Special: 100 Jahre Superregenerative receiver = Pendelaudion
(unten von mir übersetzte Zeitschriftenberichte und Patent- Veröffentlichungen)


Armstrong erklärt seinen Pendler- Aufbau (Quelle "QST" 8/1922)

Jeder Rundfunk-/ Fernsehtechniker kennt das Pendelaudion, meist aus Bastelbüchern, und hat wahrscheinlich mal eins gebastelt, klassisch mit Röhre, oder auch mit Transistoren oder FETs.
Modellbastler nahmen die Pendler gern als einfachen, billigen
27 MHz- Fernsteuerempfänger.
Andere verwendeten den Pendler vielleicht für die ersten Gehversuche auf dem Kurzwellengebiet.
Und waren begeistert von der hohen Empfindlichkeit, weniger von der Bandbreite und dem Klang, der in diesem Bereich ohnehin keine Rolle spielt.

Tatsächlich ist es jetzt 100 Jahre her, daß das Pendelaudion für Edwin H. Armstrong (1890 -1954) patentiert wurde.

Und das Pendelaudion wird gelegentlich noch heute verwendet, für einfache Modellfernsteuerungen, Fernwirktechnik  oder Datenübertragung auf kurze Entfernungen.
Es wird dazu sogar in IC's integriert, z. B. SCSR120L

Es gab bereits eine Patentanmeldung für eine Schaltung des Briten John Bruce Bolitho, die offensichtlich nach dem gleichen Prinzip arbeitet,  2 Jahre zuvor, die jedoch in Vergessenheit geriet. Dazu habe ich eine Seite erstellt,
siehe hier.

Ich sehe die Sache so: Es sind intereressante Schaltungslösungen, die man nur bewundern kann.

Ein Spruch lautet: "Der Mensch ist erst wirklich tot, wenn niemand mehr an ihn denkt". (versch. Autoren zugeschrieben)

Ich denke, lassen wir E. H. Armstrong und andere Techniker dieser Zeit nicht wirklich tot sein, analysieren und bewundern wir ihre Schaltungen, und verwenden wir sie.

Edi

Die Texte

Ich habe Texte zum Thema übersetzt, sowie im Internet weitere Informationen und die Patente recherchiert, sowie alle Texte zu PDF- Dokumenten kompiliert.
Die Texte können heruntergeladen werden, bitte nach unten, zum Seitenende, scrollen.

Armstrongs Pendler
Hier die Armstrong- Schaltung in verschiedenen Varianten, Armstrong gab in der Patentschrift immerhin 12 Schaltungsvorschläge an !
Unten das ausgeführte Gerät der letzten Variante, welches auch oft auf Fotos abgebildet wird:

 Armstrong- Schaltung- Die Funktion
In Armstrongs Pendler ist ein fremdsteuernder Oszillator für das Audion vorhanden, der mit einer Frequenz etwa am oberen Hörbereich (oder höher) schwingt, vorhanden, als 2. Röhrenoszillator, welcher jedoch mit seiner Oszillatorschwingung die Anodenspannung beaufschlagt.
Dadurch wird die Audionstufe bei der positiven Halbwelle in die Schwingungerregung gebracht.
Die negative Halbwelle läßt die Schwingung abreißen.

Durch den beschriebenen Vorgang entstehen periodisch, mit der Pendelfrequenz, etwa 15 KHz, kurze NF- Spannungs- "Abschnitte" an einem NF- Trafo im Anodenkreis der Audionröhre. Da diese mit 15 KHz erfolgen, bekommt man die durch die Tiefpaßwirkung des hochohmigen Kopfhörers oder Übertragers geglättete, aufmodulierte NF.

Wichtige Bemerkung von mir:
Für Radio- Empfang sollte der Arbeitspunkt so dicht wie möglich am Schwingeinsatzpunkt liegen, und der Hub so gering wie möglich !
Damit entstehen Eigenschwingungen sehr geringer Amplitude.

Es ist auch möglich, eine Einstellung kurz VOR dem Schwingeinsatz zu wählen, so daß der Schwingeinsatz nie erfolgt, es werden nur 2 Punkte gewechselt, ein Punkt entfernt vom Schwingeinsatz, einer dicht am Schwingeinsatz. Die resultierende NF liegt in der Amplitude bei etwa
70 % der Differenz, die Bandbreite ist etwas geringer, als wenn der Schwingeinsatz erreicht wird, die Wiedergabequalität ist jedoch gut bis sehr gut.

EIne hoch verstärkende Röhre ist von Vorteil.

Da die Audionröhre nicht durch den Schwingeinsatz voll aufgesteuert wird, wie es MIT hoher Schwingungerregung der Fall ist, wie wir es von heutigen Pendlern kennen, sollte ein trennscharfer Rundfunkempfang mit guter Qualität möglich sein.

Wie im Foto von Armstrong zu sehen, ist an den Pendelaudion- Aufbau ein Lautsprecher angeschlossen, es war offensichtlich (auch) Rundfunkempfang beabsichtigt.

Weitere Armstrong- Schaltungen
Hier 3 Schaltungen aus Karl Treyse, "Schaltungsbuch für Radioamateure",1925.
Die Darstellungsweise ist sehr irritierend, da hier Spulen wie Widerstände, als Zickzack- Folge, gezeichnet sind ! Widerstände sind hier "Rechteck- Folgen".

Logarithmischer Pendler
Die Selbsterregung des Audions kann jedoch so weit "aufgerissen" werden, daß die normale Gleichrichterwirkung des Audions nicht mehr zum Tragen kommt, es entstehen Impulse gleicher Höhe, weil die Röhre durch die Eigenschwingungen bereits voll durchgesteuert ist, jedoch haben die Impulse unterschiedliche Start- und End- Zeiten, also eine variable Länge, die durch die Empfangsfrequenz bestimmt wird !
Somit ist die empfangene HF wirksam.
An einem Trafo oder Tiefpaß kann die Modulation abgenommenwerden.

Es liegt keine übliche Audion- Gleichrichtung vor, sondern eine Impulslängendemodulation.

Informationen dazu findet man sehr ausführlich in Reginald Whitehead "Superregenerative Receivers", 1950.
W. Holtmann hat dies auch oszillographisch dargestellt, hier.

Da der Anodenstrom durch die Pendelfrequenz- Schwingung exponentiell ansteigt, ist dies die Betriebsweise des "logarithmischen Pendlers", ebenfalls ausführlich beschrieben im Buch von Whitehead.

Der "logarithmische Pendler" bringt eine schlechte Demodulationsqualität, eine schlechte Bandbreite, aber eine extrem hohe Empfindlichkeit mit sich, die ohne Signal ein Rauschen erzeugt, bei Vorhandensein eines Signals geht das Rauschen sofort herunter.

Der "logarithmische Pendler" ist die Betriebsweise der Pendler, wie man sie seit Jahrzehnten kennt.

AM- Demodulation klingt mit dem logarithmischen Pendler schlecht.

Linearer Pendler

Die Audionstufe wird mit einer Schwingung möglichst geringer Amplitude zwischen 2 Punkten vor und nach dem Schwingeinsatz zum Pendeln gebracht. Das geht mit einer sorgfältig bemessenen Audionstufe, die nicht ruckartig auf volle Rückkoppplung geht, sondern einen Schwingungsaufbau der Eigenschwingung mit äußerst geringer Amplitude gestattet- ich habe das mit einer sehr steilen Röhre (EF184), die als Triode geschaltet ist, erreicht.
Die Ausgangsspannung  dürfte linear zu den an der Röhre anliegenden Schwingungen sein.

Dies die Betriebsweise des "linearen Pendlers", ausführlich beschrieben im Buch "Regenerative Receivers" von Reginald Whitehead, 1950.

Diese Betriebsweise ist gut geeignet für Rundfunkempfang.

Meines Erachtens findet hier die übliche Demodulation des Audions statt, wenngleich auch der Schwingeinsatz durch die Empfangsschwingung zeitlich variiert.

FM- Pendler
Die   Demodulation von FM- Signalen, die mit AM- Demodulatorschaltungen möglich ist, die sog. "Flankendemodulation" die eine konstante Amplitude haben, funktioniert mit dem Pendler wesentlich besser.

Pendler Anwendung
Pendler nutzte man in den ersten Empfängern mit UKW, Anfang der 50er Jahre, oft als "Nachrüst- Vorsatzgeräte" für AM- Geräte, die manchmal bereits dafür vorbereitet waren, sie hatten z. B. vorgesehene Schaltstellungen auf den Wellenschaltern, und bereits eine Skalenteilung auf den üblichen Skalenscheiben.
Mit dem schnellen Aufkommen empfindlicher UKW- Eingangsteile, einer besseren ZF- Verstärkung, Phasendiskriminator- und Radiodetektor- Schaltungen waren sie nach wenigen Jahren vergessen.

Die Zeit der Pendler im Radio ist lange vorbei, aber Pendler gibt es gelegentlich noch.
Pendler werden noch heute für Fernsteuerungen (Modellautos, Modellschiffe, usw.) und Datenübertragungen (PC-Peripherie) noch heute genutzt, , und sind sogar in integrierten Schaltkreisen zu finden, Grund: Der Pendler ist extrem empfindlich, hohe Bandbreite spielt auf den gering genutzten Frequenzbereichen dieser Anwendungen keine Rolle, gute Audio- Übertragungsqualitäten sind nicht erforderlich, und eine  Empfangsschaltung mit 1 oder 2 Transistoren benötigt nur allergeringste Ströme, das schaffen Superhet- Konzeptionen nicht.

Es gab ab etwa 1950 ein meßtechnisches Gerät von Hewlett Packard, einen hochempfindlichen Detektor im VHF- Bereich (30- 500 MHz), welches wegen der hohen Empfindlichkeit eine Pendlerschaltung nutzte:
"VHF/ UHF- Detector HP-417A" von Hewlett- Packard (USA).

Eine Demodulation modulierter Frequenzen wäre möglich gewesen, war aber nicht der Hauptzweck.

Welcher Pendler nutzt welches Prinzip ?
"Gute Frage.
Nächste Frage !"

Tatsächlich kann man das nicht immer sicher beantworten- wird die Audionstufe von der Pendeloszillatorstufe mit einer niedrigen Frequenz beaufschlagt, die Amplitude besitzt, wird die Schaltung als linearer Pendler arbeiten, ist die Amplitude höher, wird sich die eigenerregte Schwingung höher aufbauen können, und die logarithmische Betriebsart wird wirksam.

EIn Pendler mit 1 aktivem Bauteil wird immer als logarithmischer Pendler arbeiten, es ist nicht anzunehmen, daß das Pendeln so gering gehalten werden kann, daß die lineare Betriebsart möglich ist.
Bei den Geräten mit mehreren aktiven Bauteilen ist der Übergang fließend.

Aus den langen Ausführungen der Patentschriften schließe ich, daß das Einsetzen der eigenerregten Schwingung mit der empfangenen Frequenz bekannt war.
Genau das erzeugt im logarithmischen Betrieb Impule verschiedener Start- und Endpunkte, also verschiedener Dauer, was eben eine Pulslängendemodulation bewirkt.

Weitere Beschreibungen lassen weiter auf die Verwendung der darauf schließen, daß man AUCH die logarithmische Betriebsart kannte, etwa"enorme Verstärkung" erreichen konnte ("als superregenerativer Zustand bezeichnet und erzeugt eine tausendfach größere Energieverstärkung als die, die mit der einfachen regenerativen Schaltung "), was für den logarithmische Betriebsart spricht.

Aber auch die lineare Betriebsart konnte eingestellt werden, man sprach von Einstellungen in weiten Bereichen: "...je nachdem, ob Funken-, Summer-, Sprach- oder unmodulierte, ungedämpfte Wellen verstärkt werden sollen.".
Musikwiedergabe in hoher Qualität war wohl noch nicht das Thema, aber immerhin wurden für die Wiedergabe von tonmodulierten Frequenzen Hinweise gegeben, etwa "... Die Anordnung ist wertvoll, um die Artikulation von Telefonsprache und die Klarheit des Tons von Funkensignalen zu verbessern."

Funktion im Detail

Die Funktionen im Detail sind in den von mir gefundenen Quelltexten beschrieben.

Die Texte

Texte, einige Texte sind von mir übersetzt, beide Sprachen nebeneinander.
Dies darum, um evtl. den Originaltext zum Vergleich zu haben, falls es  Unklarheiten gibt.

Ich habe weitgehend sinngemäß übersetzt, es ist teilweise nicht so einfach, weil englische/ amerikanische Fachtexte ihre eigenen Regeln und Ausdrucksweisen haben... allein in den wenigen Vorlagen sind z. B. Rückkopplung" mit "back coupling", "regenerative" und "reaction" bezeichnet, für Röhren die Begriffe "Tube", "Valve" und "Ventil" !!!
Aufgrund der sehr langen Texte der Patentschriften habe  ein Übersetzungsprogramm benutzt, dessen Übersetzung auf langen Strecken belassen, auch wenn dadurch die Texte sprachlich sehr eigenartig formuliert sind, die Autoren wollten wohl jede, aber auch wirklich jede mögliche Situation oder Frage einschließen, und haben sich dadurch "verquast" ausgedrückt, das gibt es auch in deutschen Patentschriften.
Ich habe jedoch an sehr falsch übersetzten Stellen korrigiert.
Für Hinweise und Verbesserungen bin ich jedoch dankbar.

"Armstrong's Super-Regenerative Circuit", aus "Radio Broadcast", 9-1922.pdf
"Armstrong Superregenerative Circuit" Patentschrift Original.pdf
Armstrong Google Patents US1424065 en und de
"The Armstrong Superregenerative Circuit", 1922, Eltz.pdf