DE1079123B - Anordnung zur Amplitudenregelung von Hochfrequenz-Oszillatoren - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Allgemein wird es bisher in der Hochfrequenztechnik vermieden, die Amplitude eines Oszillators direkt zu regeln, d. h. den Schwingzustand des Oszillators zu verändern, da mit bisher bekannten Anordnungen eine unzulässige Frequenzverwerfung hierdurch auftritt und eine Regelung nur in kleinen Grenzen möglich ist. Man versuchte diese Schwierigkeiten zu umgehen, indem besondere Regel- und Trennröhren zusätzlich zur Hochfrequenz-Oszillatorröhre oder auch Widerstandsglieder in speziellen Regelanordnungen verwendet werden. Diese stellen aber für die Schwingröhre dauernde Zusatzbelastungen dar, die bei Schwingschaltungen möglichst klein zu halten sind, weil sie einen zusätzlichen umfangreichen schaltungstechnischen Aufwand mit sich bringen und die. angestrebte Wirkung zudem nur sehr kritisch zu beherrschen ist.

Es ist ein Generator bekannt, dessen Amplitude über einen großen Frequenzbereich stabilisiert ist und bei dem eine Neigung zur Überrückkopplung und dem bekannten periodischen Unterbrechen der Schwingungen unterdrückt ist. Es wird dies dadurch erreicht, daß bei Amplitudenzunahme der erzeugten Schwingungen eine die Wirkung der bereits vorhandenen Gitterkondensatorladung unterstützende, zusätzliche Ladung eines im Gitterkreise liegenden Kondensators erzeugt wird, wobei eine Zweielektrodenröhre parallel zur Gitter-Kathoden-Strecke der Senderöhre geschaltet ist und die Anode der Zweielektrodenröhre mit dem Gitter des Generators verbunden ist. Auf diese Weise wird ein Ladungsausgleich zum Konstanthalten der Generatoramplitude erzeugt.

Auch in der Schaltungstechnik von .RC-Generatoren, — d. h. Oszillatorstufen, die sich zwecks Abstimmung nur ohmscher Widerstände bzw. Kondensatoren bedienen — muß bekanntlich eine Vorrichtung zum Begrenzen der Amplitude vorgesehen sein, z, B. mittels Zweipolgleichrichtern, deren Fußpunkt auf Kathodenpotential der Generatorröhre liegt.

Schließlich sind noch Modulationsanordnungen, insbesondere für das ultrakurze Wellengebiet, bekannt, wo Oszillatorschwingungen entsprechend dem an der Anode einer Diode liegenden Potential mehr oder weniger abgeschnitten werden, sobald der Schwellwert dieser Diode überschritten wird. Hierbei darf nur eine sehr kleine Zeitkonstante vorhanden sein.

Die Erfindung betrifft dagegen eine direkte Regelung der Amplitude eines Hodhfrequenzoszillators mittels einer Regel spannung, indem diese Regelspannung in einer Serienschaltung dem Steuergitter einer Oszillatorröhre in Form veränderbarer Gittervorspannung derart zugeführt wird, daß eine parallel zum Gitterableitwiderstand gelegte Gleichrichterstrecke anodenseitig am Steuergitter liegt, während sie Anordnung zur Amplitudenregelung
von Hochfrequenz-Oszillatoren

Anmelder:

SABA

Schwarzwälder Apparate - Bau -Anstalt

August Schwer Söhne G. m. b. H.,

Villingen (Schwarzw.)

Dr. rer. nat. Hansridiard Schulz, Villingen (Schwarzw.), ist als Erfinder genannt worden

ao kathodenseitig zusammen mit dem gitterseitig abgewandten Ende des Ableitwiderstandes gleichstrommäßig auf dem Potential der Regelspannung und hochfrequenzmäßig über einen Blockkondensator auf dem Potential der Qszillatorkathode gehalten wird, wobei der Innenwiderstand der Regelspannungsquelle und der Blockkondensator ein Glied großer Zeitkonstante bilden,

Es wird hiernach dem Schwinggitter, z.B. einer Triode als Hochfrequenzoszillator, über eine dem Gitterableitwiderstand parallel liegende Gleichrichterstrecke, z. B, Röhrengleichrichter, oder Germaniumdiode, bzw. über einen Transistor, eine Regelspannung zugeführt, wodurch eine kontinuierliche Amplitudenregelung des Oszillators in sehr einfacher Weise ermöglicht wird. Hierdurch kann eine Generatoramplitude direkt geregelt werden, d. h., mit anderen Worten kann man den Schwingzustand des Oszillators willkürlich ändern, ohne eine nachteilige Frequenzverwertung in Kauf nehmen zu müssen. Weiterbin ist es mit der erfindungsgemäßen Anordnung erreicht, die OszillatorampUtude in einem sehr breiten Bereich von mindestens zwei Zehnerpotenzen zu verändern, wobei die Oszillatorspannungen sich in Gebieten von 1 Volt eff. und kleiner bewegen. Die bisher bekannten Mittel hierfür — z. B, besondere Regel- oder Trenhröhren bzw. besondere Regelwiderstandsglieder — erlauben dagegen ein Regeln in nur kleinen Grenzen und ergeben für den Generator fortwährend zusätzliche nachteilige Belastungen.

In zweckvoller Ausgestaltung der Erfindung· wird zum Erhöhen des nutzbaren Regelbereiches der Hochfrequenzamplitude die Grundschwingung des Oszillators als eine Subharmonische der dem Oszillator entnommenen Hochfrequerizschwingung ausgebildet.

909 7W365

Es sind Amplitudenmodulationsanordnungen bekannt, die auf direkter Begrenzung der Oszillatoramplitude durch Dioden beruhen, bei denen der Stromeinsatz durch die Modulationsspannung verlagert wird. Eine gleichzeitige Gitterspannungsmodulation durch Zuführen einer gleichphasigen Modulationsspannung bezweckt hierbei die für eine Diodenbegrenzermodulation erforderliche Steuerleistung herabzusetzen. Bei dieser kombinierten Dioden- und Gitterspannungsmodulation, muß jedoch die Diodenbegrenzermodulation überwiegen, weil sonst die Gitter-Kathoden-Strecke der Oszillatorröhren und die Begrenzerdioden bei negativen Modulationshalbwellen gesperrt werden. Würde man dort eine gleichphasige Modulationsspannung mit gleicher Amplitude zuführen, so ist die Diode für Oszillatorspannungen, deren positiver Scheitelwert an der Anode kleiner als die positive Kathodenvorspannung ist, gesperrt, und es kann keine Begrenzerwirkung auftreten. Die für diesen Fall allein zum Gitter der Oszillatorröhre gelangende Modulationsspannung sperrt dann in ihrer negativen Halbschwingung die Gleichrichterstrecke Kathode—Gitter der Oszillatorröhre und erzeugt ein Abreißen der Schwingung. In diesem Fall tritt also der als bekannt vorausgesetzte Betriebszustand ein, wie er an einem Beispiel nach Fig. 1 nachfolgend behandelt wird.

Das Prinzip nach der Anmeldung arbeitet aber bewußt nicht mit einer direkten Begrenzung durch das Abschneiden von Oszillatorschwingungen nach Überschreiten eines Sollwertes, vielmehr beruht es auf der Wirkung eines nicht vorgespannten Spitzengleichrichters in Form einer Diode mit parallelem hochohmigem Ableitungswiderstand, wobei die Diodenkathode auf dem Regelspannungspotential gemeinsam mit dem Ableitwiderstand liegt und die bei negativer Regelspannung gesperrte Gitter-Kathoden-Strecke der Oszillatorröhre für die Erzeugung der zur Aufrechthaltung einer stabilen Schwingung erforderlichen, der Oszillatoramplitude proportionalen negativen Richtgleichspannung zwischen Gitter und Kathode ersetzt.

Das Wesen der Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen in den Figuren beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 die bekannte Ausführung für Hochfrequenz-Oszillatoren und

Fig. 2 zugehörige Röhrenkennlinie mit Darstellung des Verlaufes der Oszillatorspannung U₀ in Abhängigkeit der Gittervorspannungen,

Fig. 3 eine Anordnung nach der, Erfindung mit

Fig. 4 zugehörigem Kennlinienverlauf U₀ in Abhängigkeit der Vorspannung U_v.

In der Fig. 1 ist die Triode 1 als Hochfrequenzoszillator in sogenannter Colpitts-Schaltung, d. h. in kapazitiver Dreipunktschaltung in bekannter Weise dargestellt. Die Dreipunktbildung erfolgt durch die Kondensatoren C₁, C₂ und C₃, während mit L die Induktivität des Schwingkreises bezeichnet ist. Die Anodenspannung U_a wird über den Widerstand R₁ zugeführt. Wird in dieser bekannten Anordnung· der Oszillator mittels veränderlicher Vorspannung U_v geregelt — deren Innenwiderstand hochohmig mit 2?,· angegeben ist —, indem (+) an Masse liegt und (—) über den Ableitwiderstand R_a dem Steuergitter 2 der Triode 1 zugeführt wird, so erhält man in zugehöriger Kennlinie nach Fig. 2 nur über einen verhältnismäßig kleinen Bereich 3 der Gittervorspannung U_v eine Regelung 4 der Oszillatorspannung U₀. Über einen bestimmten Grenzwert 5 der Vorspannung U_v hinaus reißt die Öszillatorschwingung ab, und die Oszillatorspannung U_v springt auf den Wert »Null«. In der Fig. 1 ist der Kondensator C₄ zur hochfrequenzmäßigen Überbrückung der Vorspannungsquelle U_v vorgesehen.

Die Ursache derart unstetigen Verhaltens bekannter Oszillatoramplitudenregelung liegt darin, daß in diesen Schaltungen die Gleichrichterstrecke Gitter— Kathode mit der Verstärker-, d. h. Oszillatorröhre zwangläufig dieselbe Kathode besitzt, so daß die fremd

ίο auf das Steuergitter, z. B. über den Ableitwiderstand K_a, zugeführte Regelgleichspannung als Sperrspannung für die Gleichrichterstrecke wirkt. Zur Aufrechterhaltung eines stabilen, stationären Schwingungszustandes muß die Steuerwechselspannung des Oszillators in jedem Falle bis zum Gitterstrom-Einsatzpunkt, d. h. bis in das Gebiet wirksamer Gleichrichtung, anwachsen. Dies ist jedoch mir möglich, solange die Rückkopplungsbedingung erfüllt ist, d. h. solange bei vorgegebenem konstantem Rückkopplungsfaktor die effektive Steilheit der, Oszillatorröhre einen bestimmten Grenzwert nicht unterschreitet. Da nun andererseits die effektive Steilheit eine mit zunehmender negativer Regelgleichspannung stetig gegen Null strebende Funktion ist, existiert für die Regelspannung ein Grenzwert, bei dessen Überschreiten die zur Aussteuerung bis zum Gitterstromeinsatz erforderliche Rückkopplungsbedingung nicht mehr erfüllt werden kann, so daß die Oszillatorschwingungen abreißen müssen.

In Fig. 3 ist nun dagegen die neuartige Anordnung nach der Erfindung wiedergegeben, welche eine kontinuierliche Regelung der Oszillatorspannung U₀ über einen großen Bereich ermöglicht. In der Fig. 3 sind gleiche Schaltelemente der Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Erfindungsgemäß wird jetzt, aber parallel zum Ableitwiderstand R_a, z. B. eine Germaniumdiode 6 geschaltet, deren Kathode mit dem Fußpunkt des Widerstandes R₁₁ verbunden ist und über einen Kondensator C₄ hochfrequenzmäßig an Masse gelegt wird.

Die Oszillatorsöhaltung nach der Erfindung unterscheidet sich neuartig von bekannten Regelschaltungen — z. B. nach Fig. 1 — dadurch, daß Verstärker- bzw. Begrenzerteile getrennt sind. Während also wie bisher die Verstärkung von der Triode I übernommen wird, bewirkt die Amplitudenbegrenzung durch Gleichrichtung eine zum Gitterableitwiderstand R_a dieser Triode 1 parallel geschaltete zusätzliche Diode, d. h. eine Röhrenstrecke mit mindestens einem Gitter oder äquivalent zu setzende Germaniumdiode 6 bzw. auch ein Transistor, deren Kathode dann gemeinsam mit dem Fußpunkt des Gitterableitwiderstandes R_a über einen Kondensator C₄ an Masse gelegt ist, hochfrequenzmäßig betrachtet, während aber gleichspannungsmäßig die Kathode der Diodenstrecke 6 sich auf dem Potential der Regelspannung befindet.

Eine derart nach der Erfindung im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 geschaltete Diode 6 wird im Gegensatz zur Gleichrichterstrecke Gitter—Kathode der Triode 1 von der negativen. Regelspannung nicht gesperrt. Die gesamte Steuergleichspannung an der Triode 1 ist die Summe aus der Regelgleichspannung und der ebenfalls negativen Richtgleichspannung der Diode-6. Die Regelgleichspannung verändert die effektive Steilheit der Triode 1 und damit die Oszillatoramplitude, während die Richtgleichspannung den zugehörigen stabilen Arbeitspunkt bestimmt. Hiernach läßt sich die Oszillatoramplitude durch eine »hochohmige« negative Gleichspannung kontinuierlich regeln, und zwar in weiten Bereichen, wie das Kenn-

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linienbild der Fig. 4 ausweist. Hierbei wird zudem die Oszillatorfrequenz nicht verstimmt, da sich die gesamte Gleichspannung am Oszillatorgitter und damit die Gitterkapazität über das gesamte Regelintervall nur wenig ändert.

Eine im Frequenzbereich von 200 MHz nach Fig. 3 aufgebaute Oszillatorstufe mit dem Triodenteil einer Röhre vom Typ PCF 82, wobei für die Kapazitäten C₁, C₂ je 8 pF und für C₃ = 15 pF verwendet wurden sowie C₄ mit 80OpF eingesetzt wurde, ergibt beispielsweise bei einem Ableitwiderstand R_a = 50 KOhm und einer parallel geschalteten Germaniumdiode 6 vom Typ RL 31, für eine Oszillator amplitudenregelung über zwei Dekaden lediglich eine unmerkliche Oszillatorverstimmung wesentlich unter 1% (Promille). Es ist also durch erfindungsgemäße Anordnung möglich, die Hochfrequenzamplitude eines Oszillators in weiten Grenzen ohne Verstimmung der Frequenz zu ändern.

Derartige Anordnungen erhalten besondere Bedeutung für Oszillatorregelung in Überlagerungsempfängern, da bei äußerst geringem S chaltungs aufwand, und gerade durch Regeln der Hochfrequenzamplitude auf den für die Mischung günstigsten Wert, insbesondere im UKW-Bereich, die Möglichkeit entsteht, die allseits bekannte und bisher nur mit hohem Aufwand zu unterdrückende Störstrahlung wirksam zu begrenzen.

Besonders vorteilhaft kann sich eine erfindungsgemäße Anordnung erweisen, wenn bei Regelung der Hochfrequenzamplitude die Grundschwingung des Oszillators als eine Subharmonische der geregelten und zum Mischvorgang gewünschten Hochfrequenzschwingung ausgebildet wird. Die Grundschwingung ist also auf die »-te Subharmonische der, gewünschten Frequenz verlagert. Da die Oberwellenbildung im wesentlichen durch yi-Gleichrichtung an der Anodenstrom (J₀)-Gitterspannungs([7_g)-Kennlinie der Oszillatorröhre stattfindet, ist die Amplitude der «.-ten Harmonischen in erster Näherung dem η-ten Glied der Taylor reihe dieser Kennlinie im betrachteten Arbeitspunkt proportional, und im Vergleich zur Grundschwingung ergibt sich für die «.-te Harmonische die «•-te Potenz des Regelbereiches der Grundschwingung.

Regelt man also mit derartigem Kunstgriff z. B. die Grundschwingung des Oszillators über eine Zehnerpotenz, so wird gleichzeitig z. B. die 3. Harnionische über 3 Zehnerpotenzen geregelt. Es ergibt sich hiernach eine Regelmöglichkeit — vorteilhaft z. B. für Mischstufen in Überlagerungsempfängern — in jedem gewünschten Maße, wobei durch die Verlagerung der Grundschwingung des Oszillators der Mischstufe ins Gebiet einer Subharmonischen und durch gleichzeitige Amplitudenregelung die Störstrahlung in den Bereichen des für Empfangszwecke benutzten Hochfrequenzgebietes vollständig unterbunden ist.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Anordnung zum Regeln der Amplitude eines Hochfrequenz-Oszillators mittels einer Regelspannung, dadurch, gekennzeichnet, daß diese Regelspannung in einer Serienschaltung dem Steuergitter (2) einer Oszillatorröhr (1) in Form veränderbarer Gittervorspannung (£/_v) derart zugeführt wird, daß eine parallel zum Gitterableitwiderstand (R_a) gelegte Gleichrichterstrecke (6) anodenseitig am Steuergitter (2) liegt, während sie kathodenseitig zusammen mit dem gitterseitig abgewandten Ende des Ableitwiderstandes (R_a) gleichstrommäßig auf dem Potential der Regelspannung und hochfrequenzmäßig über einen Blockkondensator (C₄) auf dem Potential der Oszillatorkathode gehalten wird, wobei der Innenwiderstand der Regelspantiungsquelle (R₁) und der Blockkondensator (C₄) ein Glied großer Zeitkonstante bilden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundschwingung des Oszillators als eine Subharmonische der dem Oszillator entnommenen Hochfrequenzschwingung ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 892 609, 892 610;
schweizerische Patentschrift Nr. 209 048;
Radio-Mentor, Juli/August 1944, S. 160 bis 164.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©ι 909 769/565 3.601