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Rückgekoppelter HF-Verstärker Positive Rückkopplungen werden bei HF-Selektivverstät'kern,
z. B. Geradeausempfängern usw., sehr viel angewendet. Sie dienen dazu, den Verstärker
an seiner Resonanzstelle noch weiter zu entdämpfen und die Empfindlichkeit und die
Selektivität zu erhöhen.
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Da die handgeregelten Rückkopplungsverstärker zumeist sehr unzuverlässig
arbeiten (Instabilität bei Störungen, Schwundeffekte bei hoher Entdämpfung usw.),
besteht das Bedürfnis nach einer automatisch regelnden Rückkopplung, die stabil
den Verstärker möglichst weitgehend zu entdämpfen gestattet.
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Das Problem, das bei der Konstruktion einer automatischen Rückkopplung
zu lösen ist, ist an erster Stelle ein Stabilitätsproblem, an zweiter Stelle ein
Problem, die Regelwirkung im Übertragungsbereich zu unterdrücken, um die NF-Übertragung
nicht durch Glättung der modulierten HF-Schwingung zu verringern, an dritter Stelle
bei Sprach- und Musikübertragung ein Problem der NF-Dynamik und NF-Bandbreite.
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Diese Probleme löst die Erfindung für Verstärker (Empfänger) amplitudenmodulierter
und frequenzmodulierter HF-Schwingungen. Die Erfindung ermöglicht den Bau von Verstärkern
mit fast unbegrenzter Empfindlichkeit, praktisch nur durch die Rauschspannungen
der Röhre begrenzt, mit höchster Selektivität und mit fast vollkommener Schwundregelung.
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Nach dem Stande der Technik gibt es keine derartigen Lösungen.
Nach
dem Erfindungsgedanken besteht die Lösung der angedeuteten Probleme in folgendem:
a) Der Abstimmkreis wird durch Rückkopplung über ein besonderes Röhrensysem mit
zwei Steuergittern entdämpft. Dieses Röhrensystem besteht aus einer Heptode oder
Hexode oder aus zwei mit den Anoden parallel geschalteten Pentoden oder Tetroden,
evtl. auch aus zwei Trioden. Dieses rückkoppelnde Röhrensystem ist anodenseitig
an den zu entdämpfenden Abstimmkreis angekoppelt, am besten unmittelbar in Sperrkreisschaltung.
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Die rückzukoppelnde Leistung des Abstimmkreises wird auf eine besondere,
unten eingehend erläuterte Weise entweder dem ersten Steuergitter oder dem zweiten
Steuergitter oder dem ersten und zweiten Steuergitter des rückkoppelnden Röhrensystems
zugeführt. (Bei Heptoden oder Hexoden ist das erste Steuer- bzw. Schirmgitter das
der Kathode zu liegende Gitter, bei' Pentoden- oder Tetrodenpaaren ist die Wahl
willkürlich).
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b) i. Die automatische Regelung wird dadurch erzielt, daß die HF-Schwingung
des Abstimmkreises mit einer hohen Grenzfrequenz, z. B. 2 - 105 bis 2 ' ioe Hz,
zu einer mit NF-Schwingungen pulsierenden Gleichspannung gleichgerichtet wird, z.
B. durch Dioden- oder Audiongleichrichtung usw., und daß diese NF-pulsierende Gleichspannung
für NF, z. B. zwischen 2 Hz und 2 - io5 Hz, angenähert phasenrein an das erste Steuergitter,
aber über einen Tiefpaß niederer Grenzfrequenz, z. B. 0,2 bi s 2 l 1z, an das zweite
Steuergitter angelegt wird.
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2. Die Regelwirkung des ersten Steuergitters wird zweckmäßig durch
ein gleitendes erstes Schirmgitter für tiefe Frequenzen und im NF-Übertragungsbereich,
z. B. bis gooo Hz, herabgesetzt, dagegen oberhalb des NF-Übertragungsbereiches aus
Stabilitätsgründen weniger oder nicht herabgesetzt. Dies wird erreicht durch eine
aus parallel geschaltetem Ohmschen Widerstand R, und Kondensator Co (vgl. Abb. x)
bestehende Impedanz in der ersten Schirmgitterleitung. Die Grenzfrequenz dieser
Impedanz ist entsprechend hoch zu halten z. B. io3 bis 104 Hz.
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Ein solcherart gleitendes erstes Schirmgitter ist bei amplituden-
und frequenzmoduliertem HF-Empfang zur Hebung der NF-Verstärkung zweckmäßig. Bei
amplitudenmodulierter HF-Verstärkung ist außerdem ein solches gleitendes erstes
Schirm-Bitter aus Dynamikgründen sehr zu empfehlen. Aus Gründen einer verzerrungsfreien
NF-Wiedergabe ist bei frequenzmoduliertem HF-Empfang kein gleitendes erstes Schirmgitter
erforderlich.
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Zusammen mit dem Schirmgitterinnenwiderstand wirkt diese Impedanz
Ro, Co in der Leitung des ersten Schirmgitters auf die Regelwirkung des ersten Steuergitters
wie ein teilweise rückdrehender Hochpaß mit einem stabilitätsbegünstigenden Phasenmaß.
Die Schaltelemente der Impedanz des ersten Schirmgitters Ho, Co, der HF-Gleichrichtung
Ri, Cl und der NF-Ankopplung an das zweite Steuergitter R2, C2 sind so aufeinander
abgepaßt, daß für alle Regelspannungen am zweiten Steuer- j Bitter der Verstärker
stabil arbeitet. I I 3. Die Regelwirkung des zweiten Steuergitters wird möglichst
hoch gewählt. Das zweite Schirm-Bitter erhält in der Regel eine konstante Vorspannung;
nur in besonderen Fällen. bei besonderer Konstruktion der Röhren, ist ein Zusammenschluß
des ersten und zweiten Schirmgitters mit gleitender Charakteristik, z. B. über Ra,
Co, empfehlenswert.
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c) Die zu verstärkende HF-Leistung, z. B. Empfang, wird zweckmäßig
an einer Pentode vorverstärkt, die anodenseitig an den Abstimmkreis angeschlossen
ist, z. B. in Sperrkreisschaltung. Die Pentode arbeitet wegen der weitgehenden Entdämpfung
des Abstimmkreises unter Einschluß des Röhreninnenwiderstandes praktisch als idealer
Stromverstärker, so daß erst mit Vorverstärkerpentode die Leistung des erfindungsgemäßen
Verstärkers voll zur Geltung kommt.
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d) Die Anlegung der rückzukoppelnden HF-Schwingungen des Abstimmkreises
an die beiden Steuergitter des rückkoppelnden Röhrensystems erfolgt bei amplitudenmoduliertem
und frequenzmoduliertem HF-Empfang verschieden.
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i. Bei Amplitudenmodulation wird die HF-Schwingung entweder am ersten
oder am zweiten oder am ersten und zweiten Steuergitter ohne Zwischenschaltung HF-phasendrehender
Zwischenglieder angelegt. Heptoden bzw. Hexoden und Doppelpentoden bzw. Doppeltetroden
können gleicherweise verwendet werden. Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel mit
praktisch phasenreiner HF-Ankopplung an das erste Steuergitter einer Heptode.
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z. Bei Frequenzmodulation wird dem ersten Steuergitter die HF-Schwingung
des Abstimmkreises mit einer Phasenverschiebung von rund ± 7/2 zugeführt, -,nährend
dein zweiten Steuergitter die HF-Schwingung nach Möglichkeit phasenrein zugeführt
wird.
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Aus Stabilitätsgründen und der Einschwingungszeit wegen empfiehlt
es sich, den HF-Phasenwinkel etwas kleiner als -t/2 zu 'halten. Die Phasenverschiebung
der HF-Übertragung auf das erste Steuergitter wird durch irgendeinen passenden Vierpol
mit einer Grenzfrequenz in Größenordnung der abgestimmten Frequenz erzielt. Zweckmäßig
ist dieser Vierpol aus ein oder mehreren teilweise rückdrehenden Teilvierpolen zusammengesetzt
(Abb. 2 mit zwei teilweise rückdrehenden Teilvierpolen). Sehr oft reicht ein einfacher
vordrehender RC-Vierpol aus (z. B. Abb. 2 für r1', r2, r=').
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Als Röhrensystem wird am besten eine Doppelpentode bzw. Doppeltetrode
verwendet.
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Die Wirkungsweise ist folgende: a) Ohne Eingangs-HF-Leistung ist die
Wirkung bei Schaltung für amplitudenmodulierter wie für frequenzmodulierter HF-Verstärkung:
Der Verstärker arbeitet stabil für alle am zweiten Steuergitter anliegenden Gleichspannungen,
z. B. - i V bis -io V. Das heißt, der Empfänger hzw. Verstärker führt keine Eigenschwingungen
aus, oder er führt ebenmäßige Eigenschwingungen der abgestimmten Frequenz mit gleichbleibender
Amplitude aus. Bei an- oder abklingende Eigenschwingungen
einleitenden
Störungen pendelt sich die HF-Amplitude mit hoher Pendelfrequenz wieder auf die
ursprüngliche Amplitude ein.
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Die Spannung (Regelspannung) am zweiten Steuergitter regelt sich jedoch
in Abhängigkeit von der HF-Amplitude nur langsam auf ein Gleichgewicht ein, so daß
die Amplitude von anfänglich sehr verschiedenen Werten gegen den Gleichgewichtswert
kriecht. Die Höhe der HF-Amplitude wird willkürlich geregelt, z. B. durch Vorspannungsregelung
des ersten oder zweiten Schirmgitters.
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Der Widerstand des Abstimmkreises, einschließlich der Innenwiderstände
der Rückkoppelröhren und der Vorverstärkerröhre ist für die abgestimmte Frequenz
oo, ist aber für die angrenzenden Frequenzen reziprok-imaginär der Frequenzdifferenz
Aco.
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b) Mit unmodulierter HF-Eingangsleistung ist die Wirkung bei Schaltung
für amplitudenmodulierte wie für frequenzmodulierte HF-Verstärkung: Sobald HF-Leistung
der abgestimmten Frequenz z. 13. durch Empfang in den Verstärker eingeführt wird,
ändert sich das Gleichgewicht. Es tritt nach kurzer Zeit ein neues Gleichgewicht
mit etwas höherer HF-Amplitude und etwas höherer negativer Regelspannung am zweiten
Steuergitter ein. Der Resonanzwiderstand des Abstimmkreises, zusammen mit den Röhreninnenwiderständen,
wird endlich und die HF-Schwingungen des Verstärkers bzw. Empfängers bestehen als
rein erzwungene Schwingungen fort.
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c) Mit modulierter HF-Eingangsleistung ist die Wirkung verschieden
für Schalturig bei amplituden-und bei frequenzmodulierter HF-Verstärkung.
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i. Amplitudenmoduliert: Die Spannung des zweiten Steuergitters stellt
sich auf ein der mittleren abgestimmten HF-Amplitude entsprechendes Gleichgewicht
ein. Der geringeren Regelwirkung des ersten Steuergitters entsprechend, vermag die
HF-Amplitude mit der erregenden NF-modulierten HF-Eingangsspannung zu schwingen.
Die NF-Spannung am ersten Steuergitter ist die Modulationsschwingung.
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Bei höherer Intensität der im Verstärker abgestimmten Trägerfrequenzschwingung
des HF-Eingangs oder bei höherer Vorverstärkung stellt sich das Gleichgewicht für
etwas höhere mittlere HF-Amplituden des Abstimmkreises und für etwas höhere negative
Spannung des ersten Steuergitters ein, so daß der Verstärker mit höherer Dämpfung
arbeitet und somit die Selektivität bei Empfang starker Sender geringer ist (NF-Bandbreite
größer) als bei Empfang schwacher Sender. Die Selektivität bei Empfang starker Sender
kann durch Steilheitsverminderung der Vorröhre beliebig verbessert werden. Dem Nachteil
überstarker Selektivität bei Empfang schwacher Sender (Unterdrückung der mittleren
und höheren Frequenzen der NF-Übertragung durch Beschneidung der HF-Seitenbänder)
kann teilweise durch Verwendung überkritisch gekoppelter Bandfilter im Abstimmkreis
(z. B. Abb. i) begegnet werden. Oft empfiehlt sich auch eine künstliche Dämpfung
des Abstimmkreises durch parallel geschaltete Ohmsche Widerstände, teils um das
Frequenzband zu beeinflussen, teils um für alle Frequenzen der Abstimmskala einigermaßen
gleichen Schwingungseinsatz zu gewährleisten.
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2. Frequenzmoduliert: Die Spannung am zweiten Steuergitter stellt
sich. auf ein der Amplitude der mittleren Frequenz entsprechendes Gleichgewicht
ein. Die am zweiten Steuergitter anliegende phasenreine HF-Spannung entdämpft den
Abstimmkreis. Die am ersten Steuergitter ungefähr ± n/2 phasenverschobene HF bewirkt
im wesentlichen in Abhängigkeit von der NF-Spannung des ersten Steuergitters eine
sich sehr rasch einstellende Verschiebung der Resonanzfrequenz des Abstimmkreises,
und es stellt sieh sehr rasch, z. B. in io-5 Sek., zwischen der zu verstärkenden
HF und der regelnden NF-Spannung des ersten Steuergitters ein Gleichgewicht ein.
Da der Widerstand des über das zweite Steuergitter entdämpften Abstimmkreises praktisch
reziprok-imaginär der Frequenzdifferenz @.co ist und da die Verschiebung der Resonanzfrequenz
des Abstimmkreises über das erste Steuergitter praktisch proportional der NF-Spannung
des ersten Steuergitters ist, ist die NF-Spannung des ersten Steuergitters proportional
der Modulationsschwingung. Die Demodulation arbeitet weitgehend ohne lineare und
nichtlineare Verzerrungen.
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Die Selektivität und Empfindlichkeit ist sehr groß bei uneingeschränkter
NF-Bandbreite und genügender NF-Dynamik, da die sehr spitze Resonanz des hochentdämpften
Abstimmkreises in jedem Augenblick immer nur auf eine mit der Modulation sich ändernde
Frequenz verschoben wird. Die der Spannung des ersten Steuergitters langsam folgende
Spannung des zweiten Steuergitters bewirkt eine durchgreifende Schwundregelung.
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Um das zu verstärkende HF-Band (NF-Dynamik) zu begrenzen, empfiehlt
es sich, die am ersten Steuergitter regelndeNF-Spannungzwischen einem Maximal- und
Minimalwert zu begrenzen, und zwar am besten so, daß sich im Gleichgewicht (mittlere
Frequenz) automatisch ungefähr am ersten Steuergitter mittlere Spannung einstellt
(zwischen Maximal- und Minimalspannung). Dies wird am besten dadurch erreicht, daß
unmittelbar am ersten Steuergitter zwei Gleichrichter mit entgegengesetzter Durchgangsrichtung
angeschlossen werden, die über eine eventuell regelbare abgeblockte Spannungsquelle
an ihren anderen Enden vorgespannt werden.
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Diese HF-Verstärker (Empfänger) und Demodulatoren sind einfach und
billig und eignen sich vorzüglich für Rundfunkempfang und zur Wiedergabe akustischer
Schwingungen mittels HF-Kondensatormikrophon.