DE966536C

DE966536C - Circuit for low-frequency modulation of a carrier oscillation

Info

Publication number: DE966536C
Application number: DER4339D
Authority: DE
Inventors: Jerome C Smith
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1933-01-31
Filing date: 1934-02-01
Publication date: 1957-08-22

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 22. AUGUST 1957ISSUED AUGUST 22, 1957

R 4339 VIII a j 2Ia^R 4339 VIII a j 2Ia ^

Die Erfindung bezieht sich auf Modulationsschaltungen, bei denen elektrische Schwingungen, insbesondere Hochfrequenzsohwingungen, mit einer Modulationsschwingung moduliert werden. Soldhe Schaltungen, werden in der drahtlosen Nachrichtentechnik, insbesondere bei SendeTeinrichtungen, benutzt, von denen hochfrequente Schwingungen in den Raum ausgestrahlt werden und dabei als Träger für die zu übertragenden Signalimpulse (Sprache, Musik, Telegraphiezeichen od. dgl.) dienen.The invention relates to modulation circuits in which electrical oscillations, especially high frequency oscillations, with a Modulation oscillation are modulated. Soldhe circuits are used in wireless communication technology, especially used in transmitting equipment, of which high-frequency vibrations in be broadcast across the room and thereby act as a carrier for the signal pulses to be transmitted (Language, music, telegraphic signs or the like) are used.

Bei solchen Modulationsschaltungen besteht die Schwierigkeit, eine möglichst wirksame Modulation der einen Schwingung mit der anderen durchzuführen, ohne daß die verschiedene Frequenzen führenden Kreise elektrisch miteinander gekoppelt werden, weil dies zu Änderungen der Belastung des einen Kreises durch den elektrischen Zustand des anderen Kreises führen würde, wodurch sich beispielsweise Änderungen deir Verstärkung oder auch Änderungen der Trägerfrequenz (Frequenzmodulation) ergeben können. Diese SchwierigkeitWith such modulation circuits there is the difficulty of a modulation which is as effective as possible perform one oscillation with the other without affecting the different frequencies leading circuits are electrically coupled to one another because this leads to changes in the load of the one circuit would lead through the electrical state of the other circuit, thereby making itself For example, changes in the gain or changes in the carrier frequency (frequency modulation) can result. This difficulty

*J Von der Patentsucherin ist als der Erfinder angegeben worden: * J The patent seeker stated as the inventor:

Jerome C. Smith, Merchantville, N. J. (V. St. A.)Jerome C. Smith, Merchantville, N.J. (V. St. A.)

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soll durch die vorliegende Erfindung überwunden werden.is intended to be overcome by the present invention will.

Bister bediente man sich zur Modulation vorzugsweise des Verfahrens, die Ruhespannung entweder des Steuergitters oder auch der Anode der Röhre im Takt der Modulationsschwingung zu verändern. Die modulierende Wirkung dieser Maßnahme erklärt sich durch die Verschiebungen der Gitterspannungs-Anodensitrom-Kennlinie gegenüber dem Arbeitspunkt unter dem Einfluß dieser Spannungsänderungen. Dabei wird aber nur dann eine Steilheitsänderung und damit eine Modulationswirkung erzielt, wenn der Arbaitspunkt von vornherein in einem gekrümmten Kennlinienteil liegt. Mit einer Krümmung der Arbeitskennlinie ist aber zwangläufig auch die Erzeugung unerwünschter Oberwellen verbunden. Auch diese Nachteile lassen sich durch die vorliegende Erfindung beseitigen.Bister was preferably used for modulation of the process, the rest voltage of either the control grid or the anode of the To change the tube in time with the modulation oscillation. The modulating effect of this measure is explained by the shifts in the grid voltage-anodensitrome characteristic curve the working point under the influence of these voltage changes. But only then a change in slope and thus a modulation effect is achieved when the working point is from from the start lies in a curved part of the characteristic curve. With a curvature of the working curve however, the generation of undesired harmonics is inevitably associated with it. These too Disadvantages can be eliminated by the present invention.

In der Empfangstechnik sind die sogenannten Mischröhrenschaltungen bekannt, in denen eine empfangene modulierte Hochfrequenzschwingung durch Konibinationsfrequenzbildung mit einer Überlagerungsschwingung niederer Frequenz in eine modulierte Zwischenfrequenzspannung umgesetzt wird. Die in der Mischstufe sich abspielenden Vorgänge kann man bekanntlich als Modulation der Überlagerungsschwingung mit der empfangenen Schwingung auffassen. In solchen Mischstufen hat man unter anderem auch eine Dreigitterröhre in der Weise verwendet, daß dem der Kathode zunächst liegenden ersten Gitter die Empfangsschwingungen aufgedrückt und die Überlagerungssehwingung durch Rückkopplung von der Anode auf das ihr benachbarte dritte Gitter erzeugt wird, während das zweite Gitter mit einer festen positiven Vorspannung als Schirmgitter wirkt und die Zwischenfrequenzspannung von der Anode oder vom dritten Gitter abgenommen wird.In reception technology, the so-called mixer tube circuits are known in which one Received modulated high-frequency oscillation through connection frequency formation with a Superposition oscillation of low frequency converted into a modulated intermediate frequency voltage will. The processes taking place in the mixer stage can be known as Understand modulation of the superimposed oscillation with the received oscillation. In such Mixing stages one has, among other things, also used a three-grid tube in such a way that the The first grid lying next to the cathode is pressed on by the received oscillations and the Superimposed oscillation due to feedback from the anode to the third grid adjacent to it is generated while the second grid with a fixed positive bias as a screen grid acts and the intermediate frequency voltage is taken from the anode or from the third grid.

Im Anodenstromkreis ist daher sowohl die Zwischenfrequenz als auch die Überlagerungsfrequenz wirksam, und die Entkopplung des- die Empfangsschwingungen führenden Eingangskreises gegen die die beiden anderen, in der Schaltung vor-In the anode circuit, therefore, both the intermediate frequency and the superimposed frequency are effective, and the decoupling of the latter Input circuit carrying received vibrations against the other two in the circuit

kommenden Frequenzen (Zwischenfrequenz, Überlagerungsfrequenz) führenden Kreise wird allein durch das Schirmgitter herbeigeführt.Coming frequencies (intermediate frequency, superposition frequency) leading circles becomes alone brought about by the screen grid.

In einer anderen bekannten Mischstufe arbeitet eine Dreigitterröhre in der Form, daß die Empfangsschwingungen dem dritten Gitter zugeführt werden, das zweite Gitter an einer festen positiven Spannung liegt und der auf die Überlagerungsfrequenz abgestimmte Resonanzkreis zwischen dem ersten Gitter und Erde liegt, während die Kathode mit einem Abgriff dieses Schwingungskreises verbunden ist, so daß eine die Überlagerungssehwingung erzeugende Dreip-unktschaltung gebildet wird. Diese Schaltung hat den Nachteil, daß die Kathode nicht geerdet werden kann und daß das Eingangsgitter gegen die Anode nicht abgeschirmt ist.In another known mixing stage, a three-grid tube works in such a way that the received oscillations fed to the third grid, the second grid at a fixed positive Voltage and the resonance circuit, tuned to the superposition frequency, between the first grid and earth lies, while the cathode is connected to a tap of this oscillation circuit so that a three-point circuit generating the local oscillation is formed will. This circuit has the disadvantage that the cathode cannot be grounded and that the input grid is not shielded from the anode.

In der Literatur ist beschrieben worden, daß die Mischung bei Zuführung der Emfangsschwingung an das eine Steuergitter einer Doppelgitterröhre und der Überlagererschwingung an das andere Steuergitter durch eine Kippung der Gitterspannungs-Anodenstrorn-Kennlinie des einen Steuergitters durch die Spannung am anderen Steuergitter zustande kommt. Tatsächlich tritt jedoch gleichzeitig auch eine Verschiebung der Kennlinien auf. Erst bei Einfügung eines positiv vorgespannten Schirmgitters zwischen die beiden Steuergitter wird diese Verschiebung vermieden.It has been described in the literature that the mixture when the receiving oscillation is applied to one control grid of a double grid tube and the superimposed vibration to the other Control grid by tilting the grid voltage-anode current characteristic of the one Control grid by the voltage on the other Control grid comes about. In fact, however, there is also a shift in the Characteristics. Only when a positively biased screen grid is inserted between the two Control grid avoids this shift.

Es ist auch eine Oszillatormischröhrenschaltung vorgeschlagen worden, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Röhre mit mindestens vier Gitterelektroden, zwischen Anode und Kathode in solcher Weise Verwendung findet, daß zwei miteinander rückgekoppelte Gitter als Oszillatoranode und Oszillatorsteuergitter wirken und SO¹ der Erzeugung der Überlagerungssehwingung dienen, ein weiteres Gitter als Eingangssteuergitter wirkt und ein positives Schirmgitter die Oszillatorgitter von dem Eingangssteuergitter trennt und daß ferner die Betriebsspannungen der Elektroden so· gewählt sind, daß durch das Zusammenwirken des äußeren, näher der Anode liegenden Steuergitters mit einem oder mehreren inneren, kathodenseitig liegenden Gittern eine durch das innere Steuergitter beeinflußte virtuelle Kathode gebildet wird, so daß der von dieser virtuellen Kathode zu der mit den Zwischenfrequenzkreisen verbundenen Anode fließende Elektronenstrom durch das äußere Steuergitter nochmals gesteuert wird.An oscillator mixer tube circuit has also been proposed, which is characterized in that a tube with at least four grid electrodes is used between anode and cathode in such a way that two grids that are fed back to one another act as an oscillator anode and oscillator control grid and SO ^{1 are used} to generate the superimposed oscillation, a further grid acts as an input control grid and a positive screen grid separates the oscillator grid from the input control grid and that the operating voltages of the electrodes are selected so that the interaction of the outer control grid closer to the anode with one or more inner grids on the cathode side creates a The virtual cathode influenced by the inner control grid is formed, so that the electron current flowing from this virtual cathode to the anode connected to the intermediate frequency circuits is controlled again by the outer control grid.

Während in der 'Mischstufe eines Emfängers drei verschiedene Frequenzen, nämlich die empfangene modulierte Hochfrequenz, die unmodulierte Überlagerungsfrequenz und die modulierte Zwischenfrequenz, die alle Hochfrequenzen sind, eine Rolle spielen, hat man es bei einer Modulationsschaltung mit zwei größenordnungsmäßig verschiedenen Frequenzbereichen zu tun, nämlich einerseits mit der niederfrequenten Signalspannung und andererseits mit der unmodulierten bzw. mit dieisen Signalen modulierten hoch- i°5 frequenten Trägerschwingung.While in the 'mixer stage of a receiver three different frequencies, namely the received modulated high frequency, the unmodulated heterodyne frequency and the modulated Intermediate frequencies, which are all high frequencies, play a role, you have it with one To do modulation circuit with two order of magnitude different frequency ranges, namely on the one hand with the low-frequency signal voltage and on the other hand with the unmodulated or high-frequency carrier oscillation modulated with these signals.

Es ist bekannt, eine Hochfrequenzschwingung mit einer Niederfrequenzschwingung dadurch zu modulieren, daß beide Schwingungen an getrennten Gittern liegen. Die Hochfrequenzschwingung wird no zwischen der Kathode, dem der Kathode benachbarten Steuergitter und dem zweiten, als Anode geschalteten Gitter mittels Dreipunktschaltung erzeugt, während die Niederfrequenzschwingung dem dritten, anodennahen Gitter zugeführt wird. Die modulierte Hochfrequenzschwingung wird von der Hauptanode abgenommen. Das anodennahe Gitter dient der Verhinderung einer Sekundärelektronenemission an der Anode und bewirkt auf diese Weise auch eine Entkopplung zwischen Antennenkreis und Trägerfrequenzgenerator. Jedoch ist diese Entkopplung nur sehr beschränkt.It is known to impart high frequency vibration with low frequency vibration thereby modulate so that both vibrations are on separate grids. The high frequency oscillation becomes no between the cathode, the control grid adjacent to the cathode, and the second, as the anode switched grid generated by means of three-point switching, while the low-frequency oscillation is fed to the third grid near the anode. The modulated high frequency oscillation is from the main anode removed. The grid near the anode serves to prevent secondary electron emission at the anode and in this way also causes a decoupling between the antenna circuit and carrier frequency generator. However, this decoupling is only very limited.

Die Erfindung verbessert auch in anderer Hinsicht diese bekannte Schaltung zur niederfrequenten Modulation einer Trägerschwingung dadurch, daß zwischen den die Modulations- und die Träger-The invention also improves this known circuit for low frequency in other respects Modulation of a carrier oscillation in that between the modulation and the carrier

schwingung führenden Gittern ein auf konstantem positivem Potential gehaltenes Schirmgitter angeordnet wird.Vibration-guiding grids arranged a screen grid held at a constant positive potential will.

Bei dieser Schaltung bewirkt das Schirmgitter und auch das der Anode näher gelegene Steuergitter eine Entkopplung des kathodennahen Steuergitters von der Anode. Dies wäre nicht der Fall, wenn man die RoJIe der beiden Steuergitter vertauschen würde. Dadurch, daß das SchirmgitterIn this circuit, the screen grid and the control grid closer to the anode have the effect a decoupling of the control grid near the cathode from the anode. This would not be that Case if one were to swap the RoJIe of the two control grids. By the fact that the screen grid

ίο eine positive Spannung führt, bewirkt das zweite, der Anode nähere Steuergitter, daß sich die Neigung der Anodenstromkennlinie entsprechend der ihm aufgedrückten Spannung ändert. Die Modulation kann somit auf einem nicht oder nur schwach gekrümmten Teil der Kennlinie durchgeführt werden und infolgedessen unterbleibt die unerwünschte Oberwellenbildung, die sonst die Folge einer Modulation in einem stark gekrümmten Kennliniengebiet ist. Die erwähnten Änderun-ίο carries a positive voltage, the second causes the anode closer control grid that the slope of the anode current characteristic curve accordingly the tension imposed on him changes. The modulation can therefore not or only on one slightly curved part of the characteristic curve can be carried out and as a result, the unwanted harmonics, which would otherwise be the consequence of a modulation in a strongly curved Characteristic area is. The mentioned changes

ao gen der Neigung der Anodemstromkennlinie kämen nicht zustande, wenn das Schirmgitter Kathodenpotential hätte.ao the slope of the anodem current characteristic would come does not materialize if the screen grid had cathode potential.

Eine Weiterbildung der gekennzeichneten Schaltung besteht darin, daß zwischen den beiden Steuergittern und der Anode noch ein weiteres positiv vorgespanntes Schirmgitter angeordnet wird, welches zweckmäßig bereits innerhalb der Röhre mit dem anderen Schirmgitter verbunden wird. Röhren mit zwei innerhalb des Vakuumgefäß es leitend miteinander verbundenen Schirmgittern sind an sich bekannt, jedoch ist es neu, diese Maßnahme im Rahmen der gekennzeichneten Modulatorschaltung anzuwenden.A further development of the circuit shown is that between the two Control grid and the anode still another positively biased screen grid arranged which is expediently already connected to the other screen grid within the tube will. Tubes with two screen grids that are conductively connected to one another inside the vacuum vessel are known per se, but it is new to take this measure as part of the marked Apply modulator circuit.

Tn Abb. ι ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, in welchem eine Röhre mit drei zwischen Kathode und Anode angeordneten Gittern Verwendung findet. Die Röhre 14 mit der Kathode 15 und der Anode 16 enthält die durch das Schirmgitter 18 getrennten Steuergitter 17 und 19. Über einen Transformator 42 mit den Primärklemmen 41 wird dem Steuergitter 19 eine Modulationsspannung zugeführt, während dem Steuergitter 17 von den Klemmen 11 her über die miteinander gekoppelten Spulen 10, 20 die zu modulierende Trägerschwingung zugeführt wird. Die modulierten Hochfrequenzschwingungen werden an der Anode 16 abgenommen, und über die Ausgangsleitung 26 und den Ausgangstransformator 12, der in diesem Fall auf die Trägerschwingung abgestimmt ist, dem Nutzkreis 13 zugeführt.Tn Fig. Ι is an embodiment of the invention shown, in which a tube with three grids arranged between the cathode and anode Is used. The tube 14 with the cathode 15 and the anode 16 contains the through the screen grid 18 separate control grids 17 and 19. About A transformer 42 with the primary terminals 41 is supplied with a modulation voltage to the control grid 19, while the control grid 17 from the terminals 11 over the coupled together Coils 10, 20, the carrier oscillation to be modulated is fed. The modulated High frequency vibrations are picked up at the anode 16 and via the output lead 26 and the output transformer 12, the in this case is matched to the carrier oscillation, fed to the useful circuit 13.

Um Änderungen des inneren Widerstandes zu \-ermeiden und die Steuerung durch das von der Kathode weiter entfernte Steuergitter noch wirksamer zu gestalten, kann es vorteilhaft sein, zwischen diesem Steuergitter und der Anode noch ein weiteres positives Schirmgitter anzuordnen. Alan kommt dann zu einer Schaltung mit einer Röhre mit mindestens vier Gittern. Außerdem kann es unter Umständen erwünscht sein, die zu modulierende Hochfrequenzsehwingung in der Röhre selbst durch eine Schwingungserregung zuIn order to avoid changes in the internal resistance and control by the from the To make control grids further away from the cathode even more effective, it can be advantageous to to arrange another positive screen grid between this control grid and the anode. Alan then comes to a circuit with a tube with at least four grids. aside from that it may be desirable under certain circumstances to adjust the high-frequency visual oscillation to be modulated in the Close the tube itself by vibrating it

■ erzeugen. Dies kann dadurch geschehen, daß in der Röhre in an sich bekannter Weise ein weiteres positives Gitter als Rückkopplungsanode vorgesehen wird.■ generate. This can be done by placing another in the tube in a manner known per se positive grid is provided as a feedback anode.

Eine derartige Schaltung, bei der eine Röhre mit fünf zwischen Kathode und Anode liegenden Gitterelektroden Verwendung findet, ist in Abb. 2 dargestellt. Diese Schaltung hat sich als die zweckmäßigste Ausführungsform erwiesen und arbeitet gleichzeitig als Oszillator und Modulator ohne gegenseitige Beeinflussung der mit den Steuerelektroden verbundenen Kreise, hingegen mit einer äußerst wirksamen Elektronenkopplung. Dem äußeren Steuergitter 66 wird ein Modulationssignal in derselben Weise zugeführt, wie an Hand der Abb. 1 gezeigt worden ist. Die Erzeugung der zu modulierenden Hochfrequenzträgerschwingung erfolgt durch Rückkopplung von der Oszillatoranode 67 ^auf den Kreis 85, der mit dem Oszillatorsteuergitter-52 verbunden ist. Zwischen dem Oszillatorteil und dem äußeren Steuergitter bzw. zwischen letzterem und der Anode 54 sind die Schirmgitter 87 und "]2 vorgesehen, die innerhalb der Röhre miteinander verbunden sind. Bei dieser Schaltung ist durch Änderung der Vorspannung des Steuergitters 66 auch noch eine Regelung der Stärke der Ausgangssignale möglich, wobei insbesondere das Gitter 66 mit einem ungleichmäßigen Durchgriff, beispielsweise mit veränderlicher Steigung, gewickelt sein soll.Such a circuit, in which a tube with five grid electrodes located between the cathode and anode is used, is shown in FIG. This circuit has proven to be the most expedient embodiment and works simultaneously as an oscillator and modulator without mutual influencing of the circuits connected to the control electrodes, but with an extremely effective electron coupling. A modulation signal is applied to the outer control grid 66 in the same manner as has been shown with reference to FIG. The generation of the high frequency carrier to be modulated oscillation is performed by feedback from the oscillator anode 67 ^o f the circuit 85 which is connected to the oscillator control grid 52nd The screen grids 87 and 2 are provided between the oscillator part and the outer control grid or between the latter and the anode 54 and are connected to one another within the tube of the output signals possible, in particular the grid 66 should be wound with an uneven penetration, for example with a variable slope.

Zur Erklärung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Modulatorschaltung sind in den Abb. 3 bis S noch die Zusammenhänge zwischen dem Potential eines Steuergitters und der Steilheit der auf die Spannung des anderen Steuergitters bezogenen Anodenstromkennlinie in Kurvenform dargestellt.To explain the mode of action of the invention Modulator circuit are in Fig. 3 to S still the relationships between the potential of a control grid and the steepness of the voltage of the other control grid related anode current characteristic shown in curve form.

Aus Abb. 3 ist ersichtlich, wie sich die Steilheit G^₁ der Anodenstromkennlinie in bezug auf die Signalspannung E_gl am ersten Gitter mit Änderung der Spannung E_g3 am dritten Gitter, d. h. am anderen Steuergitter, gemäß der Kurve 33 verändert, wobei ein Potential x, · das z.B. dem dritten Gitter zugeführt wird, eine Steilheit y zwischen dem ersten Gitter und dem Anodenstrom I₁, hervorruft.From Fig. 3 it can be seen how the slope G ^ _{1 of} the anode current characteristic with respect to the signal voltage E _gl on the first grid with a change in the voltage E _g3 on the third grid, ie on the other control grid, changes according to curve 33, with a potential x, which is fed to the third grid, for example, causes a steepness y between the first grid and the anode current I ₁ .

In gleicher Weise zeigt die Kurve 34 in Abb. 4 die Steilheit G^₂ der Anodenstromkennlinie in bezug auf die Spannung E_g3 am dritten Gitter bei einer Änderung der Spannung E_gl am ersten Gitter. Die Kurve 35 k Abb. 5, die annähernd eine waagerechte Linie ist, zeigt den Zusammenhang zwischen dem Strom I_g2 des zweiten Gitters (Schirmgitters) 18 und der Spannung E^₁ am ersten Gitter in Abhängigkeit von verschiedenen Spannungen E_gs am dritten Gitter. Es geht daraus hervor, daß zwischen dem Sohirmgitterstrom und der dem dritten Gitter zugeführten Signalspannung praktisch keine Wechselwirkung besteht. iaoIn the same way, the curve 34 in Fig. 4 shows the slope G ^ _{2 of} the anode current characteristic with respect to the voltage E _g3 on the third grid with a change in the voltage E _gl on the first grid. The curve 35 k Fig. 5, which is approximately a horizontal line, shows the relationship between the current I _{g2 of} the second grid (screen grid) 18 and the voltage E ^ ₁ on the first grid as a function of different voltages E _gs on the third grid. It can be seen from this that there is practically no interaction between the screen grid current and the signal voltage applied to the third grid. iao

Claims

Patent claims.

i. Circuit for low-frequency modulation of a carrier wave using a multi-grid tube, in which the carrier

oscillation of the control grid, which is closer to the cathode and is negatively biased towards the cathode and. the modulation voltage that is closer to the anode and is negatively biased towards the cathode Control grid are fed and the modulated oscillations from the anode are removed, characterized in that there is a on between the two grids screen grid held at a constant positive potential.

2. modulator circuit according to claim i, characterized in that another held at a constant positive potential Screen grid is arranged between the two control grids and the anode.

3. Modulation circuit according to claims ι and 2, characterized in that the two positive screen grids are connected to each other inside the tube.

4. Modulation circuit according to claim 1, characterized in that a further, on positive potential, acting as an anode grid in connection with the one Control grid serves to generate one of the vibrations in the tube itself.

Printed lettering considered:
French Patent No. 709 196;
British Patent No. 380 144;
Radio World magazine, July 2, 32, p. 14.

1 sheet of drawings

709 642/57 8.57