DE864413C - Schaltung zur Frequenz- oder Phasenmodulation von elektrischen Schwingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung zur Frequenz- oder Phasenmodulation von elektrischen Schwingungen mittels einer von den modulierenden Schwingungen gesteuerten Reaktanzröhre.

Unter einer Reaktanzröhre ist eine Entladungsröhre zu verstehen, die derart geschaltet ist, daß zwischen zwei Elektroden für die zu modulierenden Hochfrequenzschwingungen eine Reaktanz auftritt, die von der Steilheit einer der Röhrencharakteristiken abhängt. Zu diesem Zweck wird gewöhnlich bei der betreffenden Röhre für die zu modulierenden Hochfrequenzschwingungen eine sog.

wattlose Rückkopplung angewendet, d. h. eine Rückkopplung, bei der im Rückkopplungskreis eine Phasenverschiebung von annähernd 90⁰ auftritt.

Bei einer bekannten Schaltung dieser Art ist zwischen der Anode und einem Steuergitter einer Entladungsröhre, ζ. B. einer Drei- oder Fünfpolröhre, ein derartiges phasendrehendes Netzwerk vorgesehen, daß die Steuergitterwechselspannung in bezug auf die Anodenwechselspan-nung um annähernd 90° in der Phase verschoben ist. Der Anodenwechselstrom zeigt in diesem Fall ebenfalls eine Phasenverschiebung von annähernd 90⁰ in

bezug auf-die· Anodenwechselspannung, so daß zwischen der Anode und der Kathode eine virtuelle Reaktanz auftritt, deren Grö£e der Steilheit'der Entladungsröhre umgekehrt, proportional ist., Dias. S phasendrehende Netzwerk besteht in der R'egel aus' einem Ohmschen Widerstand und einer Reaktanz; eines dieser' Schaltelemente liegt zwischen der Anode und dem Steuergitter und das andere zwischen dem Steuergitter und der Kathode, wobei

ίο die Impedanz des.zwischen. Anode und Steuergitter liegenden Schaltelementes großi in bezug auf die des anderen, Elementes ist.

Btei einer anderen bekannten Schaltung mit; wattloser Rückkopplung wird ein ähnliches phasemdrehendes Netzwerk angewendet/ bei dem "das eine Schaltelement zwischen Anode und Steuergitter und das andere, das wesentlich geringere Impedanz hat, zwischen Anode und Kathode liegt, wobei auch wieder eine virtuelle Reaktanz auftritt, die wieder im umgekehrten Verhältnis zur Rlöhrensteilheit steht, die aber in diesem Fall zwischen Steuergitter und Kathode liegt.

D'ie modulierenden, also meist niederfrequenten Schwingungen werden einer Steuerelektrode der Reaktanzröhre, z.'B. dem bereits erwähnten Steuergitter 'oder einem zweiten Steuergitter, zugeführt, so daJßi die Steilheit der Reaktanzröhre und damit also die erwähnte virtuelle Reaktanz im Rhythmus der modulierenden Schwingungen geändert wird.

Diese virtuelle Reaktanz wird nun mit dem frequenizbestimmenden. 'S'chwingungskreis des Oszillators gekoppelt, der die zu modulierenden Schwingungen erzeugt, und es ergibt sich eine Frequenzmodulation dieser Schwingungen. Eine Phasenmodulation entsteht, wenn, die genannte virtuelle Reaktanz in ein phasendrehendee Netzwerk aufgenommen wird, dem die zu modulierenden Schwingungen zugeführt¹ werden.

Um beim Empfang von frequenz- oder phasenmodulierten Schwingungen eine verzerrungsfreie Wiedergabe zu ermöglichen, ist es günstig, wenn der Augenblickswert der durch die Modulation herbeigeführten Frequenz- oder Phasenverschiebung dem Augenblicks wert der modulierenden Schwingungen stets proportional ist. Bei den in der Praxis vorkommenden' Werten der größten. Frequenz- oder Phasenverschiebung und der Frequenz der zu modulierenden. Schwingungen ist diese Forderung stets mit genügender Genauigkeit erfüllt, wenn die Steilheit der Reaktanzröihre für die zu modulierenden Schwingungen linear vom Augenblickswert der modulierenden Schwingungen abhängt. Dias bedeutet, daß die Anodenstromsteuerspannungskennlinie der Reaktanzröhre eine Parabel sein müßte, falls die zu modulierenden Schwin^ gungen demselben Steuergitter zugeführt werden, : und eine Gerade, falls die zu modulierenden Schwingungen - einem zweiten Steuergitter zugeführt werden. ....

In der Praxis sind meist keine Entladungsrohren! mit einer genau quadratischen bzw. linearen Charakteristik verfügbar, -so daß¹ bei der Modulation fast immer eine gewisse "Vierzerrung auftritt.

.. Es ist bekannt, diese Verzerrung .durch negative _r Rückkopplung aufzuheben; zu diesem Zweck werden die modulierten Schwingungen gleichgerichtet und die auf diese Weise erhaltenen Schwingungen in Gegenphase mit den modulierenden Schwingungen kombiniert. Dieser Methode haftet der Nachteil an, daß die gewünschte verzerrungsfreie Modulatiön 'nur dann erreicht wird, wenn die Gleichrichtung der modulierten Schwingungen vollkommen verzerrungsfrei erfolgt. Letztere Forderung führt in der Praxis zu sehr verwickelten Schaltungen.

Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die genannten Nachteile zu beseitigen und mit einer beliebiger! Entladungsröhre auf einfache Weise eine verzerrungsfreie Frequenz- oder Phasenmodulation zu erreichen.

EröndungsgemäB wird bei der Reaktanzröhre eine Rückkopplung für die modulierenden Schwingungen in solchem Sinne und mit solcher Stärke angewendet, daßl der Augenblickswert der durch die Modulation herbeigeführten Frequenz- oder Phasenverschiebung dem Augenblickswert· der modulierenden Schwingungen stets zumindest annähernd proportional ist.

Die Erfindung wird an "Hand. der. Zeichnung , , näher erläutert, in der zwei Ausführumgsbeispiele dargestellt sind.

In Füg. n ist eine Schaltung zur Frequenzmodulation dargestellt, bei der die zu modulierenden Schwingungen von einer Oszillatorröhre 11 erzeugt werden·, die.zu.diesem Z.weck in Oreipunktschaltung mit einem· Schwingungskreis aus einer Selbstinduktionsspule 2,· und einem Kondensator 3 .verbunden ist. Parallel zu dem zwischen Anode und Kathode der'Röhre i'liegenden Teil des Schwingungskreisesi 2, 3 liegt eine Fünfpolröhre 41, die als ioo Reaktanzröhre geschaltet ist, während parallel zu dem übrigen Teil des genannten Schwingungskreises die Reihenschaltung eines Trennkondensators 5, eines Ohmschen Widerstandes 6 und¹ eines Kondensators 7 geschaltet ist. Der Kondensator 5 bildet einen iKurzschluß für die zu modulierenden Schwingungen, während der. Widerstand 6 groß in bezug auf die Impedanz, des Kondensators 7· ist und zusammen mit letzterem ein phasendrehendes Netzwerk bildet, das eine Phasenverschiebung von annähernd 90'⁰' herbeiführt. Die am Kondensator'7 auftretende Spannung, die in bezug auf die am Kreis 2; 3 auftretende Spannung annähernd um cp^a in. der Phase verschoben ist, wird dem Steuergitter der Röhre 4 zugeführt, so da® letztere sich für die zu modulierenden Schwingungen wie eine· Reaktanzbenimmt. ■

■Die Größe der durch die Röhre 4 gebildeten Reaktanz wird im (Rhythmus der modulierenden Schwingungen dadurch gesteuert, daß diese iao Schwingungen über Klemmen 8 und 9 und eine Hochfrequenzdrosselspule no dem Steuergitter zu-;. geführt werden. Die frequenzmodulierten Schwin- .:" gungen werden über Klemmen m; rund: 12.· dem zwischen-Kathode und Anode der R'öhre.i liegenden Teil des Stromkreises 2,^3. entnommen. ■...« ·

Mit Hilfe der "bisher beschriebenen Schaltung wäre eine verzerrungsfreieFrequenzmodulation nur dann möglich, wenn,.die Anodenstromsteuergitterspannungscharakteristik der Röhre 4- genau, quadratisch wäre·_; ι Eine verzerrungsfreie Frequenzmodulation wird bei einer.beliebigen Gestalt der Charakteristik erßndungsgemäß· durch Anwendung einer Rückkopplung für die modulierenden¹ Schwingungen ermöglicht; diese Rückkopplung wird so gewählt, daß' die resultierende dynamische Charakteristik der Reaktanzröhre für die modulierenden Schwingungen zumindest annähernd quadratisch ist. Blei den meisten Fünfpolrchren kann die statische Charakteristik durch eine Funktion der Gestalti_a= (a+ bU_g)" dargestellt werden, bei der der Exponent η größer als 2 ist. In diesem Fall mti® eine negative Rückkopplung angewendet werden. Klann hingegen die statische Charakteristik • durch eine ähnliche Potenzfunktion mit einem Exponenten kleiner als 2. dargestellt werden, so ist eine positive Rückkopplung anzuwenden.

Die in Fig. 11 dargestellte Schaltung zeigt eine negative Rückkopplung für die modulierenden niederfrequenten Schwingungen mittels eines in der Kathodenleitung der Reaktanzröhre 4 liegenden Widerstandes 13 der für die Frequenz der zu modulierenden hochfrequenten Schwingung vorzugsweise von einem Kondensator 14 überbrückt wird.

Es sei bemerkt, daß es bekannt ist, die Charakteristik einer Verstärkerröhre durch Anwendung eines Widerstandes R_k in der Kathodenleitung zu linearisieren. Man kommt der gewünschten linearen dynamischen Charakteristik in diesem Fall um so näher, je größter R_k gewählt wird. Gebräuchlich ist zu diesem Zweck ein Wert von R_k, bei dem SRj₁ = 4, wenn S die Steilheit darstellt. Abgesehen von der Tatsache, daß die Erfindung sich nicht auf eine Verstärkerschaltung, sondern auf eine Schaltung zur Frequenz- oder Phasenmodulation bezieht, weicht die Schaltung gemäß' der Erfindung aber auch darin von den bekannten Schaltungen mit negativer Rückkopplung ab, daß im vorliegenden Fall sich ein sehr bestimmter Wert von R_k ermitteln läßt, bei dem die Charakteristik der gewünschten quadratischen Gestalt mit der größten Genauigkeit nahekommt, während dies sowohl bei größeren wie bei kleineren Werten von R_k nicht der Fall ist. Der erfmdungsgemäß angewendete Wert von R_k ist im allgemeinen wesentlich kleiner als bei den bekannten Verstärkerschaltungen mit negativer Rückkopplung, und¹ zwar derart, daß SR_k = 0,5. Die gewünschte negative Rückkopplung kann auch durch Aufnahme eines Ohmsehen Widerstandes in den Schirmgitterkreis oder bei Anwendung einer Dreipolröhre als Reaktanzrchre in den Anodenkreis hergestellt werden. In den Fällen, in denen eine positive Rückkopplung erforderlich ist, kann diese auf bekannte Weise dadurch erhalten werden, daßi der Stromkreis einer der stromführenden Elektroden mittels eines Transformators mit dem Steuergitterkreis gekoppelt wird.

In Fig. 2 ist eine Schaltung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der die Reaktanzrchre 4 als Sechspolrchre ausgebildet ist. Die zu modulierenden Schwingungen werden dem inneren Steuergitter, die modulierenden Schwingungen dem äußeren Steuergitter zugeführt. Es wird in diesem Fall erßndungsgemäß eine derartige negative Rückkopplung für die modulierenden Schwingungen angewendet, daß· die dynamische Charakteristik, die den Anodenstrom als Funktion der Spannung des äußeren Steuergitters darstellt, zumindest annähernd linear verläuft. Da der Kathodenstrom keine Komponente von der Frequenz der modulierenden Schwingungen enthält, würde die Anordnung eines Widerstandes in der Kathodenleitung nutzlos sein. Der Rückkopplungswiderstand ΐ'3> ist daher in die Schirmgitterleitung eingeschaltet, wobei das vom Schirmgitter entfernte Ende über einen Kondensator 15 geerdet ist. Man kann auch einen Widerstand im Anodenkreis benutzen. Wie bei der Schaltung nach Fig. rläßt sich auch hier ein optimaler Wert des Widerstandes 13 ermitteln, bei dem also die Kennlinie am besten linear wird, während dies sowohl bei größeren als auch bei kleineren Werten dieses Widerstandes nicht der Fall ist.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   τ. Schaltung zur Frequenz- oder Phasenmodulation von elektrischen Schwingungen mittels einer von den, modulierenden Schwingungen gesteuerten Reaktanzröhre, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Reaktanzröhre eine Rückkopplung für die modulierenden Schwingungen in solchem Sinne und mit solcher Stärke angewendet wird, daß' der Augenblickswert der durch die Modulation herbeigeführten Frequenz- oder Phasenverschiebung dem Augenblickswert der modulierenden Schwingungen stets zumindest annähernd proportional ist.
2. 2. Schaltung nach Anspruch 11, bei der die zu modulierenden ,Schwingungen und die modulierenden Schwingungen demselben; Steuergitter der Reaktanzröhre zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daßi die Rückkopplung derart bemessen ist, daß die dynamische Anodenstromsteuergitterspannungscharakteristik der Reaktanzröhre für die modulierenden Schwingungen zumindest annähernd quadratisch ist.
3. 3. Schaltung nach Anspruch 2, bei der die statische Anodenstromsteuergitterspannungscharakteristik der Reaktanzröhre durch eine Potenzfunktion mit einem Exponenten größer als 2 dargestellt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kathodenleitung ein für die modulierenden Schwingungen nicht kurzgeschlossener Ohmscher Widerstand liegt, der der Hälfte des reziproken Wertes der Steilheit höchstens gleich ist.
4. 4. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die zu modulierenden Schwingungen und die modulierenden Schwingungen verschiedenen Steuergittern der Reaktanzröhre zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß^ die Rückkopplung ι?·5 derart bemessen ist, daß die dynamische

   Charakteristik der Reaktanzröhre, die den Anodenstrom als Funktion der Spannung desjenigen Steuergitters darstellt, dem die modulierenden Schwingungen zugeführt werden, für die modulierenden 'Schwingungen zumindest annähernd eine lineare Funktion ist.

   S. Schaltung nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß· ein für die modulierenden Schwingungen nicht kurzgeschlossener Ohmscher Widerstand in den Anodenkreis oder in. den Stromkreis eines oder mehrerer Schirmgitter aufgenommen ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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