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Schaltungsanordnung zur Verringerung von Impulsstörungen bei Funkempfängern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Verringerung von Impulsstörungen
bei Funkempfängern, bei der ein Element, z. B. eine Diode, benutzt wird, das den
Strom nur in einer Richtung durchläßt und das mit der Signalquelle und einer Ausgangsimpedanz
in Reihe gelegt ist, und bei der an dieses. Element über einen hohen Widerstand
eine solche Gleichspannung angelegt wird, daß es einen gewissen Strom durchläßt,
so daß es für den Signalstrom leitend ist, soweit dieser eine bestimmte Amplitude
nicht überschreitet, wobei der Ausgangskreis kapazitiv ist.
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Solche Schaltungsanordnungen sind bekannt. Sie ermöglichen es, eine
Begrenzung der in der Signalduelle auftretenden Impulse zu bewerkstelligen.. Es
ist auch bekannt, hierbei zwei Dioden in entgegengesetztem Sinne in Reihe zu legen;
in dies;- Fall können sowohl positive als auch negative Impulse begrenzt werden.
Bei den bekannten Schaltungen wird die Begrenzung von. der Frequenz des 'N iederfredue;nzsigna;ls
abhängig gemacht, indem bei manchen dieser Ausführungsformen in den Ausgangs.kreis
die Reih enschaltun.g eines Widerstands und eineis Kondensators eingefügt wird.,
so daß bei höheren Frequenzen der Signalenergie eher von der Diode oder den Dioden
durchgelassene Signalstrom höher als bei niedrigeren Frequenzen ist. Es ist bei
solchen Schaltungsanordnungen Üblich, unmittelbar den in Reihe mit dem Detektor
des Empfangsgeräts gelegten hohen Ohmschen Widerstand als Signalquelle zu benutzen.
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Die Erfindung bezweckt, eine Verbesserung dieser Schaltungsanordnung
zu schaffen, wodurch nicht nur eine Begrenzung, sondern eine praktisch vollständige
Unterdrückung der in der Signalspannung auftretenden Impulse erzielt wird. Es
wird
dabei die Erscheinung benutzt, daß die Änderung der Impülsspannung mit der Zeit
beim Auftreten des Impulses im allgemeinen bedeutend größer ist ails die Änderung
der wirksamen Signalspannung mit der Zeit. Damit dieser Unterschied zwischen der
Signalspannung und der Impulsspannung jedoch zum Unterscheiden von Impulsen und
Signalen benutzt werden kann, ruß dafür gesorgt werden, daß bei der vorstehend erwähnten
Schaltungsanordnung die infolge eines unerwünschten Impulses auftretende Stromkomponente
nahezu proportional mit der Änderung der Eingangsspannung mit der Zeit isst. Zu
diesem Zweck ist es. u. a. .erforderlich, daß die im Kreis enthaltenen, in Reihe
gelegten Widerstände, die ü. a. aus. dem. Innenwiderstand der Signalquelle und demjenigen
.der Diode bestehen, möglichst klein gehalten werden, und die Ausgangsimpedanz ruß
-%veitgehendst rein kapazitiv sein. Nur in diesem Fall wird eine plötzliche Zunahme
der Eingangsspannung eine so starke Stromänderung veranlassen, daß die Diode praktisch
sofort den Stromkreis unterbricht. Deswegen wird gemäß der Erfindung bei einer vorstehend
beschriebenen Schaltungsanordnung der Innenwiderstarvd der Signalquelle zuzüglich
des Innenwiderstands der Diode und der etwaigen weiteren Reihenwilderstände gegenüber
der vom Kondensator für die höchste Signalfrequenz gebildeten. Impedanz gering gewählt;
er beträgt maximal 5000 Ohm, während der Parallelwiderstand der kapazitiven
Ausgangsimpedanz gegenüber letzterer Impedanz groß ist, derart, daß beim Auftreten
einer Impulsspannung der das nichtlineare Element durchfließende Strom praktisch
unmittelbar unterbrochen oder nahezu unterbrochen. wird und daß während der Impulsdauer
die Verbindung zwischen-dem Ausgangskreis und dem Eingangskraifs behoben ist.
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Es ist umerwünscht, wie bei der bekannten Schaltungsanordnung, in
Reibe mit dem Ausgangs-' kondensator einen Widerstand aufzunehmen.
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Um die erwähnten Bedingungen zu erfüllen, ist es im allgemeinen nicht
möglich, die Schaltung unmittelbar an :den in Reihe mit dem Detektor für die Zwischenfrequenzschwingungen
geschalteten-Widerstand anzuschließen, da dieser Widerstand zum Erreichen des anges.trebroen
Zwecks wesentlich zu hoch ist. Es ist daher meist erwünscht, die diesem Widerstand
entnommene . Nieder frequenzschwingun@g zu verstärken und als Signalqualle einen
verhältnismäßig niedrigen Widerstand zu verwenden, der in den Anodenkreis des Verstärkers-
eingefügt isst. Vorzugsweise wird dabei eine Spamnungsgegenkopplung angewendet.
Eine besonders vorteilhafte 'Schaltungsanordnung ergibt sich, wenn die erwähnte
Verstärkung unter Zuhilfenahme einer sogenannten Kathodenfolgeröhre durchgeführt
wird, wobei der in die Kathodenleitung dieser Röhre eingefügte Widerstand die Signalquelle
mit niedrigem Innenwiderstand bildet.
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Es ist bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung oft enclünscht,
auf bekannte Weise zwei in entgegengesetztem Sinne geschaltete Begrenzungsdioden
zu verwenden, obgleich dies nicht stets erforderlich sein, wird, da die Impulse
in der Ausgangsenergie des Detektors meistens nur eine einzig.,. Polarität haben,
wenigstens beim Empfang amplitudenmoldulierter Hochfrequenzschw ingungen.
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Der Sinn, in dem die Diode geschaltet ,sein ruß, ist von der Polarität
der Impulse abhängig. Beim Auftreten eines Impulses, dessen Spannungszunahme mit
der Zeit größer ist, als die des erwünschten Signals, wird infolge des Vorhandenseins
des Kondensators in der Schaltungsanordnung eine plötzliche Zunahme des Stroms auftreten,
wobei jedoch bei richtiger Schaltung der Diode diese nichtleitend wird, so daß für
die Impul.s,dauer die Diolde nicht von Strom durchflossen wird und keine Spannungszunahme
im Ausgangskreis, auftreten kann. Die Signalquelle wird also gleichsam für die Impulsdauer
von der Ausgangsimpedanz getrennt, und der Impuls .wird nicht auf letztere übertragen.
Indem jedoch der Kondensator eine gewisse elektrische Ladung enthält, die während
des Bestehens des. Impulses abließen kann., oder weil der Kondensator während des
Vorhandenseins eines Impulses von der Gleichspannun,gsquelde weiter aufgeladen werden
kann, tritt während des Impulses eine Spannungsänderung am Kondensator auf, die
sich unter Umständen als Störurig verhalten kann.. Gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung werden daher Mittel vo,rges"eben., durch die, nachdem der Strom der
Diode beim Auftreten eines Impulses unterbrochen worden ist, die Spannung an der
Ausgangsimpedanz während des Impulses sich nicht mehr ändern kann. Dies, bedeutet
tatsächlich, daß Sorgt. dafür getragen wird, daß der Ladungszustand des Ausgangskondensators
während des Impulses sich praktisch nicht ändern kann.
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Wie bereits erwähnt wurde, ruß die Änderung der Impulsspannung mit
der Zeit, zum Erreichen der beabsichtigten Wirkung, größer sein als die der Spannung
des erwünschten Signals mit der Zeit, mit anderen Worten, die Bandbreite des vorangehenden-Zivischenfrequenzverstärkers
ruß größer sein äls zum Durchlaß des Signals erforderlich ist, und außerdem ruß
die Zeitkonstante des Detektors einen niedrigen Wert haben. Die erste Bedingung
wird hui den meisten Nachrichtenübertragungsempfängern für Frequenzen von mehr als.
3o MHz bereits aus anderen Gründen vorhanden, sein. Der Zwischenfrequenzverstärker
wird vorzugsweise ein Frequenzband von zumindest 2o kHzdurchlassen müssen. Die Zeitkonstante
des vorangehenden Detektorkreisles. ruß weiter so gering sein, daß eine zu starke
Verlängerung' der Impulse vermieden wird.
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Der als Ausgangsbelastung geschaltete Kondensator wird eine gewisse
lineare Verzerrung der Signalspannung herbeiführen, die jedoch infolge des niedrigen
Wertes des Kreiswiderstands bei der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ziemlich
unwesentlich ist. Die Kapazität des erwähnten Kondensators wird vorzugsweise nicht
niedriger als 5oo pF gewählt. Ein anigemesisener Wert ist iooo pF. Die Summe der
Innenwiderstände der
Signalquelle und der Diode, die weitgehendst
gering sein muß, ist vorzugsweise nicht höher als 5ooo Ohm. Ein angemessener Wert
dafür ist i ooo Ohm.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Der Grundgedanke der Erfindung "ergibt sich aus der Schaltungsanordnung
nach Fig. i, wobeli angenommen ist. daß die Impulse der Signalquelle, die unterdrückt
werden sollen, mit positiver Polarität auftreten.
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In Fig. i bezeichnet i die Signalquelle, die z. B. Niederfrequenzeuergie
liefert und einen gewissen Innenwiderstand haben wird, der in der Figur mit 2 bezeichnet
ist. In Reihe hiermit ist die Diode 3 vorgesehen. Die Ausgangsspannung wird den
Klemmen 7 entnommen. Durch eine zwischen den Klemmen 5 angeschlossene Gleichspannungsqu-olle
wird Sorge dafür getragen, daß die Diode 3 einen solchen Gleichstrom führt, da,ß
sie auch den. Signalstrom völlig durchlassen kann. Der hohe Widerstand 6 sichert,
daß die erwähnte Gleichspannung quelle keinen. Kurzschluß für die Ausgangsschwingungen
bildet.
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Gemäß der Erfindung ist parallel zu den: Ausgangsklemm en 7 ein Kondensator
.t geschaltet. Beim Auftreten eines positiven Impulseis mit steilen Flanken wird
dieser Kondensator, wenn. der Widerstand des aus den Elementen 1, 2, 3 und ,4 bestehenden
Kreises hinreichend niedrig ist, einen direkt zur Steilheit der Flanke proportionalen
Strom aufzunehmen suchen, der jedoch begrenzt wird, da. dieser Strom dien Wert des
in entgegengesetztem Sinn die Diode 3 durchfließenden Gleichstroms nicht überschreiten
kann.
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Fig. 2 stellt eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung dar, bei
der negative Impulse unterdrückt werden können. Als Signalquelle ist der Widerstand
:2 wirksam, der in die Kathodenleitung einer vorangehenden Niederfrequenzverstärkeir,
röhre i i eingefügt ist. Die Klemmen 12 können an den üblichen- Detektorwiderstand
des. Empfangsgeräts angeschlossen werden. Der Widerstand :2 ist als eine Signalquelle
mit besonders niedrigem Innenwiderstand anzusehen. Bei dieser Sch:ailtungsanordnung
ist die Speisespannungsquelle für die Anode der Röhre i 1 auch als Quelle des Ruhestroms
für die Diode 3 wirksam.
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Eine Schaltungsanordnung, die sieh zum Unterdrücken sowohl positiver
als auch negativer Impulse gut eignet, ist in Fig. 3 dargestellt. Die Schaltungsanordnung
enthält zwei entgegengesetzt in Reihe gelegte Dioden 3 und 3', deren Ruheströme
unter Zuhilfenahme der Widerstände 25 und 29 auf die gewünschten Werte einstellbar
sind. Die: Wirkungsweise der Schaltungsanordnung entspricht im übrigen ganz derjenigen
der Fig. i und 2.
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Obgleich bei der beschriebenen Schaltungsanordnung bereits eine besonders
vorteilhafte Impuls-Unterdrückung erzielbar ist, können noch Störungen übrigbleiben,
da z. B. bei der Schaltungsanordnung nach Fig. i während des Impulses der Kondensator
4 sich über den Widerstand 6 lädt. Der `'Widerstand 6 hat einen besonders hohen
Wert gegenüber dem Innenwiderstand 2 der Spannung #squelle i und dem Innenwiderstand
der Diode 3, so daß unter no,rmaJen Bedingungen nur eine verhältnismäßig niedrige
Spannung an den Klemmen des Kon:densators.4 vorhanden. ist. Diese Spannung wird
z. B. für- den Fall, d-aß die Spannung der Spannungsquelle) 5 250 V beträgt
und der Wert des Widerstands des 2ofache des Wertes der übrigen Widerstände ist,
etwa 12 V betragen. Nachdem j,edoch der Stromdurchgang der Diode 3 infolge: des
Auftretens eines Impulses unterbrochen worden ist, wird die Spannung am Konden@.sator
d. bis zu einem Wert von 25o V zuwachsen suchen. Im allgemeinen ist die Dauer des
Impulses besonders kurz, so. daß die Zunahme der Spannung ziemlich unwesentlich
sein wird. Unter Umständen kann diese jedoch so groß sein, daß nach dem Verschwinden
des Impulses und nach dem erneuten Ledten:dwerden der Diode 3 eine verhältnismäßig
starke Abweichung zwischen dem Wert der Signalspannung im Augenblick des Aufh.örens
des Impulses und dem Wert der Spannung an den Klemmen 7 aufgetreten ist, wodurch
Verzerrungen entstehen können, die an sich wieder impulsartig sind. Eine äihnliche:
Erscheinung kann bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 2 auftreten. Hierbei wird
während der Dauer des Impulses der Kondensator q. sich über den Widerstand 6 entladen.
Gemäß der Erfindung kann diese Erscheinung dadurch unterdrückt werden, daß Mittel
vorgesehen werden, die bewirken, daß der Ladungszustand des Kondensators 4 während
des Auftretens des: Impulses sieh nicht ändern kann.
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F_in Beispiel einer Schaltungsanordnung, bei der solche Mittel vorhanden
sind, ist in Fig.4 dargestellt; dabei, sind entsprechende Einzelteile mit gleichen
Bezugsziffern wie in Fig. i bezeichnet. Als zusätzliches Element ist bei dieser
Schaltungsanordnung eine als Diode-Triode dargestellte Entladungsröhre 8 vorhanden,
deren Triodenteil die gleiche Funktion wie der Widerstand 6 in Fi.g. 2 erfüllt.
Unter üblichen Bedingungen wird also diz Diode 3 von einem von der Quelle 5 kommenden
Strom durchflossen werden, dessen Wert im wesontlich:en durch den Innenwiderstand
dies Triodenbeils der Röhre 8 bedingt ist, der verhältnismäßig hoch bemessen werden
wird. Über :den Widerstand 9 wird der Diode der Röhre 8 eine solche positive Vor-Spannung
gegeben, daß diese Diode praktisch einen Kurz,schluß für alle Signalspannungen bildet.
Zu diesem Zweck muß der Ruhestrom dieser Diode derart eingestellt sein, daß er stets
dien höchsten auftretenden Signalstrom etwas überschreitet. Da der Wert des Widerstands
9 bedeutend größer ist als die Impedanz des parallel zu ihr gelegten Kondensators,
io, so daß auch dieser Hilfskreis einen kapazitiven Strom führt, wird im Hilfskreis
der von der Eingangsspannung kommende Strom gleichfalls. praktisch proportional
zu der zeitlichen Änderung der Eingangsspannung sein. Infolgedessen -,;-erde:n infolge
eines Störimpulses auftretende Stromkomponenten so groß sein, daß die Diode nichtleibend
wird und praktisch die volle
negative Impulsspannung an dem mit
der Anode der Diode verbundenen Sbenergitter der Röhre 8 wirksam wird. Infodgedessen
wird diese Röhre nichtleitend, so, daß für die, Dauer des Auftretens des Impulses
der Kondensator 4 von den übrigen Teilen der Schaltungsanordnung getrennt ist,und
seine Spannung sich nicht ändern'kann.
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Bei der Schaltungsanordnung nach Fig.4 liegt eine größere übereinstimmung
zwischen der Spannung an den Ausgangsklemmen und der Spannung der Signalquelle nach
dem Verschwinden des Impulses vor und es könnte keine oder doch nahezu keine störenden
Ausgleichserscheinungen auftreten. Es wird hierbei selbstverständlich angenommen,
daß der Kondensator 4 sich nicht über die an die Klemme 7 _ angeschlossene Belastungsimpedanz
entladen kann. Nötigenfalls kann hiermit ein fester Kondensator in Reihe gelegt
werden.
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Eine aridere Schaltungsanordnung, bei der das gleiche Ergebnis: beim
Auftreten negativer Impulse erreicht wird, ist in Fig. 5 dargestellt.
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Außer den. bereits in Fig. 4 daPges.tel:lten Elementen enthält diese
Schaltung eine zweite Diode 14, die in Reihe mit der Röhre 8 gelegt ist und derer:
Anode. mit der Kathode der Diode 3 verbunden; ist. Weiter ist ein Widerstand 15
zwischen der Plusklemme der Speisequelle und der Anode der Röhre 8 vorhanden. Die
Bemessung der verschiedenen Elemente ist derart, daß der zum unverzerrt Hindurchlassen
des erwünschten Signals erforderliche Gleichstrom die Diode 3 und somit auch die
D-ioide 14 durchfließt. Die Schaltungsanordnung wirkt weiter praktisch auf gleiche
Weise wie die der Fmg. 4, mit dem Unterschied, .,aß zum Unterbrechen der Verbindung
des Kondensators 4 mit den übrigen Teilen der Schaltungsanordnung es nicht mehr
erforderlich ist, daß die Röhre 8 völlig nichtleitend gemacht wird, daß. es jedoch
genügt, daß der die Röhre 8 durchfließende Strom derart verringert wird, daß die
Diode 14 nichtleitend ist. Auf diese Weise ergibt sich eine Schaltungsanordnung,
die empfindlicher ist als. die Schaltungsanordnung nach Fig. 4, da die Röhre 8 nun
auch auf denjenigen Teil ihrer. Kennlinie eingestellt werden kann, wo die Steilheit
groß ist.
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Die Röhre 8 in den Fig. .4 und 5 braucht nicht eine Diode-Triode zu
sein; die Diodenwirkung kann vom Steuergitter erfüllt werden, wobei die Röhre noch
weitere Gitter enthalten kann,. Es ist vorteilhaft, eine Röhre mit Elektronenbündelung
zu verwenden, bei der eine geringe Änderung der Spannung an der Steuerelektrode
eine plötzliche Unterbrechung des Stroms herbeiführt.
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Fig. 6 stellt eine Schaltungsanordnung dar, unter deren Zuhilfenahme
positive Impulse unterdrückt werden können. Es ist in diesem Fall erforderlich,
noch einige Elemente zuzuordnen. Es muß z. B. die Hilfsdiode 21, welche das Steuergitter
der Röhre 8 mit Erde verbindet, über einen Widerstand g aus einer negativen Spannungsquelle
gespeist werden. Auch muß zum Vermeiden eines Gitters troms, der am Kondensator
io unerwünschte Ladespannungen hervorrufen würde, die Kathodenleitung der Röhre
8 mit einem Widerstand 18 mit parallel gelegtem Kondensator versehen sein. Zum Vermeiden
eines Kurzschlusses der Anodengleichspannung der Röhre 8 Über die Signalquelle ist
ein Sperrkondensator 22 in den Kreis eingefügt, während der Gleichstromkreis von
einem Widerstand 2,3 geschlossen wird. Damit unerwünschte Ladespannungen des Kondensators
22 nicht störend wirken, ist die Zeitkonstante der aus dem Kondensator a2 und dem
Wid@ershand 23 bestehenden Anordnung so groß bemessen, daß das Eingangssignal praktisch
unverzerrt an den Widerstand 2.3 gelangt.
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Auch bei dieser Schaltungsanordnung sind unter normalen Bedingungen
alle Dioden leitend. Sobald jedoch ein positiver Impuls auftritt, wird die Diode
3 dien. Strom zurückhalten, ähnlich wie die Diode 21. An dem mit der Kathode der
Diode 21 verbundenen Steuergitter der Röhre 8 wird dann. der positive Impuls. wirksam
werden; wodurch die Röhre 8 stark leitend wird und die Anodenspannung dieser Röhre
plötzlich -derart absinkt, daß auch die Diode 14 nichtleitend wird;. Der Ausgangskondensator
4 ist dann also wieder von den übrigen Teilen der Schaltungsanordnung getrennt und
behält während des Auftretens des Impulses seine Ladung bei. Nach dem Verschwinden
des Impulses werden alle Dioden wieder leihend und die Ausgangsspannung wird der
Eingangsspannung wieder folgen. können.