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Special: Vergessene Schaltungen- Die Bolitho- Schaltung

Special: Vergessene Schaltungen- Die Bolitho- Schaltung
(unten von mir übersetzte Zeitschriftenberichte und Patent- Veröffentlichungen)
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Zufällig entdeckte ich in einem alten Buch, Sydney Gernsback's "Radioencyklopedia" einem Nachschlagewerk zum Thema Radio von 1927, einen Artikel mit einer interessanten Schaltung aus dem Jahre 1919.

Schwer auf den ersten Blick zu erkennen, und auch nicht wirklich leicht aus dem kurzen Text zu nehmen, beschreibt der Artikel offensichtlich einen fremdgesteuerten Pendler, in englischen Texten "Superregenerative receiver".

Ich recherchierte nach, und fand in der Zeitschrift "Wireless World" von 1923 einen weiteren ud ausführlicheren Text, der das bestätigt.
Und in diesem Text fand ich genauere Hinweise, daß es eine Superregenerativ- = Pendler- Schaltung ist, eine Schaltung, für die, wie Freunde historischer Radiotechnik wissen, Edwin Armstrong im Jahre 1922, also 3 Jahre nach J. B. Bolitho's Patent, also vor genau 100 Jahren, das Patent erhielt !

Der Text enthält einen Hinweis auf die Urheberrechtsfrage an der Superregenerativ- Schaltung (= Pendler), und daß diese nur durch ein Gericht geklärt werden könne.
Ob es jemals zu einem Gerichtsverfahren kam, dazu konnte ich nichts finden.
Da E. Armstrong als Erfinder der Superregenerativ- Schaltung (= Pendler) gilt, hat es möglicherweise kein Gerichtsverfahren gegeben.

Beide Schaltungen beschreiben die Fremdsteuerung einer Rückkopplungs- Audionschaltung, die jedoch unterschiedlich gelöst wurde.

Heute müssen wir Außenstehende, Radiofreunde in der Welt, nicht über einen alten Fall von Urheberrecht - wenn es je ein Fall war- streiten.

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 J. B. Bolitho und E. H. Armstrong nicht wirklich tot sein, analysieren und bewundern wir ihre Schaltungen, und verwenden wir sie.

Edi

Die Texte

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

Die Erfinder

Captain John Bruce Bolitho, 1889 - 1965, Großbritannien, Königl. Nachrichtentruppe
Quellen 1 2

Edwin Howard Armstrong 1890 - 1954, US-amerikanischer Elektroingenieur und Erfinder, um 1922 war er ebenfalls bei einer Nachrichten- Einheit
Quelle: WIkipedia

Die Bolitho- Schaltung

Bolitho- Schaltung in Gernsbacks Nachschlagewerk (im Buch fehlerhaft, ich habe sie korrigiert, Edi)

Der fremdsteuernde Oszillator für den Pendler, der um 15 KHz schwingt, ist nur als Symbol mit der Bezeihnung "O" im Anodenkreis der Röhre T2 eingezeichnet.

Bolitho- Schaltung in der Patentschrift

Hier ist der fremdsteuernde Oszillator komplett eingezeichnet, links unten, über die Spulen 22 und 24 ist6 er in den Anodenkreis der Hilfsröhre 2 gelegt.

Bolitho- Schaltung- Die Funktion

Hier wird es kompliziert: Bolitho verwendet eine Hilfsröhre, die laut der Beschreibung eine Art "Gegen- Rückkopplung" aufbaut, wenn die Audionröhre mit leicht angezogener Rückkopplung einen Schwingungsaufbau beginnt, wirkt die "Gegen- Rückkopplung" dem entgegen.

Dadurch sollte m. E. günstigerweise keine Schwingung entstehen, und die Schaltung arbeitet exakt am "Punkt höchster Empfindlichkeit", der sich extrem kurz unter dem Schwingeinsatzpunkt befindet.

Text (Übersetzung und Anmerkungen von mir), Schaltung ganz oben:
Im Anodenkreis von T2 . ist eine Rückkopplungsspule L4 auf eine solche Weise angeordnet, dass der magnetischen Kopplung zwischen den Spulen L2 und L3 entgegengewirkt wird.
...
Die Frequenz des Generators O ist (erheblich, Edi) niedriger als die des empfangenen Signals.
...
Der Pendeloszillator O macht die Anode von T2 abwechselnd positiv und negativ mit folgendem Effekt: Wenn die Anode von T2 negativ geladen ist, fließt kein Strom in Spule L4, diese Spule beeinflusst daher die Spulen L2 und L3 nicht und ermöglicht es der Röhre T1, eine Eigenschwingung aufzubauen.
...
Wenn die Anode durch die Wirkung des Pendeloszillators (der positiven Halbwelle, Edi) positiv wird, fließt Strom durch die Spule L4, und da sie entgegengesetzt zu den Spulen L2 und L3 gekoppelt ist, neutralisiert dies die Kopplung zwischen L2 und L3 und verhindert die Übertragung von Energie zwischen den Gitter- und Anodenkreisen der Röhre T 1.
Dies neigt dazu, die Eigenschwingung zu stoppen und macht die Schaltung empfänglich für die Energie des Signals, welches von außen in der Antennenspule L1 induziert wird.
...
Die Frequenz des Vorgangs wird natürlich durch die Frequenz des Pendeloszillators O bestimmt.

Eine selbsterregte Schwingung geringer Amplitude wäre m.E. aber auch möglich.

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

Da die Audionröhre so nicht 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 aus den Texten hervorgeht, hat J. B. Bolitho die Schaltung aus einer Schaltung für Telegrafen- Empfang ("Relay" = "Relais" = Fernschreibrelais) entwickelt, nun also Rundfunkempfang ("Phone" = Kopfhörer oder Lautsprecher) beabsichtigt.

Hier habe ich den Text der Vorseite übernommen, um beide Erfindungen und Erfinder auf einer Seite gegenüberzustellen.

Die Konkurrenz- 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 alo Rundfunkempfang beabsichtigt.

Linearer Pendler

Die Ausgangsspannung der gezeigten Schaltungen 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.

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.
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.

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.