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Hochfrequenzgeneratorschaltung mit einer Elektronenröhre und einem
an sie lose angekoppelten Parallelresonanzkreis Bei Generatorschaltungen wirkt sich
jede Veränderung einzelner Bauelemente um so stärker auf die Frequenzstabilität
aus, j e höher die erzeugte Frequenz ist. Es ist daher bei Hochfrequenzgeneratorschaltungen
erforderlich, den Einfluß insbesondere von schädlichen Kapazitäten klein zu halten,
da diese vielfach betrieblichen Änderungen unterworfen sind, beispielsweise beim
Auswechseln von Röhren in solchen Generatorschaltungen. Um diesen Einfiuß der als
schädliche Kapazitäten wirkenden Röhrenkapazitäten möglichst klein zu halten, hat
man hier die zur Frequenzbestimmung erforderlichen Schwingkreise lose an die Röhren
angekoppelt. In einer bekannten Schaltung ist von diesem Prinzip derart Gebrauch
gemacht worden, daß parallel zu einem Schwingkreis ein kapazitiver Spannungsteiler
geschaltet worden ist, dessen am Abgriff abnehmbare Ausgangsspannung über einen
Verstärker auf den Schwingkreis zurückgekoppelt wird. Auf diese Weise ist es möglich,
die Einflüsse von Schwankungen der Eingangskapazität des Verstärkers zu verringern.
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Die Erfindung befaßt sich ebenfalls mit einer Hochfrequenzgeneratorschaltung
mit einer Elektronenröhre und einem an sie lose angekoppelten Parallelresonanzkreis,
bei der nicht nur der Einfluß von Schwankungen der Gitter-Kathoden-Kapazität, welche
als Eingangskapazität aufzufassen ist, sondern auch der Einfluß von Schwankungen
der einer Ausgangskapazität entsprechenden Anoden-Kathoden-Kapazität weitgehend
vermindert wird. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die Ankopplung mittels zweier
kapazitiver Spannungsteiler erfolgt, von denen der die anodenseitige Ankopplung
bewirkende Spannungsteiler aus einer zwischen Anode und Schwingungskreis liegenden
Längskapazität und einer zwischen Anode und Kathode liegenden Querkapazität
besteht,
-während der die gitterseitige Ankopplung bewirkende Spannungsteiler als Bestandteil
des Schwingungskreises mit einer gegebenenfalls einstellbaren Kapazität und einer
parallel zur Gitter-Kathoden-Kapazität liegenden Kapazität ausgebildet ist, wobei
die Spannungsteilerverhältnisse für eine derart lose Ankopplung bemessen sind, daß
betriebsmäßige Änderungen der Röhrenkapazitäten, z. B. infolge Auswechselns der
Röhre, praktisch ohne Einfluß auf die Frequenz des Schwingungskreises sind.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung ist in der Figur
nur in dem interessierenden Umfange zur Darstellung gebracht. Die Anode der Elektronenröhre
E ist über den aus den Kondensatoren Cl und C2 bestehenden Spannungsteiler mit dem
Schwingkreis L1, C3, C4 gekoppelt. Das Steuergitter der Elektronenröhre E ist zwischen
dem Kondensator C4 und der Induktivität L1 des Schwingkreises an letzteren angekoppelt.
An dieser Stelle erfolgt auch die Energieauskopplung. Die Kondensatoren C3 und C4
bilden einen Spannungsteiler, welcher zur Induktivität L1 des Schwingkreises parallel
liegt. Die Kapazität des parallel zur Anoden-Kathoden-Strecke liegenden Kondensators
C2 im Spannungsteiler Cl-C. und die Kapazität des parallel zur Gitter-Kathoden-Strecke
liegenden Kondensators C4 sind groß gegenüber der Kapazität des Kondensators C,
im übrigen Teil des Spannungsteilers C,-C, und der Kapazität des einstellbaren Schwingkreiskondensators
C3. Damit ist der Einfluß der zu dem Kondensator C2 bzw. C4 parallel liegenden Röhrenkapazitäten,
nämlich der Anoden-Kathoden-Kapazität und der Gitter-Kathoden-Kapazität, auf den
Schwingkreis so weit herabgesetzt, daß z. B. bei Röhrenwechsel, welcher oft infolge
der bei der Fertigung unvermeidlichen Streuung eine Änderung dieser Kapazitäten
zur Folge hat, praktisch keine Frequenzänderung des abgestimmten Schwingkreises
erfolgt, wie später noch gezeigt wird. Die Anodenspannung wird in der gezeigten
Schaltung über einen im Verhältnis zum Röhrenwiderstand kleinen Widerstand R1 an
die Anode der Elektronenröhre E angelegt. Der Widerstand R, liegt hochfrequenzmäßig
mit dem Reihenkondensator C5 großer Kapazität parallel zum inneren Röhrenwiderstand
Ri, welcher wie die Röhrenkapazitäten die Frequenz der Generatorschaltung beeinflußt,
also, da er sich z. B. mit den Schwankungen der Stromversorgung ändert, in diesen
Fällen zu einer Frequenzänderung der Generatorschaltung führen würde. Da in der
in der Figur dargestellten Schaltung der für die Schwingungsfrequenz mit maßgebende
Widerstand praktisch aus den beiden Parallelwiderständen R1 und Ri besteht, also
ist, ist der Einfluß derÄnderungen des inneren Widerstandes Ri um 4 Ri auf die Frequenz
in erster Näherung um den Faktor
herabgesetzt. Die gleiche Wirkung kann erzielt werden, wenn statt eines Ohmschen
Widerstandes R1 eine entsprechend kleine Induktivität zum inneren Röhrenwiderstand
Ri parallel geschaltet wird.
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Durch die geschilderte Ankopplung der Anode über den kapazitiven Spannungsteiler
C,-C, an den Schwingkreis erscheint der Widerstand Rl am Kondensator C3 als Bedämpfung
. Bei entsprechender Wahl des Spannungsteilerverhältnisses von Cl und C3 kann man
erreichen, daß diese zusätzliche Bedämpfung des Schwingkreises verschwindend klein
wird.
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Bei der Betrachtung des Einflusses von Schwankungen der Anoden-Kathoden-Kapazität
auf die Frequenz ist zu berücksichtigen, daß die Kapazität des Schwingkreises L,/C3,
C4 praktisch nur durch die Kapazität des Drehkondensators C3 gebildet wird, da dessen
Kapazität, wie bereits gesagt, klein gegenüber der Kapazität des Kondensators C4
sein soll. Es ist also nur notwendig, die Auswirkungen von Schwankungen der Gitter-Kathoden-Kapazität
in bezug auf die Kapazität des Drehkondensators C3 zu berechnen, um ein Maß für
die daraus folgenden Frequenzschwankungen zu erhalten. Parallel zum Drehkondensator
C3 liegt der durch die beiden Kondensatoren Cl und C2 gebildete Spannungsteiler,
dessen resultierender Kapazitätswert durch die Gleichung
bestimmt ist. Da der Kondensator C2 parallel zur Anoden-Kathoden-Kapazität liegt,
sind also Schwankungen der Anoden-Kathoden-Kapazität gleichbedeutend mit Schwankungen
der Kapazität des Kondensators C, Änderungen der resultierenden Kapazität Ca in
Abhängigkeit von Änderungen der Anoden-Kathoden-Kapazität lassen sich demnach berechnen,
indem man die Bestimmungsgleichung für Ca nach C, differenziert:
Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, daß bei dem angegebenen Spannungsteilerverhältnis
(C2 groß gegenüber Cl) die Schwankungen der Anoden-Kathoden-Kapazität praktisch
nur mit dem Quadrat des Kapazitätsverhältnisses der beiden Kondensatoren des Spannungsteilers
Cl und C2 in die Kapazität des Drehkondensators eingehen. Bei einem Kapazitätsverhältnis
von beispielsweise Cl : C2 = z : 5o erhält man also eine Verminderung der Schwankungen
der Anoden-Kathoden-Kapazität im Verhältnis z : 2500.
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Ähnliches wie für die Anoden-Kathoden-Kapazität gilt auch für die
Gitter-Kathoden-Kapazität. Die Schwankungen dieser Kapazität müssen jedoch in bezug
auf die resultierende Schwingkreiskapazität der erfindungsgemäßen Schaltung berechnet
werden, d. h. die Kapazität C4 darf jetzt nicht vernachlässigt werden, da andernfalls
auch die Änderungen der Gitter-Kathoden-Kapazität vernachlässigt werden würden.
Die resultierende Schwingkreiskapazität wird bestimmt durch die Gleichung:
Differenziert man diese Gleichung nach C4, so erhält man die Schwankungen der resultierenden
Schwingkreiskapazität Cv in Abhängigkeit von den Schwan-
Auch hier gelten die Ausführungen, die sich mit den Auswirkungen von Schwankungen
der Anoden-Kathoden-Kapazität befassen. Wählt man beispielsweise das gleiche Kapazitätsverhältnis,
wie dort beschrieben, nämlich C3 : C4 = i : 5o, so ergibt sich auch hier, daß Schwankungen
der Gitter-Kathoden-Kapazität nur mit ihrem 25oo. Teil in die resultierende Schwingkreiskapazität
Cb eingehen.
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Ebenso wird der zur Zuführung der Gittervorspannung dienende Widerstand
R2, der wegen seines Einflusses auf die Frequenz der Generatorschaltung möglichst
groß gewählt werden sollte, auf den hohen Wert
gebracht, worin C3' gleich
ist. Ähnliches gilt, wenn der Widerstand R2 anstatt eines Ohmschen Widerstandes
eine große Induktivität ist.
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Die erfindungsgemäße Schaltung ist schwingungsfähig, wenn
ist, worin
(Ankoppelkreis) und S die Steilheit der Elektronenröhre sind. Eine konstante Spannung
ist demnach sowohl am Kondensator C4 als auch am Kondensator C2 zu erhalten, wenn
das Verhältnis
frequenzunabhängig ist. Da dies für die Schwingkreisinduktivität L1 allein nur schwer
zu erreichen sein wird, muß man unter Umständen dem Widerstand R noch einen frequenzunabhängigen
Widerstand vorschalten, welcher die Frequenzabhängigkeit von R entsprechend verkleinert.
Benötigt man zur Aussteuerung eines Verstärkers eine höhere Spannung als die an
dem Kondensator C2 oder C4, so kann man die Spannung durch Einschalten des in der
Figur punktiert angedeuteten Kondensators C6 erhöhen.
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Soll der Schwingkreis frequenzstabilisiert werden, dann kann man in
bekannter Weise einen Quarz Q gemäß der gestrichelten Darstellung in die Gitterleitung
einschalten. Der Quarz Q schwingt dann in Reihenresonanz.
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Ist die Schwingkreisanordnung temperaturabhängig, so kann der Temperatureinfluß
durch entsprechende Temperaturabhängigkeit der Kondensatoren Cl, C2 und C4 ausgeglichen
werden. Da aber der Widerstand R1 ebenfalls in die Frequenzabhängigkeit eingeht,
kann man auch durch entsprechende Wahl des Temperaturkoeffizienten des Widerstandes
R1 einen Temperaturausgleich erzielen, der, was besonders vorteilhaft ist, nicht
von der eingestellten Frequenz abhängig sein muß.
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Die Spannungsteiler CI- C2 und C3-C4 werden zweckmäßig so bemessen,
daß die Rückwirkung der Anoden-Kathoden-Kapazität und der Gitter-Kathoden-Kapazität
der Elektronenröhre E auf den Schwingkreis etwa gleich klein wird.
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Der Rückkopplungsfaktor wird so groß gewählt, daß ein sicherer Schwingungseinsatz
erzielt wird. Damit die Elektronenröhre E dann nicht im Gitterstromgebiet gesteuert
wird, erhält sie über den Widerstand R2 eine negative Vorspannung, die so groß ist,
daß die Elektronenröhre im gitterstromfreien Teil ihrer Kennlinie arbeitet.