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Zwei parallel geschaltete Verstärker verschiedener Trennschärfeeigenschaften
enthaltender Empfänger mit selbsttätiger Trennschärferegelung Die Erfindung betrifft
eine Verbesserung und Ausgestaltung der Empfängerschaltung mit selbsttätiger Trennschärferegelung
nach Patent 649 682.
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Der Empfänger des Hauptpatents enthält zwei parallel liegende Verstärker
mit verschiedenen Trennschärfeeigenschaften, die beide in der Weise selbsttätig
schwundgeregelt werden, daß bei verschiedenen Eingangsspannungen die Energie bald
vorwiegend über den einen, bald vorwiegend über den anderen Verstärker fließt. Auf
diese Weise wird eine selbsttätige Regelung der resultierenden Trennschärfe des
Empfängers erzielt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Verstärkung durch Verwendung
verschiedener Regelgleichrichter für jeden Verstärker besonders geregelt, derart,
daß die Abhängigkeit der einzelnen Ausgangsspannungen der beiden Verstärker vom
Mittelwert der Eingangsschwingungen verschieden ist, die Summe der beiden aber konstant
bleibt.
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Die resultierende Ausgangsspgnnung des Empfängers wird hierdurch konstant
gehalten.
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Insbesondere soll die Regelung der beiden Verstärker so getroffen
werden, daß die Verstärkungsgrade beider mit wachsender Eingangsspannung von ihren
größtmöglichen Werten fallen, aber in dem Verstärker höherer Trennschärfe rascher,
in dem Verstärker geringerer Trennschärfe weniger rasch als die Eingangsspannung
wächst. Dadurch nimmt die Ausgangsspannung des trennscharfen Verstärkers ab, die
des weniger trennscharfen zu, und es kann leicht erreicht werden, daß die Summe
der beiden Ausgangsspannungen konstant bleibt.
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Eine weitere Verbesserung läßt sich dadurch erreichen, daß der Gang
der Verstärkung des Verstärkers geringer Trennschärfe erst von mittleren Eingangsspannungen
an den eben angedeuteten Verlauf nimmt, während sie bei geringen Eingangsspannungen
sehr klein gehalten wird. Der Beitrag der Ausgangsspannungen des weniger trennscharfen
Verstärkers ist dann neben dem des trennscharfen Verstärkers bei kleinen Eingangsspannungen
praktisch ganz zu vernachlässigen. Alle Eingangsspannungen unter einer gewissen
Grenzspannung werden also mit höchster Trennschärfe empfangen.
Verschiedene
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in -den Abbildungen dargestellt: Abb. i
zeigt einen Teil eines 'G`berlagerungsempfängers, bei dem die in bekannter. Weise
durch Mischung entstandene Zwisch4@-' frequent den Eingangsklemmen -zweier pä=-allel
liegender Zwischenfrequenzverstärlce zugeführt wird. Die Ausgangsspannungen der
beiden Verstärker werden an j e einen Empfangsgleichrichter in Anodengleichrichterschaltung
gelegt, und die Summe der Ausgangsspannungen dieser beiden Gleichrichter wird einem
K iederfrequenzverstärker zugeführt, an den der Lautsprecher angeschlossen ist.
Es sind nur die wesentlichen Teile der Schaltung dar=gestellt.
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Die beiden zwischen der Zwischenfrequenzquelle ZP und den Empfangsgleichrichtern
i und 2 liegenden Verstärker sind auf die Zwischenfrequenz abgestimmt. Der erstere
besitzt eine schmale Resonanzkurve, also hohe Trennschärfe, der zweite eine breite
Resonanzkurve und damit geringe Trennschärfe.
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Die beiden Verstärker enthalten je mindestens zwei in Kaskade geschaltete
Schirmgitterröhren. Die Primär- wie die Sekundärwicklungen, der vier Kopplungstransformatoren
Mt, 172, 113 und M4 sind auf die Zwischenfrequenz abgestimmt. Zur Erzielung der
verschiedenen Trennschärfeeigenschaften für die parallelen Zwischenfrequenzverstärker
können alle bekannten Vorrichtungen verwendet werden. Beispielsweise kann man die
Kopplungen zwischen den Primär- und Sekundärspulen der Transformatoren L71 und 11'12
so - einstellen, daß sie weniger als kritisch sind, so daß die Resonanzkurven dieser
Transformatoren verhältnismäßig scharf sind, während bei den Transformatoren ilT3
und M4 die Kopplungen überkritisch gewählt werden, so daß den damit verbundenen
Kreisen verhältnismäßig breite Resonanzkurven gegeben werden. Im tatsächlichen Betrieb
werden die Kopplungen von 113 und 1b14 vorzugsweise so eingestellt, daß die
Resonanzkurve des Verstärkersystems geringer Trennschärfe einen im wesentlichen
flachen Scheitel hat. Zu diesem Zwecke werden in die abgestimmten Kreise dieses
Verstärkers Dämpfungswiderstände eingeschaltet.
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Zur Erzielung der Trennschärferegelung ist im Anodenkreis des Gleichrichters
i eine Reihenschaltung vorgesehen, die eine Drossel 3, eine Anodenspannungsquelle
q. für die Gleichrichterröhre und den Widerstand 5 enthält.
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Eine Leitung 6 verbindet den Gitterkreis. der Verstärkerstufe 7 mit
einem Abgriff am Widerstand 5, der ein negatives Potential gegenüber der geerdeten
Seite des Widerstandes hat. Dieser Abgriff ist zweckmäßigerweise einstellbar. Das
Gitter de Verstärkerröhre 7 erhält so ein negativ Potential gegenüber der geerdeten
Kathode. Die negasfxve Gittervorspannung des Gleichrichters i :.tvi:rd durch eine
besondere Spannungsquelle :` ehefert.
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Der Gleichrichter 2 enthält in seinem Anodenkreis eine Reihenschaltung,
die aus der Drossel 3', der Anodenspannungsquelle ,4' für die Gleichrichterröhre
und dem Widerstand 5' besteht. Der Gitterkreis der Verstärkerstufe 7' ist durch
die Leitung 6' mit einem einstellbaren Abgriff am Widerstand 5' verbunden. Der Eingangskreis
des Gleichrichters 2 enthält die abgestimmte Sekundärspule des Transformators M4
in Reihe mit der üblichen Gittervorspannungsquelle. Zu einem später noch zu beschreibenden
Zweck ist das Steuergitter einer besonderen Röhre 8 mit dem Eingangskreis des Gleichrichters
2 verbunden, während ihre Anode durch eine Leitung 9 an den positiven Pol der Spannungsquelle
q. gelegt ist.
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Da in den Widerständen 5 und 5' Ströme fließen, die durch Gleichrichtung
der Zwischenfrequenz entstanden sind, werden über die Leitungen 6 und 6' den Verstärkerröhren
mit wachsender Eingangsspannung steigende negative Vorspannungen zugeführt,. die
die' Verstärkung in beiden Verstärkern heruntersetzen und die Ausgangsspannungen
mehr oder weniger konstant zu halten suchen. Eine selbsttätige Regelung der resultierenden
Trennschärfe wird schon dadurch erzielt, daß dem trennscharfen Verstärker eine höhere
Regelspannung zugeführt wird als dem mit der großen Bandbreite. Eine konstante resultierende
Ausgangsspannung wird aber erst durch die Wirkung der zusätzlichen Röhre S erzeugt.
Der weniger trennscharfe Verstärker besitzt einen kleineren Verstärkungsgrad als
der trennscharfe, so daß er bei schwachen Signalen eine nur kleine Ausgangsspannung
erzeugt. Sobald aber die Amplitude der Empfangsschwingung hoch genug ist, um am
Ausgang des weniger, trennscharfen Verstärkers eine merkliche Ausgangsspannung zu
ergeben, beginnt die Röhre £, die so stark negativ vorgespannt ist, daß sie im signallosen
Zustand praktisch keinen Strom führt, Strom durch- den Widerstand 5 zu schicken.
Auf diese Weise bewirkt eine zunehmende Eingangsspannung ein Abnehmen der Ausgangsspannung
des scharf abgestimmten Verstärkers, sobald die empfangene Signalamplitude den Grenzwert
erreicht, bei dein der andere Verstärker zu arbeiten beginnt.
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In Abb.2 sind in logarithmischer Auftragung typische Verstärkungskurven
für .jeden der beiden parallelen Verstärker dargestellt. Dabei ist angenommen, daß
die Verstärker
so geregelt werden, daß die Summe- der beiden Signalspannungen,
die den beiden Gleichrichtern aufgedrückt werden, konstant i Volt beträgt, wodurch
die Summe der Verstärkungen der beiden Verstärker bestimmt ist, die in Abb. 2 mit
Gesamtverstärkung bezeichnet ist. Die Verstärkungsgrade der beiden Verstärker sollen
bei etwa 3ooo bis 4000 Mikrovolt Eingangsspannung gleich sein und bei ioo sowie
bei ioo ooo Mikrovolt im Verhältnis io : i bzw. i : io zueinander stehen. Ferner
ist angenommen, daß ioo Mikrovolt einen Signalpegel darstellen, bei dem praktisch
mit Rücksicht auf Störungen, Verstärkergeräusch infolge hohen Verstärkungsgrades
usw. die größtmögliche Trennschärfe verlangt wird und daß bei einer Eingangsspannung
von i oo ooo =Mikrovolt mit größter Bandbreite gearbeitet werden kann, während in
dein dazwischenliegenden Bereich eine mittlere Trennschärfe zweckmäßig ist.
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Die Verstärkungskurve des trennscharfen Verstärkers soll sich bei
niedrigen Eingangsspannungen, die des Verstärkers mit breiter Resonanzkurve bei
hohen Eingangsspannungen der Kurve der Gesamtverstärkung asymptotisch nähern. Die
Kurve für den breit abgestimmten Kreis ist auf eine Maximalverstärkung von iooo
bei niedriger Eingangssignalamplitude abgerundet, und es sind Korrektionen an der
Kurve für den scharf abgestimmten Verstärker vorgenommen, um die Gesamtverstärkung
konstant zu halten.
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Die Kurven der Abb. 2 erfüllen die Erfordernisse, daß die Gesamtverstärkung
konstant ist, daß bei niedrigem Signaleingangspegel (las Signal in der Hauptsache
durch den trennscharfen Verstärker übertragen wird, bei hohem' Eingangspegel dagegen
vorzugsweise von dem weniger trennscharfen Verstärker, und daß ein allmählicher
Übergang von dem einen Extrem nach dem anderen vorhanden sein muß, wenn der Signalpegel
ansteigt. Diese Wirkungen werden, wie Abb. 2 deutlich macht, dadurch erhalten, daß
man den trennscharfen Verstärker so ausbildet, daß er einen größeren Verstärkungsgrad
hat als der wenig trennscharfe Verstärker, und daß man die Verstärkungsgrade beider
Verstärker mit zunehmender Signalstärke abnehmen läßt, und zwar den des trennscharfen
Verstärkers rascher, den des Verstärkers mit breiter Resonanzkurve weniger rasch,
als die Eingangsspannung steigt.
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Die Ausgangsspannung des trennscharfen Verstärkers bleibt bei wachsender
Eingangsspannung zunächst praktisch konstant, um dann zu fallen, während die des
Verstärkers mit breiter Resonanzkurve von kleinen Werten anfangend allmählich ansteigt.
Die durch Addition der beiden gleichgerichteten Ausgangsspatmungen entstandene gesamte
Ausgangsspannung bleibt im wesentlichen konstant.
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Bei der Schaltung gemäß Abb. i wird der gewünschte Gang der Verstärkungen
dadurch erzielt, daß der Verstärker mit breiter Resonanzkurve durch passende Stellung
des Abgriffs am Widerstand 5 verhältnismäßig schwache Regelspannungen erhält, während
dem Verstärker mit schmaler Resonanzkurve höhere Regelspannungen zugeführt werden,
die von einer gewissen Grenze ab durch die eingangsseitig mit dein wenig trennscharfen
Verstärker gekoppelte Zusatzröhre 8 noch ververgrößert werden. Natürlich können
die Regelspannungen statt je einer auch mehreren Verstärkerröhren zugeführt werden.
Eine steilere Regelung des trennscharfen Verstärkers läßt sich dann schon dadurch
erzielen, daß bei diesem mehr Röhren geregelt werden als bei dem weniger trennscharfen
Verstärker.
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Abb. 3 zeigt eine Schar von Resonanzkurven eines Empfängers gemäß
Abb. i, und zwar sind als Abszissen die Verstimmungen in kHz und als Ordinaten die
resultierenden Ausgangsspannungen eingetragen. Dabei sind für die Resonanzkurve
des wenig trennscharfen Verstärkers ein vollkommen flacher, 201cHz breiter Scheitel
und vollkommen gerade, steile Flanken angenommen, für die Resonanzkurve des trennscharfen
Verstärkers eine Form, die einem umgekehrten V entspricht. Die Höhe der Schultern
der Resonanzkurve hängt von dein als Parameter eingetragenen Verhältnis der Verstärkungsgrade
der beiden Verstärker ab.
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Wenn die Zwischenfrequenzsignale vor der Gleichrichtung kombiniert
werden, würden die Schultern der Resonanzkurven wegen der verschiedenen Phasenwinkel
der Seitenbänder wahrscheinlich niedriger sein. Wenn jedoch die beiden Signale getrennt
gleichgerichtet und dann die niederfrequenten Ströme addiert werden, ist das Ergebnis
dasselbe, als wenn die beiden zwischenfrequenten Signale mit gleicher Phase addiert
würden und dann die Summe gleichgerichtet würde.
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Eine noch wünschenswertere Form der Verstärkungskurve als die in Abb.
2 gezeigte wird in Abb. .4 wiedergegeben. Bei dieser hat die Verstärkung des Verstärkers
mit breiter Resonanzkurve ein Maximum bei etwa ioo Mikrovolt und nimmt nach beiden
Seiten ab. Die Folge ist die, daß die Trennschärfe beim Empfang schwacher Signale
sehr hoch ist, da der weniger trennscharfe Verstärker dann vollständig außer Wirksamkeit
gesetzt wird. Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers ist in diesem Falle praktisch
völlig .Null. Die Schaltung gemäß Abb.5 kann zur Erlangung dieser Verstärkungskurven
verwendet
werden. In diesem Fall ist der Eingangsgitterkreis des Verstärkers 7 mit einem verstellbaren
Abgriff 5 über die Leitung 6 verbunden, während in der Leitung 6' von dem Abgriff
am Widerstand 5' nach dem Gitterkreis des Verstärkers 7' die Vorspannungsquelle
io liegt. Die in Abb. i gezeichnete Zusatzröhre 8 ist in Fortfall gekommen. Die
Leitung i i verbindet die Kathode der Röhre 7' mit der Kathode der Röhre 7, die
durch einen Widerstand R1. mit der Erde verbunden ist.
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Wenn bei dieser Schaltung die Eingangsspannung zunimmt, nimmt der
Verstärkungsgrad des trennscharfen Verstärkers und desgleichen der Anodenstrom der
mit dem Widerstand R, verbundenen Verstärkerröhre ab. Hierdurch wird die. positive.
Vorspannung an der Kathode von 7' verringert, so daß diese vorher durch hohe negative
Gittervorspannung gesperrte Röhre entsperrt wird. Bei weiterem Anwachsen der Eingangsspannung
beginnt die selbsttätige Lautstärkeregelung des wenig trennscharfen Verstärkers
zu arbeiten und hält die Ausgangsspannung konstant. Da gleichzeitig auch die Röhre
7 geregelt wird, sinkt der Spannungsabfall am Widerstand R1 schnell auf einen vernachlässigbaren
Wert, wenn der Röhre 7 eine exponentiale Kennlinie gegeben wird. Die Röhre 7 hat
dann keine weitere Wirkung auf den Verstärkungsgrad des Verstärkers mit breiter
Resonanzkurve. Ihre Wirkung beschränkt sich nur auf eine Sperrung der Röhre 7' unterhalb
einer gewissen Eingangsspannung.
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Die Schaltung zeigt keine Einrichtung zur Verringerung der Ausgangsspannung
des trennscharfen Verstärkers bei sehr hohen Eingangsspannungen. Jedoch kann man
eine solche Einrichtung, die ähnlich wie in Abb. i ausgeführt sein kann, leicht
hinzufügen.
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Ein anderes Ausführungsbeispiel mit einer derartigen Einrichtung zeigt
Abb.6. Bei dieser enthält die erste Verstärkerröhre 7 des trennscharfen Verstärkers
den Widerstand R1 in der geerdeten Kathodenleitung. Die Kathodenseite dieses Widerstandes
ist mit der Kathode des Verstärkers 7' des weniger trennscharfen Verstärkers durch
die Leitung i i verbunden. Der Zweck dieser Verbindung ist derselbe wie der bei
der Schaltung nach Abb. 5: sie dient dazu, den Verstärkungsgrad des Zwischenfrequenzverstärkers
mit großer Bandbreite annähernd auf Null zu verringern, wenn Signale unterhalb einer
vorher bestimmten Amplitude empfangen werden. Die Röhre 2o dagegen ist hinzugefügt,
um den Verstärkungsgrad des scharf abgestimmten Verstärkers bei hohen Eingangsspannungen
so zu verringern, daß die Ausgangsspannung abnimmt.. Zu diesem Zweck enthält der
Anodenkreis der Röhre 2o in Reihe mit der Gleichstromquelle den Widerstand 2i, dessen
eine Seite geerdet.ist; die Kathode von 2o ist gleichfalls geerdet. Das Steuergitter
der Röhre 2o ist über den Widerstand 22 mit einer Quelle negativer Vorspannung verbunden,
so daß sie als Anodengleichrichter arbeitet. Ein Kondensator 23 verbindet dieses
Gitter mit dem Steuergitter der zweiten Verstärkerstufe 24 des trennscharfen Verstärkers.
Die Gitterkreise der Verstärker 7 und 24 sind durch die Leitung 25 mit einem einstellbaren
Abgriff: am Widerstand 2i verbunden. Die Gitter der Röhren 7 und 24 erhalten dadurch
eine zusätzliche, mit der mittleren Amplitude der Eingangsspannung veränderliche
negative Vorspannung.
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Die Gitterkreise 'der Stufen 7' und 24' des anderen Verstärkers sind
durch die Leitung 27 mit einem einstellbaren Abgriff am Widerstand 26 verbunden.
Eine Vorspannungsquelle io liefert eine zusätzliche negative Vorspannung an das
Steuergitter der Röhre 7'.
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Die Regelröhre 2o regelt die Röhren des trennscharfen Verstärkers
so, daß man am Eingang der letzten Röhre 24, an dein auch die Regelröhre hochfrequenzmäßig
angeschlossen ist, eine angenähert konstante Spannung erhält. Da die Röhre 24 jedoch
auch noch geregelt wird, nimmt die Ausgangsspannung dieses Verstärkers mit steigender
Eingangsspannung ab. Diese Wirkung wird also dadurch erzielt, daß der Regelgleichrichter
zwischen den geregelten Röhren angeordnet ist. Die Regelung des wenig. trennscharfen
Verstärkers geschieht dagegen auf die übliche Weise und wird nicht sehr wirkungsvoll
gemacht, so daß die Ausgangsspannung -dieses Verstärkers mit steigender Eingangsspannung
zunimmt. Nur unterhalb einer bestimmten Amplitude derEingangsspannung wird durch
die Verbindungsleitung i i ein Anheben der Kathode der Röhre 7' und dadurch eine
Sperrung des Verstärkers bewirkt. Bei passender Bemessung bleibt die Summe der Ausgangsspannungen
konstant, so daß sich tatsächlich die Verstärkungskurven, die Abb. 4 zeigt, ergeben.
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Es ist auch möglich, dieRegelspannung für die hinter dem Regelgleichrichter
2o liegende Röhre 24 von dem Widerstand 26 abzugreifen, wie Abb. 7 zeigt, bei der
der Gitterkreis der Röhre 24 über die Leitung 30 mit einem einstellbaren
Abgriff am Widerstand 26 verbunden ist. Man gewinnt hierdurch eine mit zunehmender
Eingangsspannung stark ansteigende Regelspannung. Es empfiehlt sich in diesem Falle,
den Widerstand 26 ziemlich groß zu machen und nahezu die ganze an ihm entstehende
Gleichspannung
der Röhre 24 zuzuführen. Die Röhren des Verstärkers
mit breiter Resonanzkurve erhalten dagegen nur einen Teil dieser Gleichspannung
als Regelspannung, um eine flache Regelkurve dieses Verstärkers und damit eine mit
wachsender Eingangsspannung steigende Ausgangsspannung zu gewährleisten.
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In Abb. 8 dient wie in Abb. 6 der Regelgleichrichter 2o zur Erzeugung
der Regelspannungen für alle Röhren des Verstärkers geringerer Trennschärfe. Es
werden aber den einzelnen Gitterkreisen verschiedene Bruchteile der gesamten verfügbaren
Regelspannung zugeführt. Die Ausgangsröhre 2.4 erhält über die Leitung
30 die höchste Regelspannung.
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Im übrigen entsprechen die in Abb. 7 und 8 gezeigten Schaltungen der
gemäß Abb. 6 mit der Ausnahme, daß keine Einrichtung zur Sperrung des weniger trennscharfen
Verstärkers bei niedrigen Eingangsspannungen vorgesehen ist.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Überlagerungsempfänger, sondern,
kann natürlich auch in Geradeausernpfängern 'angewandt werden. Ferner kann jede
der Schaltanordnungen zuinTrennen undWiedervereinigen der Signale benutzt werden,
die in dem Hauptpatent verwendet ist.