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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kapazitätstrimmen,
wie etwa in den Tunern von Fernsehgeräten oder ähnlichem, und
insbesondere auf einen Kapazitätstrimmer, der mit einer
Komponente eine Einheit bildet, die auf einer Leiterplatte montiert ist. In
diesem Zusammenhang sei US-A-4,485,382 erwähnt.
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In Hochfrequenztunerschaltungen von Fernsehgeräten, UKW-
Radios, Videokassettenrekordern und ähnlichem ist es
erforderlich, bestimmte Schaltungen in jedem einzelnen Chassis zu
optimieren, d.h. beispielsweise Schaltungsparameter geringfügig
zu ändern oder zu "trimmen". Kapazitätstrimmen ist ebenfalls in
Tunern von Bedeutung, die das Nachsteuern der Abstimmung
verschiedener Teile erfordern, beispielsweise der Antenne, des
Empfangsoszillators und des RF-Verstärkers. In gleicher Weise
können Trimmkondensatoren in Zwischenfrequenzschaltungen
(ZF-Schaltungen) verwendet werden, um die Form der
ZF-Bandpaßschaltungen in jedem einzelnen Chassis anzupassen.
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Außerdem kann sogar in Niederfrequenzschaltungen mit
Rückkopplung der Frequenzgang im Hochfrequenzbereich unter
Verwendung von Trimmkondensatoren eingestellt werden, um den
Frequenzgang zu optimieren. Dies kann durch geringfügiges
Justieren der Kapazität über einen Rückkopplungswiderstand
erfolgen, um den Frequenzgang des einzelnen Schaltkreises im
einzelnen Chassis anzupassen, um das Einschwingverhalten zu
optimieren oder die Hochfrequenzdämpfung zu justieren.
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Wenn die betroffene Frequenz ansteigt, wird das Trimmen von
Schaltungskomponenten kritischer und schwieriger.
Beispielsweise können in der RF-Stufe eines UKW-Tuners oder in UHF-
oder VHF-Tunern von Fernsehgeräten oder
Videokassettenrekordern sehr geringe Kapazitätsänderungen erhebliche
Änderungen
in der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises oder
ähnlichem zu Folge haben.
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Das Trimmen von Bauteilen und insbesondere das
Kapazitätstrimmen ist aufgrund von Schwankungen der Schaltungsgrößen in
einer Fertigungsperiode erforderlich. Komponentenbeträge von
Spulen, Widerständen und Kondensatoren mit sehr geringen
Toleranzen, d.h. ± 5% Toleranz, können unvertretbar kostspielig
sein, insbesondere in einem Handelsartikel, wo der Wettbewerb
erforderlich macht, die geringsten möglichen Kosten anzustreben,
die mit Leistungsfähigkeit vereinbar sind Außerdem können
Hochfrequenzspulen geringfügige Änderungen der Induktivität,
Streukapazität zwischen den Windungen oder Streukapazität
gegen Erde aufgrund geringfügiger Änderungen in ihrer
Windungsanordnung oder ihrer Richtung aufweisen. Auch wenn
theoretisch einheitliche Leiterplatten verwendet werden, können
doch in der Praxis außerdem geringfügige Änderungen in der
Zusammensetzung des dielektrischen Materials auftreten, die von
Reihe zu Reihe einen Unterschied ausmachen können. Daher ist
es nicht zweckmäßig, UHF- und VHF-Tuner oder ähnliches ohne
Fertigungsjustierung zu bauen.
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In Tunern und ähnlichem erfolgt die Justierung der
Komponentengrößen häufig durch Justierung der Streukapazität.
Streukapazität ist das Ergebnis der Position einer Komponente relativ
zu anderen elektronischen Bauteilen und zum Chassis. Die
Streukapazität eines Bauteils gegen Masse oder gegen eine
andere Komponente ist eine verteilte Kapazität (d.h. die Summe
einer großen Vielzahl von Punkt-zu-Punkt-Kapazitäten) und ist
von vielen Dingen abhängig, wie der Orientierung der Bauteile,
dem Verlauf der Leiterbahnen der gedruckten Schaltung und dem
Abstand der jeweiligen Komponente von anderen elektrischen
Bauteilen einschließlich Masse und geerdeter Leiterbahnen. In
RF-Schaltkreisen muß diese Justierung oder dieses
Kapazitätstrimmen einen sehr geringen Betrag haben, üblicherweise einen
Bruchteil eines Picofarad (pF). Das Trimmen der Streukapazität
ist gewöhnlich so klein, daß die Verwendung einer besonderen
einstellbaren Komponente zum Trimmen von Schaltungsgrößen
nicht durchführbar ist.
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Der Betrag einer Kapazität einschließlich einer "Streukapazität"
ist Funktion der Fläche der "Platten" oder einander
gegenüberliegenden Oberflächen des Kondensators, des Abstandes zwischen
den Platten und der Dielektrizitätskonstante des zwischen den
Platten angeordneten Materials. Bei Streukapazitäten ist das
dielektrische Material Luft mit einer Dielektrizitätskonstante nahe
1,0. Wird der Abstand zwischen den Kondensatorplatten
verringert, vergrößert sich die Kapazität, und wenn der Abstand
zwischen den Platten vergrößert wird, verringert sich die Kapazität.
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Änderungen der Orientierung von Bauteilen auf einer gedruckten
Schaltung steht üblicherweise nicht für die Änderung der
Streukapazität zur Verfügung, da die Orientierung üblicherweise
aus anderen Gründen gewählt wird, beispielsweise zur
Minimisierung der Fläche der Leiterplatte. Noch wichtiger ist, daß die
Orientierung nicht von Chassis zu Chassis anders justierbar ist.
Selbstverständlich besteht keine Wahl für das Dielektrikum einer
Streukapazität. Dementsprechend bleibt als einziger Weg zur
Änderung einer Streukapazität die Änderung des Abstandes
zwischen den beiden effektiven Platten, die den Kondensator bilden.
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Diese Wahl des Abstandes kann durch Auswahl der Stellung
(Abstand) von Bauteilen relativ zueinander und ihre Orientierung
relativ zueinander (gegenüberliegend statt rechtwinklig) erfolgen.
Wenn dies bestimmt worden ist, kann eine Justierung durch die
Verdrahtungsart erfolgen, d.h. die Justierung der Stellung der
Zuleitungen einer Komponente zu einer Massenfläche oder
anderen Bauteilen hin oder davon weg. Bei Bauteilen, die auf
einer Leiterplatte montiert sind, liegen die Verdrahtungsart oder
die Länge der Zuleitungen im wesentlichen fest. Dies begrenzt
erheblich die Möglichkeit der Justierung der Streukapazität.
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Im Fall von auf einer gedruckten Schaltung installierten
Anschlußklemmen sind diese Klemmen dick und starr und starr
mit der Platte verbunden. Derartige Klemmen sind zum Biegen für
das Kapazitätstrimmen ungeeignet und die Platte könnte reißen,
wenn dies versucht würde.
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Ein Weg, der zum Kapazitätstrimmen versucht wurde, besteht
darin, eine besondere Zuleitung in die Öffnung einer gedruckten
Schaltung zu stecken, die auch dazu verwendet wird, die
Zuleitung eines Bauteiles aufzunehmen, oder in eine getrennte
Öffnung in einer Anschlußfläche, die mit der Zuleitung des
Bauteiles elektrisch verbunden ist. Die Stellung der besonderen
Zuleitung wird relativ zu einer Massenfläche oder zu anderen
Bauteilen justiert, um die kapazitive Kopplung an die zugehörige
Komponente zu ändern. Dieser Weg hat sich als unzweckmäßig
herausgestellt, da die besondere Zuleitung keine sichere
Befestigung hat, um ihre vertikale Stellung relativ zur Leiterplatte
aufrechtzuerhalten oder dafür zu sorgen, daß sie während der
Zusammenbau- und Lötvorgänge auf der Platte installiert bleibt.
Dementsprechend ist es wünschenswert, eine preiswerte und
zuverlässige Justierung der Kapazität während der Fertigung für
Fernsehtuner und ähnliches zu schaffen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Kurz gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zur Justierung der Kapazität zwischen der umgebenden Schaltung
und einem elektronischen Bauteil. Insbesondere ist mindestens
eine der Zuleitungen derart geformt, daß sie vollständige Mittel
zur Justierung der Kapazität zur Verfügung stellt. Die geformte
Zuleitung ist zu einer Richtungsänderung von ungefähr 180º
gebogen, derart, daß bei Montage der Komponente auf eine
Leiterplatte oder ähnliches mittels der geformten Zuleitung und
mindestens einer anderen Zuleitung der dem Bauteil ferne,
gekrümmte Abschnitt der Zuleitung oberhalb der Platte herausragt
und daß seine Stellung zur Schaffung einer kapazitiven Kopplung
zu anderen Bauteilen und/oder Masse justierbar ist. Die
Anpassung der Kapazität erfolgt durch Änderung der Winkelstellung des
Zuleitungsabschnittes von einer Achse senkrecht auf der
Leiterplatte weg und der Richtung des Zuleitungsabschnittes relativ zu
den Bauteilen und/oder zur Massefläche.
Beschreibung der Zeichnungen
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Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird auf
die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
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FIG. 1 eine schematische Darstellung eines auf einer Leiterplatte
montierten Spulenbauteils entsprechend einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung,
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FIG. 2a, b, c und d Schaltbilder verschiedener Anordnungen, die
über justierbare Kapazitäten verfügen, wie sie durch die
Erfindung der FIG. 1 zur Verfügung gestellt werden,
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FIG. 3 ein Schaltbild eines Teiles eines Tuners, der in einem
Fernsehgerät oder ähnlichem anwendbar ist und Aspekte der
vorliegenden Erfindung von FIG. 1 enthält.
Eingehende Beschreibung der vorgezogenen Ausführungsform
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Im Folgenden wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in
denen gleiche Bezugszeichen für gleiche Organe verwendet
werden. In FIG. 1 ist eine Spule (Induktivität) 10 dargestellt, die
eine Anzahl Windungen aufweist und auf einer Leiterplatte 12
montiert ist, die eine Seite 14 zur Montage von Bauteilen aufweist
und eine geätzte Kupferleiterseite 16, auf der verschiedene
gedruckte Leiterbahnen 20 angeordnet sind Die Zuleitungen 22
und 24 der Komponente 10 bilden mit der Komponente 10 eine
Einheit und ragen aus ihr im wesentlichen parallel heraus und
sind in Öffnungen 26 bzw. 28 eingefügt. Die Spule 10 ist an der
gedruckten Schaltung 12 durch eine Lötung 33 befestigt und
elektrisch angeschlossen, die üblicherweise durch Anschwemm-
Löten ausgeführt wird.
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Wie in FIG. 1 dargestellt, weist mindestens eine der Zuleitungen,
Zuleitung 24 in der Beispielausführungsform, einen angeformten,
sie fortsetzenden Abschnitt 30 auf, der mit einer
Richtungsänderung von ungefähr 180º auf sich zurückgebogen ist. Der
angeformte Fortsatz 30 verläuft zurück durch die Öffnung 28 und
ragt aus der Leiterplattenoberfläche 14 heraus, um einen
herausragenden fernen Abschnitt oder ein Bein 32 zu bilden. Wie
dargestellt, erstreckt sich der ferne Abschnitt 32 im wesentlichen
senkrecht zur Oberfläche 14, ist im Abschnitt 30 durch die
Lötstelle 33 befestigt und ist am anderen Ende des Beines 32
nicht befestigt.
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Die Stellung des Abschnittes 32 des Zuleitungsabschnittes 30 ist
einstellbar, wie durch eine repräsentative Phantomstellung 34
dargestellt, indem er relativ zur Ebene der Platte 12 um einen
Winkel gebogen wird. Das Biegen erfolgt vorzugsweise, während
ein oder mehrere elektrische Merkmale der Schaltung überwacht
werden, in der die Spule 10 angeschlossen ist, und wird daher mit
einer Kunststoff- oder nicht leitenden Sonde ausgeführt, so daß
das Justierwerkzeug nicht selbst den Test beeinflußt. Der
Zuleitungsabschnitt 32 kann beim Biegen näher an oder ferner
von der umgebenden Schaltung und Bauteilen (nicht dargestellt)
oder einer Massenfläche oder einer Anschlußfläche der
gedruckten Schaltung, die geerdet werden kann, gebracht werden. Je
spitzer der Winkel zwischen dem Zuleitungsabschnitt 32 und der
Ebene der Platte 12 ist, desto geringer ist der mittlere Abstand
des Abschnittes 32 zu benachbarten Komponenten auf der Platte
oder geerdeten Leitern und desto größer ist die verteilte
Kapazität, die mittels der Zuleitung 24 an die Komponente 10 gekoppelt
ist. In dieser Weise kann die verteilte Kapazität des
Zuleitungsabschnittes 32 justiert oder getrimmt werden. Diese ausgewählte
Stellung des Zuleitungsabschnittes 32 relativ zu einem geerdeten,
ebenen Chassis oder anderen benachbarten Komponenten erlaubt
die Justierung des einzelnen Schaltkreises, in dem die
Komponente 10 arbeitet.
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Die Stellungsänderung der Zuleitung 32 kann ebensogut eine
Justierung der Richtung (nicht dargestellt) sein, wie eine
Winkeljustierung, wie sie in FIG. 1 dargestellt ist. In anderen Worten
kann die Zuleitung 32 um ±90º aus der Senkrechten zur Platte 12
und in jeder Richtung gebogen werden, wie etwa aus der
Papierebene der FIG. 1 heraus. Außerdem kann die Zuleitung 22, falls
es angebracht erscheint, ähnlich geformt werden, wie die
Zuleitung 24.
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In der Beispielausführungsform ist die Spule 10 eine lnduktivität
von eineinhalb Wicklungen, so daß die Zuleitungen 22 und 24 zur
Verbindung mit der Leiterplatte 12 in derselben Richtung vom
Bauteil 10 abstehen. Es liegt im Rahmen der vorliegenden
Erfindung, daß die Komponente 10 ein Widerstand, ein Kondensator
oder ein aktives Bauteil, wie etwa ein Transistor, mit einer wie
Zuleitung 24 geformten Zuleitung sein kann.
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In der Beispielausführungsform ragt das Bein 32 ungefähr 0,5
aus der Leiterplatte 12 heraus und erlaubt eine
Kapazitätsjustierung um einen Betrag von ca. 0,5 Picofarad (pF). Wenn es
angemessen ist, kann die Länge des Zuleitungsabschnittes 32
durch Abschneiden verringert werden, um die Kopplungskapazität
stärker zu trimmen.
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Das Bein 32 ist als ein Fortsatzabschnitt der Zuleitung 30 mit "U"-
förmiger Anordnung mit einer Richtungsänderung der Zuleitung
um 180º dargestellt, der einen gestreckten Fortsatz der Zuleitung
30 bildet. Der hier gebrauchte Ausdruck "U"-förmige Anordnung
soll auch Anordnungen einschließen, bei denen die
Zuleitungsabschnitte 30 und 24 einander ohne jeglichen Zwischenraum
berühren.
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In FIG. 2 sind einige der möglichen, der in FIG. 1 abgebildeten
Komponente 10 entsprechenden Schaltungsanordnungen
dargestellt. FIG. 2a zeigt die Spule 10 mit der Kapazität C gegen
Masse, die durch die Justierbarkeit der Zuleitung 32 relativ zu
geerdeten umgebenden Komponenten oder zum Chassis
entsprechend Winkel und Richtung der Biegung erhalten wird. In
einer derartigen Situation ist die Zuleitung 22 durch eine
geeignete Leiterbahn 20 geerdet, während die Zuleitung 32 mit
der Seite der Spule 10 mit hohem Potential elektrisch verbunden
ist. In der aufrechten Stellung wird die Zuleitung 32 eine geringe
Kapazität liefern, die im Vergleich zum Betrag der Streukapazität,
die durch die Stellung des Beins 32 nach Justierung geschaffen
wird, vernachlässigbar ist.
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In FIG. 2b ist die Spule 10 mit der Streukapazität C über einen
Verbindungspunkt an eine benachbarte Komponente gekoppelt
dargestellt. Wie in der in FIG. 2a dargestellten Schaltung ist das
Bein 32 mit der Zuleitung zum hohen Potential 24 der Spule 10
elektrisch verbunden, während die Zuleitung 22 durch eine der
Leiterbahnen 20 geerdet ist.
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In FIG. 2c ist die Spule 10 mit dem durch das Bein 32
geschaffenen Kondensator C dargestellt, wobei die Kapazität C
die Spule 10 an eine Induktivität L koppelt, eine andere Spule,
die sich in der Umgebung auf der gedruckten Schaltung neben
der Spule 10 oder in unmittelbarer Nachbarschaft zu ihr befindet.
Wie in den FIG. 2a und 2b ist die Spule 10 auf der einen Seite
geerdet und auch die Spule L ist auf einer Seite geerdet (was
nicht unbedingt der Fall sein muß), und das Bein 32 ist an der
Seite der Spule 10 angeschlossen, die auf hohem Potential liegt.
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FIG. 2d zeigt die Schaltung der FIG. 2c, wobei die Seite der
Spule 10 mit niedrigem Potential (Zuleitung 22) über den
Widerstand R an Erde gekoppelt ist.
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In FIG. 3 ist als Beispiel ein Teil eines RF-Tuners dargestellt, bei
dem erfindungsgemäß erzeugte Kapazität zur Optimierung des
Schaltkreises verwendet werden kann. Der FET-Transistor 40 ist
ein RF-Verstärker mit mehreren Eingangs-Gates 42, 44, der in
dem Fachmann bekannter Weise arbeitet, d.h. ein Signal wird an
das Gate 44 angelegt und AGC-Spannung an das Gate 42. Die
Quelle 46 ist über den Kondensator 48 an die
Wechselspannungserde angeschlossen (der einen Widerstand enthaltende
Gleichspannungsschaltkreis ist nicht abgebildet) Drain 50 ist über den
Kondensator 54 an die Varactordiode 52
wechselspannungsgekoppelt (der Gleichspannungskreis zu einer
Versorgungsspannung ist nicht dargestellt). Die Vorspannung und damit die
Kapazität der Varactordiode 52 wird durch die Vorspannung
bestimmt die durch den Isolierwiderstand 58, der an die Kathode
der Varactordiode 52 angeschlossen ist, an den Anschluß 56
angelegt wird. Die Kathode der Varactordiode 52 ist über den
Kondensator 60 wechselspannungsgeerdet. Der
Gleichspannungsrückstrom der Anode der Varactordiode 52 wird über eine
Spule L1 sichergestellt. Die Varactordiode 52 ist parallel zur
Spule L1 angeordnet, um mit Spule L1 bei einer festgelegten
Frequenz, wie etwa der Bildträgerfrequenz eines Fernsehkanals,
in Resonanz zu sein.
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Spule L1 ist die Primärspule eines Resonanzkreises mit
zweifacher Abstimmung und ist an eine Sekundärspule L2 induktiv
gekoppelt, die in gleicher Weise, wie in der Schaltung der
Primärspule L1, durch eine Varactordiode 62 abgestimmt wird.
Die Varactordiode 62 ändert sich entsprechend der über den
lsolierwiderstand 64 durch den Anschluß 56 angelegten Spannung
in eine Kapazität. Ebenfalls ist in gleicher Weise, wie in der
Schaltung der Primärspule L1, die Kathode der Varactordiode 62
über den Kondensator 66 wechselspannungsgeerdet, wobei der
Gleichspannungsrückstrom der Varactordiode 62 über die Spule
L2 sichergestellt wird. Die Primär- und Sekundärschaltungen mit
doppelter Abstimmung sollen einander über einen gegebenen
Frequenzbereich entsprechend der am Anschluß 56 angelegten
Spannung folgen.
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Die Spulen L1 und L2 sind durch Anordnung parallel zueinander
und nahe beieinander auf der Leiterplatte 12 induktiv gekoppelt.
Die gegenseitige Kopplung der beiden Spulen L1 und L2 ist durch
Biegen der Spulen gegeneinander oder voneinander weg auf eine
Frequenz unterhalb der Resonanzfrequenz justierbar.
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In dieser Beispielausführungsform stellt der Kondensator C1, der
durch das mit der Spule L1 verbundene Bein 32 geschaffen wird
(wie in FIG. 1 dargestellt), eine Kapazität zur Verfügung, wie in
FIG. 2a gezeigt um die Schaltung, die die Primärspule L1 und die
Varactordiode 52 enthält, auf dieselbe Frequenz zu trimmen, wie
die abgestimmte Schaltung, die die Sekundärspule L2 und die
Varactordiode 62 enthält. Aufgrund von Bautelltoleranzen wird
also der Trimmkondensator C1 parallel zu L1 hinzugefügt, damit
beide Resonanzkreise bei derselben Frequenz in Resonanz sind.
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In gleicher Weise kann die Spule L2 mit ihrem entsprechenden
Bein 32 (FIG. 1) ähnlich der Spule L1 gebaut werden und so
justierbare kapazitive Kopplung zur nächsten Spule L1 zur
Verfügung stellen, um die Kapazität C2 zwischen Spule L1 und L2
zu liefern, wie es in FIG. 2c dargestellt ist. Die Wirkung des
Kondensators C2 besteht darin, die gegenseitige lnduktion
zwischen den Spulen L1 und L2 bei höheren Frequenzen zu
verringern wo die Güte des Resonanzkreises größer ist und die
entsprechende Bandbreite verringert würde
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Der Signalausgang der L1 und L2 enthaltenden Schaltungen mit
doppelter Abstimmung ist über die Induktivität 68 an einen
Lastwiderstand 70 angeschlossen, der an Masse angeschlossen
ist. Das Ausgangssignal an Anschluß 72 wird über einen
Widerstand 70 entwickelt, und kann an eine Mischerstufe (nicht
dargestellt) oder zur weiteren Verstärkung an eine folgende
Verstärkerstufe (nicht dargestellt) angeschlossen werden.
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Somit kann das Bein 32, das an die Zuleitung eines Bauteils
angeformt ist und mit einem elektronischen Bauteil eine Einheit
bildet (wie in FIG. 1 gezeigt), dazu verwendet werden, justierbare
Kapazität geringen Betrages gegen Erde oder andere Bauteile zu
liefern. Die hier mitgeteilten Kapazitätstrimmer, die mit einem
Bauteil eine Einheit bilden, können auch in Verbindung mit
anderen Kapazitätstrimmern, die mit anderen benachbarten
Bauteilen eine Einheit bilden, verwendet werden, d.h. mit
Streukapazität zwischen einem Paar von Kapazitätstrimmern, die
mit Bauteilen eine Einheit bilden.
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Es wird also ein Kapazitätstrimmer mitgeteilt, der an die Zuleitung
eines elektronischen Bauteiles angeformt ist und mit dem
elektronischen Bauteil eine Einheit bildet, um justierbare
Streukapazitätskopplung an das genannte Bauteil zur Verfügung
zu stellen, das auf einer Leiterplatte montiert ist. Außerdem
befestigt die geformte Zuleitung das Bauteil an der gedruckten
Schaltung, indem sie eine gelötete elektrische Verbindung mit
geeigneten Leiterbahnen der Leiterplatte liefert.
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In gleicher Weise erhält die elektronische Komponente durch ihre
feste Montage auf der Leiterplatte vor und nach dem Löten die
ursprüngliche Orientierung des Beines 32 vor dessen Justierung
(Biegen) aufrecht.