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Einrichtung zur Dämpfung störender, einer periodischen Wechselspannung
überlagerter Stoßspannungen Es ist bereits bekannt, die einer periodischen Wechselspannung
(sinusförmigen Spannung) überlagerten Störspannungen, deren Kurvenform aperiodisch
ist oder einen stark gedämpften Schwingungszug darstellt, durch Amplitudenbegrenzer
zu dämpfen. Als Amplitudenbegrenzer kann z. B. in bekannter Weise die Reihenschaltung
eines Gleichrichters und einer Gleichspannungsquelle, etwa einer Batterie, verwendet
werden, welche den Gleichrichter negativ vorspannt. Die Batteriespannung wird gleich
der Amplitude der periodischen Wechselspannung gewählt. Der Gleichrichter ist dann
normalerweise nicht leitend und wird erst bei einer überlagerten Stoßspannung, bei
der die gesamte Spannung (periodische Wechselspannung -f- Stoßspannung) an dem zu
entstörenden Organ die Batteriespannung überschreitet, leitend. Dadurch wird die
Stoßspannung abgeleitet und gedämpft. Die Batteriespannung stellt also die Grenzspannung
dar, bei welcher der Gleichrichter leitend wird und die Begrenzung einsetzt.
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Es ist auch bekannt, den zur Amplitudenbegrenzung von Niederfrequenzschwingungen
dienenden Gleichrichter mit einer Gleichspannung vorzuspannen, die durch Gleichrichtung
der verstärkten Niederfrequenzschwingungen gewonnen wird. Dann
paßt
sich der Schwellenwert, bei dem die Begrenzung einsetzt, an die Umhüllende der Niederfrequenzschwingungen,
also an die Lautstärke, an.
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Bei einer anderen bekannten Schaltung, die zur Amplitudenbegrenzung
von modulierten Hochfrequenzschwingungen dient, wird d.ieVorspannung des zur Begrenzung
dienenden Gleichrichters aus zwei Spannungen zusammengesetzt, nämlich aus einer
von einer Batterie entnommenen, mittels eines regelbaren Spannungsteilers einstellbaren
Gleichspannung und aus einer so bemessenen, dem Ausgang des Empfängers entnommenen
Niederfrequenzspannung, daß sich der Schwellenwert der Begrenzung an die Umhüllende
anpaßt.
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Die Erfindung zeigt eine einfachere Schaltungsanordnung zur selbsttätigen
Anpassung des Schwellenwertes der Begrenzung an die zu entstörende Wechselspannung.
Die Erfindung besteht darin, daß zur Gewinnung der Vorspannung der zur Amplitudenbegrenzung
dienende dämpfende Gleichrichter selbst dient, indem in Reihe mit diesem Gleichrichter
ein gegebenenfalls mit einem parallel geschalteten Ableitwiderstand versehener Kondensator
mit einer gegenüber einer Periode der zu entstörenden Wechselspannung großen, so
bemessenen Zeitkonstante gelegt ist, daß bei überlagerten Stoßspannungen keine wesentliche
Erhöhung der Vorspannung auftritt.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung dient also ein und derselbe Gleichrichter
gleichzeitig als Amplitudenbegrenzer und zur Erzeugung der Vorspannung für diesen.
Der Kondensator lädt sich nämlich über den Gleichrichter auf die Amplitude der Wechselspannung
auf und spannt hierdurch denselben Gleichrichter vor. Daraufhin fließt normalerweise
kein merklicher Strom mehr durch die Reihenschaltung. Erst bei einer überlagerten
Stoßspannung, bei der die gesamte Spannung wesentlich ansteigt, fließt wieder ein
Strom, der die Stoßspannung abdämpft.
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Auf einfachste Weise wird somit erreicht, daß die Amplitude der zu
entstörenden Wechselspannung und der Schwellenwert, bei dem die Amplitudenbegrenzung
einsetzt, immer gleich groß sind. Von der unbestimmten und unter Umständen schwankenden
Verstärkung zwischengeschalteter Verstärkerstufen ist man dabei völlig unabhängig.
Die erfindungsgemäße Anordnung arbeitet sowohl bei großen als auch bei kleinen Amplituden,
wie sie z. B. am Eingang des Empfängers herrschen.
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Diese Wirkung tritt bei einer bekannten Einrichtung zur Amplitudenbegrenzung
von Telegraphiezeichen nicht ein, bei der die Audionschaltung verwendet wird. Die
Anodenspannung ist so bemessen, daß bei dem geringsten betriebsmäßig auftretenden
Eingangspegel die Gitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie der Röhre bis annähernd
an ihren unteren Knick ausgesteuert wird. Der bei der Aussteuerung des Gitterstromgebietes
auftretende Gitterstrom erzeugt eine negative Vorspannung, die sich an die Spannung
der Telegraphiezeichen anpaßt. Deshalb werden alle größeren Zeichen durch den unteren
Knick der Gitterspannungs-Anodenstrom-Kennlinie auf einen konstanten Wert begrenzt.
Wegen dieser Begrenzung durch den unteren Knick wird der schwankende dämpfende Einfluß
der Gitter-Kathoden-Strecke nicht ausgenutzt, tritt also im nachfolgenden Teil des
Empfängers nicht in Erscheinung.
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Will man bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Stoßspannung in beiden
Spannungsrichtungen dämpfen, so empfiehlt es sich, wie an sich bekannt, zwei derartige
Ketten mit umgekehrt gepolten Gleichrichtern parallel zu schalten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt Abb. i. Parallel zur aperiodisch
angekoppelten Eingangsspule eines Empfängers, also zwischen Antennenleitung A und
Erdleitung E, liegen zwei Begrenzungsketten, von denen jede aus einer Gleichrichterstrecke
G1 bzw. G2 und einer Kapazität Cl bzw. C2 besteht. Parallel zu den beiden Kapazitäten
liegen Ableitwiderstände R1 bzw. R2. Die beiden Ketten sind bis auf die entgegengesetzte
Polung der beiden Gleichrichterstrecken der Bemessung nach vollständig gleich. Die
Entladungszeitkonstante des Kondensators Cl, also das Produkt aus R1 und Cl, soll
groß sein gegenüber einer Periode der zu empfangenden Hochfrequenzschwingung.
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Um die Wirkungsweise verständlich zu machen, sei zunächst angenommen,
daß in der Antenne nur die unmodulierte Schwingung eines einzigen verhältnismäßig
starken Senders induziert wird. Nach Einsetzen der Schwingung lädt sich die nicht
geerdete Belegung des Kondensators Cl positiv auf, bis seine Spannung die Spannungsamplitude
der Empfangsschwingung erreicht hat. Sobald der Kondensator aufgeladen ist, werden
nur noch in den Kulminationspunkten der Schwingung ganz schwache Ströme durch den
Gleichrichter fließen, um den geringen Ladungsveriust des Kondensators auszugleichen.
Im übrigen wird die Schwingung unbeeinflußt bleiben. Sobald aber plötzliche Spannungsstöße
auftreten, die über die durch die Schwingungsamplitude dargestellte Grenze hinausragen,
fließt ein merklicher Strom durch die Kette, der die Stoßspannung abdämpft.
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Im einzelnen geht die Wirkungsweise aus Abb. a hervor. Die Kurve I
stellt die zu empfangende Sinusschwingung dar, II die Spannungskurve eines von einer
atmosphärischen Entladung herrührenden aperiodischen Stoßes, genauer gesagt, die
Spannungskurve, die an der Eingangsspule herrschen würde, wenn die erfindungsgemäße
Gleichrichter-Kondensator-Kette nicht eingeschaltet wäre. Sobald nun die Spannung
(von der Wirkung der überlagerten Empfangsschwingung soll in diesem Augenblick abgesehen
werden) über die Kondensatorspannung anwächst, nimmt die Kette Strom auf, so daß
die Stoßspannung abgeflacht wird. Die dadurch wirklich an der Spule auftretende,
gegenüber Kurve II verminderte Spannung ist durch die strichpunktierte Kurve III
gegeben. Wird der Spannungsabfall am Gleichrichter vernachlässigt, so stellt die
Kurve III in ihrem ersten Teil auch die Kondensatorspannung dar. In dem Zeitpunkt
A hat die Kondensatorspannung die
Flöhe der Störspannung erreicht,
und die Rufladung hört auf. Von diesem Punkt ab ist die Spannung des Kondensators
durch die Kurve IV gegeben, deren Gang durch die langsame Kondensatorentladung über
den Widerstand R1 bestimmt ist. Für die Wiedergabe des Empfängers maßgebend ist
die Spannung an L, die der abgeflachten Kurve III entspricht.
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In Wirklichkeit überlagert sich die Empfangsschwingung der Störung.
Die Wirkung der elastischen Amplitudenbegrenzung ist dann die, daß vom Beginn der
Störung bis nahezu zum Punkt A die Schwingung im wesentlichen unterdrückt wird.
Dieses Loch in der Schwingung ist aber verhältnismäßig klein, so daß die an die
Antennenspule angeschlossenen, scharf abgestimmtenKreise während der Pause durchschwingen
und so an den Empfangsgleichrichter eine fortlaufende Schwingung gelangt.
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Der wesentliche Vorteil ist der, daß der steile Anstieg der Störung,
der in erster Linie für den Anstoß der Schwingungskreise zu Eigenschwingungen großer
Amplitude verantwortlich ist, in starkem Maße geschwächt ist. Die Forderung, daß
dieser Erfolg bei möglichst allen vorkommenden Störungen erreicht wird, ergibt eine
untere Grenze für die Größe des Kondensators und auch für die Leitfähigkeit des
Gleichrichters in der Durchlaßphase.
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Die aus G., C2 und R, bestehende Kette hat die Aufgabe, in entsprechender
'\Veise Störungen umgekehrter Spannungsrichtung abzudämpfen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung hat eine gewisse Verzerrung der Empfangsschwingung
zur Folge, wenn diese moduliert ist. Sobald die Amplitude ansteigt, werden die Kuppen
der Schwingung in stärkerer Weise abgeschnitten als bei gleichbleibender Amplitude.
Will man diese Verzerrung klein halten, so dürfen die Kondensatoren nicht zu groß
gewählt werden. Verringern lassen sich die Verzerrungen, wenn man die Entladungskonstante
des Kondensators größer wählt als eine Periode der niedrigsten Modulationsfrequenz,
also etwa gleich einer Zehntelsekunde. Die Spannung des Kondensators macht dann
die Amplitudenschwankungen nicht mehr mit und bleibt beispielsweise bei ioooloiger
Modulation auf dem doppelten Wert der Trägeramplitude. Es besteht dann allerdings
der Nachteil, daß von zwei Störungen, die schneller als in einer-Zehntelsekunde
aufeinanderfolgen, die zweite weniger abgedämpft wird, da der Kondensator sich noch
nicht auf seine normale Spannung entladen hat. In solchen Fällen wird man daher
die Entladungszeitkonstante größenordnungsmäßig gleich der Periode einer mittleren
Modulationsfrequenz wählen. Unter Umständen wird es sich empfehlen, Kondensatoren
und Widerstände regelbar anzuordnen, um sich den jeweiligen Verhältnissen anpassen
zu können.
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Die Schaltung nach Abb.3 unterscheidet sich von der in Abb. i dargestellten
im wesentlichen nur dadurch, daß in der Antennenzuleitung vor dem Eintritt in das
Entstörungsorgan und den Empfänger ein gegebenenfalls regelbarer ohmscher Widerstand
R eingeschaltet ist. Dieser dient einerseits zur zusätzlichen Dämpfung des aus Antenne,
Spule und Erde bestehenden Eingangskreises, zweitens zur Erzielung eines größeren
Spannungsabfalles beim Ansprechen der Begrenzungsketten. Ferner ist noch dargestellt,
daß die gefilterte Hochfrequenzenergie vor der ersten Verstärkung über einen trennscharf
abgestimmten Zwischenkreis Z geführt wird, was zur Vermeidung von Kreuzmodulation
zweckmäßig ist.
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Abb. q. stellt eine etwas abgeänderte Schaltung dar, bei der nur ein
Kondensator C vorgesehen ist, der durch beide Halbwellen der Schwingung mittels
der vier Gleichrichter G1, G2, G3, G4 nach dem Prinzip der an sich bekannten Graetzschen
Schaltung aufgeladen wird. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß bei gleicher
Zeitkonstante die Beschneidung der Schwingungskuppen geringer ist als bei der Anordnung
gemäß Abb. i, weil in jeder Halbperiode eine Nachladung des Kondensators eintritt.
Die Ankopplung an die erste Röhre ist im vorliegenden Fall rein aperiodisch ausgeführt.
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Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Anordnung auch bei einem
auf die Trägerfrequenz abgestimmten Antennenkreis angewendet werden. Es dürften
sich dann aber zusätzliche Dämpfungsmittel empfehlen. Ferner können die Begrenzungsketten
auch parallel zu weiteren, im Empfänger liegenden Hochfrequenz- und Zwischenfrequenzkreisen
geschaltet sein. Ihre Anwendung kann sogar im Niederfrequenzteil eines Empfängers
oder parallel zum Belastungswiderstand einer Empfangsdiode erfolgen.
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Als Gleichrichterstrecken können beispielsweise Zweipolröhren oder
elektrolytische Gleichrichter Verwendung finden. Wichtig ist, daß die Kapazität
des Gleichrichters klein, der Rückstrom möglichst gering ist und daß die Stromspannungskurve
einen möglichst ausgeprägten Knick und große Steilheit in der Durchlaßphase besitzt.