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Schaltung zur Modulation von Hochfrequenzschwingungen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltung zur Modulation eines Röhrengenerators für Hochfrequenzschwingungen
mit mindestens einer Entladungsröhre, welche bei gleichzeitiger Steuerung durch
eine im wesentlichen amplitudenkonstante Hochfrequenzschwingung und eine Modulationsschwingung
einen entsprechend der Modulatiansschwingung amplituden.veränderlichen, Hochfrequenzstrom
abgibt. Die Erfindung findet ihre wichtigste Anwendung bei Anordnungen zur Frequenzmodulation
von Röhrengeneratoren für Hochfrequenzschwingungen, wo in der Modulationsröhre ein
entsprechend der Modulationsschwingung amplitudenveränderlicher hochfrequenter Blindstrom
erzeugt wird. Daher soll das Wesen der Erfindung an Beispielen erläutert werden,
welche Anordnungen zur Frequenzmodulation betreffen.
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Abb. i zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine bekannte Anordnung,
von welcher die Erfindung ausgeht. Der Strom i", der. Wirkstromröhre i und der Strom
iB der Blindstromröhre 2 fließen durch den gemeinsamen Ausgangskreis 5. Der Strom
iß soll in 2 durch die an den Klemmen 3 und q. liegende Modulationsspannung
Um amplitudenmoduliert werden. Die Schaltungseinzelheiten der Röhrenstufen
i und 2 sind hier nicht von Bedeutung. Der Ausgangskreis 5 kann, wie angedeutet,
ein einfacher Parallelresonanzkreis sein. Zur Schwingungsanfachung führt eine Rückkopplungsverbindung
zur Wirkstromröhre i. Von dieser Verbindung aus erfolgt über das Kopplungsglied
6, wo eine Phasenverschiebung von go° bewirkt wird, die hochfrequente Steuerung
der Blindstromröhre 2.
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Abb. 2 zeigt in einem Vektorbild die Wirkungsweise dieser bekannten
Anordnung. Aus i", und dem mit der Zeitfunktion s (t) amplitudenveränderlichen Blindstrom
iB - s (t) wird der resultierende Strom i"" gebildet, dessen jeweiliger Phasenwinkel
gegenüber
i" gleich cps ist und der am Ausgangskreis 5 eine entsprechende Spannung hervorbringt,
von der die Rückkopplung abgezweigt ist. Es stellt sich nun. diejenige Schwingungsfrequenz
ein, für welche die Anfachung am stärksten ist; dies ist der Fall, wenn die rückgekoppelte
Spannung in Phase ist mit iw;. Man übersieht, daß dazu am Kreise 5 eine zu qgs entgegengesetzte
Phasendrehung es von ires erzeugten Spannungsab-fall-es erforderlich ist, und dies
ist möglich, indem sich die Frequenz um eine gewisse Verstimmung v, neben* der Resonanzfrequenz
von 5 einstellt, wobei v, mit iB # s (t) bzw. 99, zu- und abnimmt.
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Um ,gute übertragungseigenschaften zu gewährleisten, ist für einen
modulierten Hochfrequenzgenerator ein linearer Zusammenhang zwischen dem Hochfrequenzstrom
und der Modulationsspannung zu fordern. Dies gilt im besonderen Maße auch für die
-Blindstromstufe l in Abb. i. Außerdem ist es auch erwünscht, beim Auswechseln der
in der Blindstromstufe befindlichen Entladungsröhre gegen eine andere der gleichen
Type die infolge der unvermeidlichen Streuung der Röhrenkennwerte eintretende Änderung
des bei gleicher Modulationsspannung Um fließenden Blindstromes möglichst
klein zu halten; damit beim Röhrenwechsel Verstimmungen der mittleren Frequenz möglichst
gering bleiben und Nachstimmarbeiten vermieden werden.
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Es ist bekannt, daß die Anwendung von Gegenkopplung beim Röhrenwechsel
durch ihre ausgleichende Wirkung Nachregelungen der Arbeitspunkteinstellung unter
Umständen entbehrlich macht, Man hat eine Gegenkopplung, beispielsweise durch einen
für den Hochfrequenzstrom kapazitiv überbrückten Ohmschen Widerstand in der Kathodenleitung,
auch bei Modulatorröhren sowohl für den Zweck der Amplituden- als auch der Frequenzmodulation
verwendet.
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Bei der Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist jedoch
die Anwendung einer Gegenkopplung allein nicht geeignet, den gewünschten Erfolg,
nämlich die Linearisierung der hochfrequenten Ausgangskennlinie, bezogen auf die
Modulationsspannung; zu gewährleisten. Gegen-*koppeln kann man nur den mittleren
Röhrengleichstrom bzw. die mittlere Röhrengleichspannung, nicht aber den Hochfrequenzstrom
bzw. die Hochfrequenzspannung.- Die Rückführung einer im wesentlichen- in Gegenphase-
zur -modulationsfrequenten Steuerung wirkenden,ebenfalls modulationsfrequenten Spannung
aus dem Ausgangskreis der Modulationsröhre oder einem an diesen direkt oder über
weitere Röhren bzw. Verstärkerstufen angekoppelten Kreis auf die Modulationsröhre
kann im allgemeinen nur einen linearisierenden Einfluß auf die Abhängigkeit des
modulationsfrequenten Ausgangsstromes- von der Modulatiousspannung ausüben. In einer
Modulatorstufe-interessiert aber nicht der inodulationsfrequente Ausgangsstrom,
sondern der Hochfrequenzstrom.
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Durch die Erfindung ist es aber möglich, -die die Abhängigkeit des
hochfrequenten Ausgangsstromes von der Modulationsspannung- darstellende Modulationskennlinie
durch eine modulationsfrequente Gegenkopplung in dem gewünschten Sinne zu beeinflussen.
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Zur Erfüllung der genannten Forderungen soll erfindungsgemäß die Einstellung
der Ruhespannungen an den Röhrenelektroden der Modulationsröhre und die Aussteuerung
der Röhrenkennlinie durch die Hochfrequenzschwingung derartig gewählt sein, daß
der Stromflußwinkel wesentlich kleiner als 9o° und vorzugsweise nicht größer ist
als q.0°. Unter dem Stromfiußwinkel ist hier die Hälfte des in Winkelgraden oder
in Bogenmaß ausgedrückten Teiles einer vollen Aussteuerungsperiode zu verstehen,
in welchem Strom durch die Röhre fließt. Wenn im Anodenstrom-Gitterspannungs-Schaubild
eine idealisierte Röhrenkennlinie in Form einer von der Abszissenachse ausgehenden
geneigten Geraden angenommen und der Arbeitspunkt in den unteren Knick der Kennlinie
gelegt wird, so ergibt sich ein Stromflußwinkel von 9ö°. Man erkennt, daß der entsprechend
der Erfindung geforderte Stromfiußwinkel eine sehr weit nach negativen Gittervorspannungswerten
gerichtete Verlagerung des Arbeitspunktes bedeutet.
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Wenn entsprechend der Erfindung die Arbeitspunkteinstellung und die
Hochfrequenzaussteuerung so gewählt werden, daß sich ein Stromflußwinkel von der
erwähnten Größe ergibt, ist der Hochfrequenzstrom der Modulationsröhre in eine feste
Beziehung zum Röhrengleichstrom gesetzt, und die Linearisierung der Kennlinie wirkt
sich auch auf die Vermeidung von Modulationsverzerrungen in bezug auf den Hochfrecauenzstrom
aus. Bei einem Stromfiußwinkel von q.0° ist der Gleichstrom halb so groß wie die
hochfrequente Stromamplitude, und die Stabilisierung des Gleichstromes durch die
Gegenkopplung stabilisiert gleichzeitig den Hochfrequenzstrom, so daß die erwünschte
Unempfindlichkeit der Schaltung gegen Röhrenwechsel erreicht wird.
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Abb. 3 zeigt eine Schaltung nach Art der Abt. i mit einer sog. Kathodenstabilisierung.
Es sind zwei Entladungsröhren vorgesehen, welche mit ihren Anoden an einem gemeinsamen
Hochfrequenzausgangskreis 5 angeschlossen sind und von denen über die eine, die
Modulationsröhre 2; ein entsprechend der Modulationsspannung U," amplitudenveränderlicher
Blindstrom und über die andere als Wirkstromröhre Z' ein praktisch konstanter Wirkstrom
durch den Ausgangskreis fließt. Die Röhre i arbeitet in Selbsterregung in der bekannten
Dreipunktschaltung. Die um 9o°' phasenverschobene Steuerung der Röhre 2. erfolgt
mit Hilfe des Spannungsteilers 7, B. Die Modulationsspannung U"t wird an den Klemmen
3, q. zugeführt. Als Gegenkopplungselement ist im Kathodenkreis der Modulationsröhre
der Widerstand 9 vorgesehen. Dieser ist durch den Kondensator i o. überbrückt; die
Größe des Kondensators io ist so gewählt, daß der resultierende Widerstand der Parallelschaltung
für den Hochfrequenzstrom wesentlich, für den Strom der Modulationsfrequenz aber
nicht wesentlich gegenüber dem Ohmschen Widerstand herabgesetzt ist.
Die
Arbeitspunkteinstellung und die Hochfrequenzaussteuerung sind zusätzlich zur Gegenkopplung
so gewählt, daß der Stromflußwinkel die erwähnte Größe erhält. Es ist natürlich
auch die Verwendung an sich bekannter Schaltungen zur Spannungsgegenkopplung möglich.
Dazu kann zwischen der Ausgangselektrode, einer Steuerelektrode und der Kathode
der Modulationsröhre eine beispielsweise durch Ohmsche Widerstände gebildete Spannungsteilerschaltung
vorgesehen sein.
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Bei Anordnungen zur Frequenzmodulation werden Gegentaktschaltungen
zweier Modulationsröhren bevorzugt angewendet, weil bei diesen für die Modulationsspannung
Null auch der Hochfrequenzstrom verschwindet, was bei unsymmetrischen Schaltungen
mit nur einer Röhre nicht erreichbar ist. Das Prinzip der Erfindung ist mit besonderem
Vorteil auch auf solche Gegentaktschaltungen anwendbar. Ein Beispiel ist in Abb.
4. dargestellt. Die beiden Modulationsröhren i i und 12 werden -von der an den Klemmen
13 und 14 zugeführten Modulationsspannung Um in Gegentakt gesteuert. Es sei angenommen,
daß die Phase der bei den Klemmen 16, 17 zugeführten hochfrequenten Steuerspannung
so gewählt ist, daß die Röhrenströme von 11, 1a reine Blindströme sind. Ist
Um gleich Null, so sind die beiden Röhrenströme einander praktisch gleich
und löschen wegen der Gegentaktschaltung im Ausgangskreis 15 einander aus. Weicht
LT. von Null ab, so wird der eine Röhrenblindstrom größer, der andere kleiner, und
die im Ausgangskreis wirksame Differenz der beiden Röhrenströme wird entsprechend
Um gesteuert. Die Gegenkopplung durch die Kathodenwiderstände 18, 1g und
die Lage des Arbeitspunktes durch die Gittervorspannung Ug sowie die Aussteuerung
durch die Hochfrequenzspannung UHF sind so gewählt, daß sich in beiden Röhren ein
Stromflußwinkel der erwähnten Größe ergibt. Dadurch tritt die erwünschte Linearisierung
der hochfrequenten Ausgangsstromkennlinieein, und Verschiedenheiten der Röhrendaten,
beispielsweise der statischen Kennliniensteilheit, werden praktisch ausgeglichen.
Daher tritt beim Röhrenwechsel praktisch auch keine Nullpunktverschiebung für den
hochfrequenten Ausgangsstrom ein., und die Anordnung ist besonders als Blindstromstufe
für Zwecke der Frequenzmodulation ,geeignet. Die Bezeichnung der Röhrenströme 1i
und 1a als Blindströme hat ihren Sinn natürlich nur in bezug auf einen Wirkstrom,
dem gegenüber die Ströme um go° phasenverschoben sind und mit dem, wie in den Abb.
1 bis 3, eine geometrische Addition erfolgt. Die Mittel zur Erzeugung dieses Wirkstromes
sind in Abb..I nicht dargestellt, ebenso nicht die '.Mittel zur phasenverschobenen
Steuerung von 1i und 1.2 an 16, 17 durch UHF; da sie nicht den Gegenstand der Erfindung
bilden. Es kann aber beispielsweise zur Vervollständigung der Anordnung nach Abb..I
angenommen werden, daß dem Ausgangskreis 15 aus einem Wirkstromgenerator ein amplitudenkonstanter
Wirkstrom, wie in Abb. i dem Ausgangskreis 5, zufließt. Die Steuerspannung UHF könnte
von der Steuerspannung des Wirkstromgenerators über ein um go°' phasendrehendes
Kopplungsglied abgezweigt sein. Es ist aber auch möglich, die Blindstromkomponente
und die Wirkstromkomponente zusammen in den Röhren i 1, 12 zu erzeugen, beispielsweise
durch eine geeignete Phasenverschiebung der Steuerspannungen der' beiden Röhren
i i und 12 gegeneinander.
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Wenn man von der Verwendung für die Zwecke der Frequenzmodulation
absieht, so stellt die Anordnung nach Abb. d. eine Schaltung zur Amplitudenmodulation
eines Hochfrequensstromes dar, in welcher sich die durch die Erfindung gebotenen
Vorteile (Linearisierung der hochfrequenten Ausgangsstromkennlinie, Verbesserung
der Gegentaktwirkung und Unempfindlichkeit gegenüber Röhrenwechsel) ebenfalls auswirken.
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In Abb. q. werden die beiden Röhren von der Hochfrequenzspannun.g
in Gleichtakt gesteuert, während ihre Ausgangselektroden mit dem gemeinsamen Ausgangskreis.
in Gegentakt verbunden sind. Es ist auch die umgekehrte Anordnung möglich, daß nämlich
die beiden Röhren von der Hoch.frequenzspannung in Gegentakt gesteuert werden.,
während ihre Ausgangselektroden mit dem gemeinsamen Ausgangskreis in Parallelschaltung
(Gleichtakt) verbunden sind. In beiden Fällen ist die Gegenkopplung durch je einen
in die Kathodenzuleitung eingeschalteten Ohmschen Widerstand mit kapazitiver Überbrückung
in gleicher Weise anwendbar.
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Da die wirksame Steilheit der Schaltung bei Gegenkopplung gegenüber
der Steilheit der Gitterspannungs-Anodens.trom-Kennlinie für die Röhre ohne Gegenkopplung
und ohne äußere Belastung wesentlich herabgesetzt ist, sollen bei Anwendung der
Erfindung zweckmäßigerweise Röhren mit großer Steilheit der Gitterspannung-Anodenstrom-Kennlinie
verwendet werden. Es sei erwähnt, daß an Stelle der gleichzeitigen Zuführung von
Modulationsspannung und Hochfrequenzspannung an einer gemeinsamen Möhrenelektrode
auch alle bekannten Verfahren der Doppelsteuerung an verschiedenen Röhrenelektroden
ebenso anwendbar sind.