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Einrichtung zur Demodulation frequenzmodulierter Schwingungen Um aus
einer frequenzmodulierten Schwingung die Modulationsfrequenz zu erhalt-en, benutzt
man im allgemeinen eine Anordnung, bei der aus der frequenzmodullerten Schwingun,g
zunächst eine amplitudenmodulierte erzeugt wird und richtet diese dann gleich. Zur
Umwandlung in eine amplitu-denmodulierte Schwingung dient meist ein Schwingkreis,
wobei eine Flanke der Resonanzkurve benutzt wird. Auf der Mitte der Flanke liegt
die Trägerf requenz. Ändert man nun die- Frequenz um den Frequenzhub (gesamte Frequenzändkrung)
nach; oben oder unten, so erhält man eine amplitudenmodulierte Schwingung# Diese
Schwingung ist außerdem noch frequenzmoduliert. Die Frequenzmodulation stört aber
nicht, da sie bei der Gleichrichtun#g keinen Beitrag liefert.
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Bei diesem Verfahren können hohe Anforderungen an die Lineaxität,
wie sie z. B. bei der Mehrfachausnutzung gestellt werden, nur durch eine sehr flache
Kennlinie (gedämpfter Kreis) annähernd befriedigt werden, da man nur dann eine genügende
Geradlinigkeit der Resonanzkurvenflanke im Frequenzänderungsbereich erzielen kann.
Die entstehende amplitudenmodulierte Schwingung hat dann aber einen. sehr kleinen
Modulationsgrad und ist entsprechend stark gegen Spannungsschwankungen, Störungen
u. dgl. empfindlich.
Zur Bestimmung der Frequenz kann bekanntlicli
eine Anordnung benutzt iverdelii die in Fig. i schematisch dargestellt ist. Die
Eingangsspannung U wird der Reihenschaltung- aus dem Parallelschwingungskreis
CL
und der Kapazität C zugeführt. An dein Parallelschwingungskreis
wird die Spannung U,' die eigentliche Meßspannung' und an der Kapazität
C die Hilfsspannung U" abgegriffen. Beide Spannungen werden in einem Modulator,11
miteinander moduliert. Am Aii7eigeinstrurnent G er-ibt sich dann ein Ausschlag,
der für den Resonanzfall ein Minimum wird, da nur in diesem Fall Hilfs- und Meßspannung
um go'-' gegeneinander verschoben sind. Der Kondensator C ist dabei als Drelikondensator
ausgebildet und trägt eine geeichte Skala, an der die Frequenz der angelegten Spannung
abgelesen werden kann. Statt eines Parallelschwingungskreises kann auch ein Reihenschwingungskreis
benutzt werden. Dieses Prinzip kann bekanntlich bei der selbsttätigen Scharfabstimmung
von Rundfunkapparaten zur Erzeugun- der Nachstiminspannung und auch zur Demodulation
frequenzmodulierter Schwingungen benutzt werden.
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Eine Einrichtung zur Ausübung eines solchen Verfahrens zeigt die Fig.2a.
Das NetnverkLC ist auf die TrägerfrequenzF0 der frequenzmodulierten Schwingung abgeb
z# el stimmt und gibt eine Spannung U, ab, die proportional der Frequenzänderung
ist. R ist der Verlustwiderstand des Kreises, der die Spulen- und Kondensatorverluste
nachbildet. Der Parallelschwin-kreis LRC ist insbesondere stark gedämpf t. Die Spannung
U3 wird an dem Kondensator C abgegriffen und ist eine reine Blindspannung.
Ist die Frequenz der frequenzmodulierten Schwingun 'g F
= FO' so wird der Winkel (p = go'. Die Spannung U, ist dan
' n. eine reine Wirkspannung und gibt keinen Beitrag zu U2. Bei Abweichung
um
JF ändert sich die Phase linear um Jq,. und man erhält U2# k -
U,- cos (go'-A(p) = k - U, - sin Agg (I) oder, wenn man nur kleine
Winkel zuläßt, U#, = k - U, - A 99. (2) Ändert sich die Frequenz sinusförmig,
d.h. AF = F - sin (,)t, (3)
so tritt eine sinusförtnige
Phasenahweichung von Ul auf, die einen ebensolchen Gleichstrom hervorruft. Änderungen
in der Amplitude von. Ul' die infolge des frequenzabhängiggen Scheinwiderstandes
des Schwingkreises auftreten, ,verden durch einen beorerizenden Verstärker BV1 unwirksam
gemacht. der Spannung U3, die größer als U, sein soll,
ist übenfalls ein Verstärker V, angeordnet. Im Ausgang des Modulators 31, in dem
die beiden Spannungen mite-inander moduliert werden, ist ein Tiefpaß TP angeordnet,
hinter dem man unmittelbar die Modulationsfrequenz erhält. In der Fig.:2b ist das
Vektorb-ild für die bei einer Einrichtuno, nach Fi-. 2 a auf tretenden Spannungen
gezeichnet.
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Es erscheint wichtig, daß die phasendrehende Anordnung übereinen.
hohen Widerstand r gespeist wird , damit der Strom J an nähernd konstant
gehalten wird. Zweckmäßig speist daher eine frequenzmodulierte E-'\IK
E
in bekannt-er Weise über eine Verstärkerröhre init hohem innerein Widerstand,
z. B. eine Pentode, die Anordnung.
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Für die Demodulation, frequenzmodulierter Sehwingungen erscheint es
wesentlich günstiger, statt der Phase die Amplitude der Meßsparinung im Rhythmus
der fr-equenzniodulierten Schwingung zu ändern. Es sind daher auch Einrichtungen
bekanntgeworden, die ein Netzwerk aufweisen, das eine Spannun-, die proportional
der Frequenzänderung ist, ab#gibt. Ein Beispiel hierzu ist in der Fig.
3 adargestellt. Statt des Parallelschwingkreises ist hier ein Reihenschwin-kreis
LC be-
nutzt. R bedeutet wieder den Verlustwiderstand. Die Spannung
U3 ist an einem Blindwiderstand abgegriffen, der insbesondere ein Teil des
Reihenschwingkreises sein kann (Kondensator C). Auch in diesem Fall speist
die frequenzniodulierte E-NIK E den Schwingkreis LRC vorzugsweise über einen
hohen Innenwiderstand r. Die Spannung L','3 ist dann bis auf einen Faktor
also eine reine Blindspannung; die Spannung U, ist bis auf einen Faktor
Hiervon ist nur die Komponente wirksam, die in Phase oder Gegenphase mit U3 ist,
also die Blindkomponente. Die Verluste gehen daher nicht ein. Bei relativ kleinen
Frequenzänderun,aen,dF erhält man für diesen wirksamen Teil von Ul ul J/ F
- L - J. (6)
Erfolgt die Frequenzänderung sin#usförmig,
d. h. A F = F - sin a)t, so erhält
man am Au sgang des Modulators U2 = c -F - sin
(ot, (7)
d. h. die gewünschte sinusförmige Änderung des Gleichstromes.
Die
Bezeichnungen sind in Fig. 3 a die gleichen a wie in Fig. 2 a, soweit angängig.
Wie dort können vor dem ModulatorrM Verstärker V, und V3 vorgesehen sein. Den besünderen
Vorteil der Schaltungsanordhung nach Fig. 3 a gegenüber der Schaltungsanordnung
nach Fig.:2a sieht man am besten heim Vergleich der Vektordiagramme Fig.
2b und Fi '-. 3 b, von denen das letztere für die Einrichtung
nach Fig. 3 a Gültigkeit hat. Man ersieht, daß bei Voraussetzung sonst gleicher
Verhältnisse sich bei Fig. 3 b ein größerer Wert für U2 ergeben muß,
da die Verluste hierbei herausfallen, während sie bei Fig. 2, b
für
die Wirkungsweise notwendig sind.
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In der Fig. 3 c ist der Verlauf des Blindwiderstandes des Netzwerkes
LRG der Fig. 3 a. gestrichelt dargestellt. Man ersieht, daS der Blindwiderstand
zunächst kapazitiv ist, dann bei
induktiv wird und sich dann der Geraden, entsprechend einer Einzeldrossel, asymptotisch
nähert. Um einen geradlinigeren Verlauf der Arbeitskennlinie in der Umgebung der
Abstimmfrequenz zu. erhalten, sieht die Erfindung vor, parallel zur Induktivität
L noch einen Kondensator C, zu scha,1-teen. Dadurch ergibt sich für den Blindwiderstand
der ausgezogen gezeichnete Verlauf. Man erkennt, daß in der Umgebung von 77
= i die Scheinwiderstandskurve geradliniger geworden ist. Bei geeigneter
Bemessung des Kondensators ergibt sich außerdem noch der weitere Vorteil, daß der
Scheinwiderstand für störende dritte Harmonische sehr klein wird.
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Es wurde eingangs bereits ausgeführt, daß das bei der Walterschen
Gleichrichterbrücke angewandte Prinzip in ähnlich-er Weise bereits zur Erzeugung
einer Nachstimmspannung bei der selbsttätigen Scharfabstimmung von Rundfunketripfangsapparaten
benutzt wurde. Auch bei den dargestellten Einrichtu.ngen kann eine selbsttätige
Frequenznachstellungerfolgen; sobald nämlich die Trägerfrequenz der angelegt-en
Schwingung nicht mit der Eigenfrequenz des Schwingkreises übereinstimmt, tritt am
Ausgang des Modülators Gleichstrom auf, und zwar mit einer Polarität, die die Richtung
der Frequenzab-weichung anzeigt. Mit diesem Gleichstrom kann man beispielsweise
die Induktivität der Schwingspule am Zwischenfrequenzoszillator so beeinflussen,
daß immer die richtige Frequenz eingestellt wird.