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Zweiwege-Gleichrichter in der Signalverarbeitung V2

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Papers » Radio-History, beginning 1909 » Zweiwege-Gleichrichter in der Signalverarbeitung V2
           
Hans M. Knoll
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19.May.09 14:35

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 Geänderte Version vom 21.05.09

Wo wird die Zweiweg- Gleichrichtung ausserhalb von Netzteilen eingesetzt.?
 
Hier wird die Anwendung und Funktion eines Zweiweg- Gleichrichters in der Signalverarbeitung der Rundfunk- Empfangstechnik angesprochen.
Hans M. Knoll fuer RMorg.
 
Dieser Text bezieht sich auf diesen Thread im RMorg.
 
An welcher Stelle wird diese Technik mit hohem Nutzen eingesetzt, oder waere ein Einsatz sinnvoll:
 
           I.      Bei AM- Empfaengern dann, wenn eine Auswahl der Seitenbaender einer AM- Sendung erfolgen soll.
Herr Prof. Rudolph hat mich darueber informiert, dass was ich da meinte, mit der Auswahl der Seitenbaender ist falsch!  Ich hab mich da von der Ratio- Detektor Technik: aufwaerts und abwaerts Modulation bei Stoerungen leiten lassen.

Zitat: Dazu braucht man: Filtermethode mit geeigneten Seitenbandfiltern
oder die  Phasenmethode mit synchroner I/Q-Demodulation und Hilbertfilterung.
 
Knoll:
Also die bekannte SSB- Technik
 
Ich bitte das zu beachten!

 
       II.      Notwendig zwei Seitenbaender zu nutzen waere es um Verzerrungen der AM- Modulation zu vermeiden. Diese Verzerrungen erzeugen neben einem Klirrfaktor, eine Verringerung des Modulationsgrades. Beides entsteht durch Kennlinienkruemmungen des aktiven Elementes oder durch Belastung mit einer angekoppelten Schaltungen, z.B. die Diode der verzoegerten AGC. in einem HF- Verstaerkerzug oder ZF- Teil. Diese Beeinflussungen verhindern, dass die Huellkurve des Nutzsignals einen Betrag annehmen kann wie es das Original verlangt. Das entspricht dann einer Reduzierung Modulationsgrad (m %) Im entgegengesetzten Seitenband bleibt der original Wert erhalten. Diese Technik kommt aber fast nie zum Einsatz, weil Dioden doch meistens so geschaltet sind, dass sie negative Spannungen erzeugen um mit Röhrenschaltungen zu harmonieren. Es muss daher, stets das gleiche Seitenband fuer die AGC- und die Signal- Diode benutzt werden. Damit entstehen aber im NF- Signal Verzerrungen der Dynamik und auch Klirrfaktor.
 
   III.      Eine Belastung durch angekoppelte Schaltungen, z.B. die Diode der verzoegerten AGC, hat Philips bei Verwendung einer verzoegert einsetzenden AGC- Diode vermieden und deshalb die „Drei- Dioden- Schaltung“ eingefuehrt. Was geschied da? Diese Schaltung vermeidet, dass durch Lastaenderungen wenn die AGC einsetzt, die Huellkurve des Nutzsignals verzerrt wird und daher doch den Betrag annehmen kann wie es das Original verlangt. (siehe Bild: AM- Mod.1 weiter unten)
 
     IV.      Eine Zweiwege- Gleichrichtung findet man stets dann, wenn der HF- Traeger und die Modulationsfrequenz eng beisammen liegen, zum Beispiel in Traegerfrequenzsystemen im Khz- Bereich. Wuerde man dort, mit der im Radio ueblichen Einweggleichrichtung mit 1 Diode arbeiten, muessten um die unerwuenschten Nebenprodukte dieser Gleichrichtung , die Nebenprodukte Bild 1 (Klirr) mit aufwaendigen Filtern beseitigt werden. Die Zweiwegschaltung beseitigt die wichtigsten, die Q- Schaltung mit 4 Dioden alle.
 
 
 
 
 
Spectrum
Quelle:[1]
 
 
         V.      Oder wenn der Traeger sehr stark aus dem Ausgangssignal einer Mischstufe, in Ueberlagerungssystemen, entfernt werden soll. (Grundig Ocean- Boys) Dort liegt der LW- Osz. nur 150Khz oberhalb der ZF von 460Khz, eine Trennung beider Frequenzen muessen Massnahmen ergriffen werden, die Geld kosten und Daempfung einbringen. Der Zweiweg- Dioden- Mischer loesst das elegant. 
 
 
 
 
     VI.      Eine ganz wichtige Funktion, hat der Zweiweggleichrichter noch immer in allen Stereo- Decodern, insofern sie keine IC- Versionen sind.
Siehe unter Anlagen, der SABA Typ 12 von 1961. Beachten Sie dort in der Schaltung die aussagekraeftigen Oszillogramme der Traeger (reste)  
 
Dort ist nach der Multiplex- Formel im Bereich 38Khz +/- 15 Khz die Information: L-R (=Differenz) als AM- Modulation zu finden.
 
 
 
 
Nachdem im Decoder der Traeger wieder zugesetzt wurde,    gewinnt man nach der Zweiweg- Gleichrichtung die Signale +(L-R) und -(L-R) um zusammen mit dem Signal [L+R] (Summe oder "M") in einer Matrix  die Original- Signale L und R zu rekonstruieren.Anm. ( eigentlich 2L und 2R)
  
 VII.      Mit Anwendungen dieser Schaltungen in röhrenlosen Detektorapparaten, habe ich keine Erfahrungen. Doch Elektrotechnik bleibt auch dort Elektrotechnik.
 
 
Was kann ich daher zu diesem Problem einbringen?
Einmal eine Binsenwahrheit: Die Energie die einer Antenne mit einer Siebschaltung sprich Schwingkreis entnommen wird, haengt von der verwendeten Antenne und der Ausbildung dieses Kreises ab.
Welche Schaltung von den 6 Typen die ich im Teil „A“ aufgefuehrt habe sein muss sei dahingestellt. Ich will auch nicht den Schwingkreis und die Antenne beschreiben, dazu gibt es genuend Texte ueberall. Die Absicht war und ist, dem Leser Grundschaltungen zur Hochfrequenztechnik zu erklaeren, um Verdrahtung und Schaltung in Modellen zu verstehen.
 
Im Verlauf der Aktion sind von extern Wuensche an mich herangetragen worden, doch Hinweise auf andere Quellen zu verweisen oder in meinen Text einzubauen.
Bei Texten aus dem RMorg. ist das gelungen. Nicht so gut verlief das mit zunaechst zweien dann einer dritten Schaltung. Die beiden Ersten habe ich schon deutlich, als fraglich in Funktion oder Nutzen, eingestuft. Wollte aber einer Diskussion darueber aus dem Wege gehen. Es bringt nichts, Sammlern oder Museen den Wert oder Sinn ihrer Fundstuecke oder Unikate ausreden zu wollen. Die dritte Schaltung aus dieser externen Quelle habe ich aber als funktionsfaehig und anpassungfaehig gekennzeichnet. Der Hintergrund dazu soll hier folgen. Die von mir als Bild 7 „Gegentaktschaltung“ eingestellte Schaltung, ist in der Funktion indentisch mit dieser Dritten, in der Schaltungstechnik als Varriante anzusehen.
 
VIII.      Wie etwas weiter oben gesagt, wird die weiterverarbeitbare Energie aus dem Schwingkreis, auch durch noch so exotische Schaltungen nicht vermehrt, bei geeigneter Dimensionierung bestenfalls wirkungsvoll weiterverarbeitet oder umgesetzt. An sich eine Weisheit, eine Energie kann nur einmal genutzt werden. Das wie, ist eben Sache der verwandten Technik. In den Anfangsjahren 1923 bis 1929 sind die unterschiedlichsten Schaltungen entstanden.
 
Damit bin ich dort angekommen wohin ich wollte.
 
Unser Mitglied Joe Sousa in den USA, hat die Technik der Zweiweg- Gleichrichtung aus seiner Sicht beschrieben. Ich nahm mir die Freiheit dem zuzustimmen. Was aber nicht ausschliesst, noch eigene Sichtweisen dazu einzubringen. Er ist ja nur meiner Einladung gefolgt, Eigenes einzubringen.
 
     IX.      Es muessen zwei Bedingungen beachtet werden. Einmal die rein theoretische Schaltungtechnik, das heisst die Funktionsfaehigkeit muss gewaehrleistet sein, als zweites der Nutzen der mit der jeweiligen Technik erreicht wird. Allein die Tatsache, dass ich das aufspalte, zeigt meine Einstellung zu dieser Schaltung.
 
Edit:   Zum Detektor:
Bei kleinen Signalen ist ein sehr guter Bleiglanz mit Silberdraht sicher sehr gut. Ich habe vor ca. 15Jahren mit einem Fachmann am Museum und zuhause Versuche gemacht
Golddraht- Dioden wie AA143 von ITT oder Schottky Typen sind wie ich meine genauso gut.
Der Vorteil Einweg zu Zweiweg, ist dann zu finden, wenn die Dioden nichts taugen. Also einen Ri haben der hoeher liegt.
Da kommt jetzt der Spitzenstrom im Gleichrichter zum Tragen. Siehe beim Decoderbild.
 
Bei Einweg muss der Diodenstrom 2,8 mal dem DC- wert sein (koennen) bei Zweiweg aber nur 1,8 fach. Da geht vielleicht was, wieviel ????
 
In den Spalten I bis V habe ich Nutzanwendungen benannt, welche unbetritten sinnvoll sind. Im Teil VI eine Anwendung die zwingend ist, um ein funktionierendes System zu schaffen die HF- Stereophonie.
 
Ausgeklammert habe ich noch die Anwendung im Detektor- Apparat.
Warum? Diese Schaltungen sind kaum ingenieurmaessig durchgearbeitet, im Gegensatz zu denen von I bis V (ohne Bilder)
 
 
 
Die Technik zum Zweiweg- Gleichrichter:
 
 
 
 
 ^
Diagr_7png
 
Quelle:[2] offen
 
Aus dieser Schaltung kann man exakt ersehen, wie die beiden Gleichrichterstecken arbeiten um die HF aus den beiden Huellkurven, in NF- umzuwandeln und um sie dann in je eine Trafowicklung einzuspeisen. Die obere Diode ( D ) verwendet die positive Haelfte der modulierten HF (blau) die untere ( D’ ) die negative Haelfte (rot)
Dazu zur Erinnerung:
die AM- Modulation im Detail:
 
 
 
 
 
Bild: AM-Mod.1
 
weiter im Text:
Im NF- Trafo werden die gegenphasigen NF- Signale richtig addiert, es ergibt im Trafo den doppelten Magnetfluss und damit in der Sekundaerwicklung je nach dem Verhaeltniss der Windungzahlen einen Spannungwert, der aus der Summe der beiden Seitenband- Informationen gebildet wird.
 
Die genaue Wirkungsweise der Gewinnung der Seitenband- Informationen mit zweierlei Vorzeichen (polaritaet)  moechte ich mit dem Demodulator eines Stereo- Decoder erklaeren. Der Zweigweggleichrichtung in einem Stereo- Decoder mit deren Hilfe die linke und rechte Seitenbandinformation in der Form  (-(L-R) und +(L-R)  des MPX- Signals zurueckgewonnen wird. Damit ist es mir einfach moeglich zu zeigen: die Schaltungen funktionieren!
 
 
 
 
 
Decoder Bild1
 
Quelle: [3]
 
 
 
Bei (8) wird der modulierte Traeger gegen Masse eingespeist.
Die beiden Dioden arbeiten jede fuer sich auf einen Arbeitswiderstand mit Lade- C.und gegen Masse.
Aus der Polung der Dioden ergibt sich, dass D1 eine positives Signal (5)   erzeugt, die D2 ein negatives.(-5)
 
Greift man gegen Masse ab, hat man je ein Signal der jeweiligen Huellkurve,  greift man oben und unten, also symmetrisch gegen Masse ab. werden die postive und die negative Spannung zur Summe addiert.
Wie man das im Einzelnen macht zeigen die Bilder 7 und 8 auf dieser Seite.
 
falsch ist: 
Im Decoder steckt in jedem Seitenband eine andere Information, beim AM-Radio in unserem Detektor- Apparat, zweimal die gleiche, jedoch mit anderem Vorzeichen. Daher kann man durch summieren die zweifache Spannung abgreifen.
 richtig:
Auch an dieser  Stelle muss ich meine Angaben praeziser ausdruecken, bzw. korrigieren, um Irrtuemer auszuschliessen. Natuerlich weis ich wie MPX funktioniert.
 Dank an Prof. Rudolph fuer den Hinweisauf dieses Leck!.
 
 

 Es werden von den Technikern zweierlei Namen benutzt.S= differenzsignal oder auch D= differenzsignal. M= summensignal oder S=summensignal. Ich bin Anhaenger von M und S was Summe und Differenz bedeutet. Das kann leicht missverstanden werden. Die Tontechniker sprechen wenn es um Stereo- Effekt geht von "M" zu "S" als Trennung.


neuer Text:

Das an „8“ eingespeiste Signal (L-R) = S- Signal

 

 

hat wenn der Traeger wieder zugesetzt wurde, die gleiche Form wie ein AM-moduliertes Radio- Signal.
Nach der Demodulation mit einer Zweiwegschaltung steht an den Lastwidestaenden R und R’ das demodulierte S- Signal mit de Vorzeichen <-> und <+> zur Verfuegung. siehe Decoder Bild 1
Bei Detektor- Apparat ist es das gleiche, nur die Information ist nicht ein S- Signal einer MPX Sendung, sondern die Information der jeweiligen Rundfunksendung, aber auch mit zweierlei Vorzeichen ( + und –) Wird das mit der richtigen Phase addiert steht die zweifache NF- Spannung zur Verfuegung


 Ob das in der Praxis im Detektor, auch die Zweifache wird, haengt wie schon gesagt, von der jeweiligen Dimensionierung und Anpassung zueinander der Einzelteile wie Spule, Gleichrichter und Trafo ab

 
Hier koennen wir nun der Schaltung (Bild8) von extern folgen und sehen: sie funktioniert! Eine Abweichung ist zwar gegeben,sie wird nicht so gut arbeiten wie die von mir bereitgestellte Schaltung 7.
 
 
Hier nochmals die externe Schaltung (Bild 8) von Viktor Cingel SK
 
 
 
 
 
Detek 1927.png
 
 
Bis hierher sind die Schaltungen zwar in der Lage die beiden Seitenbaender eines AM- Modulierten HF- Traegers zu demodulieren und zu addieren, wie gut? Ich weis es nicht, weil jedes Detail diskutabel ist.
Zum guten Schluss, der sich zunaechst einfach darstellenden Schaltungstechnik, eine Rosine der Schaltungstechnik. Nein, nicht von mir!
Von einem Altmeister der Radiotechnik, Herbert G. Mende, einem Pionier was das Schreiben von Texten der Radio- Technik angeht.
Mit der Schaltung geht soviel wie Alles.
Es ist eine Schaltung von der ich ueberzeugt bin.
Sicher nicht das was Herr Bosch gebaut hat. Aber eine Idee zur Nachahmung, um die letzten AM- Traeger des 21 ten Jahrhunderts einzufangen.
 
 
Hier die universelle Qualitaetsschaltung von Herbert G. Mende Franzis- Verlag   RPB- Band 27/27a Seite 34
 
 
 
 
 
 
 
Bild20
 
Dazu als Wiederholung: Die Energie die einer Antenne mit einer Siebschaltung sprich Schwingkreis entnommen wird oder werden kann, haengt von der verwendeten Antenne und der Ausbildung dieses Kreises ab.
 
Die Schaltung Bild 20 hat da nun zwar viel Aufwand, vermeidet aber alle Nachteile der zwei vorher gezeigten Schaltungen.
Man kann sicher davon ausgehen, dass damit die zweifache Belastung mit zwei Gleichrichterstrecken weniger Daempfung in der EMK der Antenne verursacht, als es zwei direkt am Kreis liegende Dioden im Schwingkreis bewirken. Denn,  zwei veraenderliche Kopplungen erlauben eine weitgehende Anpassung an die Verhaeltnisse.
 
Wie wird das in der Schaltung 20 geloest?
Eine abgestimmte Antenne, wahlweise KURZ- oder LANG- Schaltung. Daran angekoppelt zwei getrennte Sekundaerkreise mit je einer Diode. Dazu ein Uebertrager (Ü) der es erlaubt, den Kopfhoerer als Last zu variieren. Als Abstimmhilfe wird ein öA-  Meter eingefuegt. (Diese Verbindung muss sonst als Bruecke ausgefuehrt sein)
Die Bruecke „St“ erlaubt es mit einer Diode oder mit zweien zu arbeiten. Auch beim Abstimmen ist das einen Hilfe.
 
In der Praxis ist die Reihenfolge linear nebeneinander L1 danach L2 und dann L3. L2 ist fest,. L1 und L3 sind verschiebbar, oder zwei Spulenkoppler nebeneinander, wobei die Mitte L2 fest stehend ist.
 
Zunaechst werden C1 und L1 abgestimmt. Danach L2 und C2.
Die Kopplung zwischen Beiden eingestellt. Nachher L3 und C3 abstimmen, dessen Kopplung optimíeren. Die Lautstaerke mit Hilfe der Anzapfungen am Autotrafo „Ü“ ebenfalls optimieren.
Weil auch die Kopplung des Kreises L3-C3 auf L2-C2 eingestellt werden muss, beeinflusst sich das stets gegenseitig, zweihaendiges Bedienen ist Bedingung.
Ob das in der Praxis sinnvoll ist, soll hier nicht ermittelt werden. Es geht lediglich darum zu zeigen, wann und wie funktioniert eine Zweiweg- Gleichrichterschaltung in einem Detektor- Apaparat.
Ich habe diese Technik daher auch nicht als Grundschaltung eingeordnet.
 
Nachwort:
In jungen Jahren als Sohn eines Radioten, habe ich nach einer Anleitung eine aehnliche Schaltung gebaut. Als Erinnerung blieb: an den beiden Kristallen und der richtigen Kopplung bin ich gescheitert. Eine 1N34 mit Schraubanschluss in Gold, kam zu spaet und in Mindermengen ins Haus.
 
 
ENDE
 


[1] Elektronenröhren als Schwingungerzeuger und Gleichrichter. Rothe.. Kleen 2 Aufl. 1948 Seite 218
 
[2]  Die Hochfrequenztechnik"  Band 1,  1925  Dr. Phil. Carl Lübben,

"Verlag von Hermann Meusser in Berlin" 

 

[3] Ludwig Ratheiser STEREO- DECODER Franzis- Verlag RPB143/144

 

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This article was edited 24.May.09 20:52 by Hans M. Knoll .

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21.May.09 12:31

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An zwei Stellen musste ich meine Angaben richtigstellen oder praeziser formulieren.

Die Stellen sind farblich hervorgehoben.

Ausserdem konnte ich noch eine Schaltung in einem Superhet von 1933 mit Zweiweg- Dioden- Gleichrichter finden. Kopie= eigene Quelle.

 Der Titel hat den Zusatz V2 vom 21.05. 09

Ich bitte um Beachtung uns Entschuldigung, im Eifer macht man halt Fehler in der Formulierung!.

 

Nachtrag:

Mit Freude habe ich gesehen, dass unser Mitglied H. Bösch neben Anderen, auch zwei Modelle von Paillard    #1  und #2

eingestellt hat, bei denen mit der 6H6 von der Zweiweg-Schaltung in der Signalgewinnung Gebrauch gemacht wurde. 

Da waeren jetzt Firmentexte von grossem Interesse, warum haben sie das gemacht.

Diese Aufforderung zu helfen wenns moeglich ist,  geht an Alle!

Hans M. Knoll 30.05.09 

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