DE971380C

DE971380C - Vorrichtung zum Erzeugen von mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Schwingungen

Info

Publication number: DE971380C
Application number: DEN8314A
Authority: DE
Inventors: Haye Bouwman; Ivan Hecq; Johan Hogendijk
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1953-01-19
Filing date: 1954-01-17
Publication date: 1959-01-22
Also published as: NL86726C; FR1096918A; ES213186A1; BE525820A; US2814020A; GB754216A

Description

AUSGEGEBEN AM 22. JANUAR 1959

N 8314 VIII a / 21 a*

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum - Erzeugen von mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Schwingungen mit einer Oszillatorröhre, die über einen Rückkopplungskreis mit einem phasendrehenden Netzwerk rückgekoppelt ist, das aus Wilderständen und Kondensatoren zusammengesetzt ist.

Die Erfindung ist besonders wichtig bei Übertragungssystemen, bei denen eine hohe Frequenz- und Amplitudenstahilität bei großem Frequenzhub verlangt wird, z. B. bei mit Trägerwellen arbeitenden Frequienzversdhi'ebungstelegrap'hiesystemen, wo eine Anzahl nebenainanderliegender Telegrapfhiekanäle vorhanden ist, die bei Frequenzverscihiebungen von beispielsweise 70 Hz einen Frequenzabstand von beispielsweise 120 bis 150 Hz aufweisen. Ein Verlaufen der Frequenz von beispielsweise wenigen Hz der durch Telegraphiesignale gesteuerten Oszillatorsohaltungen bewirkt dabei bereits eine beträchtliche ZeichcnveTzerrung und ao eine beträchtliche Steigerung des Überspredhens auf benachbarte Telegraphiekanäle.

Hierzu wird bemerkt, daß es bei einem frequenzmodulierten Sender mit einer rückgekoppelten Oszillatorröhre bereits bekannt ist, einen Hauptrückkopplungskreis und einen Hilfsrückkopplungskreis anzuwenden, wobei der Hilfsrückkopplungskreis einen vom Modulationssignal gesteuerten Ampli-

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tudenmodulator enthält und die dem Amplitudenmodulator entnommene Hilfsrückkopplungsspannung gegenüber der Spannung im Hauptrückkopplungskreis um 90⁰ phasenverschoben ist, während die Ausgangsspannung des Hilfsrückkopplungskreises auf den Hauptrückkopplungskreis einwirkt.

Eine bekannte Vorrichtung dieser Art enthält als frequenzbestimmenden Kreis ein Vierpolnetzwerk in der Form eines unversteuerten Bandfilters, während in dem Hilf srückkopplungskreis, der einen Amplitudenmodulator enthält, ein phasendrehendes Netzwerk verwendet wird und die Ausgangsspannungen der beiden Rückkopplungskreise dem Gitter dar Generatorröhre in Reihe zugeführt werden. In einer anderen bekannten Vorrichtung dieser Art wird zur Erzielung einer Phasendrehung der Hilfsrückkopplungsspannung über 90⁰ die Hilfsrückkopplungsspannung mit einem innerhalb des Schwingkreises in Reihe liegenden Widerstand verbunden. Hierbei wird der Gütefaktor des Schwingkreises und damit die Frequenzstabilität in ungünstiger Weise beeinflußt.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum ²S Erzeugen von mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Schwingungen, insbesondere zur Verwendung bei Frequenzversdhiebungstelegrapliie, mit einer Oszillatorröhre, die über einen Hauptrückkopplungskreis mit einem pihaseindrehenden Netzwerk rückgekoppelt ist, und mit einem Hilfsrückkopplungskreis versehen ist, der einen durch das Modulationssignal gesteuerten Amplitudenmodulator enthält, welcher Hilfsrückkopplungskreis eine gegenüber der Rüclckopplungsspannung im Hauptrückkopplungskreis um etwa 90⁰ phasenversdhobene Hilfsrückkopplungsspannung liefert. Die angegebenen: schwierigen Forderungen können auf eine besonders einfache Weise dadurch erfüllt werden, daß das pnasendreihende Netzwerk im Hauptrückkopplungskreis als Wienbrücke ausgebildet ist, die aus einem Reihen-i?C-Glied und einem Parallel-i?C-Glied besteht, wobei die Eingangsklemmen des Hilfsrückkopplungskreises einerseits mit dem Verbindungspunkt des Reihenwiderstandes und Reihenkondensators der Wienbrücke und andererseits mit der Anzapfung eines parallel zu dieser Brücke geschalteten ersten Spannungsteilers verbunden ist, während die Ausgangsspannung des Hilfsrückkopplungskreises der Anzapfung eines zweiten, der Wienbrücke parallel geschalteten Spannungsteilers, zugeführt wird.

Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnähmen wird eine Beeinflussung der Frequenzstabilität durch den Hilfsrückkopplungskreis vermieden, so daß die Frequenzstabilität praktisch ganz durch den aus^ festen Elementen zusammengesetzten Hauptrückkopplungskreis bedingt wird, z. B. beträgt die Frequenzstabilität 10—⁵. Andererseits läßt sich hierbei ein großer Frequenzhub erreichen, z.B. mehr als io°/o, wobei unabhängig von den Frequenzverschiebungen die Amplitude der erzeugten Schwingungen konstant bleibt. Um langsame Amplitudenänderungen — z. B.

durch Alterungserscheinungen der Oszillatorröhre verursacht — zu gleicher Zeit zu vermeiden, enthält in einer bevorzugten Ausbildungsform der zweite Spannungsteiler einen festen und einen spannungsabhängigen Widerstand.

Fig. ι stellt eine Vorrichtung für Frequenzverschiebungstelegraphie dar, von der die. Erfin- ₇„ dung ausgeht und bei der ein über drei i?C-Elemente rückgekoppelter Oszillator Anwendung findet, während

Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Erzeugen durch Frequenzverschiebungen gekennzeichneter Telegraphiesignale besitzt einen i?C-Oszillator mit einer Pentode 1 als Oszillatorröhre, deren Anode über einen Anodenwiderstand 2 mit der Plusklemme 3 eines Anodenspannungsgerätes verbunden ist, während die Kathode über einen Gegenkopplungswiderstand 4 an Erde liegt. Die dem Anodenwiderstand 2 entnommene Hauptrückkopplungsspannung des i?C-Oszillators wird über einen Kathodenverstärker 5 und ein aus Reihenkondensatoren 6, 7, 8 und Querwiderständen 9, 10, 11 zusammengesetztes phasendrehendes Netzwerk dem Steuergitter der Pentode 1 zugeführt. Der' Oszillator schwingt dabei mit jener Frequenz, bei der sich zwischen der Anoden- und Steuergitterwechselspannung eine Phasenverschiebung von genau i8o° ergibt.

Bei der beschriebenen Schaltung werden die Oszillatorschwingungen durch die vom Signalgeber 12. gelieferten Telegraphiezeichen frequenzmoduliert.· Am Anodenwiderstand 2 der Oszillatorröhre treten die durch Frequenzverschiebungen gekennzeichneten Telegraphiesignale auf, die über einen Kathodenverstärker 13 einer Trägerwellenapparatür 14 mit dem Ausgang 15 zugeführt werden. Die Trägerwellenendapparatur 14 ist beispielsweise für vierundzwanzig im Frequenzband von 420 bis 3180 Hz liegende Telegraphiekanäle eingerichtet, wobei für jeden Telegraphiekanal ein Frequenzband von 120 Hz vorgesehen ist.

Zur Frequenzmodulation der Oszillatorschwingungen durch die Telegraphiezeichen wird eine der Rückkopplungsspannung gegenüber um etwa 90⁰ phasenverschobene und in der Amplitude mit dem modulierenden Signal wechselnde Hilfsrückkopplungsspannung überlagert. Dies wird dadurch erreicht, daß aus einem an den Ausgangskreis des Kathodenverstärkers 13 angeschlossenen Hilfsrückkopplungskreis 16 mit einem durch den Signalgeber 12 gesteuerten Amplitudenmodulator 17, dessen Ausgangsspannung über einen Reihenwiderstand 18 einem, Anzapfpunkt 19 des Querwiderstandes 10 des phasendrehenden Netzwerks zugeführt wird.

Die gegeneinander um 90⁰ phasenverschobenen Ausgangsspannungen der beiden Rückkopplungskreise liefern zusammen die gesamte Rückkopplungsspannung der Oszillatorschaltung, die gegenüber der Ausgangsspannung des phasendrehenden Netzwerkes 6 . . . 11 phasenverschoben ist. Die Größe

dieser Phasenverschiebung wechselt mit der Amplitude der im Signalzeichenrhythmus geänderten Hilfsrückkopplungsspannung, so daß sich eine entsprechende Frequenzänderung der durch die Oszillatorschaltung erzeugten Schwingungen ergibt, denn die Oszillatorfrequenz stellt sich stets so ein, daß zwischen der Anoden- und der Steuergitterwechselspannung eine Phasenverschiebung von genau i8o° vorhanden ist.

ίο Bei der beschriebenen Schaltung wird als Amplitiudenmodulator iy ein Ringmodulator verwendet, der mit vier zwischen den Enden der Sekundärwicklung eines Eingangstransformators 24 und der Primärwicklung eines Ausgangstransformators 25 liegenden Gleichrichterzellen 20, 21, 22, 23 versehen ist. Den Mittelanzapfungen der Transformatorwicklungen wird die Ausgangsspannung des Signalgebers 12 zugeführt, der. je nachdem ob ein Signalzeichen oder eine Signalpause auftritt,

eine Gleichspannung positiven oder negativen Vorzeichens von solcher Amplitude liefert, daß die Gleichrichterpaare 20, 21 und 22, 23 durch die modulierenden Signalzeichen wechselweise freigegeben und gesperrt werden. Das Vorzeichen der Hilfsrückkopplungsspannung wechselt dadurch im Signalzeichenrhythmus, was zur Folge hat, daß die Oszillatorfrequenz zwischen zwei beiderseits der Nennfrequenz der Oszillatorschaltung liegenden Werten wechselt.

Bei der beschriebenen Schaltung läßt sich die Größe der Hilfsrückkopplungsspannung und somit die Größe der Freqiuenzverschiebuingen mittels eines vor die Primärwicklung des Eingangstransformators 24 geschalteten veränderlichen Wider-Standes 26 beliebig einstellen. Die Amplitude der Hilfsrückkopplungsspannung ist erheblich kleiner als die Ausgangsspannung des phasendrehenden Netzwerks 6 ... 11, beispielsweise ein Zehntel, sodaß die Einwirkung der Hilfsrückkopplungsspannung auf die Oszillatorfrequenz sehr gering ist. Die Frequenzstabilität wird infolgedessen praktisch ganz durch den aus festen Elementen zusammengesetzten Hauptrückkopplungskreis 5 . .. 11 bestimmt und beträgt bei der angegebenen Schaltung beispielsweise io~⁵.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß sich bei den erwähnten Frequenzverschiebungen zugleich eine geringe Amplitudenmodulation der Oszillatorschwingungen ergibt, die mit zunehmendem Frequenzhub zunimmt und für verschiedene Anwendungen, z. B. Trägerfrequenztelegraphie, unerwünscht ist.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung angegeben, bei der unter Beibehaltung der Vorteile betreffs Frequenzstabilität und Frequenzhubes unabhängig von den erzielten Frequenzversciiiebungen die Amplitude der Oszillatorschwingungen konstant bleibt.
Als Oszillatorschaltung findet ein Wienbrückenoszillator Verwendung, der mit einer Doppeltriode 27, 28 ausgerüstet ist, deren Kathoden über Gegenkopplungswiderstände 29, 30 mit Erde verbunden sind. Hierbei ist die 'Anode der Triode 28 über einen Ausgangstransformator 31 mit einem als Wienbrücke ausgebildeten phasendrehenden Netzwerk gekoppelt, das aus einem Reihen-i?C-Glied 32, 33 und einem Parallel-i?G-Glied 34, 35 besteht. Diesem i?C-Glied 34, 35 wird die Rückkopplungsspannung für die Oszillatorschaltung entnommen und über die Leitung 36 dem Steuergitter der Triode 27 zugeführt, deren Ausgangskreis über einen Kopplungskondensator 37 und einen Gitterableitwiderstand 38 mit dem Steuergitter der Triode 28 verbunden ist.

Zuir Stabilisierung der mittleren Amplitude der Oszillatorschwingungen ist parallel zur Wienbrücke 32 bis 34 die Reihenschaltung eines spannungsabhängigen Widerstandes 39, beispielsweise einer Glühlampe, und eines Widerstandes 40 eingefügt, deren Verbindungspunkt 41, wenn man zu- ⁸<* nächst von dem nachstehend zu erläuternden Spannungsteiler 53 absieht, über eine Leitung 42 mit Erde verbunden ist. Bei der bisher beschriebenen Schaltung wird die Größe der Rückkopplungsspannung somit bedingt durch den Spannungsunterschied zwischen den Spannuingen an der Glühlampe 39 und dem i?C-Glied 34, 35 in der Wienbrücke.

Zum Erzeugen durch Frequenzverschiebungen gekennzeichneter Telegraphiesignale ist die dargestellte Vorrichtung mit einem Hilfsrückkopplungskreis mit einem durch einen Signalgeber 47 gesteuerten Ringmodulator versehen, der aus den Gleichrichterzellen 43, 44, 45, 46, dem Eingangstransformator 48 und Ausgangstransformator 49 besteht, dessen Sekundärwicklung über die Leitung 42 mit dem Verbindungspunkt 41 der. parallel zur Wienbrücke liegenden Reihenschaltung von Widerstand 40 und Glühlampe 39 verbunden ist. Am Ausgangstransformator 49 des Ringmodulators ergibt sich eine im Signalzeichenrhythmus wechselnde, gegenüber der Hauptrückkopplungsspannung der Wienbrücke um etwa 90° phasenverschobene Hilfsrückkopplungsspannung, die gemeinsam mit der ersteren über die Leitung 36 dem Steuergitter der Triode 27 zugeführt wird. Wie bei Fig. 1 werden auch hier in der Oszillatorschaltung durch Frequienzverschiebuingen gekennzeichnete Telegraphiesignale erzeugt, die zur weiteren Verarbeitung in einer Trägerwellenapparatur 50 mit Ausgang 51 einer Wicklung 52 des Transformators 31 1« entnommen werden. Mittels eines Spannungsteilers 53, der an der Sekundärwicklung des Ringmodulator-Ausgangstransformators liegt, kann hierbei die Größe der Frequenzverschiebungen beliebig eingestellt werden.

Bei der dargestellten Schaltung sind die Eingangsklemmen des Hilfsrückkopplungskreises einerseits an den Verbindungspunkt 54 der Reihenschaltung des Widerstandes 32 und des Kondensators 33 in der Wienbrücke und andererseits an die Anzapfumg 55 eines parallel zur Brückenschal tung liegenden Spannungsteilers 56 angeschlossen, wobei der Spannungsteilerabgriff 55 so gewählt ist, daß die Spannung zwischen den Punkten 54, 55 um etwa 90⁰ gegenüber der Spannung am Netzwerk 34. 35 der Wienbrücke phasenverschoben ist. Die

den Punkten 54, 55 entnommenen Spannungen werden hierbei zur weiteren Verarbeitung im Hilfsrückkopplungskreis über Kathodenverstärker 57, 58 der Primärwicklung des Eingangstransformators 48 des Ringmodwlators zugeführt.

Es hat sich herausgestellt, daß bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführumgsform des Hilfsrückkopplungskreises der Dämpfungsfaktor der gesamten Rückkopplungsschleife des Oszillators, d. h. also das Verhältnis der Steuergitterspannumg der Triode 27 zu der der Wienbrücke 32 ... 35 .zugeführten Spannung, praktisch unabhängig ist von der Frequenz der erzeugten Schwingungen. Dabei ergibt sich der wichtige Vorteil, daß die Amplitude der erzeugten Schwingungen bei Frequenzverschiebung konstant bleibt. Wenn die Widerstände 32,35 und die Kondensatoren 33, 34 der Wienbrücke einander gleich sind, soll der Teilwiderstand des Spannungsteilers 56, der zwischen dem Anzapfpunkt 55 und dem Verbindungspunkt mit dem Widerstand 3.2 der Wienbrücke Hegt, angenähert ein Drittel des gesamten Spannungsteilerwiderstandes betragen; der Dämpfungsfaktor in der Rückkopplungsschleife ist dann angenähert 3.

An dieser Stelle sei erwähnt, daß die beschriebene Wirkung sich auch ergibt, wenn der Reihenwiderstand 32 und der Reihenkondensator 33 miteinander vertauscht werden.

Einen Überblick über die mit einer Vorrichtung der dargestellten Art erzielten Ergebnisse zeigt die nachstehende Tabelle, in der Änderungen der Amplitude und Frequenz der erzeugten Schwingungen in Abhängigkeit von Anodenspannungsänderungen, Heizspannuingsänderungen und Belastungsänderungen angegeben sind. Die Oszillatorfrequenz beträgt hierbei 1930 Hz und die Frequenzverschiebung 60 Hz.

	Amplituden- änderungen	Frequenz änderungen
Anodenspannungsänderung 200 bis 240 V	2%	I · IO ^s
Heizspannungsänderung 5,7 bis 6,9 V	0%	IO · 10"⁵
Belastungsänderung 300 bis 200 Ohm	1%	2 · IO ^⁵

Unter den ungünstigsten Betriebsverhältnissen bleiben also sowohl Frequenz- als auch Amplitudenänderungen der erzeugten Schwingungen außerordentlich niedrig.

Im vorstehenden ist die Erfindung an Hand einer Ausführungsform zur Erzeugung durch Frequlenzverschiebungen gekennzeichneter TeIegraphiesignale erläutert. Es bedarf keiner weiteren Erläuterungen, daß die angegebene Vorrichtung auch vorteilhaft zur Frequenzmoduilation mittels anderer Signale, beispielsweise Sprechsignale, be- ^₀ nutzt werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Vorrichtung zum Erzeugen von mit einem Modulationssignal frequenzmodulierten Schwingungen, insbesondere zur Verwendung bei Frequenzverschiebuiigstelegraphie, mit einer Oszillatorröhre, die über einen Hauptrückkopplungskreis mit einem phasendrelhenden Netzwerk rückgekoppelt ist, und mit einem Hilfsrückkopplungskreis versehen ist, der einen durch das Modulationssignal gesteuerten Amplitudenmodulator enthält, welcher Hilfsrückkopplungskreiis eine gegenüber der Rückkopplungsspannung im Hauptrückkopplungskreis um etwa 90° phasenverschobene Hilfsrückkopplungsspannung liefert, dadurdh gekennzeichnet, daß das phasendrehende Netzwerk im Hauptrückkopplungskreis als Wienbrücke ausgebildet ist, die aus einem Reihen-ÄC-GIied und einem Parallel-i?C-Glied besteht, wobei die Eingangsklemmen des Hilfsrückkopplungskreises einerseits mit dem Verbindungspunkt des Reihenwiderstandes und Reihenkondensators der Wienbrücke und andererseits mit der Anzapfung eines parallel zu dieser Brücke geschalteten ersten Spannungsteilers verbunden ist, während die Ausgangsspannung des Hilfsrückkopplungskreises der Anzapfung eines zweiten, der Wienbrücke parallel geschalteten Spannungsteilers, zugeführt wird.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungsteiler einen festen und einen spannungsabhängigen Widerstand enthält.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Wienbrücke aus einander gleichen Widerständen und einander gleichen Kondensatoren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsteilerverhältnis des parallel zur Wienbrücke geschalteten ersten Spannungsteilers zum Hilf srückkopplung-skreis 2/3 beträgt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 617 139;
USA.-Patentschriften Nr. 2321269, 2474261; französische Patentschrift Nr. 942 673;
deutsche Patentschrift Nr. 851 359;
niederländische Patentschrift Nr. 66 962.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

© 609 5467306 6.56 (805 711/5 1.59)