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Demodulation nach Hertweck Funkschau 1931 Heft07
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14.06.21 08:07
HB9 

WGF-Premiumnutzer

14.06.21 08:07
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Demodulation nach Hertweck Funkschau 1931 Heft07

Hallo Jens,

deine Betrachtung ist richtig, das ist der Gleichrichter-Effekt durch die Verzerrung an der gekrümmten Kennlinie. Man kann es auch mathematisch formulieren (Ia = Anodenstrom und Ug = Gitterspannung):

Die Steilheit der Röhre (also Ia/Ug) hat neben dem dominierenden linearen Faktor im Wesentlichen einen quadratischen Anteil, also:

s = a + b*Ug

und damit:

Ia = s * Ug + C = a* Ug + b * Ug^2 + C

Die Konstante C repräsentiert die horizontale Verschiebung der Kennlinie, da Ia ja bekanntlich nicht bei Ug = 0 Null ist, ist aber für die weitere Betrachtung egal.

Da bekanntlich das Quadrat einer Zahl unabhängig vom Vorzeichen der Zahl immer positiv ist, heisst das, dass der Term 'b * Ug^2' immer positiv ist, also der Betrag von Ug den Anodenstrom bildet, was eine Gleichrichtung und damit eine Demodulation darstellt. Da aber Ug^2 demoduliert wird, ist es eine nichtlineare Demodulation, was Verzerrungen bedeutet.

Schaut man sich die Sache im Frequenzbereich an, ergibt das Quadrieren eines Sinussignals ein Sinus mit der doppelten Frequenz, somit sorgt also der quadratische Teil der Kennlinie für die insbesondere bei Trioden dominierende erste Oberwelle im verstärkten Signal. Bei Gegentaktstufen hebt sich diese übrigens auf, da sie an den beiden Anoden gleichphasig und nicht gegenphasig wie die Grundwelle erscheint.

Feldeffekt-Transistoren verhalten sich übrigens sehr ähnlich, dort gilt das Gleiche, während Bipolartransistoren eine exponentielle Kennlinie haben.

Gruss HB9

Zuletzt bearbeitet am 14.06.21 08:08

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14.06.21 13:50
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

14.06.21 13:50
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Re: Demodulation nach Hertweck Funkschau 1931 Heft07

Hallo HB9,
Die Frage war nach Deiner Erklärung : Wie kann das Ding als
Synchron-Mischer arbeiten? Dann las ich im Internet was von "Rückmischung" und begann zu malen...

Es scheinen aber nur wenige Geräte nach dem Prinzip gebaut worden zu sein.
Gefunden : den Brandt 112G "Columbus".
Ob das dort gezeichnete Poti (Teil Kathodenwiderstand) als Trimmer zur Einstellung des optimalen
Arbeitspunktes dient oder als Einsteller mit Drehknopf versehen, konnte ich noch nicht herausfinden.

Sinnvoll wäre das aber, weil die wirklich gute Klangqualität (und höhere NF-Ausgangsspannug !) bei
recht stark schwingendem Audion erreicht wird und wenige 10 Hz Abweichung den Empfänger aus der
Synchronisation fallen lassen.
Außerdem wandert die Frequenz über längere Zeit mit Erwärmung. (geschätzt 800 Hz -1000 Hz).

Mit leichter Veränderung des Arbeitspunktes
(Bei dem Brand etwa 1 mA x 1,4 kOhm =^ -1,4V Ug für die RENS 1884-Pentode)
verändert sich auch leicht die Frequenz, das Poti wirkt wie eine Feineinstellung der Rückkopplung.
Vielleicht wollte man eine "3-Knopf-Bedienung" einer Käuferschicht ersparen, die schon Schwierigkeiten mit der richtigen
Einstellung der Rückkopplung hatte.

Gruß
Jens

Zuletzt bearbeitet am 14.06.21 13:57

14.06.21 14:28
HB9 

WGF-Premiumnutzer

14.06.21 14:28
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Demodulation nach Hertweck Funkschau 1931 Heft07

Hallo Jens,

wenn die Schaltung als Synchron-Mischer arbeitet, ist es nichts anderes als der klassische additive Mischer, in diesem Fall selbstschwingend, also dasselbe wie fast alle UKW-Tuner. Die Mischung kommt dadurch zustande, dass die Oszillatoramplitude so gross ist, dass der ganze Kennlinienbereich der Röhre abgefahren wird, also von (fast) vollständig gesperrt bis zu hohen Anodenströmen. Dadurch verstärkt die Röhre (hauptsächlich) während der positiven Halbwellen der Oszillatorspannung, was bei phasensynchronem Oszillatorsignal eine Synchrondemodulation ergibt (das HF-Signal wird im Prinzip während der positiven Oszillator-Halbwellen abgetastet und damit gleichgerichtet).

Die Synchronisation ergibt sich dadurch, dass das HF-Signal bei ausreichender Amplitude den Oszillator beeinflusst, da es ja dieselbe Röhre steuert. Ist z.B. das HF-Signal dem Oszillatorsignal etwas voreilend. steigt durch die positive Halbwelle des Eingangssignals die Gitterspannung etwas früher an als ohne HF, was bewirkt, dass die Spannung am Schwingkreis eine gegenüber der 'natürlichen' Spannung leicht voreilende Spannung zugeführt wird und damit der Phasenfehler reduziert wird, bis er nach ein paar Schwingungen weg ist. Wie viel Phasenfehler und damit Frequenzabweichung für die Synchronisation erlaubt ist, hängtvor allem vom Verhältnis der HF- zur Oszillatorspannung ab, je höher die HF-Spannung oder je niedriger die Oszillatorspannung, umso grösser ist der Fangbereich.
Dieser Effekt tritt übrigens auch bei UKW-Tunern mit selbstschwingenden Mischern auf, wenn ein starker Sender auf der Oszillatorfrequenz liegt und so den Oszillator moduliert, was hier natürlich unerwünscht ist und zu einem gestörten Empfang führt.

Frequenzdrift kann verschiedene Ursachen haben. Bei alten Geräten sind auf alle Fälle die Koppelkondensatoren eine Ursache, da diese je nach Material eine mehr oder weniger grosse Temperaturabhängigkeit haben (ausgenommen der Luft-Drehko). Daneben haben auch Spulen mit Eisenkern je nach Material eine Temperatur- und Amplituden-abhängigkeit. Die Röhre hat mit dem Miller-Effekt ebenfalls einen Einfluss (neben allfälliger Änderung der internen Kapazitäten durch thermische Ausdehnung). Durch den Miller-Effekt ist die wirksame Kapazität am Steuergitter abhängig von der Spannungsverstärkung der Röhre, und die ist von der Betriebsspannung und der Kathodentemperatur abhängig und natürlich vom Arbeitspunkt. Der Miller-Effekt ist umso grösser, je grösser die Kapazität zwischen Anode und Steuergitter ist. Alte Röhren mit ihren langen Zuleitungen zu den Elektroden haben generell höhere Kapazitäten, und bei Trioden ist die Gitter-Anodenkapazität prinzipbedingt hoch.

Gruss HB9

14.06.21 18:09
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

14.06.21 18:09
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Re: Demodulation nach Hertweck Funkschau 1931 Heft07

Hallo HB9,

Zitieren:
wenn die Schaltung als Synchron-Mischer arbeitet, ist es nichts anderes als der klassische additive Mischer,
in diesem Fall selbstschwingend
Ja, aber die Frage war ja wie genau man sich die Demodulation vorstellen kann.

Modulation:
Gebe ich also eine HF und eine NF ("Musik")additiv auf das Gitter z.B. einer Triode, erhalte ich die modulierte HF.

Demodulation:
Nun empfange ich also mit dem Audion diese modulierte HF, und gebe sie wiederum auf das Steuergitter.
(Bei mir derzeit auch eine Triode.)
Was passiert?
Vorhin mal gemessen (1287 kHz):
Schwache Rückkopplung: HF-Signal am Steuergitter 150 mVpp Max. 20 mVpp Min. (ungefähr)
Empfang verhältnismäßig stark verzerrt, dumpf - und sehr leise.
Starke Rückkopplung:, HF-Signal 400 mVpp Max, 320 mVpp min.
Glasklarer Empfang, keine auffallenden Verzerrungen etc.
In beiden Fällen war die Kathode auf etwa 1 Volt vorgespannt.

Hertweck hatte ja die Frage gestellt "Die Röhre arbeitet in ihrem geradlinigen Teil ihrer Kennlinie, wie kann
da Gleichrichtung stattfinden ?".
Da kam mir die Idee, ob das mit den Vorgängen bei der Rückmischung zusammenhängt und kam auf die Vorstellung
mit den beiden "virtuellen" Arbeitspunkten:

Bei den kleinen Amplituden der Einhüllenden ("NF") arbeitet jede für sich tatsächlich angenähert auf einer Gerade.
Da diese aber durch die HF voneinander entfernt liegen, haben sie merklich unterschiedliche Steilheiten, die
im positiveren Bereich eine höhere und überwiegt.
(Beide Einhüllenden sind ja 180° Phasenverschoben und ihre Wirkung würde sich bei gleicher Steilheit aufheben)

In einem hatte Hertweck recht: Auch "unendlich kleine" Amplituden werden verzerrungsfrei demoduliert, weil
es ja keine Schwellwerte gibt, wie bei der Anodenstrom-Demodulation.

Man muss nur mit möglichst kleiner HF-Eingangsspannung arbeiten und weder großen Gitterstrom verursachen
oder in den Sperrbereich bei hoher negativer Spannung kommen.
(Praktisch tritt bei extremer Rückkopplung auch eine Verkleinerung der Amplitude der Einhüllenden auf
und eine starke Betonung der oberen Töne, die Bandbreite des Audions dürfte dann auch zu groß werden.)

Die verwendete Röhre mit Regelkennlinie scheint hier günstig sein. während beim "normalen" Audion
oder auch Anodengleichrichter eine Röhre mit gerader Kennlinie und scharfem Kennlinien-Knick im unteren
Bereich günstiger ist.


Gruß
Jens

Zuletzt bearbeitet am 14.06.21 22:27

15.06.21 08:17
HB9 

WGF-Premiumnutzer

15.06.21 08:17
HB9 

WGF-Premiumnutzer

Re: Demodulation nach Hertweck Funkschau 1931 Heft07

Hallo Jens,

die Synchron-Demodulation ist ein normaler Mischvorgang mit einer Oszillatorfrequenz, die der Trägerfrequenz des Eingangssignals entspricht und möglichst genau in Phase mit der Trägerfrequenz ist. Die 'Zwischenfrequenz' ist somit Null und entspricht dem demodulierten Signal.

Eine Mischung ist mathematisch eine Multiplikation im Zeitbereich, also:

u_ZF(t) = u_HF(t) * u_Oszillator(t)

In der Praxis macht man allerdings keine perfekte Multiplikation, weil das zu aufwendig und auch nicht nötig ist, stattdessen wird die Multiplikation durch eine mehr oder weniger digitale Umschaltung gemacht, siehe dazu auch hier: https://www.wumpus-gollum-forum.de/forum...=556&page=1

Im Fall des additiven Einröhren-Mischers wird für die 'Umschaltung' die nichtlineare Kennlinie ausgenutzt, mit einer perfekt geraden Kennlinie würde es keine Mischung geben. Durch das amplitudenmässig grosse Oszillatorsignal ist die Verstärkung beim negativen Spitzenwert der Oszillatorspannung viel kleiner als beim positiven Spitzenwert, im Extremfall Null, weil die Röhre sperrt. Die überlagerte HF vom zu empfangenden Sender wird nun entsprechend der momentanen Oszillatorspannung mehr oder weniger verstärkt. Da für die Synchron-Demodulation das Oszillatorsignal in Phase mit dem HF-Träger ist, werden die positiven Halbwellen des HF-Signals viel mehr verstärkt als die negativen, was einer Gleichrichtung entspricht, damit enthält der Anodenstrom neben der HF auch die gewünschte NF. Je grösser die Oszillatoramplitude gegenüber der HF-Amplitude ist, umso weniger wird der Arbeitspunkt von der HF beeinflusst und daher werden die Verzerrungen mit steigender Oszillatoramplitude kleiner. Da die (hohe) Oszillatorspannung die Röhre zwischen dem gesperrten und linear verstärkenden Betrieb hin- und herschaltet und nicht die HF wie bei einem nichtschwingenden Audion oder einem Diodendemodulator, gibt es keine minimale HF-Amplitude und auch keine Verzerrungen bei sehr kleinen HF-Signalen.

Die Höhenbetonung bei hohem Oszillatorsignal (=starke Rückkopplung) kommt daher, dass bei steigender HF am Steuergitter die Verstärkung wegen der Arbeitspunktverschiebung kleiner wird (wenn die Schaltung so ausgelegt ist, dass der Rückkopplungseinsatz 'sanft' und somit die Schwingung stabil ist). Durch diese implizite Verstärkungsregelung wird auch die Amplitudenmodulation bis zu einem gewisse Grad ausgeregelt. Da die Regelung einge gewisse Trägheit hat, die von der Schwingkreisgüte und der Schaltungsauslegung abhängt, werden die tiefen Frequenzen der Modulation stärker 'weggeregelt' als die hohen, wo die Regelung zu träge ist. Mit einem fremdgesteuerten Mischer tritt dieses Phänomen nicht auf, dort muss man dafür Aufwand für die Synchronisation des Oszillators treiben.

Gruss HB9

16.06.21 12:48
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

16.06.21 12:48
basteljero 

WGF-Premiumnutzer

Re: Demodulation nach Hertweck Funkschau 1931 Heft07

Hallo,

Zitieren:
Je grösser die Oszillatoramplitude gegenüber der HF-Amplitude ist, umso weniger wird der Arbeitspunkt
von der HF beeinflusst und daher werden die Verzerrungen mit steigender Oszillatoramplitude kleiner.

Also wieder mal malen:


Die blaue Kurve steht für die (fiktive) Kennlinie bei höherer Anodenspannung, die schwarze für sehr kleine.
Durch Addition der Momentanwerte der beiden Anodenstrom-Kurven ("Kästchenzählen") sollten in etwa die
zu erwartenden Verzerrungen eingeschätzt werden.
Dem praktischen Aufbau mit der als Triode geschalteten EBF89 dürfte ein Bereich irgendwo zwischen der
grünen und der schwarzen Kurve entsprechen:
Anodenspannung etwa 20 Volt, Vorspannung 1,1 Volt, Ozillatorspannung (Rückkopplung) 400 mVpp bis
800 mVpp.
Nur bei schwingendem Audion (das dann synchron auf den Sender einrasten muss) war eine Signalstärke
zu erreichen, die in etwa der eines normalen Audions entspricht.

Die Eingangs-HF muss klein gehalten werden, sonst hörbare Verzerrungen. Dann aber gute Ergebnisse:
So treten bei "radio Seagull" (auf 1287 kHz) durch einen Frequenzgleichen Sender Flattererscheinungen
auf. Im Synchronempfang sind diese stark abgemildert.
Sehr lose an den ZF-Ausgang angkoppelt, kann recht komfortabel SSB klar empfangen werden, die
Rückkopplung erzeugt den fehlenden Träger.
Das geht zwar auch über den BFO des Empfängers (falls vorhanden), aber dessen HF-Spannung ist klein,
das Eingangssignal muss immer klein gehalten werden. Das Audion aber erzeugt eine höhere HF-Spannung,
die zudem auch noch über die Rückkopplung einstellbar ist.
Ohne Rückkopplung kein Signal hörbar.

Hertweck schreibt aber: "Rückkopplung selbstverständlich möglich" und nicht: "unbedingt erforderlich".
Leser-Rückmeldungen zeugen von erfolgreichen Umbauten gestehender Audione.

Deshalb hier nochmal der Hinweis auf Wofgangs Ausführungen vom 24.02.2020 (Seite 2).
Vielleicht ließ sich bei den Alten Röhren-Typen eine Demodulation über geringe Änderung des
(eigentlich ja immer unerwünschten) Gitterstromes erreichen.

Gruß
Jens

Zuletzt bearbeitet am 16.06.21 13:57

Datei-Anhänge
Demodulation Hertweck Verzerrungen_2021-06-16_1gitter.jpg Demodulation Hertweck Verzerrungen_2021-06-16_1gitter.jpg (111x)

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