DE869358C

DE869358C - Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation einer elektrischen Schwingung

Info

Publication number: DE869358C
Application number: DEN2573D
Authority: DE
Inventors: Gerard Hepp
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1942-07-11
Filing date: 1943-07-09
Publication date: 1953-03-05
Also published as: GB643712A; NL65812C; FR896849A; CH250224A; BE451440A; US2539952A; NL106866B

Description

Zur Frequenzmodulation elektrischer Schwingungen ist es bekannt, eine sogenannte Reaktanzröhre zu verwenden, d. h. eine Entladungsröhre, die derart betrieben wird, daß ihr Anodenstrom etwa 5 oo⁰' phasenverschoben in bezug auf ihre Anodenspannung ist, so daß sie sich wie eine Selbstinduktion oder Kapazität verhält. Diese Röhre wird gewöhnlich parallel zum Abstimmkreis des Oszillators geschaltet, und durch Steilheitssteuerung der

ίο Reaktanzröhre wird die auf diese Weise parallel zum Kreis geschaltete Selbstinduktion der Kapazität in der Größe geregelt, was entsprechende Abstimmungsänderungen des Kreises herbeiführt.
Ein Nachteil dieser Schaltung besteht darin, daß die Reaktanzröhre parallel zum Abstimmkreis liegt, dessen Kapazität bei den in Betracht kommenden hohen Frequenzen gering ist. Kleine Änderungen in der Röhre haben also bereits einen verhältnismäßig so großen Einfluß auf die Frequenz, daß die Stabilität zu wünschen übrig läßt. Außerdem haben Änderungen des inneren Widerstandes der Reaktanzröhre Amplitudenmodulation zur Folge.

Bei einer Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation einer mittels einer rückgekoppelten Oszillatorröhre erregten elektrischen Schwingung, in welcher dem frequenzbestimmenden Schwingungskreis der Oszillatorröhre ein in einem Modulator erzeugter amplitudenmodulierter Strom zugeführt wird, welcher nahezu 90° in der Phase verschoben ist gegenüber der Spannung am Schwingungskreis, wird der obenerwähnte Nachteil vermieden, wenn gemäß der Erfindung Mittel vorgesehen sind, wodurch die im Modulator erzeugte amplitudenmodulierte Schwingung mit solcher

Phase auf ein Steuergitter der Oszillatorröhre zur Einwirkung gebracht wird, daß diese Röhre einen zusätzlichen Strom durch den Schwingungskreis schickt, der um etwa 190⁰' in der Phase verschoben ist gegenüber der Spannung am Schwingungskreis. Zu diesem Zweck kann die letztgenannte Röhre mit einem besonderen Steuergitter versehen sein; es ist aber auch möglich, die vorgenannte phasenverschobene Spannung und die rückgekoppelte Spannung to des Oszillators zusammen auf dasselbe 'Gitter zu schalten, und es ist ebenfalls möglich, eine dieser beiden ,Spannungen in der Kathodenleitung der Oszillatorröhre wirksam zu machen.

Bei Anwendung dieser Schaltart liegt die Reaktanzröhre nicht mehr parallel zum Abstimmkreis, und es werden daneben noch einige weitere Vorteile erzielt, die aus folgendem hervorgehen.

In der Zeichnung zeigt Fig. 1 die obengenannte bekannte Schaltung für Frequenzmodulation mit einer Reaktanzröhre. Eine Oszillatorröhre 1 besitzt in ihrem Anodenkreis einen Abstimmkreis 2, der über eine Rückkopplungsspule 3.. in solcher Phase auf das Steuergitter 5 der Röhre einwirkt, daß Schwingungen entstehen. Die Anode 6 ist unmittelbar galvanisch mit der Anode ir und über einen kleinen Kondensator 7 mit dem Steuergitter 8 einer Reaktanzröhre 9 verbunden. Das Gitter 8 erhält über einen Widerstand 10 seine Modulationsspannungen aus einer Quelle 15.

Weil die Reaktanz des Kondensators 7 für die Betriebsfrequenz groß in bezug auf den Widerstand 10 ist, so wird die auf das Gitter 8 gelangende Spannung der Anodenspannung um etwa 90⁰' voreilen, so daß sich die Röhre nahezu wie eine Kapazität verhält. Die Größe dieser Kapazität ist von der Steilheit der Röhre abhängig, und diese wird durch die bei 15 abgegebene Modulationsspannung beeinflußt. Weil die Anode 11 mit dem einen Pol und die Kathode der Röhre 9 hochfrequenzmäßig mit dem anderen Pol des Abstimmkreises 2 verbunden ist, liegt die Röhre 9 parallel zum Kreis 2, was die oben bereits erwähnten Nachteile hat.

Diese Nachteile-können vermieden werden, wenn

man erkennt, daß es bloß darauf ankommt, im Kreis 2 gleichzeitig zwei Ströme fließen zu lassen, die im folgenden mit I₁ bzw. I₂ bezeichnet sind, von denen der eine unabhängig von der Modulation ist, während der andere, der in bezug auf den ersten um etwa 90° in der Phase verschoben ist, sich in der" Amplitude linear mit der Modulation ändern soll. Beim Schaltbild nach Fig. 1 wird der Strom J₁

von der Oszillatorröhre 1 geliefert, während der um 9Ö⁰ in der Phase verschobene (voreilende) Strom I₂ von der Röhre 9. geliefert wird. Wenn man die Reaktanzröhre auf. einem nahezu quadratischen Teil ihrer Charakteristik arbeiten läßt, so wird I₂ linear

von der Modulationsspannung abhängen.

Das Vektordiagramm für zwei verschiedene Modulationsspannungen, die Strömen I₂ bzw. I₂" entsprechen, ist in Fig. 2 dargestellt.

Der Vektor OA deutet den unveränderlichen Strom. I₁ an, während die Vektoren AB bzw. AC die Ströme I₂' bzw. I₂" darstellen. Im Kreis 12: fließt die vektorielle Summe der beiden Ströme, die im erstgenannten Fall durch OB und für den zweiten Fall durch OC dargestellt wird.

Eine Schaltung nach der Erfindung, bei der nahezu der gleiche Stromverlauf im Kreis 2 erzielbar ist, ohne daß die Röhre 9 parallel zu diesem Kreis liegt, ist in Fig. 3 der Zeichnung dargestellt.

Diese Schaltung ist insofern von der nach Fig. 1 verschieden, als die Anode 11 der Reaktanzröhre nicht mit der Anode 6 und mit dem einen Pol des Kreises 2, sondern über einen Blockkondensator 12 mit dem über einen Widerstand 13 geerdeten . S teuer gitter 5 der Röhre 1 verbunden ist. Die rückgekoppelte Spannung wird hierbei in der Kathodenleitung der Röhre 1 wirksam gemacht, kann aber auch auf andere Weise zwischen Steuergitter und Kathode angelegt werden. Die Speisung der Röhre 9 erfolgt über einen Widerstand 14.

Zwischen dem Gitter und der Kathode der Oszillatorröhre liegt noch die Reihenschaltung einer Selbstinduktion 22 und eines .Blockkondensators 23; diese Selbstinduktion hat einen solchen Wert, daß die unerwünschte Auswirkung der Gitter-Kathoden-Kapazität der Röhre ausgeglichen wird. Etwa zum gleichen Zweck ist parallel zum Anodenwiderstand 14 und zur Reaktanzröhre 9, die jetzt eigentlich nicht mehr eine Reaktanzröhre in der üblichen Bedeutung dieses Wortes ist und deshalb im folgenden als Modulationsröhre bezeichnet wird, eine die Anodenkapazität dieser Röhre ausgleichende Selbstinduktion iS angeordnet.

Die Spannung an der Anode 11, die der an der Anode 6 um etwa '90⁰ voreilt, wird nun durch Vermittlung des (Blockkondensators 1121 dem Steuergitter 5 der Oszillatorröhre aufgedrückt. Hierbei sei bemerkt, daß das gleiche Ergebnis auch erzielbar ist, wenn die Phasendrehung nicht durch das Netzwerk 7, ϊο, sondern durch das Netzwerk 12, 13 erfolgt. Dies ist dadurch erzielbar, daß dem Kondensator 17 ein großer Wert und dem Kondensator 12 ein kleiner Wert, statt umgekehrt, gegeben wird. Es hat sich gezeigt, daß diese Schaltungsanordnung in der Praxis vorteilhaft ist.

Zwischen dem Gitter 5 und der Kathode der Röhre ι ist somit die vektorielle Summe d.er um 90P voreilenden Spannung und der rückgekoppelten Spannung wirksam, die um etwa i8o'° in bezug auf die Spannung der Anode 6 phasenverschoben ist. Der infolgedessen von den Röhren 1 dem Kreis 2 gelieferte Strom wird die vektorielle Summe der beiden in Fig. 1 von den Röhren 1 und 9 gesondert gelieferten Ströme I₁ und I₂ sein, so daß bei Modulation der Strom in diesem Kreis genau so wie bei der Schaltung nach Fig. i; reagieren wird. Es wird somit gewissermaßen auch hier eine nach der Größe durch die Modulation bedingte ^Kapazität parallel zum Kreis 2 geschaltet.

Das Vektordiagramm nach iFig. 2 wird also auch für Fig. 3 gelten, wenigstens solange der Strom I₁ bei Modulation unverändert bleibt, was z. IB¹. dadurch erzielbar ist, daß man die Begrenzung, die selbstverständlich bei jedem Oszillator erforderlich ist, nicht im Strom der Oszillatorröhre erfolgen

läßt, sondern ζ. B. dadurch, daß man ein begrenzendes Element parallel zum Abstimmkreis schaltet oder die Anodenspannung dieser Röhre so niedrig wählt, daß die Kreisspannung bereits hierdurch hinreichend begrenzt wird. Bei Begrenzung im Röhrenstrom wird hingegen die Vektorsumme der beiden Ströme z. B.. bis zur Länge OA nach Fig. 2 begrenzt sein. Das Vektorbild ist dann dem in Fig. 4 dargestellten ähnlich. Hierbei ist I₂' (gleich ίο DB') entsprechend AB nach Fig. 2, und es ist ebenfalls I₂" gleich EC entsprechend AC nach Fig. 2. Der Strom I₁, der anfänglich einen Wert OA hatte, verringert sich nunmehr aber bis auf OD bzw. OE, was Amplitudenmodulation bedeutet und unerwünscht ist.

Im folgenden werden einige Schaltungen beschrieben, bei denen dieser Fehler, der übrigens bei den normal vorkommenden Modulationstiefen vielfach noch innerhalb der Toleranz fällt, praktisch nicht auftritt.

Eine solche Schaltung kann z. BL auf dem Prinzip beruhen, daß dem Steuergitter der Röhre 1 noch eine dritte Spannung aufgedrückt wird, die an sich einen Strom I_B in der Röhre zur Folge haben würde, der in Gegenphase zu I₂ ist und der Größe nach dessen mittlerem Wert entspricht. Vektoriell ist dies im Vektorbild nach Fig. 5 dargestellt. Zum Vergleich mit Fig. 4 ist hierbei angenommen, daß der Wert EC dem Maximalwert von I₂ entsprach. Wenn man in Fig. 5 den Vektor /₃ durch HF — Va EC (nach der Größe) darstellt, so zeigt es sich, daß sich der Wert von I₁ zwischen maximaler und verschwindender Modulation nur zwischen den Grenzwerten OA und OH ändert.

Ein einfaches Verfahren zur Durchführung dieses Prinzips ist in Fig. 3 veranschaulicht. Im Kreis der Rückkopplungsspule 3 ist nämlich ein phasenverdrehender Teil 16, 17 angeordnet, und der Wert der rückgekoppelten Spannung ist etwas vergrößert, das eine und das andere derart, daß die resultierende rückgekoppelte Spannung einen Strom in der Röhre zur Folge hat, der die vektorielle Summe der Ströme I₁ und I₃ ist.

Eine andere Schaltung, bei der dieser Übelstand nicht auftritt, erhält man durch Verwendung zweier im Gegentakt geschalteter Modulationsröhren, die zusammen auf eine einzige Oszillatorröhre einwirken. Die Vektorsumme I₁ + I₂ wird sich dann symmetrisch um den Vektor I₁ bewegen, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel davon. Die Anode 6 der Oszillatorröhre ist hierbei über zwei Kondensatoren 7 bzw. 7^ mit den Gittern S bzw. 8' zweier in Gegentakt geschalteter Modulationsröhren 9 bzw. 9' verbunden. Die von der Quelle 15 stammende Modulationsspannung wird über einen Transformator 29 und die beiden zusammen mit den Kondensatoren 7 und 7' die für die Oszillatorspannung gewünschte Phasenverdrehung ergebenden Widerstände 10 bzw. 10' in Gegentakt den beiden Gittern 8 und 8' aufgedrückt. Mit den in den Anodenkreisen der beiden Röhren 9 und 9' liegenden Spulen' 18 und 18' sind zwei in Reihe geschaltete Spulen 28 bzw. 218' gekoppelt, die zwischen dem Gitter 5 und der Kathode der Oszillatorröhre liegen. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist nach dem oben Geschilderten ohne weiteres klar.

Bei den zwei vorgenannten Schaltungsarten, die beide auf dem Gegentaktprinzip beruhen, erhält man neben der Beseitigung des vorgenannten Fehlersi noch insbesondere die bekannten, diesem Prinzip innewohnenden Vorzüge der Stabilität, weil die mittlere in der Phase verschobene Komponente der Spannung gleich Null ist.

Die Erfindung ist insbesondere zur Anwendung zusammen mit einer bereits vorgeschlagenen Schaltung geeignet, bei der ein Teil des in der Reaktanzröhre fließenden Stromes, der in der Amplitude durch das Signal moduliert worden ist, nach Demodulation in Gegenphase auf die Röhre rückgekoppelt wird. Ein Beispiel der Anwendung mit einer solchen Schaltung ist in Fig. 7 dargestellt, die mit Ausnahme der im folgenden zu beschreibenden Hinzufügung mit Fig. 3 übereinstimmt.

Mit der Selbstinduktion 18 im Anodenkreis der Modulationsröhre 9 I₁St eine Spule 24 induktiv gekoppelt. Die darin induzierten Ströme gehen durch ein Tiefpaßfilter 25 hindurch und werden von einer Diode 261 gleichgerichtet. Über dem Ausgangswiderstand 2.7 dieser Diode treten auf diese Weise im Rhythmus der niederfrequenten, bei 15 aufgedrückten Modulationsspannungen Schwingungen auf, und zwar durch richtige Anordnung der Diode 26 in der Gegenphase. Der Widerstand 27 liegt nun in Reihe mit der Modulationsquelle 15 zwischen Kathode und Gitter der Röhre 9. Die Anwendung dieser Gegenkopplungsart zusammen mit einer Schaltung gemäß der Erfindung ist ganz besonders einfach, weil dabei der Strom durch die Modulationsröhre ohnehin außerhalb des Anodenkreises des Oszillators bleibt und also keine besonderen Maßnahmen getroffen zu werden brauchen, um diesen Strom für Gegenkopplungszwecke herauszutrennen.

Weiter eignet sich die Erfindung besonders zur Anwendung zusammen mit einer Schaltung zur Frequenzmodulation einer Trägerwelle, bei der die Modulationsspannung nicht, wie es sonst üblich war, als veränderliche Gitterspannung an die Modulationsröhre angelegt wird und auf diese Weise no steuernd auf die Steilheit dieser Röhre einwirkt, sondern im Anodenkreis der Modulationsröhre wirksam gemacht wird. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Schaltungsanordnung ist in Fig. 8 dargestellt. Diese entspricht im wesentlichen der Schaltung nach Fig. 3, aber die Modulationsspannung 15 ist aus dem Gitterkreis der Modulationsröhre 9 nach dem Anodenkreis dieser Röhre verlegt worden, wo sie mittels eines Transformators 28 wirksam gemacht ist.

Claims

Patentansprüche:

i. Schaltungsanordnung zur Frequenzmodulation einer mittels einer rückgekoppelten Oszillatorröhre erregten elektrischen Schwingung, in welcher dem frequenzbestimmenden

Schwingüngskreis der Oszillatorröhre ein in einem Modulator erzeugter amplitudenmodulierter Strom zugeführt wird, welcher nahezu 90⁰ in dier Phase verschobien: ist gegenüber der Spannung am Schwingungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß' Mittel vorgesehen sind, wodurch die im Modulator erzeugte amplitudenmodulierte Schwingung mit solcher Phase auf ein Steuergitter der Oszillatorröhre zur Einwirkung gebracht wird, daß diese Röhre einen zusätzlichen Strom durch den Schwingungskreis schickt, der um etwa 90 ° in der Phase verschoben ist gegenüber der Spannung am Schwingungskreis.

0 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatorröhre durch Rückkopplung des Anoden- und Kathodenkreises schwingt und mit einer Modulationsröhre zusammenarbeitet, deren Anode kapazitiv

oder induktiv mit dem Steuergitter, gegebenenfalls mit einem der Steuergitter der Oszillatorröhre gekoppelt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem der Gitter der Oszillatorröhre außerdem noch eine zweite Hilfsspannung wirksam gemacht wird, deren Mittelwert in der Größe dem Mittelwert der ersten Hilfsspannung entspricht und mit dieser in Gegenphase ist.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des in der Modulationsröhre fließenden Stromes nach Demodulation in der Gegenphase auf diese Röhre rückgekoppelt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die modulierende Spannung im Anodenkreis der Modulationsröhre wirksam gemacht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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