-
Schaltung zur Frequenzmodulation eines Röhrenoszillators Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltung zur Frequenzmodulation eines Röhrenoszillators.
Für diesen Zweck hat man bereits eine Gegentaktanordnung verwendet, bei welcher
zwei Röhrenentladungsstrecken mit einem die erzeugte mittlere Frequenz iin wesentlichen
bestimmenden Schwingungskreis in Parallelschaltung -verbunden sind. Die modulierende
Spannung v-ird dabei den Röhrenentladungsstrecken als Steuerspannung im Gegentakt
zugeführt. Zur Schwingungserzeugung werden den einzelnen Röhrenentladungsstrecken
Rückkopplungsspannungen zugeführt, welchegegenüber der bei der mittleren Frequenz
am Schwingungskreis auftretenden Wechselspannung um gleich große, aber -entgegengesetzte
1'liasen\\ inl;el verschoben sind. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise durch
die Patentschrift j17698 bekanntgeworden. Sie Nvird dort speziell für den Zweck
der selbsttätigen Scharfabstiininung eines Empfangsgerätes beschrieben und soll
dazu dienen, den örtlichen Oszillator eines LTberlagerungseinpfängers durch eine
von der _1b«-eichung der Zwischenfrequenz von ihrem Sollwert erzeugte Regelspannung
in seiner Frequenz so zu beeinflussen, daß die ZR@Ischenfrequenz angenähert konstant
bleibt.
-
Bei Versuchen, eine derartige Schaltung für die Frequeiizinodulation
von Sendern, insbesondere Rundfunksendern im Kurzwellengebiet, anzuwenden, hat es
sich herausgestellt, daß die dabei zu stellenden Forderungen bezüglich der Linearität
der Arbeitsweise und der Vermeidung zusätzlicher
Amplitudenmodulation
nicht ohne weiteres erfüllt werden. I?s ist vielmehr eine Anpassung der bekannten
Schaltung für den ins Auge gefaßten Verwen(lungszweck erforderlich, welche den Gegentand
der Erfindung bildet.
-
L'nn die störenden Unsyminetrien der Schaltung, welche für eine nichtlineare
Arbeitsweise, besonders für (las 13ntstelieti quadratischer Verzerrungen und ein
Auftreten einer Amplitudenmodulation v(-rantwortlich sind, in einfacher Weise auszugleichen,
sollen erfindungsgemäß die beiden Rückkopphingswege einen gemeinsamen Zweig aufweisen,
in welchem eine Impedanz mit derartig gewählter l)lin(lkonil)onente vorgesehen ist,
daß in der Fre-(liietiz.iiici(iulatioti die quadratischen Verzerrungen wenigstens
angenähert kompensiert sind. Bei der <11c111atien Untersuchung einerGegentaktmodulationsa
nordnung hat sich ergeben, daß im wesentlichen folgende l-rsachen für die Störung
der svinnietrischen Arbeitsweise und die Erzeugung quadratischer Verzerrungen in
Betracht kommen: i. un-;(lleiclie Phasenverschiehungen der Rückkopplungsspannungen
für die beiden Röhrenentladungsstrekke11. 2. ungleiche Wechselströme in den beiden
Vntladungsstrecken im unmodulierten Zustand, 3. ungleiche Modulationswirkung in
den beiden Entladungsstrecken, 4. die endliche Elektronenlaufzeit in den Röhrenentladungsstrecken.
-
:\ti(ier(letn können auch an anderen Stellen der Schaltung. z. B.
im Modulationsverstärker, verursachte quadratische Verzerrungen zusätzlich zu den
durch eine unsymmetrische Arbeitsweise der @lodulatorstttfe hervorgerufenen Verzerrungen
vorhanden sein. In diesem Falle liegt es im Sinne der Erfindung, die Blindkomponente
der Impedanz bzw. Iinpedanzanordnung im gemeinsamen Teil des kiickkopplungsz-,veiges
so zu wählen. (laß auch der Anteil der in anderen Schaltungsstufen verursachten
quadratischen Verzerrungen in die Kompensation mit einbezogen %vird, so daß als
Endergebnis eine möglichst von quadratischen Verzerrungen freie 1# re(luenznio(lulation
der Gesamtschaltung erzielt wird.
-
Abb. i -zeigt das Prinzipschaltb» 1d einer 1lodulatoranordnung gemäß
der Erfindung. Die Röhrenentladungsstrecken werden durch zwei fexoden 1 und 2 gebildet,
deren Kathoden geerdet sind und deren Anoden in Parallelschaltung auf den aus (lein
Kondensator 3 und der Spule 4 gebildeten Schwingungskreis arbeiten. Wie angedeutet,
wird :in einer Anzapfung der Spule 4 die -\no(lenspannung zugeführt. Von dem Schwingungskreis
3, 4 wird durch zwei Spannungsteiler 5, 6 und 7, 8 für jedes der beiden kathodennahen
Steuergitter die erforderliche Rückkopplungsspannung abgeleitet. Dabei soll zunächst
die Wirkungsweise des Schaltungselementes 9, welches mit denn Gegenstand der I'rfindung
zusammenhängt, außer acht gelassen werden. lenkt inan sich also dieses Element 9
zunächst kurzgeschlossen. so wird durch den einen genannten Sl)anntingsteiler eine
gegenüber der SchNvingungskreisspannung tim den Phasenwinkel v vorcileiide, durch
den anderen Spannungsteiler aber eine um den gleichen Phasenwinkel (/ nacheilende
Rückkopplungsspannung erzeugt. und zwar erhält die Röhre i über (las Widerstandskondensatorglied
eine nacheilende, und die Röhre 2 über (las Wi(lerstandsinduktivitä tsglied eine
voreilende Spannung. Die -'\lodulatietissl>atinuiig wird über den Transformator
lo den oberen leiden Stetiergitterii der Hexodenröhre i und 2 ini Gegentakt zugeführt.
-
Die innerhalb (ler Röhren angedeuteten -Schirmgitter zwischen dem
ersten und zweiten Steuergitter und zwischen (lein zweiten Steuergitter und der
Anode Nverden in bekannter Weise auf konstantem, positivem Potential gehalten. Die
an den beiden oberen Steuergittern der Röhren i und 2 liegende Modulationsspannung
bewirkt eine Verteilungssteuerung auf die Anode und auf das kathodenseitig liegende
Schirmgitter. Wenn i,0 und i,0 die Anodenwechselströme der beiden Röhren im unmodulierten
Zustand sind, so erscheinen diese Ströme durch die Modulation finit (lein Faktor
(t + mAN (t)) und (r = mAM (t)) multipliziert, wobei
mAM (t) den Amplitudenmodulationsgrad als Zeitfunktion bedeutet.
-
In Abb.2 ist die Arbeitsweise der Schaltung durch ein Vektorbild näher
erliiutert. L' ist die am Schwingungskreis 3. 4 liegende Spannung. Unter der Annahme,
(laß die durch die Spannungsteiler 5, 6 und 7, 8 erzielte 1'liasetidreliung 45°
beträgt, ergeben sich die unniodulierten :\;io(1eiiwechselströme i,° und i:,°, wie
angedeutet. unter dem Winkel + (p und -(@ gegenüber der Schwingkreisspannung verschoben,
wobei (/,=,45' ist. Die Summe der beiden Anodenwechselströnie ist dann wieder in
Phase mit 1'. Unter dein Einfluh der Gegentaktmodulation wird nun der Stromvektor
i1° verkleinert auf i1° ( t - fri), wobei nc der Amplitudenmodulationsgrad
ist. Gleichzeitig wird den Stromvektor iz vergrößert auf i,° (i + in). Die
Resultierende dieser beiden durch die Modulation beeinflußten Stromvektoren liegt
mit ihrem Ende wieder auf der Parallelen K zur ]*-Achse, welche, wie ohne weiteres
einzusehen ist, der geometrische Ort für den Endpunkt aller durch diese Modulation
erhaltenen Summenstromvektoren ist.
-
Diese ideal symmetrische Arbeitsweise ist jedoch in der Praxis aus
den oben schon erörterten Gründen nicht ohne weiteres zu erzielen. Durch die erwähnten
Unsvininetrien in der Schaltung und besonders auch durch die Laufzeit der Elektronen
in den beiden Röhren ergibt sich nämlich eine Schiefstellung der Ortsgeraden K gegenüber
der j-Achse wie dies an lland der =\1>b. 3 besonders im Hinblick auf eine nicht
mehr zu vernachlässigende Elektronenlaufzeit erläutert werden soll. 1n Abb. 3 sind
die unmodulierten Stromvektoren iio und i,° sowie die Ortskurve K punktiert eingezeichnet.
Die Elektronenlaufzeit in den Röhren hat iitui die Folge, daß die Anodenströme (ici-
beiden Rühren um einen gewissen 1'liasenwinl<el von den zugehörigen Steuerspannungen
an den beiden kathodennahen Steuergittern abweichen. Dieser Phasenfehler @9g- führt
zu einer Schiefstellung des Vekturdiagraniines, so daß auch der Summenstrom beider
Röhren
jetzt um den gleichen \\'inkel -1(j von dem Summenstrom d(s 1)iagratnnies itl:@ltif.
2 al>wcicht. Entsprechend ist ;iticli die Ortskurve für die Endpunkte der Summenstrctmvd;turen
gegenül>cr der j-Achse u111 den Winkel 1c1 gedreht, wie (lies durch die Gerade K'
angedeutet ist.
-
.Prinzipiell wirken auch die übrigen schort besprochenen Symmetriefehler
der Schaltung sielt 111 analoger Weise aus. Sie können sich addieren oder auch teilweise
gegenseitig aufhelfen. [in allgemeinen Falle wird alter grundsätzlich iniiner eilt
derartiger Svmnietriefeliler, ausgedrückt (huch die Schiefstellung der Ortskurve
K', vorhanden will.
-
Es ist aber zu erwähnen. (laß sich (Las in .\111). 2 dargestellte
ideale Verbalten beim Fehlen der erwältntcii Unsvintnetrien auch nur für den Fall
phasenreiner Rückkopplung ergibt. 1)1c Schaltung gemäß Abb. t ergibt eine solche
dann, Avetiti (las Schaltelement 9 die gitterseitig liegende Teilinduktivität der
Spule q kompensiert, also eilt hondensator ist. 13e1 einer kapazitiven l)rcil>unkt-Schaltung
niii(!te (las @cllaltelemeilt jedoch eilte Ittduktivität seid.
-
Für den Fall vorhandener Unsvnimetrien wird nun das Schaltelement
9 ertindungsgeinäß zur Kompensation der quadratischen Verzerrungen herangezogct..
Dieses Schaltcleinent kann ein einstellbarer Kondensator sein. \\-o 9 eine IndaktIvität
sein muß, wähn tnati statt dessen besser eilten Serien- oder Parallelkreis mit solcher
Verstiininung, daß eine iliduktive Wirkung auftritt. 1)1e wirksame Induktivität
kann in diesen( Fall durch den Kondensator leicht verändert \verdeii.
Als
Kriterium für das erwünschte @erschAVin(ien der quadratischen Verzerrungen
kann (las leichter feststellbare Verschwinden der Aniplitudenmodulation verwendet
werden. was besonders dann hinreichend ist, wenn mit kleinen relativen Frequenzhühen.
etwa bis i % gearbeitet wird. Die Erzielung eines Horizontalen Verlaufs von K ist
dann gleichbedeutend mit dem Verschwinden der Amplitudeninodulation und dein VerschAvinden
der quadratischen Verzerrungen in der Frequenzinodulation. Die Einstellung des Schaltelementes
9 auf verschwindende Amplitudenmodulation ist also gleichbedeutend mit der Erzielung
des kleinstmöglichen Klirrfaktors. Zum Zwecke dieser lfinstellulig l;atui an den
Oszillatorschwiligungskreis eine Anordnung zur Demodulation amplitudenlnodulierter
Schwingungen angekoppelt und die Impedanz 9 so lange verändert werden, bis die Ausgangsspannung
des Amplitudenmodulators ein Minimum bzw. praktisch Null ist. Unter Umständen kann
in einer Senderschaltung diese Feststelltuig ini Anodenkreis der auf die Oszillatorstufe
folgenden Trennstufe getroffen werden, so daß sich eine besondere Einrichtung zur
Amplitudennlodulation erübrigt.
-
Atich wenn die iui Gegentakt modulierten Röhren unterschiedlich gel;riinimte
`Iodulationskennlinien haben oder der Frequenzhub so groß wird, daß der Schwingkreis
für die positiven und negativen Frequenzabweichungen nicht mehr hinreichend symmetrisch
arbeitet, gibt es stets eine Ditnelisionicrultg des Schaltelementes c), bei der
die quadratischen Modulationsverzerruiigen verschwinden. Nur kaini in diesem Falle
die verschwindende \niplittideiiinodulation nicht nielir als Indikator (lielleil.
lall bildet (1,111n die richtige Einstellung durch eine Messung der _\lodulationsverzerrungen.
l11 diesem Falle ist inan durch Einstellung des l:letnentcs 9 in der Lage, auch
an anderen Stellen der Schaltungsanordnung, im Falle eines Senders z. 13. die im
vorgeschalteten Modulatiolisverstärkcr entstellenden cltiadratischen Verzerrungen
zu kotnjfettsicrell.