenschluß zum letzteren liegt eine feste Kapazität 15 von verhältnismäßig geringer Impedanz gegenüber akustischen oder anderen Modulationsfrequenzen. Dieser Niederfrequenzkondensator 15 an dem Widerstand 14 empfiehlt sich zu dem Zweck, um die niederfrequente Impedanz des Anodenkreises auf denselben Wert zu halten, als wenn der Widerstand 14 nicht benutzt würde.

Zwischen dem Widerstand 14 und dem Eingangskreis liegt eine Vorspannungsbatterie 16. Die Kathode 6 ist durch Leiter 17 und die Mittelabzapfung an der Sekundärspule des Transformators 8 mit dem Heizelement 7 verbunden.

Die Anode iS ist durch den Niederfrequenzkreis 19 mit der Primärwicklung 20 eines Niederfrequenztransformators 21 verbunden, von dessen Sekundärwicklung 22 der Ausgang abgeht. 23 ist die Anodenbatterie, deren Leitung 24 mit der gemeinsamen Kathodenrückführung über die Teile 14 und 15 verbunden ist. Zwischen Anode 18 und dieser Leitung 24 -liegt der Kondensator 25. Der Widerstand 14 liegt also auch in dem Anodenkreis, so daß die Gleichstromkomponente des Anodenstromes durch ihn fließt. Die gesamte Vorspannung ist demnach die Summe der festen Vorspanung 16 und des Spannungsabfalles, der von dem durch den Widerstand 14 fließenden Anodenstrom herrührt. Die zu wählende Größe der festen Vorspannung, die von der Batterie 16 geliefert wird, hängt von gewissen Eigenschaften der Gleichrichterröhre ab und kann in gewissen Fällen auf Null verringert werden, wobei dann die ganze Vorspannung von dem Widerstand 14 geliefert wird.

Es empfiehlt sich, die Anodenspannung und die Vorspannung verhältnismäßig hoch zu wählen, ebenso die hochfrequente Signalspannung, die durch den Transformator 12 und Eingangskreis 10 zugeführt wird, so daß von der Sekundärwicklung 22 des Ausgangstransformators 21 direkt ein Verstärker oder sogar ein Lautsprecher betrieben werden kann.

Die negative Gittervorspannung ist so gewählt, daß der Detektor am unteren Knick der Anodenstrom-Gitterspannungskennlinie arbeitet, am besten derart, daß in dem Anodenkreis nur ein nahezu verschwindender Strom fließt, wenn dem Gitterkreis keine Hochfrequenz- oder Trägerspannung aufgedrückt ist.

Die maximale, am Ausgang dieses Detektors ohne wesentliche Verzerrung verfügbare Leistung bestimmt sich durch die dem Gitter zugeführte Vorspannung.. Eine in negativer Richtung zunehmende Vorspannung gestattet eine vergrößerte Eingangshochfrequenzspannung und damit eine höhere Ausgangsniederfrequenzspannung.

In der Abb. 3 stellt die Kurve A für den Fall, daß der Widerstand 14 nicht vorhanden ist, die Abhängigkeit der im Ausgangskreis auftretenden Amplituden der Wechselspannung akustischer Frequenz (Ordinaten) von den Scheitel werten der hochfrequenten Eingangsspannung (Abszissen) dar, und zwar bei einer bestimmten negativen Vorspannung der Batterie 16, z. B. von —25 Volt und bei einer bestimmten Gleichstromanodenspannung der Batterie 23 z.B. von 180 Volt.

Die Kurve B stellt dieselbe Abhängigkeit bei einem anderen festen Wertepaar der nega-tiven Vorspannung bzw. Gleichstromanodenspannung dar, z.B. bei — 35 Volt bzw. 250 Volt.

Aus dem Vergleich der Kurven A und B sieht man, daß die Röhre 5 im Falle der Kurve B eine größere Ausgangsleistung abzugeben vermag, aber man muß dabei mit _ίί0 bedeutend größeren Gleichstromspannungen arbeiten. Den Kurven A und B ist derselbe Modulationsgrad von etwa i5°/₀ zugrunde gelegt.

Die Kurve C zeigt für dieselbe Röhre 5 und n₅ für denselben Modulationsgrad die gegenseitige Abhängigkeit der in Frage kommenden Größen, wenn man nach der Erfindung' einen geeignet bemessenen Widerstand 14 verwendet, und zwar gilt die Kurve C für dieselben Gleichstromspannungen, die der Kurve A zugrunde liegen, also im gegebenen

Fall für —25 Volt Vorspannung und 180 Volt Anodenspannung. Man sieht, daß durch die Einschaltung des Widerstandes 14 die Leistung der Röhre sogar über die Leistung, die den Bedingungen der Kurve B, also viel größeren Gleichstromspannungen entspricht, vergrößert werden kann.

Somit erreicht man mit einer Anordnung gemäß der Erfindung durch das automatische Zunehmen der negativen Vorspannung bei zunehmender Signalstärke oder Trägerspannung auch eine erforderliche niederfrequente Ausgangsleistung ohne wesentliche Verzerrung bereits bei einer so geringen Anodenspannung, wie dies bisher nicht möglich war.

Die Größe des Widerstandes 14 betrug bei

der für die praktischen Versuche benutzten Röhrentype etwa 600Q Ohm. Natürlich kann man bei anderen Röhrentypen diesen Betrag in Abhängigkeit von der Röhrencharakteristik, von den benutzten Spannungen, von der maximalen prozentualen Modulationstiefe und von der noch zulässigen Verzerrungshöhe auch anders wählen.

Die Wirkung des Widerstandes 14 für verschiedene Werte der aufgedrückten Trägerbzw. Hochfrequenzspannung kann am besten an Hand der Abb. 2 erklärt werden. Diese Abbildung zeigt das Verhältnis zwischen dem durchschnittlichen Anodenstrom (Ordinaten) und der negativen Gitterspannung (Abszissen) in 5 Kurven. Diese Kurve zeigt die statische und die dynamischen Kennlinien einer für Richtverstärkungszwecke geeigneten Röhre, wenn diese als Detektor gemäß der vorliegenden Schaltung verwendet wird. Kurve E_s = ο ist die gewöhnliche statische Gitterspannung-Anodenstromkurve. Die anderen Kurven sind für dieselbe Anodenspannung, aber für verschiedene hochfrequente Wechselstrom-Signal- bzw. Trägerspannungen E_g aufgezeichnet. Diese Wechselspannungen E_g überlagern sich mit derselben festen Gleichstromvorspannung des Gitters und bewirken eine entsprechende Erhöhung des mittleren Anodenstromes, also auch eine entsprechende Vergrößerung der Ordinaten gegenüber den Ordinaten der statischen Kennlinien. Auf diese Weise entstehen aus der Kennlinie E_g = ο die übrigen Kennlinien E_g = 5 Volt, Eg= 10 Volt usw.

Die feste, von der Batterie 16 zugeführte Vorspannung ist E'_c. Die Gerade A-B ist die Stromspannungscharakteristik des Widerstandes 14, wobei die ihn durchfließenden gleichgerichteten Anodenströme wiederum durch Ordinaten und die durch diese Ströme im Widerstand 14 erzeugten Spannungsabfälle durch links von A verlaufende Abszissen gegeben sind.

Fällt man nun durch den Schnittpunkt der ^! Linie A-B mit der Charakteristik E = O Volt das Lot E₀-E₁. auf die Abszissenachse, so wird die zusätzliche, durch den Widerstand 14 gelieferte Spannung durch den Abstand zwisehen dem Punkt A und der Vertikale E_c-E_c ■ dargestellt. Der Abstand dieser Linie E_c-E_c vom Nullpunkt D ist dann die gesamte, dem Gitter zugeführte Vorspannung bei Signalspannung o.

Die beiden Gitterspannungsquellen sind so eingestellt, daß sie insgesamt die gewünschte Gleichrichterwirkung ergeben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Verhältnisse so gewählt, daß der Anodenstrom bei Nichtvorhandensein von Signalen fast verschwindet, z. B. etwa ¹Z₂ Milliampere beträgt. Wenn dem Detektor ein Signal zugeführt wird, vermehrt sich je nach der Durchschnittsamplitude der hochfrequenten Signal-Eingangsspannung die Gleichstromkomponente des Anodenkreises, so daß die iL-Kurven, wie dies die Abb. 2 zeigt, entsprechend höher als die statische Kennlinie liegen, und proportional mit dem mittleren Anodenstrom steigt auch der Spannungsabfall im Widerstand 14. Hierdurch wird die gesamte Vorspannung vergrößert, so daß die Scheitelwerte der hochfrequenten Gitterspannung größere Werte annehmen können, ohne daß das Gitter positiv wird, was, wie die Kurve C der Abb. 3 zeigt, eine wesentliche Vergrößerung der Nutzleistung ermöglicht.

Diese Wirkung ist ganz verschieden von der eines Verstärkers unter der Steuerung einer aufgedrückten Signalspannung. Ein Verstärker arbeitet auf einem solchen Punkt seiner Kennlinie, daß der durchschnittliche Wert seines Anodenstromes sich nicht mit normalen Änderungen der Signalspannung ändert. Infolgedessen ergibt sich keine Gleichrichtung und keine Änderung der resultierenden Gitterspannung. Die Gitterspannung ist fest und bestimmt nur die Grenzen der zugeführten Spannung, die ohne Verzerrung verstärkt werden kann.

Der Detektor nach der Erfindung dagegen wird mit Anodenstrom betrieben, der, wenn keine Signale eintreffen, durch geeignete negative Vorspannung auf einen nahezu verschwindenden Wert verringert ist, und es bewirkt ein Anlegen einer Signalspannung eine Vergrößerung des mittleren Anodenstromes. Bei der vorliegenden Erfindung verlängert die zusätzliche, durch den Widerstand gelieferte Spannung den Arbeitsbereich des Gitters in negativer Richtung und ergibt dadurch einen größeren Bereich der Gleichrichterwirkung. Der Wert dieser Anordnung ist am größten bei geringer Modulation. Beispielsweise ergibt bei 15 °/₀ Modulation des Signals die Schaltung gemäß der Erfindurtg eine Ver-

größerung der Ausgangsspannung von 50 bis ioo°/₀, je nach dem Wert des automatischen Vorspannungswiderstandes.

Wenn der Detektor ohne den Widerstand 14 nur mit einer festen Vorspannung von der Größe B_c betrieben wird, so steigt der durchschnittliche Anodenstrom mit zunehmender Trägerspannung längs der senkrechten Linie B_c-B_c an. Bei der Schaltung gemäß der Erfindung jedoch ist der Teil der Gesamtvorspannung, den die feste Vorspannung bildet, durch die Strecke E/ dargestellt, und es nehmen sowohl der mittlere gleichgerichtete Strom im Anodenkreis (Ordinatenzuwächse) als auch die Vorspannung (negative Abszissenzuwächse links von A) mit zunehmender Signalspannung längs der Linie A-B (Charakteristik des Widerstandes 14) zu, wobei der mittlere gleichgerichtete Strom und die Gesamtvorspannung für jede Signalspannung durch die Durchschnittspunkte M, N, O, P der Linie A-B mit der der jeweiligen mittleren Signalspannung entsprechenden Kennlinie E_g bestimmt wird. Für den Fall, daß die feste Vorspannung ganz fortgelassen und nur die von einem festen Widerstand gelieferte Vorspannung benutzt wird, ist der Verlauf der Verhältnisse durch die Durchschnittspunkte der Kennlinie E_g mit einer entsprechend gewählten Charakteristik D C des Widerstandes 14 dargestellt.

Wie oben erwähnt, hängt die Wahl der festen und der veränderlichen Vorspannung und des festen Wertes des Vorspannungswiderstandes von einer Anzahl von Faktoren ab, z. B. von der Röhrencharakteristik, von der größtzulässigen Verzerrung und von der geringsten Modulation, an die der Detektor noch gut ansprechen soll. Für einen gegebenen Wert der dem Gitter aufgedrückten hochfrequenten Trägerspannung, die durch Vermittlung des Widerstandes 14 die entsprechende Korrektur der Gesamtvorspannung bewirkt, ist die Leistung des Gleichrichters dieselbe, als wenn nur eine feste Vorspannung verwendet würde, die der wirklichen momentanen Gesamtgleichstromvorspannung gleich ist.

Es ist eine der beschriebenen äußerlich ähnliche Schaltung bereits bekannt (vgl.

Patent 381 873, Abb. 4), die aber für eine andere Verwendung bestimmt ist, nämlich für Röhrenverstärkerrelais zur mechanischen Betätigung von Relaisschaltern, Anrufapparaten u. dgl., und deren Zweck ist, dort das unerwünschte, durch Schwankungen der Betriebsspannung der Gleichstrombatterie verursachte Ansprechen des Relais zu verhindern. Zu diesem Zweck wird dort der die negative Vorspannung automatisch regelnde, vom Anodenstrom durchflossene Widerstand so groß bemessen (etwa ioooooOhm), daß der Anodenstrom bei allen Werten der Gleichstromspannungen praktisch gesperrt bleibt. Demgegenüber handelt es sich bei der vorliegenden Erfindung um die Verwendung der automatischen Regelung der Vorspannung zum Betriebe eines Hochfrequenz-Telephoniedetektors, der unmittelbar oder über einen Verstärker einen Lautsprecher oder Hörer mit akustischen Strömen speist, und die neue hier erzielte Wirkung besteht in der Erreichung einer größeren akustischen Leistung ohne wesentliche Verschlechterung der Klangqualität.

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   i. Detektoranordnung für Hochfrequenztelephonie unter Verwendung einer Röhre mit negativer Gittervorspannung, dadurch gekennzeichnet, daß ein gleichzeitig im Gitter- und im Anodenkreis der Röhre liegender Gleichstromwiderstand (z. B. ein Ohmscher Widerstand) vorgesehen, ist, durch den bei wachsenden Mittelwerten der Amplituden der hochfrequenten Eingangsspannungen die wirksame negative Vorspannung dem Betrage nach go selbsttätig derart erhöht wird, daß die durch Modulation bedingten Scheitelwerte der dem Gitterkreis zugeführten hochfrequenten Wechselspannungen nicht oder nicht wesentlich ins Gebiet der positiven Gitterspannung reichen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierende negative Vorspannung des Gitters so eingestellt ist, daß der durchschnittliche Anodenstrom bei Nichtvorhandensein von Signalen ganz oder nahezu verschwindet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen