DE972138C - Anordnung zur Begrenzung der Amplitude von Wechselspannungen, insbesondere von frequenzmodulierten Schwingungen - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 27. MAI 1959

F 7 595VlIIa j 2i CL^

Konstanz

(Ges. v. 15. 7.1951)

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen zur Begrenzung der Amplitude von Wechselspannungen, insbesondere von frequenzmodulierten Schwingungen, mittels Elektronenröhren (Begrenzerröhren), deren Eingangs- bzw. Gitterkreis die zu begrenzenden Spannungen £7_e~ zugeführt und an deren Ausgangs- bzw. Anodenkreis die begrenzten Spannungen t/_e~ abgenommen werden. Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf Amplitudenbegrenzerröhren, die nach dem C-Verstärker-Prinzip arbeiten und die sich also ihre Gittervorspannung durch Gittergleichrichtung selbst erzeugen. In der Abb. ι der Zeichnung ist der schaltungsgemäße Aufbau einer solchen Amplitudenbegrenzeranordnung schematisch dargestellt. Die zu begrenzende Wechselspannung t/_e~ wird über den Kondensator 1 dem Gitter der Röhre 2 zugeführt, deren Speisespannungsquellen der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind. Die begrenzte Wechselspannung £/_α~ wird über den Kondensator 3 an dem Anodenwiderstand 4, für den ein Schwingungskreis vorgesehen sein kann, abgenommen. Die zur Erzielung der Begrenzerwirkung erforderliche negative Gittervorspannung wird durch Gittergleichrichtung am Gitterableitwiderstand 5 erzielt. In Abb. 2 ist die zugeordnete

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Begrenzerlinie dargestellt, wobei über der Eingangswechselspannung £/_e~ die begrenzte Ausgangswechselspannung [7_a~ aufgetragen ist. Als »Regelbereich« ist in üblicher Weise der Bereich jener Amplituden der Eingangwechselspannung bezeichnet, bei deren Zuführung die Amplituden der zugehörigen Ausgangswechselspannung der Begrenzerröhre innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Schwankungsbereiches S bleiben. Übersteigt die zu erwartende Amplitude der Eingangswechselspannung diesen Regelbereich, dann treten Ausgangsamplituden auf, die außerhalb dieses Schwankungsbereiches liegen, so daß die Begrenzerwirkung der einen Röhre nicht ausreicht. Es ist bereits bekannt, mehrere Röhren in Gitterstrombegrenzerschaltung hintereinanderzuschalten und so zu betreiben^ daß ihre Arbeitsbereiche aneinander anschließen (USA.-Patentschrift 2289840). Hierbei handelt es sich jedoch um einen Zwischenfrequenzverstärker, bei dem zunächst nur die letzte Röhre als Gitterstrombegrenzerröhre wirkt, sobald ihr die dafür erforderliche Mindestgitterwechselspannung zugeführt wird. Die Begrenzerwirkung geht von der letzten Röhre auf die vorletzte und von hier auf die drittletzte Röhre über, wenn bereits diese eine hinreichend große Gitterwechselspannung erhalten. Auf diese Weise wird jedoch nicht das Ziel erreicht, unter Ausnutzung der verwendeten Anzahl von Begrenzerröhren Ausgangswechselspannungsamplituden zu erhalten, die innerhalb eines möglichst kleinen Schwankungsbereiches liegen. Unter Umständen kann dabei sogar eine Verringerung der Amplitude der Ausgangswechselspannung der letzten Röhre gegenüber jener der vorletzten Röhre eintreten. An Stelle einer Begrenzerkennlinie gemäß Abb. 2 kann nämlich auch eine Kennlinie von solcher Form wirksam sein, wie sie in Abb. 3 dargestellt ist, bei der also bei Vergrößerung der Eingangsamplitude über einen bestimmten Wert hinaus die Amplitude der entsprechenden Ausgangswechselspannung wieder kleiner wird. Diese Kennlinienform entsteht dann, wenn beim Überschreiten jenes Amplitudenwertes der Eingangs spannung die Schwingungen der Ausgangsspannung immer stärker verzerrt werden und dadurch der Anteil der Grundwelle stetig abnimmt. !7„~ stellt nämlich die Wechselspannungsamplitude der Grundwelle dar, die in diesem Zusammenhang allein interessiert. Wenn deren Anteil an der Gesamt-Ausgangsspannung infolge Oberwellenbildung abnimmt, Avird definitionsgemäß U_a~ kleiner.

Welche Form der Begrenzerkennlinie auftritt, hängt von der Dimensionierung der Begrenzerstufe, insbesondere vom Wert der Zeitkonstante des Gitter- bzw. Eingangskreises der Begrenzerröhre, ab. Kennlinien gemäß Abb. 3 erhält man erfahrungsgemäß dann, wenn diese Zeitkonstante relativ klein ist. Die erzielbare Form der Begrenzerkennlinie hängt insofern mittelbar von der zu erwartenden höchsten Frequenz der Nutzmodulation ab, da man die Zeitkonstante zur Aufrechterhaltung der begrenzenden Wirkung um so kleiner machen muß, je höher diese Frequenz ist. Kleine Zeitkonstanten lassen sich unter anderem durch die Verwendung von Röhren großer Steilheit, z.B. von Pentoden, erreichen. Die Verwendung von Pentoden bringt noch den Vorteil mit sich, daß auch die Anoden- und Schirmgitterspannungen klein gehalten werden können, wenn mit der Begrenzerschaltung selbst keine ins Gewicht fallende Verstärkung der zu begrenzenden Spannungen bzw. Schwingungen erzielt werden soll.

Bei Vorliegen einer Begrenzerkennlinie nach Abb. 3 ist der verwendbare Regelbereich, bezogen auf einen gleich großen Schwankungsbereich für die begrenzte Ausgangswechselspannung, im allgemeinen wesentlich kleiner als bei einer Kennlinie gemäß Abb. 2. Die Notwendigkeit, zur Erzielung eines ausreichenden Regelbereiches weitere Begrenzerstufen vorzusehen, wird also insbesondere dann gegeben sein, wenn aus den oben erläuterten Gründen eine Begrenzerkennlinie wie in Abb. 3 auftritt. Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, bei Hintereinanderschaltung von Begrenzerstufen diese so zu dimensionieren, daß unter Ausnutzung des vollen Regelbereiches der einzelnen Stufe der größtmögliche Gesamtregelbereich erzielt wird. Sie betrifft in diesem Sinne eine Anordnung zur Begrenzung der Amplitude von Wechselspannungen, insbesondere von frequenzmodulierten Schwingungen, mittels hintereinandergeschalteter Elektronenröhren in Gitterstrombegrenzerschaltung, wobei jede Stufe in ihrer C7_e-i7_a-Charakteristik ein Maximum aufweist. Gemäß der Erfindung ist nun die Kopplung zwischen zwei hintereinandergeschalteten Stufen so gewählt, daß bei der maximalen Ausgangsspannung der ersten Stufe die Eingangsspannung der zweiten Stufe so groß ist, daß die Ausgangsspannung der zweiten Stufe ihren Maximalwert überschritten hat und auf jenen Wert zurückgegangen ist, der im Rahmen der jeweiligen Toleranzbedingungen noch benutzt werden darf. Während also bei den bekannten Schaltungen mit hinterginandergeschalteten Röhren in Gitter-Strombegrenzerschaltung die Röhren nach den Regeln der Verstärkertechnik gekoppelt sind, gibt die Erfindung Anweisungen für eine neuartige Kopplung, bei der auf Verstärkerwirkung kein Wert gelegt wird, sondern die Koppelelemente so bemessen werden, daß der Schwankungsbereich auf der Ausgangsseite der ersten Röhre optimal an den Regelbereich der Eingangsseite der zweiten Röhre angepaßt ist.

An Hand der in den Abb. 4 und 5 gezeigten Diagramme und der Abb. 6, in welcher die Reihenschaltung zweier Begrenzerröhren gemäß Abb. 1 dargestellt ist, möge nunmehr das Wesen der oben angegebenen erfindungsgemäßen Bemessungsvorschrift für die Hintereinanderschaltung zweier Begrenzerröhren näher erläutert werden.

In Abb. 4 ist unten die Begrenzerkennlinie der ersten (2 in Abb. 6) und oben um 90⁰ versetzt die Begrenzerkennlinie der zweiten (6 in Abb. 6) der beiden in Reihe geschalteten Begrenzerröhren dargestellt. Unter der Voraussetzung, daß der zu-

lässige Schwankungsbereich der Ausgangsspannung der ersten Begrenzerröhre J₁ ist, erstreckt sich der Regelbereich der ersten Begrenzerröhre von U_ell über U_el0 bis U_ei2. Diesen Werten der Eingangsspannung U_el sind die Ausgangsspannungswerte U₁₁₁ der Größe U₁₁₁₁, U_al0 und U_al2 zugeordnet, wobei U₀₁₁=U₁₁₁₂ ist. Der Regelbereich der zweiten Begrenzerröhre erstreckt sich von U_e21 über U_e20 bis U_e22. Diesem Regelbereich der Eingangsspannung der zweiten Röhre entsprechen die Ausgangsspannungen U_a2, die zwischen U₀₂₁ bzw. U₀₂₂ und U_a20, also innerhalb des Schwankungsbereiches S₂ der Ausgangsspannungen der zweiten Begrenzerröhre, liegen. Da für das (U_e-U_a)-Diagramm der zweiten Begrenzerröhre ein anderer (größerer) Maßstab als für das (U _e-U_a)-Oia.gr amm der ersten Begrenzerröhre gewählt ist, erscheint in der Abb. 4 der Schwankungsbereich J₂ größer als der Schwankungsbereich S₁. Tatsächlich ist aber S₁=S₂ gewählt.

Erfindungsgemäß ist nun die Verstärkung derart gewählt, daß, wenn die Eingangsspannung an der ersten Begrenzerröhre U_el0, also die Ausgangsspannung im Anodenkreis der ersten Röhre ί7_αιο

as beträgt, die am Gitter der zweiten Röhre auftretende Eingangsspannung gleich U_e22 ist. Das heißt, es wird U_{0 10} = U_{e 22} gewählt, was auch in dem Diagramm der Abb. 4 vorausgesetzt ist. Bei derartiger Dimensionierung der zwischen den beiden Begrenzerröhren liegenden Schaltelemente kann dann nämlich, wie aus der Abb. 4 ersichtlich ist, die Eingangsspannung am Gitter der ersten Röhre zwischen U_ex und U_ey sich ändern, wenn die Ausgangsspannung der zweiten Röhre zwischen U_a21 l)zw. U₀₂₂ und U₀₂₀ schwanken darf, was ja voraussetzungsgemäß aber der Fall ist. Während also beim Arbeiten mit nur einer Begrenzerröhre ein Regelbereich der Größe U_eu-+ U_el2 vorhanden ist, wird durch die erfindungsgemäße Bemessungs-Vorschrift ein Regelbereich der Größe U_ex—>■ U_ey erzielt. Wie aus der Abb. 4 weiter hervorgeht, beträgt die Größe dieses neuen Regelbereiches für die zu begrenzende Eingangswechselspannung ein Vielfaches des ursprünglichen Regelbereiches. Diesen

4-5 Vorteil erkennt man auch aus der Abb. S, in der die aus der Hintereinanderschaltung zweier Begrenzerröhren in der angegebenen Weise erzielte resultierende Kennlinie dargestellt ist. Über der Eingangsspannung U_el der ersten Röhre ist die

Ausgangsspannung U_a2 der zweiten Röhre aufgetragen. Außer den Werten U_ex, U₀₁₀ und U_ey sind noch die Hilfswerte q und r der Eingangsspannung U_ei angedeutet, deren Wahl sich aus dem Diagramm ergibt.

In Abb. 6 ist der schaltungsgemäße Aufbau zweier hintereinandergeschalteter Begrenzerröhren dargestellt. Mit den Bezugszeichen 1 bis 5 sind in Anlehnung an das Schaltbild der Abb. 1 die Schaltelemente der ersten Begrenzerröhre 2 und mit den Bezugszeichen 6 bis 9 die entsprechenden Schaltelemente der zweiten Begrenzerröhre 6 bezeichnet. Wie bereits erwähnt, erhalten die beiden Röhren keine besondere Gittervorspannung, sondern es erzeugen die beiden Röhren die Gittervorspannung durch Gittergleichrichtung an den zugeordneten Gitterwiderständen 5 und 9, Während des Betriebes entsteht also auf jeden Fall in jeder Röhre ein Gitterstrom. Der Gitterstrom der ersten Röhre (2 in Abb. 6) bzw. die diesem Strom zugeordnete Spannung wird nun bei Anwendung des Erfindungsgegenstandes zum Empfang frequenzmodulierter Schwingungen gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung dazu verwendet, den Verstärkungsgrad des Vorverstärkers zu regeln. Zur Erzeugung dieser Regelspannung, die in der Abb. 6 mit U_r bezeichnet ist, für die Pegelregelung des Vorverstärkers dienen der Gitterwiderstand 10 und der Trennkondensator 11. Es wird dadurch eine Übersteuerung der Begrenzerröhren vermieden. Denn unter Zuhilfenahme der Pegelregelung läßt es sich leicht erreichen, daß der Wert der hochfrequenten Eingangsspannung stets innerhalb derjenigen Grenzwerte bleibt, die in Abb. 5 bzw. 4 mit U_ex und U_ey bezeichnet sind. Aus Abb. 5 ist ersichtlich, daß dann der Wert der Ausgangsspannung stets innerhalb des gewünschten Schwankungsbereiches S₂ bleibt.

Weiter kann für den Fall der Anwendung des Erfindungsgegenstandes auf den Empfang frequenzmodulierter Schwingungen im Anodenkreis der zweiten Begrenzerröhre der Demodulator (Umsetzer) vorgesehen werden.

Der Erfindungsgegenstand wird, wie bereits erwähnt, in bevorzugter Weise bei Empfangsanordnungen frequenzmodulierter Schwingungen, insbesondere von Schwingungen des Dezimeter- und Zentimeterwellenlängengebietes, in Anwendung gebracht. Selbstverständlich ist das Anwendungsgebiet des Erfindungsgegenstandes hierauf nicht beschränkt, sondern es kann der Erfindungsgegenstand in all den Fällen Verwendung finden, in denen es erforderlich ist, zwei Begrenzer röhr en mit insbesondere kleinen Zeitkonstanten im Gitterkreis hintereinanderzuschalten.

Claims (4)

1. Patentansprüche·.

   I.Anordnung zur Begrenzung der Amplitude von Wechselspannungen, insbesondere von frequenzmodulierten Schwingungen, mittels zweier hintereinandergeschalteter Elektronenröhren in Gitterstrombegrenzerschaltung, wobei jede Stufe in ihrer UJ₁,-[/„-Charakteristik ein Maximum aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen den beiden Stufen so gewählt ist, daß bei der maximalen Ausgangsspannung der ersten Stufe die Eingangsspannung der zweiten Stufe so groß ist, daß die Ausgangsspannung der zweiten Stufe ihren Maximalwert überschritten hat und auf jenen Wert zurückgegangen ist, der im Rahmen der jeweiligen Toleranzbedingungen noch benutzt werden darf.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung zweier gleichartiger, nach dem C-Verstärker-Prinzip arbeitender Be-

   grenzerröhren, denen keine zusätzliche Gittervorspannung erteilt ist.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an dem Gitterwiderstand (10) der ersten Begrenzerröhre auftretende Spannung zur Regelung des Verstärkungsgrades eines gegebenenfalls vorhandenen Vorverstärkers dient (Abb. 6).
4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausgangs- bzw. Anodenkreis der zweiten Begrenzerröhre der Demodulator (Umsetzer) für die zu empfangenden frequenzmodulierten Schwingungen angeordnet ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschriften Nr. 1 941 069, 2289840; Funktechnische Monatshefte, 1940, S. 62 und 63; Fernsehempfang von M. v. Ardenne, 1935, S. 86.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 909 522/28 5.59