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Amplitudenbegrenzer Die Erfindung bezieht sich auf einen Am.plitudenbegrenzer,
der sowohl die positive als auch die negative Halbwelle in gleicher Weise bei Erreichen
eines bestimmten Wertes begrenzt.
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Amplitudenbegrenzerschaltungen sind .in den verschiedensten Ausführungsformen
bereits bekanntgeworden. Beispielsweise benutzt einer dieser bekannten Amplitudenbegrenzer
einen aus mehreren Stufen bestehenden, nach Art eines Gleichstromverstärkers gekoppelten
Verstärker, bei dem die Anode der vorhergehenden Röhre unmittelbar mit dem Gitter
der folgenden Röhre unter Zwischen-Schaltung von Vorspannbatterien verbunden ist.
Die Vorspannbatterie hat dieAufgabe, dieAnodenspannung der Vorstufe vom Gitter der
folgenden Stufe fernzuhalten. Der Zwang, solche Batterien zu benutzen, bringt sowohl
wegen des Aufwandes als auch wegen der Kapazität dieser Batterien gegen Erde beim
Arbeiten des Begrenzers beträchtliche Nachteile mit sich.
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Eine andere Art der Amplitudenbegrenzer benutzt eine mit Sättigung
arbeitende Röhre. In diesem Falle wird die negative Halbwelle dadurch in ihrer Amplitude
begrenzt, daB sie in das Gitterspannungsgebiet
gesteuert wird,
in dem der Anodenstrom Null ist, während die positive Halbwelle durch die Sättigungseigenschaften
der Röhre begrenzt wird. Diese Anordnung führt im allgemeinen zu unsymmetrischer
Begrenzung der beiden Halbwellen. Die Ausgangsleistung bleibt nicht konstant, wenn
der Begrenzungspunkt erreicht ist, sondern steigt etwas an oder sandet ab.
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Ein weiterer Nachteil, den die vorerwähnten bekannten Begrenzerschaltungen
mit sich bringen, besteht darin, daß bis ins Gitterstromgebiet gesteuert wird und
damit oberhalb eines bestimmten Eingangspegels der Eingangskreis belastet wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Amplitudenbegrenzer, welcher
die Nachteile ,der bekannten Schaltungen vermeidet und insbesondere eine weitgehend
gleichmäßige Begrenzung der positiven und negativen Halbwellen der Eingangsspannung
ohne Belastung des Eingangskreises ermöglicht. Gemäß derErfindung soll ein Ampätudenbegrenzer
mit zwei in Kaskade geschalteten- Entladungsstrecken, unter Verwendung der begrenzenden
Wirkung des unteren Knickes der Gitterspannung-Anodenstrom-Charakteristik, dadurch
geschaffen werden, daß die Kathode der beiden je eine Kathode, mindestens je ein
Gitter und je eine Anode aufweisenden, gegebenenfalls in einem gemeinsamen Kolben
eingebauten, selbständigen Entladungsstrecken miteinander verbunden und über einen
gemeinsamen Kathodenwiderstand an ein festes Potential, insbesondere Erdpotential,
gelegt sind, daß die zu begrenzende Spannung zwischen dem Gitter der ersten Strecke
und dem Punkt festen Potentials liegt, daß die Anode der ersten Strecke unmittelbar
mit der Anodenstromquelle verbünden ist, daß die Anode der zweiten Strecke über
eine den Abgriff der Spannungen für den Verbraucher ermöglichende Impedanz an die
Anodenstromquelle gelegt ist und daß die Kennlinien beider Entladungsstrecken bis
unter den unteren Knick hinaus angesteuert werden.
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Die Kopplung zweier Röhrenstufen durch einen gemeinsamen Kathodenwiderstand
ist zwar schon bekannt, es handelt sich dabei aber um selbstschwingende Multivibratoren,
bei denen außer der Kathodenkopplung noch eine weitere Kopplung zwischen den Stufen
besteht, oder um Verstärker, die ausschließlich im linearen Teil der Gitterspannung-A.nodenstrom-Charakteristik
arbeiten.
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Die Abbildungen veranschaul.ichenAusführungsbeispiele des Gegenstandes.
der Erfindung sowie Diagramme, an denen die mit der neuen -Anordnung erzielbaren
Signale veranschaulicht werden sollen.
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In der Abb. i sind zwei Entladungisstrecken T, und T2 dargestellt.
Diese Entladungsstrecken sind hinsichtlich ihres Elektronenstroms .gänzlich getrennt.
Beide Strecken sind in dem gleichen Glaskolben eingebaut. An Stelle der gezeichneten
Doppeltriode ist es .selbstverständlich auch möglich, getrennte Trioden zu verwenden,
falls dies erwünscht ist. Die Entladungsstrecke T1 besteht aus einer Triode mit
der Kathode i i, dem Gitter 12 und der Anode 13, die Entladungsstreck eT2 aus den
entsprechenden Elementen 21, 22, 2@3. Die Eingangsspannung wird über den K opplungskondensator
i und den Gitterwiderstand-2 in der üblichen Weisezugeführt. Um nun diegewünschte
Begrenzerwirkung zu erhalten, wird gemäß der Erfindung zwischen den miteinander
verbundenen Kathoden i i und 21 und Erde der Kathoden-Kopplungswiderstand 3 eingeschaltet.
Die Anode 13 der Strecke 7, ist unmittelbar mit der Anodenspannun.gsquelle -I- B
verbunden. Das Gitter 22 der Strecke T2 ist unmittelbar geerdet, während die Anode
23 der Strecke T2 über einen Widerstand 5 mit der Anodenspannungsquelle -I- B verbunden
:ist. Der übliche Entkopplungskondensator ist mit bezeichnet. Die Anode 23 der Strecke
T2 ist über den Kondensator 6 und die Klemmen 7 und 8 an den Verbraucher geschaltet.
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Wenn bei der Schaltung nach Abb. i das Gitter 12 der Strecke T1 pos:itiv
wird, isteigt der Kathodenstrom durch den Widerstand 3 an, so daß die Kathoden i
i und 2i beider Röhren positiver gegenüber Erde werden. Das Positiverwerden der
Kathode 21 der Strecke T2 gegenüber Erde entspricht einem Negativerwerden des Gitters
22. Auf diese Weise bewirkt eine Änderung am Gitter 12 der Strecke T, in positiver
Richtung eine entsprechende negatiiv-e. Änderung am Gitter 2a der Strecke T.. Diese
Phasenumkehr in der Strecke T2 ruft eine mit der Begrenzerwirkung am unteren Knick
arbeitende Begrenzung der pösitiven Halbwelle der Eingangsspannung hervor, während
:die Strecke T, eine solche für die negativen Halbwellen bewirkt. Wenn also das
Gitter 12 der Strecke T1 negativ wird, begrenzt ihr unterer Kennlinienknick die
entsprechende Änderung des Kathodenstromes. Wenn das Gitter der Strecke T1 positiver
wird, wird das Gitter 22 der Strecke T2 negativer, bis der untere Kennlinienknick
für die Strecke T2 erreicht ist.
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Die Schaltung nach der Abb.2 entspricht im wesentlichen der Schaltung
nach zier Abb. i mit dem Unterschied, daß im Ausgangskreis statt des Widerstandes
5 der Abb. i - ein Schwingungskreis 25, der aus den Kapazitäten L und C besteht,
gesetzt ist.
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An Hand des Diagrammes nach Abb. 3 soll die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung
veranschaulicht werden. Diese Kurve zeigt in dem Gittenspannungs-Anodenstrom-Kennlinienbild
die statische Charakteristik L, L- der Begrenzerschaltung. Unterhalb der
Abszisse sind die si:nu.s.förmigen Eingangsspannungen Ega, Egb und Eg. und die Ausgangsströme
Jpa, Jpb und J" in bezug auf die statische Charakteristik eingetragen. Wenn keine
Gittervorspannung am Gitter 12 oder 22 vorhanden ist, arbeitet der Verstärker am
Punkt a der Kurve. Solange die Eingangsspannung Ega nicht den geraden Teil der statischen
Charakteristik überschreitet, folgt der Anodenstrom Jpa im wesentlichen der Form
der Eingangsspannung. Sobald jedoch. die Eingangsspannung über .den Knick der Charakteristik
herausgesteuert wird, kann keine
weitere Änderung mehr im Anodenstrom
stattfinden. Die Kuppen der Sinusw eile werden abgeflacht. Wenn eine negative Vorspannurig
an das Gitter 12 der Entladungsstrecke T1 angelegt wird. arbeitet der Verstärker
ungefähr am Punkt b der statischen Charakteristik. Der sich dann ergebende Anodenstrom
ist durch- die Kurve lpb gekennzeichnet. Aus dieser Kurve ist ersichtlich, daß die
positiven Impulse kürzer geworden sind als die negativen Impulse. Das Gitter 12
der Strecke T, kann durch eine Gittervorspannungsbatterie oder allein dadurch negativ
gemacht werden, daß das Gitter 22 der Strecke TZ positiver gemacht wird.
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In ähnlicher Weise arbeitet der Begrenzer am Punkt c der statischen
Charakteristik, wenn eine negative Vorspannung dem Gitter 22 der StreckeT" oder
eine positive Vorspannung dem Gitter 12 der Strecke T1 zugeführt wird. Der entsprechende
resultierende Anodenstrom ist aus der Kurve Jpc zu ersehen. Durch die Wahl der verschiedenen
Gittervorspannungen lassen sich dementsprechend rechteckige Impulse mit verschiedenen
Zeichen-und Pausenlängen erzielen.
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Die in der Abb. 4. dargestellte Schaltung ist insbesondere geeignet,
Impulse von verschiedener Zeichen- und Pausenlänge, wie sie durch die Kurven
JA und J" in der Abb. 3 gezeigt sind, zu erzeugen. Diese Schaltung unterscheidet
sich von der an Hand der Abb. 2 und 3 beschriebenen durch die Einschaltung des Potentiometers
14 und 15 zwischen die Leitungen von den Gittern nach Erde. Wenn man mit dieser
Schaltung eine Wellenform, wie sie durch die Kurve Jnb (Abb. 3) gekennzeichnet ist,
erhalten will, muß der verschiebbare Abgriff des Potentiometers 14 etwa auf die
Mitte eingestellt werden, so daß eine positive Vorspannung am Gitter 22 entsteht,
während der Abgriff am Potentiometer 15 auf das linke Ende einzustellen Ist. Somit
ist also hier der Betriebsfall, welcher dem Arbeitspunkt b in Abb. 3 entspricht,
wie oben angedeutet, dadurch erzielt, daß allein das Gitter 22 positiv vorgespannt
wird, während das Gitter 12 die Vorspannung Null erhält. Der Betriebsfall c in Abb.
3 wird bei der Schaltung nach Abb. q. dadurch hergestellt, daß der Abgriff am Potentiometer
14. nach links und am Potentiometer 15 etwa auf die Mitte eingestellt wird.
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Durch Änderung des Wertes des Kathodenwiderstandes 3 läßt sich sowohl
der Verstärkungsgrad verändern, als auch die Größe der Eingangsspannung, bei welcher
Gitterstrom fließt. Beispielsweise rufen höhere Werte des Kathodenwiderstandes 3
geringe Verstärkungsgrade hervor und auch ein Ansteigen des Wertes der Eingangsspannung,
bei welcher Gitterstrom fließt. Da der Gitterstrom Unsymmetrien in der Begrenzerwirkung
des Verstärkers hervorruft, sind höhere Werte des Kathodenwiderstandes zur Erzielung
hoher Begrenzungsgrade erwünscht. Die gesamte Verstärkung des Verstärkers wird durch
höhere Werte des Kathodenwiderstandes infolge der prozentualen größeren Gegenkopplung
der Entladungsstrecke T2 herabgesetzt. Die Gegenkopplung bezüglich der Entladungsstrecke
T1 bleibt konstant iooo/o unabhängig vom Wert des Kathodenwiderstandes.
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In der Abb. 5 ist die Ausgangsspannung dargestellt, die dem Anodenstrom
Jp« entspricht, der durch den Widerstand 5 gemäß der Schaltungsanordnung nach Abb.
i und .I fließt. Es ist ersichtlich, daß die Kurvenform der Spannungswelle die gleiche
ist wie die der Stromwelle, jedoch ist die relative Amplitude höher. Entsprechend
ähnliche Ausgangsspannungen lassen sich für die Ströme J";, und Jp, gemäß Abb. 3
erhalten.
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Eine dreieckige Ausgangswelle kann hergestellt werden, wenn in den
Ausgangskreis ein Netzwerk gelegt ist, wie dies die Abb. 6 zeigt. Dieses Netzwerk
besteht aus einem Widerstand 25 und einem Kondensator 26, die in Reihe zwischen
den Kondensator und Erde gelegt sind. Die Ausgangsspannung wird von den Klemmen
7 und 8 des Kondensators 26 abgenommen. Die erzielbare Wellenform zeigt die Abb.
7.
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Eine weitere Abänderung der in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
beschriebenen Schaltungsanordnungen zeigt die Kopplungsschaltung für die Kathoden
in der Abb.6. An Stelle des gemeinsamen Kopplungswiderstandes 3 (Abb. 1, 2 und 4.)
tritt ein Kopplungsnetzwerk, das aus dem Widerstand 3, 3' und einer Impedanz 7_
besteht, die ein Kondensator, ein Widerstand oder eine Induktivität sein kann. Durch
Verändern des Wertes der Koppelimpedanz und ihrer Eigenschaften kann die Wellenform
der Ausgangswelle etwas geändert werden, z. B. kann sie in den Fällen, wo eine unsymmetrische
Begrenzung vorhanden ist, durch geeignete Einstellung völlig symmetrisch gemacht
werden.