CH622390A5 - Pulse width modulation circuit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pulsader-Modulationsschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Figuren 1 und 2 zeigen durch die deutsche Zeitschrift: Nachrichten Elektronik 10 (1976), S. 234-236 bekannte Typen derartiger Modula tionsschaltungen. In den Figuren bedeuten N das Netz, PA die Pulsaufbereitung, PS die Pulssteuerung, PR die Pulsröhre, FD die Freilaufdiode, SS die Schwingspule, SR die Sende-End-röhre. In der ersten Schaltung (Fig. 1) müssen sämtliche Elektroden der Sende-Endröhre SR auf hohem Potential liegen. Bei der zweiten Schaltung ist die Kathode von SR an Masse gelegt, wodurch die bei der ersten Schaltung fühlbaren Störwirkungen der Elektroden-Kapazitäten vermieden werden. Abgesehen davon weisen aber die beiden bekannten Schaltungen schwerwiegende Mängel auf. Die Schaltung nach Fig. 1 muss mit den Kathoden der HF-Röhren auf einem gemischten Niederfrequenz-Gleichspannungspotential arbeiten, was bei KW-AII-bandsendern sowie bei MW-und LW-Sendern nur schwer zu realisieren ist. Bei der Schaltung nach Fig. 2 wird diesem Problem zwar konsequent ausgewichen, doch ergeben sich auf der anderen Seite Schwierigkeiten mit Resonanzen in der gekoppelten Spule SS und dem Koppelkondensator. Infolge unerwünschter Resonanzen können Pulsverformungen auftreten, was sofort zu Klirrfaktor-Problemen und Einbussen im Wirkungsgrad führt. Die Pulsrepetitionsfrequenz muss vor allem im Hinblick auf die Klirrfaktor- oder Intermodulationsverzer-rungen so hoch wie möglich gewählt werden können. Diesbezüglich ist es bemerkenswert, dass die in Fig. 1 dargestellte Schaltung mit einer Pulsrepetitionsfrequenz von 75 kHz, die Schaltung gemäss Fig. 2 dagegen nur mit ca. 50 kHz arbeitet. Wie eine theoretische Analyse zeigt, liegt eine Pulsrepetitionsfrequenz von 50 kHz bezüglich der Intermodulationsprodukte bereits an der unteren Grenze.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pulsdauer-Modulationsschaltung der oben beschriebenen Art zu verbessern und so auszubilden, dass eine hohe Pulsrepetitionsfrequenz verwendet werden kann und dass die HF-Stufen mit den Kathoden auf Massepotential arbeiten.

Die Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gemäss dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Erfindung sei jetzt anhand der Figuren 3-9 näher erläutert. Die Figuren 3 und 4 zeigen die charakteristischen Wesenszüge der vorgeschlagenen Grundschaltung an zwei Ausführungsbeispielen. Die Schaltung benützt eine einfache Puls- oder Schwingspule SS mit dem einen Wicklungsende auf Massepotential, was auch für den Bau und Plazierung der Spule Vorteile mit sich bringt.

Die Pulsaufbereitung PA, die Heizung und der Vorspannungsgleichrichter für Steuer- und Schirmgitter der Pulsröhre PR müssen auf deren Kathodenpotential gelegt werden, was dem bekannten Stand der Technik entspricht. Die Freilaufdiode FD kann insofern problematisch sein, als bei Verwendung einer geheizten Röhrendiode der Heiztransformator auf einem anderen Potential liegen muss als die Heizung der Pulsröhre PR. Dies bringt keine prinzipiellen Schwierigkeiten oder physikalischen Probleme mit sich; letzten Endes ist dies eine Frage der Transformator-Isolation und somit eine Preisfrage.

Der grosse Vorteil der erfindungsgemässe vorgeschlagenen Schaltung besteht darin, dass man eine einfache Schwingspule SS (ohne Sekundärspule) mit dem einen Ende ihrer Wicklung an Masse schaltet und diesen Punkt gleichzeitig mit der Kathode der HF-Stufe verbindet; dadurch bietet sich die Möglichkeit der Benutzung der höchstmöglichen Pulsrepetitionsfrequenz unter gleichzeitiger Beschränkung des Klirrfaktors. Vorteilhafterweise kann auch eine relativ hohe Modulationsfrequenz benützt werden. Aufgrund ihrer Eigenschaften ist auch eine Verwendung der vorgeschlagenen Schaltung als Modulator für Mittel-und Langwellensender möglich.

In Fig. 3 und 4 bedeuten ferner GR den Netzgleichrichter, Mod das Modulationssignal, TF das Tiefpassfilter, Cs eine Streukapazität, N das Netz, UaREF die Anoden-Gleichspannungsreferenz, HF die Hochfrequenzstufe, FDr, FD1, FD2 Filterdrosseln, FK den Filterkondensator.

Ein Merkmal eines PDM-(Pulsdauermodulations-)Systems liegt darin, dass man auf einen regulierbaren Hochspannungsgleichrichter verzichten kann. Mit dem weiter unten beschriebenen Pulssystem kann die Gleichspannung auch kontinuierlich reguliert werden, was für KW-Betrieb besonders bedeutsam ist.

Ein weiteres Merkmal ist, dass man auf die unter der Bezei-

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chung «Crowbar» bekannte Abschaltmassnahme verzichten d.h. der eine binäre Zustand, während andernfalls der Schwellkann. Durch Pulssperre (Sperrung der positiven Trigger-Pulse) wertschalter ein Null-Ausgangssignal liefert. Somit entstehen fällt die Anodenspannung sofort auf Null. Findet in der Puls- bei festem Schwellwert (Spannung am oberen Eingang) am röhre einmal ein Überschlag statt, so müssen durch einen ge- Ausgang des Schwellwertschalters 21.3 Rechteckimpulse vereigneten Detektor nicht dargestellte Hochspannungsschalter 5 schiedener Dauer.

ausgelöst werden. Mit Vorteil kann hierbei folgende Methode Diese Rechteckimpulse werden nun der Differenzierstufe angewendet werden; Wenn die negativen Flanken an der Puls- 21.4 (Fig.5,6) zugeführt. Aus der ansteigenden Flanke des Rechtröhrenanode fehlen, wird sofort eine Auslösung vorgenommen, eckimpulses bildet diese Differenzierstufe einen positiven Na-Bei einer Realisierung der Schaltung gemäss Fig. 3 muss delimpuls, der dann über eine entsprechend gepolte, nicht darverhindert werden, dass die NF-Signale durch den Gleichrich- 10 gestellte Diode und über die Steuerleitung T23 an den ter GR in das Netz übertragen werden. Mit den normalen Fil- Steuereingang der Pulsröhre gelangt. Bei der anfallenden terelementen FDr (Filterdrossel) und FK (Filterkondensator) Flanke des Rechteckimpulses liefert die Differenzierstufe 21.4 gelangen die NF-Signale über die Kapazität zwischen Sekun- einen negativen Nadelimpuls, der dann über eine zweite, nicht där- und Primärwicklung des Netztransformators ins Netz. Ein dargestellte, diesmal anders gepolte Diode an ein nicht darge-statischer Schirm allein, wie er in Fig. 4 gezeigt und mit StS 15 stelltes Umkehrglied (normale Transistorstuf e in Emitterschal-bezeichnet ist, bietet ohne zusätzliche Massnahmen u. U. nicht tung) gelangt. Vom Ausgang dieses Umkehrgliedes führt die den vollen Schutz. Eine Verbesserung bringt gemäss Fig. 4 eine Steuerleitung T22 an den Steuereingang der Pulsröhre. Aufteilung der in Fig. 3 einheitlichen Filterdrossel FDr in zwei Nun ist man bestrebt, bei einem Sender eine bestimmte

Teildrosseln Fdrl und FDr2, die an je einen Pol des Gleichrich- Ausgangsleitung einzustellen. Soll die Senderleistung geändert ters GR angeschlossen sind. Dadurch erreicht man erhebliche 20 werden, so braucht bei der vorliegenden Hochleistungssender-Durchgangsdämpfungen. Bei Auftreten besonders resistenter anordnung lediglich die Gleichspannung U= (Fig. 5 und 6) ent-Frequenzkomponenten kann man von den in Fig. 4 gezeigten sprechend geändert zu werden, da diese eine lineare Funktion Punkten A und B gegen Masse Kapazitäten oder Saugkreise der Gleichspannungskomponente U0 des Modulationssignals SK einschalten. Der Filterkondensator FK bleibt der gleiche. ist. Dabei ist es zweckmässig, die Einstellung von U0 mit einem Für die Siebung des gepulsten Signals dient das Tiefpassfilter :s Regelkreis vorzunehmen, da diese Methode am genauesten ist. TF, bestehend aus Ci, L und C2 (naturgemäss können auch Dazu ist, wie in Fig. 5 gezeigt, beim Steuergerät 21 eine kleine andere Tiefpassschaltungen verwendet werden, s. C3 in Fig. 3 Erweiterung nötig.

und 4). Mittels einer Hilfsgleichspannung + UB und eines Potentio-

Die Lösung nach Fig. 4 ist kaum aufwendiger als die meters Pot wird der Sollwert für die Gleichspannungskompo-

bekannte Lösung gemäss Fig. 2. Statt einer Filterdrossel FDr 30 nente U0 an den negierenden Eingang der Vergleichsschaltung sind zwei kleinere erforderlich, auf der anderen Seite genügt 21.7 gelegt. Da hier nicht mit einigen kV gearbeitet wird, ist ein eine einfache Pulsspule SS (ohne Sekundärspule und daher mit Massstabfaktor k zu berücksichtigen; somit erhält man als «fik-weniger Problemen verbunden), die sogar direkt mit Masse ver- tiven» Sollwert U0soii • k. Um den gleichen Faktor k verkleinert, bunden ist, was Raumersparnis bringt. Die Freilaufdiode FD gelangt an den nichtinvertierenden Eingang der Vergleichs-kann eine Röhrendiode sein (Heiztrafo mit hoher Isolations- 35 Schaltung 21.7 die Gleichspannungskomponente U0-k. Zwecks güte sowie Sperrung der ins Netz zurückfliessenden Niederfre- Ausfilterung und Abschwächung dieser Gleichspannungskom-quenz NF, siehe oben. ponente ist in den Gegenkopplungszweig GK das Tiefpassfilter

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, liegt das Pulsaufbereitungssy- 21.6 (Fig. 5) eingeschaltet. Als Vergleichsschaltung kann in stem PA auf Massepotential. Über zwei Strecken, die z. B. bekannter Weise zweckmässig ein als Differenzverstärker durch HF-Strecken, durch Lichtleiter oder durch einen Puls- 40 beschalteter Operationsverstärker verwendet werden. Dieser transformator mit hoher Isolationsgüte zwischen Primär- und verknüpft bekanntlich die an seinen beiden Eingängen liegen-Sekundärwicklungen gebildet werden, können die durch Diffe- den Spannungen in der Form:

rentiation des PDM-Signals gewonnenen Signale übertragen werden, und zwar die an den Flanken des PDM-Signals gebilde- U= = (U0 • k) - (Uos0ii • k) oder ten, entgegengesetzt gepolten Impulsspitzen über je eine der 45

besagten zwei Strecken. U= = (U0-Uos0ii) • k.

Mit Bezug auf Fig. 5 und 6 sollen jetzt die Einzelheiten der Aufbereitung erläutert werden. Zur Illustration der Regelung sei angenommen, dass mit

Die Pulsaufbereitung PA, Fig. 3 und 4, bzw. das Steuergerät Hilfe des Potentiometers Pot eine Verkleinerung der Gleich-21 in Fig. 5 und 6, besteht aus an sich bekannten Schaltungsein- % spannungskomponente U0 (und damit eine Leistungsverminde-heiten, die in Fig. 5 und 6 als Blöcke dargestellt sind. Um das rung) bewirkt wird (U0soii kann auch von der Sendersteuerung Entstehen der an den Ausgängen T22 und T23 erscheinenden als Steuerwert (Stellgrösse) vorgegeben werden).

Signale UT22 (positive Flanke) und UT23 (negative Flanke) besser Wird Uosoii k konstant gehalten, dann ist infolge der Wirverfolgen zu können, sind die entsprechenden Spannungs-Zeit- kung des Regelkreises gewährleistet, dass auch U0 konstant Diagramme für die Spannungen an den einzelnen Verbindungs- 55 bleibt.

leitungen mit eingezeichnet. Damit nun bei geänderter Gleichspannungskomponente U0

Der Sinusgenerator 21.1 liefert an einem Ausgang eine Puls- der einmal eingestellte Modulationsgrad erhalten bleibt, wird Spannung mit einer Repetitionsfrequenz, die der gewünschten • das Modulationssignal Umod über ein Multiplikationsglied 21.5 Pulsfrequenz entspricht. (Fig. 5) geleitet. Dieses ändert seine Verstärkung proportional

Die zu verstärkende Modulationssignalspannung Um0d wird 60 zu der an seinem Steuergang anliegenden Gleichspannung über einen Kopplungskondensator C einer Gleichspannung U= U= • m.

überlagert. Die resultierende Spannung Umod + U= liegt an dem Um Rückwirkungen vom Ausgang des Multiplikationsglie-einen (in Fig. 5 als unterer Eingang dargestellten) Eingang des des 21.5 auf seinen Steuereingang zu vermeiden, ist in die Schwellenwertschalters 21.3 an. Der Schwellwertschalter ist Steuerleitung das Einstellorgan 21.8 eingeschaltet. Dieses entais binäres Bauelement ausgebildet, d.h., der besagte untere 65 hält ein Tiefpassfilter, um zu gewährleisten, dass nur die Gleich-Eingang führt das Bezugspotential Umod+U=, und immer dann, Spannung U= zur Wirkung kommt. Zudem ist dem Tiefjpassfil-wenn die Spannung am anderen (oberen) Eingang das Bezugs- ter ein Potentiometer zur Einstellung des besagten Faktors m Potential überschreitet, erscheint am Ausgang das Signal L, nachgeschaltet, mit dem dann der gewünschte Modulations-

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grad m* einstellbar ist. N ach einer zweiten Methode wird das Modulationssignal

In der PS-Einheit (Pulssteuerung) Fig. 3 werden aus den mittels einer Anzapfung an der Pulsspule SS (Fig. 8a und b) und positiven und negativen Triggerpulsen wieder PDM-(pulsdau- mit nachfolgender Schwingspule SS' und Tiefpassfilter TP'

ermodulierte) Pulse erzeugt, die das Steuergitter der Pulsröhre samt Schirmgittergleichrichter GR' erzeugt. Allerdings muss

PR aussteuern. 5 hier wegen der hohen Schirmgitterentkopplungskapazität Cg2

Bei Pulsdauer-Modulationsschaltungen ist es oft erwünscht, der Innenwiderstand der Schaltung für die NF-Signale sehr das Schirmgitter der HF-Endröhre mit zu modulieren. Nach niedrig sein, was unter Umständen Schwierigkeiten mit sich einer bekannten Methode verwèndet man einen kleinen, sepa- bringt.

raten Modulationstransformator, was jedoch ziemlich kostspie- Eine dritte Methode besteht in der Modulation des Schirm-lig ist Eine andere bekannte Methode benützt einen Serien- io gitters über einen separaten Röhren- oder Leistungstransistorwiderstand im Schirmgitterkreis; hierbei kann aber der Klirr- Verstärker M (Fig. 9). Man muss aber darauf achten, dass zwi-faktor erhöht werden. sehen den Anodenmodulations- und den Schirmgittermodula-

Die erfindungsgemäss vorgeschlagene Schaltung gestattet tionsspannungen keine Phasenunterschiede bestehen. Zur es, die Nachteile der bekannten Methoden zu vermeiden und Vermeidung solcher Differenzen sind in der Fig. 9 zwei Varian-

eine einfache und billige Schirmgitter-Mitmodulation zu ver- 15 ten angegeben, wonach das modulierte Signal über kapazitive wirklichen. Nach einem ersten Verfahren (Fig. 7) kann man am oder ohmische Spannungsteiler aus dem Anodenmodulator

Ausgang des Pulsfilters, wo sich der Kondensator C2 befindet, dem Schirmgittermodulator zugeführt wird.

einen kapazitiven Spannungsteiler einbauen. Dabei kann z.B.

C2~ 5,9 nF und die Schirmgitterkapazität Cg2~ 60 nF sein. Dies Wird die Anodenspannung kontinuierlich regelbar betrie-ist mit der Schaltung von Fig. 9 realisierbar. Für die Zufuhr der 20 ben, so kann der Schirmgitter-Gleichrichter GR' u. U. ebenfalls Gleichspannung muss eine Drossel eingebaut werden. Der Ein- kontinuierlich regelbar sein, und zwar über einen Regeleingang Pu wird direkt an die Klemmen des Kondensators Ci in gang Reg gesteuert. Dieses Reg-Signal steuert gleichzeitig die Fig. 3,4 angeschlossen. Anodenspannung (U0 Fig. 5; U= Fig. 6).

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

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1. Pulsdauer-Modulationsschaltung mit einer Pulsaufbereitung (PA) einer gitterseitig durch Pulsdauersignale gesteuerten Modulatorröhre (PR), die anodenseitig über eine Reihenschaltung einer Pulsspule (SS), einer Hochfrequenzröhrenendstufe (HF) und einer Induktivität (L) eines Tiefpassfilters (TF) mit dem positiven Spannungsausgang (A) eines Netzgleichrichters (GR) verbunden ist, wobei die Anode dieser Modulatorröhre gleichzeitig über eine Freilufdiode (FD) mit diesem positiven Spannungsausgang des Netzgleichrichters (GR) in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die mit einem Ende der Pulsspule (SS) verbundene Kathode der anodenmodulierten Hochfrequenzröhrenendstufe (HF) geerdet ist und die Kathode der Modulatorröhre (PR) mit dem negativen Spannungsausgang (B) des Netzgleichrichters (GR) in Verbindung steht.

2. Modulationsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Siebung zwei Teil-Filterdrosseln (FDrl, FDr2) verwendet werden, die zwischen je einem Ausgang des Gleichrichters (GR) und den Klemmen eines Filterkondensators (FK) angeschlossen sind.

3. Modulationsschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Saugkreise (SK), die zwischen den Ausgängen des Gleichrichters (GR) und Masse angeschlossen sind.

4. Modulationsschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Kapazitäten (C), die zwischen den Ausgängen des Gleichrichters (GR) und Masse angeschlossen sind.

5. Modulationsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schirmgitter der HF-Endröhre mitmoduliert wird.

6. Modulationsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Tiefpassfilters (TP) ein kapazitiver Spannungsteiler angeordnet ist, dessen Abgriff mit dem Schirmgitter der HF-Endröhre (HF) verbunden ist.

7. Modulationsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulationssignal für das Schirmgitter der HF-Endröhre mittels einer Anzapfung an der Pulsspule (SS) (Fig. 8), nachfolgender Schwingspule (SS'), Tiefpassfilter (TP') und Schirmgittergleichrichter (GR') erzeugt wird.

8. Modulationsschaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Modulation des Schirmgitters über einen separaten Röhren- oder Leistungstransistorverstärker (M, Fig. 9).

9. Modulationsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das modulierte Signal über kapazitive Spannungsteiler aus dem Anodenmodulator dem Schirmgittermodulator zugeführt ist.

10. Modulationsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das modulierte Signal über ohmsche Spannungsteiler aus dem Anodenmodulator dem Schirmgittermodulator zugeführt ist.