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Schaltung zur Regelung der Dynamik in Niederfrequenziibertragungsanlagen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur selbsttätigen Dynamikregelung
unter Verwendung von Elektronenröhren mit fünf oder mehr Elektroden in Niederfrequenzübertragungsanlagen.
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Die Notwendigkeit einer Verstärkungsregelung besteht an verschiedenen
Stellen. Bekannt ist beispielsweise die Verstärkungsregelung bei Empfangsgeräten,
welche trotz veränderlicher Eingangsspannung eine konstante Lautstärke liefern sollen.
Aus anderen Gründen ist eine Lautstärkeregelung z. B. bei der Schallplattenaufnahme,
der Lichttonaufzeichnung und bei der Senderaussfieuerung erforderlich. Die Lautstärke
einer Orchesterdarbietung schwankt etwa in den Grenzen i : iooo. Bei der Schallplattenaufnahme
ist eine untere Lautstärkegrenze, welche nicht unterschritten werden darf, durch
das Nadelgeräusch gegeben. Die obere Grenze ist durch den Rillenabstand festgelegt.
Auf diese Weise ist man nur in der Lage, ein Lautstärkeverhältnis von etwa i :
50 zum Ausdruck bringen zu können. Es ist infolgedessen notwendig, das natürliche
Lautstärkeverhültnis zwischen den leisesten und den lautesten Stellen (die sogenannte
Dynamik) von etwa i : iooo zu reduzieren auf etwa i : 5o. Wenn man annimmt, daß
eine mittlere Amplitude von der Regelung nicht beeinflußt werden soll, müssen leise
Stellen verhältnismäßig mehr verstärkt und laute Stellen geschwächt werden. Ähnlich
liegen die Verhältnisse beispielsweise bei der Aussteuerung eines Rundfunksenders;
der Modulationsgrad soll bei leisen Stellen mit Rücksicht auf die Störgeräusche
im Empfänger und aus der Atmosphäre nicht zu klein sein, und andererseits muß jede
Gbersteuerung wegen der damit verbundenen Verzerrung sorgfältig vermieden werden.
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Die Regelung der Verstärkung erfolgte bisher hauptsächlich in Verstärkerstufen
mit für diesen Zweck besonders geeigneten Exponentialröhren, d. h. Röhren, deren
Kennlinie gemäß Abb, i einen angenähert negativlogarithmischen Verlauf aufweist
und weit in das Gebiet negativer Gittervorspannung hineingezogen ist. Die Regelung
erfolgt in bekannter Weise durch Verminderung der Vorspannung des Steuergitters.
Bei diesem Verfahren werden zwei Nachteile offenbar. Erstens tritt eine starke Schwankung
des mittleren Anodenstromes J. auf, wie aus der Abb. i unmittelbar hervorgeht. Jmi
ist der mittlere Anodenstrom bei kleinen Gittervorspannungen und hoher Verstärkung,
während J",2 einem Arbeitspunkt mit großer Gittervorspannung und geringer Steilheit
entspricht. Zweitens ist eine verhältnismäßig große Regelspannung notwendig, um
den ganzen Steilheitsbereich überstreichen zu können. .
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Es ist bereits bekannt, zum Zwecke des Schwundausgleichs im Hochfrequenz-
oder
Zwischenfrequenzteil Mehrgitterröhren zu benutzen. Zwischen
Regelschaltungen für Hochfrequenz und Regelschaltungen für -Niederfrequenz bestehen
aber grundsätzliche Unterschiede. Die bisher üblichen Exponentiälröhren haben den
Nachteil, daß auch bei verhältnismäßig kleinen Amplituden kruininlinige Teile der
Charakteristik ausgesteuert werden müssen, was zu nichtlinearen Verzerrungen führt.
Solche nichtlinearen Verzerrungen spielen bei Hoch- und Zwischenfrequenzschaltungen
überhaupt keine Rolle, da durch die Abstimmung auf die allein zu übertragende Frequenz
die auftretenden höheren Harmonischen vom Übertragungsweg ferngehalten werden. Mit
Rücksicht auf den Klirrfaktor besteht daher bei Hochfrequenzschaltu,ngen keine \,-eranlassung,
statt der üblichen Exponentialröhren eine Mehrgitterröhre zu nehmen.
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Demgegenüber hat bei Niederfrequenz die ehrgitterröhre den Vorteil,
daß eine Steilheitsänderung durch Kennlinienkippung herbeigeführt «-erden kann.
Die Kennlinien verlaufen im wesentlichen geradlinig, so daß auch für große Amplituden
eine verzerrungsfreie Verstärkung durchführbar ist. Die Regelspannung bewirkt, dali
die ILennlinien geneigt werden, also eine andere Steilheit erhalten, ohne daß dadurch
wie bei der Benutzung von Elponentialröhren Verzerrungen mit in Kauf genommen werden
müssen.
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Ein weiterer Vorteil ist, daß bei Exponentialröhren infolge der großen
Regelspannung der Anteil der Welligkeit in der Regelgleichspannung groß ist, wodurch
Rückkopplungserscheinuiigeii und andere störende Effekte herbeigeführt werden können.
Es wird daher eine wesentliche Verbesserung eines solchen Dynainikreglers für Niederfrequenzzwecke
herbeigeführt, wenn mit kleinen Regelgleichspannungen gearbeitet werden kann, wie
dies bei :\lelirgitterröhren der Fall ist.
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Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Anordnungen durch
eine neuartige Schaltung einer Röhre mit fünf oder mehr Elektroden zu beseitigen,
und zwar wird gemäß der Erfindung bei einer Schaltung zur Regelung der Dynamik in
N iederfrequenzübertragungsanlagen unter Verwendung von Elektronenröhren finit einer
Kathode, einer Anode und drei oder mehr dazwischenliegenden Gitterelektroden dem
der Kathode benachbarten Gitter die zu verstärkende Wechselspannung und dem der
Anode zunächst liegenden Gitter eine von der Höhe der Eingangswechselspannung abhängige,
die Änderung der Steilheit der --'inodenstrom-Gitterspannungskennlinien herbeiführende
Gleichspannung zugeführt, und es werden beide Gitter durch ein auf Anodenpotential,
gegebenenfalls vermindert um den Gleichspannungsabfall am Kopplungselement, gehaltenes
Gitter getrennt.
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Die Abb.2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
Hierin stellt T' eine iVerstärkerröhre mit einer direkt oder indirekt geheizten
Glühkathode Ni, einer Anode r1, einem Steuergitter Gt, einem Schirmgitter G_., und
einem weiteren Gitter G3 dar. Wenn man die Kennlinie einer derartigen Röhre aufnimmt,
wobei der Anodenstrom I" über der Gitterspannung EG, aufgetragen wird und
die Spannung Ec,s negativ ist und für eine Kennlinie konstant bleibt, so erhält
man gemäß Abb. 3 eine Schar von Kennlinien verschiedener Steilheit. «-elche sich
angenähert in einem Punkt P auf der Abszissenachse schneiden. Die Steilheit der
einzelnen Kennlinien ist dabei eine Funktion der Spannung des dritten Gitters. Daraus
ergibt sich bereits die Möglichkeit einer Verstärkungsregelung durch :3nderung der
Spannung EG, in Abhängigkeit von der Amplitude der Eingangswechselspannung.
Da die Kennlinien im wesentlichen geradlinig verlaufen, e rgl iht sich ohne weiteres
der Vorteil, daß auch für große Amplituden eine verzerrungsfreie Verstärkung durchführbar
ist, während dies im Falle der Exponentialrö Kren gemäß Abb. i nur in wesentlich
geringerem Umfange möglich ist. Es zeigt sich ferner, daß die zur Regelung der Verstärkung
zwischen bestimmten Grenzen notwendige lZegelspannung bei dein neuen Verfahren der
Steilheitsänderung beträchtlich ge=ringer ist als bei Exponentialröhren (z. B. 5
Volt gegenüber 30 Volt).
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L'in die Auswirkung einer :Änderung des mittleren Anodenstromes infolge
der Verstärkungsregelung besser klarzustellen, wird auf die Abb.-1 Bezug genommen.
Dort stellt L' die bereits an Hand der Abb. 2 näher erläuterte geregelte Verstärkerröhre
dar, während l'1 die Endstufe des Verstärkers bezeichnet. Für alle Röhren ist eine
gemeinsame Anodenspannungsquelle E" vorgesehen. Wenngleich der Widerstand dieser
Spannungsquelle verhältnismäßig gering ist und durch Parallelschaltung einer Blockkapazität
C noch weiter herabgesetzt werden kann, so findet doch mit Rücksicht auf die Größe
der in der Endstufe auftretenden Wechselspannungsamplituden über die Spannungsquelle
eine Rückwirkung auf die Eingangsstufen statt, wenn nicht in die Anodenleitung der
Vorstufen besondere Siebglieder L und C
eingeschaltet werden. Diese Siebkette
besitzt eine durch ihre Dimensionierung festgelegte Zeitkonstante bzw. Resonanzfrequenz,
tuid diese steht einer raschen Änderung des mittleren Anodenstromes der Regelstufe
h im
Wege. Durch verschiedene Meßreihen wurde festgestellt, daß
der Übergang zwischen den extremen Verstärkungen in sehr kurzer Zeit vollzogen sein
muß, widrigenfalls merkliche Verzerrungen wahrnehmbar sind.
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Dieser Übelstand wird dadurch ausgeschaltet, daß das Schirmgitter
G2 an die Anodenspannung gelegt wird. Das Gitter G3 steuert, ohne selbst Strom zu
verbrauchen, die Verteilung c@es von der Kathode emittierten Stromes auf das Schirmgitter
G2 und die Anode A. Wenn also beispielsweise der mittlere Anodenstrom durch Vergrößerung
der negativen Vorspannung des Regelgitters G" verkleinert wird (Kurve E'G3 in Abb.
3), nimmt der Schirmgitterstrom um den gleichen Betrag zu: Infolgedessen bleibt
der aus der Anodenstromquelle entnommene Gesamtstrom Ja+J2 (Abb. a) annähernd
konstant, und die Zeitkonstante der Siebkette L C steht völlig außer
Spiel.
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Die vorhin beschriebene Wirkungsweise der Regelstufe kann noch dadurch
verbessert werden, daß eine Röhre mit sechs Elektroden (Hexode) in der aus der Abb.
5 ersichtlichen Schaltung verwendet wird. Die Röhre enthält außer einer Kathode
K und einer Anode A
noch vier Gitterelektroden. G, bezeichnet wieder
das Steuergitter, dem die zu verstärkende Eingangsspannung EGl- zugeführt wird.
Die Gitter G2 und G3 wirken beide als Schirmgitter, während das Gitter G4 als Regelelektrode
in der früher beschriebenen Weise verwendet wird. Dem zweiten Schirmgitter G3 wird
wieder die Anodengleichspannung zugeführt, während das erste Schirmgitter G2 vorteilhaft
an ein niedrigeres positives Potential gelegt wird. Dadurch, daß vor dem Gitter
G3 noch ein weiteres Schirmgitter liegt, wird eine noch bessere Konstanthaltung
des Gesamtstromes, der der Anodenspannungsquelle entnommen wird, erreicht.
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Dies ist in der Abb, 6 zur Darstellung gebracht, in welcher der Strom
J3 des zweiten Schirmgitters G3 und der Anodenstrom Ja in Abhängigkeit von
der Regelspannung E,9, aufgetragen ist. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit,
in den Stromkreis des ersten Schirmgitters G2 einen Nutzwiderstand W einzuschalten,
der zu verschiedenen Zwecken dienstbar gemacht werden kann. Beispielsweise kann
an dieser Stelle ein Telephon zum unmittelbaren Abhören eingeschaltet werden oder
der Widerstand fV dient zur Ankopp-Jung eines Abzweigverstärkers, der entweder zu
Kontrollzwecken dienen oder in, Verbindung mit einem Gleichrichter zur Lieferung
der Regelspannung EGS verwendet werden kann. Es bedarf keiner weiteren Erklärung,
daß sich die angegebene Schaltung sinngemäß auf Gegentaktstufen anwenden läßt, wodurch
sich nichtlineare Verzerrungen vermeiden lassen.