DE909582C - Circuit for frequency keying - Google Patents
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Description
(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)
AUSGEGEBEN AM 22. APRIL 1954ISSUED APRIL 22, 1954
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(Schweiz)(Switzerland)
Bei der Übertragung von Telegraphiezeichen mittels frequenzmodulierter Wellen genügt eine Frequenzänderung durch die Modulation von einigen hundert Hertz, bezogen auf Trägerfrequenzen im Bereich von 3... 30 MHz. Dies entspricht einer relativen Frequenzänderung (Frequenzhub) von io~4 bis 10—5. Würde man eine Reaktanzröhre für diese Modulierung verwenden, so könnte diese Frequenzvariation ohne weiteres in verhältnismäßig einfacher Weise erreicht werden. Ein Nachteil in der Verwendung von Reaktanzröhren liegt in der Tatsache, daß als Schwingkreis im frequenzbestimmenden Steuergenerator Spulen und Kondensatoren oder ein Schwingtopf oder ähnliches verwendet werden müssen. Eine entsprechende Anwendung bei Schwingkristallen kommt in der bekannten Schaltung als parallele Reaktanz kaum in Frage. Eine genügend hohe Frequenzkonstanz, z. B. von mindestens 10-", läßt sich mit Spulen und Kondensatoren oder mit Schwingtopf nur sehr schwer und unter entsprechend großem Aufwand erreichen. Der Aufwand hierfür bei einem Telegraphiesender steht in keinem rechten Verhältnis zum Aufwand für die übrigen Senderteile. Um eine sehr hohe Konstanz bei Trägerfrequenz, wie sie ein frequenzmodulierter Telegraphiesender erfordert, zu erhalten, ist die Anwendung eines kristallgesteuerten Steuergenerators erforderlich. Um nun einen kristallgesteuerten Sender trotzdem in der Frequenz modulieren zu können, ist es bekannt, die Modulation zunächst an einem aus Induktivität und Kapazität bestehenden elektrischen Schwingkreis, z. B. mittels einer Reaktanzröhre, durchzuführen und den Kristall nur als Frequenznormal für die Überwachung undWhen transmitting telegraphic characters by means of frequency-modulated waves, a frequency change by modulating a few hundred Hertz is sufficient, based on carrier frequencies in the range of 3 ... 30 MHz. This corresponds to a relative frequency change (frequency deviation) of io ~ 4 to 10. 5 If a reactance tube were used for this modulation, this frequency variation could easily be achieved in a relatively simple manner. A disadvantage in the use of reactance tubes lies in the fact that coils and capacitors or a vibrating bowl or the like must be used as the resonant circuit in the frequency-determining control generator. A corresponding application in oscillating crystals is hardly possible in the known circuit as a parallel reactance. A sufficiently high frequency constancy, e.g. B. of at least 10- ", can be achieved with coils and capacitors or with a vibrating bowl only with great difficulty and with correspondingly great effort At the carrier frequency required by a frequency-modulated telegraphic transmitter, a crystal-controlled control generator is required. In order to be able to modulate the frequency of a crystal-controlled transmitter anyway, it is known to first perform the modulation on an electrical oscillating circuit consisting of inductance and capacitance , e.g. by means of a reactance tube, and the crystal only as a frequency standard for monitoring and
Regulierung einer konstanten mittleren Frequenz zu verwenden.To use regulation of a constant mean frequency.
Der Aufwand für eine solche Einrichtung ist verhältnismäßig groß und dürfte sich wirtschaftlich, z. B. für frequenzmodulierte Telegraphiesender, kaum lohnen, zumal ja hier, wie bereits anfangs erwähnt, die Frequenzvariation nur relativ klein zu sein braucht und weit unter dem Frequenzhub liegt, der mit der Reaktanzröhre an sich erreicht werden könnte, ίο Die Erfindung betrifft nun eine Schaltung zur Frequenztastung eines rückgekoppelten Röhrengenerators mit im Verstärkungsweg liegenden phasendrehenden Schaltmitteln. Sie ist vorgesehen für die Frequenztastung eines Telegraphiesenders, dessen Frequenz mittels eines Kristalls oder sonstigen gleichwertigen elektrischen Schwingkreises stabil gehalten wird.The effort for such a facility is proportionate large and should be economical, e.g. B. for frequency-modulated telegraphic transmitters, hardly It is worthwhile, especially since here, as already mentioned at the beginning, the frequency variation only needs to be relatively small and is far below the frequency deviation that could be achieved with the reactance tube itself, The invention now relates to a circuit for frequency sampling of a feedback tube generator with phase-rotating switching means located in the amplification path. It is intended for the Frequency keying of a telegraph transmitter, its frequency by means of a crystal or other equivalent electrical oscillating circuit is kept stable.
Die Erfindung beruht auf der bekannten Tatsache, daß bei einem einen Schwingkreis aufweisenden rückgekoppelten Röhrengenerator die sich einstellende Frequenz nicht nur von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises abhängig ist, sondern auch von phasenverschiebendenEinflüssenauf dem Verstärkungsoder Rückkopplungsweg. Die Frequenz der erregten Schwingung entspricht nur dann genau der Resonanzfrequenz, wenn die rückgekoppelte Spannung des Verstärkers in Phase mit der erregenden Steuerspannung ist. Phasenvor- oder -nacheilungen haben entsprechende Frequenzänderungen der sich erregenden Schwingungen zur Folge, bis die Phasenabweichung auf dem Rückkopplungsweg oder an irgendeiner Stelle des Verstärkers durch entsprechendePhasenänderungen des den Schwingkreis erregenden Stromes und der entstehenden Schwingkreisspannung, welche als Steuerspannung des Verstärkers dient, ausgeglichen ist. Phasenverschiebungen zwischen dem erregenden Strom und der erregten Schwingkreisspannung sind aber immermit einer entsprechendenFrequenzänderung verbunden. Das ist ohne weiteres aus der Resonanzkurve und dem Phasenverlauf der Fig. 2 zu ersehen, die sich auf die Schaltung der Fig. 1 bezieht. Die Kurve U.2 zeigt den Verlauf der Schwingkreisspannung U2 bei konstantem Strom J1 bzw. der Speisespannung U1, falls R 9> 3Ϊ, in Abhängigkeit der Frequenz in der Nähe der Resonanzfrequenz f0. Bei genauer Übereinstimmung der Frequenz mitThe invention is based on the known fact that in the case of a feedback tube generator having an oscillating circuit, the frequency that is established is not only dependent on the resonance frequency of the oscillating circuit, but also on phase-shifting influences on the amplification or feedback path. The frequency of the excited oscillation only corresponds exactly to the resonance frequency if the voltage fed back from the amplifier is in phase with the exciting control voltage. Leading or lagging phases result in corresponding frequency changes in the excitation oscillations until the phase deviation on the feedback path or at any point in the amplifier is compensated for by corresponding phase changes in the current exciting the oscillating circuit and the resulting oscillating circuit voltage, which is used as the amplifier's control voltage. However, phase shifts between the exciting current and the excited resonant circuit voltage are always associated with a corresponding change in frequency. This can readily be seen from the resonance curve and the phase profile of FIG. 2, which relates to the circuit of FIG. The curve U. 2 shows the course of the resonant circuit voltage U 2 with a constant current J 1 or the supply voltage U 1 , if R 9> 3Ϊ, depending on the frequency in the vicinity of the resonance frequency f 0 . If the frequency exactly matches
der Resonanzfrequenz f0 — —the resonance frequency f 0 - -
ergibt sichsurrendered
ί/2 = U1 · -,Y-T-D'" · w°bei 3Ϊ der Resonanzwiderstandί / 2 = U 1 · -, YT-D '"· w ° at 3Ϊ the resonance resistance
des Schwingkreises ist. Bei der Frequenz f0 ist die Phasenverschiebung φ zwischen U2 und U1 bzw. J1 gleich Null. Weicht die Frequenz etwas ab, so ergibt sich eine entsprechende Phasenverschiebung zwischen ZJ2 und U1, und zwar im positiven oder im negativen Sinne, je nach Richtung der Frequenzabweichung. Die Abhängigkeit des Phasenwinkels φ von der Abweichung der Frequenz Δ f von der Resonanzfrequenz f0 ist nun im frequenzmodulierten Rückkopplungsgenerator der Erfindung sinngemäß. Durch phasenverschiebende Mittel im Verstärkungs- oder Rückkopplungsweg wird zuerst ein Phasenwinkel hergestellt, so daß sich eine Schwingung mit einer Frequenzabweichung erregt, die dieser Phasenverschiebung entspricht. Einer Änderung des Phasenwinkels paßt sich die Frequenz an, was eine Frequenzmodulation bedeutet. Wenn z. B. die Verstärkersteuerspannung auf dem Verstärkungsweg bis zur Kristallerregung eine Phasenänderung von 450 erfährt, so entspricht dies einer Frequenzänderungof the oscillating circuit. At the frequency f 0 , the phase shift φ between U 2 and U 1 or J 1 is equal to zero. If the frequency deviates somewhat, there is a corresponding phase shift between ZJ 2 and U 1 , namely in the positive or in the negative sense, depending on the direction of the frequency deviation. The dependence of the phase angle φ on the deviation of the frequency Δ f from the resonance frequency f 0 is now analogous in the frequency-modulated feedback generator of the invention. A phase angle is first produced by phase-shifting means in the amplification or feedback path, so that an oscillation is excited with a frequency deviation which corresponds to this phase shift. The frequency adapts to a change in the phase angle, which means frequency modulation. If z. If, for example, the amplifier control voltage experiences a phase change of 45 0 on the amplification path up to the crystal excitation, this corresponds to a frequency change
/ -/ -
Af= ~r-. Dabei ist f0 die genaue Resonanzfrequenz des Kreises und Q' die Schwingkreisgüte des Kristalls. Af = ~ r-. Here f 0 is the exact resonance frequency of the circle and Q 'the resonant circuit quality of the crystal.
Aus dem Patent 717 698 ist die Anwendung von verstimmten Schwingkreisen zur Frequenztastung bekannt. Die Verstimmung erfolgt dort aber mittels phasenverschiebender Mittel, welche mit dem frequenzbestimmenden Schwingkreis direkt gekoppelt sind und infolgedessen diesen ungünstig beeinflussen, wenn dieser sehr geringe Dämpfung aufweist, also z. B. im Falle eines Schwingkristalls.From the patent 717 698 the application of detuned resonant circuits known for frequency keying. The detuning takes place there, however by means of phase-shifting means, which are directly coupled to the frequency-determining resonant circuit and as a result have an unfavorable effect on it if it has very little attenuation, so z. B. in the case of a vibrating crystal.
Die Erfindung besteht nun darin, daß der frequenzbestimmende Schwingkreis einpolig geerdet ist und mit dem Gitter der ersten von zwei in Kaskade geschalteten Verstärkerröhren verbunden ist und daß die phasendrehenden Schaltmittel als abwechselnd einschaltbare Querwiderstände von entgegengesetztem Blindwiderstandscharakter zwischen den beiden Röhren eingeschaltet sind und daß von der zweiten Röhre die Rückkopplung auf den frequenzbestimmenden Schwingkreis erfolgt.The invention consists in that the frequency-determining resonant circuit is single-pole grounded and is connected to the grid of the first of two cascaded amplifier tubes and that the phase-shifting switching means as alternately switchable transverse resistances of opposite ones Reactance character between the two tubes and that of the second tube the feedback to the frequency-determining resonant circuit takes place.
Die Schaltung ermöglicht es, die frequenzbeeinflussenden Mittel nicht in direktem Zusammenhang mit dem Schwingkreis zu bringen. Die Mittel können an einer ganz anderen Stelle als der Schwingkristall in den Verstärker eingeschaltet sein. Bei der Verwendung von Schwingkristallen als frequenzbestimmendes Schaltelement arbeiten diese immer dann am günstigsten, wenn sie mit dem dämpfungsfreien, nur eine kleine Zusatzkapazität bildenden Gitter einer Verstärkerröhre verbunden sind.The circuit enables the frequency-influencing means not to be directly related to bring with the oscillating circuit. The funds can be in a completely different place than the oscillating crystal be switched on in the amplifier. When using oscillating crystals to determine the frequency Switching element, these always work best when they only work with the damping-free a small additional capacitance forming grid of an amplifier tube are connected.
Die Erfindung wird nun an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In Fig. '3 ist eine Schaltung nach der Erfindung mit zwei Verstärkerröhren V1 und F2 dargestellt. Die Verstärkerröhren können Pentoden sein, deren Steuergitter und Hilfsgitter in bekannter, nicht näher dargestellter Weise an vorbestimmten Vorspannungen liegen. Zwischen der Kathode und dem Steuergitter des ersten Rohres ist über den Kopplungskondensator C1 der frequenzbestimmende Schwingkreis K parallel geschaltet. Die Anode des ersten Rohres ist über den Kopplungskondensator C3 mit dem Steuergitter des Verstärkerrohres F2 verbunden. Von der Anode des zweiten Rohres wird die Schwingenergie zur Aussteuerung einer nachfolgenden Senderstufe abgenommen. Von der gleichen Anode erfolgt eine Rückkopplung über den Kopplungskondensator C2 auf den Schwingkreis K. Dem Ausgangskreis des ersten Rohres ist das phasenbeeinflussende Mittel P in der Weise nachgeschaltet, indem dieses an den Klemmen p und q, also parallel zum Eingang des zweiten Rohres, eingeschaltet ist. Dieses phasenverschiebende Mittel kann eine von einer Modulationsspannung gesteuerte Kapazität sein. Als solche kann eine Reaktanzröhre in Frage kommen. Es kann auch eine veränderlicheThe invention will now be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments. In Fig. '3 a circuit according to the invention with two amplifier tubes V 1 and F 2 is shown. The amplifier tubes can be pentodes, the control grid and auxiliary grid of which are in a known manner, not shown, at predetermined bias voltages. The frequency-determining resonant circuit K is connected in parallel between the cathode and the control grid of the first tube via the coupling capacitor C 1. The anode of the first tube is connected to the control grid of the amplifier tube F 2 via the coupling capacitor C 3 . From the anode of the second tube, the vibration energy is taken to control a subsequent transmitter stage. From the same anode there is a feedback via the coupling capacitor C 2 to the resonant circuit K. The phase-influencing means P is connected downstream of the output circuit of the first pipe in such a way that it is switched on at the terminals p and q, i.e. parallel to the input of the second pipe is. This phase-shifting means can be a capacitance controlled by a modulation voltage. A reactance tube can be considered as such. It can also be mutable
Induktivität eingeschaltet werden, z. B. eine vormagnetisierte Drossel, deren Steuerstrom der Modulation entspricht. Die Zuführung der positiven Anodenspannung erfolgt über die Impedanzen Z1 und Z2. Diese Impedanzen sind zweckmäßig Drosselspulen. Es können auch gedämpfte Schwingkreise, deren Schwingkreisgüte zweckmäßig wesentlich kleiner ist als die Güte des Schwingkreises K, verwendet werden (vgl. Fig. 5). An Stelle des aus Spule und Kondensator bestehenden Schwingkreises K kann auch ein Schwingkristall eingeschaltet sein, wobei dieser Schwingkristall auf seiner Parallelresonanzfrequenz angeregt wird.Inductance are switched on, e.g. B. a premagnetized choke whose control current corresponds to the modulation. The positive anode voltage is supplied via the impedances Z 1 and Z 2 . These impedances are expediently inductors. It is also possible to use damped resonant circuits, the resonant circuit quality of which is expediently significantly smaller than the quality of the resonant circuit K (cf. FIG. 5). Instead of the oscillating circuit K consisting of a coil and capacitor, an oscillating crystal can also be switched on, this oscillating crystal being excited at its parallel resonance frequency.
• Die Schaltung nach Fig. 4 zeigt ein Beispiel unter Verwendung eines Schwingkristalls, der sich auf der Reihenresonanzfrequenz erregt. Es wird dabei eine bereits vorgeschlagene Generatorschaltung verwendet, die es ermöglicht, den Schwingkristall an Erdpotential zu legen. Die Schaltung weist eine positive und eine• The circuit of FIG. 4 shows an example using a vibrating crystal, which is located on the Series resonance frequency excited. An already proposed generator circuit is used here, which enables the oscillating crystal to be connected to earth potential. The circuit has a positive and a
ao negative Rückkopplung auf. Bei Verschwinden der negativen Rückkopplung erregt sich die Schaltung. Die negative Rückkopplung verschwindet bei wenigstens angenähertem Kurzschluß der beiden Pole m und n. Entsprechend tritt die Selbsterregung auch auf der Frequenz der Reihenresonanz des Schwingkristalls ein. Die Schaltung weist zwei Verstärkerröhren F1, F2 auf, deren Kathoden miteinander und über einen Widerstand Rx mit der Schaltungserde E verbunden sind. Der Schwingkristall ist mit dem einen Pol an Erde gelegt und mit dem anderen Pol über einen Widerstand Rg mit den Kathoden verbunden. Gleichzeitig ist der letztere Pol mit dem Gitter der ersten Röhre verbunden. Die Anode des Rohres F1 ist mit dem Steuergitter des Rohres F2 über einen Kondensator C3 verbunden. Beide Röhren weisen in den Anodenleitungen Impedanzen Z1 und Z2 auf, z. B. Drosselspulen. An der Anode des Rohres F2 wird die Schwingenergie entnommen, zwecks Weiterführung an die nachfolgende Stufe eines Senders. Das phasenverschiebende Mittel ist an die Klemmen ft und q angeschlossen. Es kann z. B. darin bestehen, daß ein Kondensator oder eine Drosselspule im Takt der Telegraphiezeichen zwischen ft und q zu- und abgeschaltet wird.ao negative feedback. When the negative feedback disappears, the circuit is excited. The negative feedback disappears when the two poles m and n are at least approximately short-circuited. Accordingly, the self-excitation also occurs at the frequency of the series resonance of the oscillating crystal. The circuit has two amplifier tubes F 1 , F 2 , the cathodes of which are connected to one another and to circuit earth E via a resistor Rx . One pole of the oscillating crystal is connected to earth and the other pole is connected to the cathodes via a resistor R g. At the same time the latter pole is connected to the grid of the first tube. The anode of the pipe F 1 is connected to the control grid of the pipe F 2 via a capacitor C 3 . Both tubes have impedances Z 1 and Z 2 in the anode lines, e.g. B. Reactors. At the anode of the tube F 2 , the vibration energy is taken for the purpose of passing it on to the next stage of a transmitter. The phase shifting means is connected to terminals ft and q . It can e.g. B. consist in that a capacitor or a choke coil is switched on and off in time with the telegraphic characters between ft and q.
In Fig. 5 ist eine der Fig. 4 entsprechende Generatorschaltung dargestellt, bei der die phasenbeeinflussenden Mittel darin bestehen, daß mittels eines Umschalters U abwechslungsweise ein Kondensator C oder eine Drosselspule L quer zur Verbindung von der ersten Röhre nach der zweiten Röhre eingeschaltet wird. Damit wird es möglich, die Phasenbeeinflussung zwischen einem festen negativen und einem festen positiven Phasenwinkel umzutasten. Mit dieser Schaltung wird ein besonders großer Phasensprung und damit auch eine entsprechende Frequenzänderung erreicht. Für die Umschaltung kann auch eine Röhrenschaltung nach Fig. 6 verwendet werden. In der Drosselspulen- und in der Kondensatorleitung kann z. B. je ein Elektronenrohr F11, F12 eingeschaltet sein.In Fig. 5 a generator circuit corresponding to Fig. 4 is shown, in which the phase-influencing means consist in that a capacitor C or a choke coil L is alternately switched on transversely to the connection from the first tube to the second tube by means of a changeover switch U. This makes it possible to switch the phase influence between a fixed negative and a fixed positive phase angle. With this circuit, a particularly large phase jump and thus also a corresponding change in frequency is achieved. A tube circuit according to FIG. 6 can also be used for switching. In the choke coil and in the capacitor line can, for. B. each have an electron tube F 11 , F 12 switched on.
Die Tastung erfolgt dann in der Weise, daß an die Steuergitter der Röhren abwechslungsweise positive und negative Steuerspannungen angeschaltet werden. Auf diese Weise ist es möglich, vor allem Schnelltastungen durchzuführen. Die Zuleitung der Anodenspannung kann über die Widerstände W1, W2 erfolgen. Der Kondensator K dient zur Trennung der Anodenspannung von der Anschlußklemme ft. The keying then takes place in such a way that positive and negative control voltages are alternately connected to the control grids of the tubes. In this way it is possible, above all, to carry out quick keyings. The anode voltage can be fed in via the resistors W 1 , W 2 . The capacitor K serves to separate the anode voltage from the terminal ft.
Es ist vorteilhaft, die Drosselspulen Z1, Z2 (Fig. 5) so zu dimensionieren, daß sie in Verbindung mit ihrer Eigenkapazität gerade eine Resonanz für die mittlere Arbeitsfrequenz ergeben. Zudem kann es nötig sein, diese Drosselspule mit einem parallelen Widerstand zu dämpfen, um eine flache Resonanzkurve zu erhalten.It is advantageous to dimension the choke coils Z 1 , Z 2 (FIG. 5) in such a way that, in conjunction with their own capacitance, they produce a resonance for the mean operating frequency. In addition, it may be necessary to dampen this choke coil with a parallel resistor in order to obtain a flat resonance curve.
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Deutsche Patentschriften Nr. 644655, 717698;
USA.-Patentschrift Nr. 2298436;
französische Patentschrift Nr. 896 849.Referred publications:
German Patent Nos. 644655, 717698;
U.S. Patent No. 2298436;
French patent specification No. 896 849.
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