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Frequenzabhängiger Spannungsteiler zur Umwandlung einer frequenzmodulierten
Wechselspannung in eine amplitudenmodulierte Die Demodulation einer frequenzmodulierten
Hochfrequenzspannung erfordert vor der Gleichrichtung die Umwandlung der frequenzmodulierterl
Wechselspannung in eine solche, deren Amplitude dem Frequenzhub der modulierten
Wechselspannung linear proportional ist. Die Stufe, die diesem Zweck beispielsweise
in einem Empfänger dient, sei im folgenden als Wandlerstufe bezeichnet.
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Die Wandlerstufe wird in der Regel als ein Spannungsteiler ausgebildet,
der aus einem Ohmschen Teil und einem mit diesem in Reihe liegenden frequenzabhängigen
Teil, meistens einem Resonanzkreis, besteht. Die Resonanzkurve des Kreises stellt
dann im wesentlichen die Charakteristik der Wandlerstufe dar. Die geforderte Linearität
beschränkt die Ausnutzbarkeit der Charakteristik auf den geradlinigen Teil einer
Flanke der Resonanzkurve; dabei hat eine steile Resonanzflanke einen, im Frequenzmaßstab
gemessen, kleineren geradlinigen Bereich, eine flachere Resonanzkurve dagegen einen
größeren geradlinigen Bereich. Die Größe des Frequenz: hubes bestimmt demnach, wie
flach die Resonanzkurve sein muß, damit eine lineare Umwandlung erzielt wird. Der
flachere Flankenverlauf bedingt eine im Verhältnis
zum Frequenzhub
kleine Amplitudenschwan, kung und damit einen schlechten Wandlungs(-grad. Man ist
daher bestrebt, eine Wandlerstufe aufzubauen, mit der ein guter Wandlungsgrad durch
eine steile Frequenz-Spannungs - Charakteristik erzielt wird und die einen großen
Aussteuerungsbereich durch eine Verlängerung des geradlinigen. Teils der resultierenden
Frequenzkurve aufweist.
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Man hat diese Aufgabe bisher auf die nur sehr umständliche Weise gelöst,
daß man zwei Wandlers.tufen parallel betreibt, jedes der beiden Wandlerprodukte
über einen Gleichrichter leitet und die Gleichrichterprodukte im Gegentakt zusammensetzt.
jede der Wandlerstufen ist dabei mit einem Resonanzkreis ausgestattet, der als Sperrkreis
in der Anodenleitung einer Verstärkerröhre liegt, deren Entladungsstrecke als der
Ohmsche Teil des Spannungsteilers anzusehen ist. Die Resonanzkreise sind in dem
Maße gegeneinander verstimmt, daß die Wandlung in einem Zweig entsprechend der unteren.,
d. h. für die unterhalb der Resonanzfrequenz liegenden Frequenzen geltenden Flankencharakteristik
die Wandlung im anderen Zweig entsprechend der oberen Flankencharakteristik des
betreffenden. Resonanzkreises erfolgt. Die resultierende, an den Gleichrichterprodukten
ge-
messene Wandlercharakteristik ergibt sich durch Superposition der einzelnen
Flankencharakteristiken. Die Verstimmung der Resonanzkreise wird dabei so gewählt,
daß die einer Augenblicksfrequenz der modulierten Wechselspannung entsprechende
Steilheit der Flankencharakteristik der einen Stufe mit der entsprechenden größeren
bzw. kleineren Steilheit der Flankencharakteristik der anderen Stufe eine resultierende
geradlinige Demodulationschar akteristik für einen großen Aussteuerungsbereich ergibt.
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Die N achteile der geschilderten Anordnung sind der relativ große.
Aufwand in Gestalt der parallel betriebenen Röhren- und Gleichrichterstufen und
die empfindliche Abhängigkeit der Gesamtcharakteristik von. den Betriebseigenschaften
der Röhren- und Gleichrichterstrecken, insbesondere deren Steilheit und Elektrodenkapazitäten,
was z. B. beim Auswechseln einer Röhre eine neue Ab gleichung der Stufen erforderlich
macht.
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Die zu lösende Aufgabe besteht, wie aus dem Vorstehenden hervorgeht,
darin, eine resultierende Charakteristik der Wandlerstufe durch Superposition der
unteren und der oberen Flanke zweier sinngemäß gegeneinander verstimmter Resonanzkreise
zu gewin, nen, wobei die resultierende Linearität durch die größere Steilheit der
einen, gegenüber der jeweils zugeordneten kleineren Steilheit der anderen Resonanzkurve
bzw. umgekehrt, in der Weise gewonnen wird., daß beide Resonanzwiderstände bei einer
Arbeitsfrequenzänderung gleichsinnig wirksam sind, d. h. daß trotz der vorausgesetzten
Verstimmung der Resonanzglieder und der dadurch bedingten Reziprozität ihrer Charakteristiken
einer Zunahme der Augenblicksfrequenz der modulierten Wechselspannung eine gleichsinnige
Umwandlung in eine Spannungszunahme bzw. Spannungsabnahme infolge des Einflusses
jedes. der beiden Resonanzkreise entspricht. Die bekannte Anordnung führt die Aufhebung
der Reziprozität der beiden frequenzabhängigen Glieder indirekt durch die gegentaktmäßige
Zusammensetzung der Gleichrichterprodukte herbei.
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Vorliegende Erfindung löst die Aufgabe mit einfacheren Mitteln. Sie
kann dabei auf die Stromverzweigung in Parallelstufen und auf die Gegentaktgleichrichtung
verzichten. Die erfinderische Überlegung geht von einem Spannungsteileraufbau der
Wandlerstufe aus., bei dem die gewandelte Spannung an einem Resonanzkreis abgenommen
wird, der in Reihe mit einem Ohmschen Widerstand liegt, und der Frequenzgang der
Spannungsteilung sinngemäß noch von einem zweiten Resonanzkreis abhängig gemacht
ist, wobei die genannten Bedingungen. hinsichtlich der Verstimmung der Kreise und
der Aufhebung der reziproken Frequenzabhängigkeit, die bei zwei gleichartigen Resonanzkreisen
für den Arbeitsfrequenzbereich durch die Verstimmung bedingt ist, erfüllt sind,
und zwar wobei die Reziprozität der Frequenzabhängigkeit dadurch aufgehoben wird,
daß die Resonanzkreise in ihrer für die Spannungsteilung maßgebenden Wirkung als
eigentliche Resonanzwiderstände reziprok geschaltet sind, d. h. daß der eine Resonanzkreis.
im Resonanzfall die Spannungsteilung relativ vergrößert, während der andere im Resonanzfall
die Spannungsteilung relativ vermindert. Zu diesem Zweck kann wahlweise davon Gebrauch
gemacht werden, daß ein Sperrkreis gegenüber einem Leitkreis ein in diesem Sinne
reziproker Resonanzwiderstand ist und umgekehrt, ferner daß ein Reihenwiderstand
in einem Spannungsteiler umgekehrt wirksam ist wie ein Parallelwiderstand.
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Zum Stand der Technik gehören bereits Wandlerstufen, deren Wirkungsweise
sich auf Spannungsteilung zurückführen läßt, bei der die vorstehend' ganz allgemein
gefaßten Grundgedanken in gewisser Abwandlung zum Teil schon verwertet sind. Diese
bekannten Wandlerstufen bestehen aus einer Spannungsteilerkaskade folgenden Aufbaus:
Parallel zu dem einen in. Reihe mit einem Ohmschen Widerstand liegenden Parallelresonanzkreis
(i. Spannungsteilung) ist ein nveiter Spannungsteiler
gelegt, der
aus einer Reihenschaltung des zweiten, Resonanzkreises mit einem Ohms:chen Widerstand
besteht, wobei die Ausgangsspannung am letzteren abgegriffen wird.
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Wie bereits aus der angestellten Ausgangsüberlegung hervorgeht, kann
auf den Kaskadenaufbau des Spannungsteilers verzichtet werden. Die Erfindung ist
nun ausschließlich auf die vorteilhafte Ausbildung solcher Wandlerstufen gerichtet,
bei denen in an sich bekannter Weise der Ohmsche Reihenwiderstand der Span-nungsteilerschaltung
durch die Entladungsstrecke einer Verstärkerröhre gebildet wird. Den erfindungsgemäßen
Lösungen der vorstehenden Aufgabe liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die umgekehrte
Frequenzabhängigkeit der beiden gegenseitig verstimmten Resonanzkreise dadurch aufgehoben
werden kann, d-aß die Resonanzkreise als Sperrkreise an verschiedenen Elektroden
der Verstärkerröhre geschaltet werden; hierdurch wird der eine Resonanzkreis. im
Vergleich zum anderen als reziproker Widerstand wirksam. Im Gegensatz zu einem Anodensperrkreis
hat nämlich ein Sperrkreis im Bremsgitter-, Schirmgitter- oder bei entsprechender
Schaltung im Kathodenkreis einen die Verstärkung mindernden Einfluß und wirkt dadurch
indirekt als, ein die Spannungsteilung vergrößernder Widerstand.
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Die erfindungsgemäße Anordnung hat den großen Vorzug, daß die beiden.
Resonanzkreise. nicht mehr unmittelbar am gleichen Stromkreis liegen und sich so
gegenseitig beeinflussen können. Entsprechend der neuen Schaltung bleiben sie gegenseitig
entkoppelt, zum mindesten ist der sie verkoppelnde Widerstand verhältnismäßig groß,
so@ daß sie praktisch rückwirkungsfrei arbeiten. Besonders beim Abgleich der Resonanzkreise
ist dieses von großem Vorteil, weil nicht der eine Kreis verstimmt wird, wenn der
andere zum Abgleich verändert wird.
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Zur Erläuterung der angestellten Betrachtungen sowie des Erfindungsgedankens
dienen die zeichnerischen Darstellungen.
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Abb. i erläutert die dem Erfindungsvorschlag vorangestellte Überlegung;
sie stellt das Schaltbild einer Wandlers,tufe dar, für die diese Betrachtungen zutreffen,.
Als Ohmscher Widerstandsteil des Spannungsteilers dient der innere. Widerstand einer
gittergesteuerten Elektronenröhre 3. Wird die zu wandelnde frequenzmodulierte Wechselspannung
Uf als Gittersteuerspannung der Wandlerstufe zugeführt, so entsteht nach der allgemeinen
Röhrentheorie eine Spannungsteilung der theoretisch verstärkten Wechselspannung
an dem in Reihe mit dem inneren Widerstand der Röhre liegendenAußenwi.derstand.
Im Anodenkreis der Röhre liegt, als Sperrkreis geschaltet, der Resonanzkreis I,
der mit einer Selbstinduktion und einem veränderlichen Abstimmkondensator aufgebaut
ist. Parallel zu dem Kreis ist ein Belastungswiderstand i vorgesehen. Ferner liegt
im Anodenkreis der Resonanzkreis II, der als Reihenkreis parallel zu dem Sperrkreis
I liegt. Der Reihenkreis: II ist mit einer Selbstinduktion und einer Kapazität,
die beide veränderlich sind, aufgebaut. Ferner liegt in dem Reihenkreis der Ohmsehe.
Widerstand 2, der den Dämpfungsgrad des Reihenkreisvs bestimmt. Über die Kapazität
6 wird die gewonnene Ausgangsspannung U, der nachfolgenden Gleichrichterstufe direkt
bzw. über eine. dazwischengeschaltete Verstärkeranordnung zugeleitet. In dem Schaltbild
sind ferner noch die Kathodenzeitglieder, ein Widerstand q. und ein Blockkondensator
5, eingezeichnet, mit denen die notwendige Gittervorspannun:g erzeugt wird. Die
Kathodenheizleitung ist im Schaltbild, wie auch in den folgenden., aus Vereinfachungsgründen
weggelassen, da sie nicht zur Erläuterung des Erfindungsgedankens notwendig ist.
Durch die Wahl der Größe des Dämpfungswiderstandes i kann die Flankensteilheit der
Resonanzkurve des Schwingkreises I eingestellt werden, durch die des Widerstandes.
2 wird die Charakteristik des Leitkreises II bestimmt. Ferner kann durch die Wahl
des Verhältnisses der Selbstinduktion zur Kapazität des Leitkreises II seine Ankopplung
an den Resonanzkreis; I und damit sein Einfluß auf die resultierende Charakteristik
der Wandlerstufe eingestellt werden.
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In Abb. a ist die Charakteristik der Wan:dlerstufe nach Abb. i im
Prinzip dargestellt. Auf die waagerechte Koordinatenachse ist die Frequenz der zu
wandelnden modulierten Eingangswechselspannung, auf die senkrechten Koordinaten
ist die Amplitude <g der Ausgangsspannung aufgetragen. Die Resonanzfrequenz des
Resonansgliedes I ist mitfl, die des Resonanzgliedes II mit fII bezeichnet.
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Die Kurve i zeigt die Frequenzspannungsabhängigkeit für den Fall,
daß der Resonanzkreis I nur durch einen frequenzunabhängigen ParalleIwiderstand
belastet ist. Die Kurve ist für den Fall, daß, wie im vorliegenden Fall vorausgesetzt
ist, der Parallelwiderstand frequenzabhängig ist, das resultierende Diagramm. Sie
stellt eine Superposition der Kurve i mit der wirksamen Resonanzkurve des Schwingkreises
a dar. Der geradlinige mit dfmax bezeichnete Teil ist der aussteuerbare Bereich
der Wandlerstufe. Das Kurvenbild verdeutlicht die Zunahme des. geradlinigen Teils
gegenüber dem ursprünglichen bei Verwendung nur eines Resonanzgliedes.
Die
erwähnte Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens führt zu Lösungen, von, denen
in den Schaltbildern 3 bzw. 4 Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Die in bezug
auf eine Arbeitsfrequenzänderung resultierend gleichsinnige Wirkungsweise des Schwingkreises
1I wird durch Einschaltung des Kreises als. Sperrkreis in einen Elektrodenkreis
erreicht, in dem ein Widerstand eine Minderung der Verstärkung bewirkt und dadurch
indirekt als ein die Spannungsteilung vergrößernder Widerstand wirksam isst.
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In Abb.3 ist das Beispiel dargestellt, bei dem das Resonanzglied 1I
als Schirmgittersperrkreis geschaltet ist. Im wesentlichen entspricht der übrige
Teil des Schaltbildes der Abb. r. Der Resonanzkreis I liegt wieder als Sperrkreis
im Anodenkreis der Röhre. Zu dem Resonanzkreis II ist der Dämpfungswiderstand 2
parallel geschaltet, mit dem die Steilheit seiner Resonanzkurve beeinflußt wird;
der Kondensator 7 ist der Beruhigungskondensator, der den, Spannungszuführungspunkt
8 auf ein gegenüber Erde festes Potential legt. Die zu wandelnde frequenzmodulierte
Eingangsspannung wird wieder als Gittersteuerspannung der Röhre 3 zugeleitet; .4
ist der Kathodenwiderstand und 5 der Überbrückungskondensator, mit denen die notwendige
Gittervorspannung erzeugt wird. Die Ausgangsspannung U", die der Gleichrichterstufe
zugeführt wird, wird über den Kopplungskondensator 6 an der Anode der Röhre abgegriffen.
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In Abb. 4 ist als beispielsweise Abwandlung das Resonanzglied II als
Kathodensperrkreis geschaltet, und zwar sinngemäß derart, daß das an ihm auftretende
Spannungsgefälle sich der frequenzmoduliertenEingaugsspannung Uf als wirksamer Gittersteuerspaunungsanteil
überlagert. Wieder ist zu dem Resonanzkreis II ein Dämpfungswiderstand 2 parallel
geschaltet. Mit dem Widerstand 4 und der überbrückungskapazität 5 wird die notwendige
Gittervorspannung erzeugt. Im Anodenkreis der Röhre 3 liegt als Sperrkreis wieder
der Resonanzkreis I und die Ausgangsspannung LT" ist über den Kondensator 6 an der
Anode abgegriffen. Die zu wandelnde frequenzmodulierte Eingangsspannung LTf dient
als Gittersteuerspannung.
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Die Wandlerstufen nach vorliegender Erfindung sind einfach im Aufbau
und beanspruchen keinen nennenswerten Aufwand. Sie sind weitgehend unabhängig von
den Betriebsdaten der verwendeten Verstärkerröhren. Sie ermöglichen die Einstellung
steiler Frequenzspannungscharakteristiken selbst bei großen Frequenzhüben, ohne
daß bei der Demodulation ein zu berücksichtigender Klirrfaktor auftritt, und gestatten
so den Aufbau von Demodulationsanordnungen, die sich durch einen sehr guten Wirkungsgrad
auszeichnen.