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Schaltung zur Regelung der Resonanzfrequenz eines elektrischen Schwingungskreises
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Regelung der Resonanzfrequenz
eines durch einen veränderlichen Kondensator über einen bestimmten Frequenzbereich
abstimmbaren elektrischen Schwingungskreises und bezweckt die Erzielung einer gleichbleibenden
Regelwirkung bei verschiedenen Einstellungen des erwähnten Kondensators oder bei
verschiedenen Grundabstimmungen des Kreises.
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In vielen Fällen ist es notwendig, die Resonanzfrequenz eines abstimmbaren
Schwingungskreises gegenüber der durch das Hauptabstimmungselement bestimmten Frequenz
unabhängig von der Hauptabstimmung innerhalb eines kleinen Bereiches des ganzen
Abstimmungsbandes zu verstellen. Eine solche Hilfseinstellung kann z. B. dazu verwendet
werden, die Abstimmung eines Superheterodyneempfängers zu erleichtern, indem die
Resonanzfrequenz des Oszillatorschwingungskreises unabhängig von der Hauptabstimmung
etwas verändert wird; sie kann auch bei an sich richtiger Abstimmung dazu dienen,
durch
eine geringe Veränderung der Oszillatorfrequenz den Zwischenfrequenzträger
gegenüber der mittleren Bandfrequenz des Zwischenfrequenzfilters zu verschieben,
um auf diese Weise die Selektivität der Einrichtung zu regulieren.
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Es ist bereits bekannt, derartige zusätzliche Einstellungen durch
Verwendung einstellbarer Hilfsimpedanzen innerhalb des Schwingungskreises zu bewirken.
Da jedoch die Impedanz des Hauptabstiminungselementes sich bei der Abstimmung über
einen weiten Bereich verändert, ist auch der durch die Hilfsabstimmung überdeckte
Variationsbereich im allgemeinen veränderlich mit der Frequenz, auf welche der Kreis
abgestimmt ist. Für eine befriedigende Wirkungsweise der Frequenzregelung, ganz
gleich, ob sie von Hand oder automatisch erfolgt, ist es aber wesentlich, daß gleiche
Verstellungen des Hilfsabstimmungsmittels auch gleiche Veränderungen der Resonanzfrequenz
des Kreises für alle Frequenzen innerhalb des ganzen Abstimmungsbereiches bewirken.
Außerdem ergibt sich durch die Einschaltung der Hilfsabstimmungsimpedanz eine Verkleinerung
des überdeckbaren gesamten Abstimmungsbereiches in bezug auf das Ende mit den höheren
Resonanzfrequenzen.
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Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, ein von der Hauptabstimmung
unabhängig einstellbares Hilfsabstimmungsmittel derartig in den Schwingungskreis
einzukoppeln bzw. einzuschalten, daß gleiche Verstellungen des Hilfsabstimmungsmittels
bei allen durch die Hauptabstimmung bedingten Resonanzfrequenzen im wesentlichen
gleiche Veränderungen der Resonanzfrequenz ergeben. Das Hilfsabstimmungsmittel bestand
dabei aber in einem mechanisch, z. B. durch ein Galvanometer, eingestellten Kondensator.
Während demnach bei einer selbsttätig auf mechanische Weise einstellbaren Hilfsabstimmung
das Prinzip der gleichen Wirkung bei gleichen Verstellungen bereits verwirklicht
werden konnte, war das gleiche Problem für die Zwecke einer rein elektrischen Einwirkung
auf die Abstimmung des Kreises, wie sie für eine selbsttätige Abstimmungsregelung
oder für eine Fernbedienung mit größerem Vorteil angewendet wird, noch nicht gelöst.
Die Erfindung gibt eine Lösung dieses Problems, wobei für die rein elektrische Hilfsabstimmung
von dem an sich bekannten Prinzip der als scheinbare Kapazität in den Kreis eingeschalteten
Entladungsstrecke einer Röhre Gebrauch gemacht wird. Die Schaltung nach der Erfindung
hat die erwünschte Eigenschaft, daß der Ahstimmungsbereich durch die Hilfsabstimmungsimpedanz
praktisch nicht eingeengt wird. Gegenstand der Erfindung ist daher eine Schaltung
zur Regelung der Resonanzfrequenz eines durch einen veränderlichen Kondensator über
einen bestimmten Frequenzbereich abstimmbaren elektrischen Schwingungskreises, bei
welcher die Entladungsstrecke einer Röhre parallel zu einem Teil des Schwingungskreises
geschaltet ist und die Röhre durch eine vom Scbwingungskreis hergeleitete Spannung
derartig gesteuert wird, daß der Strom in der Entladungsstrecke um ungefähr go'7#
voreilend gegenüber der Spannung an dem genannten Teile des Kreises verschoben ist,
und in welcher erfindungsgemäß die Entladungsstrecke parallel zu einem mit dem Abstimmkondensator
des Schwingungskreises in Reihe liegenden Kondensator geschaltet ist, welcher so
bemessen ist, daß durch eine der Röhre zugeführte Regelspannung bei allen Einstellungen
des Hauptabstimmungskondensators eine gleichbleibende Regelwirkung erzielt wird.
Die der Röhre zugeleitete Regelspannung kann natürlich auch von Hand, z. B. mit
Hilfe einer Spannungsteileranordnung, eingestellt werden; die bevorzugte Anwendung
besteht jedoch in einer automatischen Regelung in Abhängigkeit von Abweichungen
der Resonanzfrequenz des Kreises von ihrem Normalwert.
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In der später beschriebenen besonderen Ausführungsform wird die Erfindung
zur Regelung der Oszillatorfrequenz in einem Superheterodyneempfänger und damit
der erzeugten Zwischenfrequenz verwendet. Der Empfänger enthält eine Hilfseinrichtung,
welche eine Regelvorspannung entwickelt, die nach Polarität und Amplitude von den
Abweichungen der erzeugten Zwischenfrequenz von ihrem Normalwert abhängt. Diese
Regelspannung beeinflußt die als Hilf sabstimmungsimpedanz dienende Röhre, so daß
sich eine solche Regelung der Oszillatorfrequenz ergibt, daß die Zwischenfrequenz
sich ihrem 'Normalwert nähert.
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In der Abbildung ist das Schaltbild eines Superheterodyneempfängers
dargestellt, der den abstimmbaren Hochfrequenzverstärker io enthält, welcher mit
der Antenne 8 und der Erde g verbunden ist. Auf den Hochfrequenzverstärker io folgen
der Transponierungsteil ii, der Zwischenfrequenzverstärker 12,
der Demodulator
13, welcher zugleich die Regelspannung zur automatischen Verstärkungsregelung erzeugt,
der \ iederfrequenzverstärker 14 und der Lautsprecher 13. Der Transponierungsteil
i i ist in seinen Einzelheiten dargestellt, während die übrigen Schaltungseinheiten
nur schematisch angedeutet sind.
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Wenn man zunächst von der besonderen Wirkungsweise derjenigen Teile
der Schaltung
absieht, welche die Erfindung verlcörpern, so stellt
die beschriebene Schaltung einen gebräuchlichen Superheterodyneempfänger dar, dessen
Wirkungsweise zur Genüge bekannt ist. Es sei daher nur kurz erwähnt, daß die von
der Antenne aufgenommenen Schwingungen in dem Hochfrequenzverstärker io selektiv
verstärkt und durch den Transponierungsteil i i in eine Zwischenfrequenz umgewandelt
werden. Die Zwischenfrequenzschwingungen werden durch den Zwischenfrequenzverstärker
12 selektiv weiter verstärkt und von dort zum Demodulator 13 übertragen, durch welchen
die Hörfrequenzen entsprechend der Modulation hervorgebracht werden. Diese Hörfrequenzen
werden im Niederfrequenzverstärker 14 verstärkt und schließlich durch den Lautsprecher
15 wiedergegeben. Die in der Demodulatorstufe 13 entwickelte Regelspannung wird
den Röhren des Zwischenfrequenzverstärkers 12 zum Zweck der Verstärkungsregelung
zugeführt; erforderlichenfalls kann auf dieselbe Weise auch die Verstärkung der
vorausgehenden Empfängerstufen geregelt werden.
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Der Transponierungsteil i i, in welchem die Erfindung angewendet ist,
enthält eine Siebenpol-Oszillator-Modulatorröhre 16, deren Eingangssteuergitter
mit dem Hochfrequenzverstärlker io verbunden ist. Die erzeugte Überlagerungsfrequenz
wird durch die Eigenfrequenz eines Schwingungskreises bestimmt, der die Induktivität
2o und den Abstimmungslcondensator 2i in Parallelschaltung enthält. Dieser Schwingungskreis
ist über den Kondensator 22 mit dem Oszillatorsteuergitter der Röhre 16 verbunden.
Die zur Schwingungserzeugung erforderliche Rückkopplung wird durch die Verbindung
von dem als Oszillatoranode dienenden zweiten Gitter über die Spule 24 gebildet,
welche mit der Schwingkreisspule 2o gekoppelt ist. Innerhalb des Rückkopplungsweges
ist noch der Kondensator 25 eingeschaltet.
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Der Hauptabstimmungskondensator 21 des Schwingungskreises ist zum
Zweck einer Einknopfbedienung mit den Abstiinmkondensatoren des Hochfrequenzverstärkers
mechanisch gekuppelt, wie es durch die gestrichelte Linie U angedeutet ist. Innerhalb
des Oszillatorschw ingungskreises ist der Kondensator 23 in Reihe mit den übrigen
Impedanzen des Schwingungskreises vorgesehen.
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Im Kathodenkreis der Röhre 16 liegt der .Widerstand 17 mit dem überbrückungskondensator
1711, durch dessen Wirkung die erforderlichen Gittervorspannungen erzeugt werden.
Zwischen dem Oszillatorsteuergitter und der Kathode ist der Ableitewiderstand 18
eingeschaltet. Die erforderlichen Arbeitsspannungen für die Elektroden werden an
den Klemmen -1- Sc und -i-- B, im letzteren Fall über einen Widerstand 19, zugeführt.
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Entsprechend der Erfindung ist zum Zweck der Abstimmungsregelung des
Schwingungskreises 2o, 21 unabhängig von der Hauptabstimmung 21 die Röhre 26 vorgesehen,
deren Eingangskreis in Reihe den Widerstand 27 und den Blockkondensator 28 sowie
die natürliche Gitter-Katlloden-Kapazität der Röhre enthält, welche durch gestrichelte
Linien als Kondensator 29 angedeutet ist; diese Reihenschaltung ist dem Schwingungskreis
parallel geschaltet. Die Kapazität des Blockkondensators 28 muß hinreichend groß
gewählt werden, damit er keine Einwirkung auf den Schwingungskreis ausübt; die Impedanz
des Widerstandes 27 soll groß sein im Verhältnis zu der Impedanz der Gitter-Kathoden-Kapazität
bei den in Frage kommenden Frequenzen. Der Ausgangskreis der Röhre 26 ist über den
Serienkondensator 23 geführt, welcher gleichzeitig als Abgleichkondensator dienen
kann; der Kathodenkreis der Röhre enthält eine Vorspannungsquelle -I- C. Die Röhre
26 soll vorzugsweise eine hohe Eigenimpedanz besitzen, was z. B. bei einer Pentodenröhre
der Fall ist. Die notwendigen Betriebsspannungen werden bei -I- Sc und -I- B, im
letzteren Fäll über einen Widerstand 30, zugeleitet.
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Wenn nun die erzeugte Zwischenfrequenz von ihrem Normalwert abweicht,
was durch ungewollte Änderungen der Oszillatorfrequenz, ungenaue Abstimmung oder
andere Gründe verursacht werden kann, wird durch besondere Hilfsmittel die Oszillatorfrequenz
im Sinn einer Rückführung auf den richtigen Wert geregelt. Die Mittel zur Regelung
der Oszillatorfrequenz erzeugen eine Regelspannung, «-elche nach Amplitude und Polarität
von den Abweichungen der Zwischenfrequenz von -ihrem Normalwert abhängig ist und
welche dem Steuergitter der Röhre 26 zugeführt wird. Die Einrichtung zur Regelspannungserzeugung
32 ist mit dem Zwischenfrequenzverstärker 12 gekoppelt; die Einheit 32 enthält gleichzeitig
einen Gleichrichter, dessen Ausgangskreis über die Widerstände 33 und 31 mit dem
Steuergitter der Röhre 26 verbunden ist. Der Kondensator 34 bildet zusammen mit
dem Widerstand 33 ein Filter von- geeigneter Zeitkonstante.
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Bei der Betrachtung der Arbeitsweise dieser Einrichtung zur Frequenzregelung
ist festzustellen, daß die Spannung an der Kapazität 29 gegenüber der Spannung an
den Enden des Schwingungskreises nacheilt, weil die Impedanz des Widerstandes 27
im Vergleich zu der Impedanz der Gitter-Kathoden-Kapazität verhältnismäßig groß
ist. Die Elemente der Schaltung sind nun so gewählt, daß der
Phasenwinkel
der Nacheilung an der oberen Grenze des Abstimmungsbereiches nahezu gleich 9o° wird.
Am unteren Ende des Bereiches ist die Impedanz der Kapazität 29 im Verhältnis zu
der des Widerstandes 27 etwas größer, so daß die Nacheilung der Spannung an der
Kapazität 29 etwas geringer als go° wird. Der Entladungsstrom der Röhre, welcher
mit der Röhreneingangsspannung in Phase ist, bleibt gleichfalls gegenüber der Schwingkreisspannung
in einem entsprechenden Maße zurück. Die Spannung am Kondensator 23 verläuft in
Phasenopposition zu der Spannung an den Enden des Schwingungskreises, so daß der
Entladungsstrom der Röhre gegenüber der Spannung am Kondensator 23 voreilt und die
Röhre daher den Charakter einer parallel zum Kondensator 23 liegenden Impedanz erhält,
die aus einer kapazitiven und einer Ohmschen Komponente zusammengesetzt ist: die
Größe und der Phasenwinkel dieser Impedanz verändern sich in Abhängigkeit von der
Oszillatorfrequenz und außerdem in Abhängigkeit von der der Röhre zugeführten Gittervorspannung;
wenn die einzelnen Elemente der Schaltung geeignet bemessen sind, ergibt sich eine
derartige Steuerung derAmplitude und Phase des Entladungsstromes der Röhre 26 in
bezug auf die Schwingkreisspannung, daß gleiche Variationen der Arbeitssteilheit,
welche durch Veränderungen der Gittervorspannung bewirkt werden, im wesentlichen
gleiche Veränderungen der Resonanzfrequenz des Kreises für alle Frequenzen des ganzen
Abstimmungsbereiches erzeugen.
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Dies ist deswegen möglich, weil die Röhre 26 zu dem Kondensator 23
parallef geschaltet ist, welcher mit dem Abstimmkondensator 2 1 in Serie liegt.
Die Wirksamkeit von Änderungen dieses Kondensators 23 auf die Abstimmung ist nämlich
von dem Verhältnis seiner Impedanz zu der Impedanz des Abstimmkondensators 21 abhängig,
welche bei der Hauptabstimmung des Kreises in einer genau vorher bestimmten Weise
verändert wird. Man übersieht die Wirkung am besten, wenn man sich klarmacht, daß
die im Kreise auftretende Kapazität K durch die Hauptabstimmkapazität C, die Kapazität
T des Reihenkondensators 23 und die durch die Regelröhre 26 gebildete Kapazität
H nach folgendem Ausdruck bestimmt ist:
Der Wert des im Nenner stehenden Bruches läßt erkennen, in welcher Weise eine Änderung
von H sich auswirkt; bei kleinem C, wenn die Kapazitätsempfindlichkeit der Anordnung
entsprechend dem im Zähler des ganzen Ausdruckes stehenden C am größten ist, wird
der Regeleinfluß von H durch das im Zähler des Unterbruches stehende C entsprechend
verkleinert, da ja die durch H ausgeübte Änderung im Nenner des Hauptbruches mit
C multipliziert und dann zu i addiert auftritt. Umgekehrt ist bei großem C die Empfindlichkeit
der kapazitiven Regelung am geringsten, aber demgemäß auch der Einfluß von H dadurch
erhöht, daß im Zähler des Unterbruches nun der Wert von C vergrößert ist. Es ist
ohne weitere Erklärung verständlich, daß durch richtige Bemessung der Kapazität
T, zu der die Regelkapazität im Nenner des Unterbruches jedesmal hinzuzufügen ist,
die Regelwirkung innerhalb des Abstimmfrequenzbereiches konstant gehalten werden
kann.
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Bei der Betrachtung der Wirkungsweise im Sinn einer selbsttätigen
Abstimmungsregelung sei vorausgesetzt, daß der Empfänger zunächst genau auf die
gewünschte Empfangsfrequenz abgestimmt ist und eine Zwischenfrequenz von der Größe
des Normalwertes entsteht, daß ferner in diesem Fall von dem Regelspannungserzeuger
32 keine Regelspannung entwickelt wird, wobei die Resonanzfrequenz des Oszillatorkreises
den geeigneten Wert besitzt, um die 'normale Zwischenfrequenz zu ergeben. @@'enn
nun der Zwischenfrequenzträger von seinem Normalwert abweicht, wird eine Regelspannung
erzeugt, die in Polarität 'und Amplitude von der Richtung und dem Ausmaß der Abweichung
abhängig ist. Diese dem Steuergitter der Röhre 26 zugeführte Spannung bewirkt eine
Veränderung derArbeitssteilheit der Röhre und daher eine Veränderung ihrer scheinbaren
Kapazität und ihres scheinbaren Widerstandes, welche dem Kondensator 23 parallel
geschaltet sind, so daß die Resonanzfrequenz in der geeigneten Richtung verschoben
wird, um die Abweichung des Zwischenfrequenzträgers von seinem Normalwert zu verringern.