DE730227C - Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von fremderregten modulierten Sendern - Google Patents

Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von fremderregten modulierten Sendern

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DE730227C
DE730227C DESCH104131D DESC104131D DE730227C DE 730227 C DE730227 C DE 730227C DE SCH104131 D DESCH104131 D DE SCH104131D DE SC104131 D DESC104131 D DE SC104131D DE 730227 C DE730227 C DE 730227C
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    • H03F3/20Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers
    • H03F3/22Power amplifiers, e.g. Class B amplifiers, Class C amplifiers with tubes only
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03C1/00Amplitude modulation
    • H03C1/62Modulators in which amplitude of carrier component in output is dependent upon strength of modulating signal, e.g. no carrier output when no modulating signal is present
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    • H03F1/04Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation in discharge-tube amplifiers
    • HELECTRICITY
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    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
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    • H03F3/28Push-pull amplifiers; Phase-splitters therefor with tubes only

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Description

  • Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von fremderregten modulierten Sendern Vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, den Wirkungsgrad von Hochfrequenzsendern (Telephoniesendern) zu verbessern. Es ist nach dieser Richtung hin schon ein Vorschlag bekannt, der nach folgendem Grundprinzip arbeitet: Von den Modulationsströmen wird ein Gleichstrom abgeleitet, der den Arbeitsruhepunkt in Abhängigkeit von der Modulationsamplitude verschiebt. Hierdurch wird erreicht, daß die Trägeramplitude im wesentlichen gerade so groß ist, daß sie voll durchmoduliert wird, d. h. keine Übersteuerung stattfindet. Es sind auch eine Reihe von Ergänzungen dieses Verfahrens bekannt, die sich zur Aufgabe gestellt haben, Verzerrungen in Empfängern mit nicht linearer Gleichrichtung zu vermeiden. Durch dieses Verfahren wird eine ganz wesentliche Verbesserung des Wirlcungsgrades erzielt. Vorliegende Erfindung hat sich jedoch zur Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Wirkungsgradverbesserung noch größer als bei dem bekannten ist. Diese Aufgabe liegt heute in immer stärkerem Maße vor, da der Energiebedarf eines Großsenders mit allen seinen Nebeneinrichtungen beträchtlich ist, so daß durch eine Wirkungsgradverbesserung die laufenden Unkosten wesentlich herabgesetzt werden lcönnen.
  • Es ist vorgeschlagen worden, bei . einer Anodenspannungsmodulationsschaltung die Betriebsgleichspannungen der Hochfreqtienzv erstärkerendstufe und der Modulationsverstärkerendstufe einer aus einem Starkstromnetz betriebenen Gleichspannungsquelle zu entnehmen und die Größe der gelieferten Anodengleichspannung in Abhängigkeit von der Amplitude der Modulationsschwingungen zu regeln. Es ist ferner der Vorschlag gemacht worden, in der Endstufe Röhren mit kleinem Anodendurchgriff zu verwenden und die der Endstufe zugeführte Betriebsspannung in Abhängigkeit von der Signalstärke zu ändern.
  • Im Zusammenhang mit dem nachstehend erläuterten Erfindungsgedankens verdient noch Erwähnung, daß zum Stand der Technik Verstärkereinrichtungen gehören, bei denen der Arbeitspunkt der Verstärkerröhre durch eine von der Steuerspannung durch Gleichrichtung gewonnene Regelspannung verändert wird, ferner Empfangsschaltungen, bei denen die dem gleichen Zweck dienende Regelspannung von der Zwischenfrequenz abgeleitet wird.
  • Vorliegende Erfindung schlägt nun zur Verbesserung des Wirkungsgrades von fremderregten modulierten Sendern ein Verfahren vor, das dadurch ausgezeichnet ist, daß in Abhängigkeit von den mittleren Amplitudenschwankungen der Modulationsfrequenzen die Anodengleichspannung der Hochfrequenzröhren derart geändert wird, daß praktisch konstante Spannungsausnutzung eingehalten wird und gleichzeitig die Gittervorspannung dieser Röhren derart gesteuert wird, daß die durch die Anodenspannungsänderung infolge der Anodenrückwirkung hervorgerufene Verschiebung des Arbeitspunktes durch die Steuer der Gitterv orspannung derart ausgeglichen wird, daß der hochfrequente Trägerwert konstant bleibt.
  • Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß der Wirkungsgrad der Röhren' bei den bisher gebräuchlichen Sendern deshalb sehr schlecht ist, weil die Spannungsausnutzung im Durchschnitt sehr schlecht ist (unterspannter Zustand), denn die größten Modulationsamplituden treten ja nur kurze Zeit auf. Der höchste Wirkungsgrad wird nur dann erreicht, wenn die Röhre voll ausgesteuert wird. Gemäß der Erfindung wird daher die Anodenspannung für die jeweilige Modulationsamplitude so gewählt, daß die Röhre gerade voll ausgesteuert wird. Steigt die Modulationsamplitude, so wird die . Anodenspannung vergrößert und durch entsprechende Anodenspannungsänderung eine höher liegende Kennlinie ausgewählt, die ebenfalls voll ausgenutzt wird.
  • Es ist wichtig, die Betriebsspannung LTa groß gegenüber der Sättigungsspannung US zu machen. Für U, = io L', ist dann die Spannungsausnutzung lt = i - = 0,9 = 90 % (s. B a r k h a u s e n , Elektronenröhren, .l. A. i933 Bd. 2, S. 123 bis i59). Für eine Stromaussteuerung welche für einen Arbeitspunkt im Nullpunkt der Kennlinie in Frage kommt und ein h. = go °/o, ist der Wirkungsgrad il = 72 °/o. Dieser hohe Wirkungsgrad wird nur erreicht, wenn man den Arbeitspunkt in den Nullpunkt der Kennlinie legt und die Kennlinie (Röhre) voll aussteuert, wie das Abb. i zeigt. In diesem Falle arbeitet der Sender kurz vor der Grenze des überspannten Zustandes. Bei modulierter Hochfrequenz kann man aber die Röhre mit dem Ruhestrom der Trägerwelle nicht voll aussteuern, um einen Wirkungsgrad von 72 % zu erhalten, da bei der Amplitudenmodulation bei voller Aussteuerung die Amplituden sich zwischen Null und dem doppelten Wert des Trägers ändern. Aus diesem Grunde darf der Träger im Ruhezustand (Modulationspause) nur bis zur Mitte der Kennlinie ausgesteuert werden, wie es in Abb. 2 dargestellt ist. Damit fällt aber die Spannungsausnutzung k. auf die Hälfte, auf .I5 %, und dadurch auch der Wirkungsgrad von 72 % auf 36 %. Wird nun der Träger moduliert, und zwar für den Grenzfall (höchste Modulationsamplitude) mit in = i, darin ergibt sich folgendes Bild (s. Abb. 3) : Die Stromaussteuerung bleibt in diesem Falle für jeden Punkt annähernd die gleiche. Es ändert sich aber die Spannungsaussteuerung, und zwar zwischen Null und dem vollen Wert (h = o bis go °/(,). Die Anodengleichstrornaufnahine bleibt dieselbe, es ändert sich aber die Wechselstromleistung, diese wird für in - i gleich i + in =/2, wobei der Ruhewert der Leistung gleich i gesetzt ist. Die Leistung (Ausgang) steigt damit um die Hälfte von i auf 1,5 und der Wirkungsgrad der Röhre von 36 % auf Die Aussteuerung ist aber nur in ganz selten auftretenden'Spitzen groß, während dieselbe im Mittel nur io bis 15 °/o beträgt. Bei Telephoniesendern ist daher der mittlere Wirkungsgrad der Endröhren nur wenig größer als 36 °/o.
  • Für verschiedene Modulationsgrade ergeben sich folgende Liniendiagramme (s. Abb.4). Aus diesen ersieht man, daß nur für die volle Aussteuerung in = i in den größten Spitzen die volle Spannungsausnutzung von h = go °/o erreicht wird. Während dieselbe für in = 0 ini Mittel am geringsten gleich 1t - 45 °/o ist. Für alle Zwischenwerte liegen die Spitzenwerte für einen bestimmten Modulationsgrad unter h = go °/o.
  • Um nun die Spannungsausnutzung zu verbessern, wird erfindungsgemäß die Anodengleichspannung (,rd und die Gittervorspannung im Takte der Modulationsgradschwankungeii (.Aussteuerung) so geändert, daß die Spitzen der Hochfrequenzamplituden dauernd eine Spannungsausnutzung von h --_ go °/o haben. Für die folgende Betrachtung sei der Durchgriff der Röhre theoretisch gleich Null angenommen. Um für alle Modulationsgrade in den Spitzen eine Spannungsausnutzung von 9o °/o zu haben, muß man die Anodengleichspannung zwischen o,5 und i # U,, ändern. Für irt = 0, d. h. für den Trägerruhestrom erhält man dann einen `'Wirkungsgrad von 27 = 72 % (1t --- go °/o, j = i,6). Für in, = i wird der Wirkungsgrad dann ll = 5.4°/0. Es ändert sich also hier bei dem neuen Verfahren der Wirkungsgrad der Endröhre zwischen 72 und 54'/0, während bei konstanter Anodenspannung nach dein normalen Verfahren sich der Wirkungsgrad zwischen 36 und 5-10/, bei wachsender Modulation änderte. Der mittlere Wirkungsgrad und damit die Ersparnis gegenüber der normalen Schaltung richtet sich nach dem mittleren Schwankungsverhältnis der Modulation. In vorstehendem war der Durchgriff theoretisch gleich Null gesetzt, um die Anodenrückwirkung vernachlässigen zu können; dieses ist aber praktisch nicht der Fall. Bei der Berücksichtigung der Anodenrückwirkung ergibt sich bei der Änderung der Anodengleichspannung folgendes: Man erhält für verschiedene Anodengleichspannungen eine Schar von Kennlinien (s. Abb.5). Beim normalen Telephoniesender wird der Arbeitspunkt meistens in den Nullpunkt der Kennlinie gelegt (Punkt I, Kennlinie A). Wird die Anodenspannung auf die Hälfte herabgesetzt, dann arbeitet man auf der Kennlinie B. Der Arbeitspunkt liegt nun nicht mehr im Nullpunkt -der Kennlinie B (Punkt II), sondern für diese Kennlinie B im negativen Teil bei. Punkt I, und zwar ist der Arbeitspunkt für die Kennlinie B um D - A* U" ins Negative verschoben, damit ist die wirksame Steuerwechselspannung für die Kennlinie B um den gleichen Betrag gesunken, Der Trägerstrom ist damit gefallen, und zwar in der Spitze von a auf b (s. Abb. 5). Um nun den gleichen Trägerstrom bei veränderlicher Anodengleichspannung zu haben wie bei konstanter Anodenspannung, wird diese durch die Anodenrückwirkung hervorgerufene Verschiebung des Arbeitspunktes erfindungsgemäß wieder ausgeglichen durch Beeinflussung der Gittervorspannung. Es muß erreicht werden, daß für jede Größe der Anodengleichspannung für diese betreffende Kennlinie der Arbeitspunkt im Nullpunkt dieser Kennlinie liegt, für die halbe Anodengleichspannung z. B. im Punkt II (s. Abb. 5). Es wird daher die Gittergleichspannung so eingestellt, daß für den Trägerruhewert der Arbeitspunkt im Nullpunkt der Kennlinie für die halbe normale Anodengleichspannung liegt. Wird der Sender nun moduliert, so wird bei steigender Anodenspannung die Gittervorspannung nach der negativen Seite hin vergrößert, und zwar für jede Vergrößerung der Anodenspannung von U" um D - A U, Damit wird erreicht, daß der Trägerwert der Hochfrequenz in der Antenne immer die gleiche konstante. Größe beibehält, wie es auch heute bei normalen Sendern mit konstanter Anodenspannung der Fall ist (s. Abb. 6).
  • In der beiliegenden Abb.7 ist eine beispielsweise Schaltungsanordnung zur Durchführung des Erfindungsgedankens gezeigt. Die Endstufe des Hochfrequenzsenders ist mit E bezeichnet. Der Steuersender mit den Vorstufen des Senders ist nur schematisch gezeichnet und mit St bezeichnet. Durch die Modulationseinrichtung M, die aus einem Mikrophon und einem Verstärker besteht, wird sowohl der Anodenspannungsgleichrichter Gl als auch die Gittervorspannung der Endstufe gesteuert. Der Anodengleichrichter wird aus einem Wechselstromnetz N gespeist. Die Anodengleichspannung wird in bekannter Weise vom Gleichrichter über eine Siebanordnung S bzw. eine Hochfrequenzdrossel H der Endstufe zugeführt. Die Anodenspeisung des Steuersenders bzw. der Vorstufen ist nicht gezeigt, da sie für den Erfindungsgedanken unwesentlich ist. Die Modulationseinrichtung NI beeinflußt einerseits eine Gittersteuerungseinrichtung A und andererseits einen Gleichrichter B. Durch die Gittersteuerungseinrichtung A des Gleichrichters Gl wird die Spannungsabgabe des gittergesteuerten Gleichrichters GZ durch Verlagerung des Zündpunktes in an sich bekannter Weise beeinflußt. Es kann hier jede der bekannten Steuerungsschaltungen für derartige Gleichrichter Anwendung finden. Es wäre auch möglich, an Stelle des gittergesteuerten Gleichrichters eine andere Spannungsquelle, wie z. B. eine Maschine, zu benutzen, deren Erregung beeinflußt wird. Die Modulationsfrequenzen werden aber auch andererseits durch den Gleichrichter B gleichgerichtet und beeinflussen über eine Kette K die Gittervorspannung der Endröhre E.
  • Die für die Steuerung des Anodengleichrichters und des Gitters der Endstufe aufgewendete Leistung ist nur gering gegenüber der eingesparten Leistung. Die Einsparung nicht aufgenommener Gleichstromleistung richtet sich nach dem Schwankungsverhältnis der Modulation. Dieses Schwankungsverhältnis- ist, über längere Zeit genommen, sehr klein und liegt, wie neuere Untersuchungen gezeigt haben, bei 6 - o,2, wobei schon ein großer Sicherheitsfaktor miteingerechnet wurde. Für diesen Wert von 6 und einer Anodenspannungsänderung von 0,5 auf i - U" ergibt sich eine Ersparnis -an Gleichstromaufnahme von etwa 40 °%. Damit ist der Wirkungsgrad der Senderöhre im Mittel auf 6o % gestiegen, welcher beim normalen Sender nur unwesentlich über 36 °/o liegt. Soll die Anodenspannung aus Modulationsgründen nicht so tief gesenkt werden, so ergibt sich z. B. für dasselbe ß von o,2 und einer Spannungsänderung zwischen o,6 und i - U, eine Ersparnis an Gleichstromaufnahme von etwa 33"/s %, welches einem mittleren Wirkungsgrad für die Röhre von. etwa 54 °/o entspricht. Die Ersparungsmöglichkeiten durch das erfindungsgemäße Verfahren sind also sehr beträchtliche.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von fremderregten modulierten Sendern, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von den mittleren Amplitudenschwankungen der Modulationsfrequenzen die Anodengleichspannung der Hochfrequenzröhre derart geändert wird, daß praktisch konstante Spannungsausnutzung eingehalten wird und gleichzeitig die Gittervorspannung dieser Röhre derart gesteuert wird, daß die durch die Anodenspannungsänderung infolge der Anodenrückwirkung hervorgerufene Verschiebung des Arbeitspunktes durch die Steuerung der Gittervorspannung derart ausgeglichen wird, daß der hochfrequente Trägerwert konstant bleibt. a. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenspannung derart geändert wird, daß praktisch volle Spannungsausnutzung eingehalten wird. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Anodengleichspannung über einen gittergesteuerten Gleichrichter erfolgt. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Anodengleichspannung mit Hilfe einer Maschine erfolgt, deren Erregung beeinflußt wird. 5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i und =, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulationsfrequenzen zwei Gleichrichteranordnungen zugeführt werden, von denen die eine die Anodengleichspannung, die andere die Gittervorspannung der Hochfrequenzröhre beeinflußt.
DESCH104131D 1934-05-02 1934-05-03 Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades von fremderregten modulierten Sendern Expired DE730227C (de)

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