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Empfänger mit selbsttätiger Regelung auf etwa konstante Ausgangsspannung
Bei Anwendung einer automatischen Verstärkungsregelung entsteht bekanntlich am Empfängerausgang
bei Voraussetzung eines Überlagerungsempfängers eine von der Eingangsspannung des
Empfängers weitgehend unabhängige Zwischenfrequenzausgangsspannung. In F i g. 1
der Zeichnung ist der Zusammenhang zwischen der Zwischenfrequenzausgangsspannung
11,4 und der Eingangsspannung UE des Empfängers dargestellt und mit 1 bezeichnet.
Man erkennt aus dieser Darstellung, daß die Ausgangsspannung des Empfängers in einem
weiten Bereich nahezu konstant bleibt, auch wenn sich die Eingangsspannung sehr
stark ändert. Nach hohen und niedrigen Eingangsspannungen hin ist jedoch die Regelung
begrenzt. Bei niedrigerer Eingangsspannung (kleiner als 1 l.V) besteht ein linearer
Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung, da die gesamte Verstärkung
des Empfängers nicht ausreicht, um die Eingangsspannung auf die gewünschte Ausgangsspannung
zu bringen. Eine höhere Verstärkung hat hier wegen des Eigenrauschens keinen Sinn.
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Bei sehr hohen Eingangsspannungen von beispielsweise mehr als 0,5
V treten bei transistorisierten Hochfrequenzeingangsstufen aus Gründen der übersteuerung
merkliche Verzerrungen auf, die sich auch durch die verschiedensten Arten der Regelung
nicht wesentlich herabsetzen lassen.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, unter Vermeidung
von Verzerrungen den Bereich, in dem der Verstärker brauchbar ist, nach hohen Eingangsspannungen
hin zu erweitern.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen
der Empfangsantenne und dem Verstärkerzug des Empfängers in an sich bekannter Weise
ein in seiner Dämpfung umschaltbares Dämpfungsglied eingeschaltet ist; weiterhin
sind ein mit der Regelspannung beaufschlagter Spannungsdiskriminator und ein von
diesem Spannungsdiskriminator gesteuertes Schaltglied mit zwei den Dämpfungsgrad
des Dämpfungsgliedes bestimmenden Stellungen vorgesehen; der Spannungsdiskriminator
ist nun derart bemessen, daß eine Änderung der Stellung des Schaltgliedes und damit
die Erhöhung der Dämpfung dann bewirkt wird, wenn die Eingangsspannung des Verstärkerzugs
einen bestimmten ersten Wert überschreitet, und damit die dem Diskriminator zugeführte
Regelspannung eine Schwelle überläuft, während er die Rückstellung des Schaltgliedes
und damit die Erniedrigung der Dämpfung beim Absinken der Eingangsspannung des Verstärkerzuges
unter einen zweiten Wert, der kleiner ist als der entsprechend der eingeschalteten
erhöhten Dämpfung verringerte erste Wert, also beim überlaufen einer zweiten Schwelle
des Spannungsdiskriminators durch die Regelspannung bewirkt.
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Es ist zwar schon bekannt, am Eingang eines Empfängers ein regelbares
Dämpfungsglied vorzusehen, das in Abhängigkeit von dem ein Verstärkungselement durchfließenden
Gleichstrom geregelt wird (deutsche Patentschrift 690 807). Hiervon unterscheidet
sich die erfindungsgemäße Lösung dadurch, daß die Regelung erst dann einsetzt, wenn
Eingangsspannungen solcher Amplitude auftreten, die Verzerrungen hervorrufen. Die
erfindungsgemäße sprunghafte Einschaltung des Dämpfungsgliedes bringt den Vorteil
mit sich, daß beim plötzlichen Auftreten von sehr hohen Eingangsspannungen das Dämpfungsglied
nahezu sofort und dann gleich voll wirksam ist und nicht erst auf seinen benötigten
Wert geregelt werden muß. Hierdurch wird auch ein Schutz der Eingangsstufe vor Überlastung
erzielt. In diesem Zusammenhang sei auch erwähnt, daß es bei Rundfunkempfängern
bekannt ist, einen Orts-Fern-Empfangsschalter vorzusehen, .der von Hand betätigt
wird und der ebenfalls ein Dämpfungsglied ein- oder abschaltet.
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Es sei noch erwähnt, daß es bei Radargeräten bekannt ist, zum Schutze
des Empfängers in dessen Eingang bei der Aussendung von Radarimpulsen
eine
Dämpfung wirksam zu machen. Der Steuerimpuls zur Einschaltung dieser Dämpfung wird
hier vom Sendeimpuls abgeleitet (deutsche Auslegeschrift 1036 944, Zeilen 31 bis
37).
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Demgegenüber liegt der Erfindung ein vollkommen anderes Steuerproblem
für das Dämpfungsglied zugrunde. Relativ einfach wäre die Aufgabe dann zu lösen,
wenn lediglich eine Umschaltung vorzunehmen wäre, wenn die Eingangsspannung eine
Schwelle überschreitet. Eine solch einfache Realisierung ist hier jedoch nicht möglich,
weil beim Einschalten des Dämpfungsgliedes in den Empfängereingang ein kleineres
Antennensignal vorgetäuscht wird, bei dem die Dämpfung wieder ausgeschaltet werden
würde. Demgegenüber wird durch die erfindungsgemäße Steuerung erreicht, daß die
Dämpfung eingeschaltet bleibt, auch wenn an den Eingang durch sie eine -kleinere
und unter der Anspruchschwelle liegende Spannung geliefert wird, Die Dämpfung wird
erst wieder ausgeschaltet, wenn eine sehr viel niedrigere Spannung am Eingang des
Empfängers auftritt. Die Entfernung der zweiten Schwelle von der ersten Schwelle
ist mindestens so groß, daß durch das Ein- oder Ausschalten der Dämpfung beim Überlaufen
einer der Schwellen die andere Schwelle durch die geänderten" Spannungsverhältnisse
nicht sofort erreicht wird.-Als Spannungsdiskriminator kann man eine Zenerdiode
benutzen, die derart eingeschaltet wird, daß sie normalerweise im Sperrbereich ist,
aber bei Erreichen ihrer als eine Schwelle ausgenutzten Diffusionsspannung sowie
beim Erreichen ihrer als zweite Schwelle ausgenutzten Zenerspannung durchlässig
wird und damit die Umschaltung des Schaltgliedes mit den zwei Stellungen bewirkt.
Als Schaltglied kann man beispielsweise ein Flip-Flop benutzen, zwischen dessen
beide Ausgänge beispielsweise eine Diode eingeschaltet sein kann, die parallel zu
einem als Dämpfungsglied benutzten Dämpfungswiderstand liegt. Je nach Stellung des
Flip-Flops wird diese Diode im Sperr- bzw. im Durchlaßbereich betrieben. Sie läßt
somit einmal den Dämpfungswiderstand wirksam werden und schließt ihn im anderen
Fall kurz.
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Es sei noch erwähnt, daß es für die Erfindung vollkommen gleichgültig
ist, welche Form die Regelspannung .des Empfängers aufweist. Sie kann beispielsweise
mit der Eingangsspannung ansteigen, jedoch auch mit steigender Eingangsspannung
kleiner werden. In der F i g. 1 ist ein Regelspannungsverlauf 2 dargestellt. Man
erkennt, daß hier die Regelspannung UR bei steigender Eingangsspannung 1CE kleiner
wird.
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In der F i g. 2 der Zeichnung ist schematisch ein Empfänger dargestellt,
bei dem die Erfindung angewendet wird. Die Antenne des Empfängers ist mit 3 und
die Hochfrequenzstufen sind mit 4 bezeichnet. An die Hochfrequenzstufen 4 schließt
sich das Zwischenfrequenzteil5 an, das auch die Mischstufe mit umfaßt. Der Oszillator,
der dem Mischteil die Frequenzen liefert, die zur Umsetzung der empfangenen Hochfrequenzschwingungen
in die Zwischenfrequenz notwendig sind, trägt das Bezugszeichen 6. Die Zwischenfrequenzsignale
werden einem Dernodulator 7 zugeführt, der an seinem oberen Ausgang Niederfrequenzsignale
abgibt, die im Verstärker 8 verstärkt und im Lautsprecher 9 wiedergegeben werden.
Am unteren Ausgang liefert der Demodulator 7 eine der Ausgangswechselspannung u,A
proportionale Gleichspannung UA. Aus dieser wird im Glied 10 die Regelspannung erzeugt.
Die Regelspannung wird den Zwischenfrequenzverstärkern sowie den Hochfrequenzverstärkerstufen
zwecks Regelung der Ausgangsspannung des Zwischenfrequenzteils 5 auf einen konstanten
Wert zugeführt. Gemäß der Erfindung wird jedoch nunmehr die Regelspannung auch noch
einem Spannungsdiskriminator 11 zugeführt, der ein Flip-Flop 12 ansteuert. Entsprechend
der Stellung des Flip-Flops 12 ist das Dämpfungsglied 13, das zwischen Antenne 3
und dem Eingang des Empfängerzugs liegt, entweder ein- oder ausgeschaltet.
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Es sei zuerst einmal angenommen, daß die Dämpfung 13 ausgeschaltet
ist. Mit steigender Antennenspannung 11E steigt dann auch die Eingangsspannung des
Empfängerzugs. Auf Grund der Regelung wird jedoch, wie sich aus F i g. 1 ergibt,
die Ausgangsspannung des Zwischenfrequenzteils etwa auf-einem konstanten Wert gehalten.
Wie sich ebenfalls aus der F i g.1 ergibt, sinkt mit_ steigender Einganngsspannung
die Regelspannung m Ausgang -des Gr'ädes 10 ab. Um nun Verzerrungen in dem Empfänger
zu vermeiden, wird beim Erreichen einer Eingangsspannung 11E = 100 mV, also bei
einer Regelspannung von etwa 0,7 V, das Dämpfüngsglied 13 eingeschaltet. Der Spannungsdiskriminator
11 hat also bei 0,7 V Eingangsspannung eine Schwelle, bei deren Überschreiten er
ein Ausgangssignal an das Flip-Flop 12 abgibt. Hierdurch ändert dieses seine Stellung
und schaltet damit das Dämpfungsglied 13 ein. Es sei angenommen, .daß die Dämpfuhg
des Dämpfungsgliedes 13 40 db beträgt. Hierdurch wird die Spannung IIE' von 100
mV auf 1 mV reduziert. Nach dieser Reduzierung der Eingangsspannung behält jedoch
das Flip-Flop 12 seine Stellung bei. Bei der Einschaltung des Dämpfungsgliedes wird
vom Punkt 14 des Spannungsverlaufs 2 auf den Punkt 15 zurückgesprungen und bei weiterer
Erhöhung der Eingangsspannung der zwischen diesen beiden punkten liegende Verlauf
der Regelspannung ein zweites- Mal durchlaufen. Der Bereich, der vom Empfänger ohne
Verzerrungen verarbeitbaren Eingangsspannungen wird hierdurch vergrößert.
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Fällt nun aber, wenn das Dämpfungsglied eingeschaltet ist, .die Spannung
1,CE auf den Wert von 100 [,V, so erhöht sich die Regelspannung auf etwa 4 V. Bei
Erreichen dieses Spannungswertes soll der Spannungsdiskriminator 11 wieder ansprechen.
Hierdurch wird das Flip-Flop 12 wieder in seine Ausgangslage gebracht und damit
das Dämpfungsglied 13 wieder ausgeschaltet. Die Eingangsspannung !lE springt hierdurch
wieder auf 10 mV. Auch beim Absinken wird somit ein Stück des Spannungsverlaufs
2, und zwar das zwischen den Punkten 16 und 17 liegende Teil dieses Spannungsverlaufs,
zweimal durchlaufen. Beim weiteren Sinken der Eingangsspannung bleibt die volle
Empfindlichkeit des Empfängers erhalten, d. h., das Dämpfungsglied bleibt ausgeschaltet,
bis wiederum der Spannungswert von 100 mV für die Eingangsspannung erreicht wird.
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In F i g. 3 ist für die Blöcke 11, 12 und 13 der F i g. 2 eine praktische
Ausführungsmöglichkeit dargestellt. Vom Empfänger ist hier lediglich die Antenne
3 und der Eingangswiderstand 18 der Hochfrequenzverstärker 4 dargestellt. Der Regelspannungserzeuger
10
der F i g. 2 ist in F i g. 3 ebenfalls nur schematisch eingezeichnet. Das Dämpfungsglied
besteht beim Ausführungsbeispiel der F i g. 3 aus einem Dämpfungswiderstand 19,
dem eine Diode 20 parallel geschaltet ist. Die Kondensatoren und Drosseln 21 dienen
lediglich der Trennnung zwischen Hochfrequenzsignal und Gleichstromsignal.
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Der Spannungsdiskriminator 11 besteht beim Ausführungsbeispiel der
F i g. 3 aus einer Zenerdiode, während das Schaltungsglied mit den zwei Stellungen
12 als Flip-Flop ausgebildet ist. Die Diode 20 ist leitend, also die Dämpfung unwirksam,
wenn der Transistor 22 ebenfalls leitend und der Transistor 23 gesperrt ist. An
der Basis des Transistors 22 liegen damit -i-1,4 V. Diese Spannung setzt sich aus
der Diffusionsspannung der Diode 24 und der Basisemitterspannung des Transistors
22 von je 0,7 V zusammen. Steigt nun die Eingangsspannung ZIE' auf 100 mV an, sinkt
also die Regelspannung, also die Ausgangsspannung des Gliedes 10 auf 0,7
V, dann beginnt die Zenerdiode des Spannungsdiskriminators 11 durchlässig zu werden.
Damit wird die Spannung des Transistors 22 auf einen kleineren Wert als 1,4 V gebracht.
Als Folge klappt das Flip-Flop 12 in seine andere stabile Lage um. Durch die veränderten
Spannungsverhältnisse an den Kollektoren wird die Diode 20 gesperrt, und die Antennenspannung
wird entsprechend dem Verhältnis der Widerstände 18
und 19 geteilt. Dem Empfängereingang
wird bei entsprechender Bemessung der Widerstände 18 und 19 eine um 40 db erniedrigte
Spannung zugeführt. Damit ändert sich die Regelspannung sprungartig, was wieder
zu einer Sperrung der Zenerdiode des Spannungsdiskriminators 11 führt. Bei einem
weiteren Anstieg der Eingangsspannung des Empfängers bleibt das Flip-Flop 12 in
seiner Lage und alle Antennenspannungen über 100 mV werden somit um 40 db gedämpft.
Sinkt nun die Eingangsspannung des Empfängers bei dem oben beschriebenen Schaltzustand
auf den Wert von 100 [ V ab, dann erreicht die Regelspannung einen Wert von 4 V.
Die Basisspannung des Transistors 22 ist im gesperrten Zustand kleiner als 1,4 V.
Unter der Voraussetzung, daß die Zenerspannung der Zenerdiode 112,6 V ist,
wird die Zenerdiode 11 ab diesem Spannungswert der Regelspannung leitend. Damit
klappt das Flip-Flop wieder in seine andere Stellung, und die Diode 20 wird
leitend und schließt damit den Widerstand 19 kurz. Die Eingangsspannung des Empfängers
wird hierdurch wieder auf den Wert von 10 mV gebracht. Bei weiterem Absinken der
Eingangsspannung bleibt die Diode 20 leitend, und der Empfänger behält seine volle
Empfindlichkeit.