The thread rating is reflecting the best post rating. Have you rated this thread (best post)? | Schwund-Regelung; Fading-Regulierung |
Dietmar Rudolph
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Schem.: 917 Pict.: 465 08.May.20 11:07 Count of Thanks: 5 |
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Zur Funkausbreitung in den AM-BereichenHochfrequente Signale in den LW, MW, KW Rundfunk-Bereichen breiten sich - abhängig von der Frequenz - als Boden-Wellen und/oder als Raumwellen aus. Wenn am Empfangs-Ort Radio-Wellen eintreffen, die sich auf unterschiedlichen Wegen ausgebreitet haben, ergeben sich Überlagerungen derselben. Da die Phasenlagen der sich überlagernden Wellen schwanken, ergeben sich dadurch zeitlich wechsende Verstärkungen und Schwächungen des Empfangssignals. Im demodulierten AM-Signal resultieren daraus Lautstärkeschwankungen und nichtlineare Verzerrungen. Die Schwund-Regelung soll die Lautstärkeschwankungen minimieren. In der Lufthülle der Erde werden durch die Einstrahlung der Sonne die Moleküle der Gase (i.w. O2, N2) ionisiert, wodurch sich leitfähige Schichten bilden (D, E, F1, F2), an denen die Rundfunk-Wellen reflektiert werden.[1] Man darf sich diese Schichten allerdings nicht als homogen vorstellen, wie es Bild 10.8 suggeriert. Vielmehr sind diese Schichten in ständiger Bewegung (Winde) und sie bilden teilweise auch Ladungs-Wolken. Daher gibt es kurzzeitige, tägliche und jahreszeitliche Schwankungen, die sich auf die Funkausbreitung auswirken. Bei Längst- und Lang-Wellen ist der Abstand zwischen Erdoberfläche und reflektierender Schicht der Ionosphäre - aufgrund der Wellenlängen dieser Wellen - so, daß sich diese darin ausbreiten, wie Mikro-Wellen in einem Hohlleiter bzw. wie Licht in einer Glasfaser. Daher gibt es in diesen Wellenbereichen (zumeist) eine relativ dämpfungsarme Ausbreitung ohne Fading. Mittel- und Kurz-Wellen haben kleinere Wellenlängen, so daß sich bei diesen Frequenzen mehrere Moden ausbreiten können, was dann zu den Fadings Anlaß gibt.
Aufgrund der Sonneneinstrahlung ist die Ionosphäre für Mitttel-Wellen tagsüber wie eine Schicht, die alle Strahlen absorbiert. Zur Tagausbreitung trägt bei MW also nur die Bodenwelle bei. Bei Nacht wirkt die Ionosphäre dagegen wie ein "Spiegel". Allerdings ist dieser Spiegel eher vergleichbar mit der Reflexion von Licht mit Hilfe von zerknülltem Stanniol-Papier: Außer einer diffusen Helligkeit ist nichts erkennbar. In einer Zone direkt um den Sender herum treffen noch keine reflektierten Raumwellen ein. Da hat man auch in der Nacht (stabilen) Nahempfang. In einem weiteren Bereich der Nahempfangs-Zone (bei Tag) treffen nun Raumwellen ein, so daß sich hier Überlagerungen mit der Bodenwelle ergeben. Da sich die eintreffenden Raumwellen (aufgrund der schwankenden Reflexions-Eigenschaften der Ionosphäre) stark ändern, ergeben sich starke Lautstärke-Schwankungen (Flatter-Zone) und entsprechend kräftige nichtlineare Verzerrungen des Empfangs-Signals. In größerer Entfernung vom Sender überlagern sich "nur" noch reflektierte Raumwellen. Die sich dabei ergebenden Lautstärke-Schwankungen sind i.a. geringer, ebenso die nichtlinearen Verzerrungen, weil sich hier kaum noch "tiefe" Fadings ereignen. Bei Kurzwellen ist die Bodenwelle meist so stark gedämpft, daß sie keine Rolle mehr spielt. Es gibt nur noch Raumwellen, die sich aber Tages- und Jahres-zeitlich stark ändern. Die Fadings können ziemich stark sein. Der Schwundausgleich im AM-EmpfängerUnterschiedlich starke Empfangs-Signale (im AM Bereich) führen - ohne Schwundausgleich - zu unterschiedlich lauten NF Signalen nach der Demodulation. Gründe für unterschiedlich starke Empfangs-Signale sind:
Zu Begin der Radio-Übertragung hatten die Sender eine geringe Sende-Leistung. Man konnte mit den damaligen einfachen Empfangsgeräten kaum außerhalb der "Nahempfangszone" überhaupt noch empfangen. Da war dann auch kein Schwundausgleich erforderlich. Erst zu Begin der 1930er Jahre waren die Radios so empfindlich geworden, daß auch der "normale" Rundfunkhörer Fernempfang betreiben konnte. Es gab auch schon gegen Ende der 1920er Jahre (noch recht unvollkommene) Fading-Regulierungen, die ohne Gleichrichter-Diode auskamen. Das waren Fading-Regulierungen ohne Diode, die teilweise recht komplizierte Schaltungen erforderten, weil zur Steuerung der Regel-Röhren eine negative Spannung erforderlich ist, die aus dem Netzteil zur Verfügung gestellt werden mußte. Da die Demodulation der AM-Schwingung mit Hilfe eines Gleichrichters erfolgt, ist folglich die demodulierte Hüllkurve proportional zur Amplitude der empfangenen AM-Schwingung. Und die gleichgerichtete Spannung ist negativ und hat damit die richtige Polarität, um eine Regel-Röhre zu steuern. Als Kennlinie aufgetragen, ergibt sich folglich eine Ursprungs-Gerade (Characteristic without A.V.C.: automatic volume control). Die AVC wird mit auch AGC (automatic gain control) bezeichnet. [2],[3]
Unverzögerte AGCDie "simple AVC" wird auch als "unverzögerte AGC" bezeichnet. Abb. 272 zeigt eine Prinzipschaltung dazu.[4] Bei einer unverzögerten Schwundregelung gibt es nur einen Empfangs-Gleichrichter. Dieser liefert sowohl das NF-Signal, als auch (hinter dem Tiefpaß "Siebkreis für die Modulation") die negative Gitter-Vorspannung zur Steuerung für die Misch- und ZF-Röhre. Da bereits sehr schwache Empfangs-Signale eine Regelspannung erzeugen, wird die Verstärkung des Empfängers "sofort" (unverzögert) proportional zum Empfangs-Signal herunter geregelt. Das führt dann zu dem flachen Verlauf ("b" bzw. "B") der Regelkennlinie des Empfängers. Die "Regelungs-Güte" ist ein Maß dafür, wie stark die Amplitude des demodulierten Signals (noch) zunimmt, wenn sich die Stärke des Empfangs-Signals (um 10dB) erhöht. "Ideal" ist die Regelung dann (Kennlinien "a" [oder fast ideal: "e"] bzw. "E"), wenn (ab dem Knickpunkt der Kennlinie) keine Erhöhung mehr stattfindet: Regelungs-Güte → ∞. Verzögerte AGC"Verzögert" (delayed) bedeutet hier nicht "zeitlich verzögert", sondern daß die AGC erst ab einer gewissen Schwelle der Größe der gleichgerichteten HF Spannung einsetzt. (Verläufe "c" & "d" bzw. "C" & "D") Zwei-Dioden-SchaltungDie Verzögerung wird mit Hilfe einer zweiten Diode realisiert, Abb. 273.[4] Diese "Diode für die automatische Lautstärke-Regelung" benötigt eine (positive) Hilfsspannung an ihrer Kathode, mit deren Größe die Schwelle festgelegt wird, ab welcher eine Regelspannung entsteht. (In Abb. 273 als Batterie dargestellt.) Bild 2.4-2 zeigt eine praktische Schaltung dazu. Die erforderliche Hilfs-Spannung für die "Regel-Diode" wird dadurch erzeugt, daß diese mit einer negativen Spannung vorgespannt wird, die aus dem Netzteil gewonnen wird.[5]
Im Unterschied zu den Regel-Röhren, wird das Magische Auge mit der "unverzögerten" Gleichspannung aus der "Signal-Diode" versorgt, so daß dieses auch schon bei schwachen Sendern etwas anzeigen kann.
Die Signal-Diode hat einen Arbeits-Widerstand von 200 kΩ, während die Regel-Diode 2 MΩ hat, also deutlich hochohmiger beschaltet ist. Die Belastung durch die Regel-Diode ist somit nur noch ca. 10% und damit praktisch ohne Auswirkung.
Da der Kopplungs-Kondensator C2 für die Regel-Diode hierbei in Serie zu dem NF Tiefpaß R1||50pF liegt, muß der Wert für C2 kleiner gewählt werden, damit die Rückwirkung von der Regel-Diode gering bleibt.
Drei-Dioden-Schaltung
Die 3. Diode ist in Abb. 597 mit "Gleichrichter" G bezeichnet.[6] Und tatsächlich kann man hierfür auch einen einfachen Gleichrichter, z.B. Selen, dafür verwenden, da dieser nur als Schalter arbeitet und nicht als HF-Gleichrichter. [Es geht auch jede beliebige andere Diode dafür zu verwenden.] Bei kleiner Regelspannung liegt die positive Spannung U über R2 + R3 an der Anode von G und macht diesen leitend und damit niederohmig. Erst dann, wenn die (durch D2 gleichgerichtete) negative Regelspannung so groß wird, daß das Potential an Punkt "P" negativ wird, sperrt G und gibt die Regelspannung "frei".
Da es zu der Zeit (1938/39), als diese Schaltung beim Philips Aachen Super D57 angewendet wurde, keine Dreifach-Diode gab, wurde ersatzweise eine ABC1 dafür verwendet, bei welcher das C-System als 3. Diode benutzt wurde. Hierfür werden dann das Gitter und die Anode parallel geschaltet und diese fungieren dann als Dioden-Anode.
Der Punkt "P1" in Abb. 598 erhält über 10 MΩ eine "+" Vorspannung aus der Anodenspannung. Über R3 wird die negative Schwellen-Spannung zugeführt. So lange das Potential an P1 positiv ist, leitet die 3. Diode "G" und legt damit P1 (vergleichsweise) niederohmig auf Masse. Erst dann, wenn das Potential an P1 negativ wird, sperrt G und die Regelspannung erreicht die HF/ZF Röhren. Links ist ein Ausschnitt aus der ART-Schaltung des D57. Die AF3 arbeitet ohne Regelung, hat also ihre maximale Verstärkung, wodurch die Regel-Steilheit vergrößert wird. Bei der ABC1 sind die "drei Dioden" markiert. Das Anzeigesystem der AM2 wird von Diode D1 gesteuert. Die AF7 als NF Vorröhre ist als Triode geschaltet. Die Markierung der Widerstände R2 & R3 entspricht den Bezeichnungen in Abb. 598.
Man kann damit die Kathoden-Kombination R||C für diese Röhren einsparen.
Ein AM Radio, bei welchem dies so realisiert wurde, ist nicht bekannt.
Verbesserung der Regel-GüteDer Verlauf der Kennlinien für die AGC Regelung ist dann (fast) ideal (a, e bzw. E), wenn diese ab der Schwellen-Spannung horizontal verlaufen. Es sollte also keine "Regelabweichung" vom horizontalen Verlauf mehr vorkommen. Da aber die AGC Regelung als Proportional-Regelung (P-Regelung) realisiert ist, wird grundsätzlich immer eine Regelabweichung sein. [Verschwinden würde diese nur bei einer integralen Regelung (I-Regelung).] Vorwärts- und Rückwärts-RegelungDie verbleibende (geringe) Regelabweichung direkt nach der Demodulation kann für das Wiedergabe-Signal im Lautsprecher durch eine "Vorwärts-Regelung" der NF-Vorstufe kompensiert werden.
Durch geeignete Dimensionierung läßt sich so erreichen, daß gehörmäßig empfundene Lautstärke der Wiedergabe praktisch konstant ist.
Im unteren Diagramm ist zu sehen, welche Regel-kennlinien sich ergeben, abhängig von der Anzahl der geregelten HF/ZF Stufen.
Versteilerung der Regelspannung
Die NF Spannung wird in der linken Diode der AB2 demoduliert und gelangt über den grün gezeichneten Weg über ein Doppel-Poti (L), verstärkt in der AF7 zur Endstufe AL1. Die ZF Spannung wird am unteren Ende des letzten ZF-Kreises, der nur über 20 pF "geerdet" ist, abgegriffen, in der AF7 verstärkt. Über einen weiteren ZF-Kreis gelangt sie dann zur rechten Diode der AB2 und wird dort gleichgerichtet, wodurch die AGC entsteht. Über einen Tiefpaß 300 kΩ & 500 pF wird diese dann geglättet und gelangt dann zu beiden Steuergitteren des ZF Verstärkers AH1 und zum Steuergitter des Mischers AH1. (Wege sind magenta gezeichnet.) Siehe auch: Blaupunkt 1935/36: Versteilerung der Regelspannung. Die Verstärkung der ZF Schwingung mit anschließender Gleichrichtung ist günstiger als die Verstärkung der (gleichgerichteten) Regel-Spannung, weil eine Drift des Arbeitspunktes so ausgeschlossen ist. Signal-zu-Geräusch-AbstandDer Signal-zu-Geräusch-Abstand ist um so schlechter, je weiter links im Kurvenverlauf der Regel-Kennline der Empfang stattfindet, also bei schwachen Eingangs-Signalen. Diese Problematik wurde speziell bei AM Radios in Halbleiter- bzw. IC-Technik genauer berücksichtigt. Sie spielt aber auch bei Röhren-Radios eine Rolle. Siehe Hierzu: Signal- zu Geräusch-Kurven von Empfangs-ICs. Ergänzung 14.05.20 AM/FM-Radios mit Standard RöhrensatzMit Einführung des UKW Rundfunks gab es ab Anfang der '50er Jahre AM/FM-Radios mit einer Standard Röhren-Bestückung z.B. ECC85, ECH81, EF89, EABC80, EL84. Typisch für diese Gerät ist, daß zur AM Demodulation und zur Gewinnung der Regelspannung nur eine Diode aus der EABC80 zur Verfügung stand.
Die Beschreibung der EABC80 aus der Funkschau.
AM/FM-Radio mit verzögerter AGCEs gab allerdings zunächst auch noch "bessere" Radios, die trotz EABC80 eine verzögerte AGC im AM-Bereich hatten. Hierfür war dann aber eine weitere Diode erforderlich, wofür z.B. eine EBF80 oder eine EBF89 in der ZF zum Einsatz kamen (statt einer EF89). Als Beispiel hierzu ein Schaltungs-Ausschnitt aus dem Grundig Musikschrank M72, das die Gewinnung einer verzögerten AGC zeigt.
Literatur: [1] Bahr, H.: Philips Lehrbriefe, Elektrotechnik und Elektronik, Bd. 1; 8.A., Philips, 1975 [2] Terman, F. E.: Radio Engineering, 2nd. ed., McGraw-Hill, 1937 [3] Henney, K.: Radio Engineering Handbook, 5th. ed., McGraw-Hill, 1959 [4] Deketh, J.: Grundlagen der Röhrentechnik, 3.A., Philips, 1946 [5] Renardy, A.: Radio-Service Handbuch, 4.A., Franzis, 1967 [6] Pitsch, H.: Lehrbuch der Funkempfangstechnik, 1.A., AVG, 1948 [7] Vilbig, F.: Lehrbuch der Hochfrequenztechnik, Bd. 2., 4.A., AVG, 1945 Dank an Hans Knoll für Informationen zum Grundig M72 MfG DR This article was edited 14.May.20 18:03 by Dietmar Rudolph . |