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Modulationsschaltung, insbesondere für Kurzwellensender, mit automatischer
Begrenzung der zu starken Modulierungsströme Es ist bekannt, bei Senderanlagen zur
Vermeidung der Übersteuerung derselben durch die zu starken Modulierungsström@e
aus den den Schallwellen entsprechenden niederfrequenten Strömen einen zeitlichen
Mittelwert (z. B. durch Gleichrichtung) zu bilden und die den Lautstärkeschwankungen
entsprechenden Änderungen des Mittelwertes dazu zu benutzen, um den Verstärkungsgrad
des Niederfrequenzverstärk ers zu ändern. Die automatische Regulierung der Verstärkung
@erfolgt hierbei zweckmäßig durch Änderung der Gittervorspannung einer Niederfrequenzstufe,
derart, daß die wirksame Steilheit der charakteristischen Kurve dieser verstärkten
Stufe geändert wird. Hierbei können die Modulierungsströme am Ausgang ihres Kanals
(ein bestimmtes Maximum nicht überschreiten. Es kann aber außerdem erwünscht sein,
die Regelung derart zu gestalten, daß verhältnismäßig schwache Ströme der Modulierungsqu.elle
relativ hoch verstärkt werden, so da.ß die Unterschiede in der Modulierungstiefe
für ein verhältnismäßig großes Gebiet der Intensitätsänderungen der Modulierungsquelle
ausgeglichen werden. Hierbei werden die etwaigen unerwünscht großen, vom Mikrophon
aufgenommenen Lautstärkeunterschiede vergleichmäßigt. Ferner hat @es sich bei der
übertragung auf kurze Wellen gezeigt, daß sich hierbei die sonst bei schwächeren
Sprechströmen oft am Empfänger auftretenden Schwundwirkungen bedeutend verringern;
selbst wenn hierdurch das Verhältnis zwischen lauten und leisen Stellen des Vortrages
im Empfänger kleiner ist .als das Originalverhältnis, so spielt dies für viele Zwecke
keine wesentliche Rolle.
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Ein derartiger Verlauf der Verstärkung läßt sich nur schwer mit den
bis jetzt bei diesen Schaltungen üblichen, im Modulierungskanal verwendeten Röhren
konstanten Durchgriffs erreichen; bei diesen ändert sich nämlich die Steilheit bzw.
die Krümmung der Kennlinie nicht stetig genug. Die letztere besitzt nämlich eine
Stelle ausgeprägt großer Krümmung bzw. maximaler Änderung der Steilheit, und wenn
bei der automatischen Regulierung .auf genügend großem Bereich der Kennlinie der
Arbeitspunkt durch die Knickstelle (den Punkt der größten Krümmung) durchgeht, so
wird hierbei nur zu leicht die Lautwiedergabe verzerrt. Bemißt man zur Vermeidung
dieses Übelstandes die Anlage so, daß diesem Knickpunkt möglichst kleine Modulierungsströme
,entsprechen, so müssen dem darüberliegenden Arbeitspunkte noch kleinere Modulierungen
entsprechen, so
daß dadurch eine gewisse unbequeme Einschränkung
eingeführt ist. Die Kennlinie wird nur in einem verhältnismäßig kleinen Bereich
ausgenutzt.
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Diese Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung ausgeschaltet, und
es wird nicht nur die Begrenzung der maximalen Modulierungsströme, sondern auch
die relativ hohe Verstärkung von verhältnismäßig schwachen Modulierungsströmen bei
völlig verzerrungsloser Wiedergabe der Klangfarbe und einer guten Ausnutzung der
Kennlinie ermöglicht, wienn man die Anordnung so trifft, daß die Signale, bevor
sie für die Modulation verwendet werden, durch Exponentialröhren verstärkt werden
und ein Teil der Signalstromenergie vor dem Eingang in die Exponentialröhren zur
Steuerung einer Einrichtung (z. B. eines Gleichrichters) entnommen wird, die in
an sich bekannter Weise die Vorspannung der Exponentialröhren automatisch regelt.
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Bei der Schaltung gemäß. Abb. i ist der Mikrophonverstärker i über
einen veränderlichen Abschwächungskreis oder eine ähnliche Regelvorrichtung 2 und
eine zweite- veränderliche Abschwächungsvorrichtung an die Primärwicklung 3 eines
Transformators angeschlossen. Die zweite Abschwächungsvorrichtung besteht aus einem
Potentiometer, dessen Widerstand 4 etwa 6oo Ohm groß ist und dessen .eines Ende
5 mit dem einen Ende der Primärwicklung 3 verbunden ist. Der Schleifer 6 des Potentiometers
ist an das andere Ende der Wicklung 3 angeschlossen, während die Sekundärwicklung
7 zwischen die Steuergitter 8, 9 zweier in Gegentakt geschalteter Exponentialröhren
i o, i 1 gelegt ist. Bei einer solchen Exponentialröhre ändert sich bekanntlich
die Steilheit mit der zugeführten Steuergittervorspannung. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel ist eine Marconiröhre VNS ¢ angenommen, deren Steilheit sich
zwischen i, i mA/Volt und o,oo5mA/Volt ändert, während die Impedanz etwa 450 000
Ohm beträgt.
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Im Nebenschluß zu dem Potentiometerwiderstande 4 liegt die Primärwicklung
12 eines zweiten Transformators, dessen Sekundärwicklung 13 entweder an die Anoden
zweier Gleichrichter geringer Impedanz, deren Kathoden miteinander verbunden sind,
oder, wie in der Zeichnung dargestellt ist, an die Anoden eines Doppelweggleichrichters
14 angeschlossen sind. Der Mittelpunkt 15 der Sekundärwicklung 13 ist über ,eine
Vorspannungsbatterie 16 mit dem Mittelpunkt 17 der Sekundärwicklung 7 des Eingangstransformators
der Exponentialröhren i o, ii verbunden. Der gemeinsame Kathodenpunkt 18 dieser
Röhren ist geerdet und mit dem Kathodenpunkt 19 des Doppelweggleichrichters 14 verbunden,
der gleichzeitig über einen Kondensator 2o von o,oi bis o,i #tF und einen im Nebenschluß
dazu liegenden, zwischen o,oi und 5o Megohm veränderlichen Widerstand 21 mit dem
Mittelpunkt 15 der Sekundärwicklung 13 verbunden ist. Die Gleichspannungen werden
von den Anzapfungen 22, 23 der Batterie 24, den äußeren Gittern 25, 26 der Exponentialröhren
zugeführt, deren Anoden 27, 28 über die Primärwicklung 29 Leines Ausgangstransformators
verbunden sind, dessen Sekundärwicklung 3o an einen Verstärker 31 angeschlossen
ist. Die Anoden 27, 28 sind ferner über Widerstände 32, 33 von etwa je Sooo Ohm
verbunden, deren Anschlußpunkt über ein Milliamperemeter 34 an die Anodenbatterie
24 angeschlossen ist. Man erkennt, daß bei dieser Schaltung ein Teil des Modulationseinganges
zu den Gleichrichtern geringer Impedanz abgeleitet und zur Steuerung der Gittervorspannung
der Exp.onentialröhren nutzbar gemacht wird.
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Die Wirkungsweise der eben beschriebenen Schaltung ist folgende: Bei
der Bedingung, daß die äußere Impedanz einer Exponentialröhre klein ist ' im Verhältnis
zu ihrer inneren Impedanz, ändert sich die erzielte Verstärkung angenähert proportional
mit der Steilheit der Kennlinie. Die Steilheit als Funktion der Gitterverspannung
verläuft gleichfalls im benutzten Arbeitsbereich angenähert nach einer Exponentialkurve,
und die Krümmung ändert sich in diesem Gebiet stetig, .ohne daß ein ausgeprägter
Knickpunkt auftritt. Für die als Beispiel .angenommene Marconiröhre V NS
¢ ist die Kurve gut benutzbar zwischen ,einem ganz kleinen Vorspannungswert, der
etwa der Steilheit von 1,2 mA pro Volt entspricht, und einem Gittervorspannungswert
von - 40 Volt, dem eine ganz kleine Steilheit entspricht.
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_ Der mittlere Arbeitspunkt bei einer Übertragung normaler Stärke
kann hierbei etwa auf die Verspannung .eingestellt werden, der die Steilheit von
angenähert 0,7 mA pro Volt entspricht. Der Charakter der Abhängigkeit der
Ausgangswechselspannung (z. B. an der Sekundärwicklung 3o des Ausgangstransformators)
von der Eingangswechselspannung der Exponentialröhre ist in der Abb.2 in einem willkürlichen
linearen Maßstab dargestellt. Man erkennt, daß wegen des abgeflachten Scheitels
dieser Kurve im Gebiet zwischen den Ordinaten AD und BE die Ausgangsspannung auch
bei bedeutenden Änderungen der Eingangsspannung angenähert konstant bleibt, und
daß die Verstärkung bei schwächeren Eingangsspannungen bedeutend größer ist als
bei höheren Ausgangsspannungen. Wenn die Eingangsspannung
den. Wert
OB übersteigt, fällt die Ausgangsspanung ab. Es folgt daraus, daß der Modulationsgrad
über einen weiteren Bereich verschiedener Eingangsstärke nahezu konstant gehalten
wird, ohne daß eine Übersteuerung des Senders auftritt.
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Die günstigste Einstellung der in der Abb. z dargestellten Schaltung
kann, wenn vor Beginn des Programms ein sogenannter Abstimmton, d. h. eine niederfrequente
Modulation von bestimmter konstanter Amplitude und Frequenz, gesendet wird, wie
folgt erzielt werden: Es wird am besten ein Miniamperemeter 34. mit :einem solchen
Meßbereich benutzt, daß seine größten Skalateilungen angenähert den Ausschlägen
entsprechen, die der Anodengleichstrom beim Nichtvorhandensein der Signale hervorruft.
Die Größe des durch das Instrument 34. angezeigten Anodengleichstromes kann als
Maß der Gittervorspannungoder der Steilheit dienen; er ist von der Einstellung des
Reglers 2 abhängig, dagegen von der Einstellung des Wanderkontaktes 6 unabhängig.
Von. diesem letzteren ist dagegen die Größe der Ausgangsspannung des Wechselstremes
am Transformator 29, 3o abhängig. Die. Einregulierung wird nun so vorgenommen, daß
bei dem gegebenen Abstimmtoneinerseits durch die Einstellung des Reglers 2 der Zeiger
des Amperemeters 34 auf eine bestimmte praktisch günstige Stellung, die etwa in
der Mitte der Skala sich befindet, gebracht wird und andererseits durch die Einstellung
des Wanderkontaktes 6 des Potentiometers ¢- die maximale Wechselstromausgangsspannung
am Transformator 29, 3o entsprechend dem abgeflachten Scheitel der Kurve gemäß der
Abb.2 abgegeben wird. Dann wird der Verstärker 3 r so eingestellt, daß, sich eine
volle Aussteuerung des von ihm modulierten Senders ,ergibt. Eine etwaige Korrektur
der Einregulierung, die notwendig sein sollte, wenn das Programm giesendet wird,
kann man durch entsprechende Änderung der Einstellung des Reglers 2 erzielen. Somit
kann man aus den Ausschlägen des Miniamperemeters 34 Rückschlüsse darauf ziehen;
auf welchem Teil der in der Abb. z dargestellten Kurve gearbeitet wird bzw. welche
Steilheit oder Verstärkung jeweilig benutzt wird. Wenn der Regler 2 so eingestellt
ist, daß die Modulierüng durch, den Abstimmton den Zeiger des Amperemeters 3 q:
in der Nähe der Markierung in der Skalenmitte hält, arbeitet die Schaltung auf dem
flachen Teil der Kurve (Abt. 2), also innerhalb .eines nahezu konstanten Bereiches
der maximalen Ausgangsleistung.
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Wenn der Amperemeterzeiger in der Nähe der größten Skalaablesungen
schwankt, was bei sehr schwachen Signalen zustande kommt (der maximale Gleichstrom
entspricht der Abwesenheit der Signale), so zeigt dies, daß die Schaltung auf dem
ansteigenden Ast 0D der Kurve arbeitet, während bei ungewöhnlich starken Eingangssignalen
die Ausschläge des Instrumentes 34 bedeutend unter der Skalenmitte liegen, was darauf
hinweist, daß die Schaltung auf dem abfallenden Ast der Kurve arbeitet; unter diesen
beiden Bedingungen wird nicht die volle Aussteuerung des Senders erreicht. Es kann
trotzdem auch unter Umständen verlangt werden, daß zeitweise auf die erfindungsgemäße
Abgleichung der -Modulierung verzichtet wird und eine mehr oder weniger getreue
Wiedergabe der Lautstärkeunterschiede zustande kommt. Man kann dann zu diesem Zweck
die Apparatur auf den ansteigenden Ast der Kurve einstellen, und zwar zweckmäßig
so, daß der Zeiger von 34 bei seinen Schwankungen nur gelegentlich die Markierung
der Skalenmitte erreicht. Natürlich kann man erforderlicherweise ein besonderes
zur Kontrollierung des Arbeitspunktes geeichtes Meßinstrument 34 verwenden, um dem
Operateur die Betriebsverhältnisse klarer anzuzeigen.
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Die Zeitkonstante CR des Kreises 2o, 21, die die durch den Gleichrichter
t q. gegebene Vorspannung regelt, kann durch Veränderung der Werte des Kondensators
2o und des Widerstandes 2 1 reingestellt werden, da große Werte dieser beiden Teile
eine sehr langsame und kleine Werbe einen schnelleren Ausgleich der Gittervorspannung
zur Folge haben. Den erhaltenen Effekt liest man am Amperemeter 3q. ab. Wenn die
Werte in diesem Kreis 20, 2 1 zu groß sind, wird eine zu plötzliche, sehr starke
Modulation durch die Ablesung angezeigt, die wesentlich unter die Hälfte heruntergeht
und dann langsam wieder zurückkehrt. Wenn der Ausgleich der Kondensatorladung zu
langsam erfolgt, wird die Zeit zur Wiederherstellung der Modulation auf volle Regelung,
wie sie durch die Ablesung in der Mittelstellung des Zeigers angezeigt wird, zu
groß sein. Wenn andererseits die Zeitperiode zu kurz ist, wird die Regelung der
benutzten Modulation zu schnell folgen und ein ruckweises Senden erzeugt. Man kann
eine sorgfältige Anfangseinstellung derart vornehmen, daß die Regelung mit Sicherheit
eine volle Modulation gestattet, während ein zufälliger zu hoher Scheitelwert des
Modulationsstrom-es nur eine momentane Verringerung des Ausganges ergibt, die davon
herrührt, daß der Sender auf dem abfallenden Ast der Kurve arbeitet. Die Änderungen
der Einstellung für die Regelvorrichtung 2, nachdem die Anfangseinstellungen vorgenommen
sind, brauchen im allgemeinen nur vorgenommen
zu werden, wenn der
Charakter des Pro grammes sich ändert, d. h. z. B. wenn einer Musikübertragung eine
Sprachübertragung folgt.
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Man braucht naturgemäß nicht unbedingt zwei in Gegentakt geschaltete
Exponentialröhren zu verwenden, wenngleich diese Anordnung vorzuziehen ist, vielmehr
kann man auch nur eine Exponentialröhre verwenden, deren Gittervorspannung in ähnlicher
Weise, wie an Hand der Gegentaktschaltung beschrieben, durch einen Teil der Eingangsenergie
geregelt wird. In gleicher Weise braucht auch der Gleichrichter nicht unbedingt
ein Doppelweggleichrichter zu sein.