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Schaltungsanordnung zur Einstellung oder Steuerung der Frequenz eines
brückenstabilisierten _ Schwingungserzeugers Zur Einstellung oder Steuerung der
Frequenz eines Schwingungserzeugers auf rein elektrischem Wege können bekanntlich
spannungsgesteuerte Scheinwiderstände benutzt werden, die sich zwischen Anode und
Kathode einer Röhre hohen inneren Widerstandes darstellen lassen. Man ordnet zu
diesem Zweck zwischen Anode und Gitter einen Blindwiderstand induktiven oder kapazitiven
Charakters und zwischen Gitter und Kathode einen Ohmschen Widerstand an, oder umgekehrt,
und ändert die -Steilheit der Röhre durch Ändern der Gittervorspannung.
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Bei Anwendung derartiger über die Steilheit einer Verstärkerröhre
(Regelröhre) spannungsgesteuerter Scheinwiderstände in den Schwingkreisen von üblichen
selbsterregten Sendern zeigt sich nun, daß nur in einem verhältnismäßig kleinen
Steilheitsbereich der Regelröhre ein zufriedenstellendes Arbeiten erreicht wird.
Bereits bei den kleinsten Schwingröhren tritt nämlich am Schwingkreis schon eine
so hohe Spannung auf, daß in der Regelröhre Gitterstrom fließt. Die Anwendungeiner
Verlustwinkelkompensation, wie sie bei steilheitsgesteuerten Scheinwiderständen
bereits bekannt ist, wird damit unmöglich.
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Zur Einstellung oder Steuerung der Frequenz eines Schwingungserzeugers
auf rein elektrischem Wege sieht die Erfindung eine Schaltungsanordnung vor, die
gekennzeichnet
ist durch die Anwendung eines an sich bekannten brückenstabilisierten
Senders und dadurch, daß eines der frequenzbestimmenden Elemente des einen Brückenzweig
bildenden Reihenresonanzkreises ganz oder teilweise durch einen über die Steilheit
einer Verstärkerröhre spannungsgesteuerten Scheinwiderstand gebildet wird. Durch
diese Schaltungsanordnung läßt sich ein relativ großer Frequenzhub erzielen, da
sich der brückenstabilisierte Sender bekanntlich bei beliebig kleiner Spannung stabilisieren
läßt. Der über die Steilheit spannungsgesteuerte Scheinwiderstand kann daher bis
zur maximalen Steilheit der Regelröhre durchgesteuert werden, ohne daß in dieser
Gitterstrom fließt. Gemäß der Erfindung wird eine solche Schaltungsanordnung insbesondere
zur Frequenzmodulation benutzt.
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Ein Prinzipbild eines brückenstabilisierten Senders ist in der Fig.
i dargestellt. Der Sender besteht aus einer Verstärkerröhre, insbesondei#e aus einer
Verstärkerröhre großer Steilheit, deren Ausgangswechselspannung an einer Diagonale
einer Brücke liegt, während die andere Diagonale der Brücke an das Gitter derselben
Röhre geführt ist. Zwei der Brückenzweige werden durch Ohmsche Widerstände R2, R3,
ein weiterer durch ein sches ingfähiges Gebilde (Reihenresonanzkreis) und der vierte
durch einen einen starken, z. B. positiven Temperaturkoeffizienten aufweisenden
Widerstand R4, z. B. eine Glühlampe, gebildet. Mit R1 ist in dem Prinzipschaltbild
der Ohmsche Widerstandsanteil des Schwingkreises bezeichnet.
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Je nach Wahl des Verhältnisses der Brükkenwiderstände läßt sich ein
solcher Sender durch den temperaturabhängigen Widerstand bei einem größeren oder
kleineren Strom stabilisieren, von dem ja auch die Ausgangsspannung direkt abhängt.
Der Sender schwingt bei phasenreiner Verstärkung praktisch genau in der Resonanzfrequenz
des Reihenresonanzkreises, da er sich ohne Gitterstrom stabilisieren läßt, so daß
bei festem Brückenverhältnis die Ausgangsspannung nur vom Verlustwiderstand des
Reihenresonanzkreises abhängt. Will man bei einem solchen Sender über einen größeren
Frequenzbereich eine konstante Ausgangsspannung erzielen, so ist die Forderung zu
erfüllen, daß der Ohmsche Widerstandsanteil in dem den Schwingkreis enthaltenden
Brückenzweig auch bei Änderung der Resonanzfrequenz konstant bleibt.
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Die Erfindung sieht daher weiter vor, dem Realteil des steilheitsgesteuerten
Scheinwiderstandes eine solche Abhängigkeit von der Frequenz zu geben, daß der resultierende
Reihenwiderstand des Schwingkreises frequenzunabhängig ist. Damit wird nach dem
Vorhergehenden eine frequenzunabhängige Senderausgangsspannung erreicht, was insbesondere
bei der Verwendung zur Frequenzmodulation von besonderer Wichtigkeit ist, da damit
eine zusätzliche Amplitudemnodulation vermieden wird.
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Als Schwingkreis wird dabei ein Reihenschwingkreis L1, Cl verwendet,
weil dessen Resonanzwiderstand nur durch den Verlustwiderstand der Spule L1 und
den des Kondensators Cl gegeben ist und mit einfachen Mitteln, z. B. durch Verwendung
einer Luftspule, in einem sehr weiten Frequenzbereich nahezu frequenzunabhängig
zu machen ist.
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Der Widerstand eines steilheitsgesteuerten Scheinwiderstandes, also
der Scheinwiderstand zwischen Anode und Kathode der Regelröhre, ist bekanntlich
dabei ist J21 der Widerstand zwischen Gitter und Kathode, ,92 der Widerstand zwischen
Anode und Gitter und S die Steilheit. Nach einfachen Umformungen ergibt sich hieraus
für den komplexen Widerstand J21 zwischen Gitter und Kathode der Wert
Ist daher ein bestimmter Widerstand _N. zwischen Anode und Gitter gewählt, so kann
für jeden vorgeschriebenen Wert des Anodenscheinwiderstandes U angegeben «-erden,
wie der komplexe Widerstand zwischen Gitter und Kathode aussehen muß.
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Aus der Forderung eines konstanten Reihenwiderstandes im Schwingkreis
des brückenstabilisierten Senders läßt sich bei vorgeschriebenem Frequenzbereich
und bei gewählter Schaltung für jede Frequenz der Wert des komplexen Scheinwiderstandes
angeben, den die Regelröhre haben muß, und damit auch nach Gleichung (2) der zugehörige
Wert X1 des komplexen Widerstandes zwischen Gitter und Kathode der Regelröhre. Zweckmäßigerweise
wird die Ortskurve von J21 aufgezeichnet und nach dieser Ortskurve eine Schaltung
aus Widerständen, Spulen und Kondensatoren ausgewählt, durch die die verlangte Ortskurve
möglichst gut angenähert wird. Praktische Versuche zeigten, daß schon bei Verwendung
voit nur zwei Schaltelementen für 91 ein relativer Frequenzhub von etwa 2o
% bei konstanter Ausgangsspannung des Senders erreicht werden kann. Wird
ein noch größerer Frequenzhub verlangt, dann
ergeben sich Ortskurven
von Ni, die nur mit drei öder mehr Schaltelementen realisiert werden können.. Die
Möglichkeit der Realisierung der Ortskurve begrenzt also den erreichbaren Frequenzhub.
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An Schaltungsanordnungen zur Einstellung oder Steuerung der Frequenz
eines Schwingungserzeugers auf rein elektrischem Wege kann man weiterhin noch die
Forderung stellen, daß die Frequenz eine lineare Funktion der Steuerspannung sein
soll, insbesondere dann, wenn die Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation benutzt
werden soll. Diese Forderung ist dann erfüllt, wenn die Steilheit der Regelröhre
von der Gittervorspannung quadratisch abhängig ist. Wird nämlich die Frequenz des
brückenstabilisierten Senders mit einer spannungsgesteuerten Induktivität A L geregelt,
dann muß sein
während bei Anwendung einer spannungsgesteuerten Kapazität A_ C folgende Bedingung
erfüllt sein muß
Die spannungsgesteuerte Induktivität bzw. Kapazität muß also umgekehrt proportional
dem Quadrat der Frequenz sein. Aus der Gleichung (i) ergibt sich, daß A L mit abnimmt
und A C proportional S wächst. Soll daher die Frequenz eine lineare Funktion der
Steuerspannung sein, dann muß die Steilheit der Regelröhre bei Regelung mit einer
spannungsgesteuerten Induktivität proportional mit dem Quadrat der Steuerspannung
wachsen, bei Regelung mit einer spannungsgesteuerten Kapazität sich umgekehrt proportional
dem Quadrat der Steuerspannung ändern. Durch entsprechende Wahl der Gittervorspannung
der Regelröhre und Überlagerung der Steuerspannung mit entsprechendem Vorzeichen
läßt sich demnach sowohl bei induktiver als auch bei kapazitiver Verstimmung eine
lineare Abhängigkeit der Frequenz von der Steuerspannung erzielen, wenn die Steilheit
der Regelröhre mit dem Quadrat der negativen Gittervorspannung abnimmt. Einige der
handelsüblichen Regelröhren, insbesondere die unter Bezeichnung AF 3 bekannte, erfüllen
in, einem gewissen Steilheitsbereich diese Forderung mit brauchbarer Annäherung.
Durch den Bau besonderer Röhren mit entsprechender Ausbildung des Gitters könnte
.dieser Bereich wesentlich vergrößert werden. Bei Verwendung des Überlagerungsprinzips
läßt sich aber auch mit normalen Regelröhren in einem weiten Frequenzbereich eine
lineare Abhängigkeit erzielen.
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Ein Beispiel einer Schaltung zur Frequenzsteuerung zeigt die Fig.2.
In diesem Beispiel ist- eine steilheitsgesteuerte Kapazität benutzt, die der Kapazität
C, des Reihenschwingkreises parallel liegt. Die steilheitsgesteuerte Kapazität besteht
in an sich bekannter Weise aus einer Röhre hohen inneren. Widerstandes, die zwischen
Anode und Gitter eine Kapazität C und zwischen Gitter und Kathode die Reihenschaltung
eines Widerstandes R mit einer Induktivität L aufweist, wobei aber R und L so gewählt
sind, daß die Ortskurve ihrer Reihenschaltung die Forderung der genannten Berechnung
erfüllt. Die veränderbare Gittervorspannung ist durch den Potentiometerabgriff an
der Batterie B angedeutet.
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In der Fig. 3 ist die gemessene Abhängigkeit der Senderausgangsspannung
von der Frequenz für diese Schaltung aufgezeichnet. Die Kurve a zeigt den Spannungsverlauf
des Senders allein, wenn die Frequenz durchVerändern der Kapazität des Glimmerkondensators
C1 eingestellt wurde. Die Kurve b zeigt -den Spannungsverlauf bei Einstellung der
Frequenz mit einer normalen spannungsgesteuerten Kapazität, bei der nur ein Widerstand
R zwischen Gitter und Kathode liegt. Die Kurve c zeigt die Ausgangsspannung bei
Verwendung einer spannungsgesteuerten Kapazität, bei der zwischen Gitter und Kathode
die Reihenschaltung von Widerstand R und Induktivität L liegt, deren Ortskurve den
verlangten Verlauf besitzt.
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Durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt sich also bei
rein elektrischer Einstellung der Frequenz in einem sehr großen Bereich eine praktisch
konstante Ausgangsspannung erreichen. Es ergibt sich zwar eine etwas kleinere Brückenspannung
als bei der mechanischen Änderung durch einen Drehkondensator, aber diese Verminderung
kann in einfacher Weise durch Verändern der Brückenwiderstände R2 oder R3 ausgeglichen
werden, wodurch sich der Sender bei einer höheren Spannung stabilisiert. Die Verminderung
der Spannung rührt daher, daß schon bei völlig heruntergeregelter Röhre (S = ö),
also bei der höchsten: Frequenz, der Schwingkreis durch den Spannungsteiler zwischen
Anode und Kathode der Röhre gedämpft wird. Der dieser Dämpfung entsprechende Reihenwiderstand
im Schwingkreis ist also der kleinste erreichbare. Soll der resultierende Reihenwiderstand
im ganzen Steilheitsbereich konstant sein, dann muß die oben angegebene Bemessung
des komplexen Widerstandes für diesen Wert erfolgen.
Damit ist bei
allen größeren Steilheiten, d. h. tieferen Frequenzen, die zusätzliche Dämpfung
durch den spannungsgesteuerten Scheinwiderstand derart, daß der resultierende Reihenwiderstand
des Schwingkreises denselben Wert behält.