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Hochfrequenzkondensator veränderbarer Kapazität Die Erfindung betrifft
einen H.ochfrequenzkondensator veränderbarer Kapazität, insbesondere für Kurz:-#vellen
und Ultrakurzwellen. Ein solcher Kondensator ist insbesondere in Meßschaltungen,
wie Meßbrücken, aber auch z. B. für automatische Frequenzeinstellung von Sendern
und Empfängern geeignet. Die günstigste Form von Kondensatoren, insbesondere Meßkondensatoren.,
für das Kurzwellen- und Ultrakurzwellengeibiet ist, wenn es auf geringen Frequen:zgang
derKapazität ankommt, der einfache Plattenlcondensato:r. Wählt man die Plattenabmessungen
nicht zu groß, so zeigt der Kapazitätswert bis zu sehr hohen Frequenzen, solange
ein Viertel .der Betriebswellenlänge klein gegen die Abmessungen bleibt, keinen
Frequenzgang. Ein weiterer Vorteil des einfachen Plattenkondensators gegenüber dem
Drehl-"ondensator ist, daß über einen großen. Meßbereich, z. B. das Kapazitätsverhältnis
i :5o, nur eine geringe Plattenbewegung von z. B. i bis a mm vorhanden ist, so daß
man die Stromzuführungen als elastische Blattfedern .ausführen kann und jeden Schleifkontakt,
der bei Hochfrequenz besonders schädlich ist, vermeidet. Durch die Ausführung der
Stromzuführungen als .breite bi.filare Blattfedern wird die Z,uleitung des Kondensators
auch sehr induktivitätsarm, wie man dies bei einem Drehkondensator in ähnlichem
Maß nicht erreichen kann.
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Der einzige, allerdings gewichtige Nachteil des einfachen Plattenkondensators
in seiner Verwendung als geeichter Meßkondensator besteht darin, daß wegen des geringen
Plattenabstandes enorme
Anforderungen an die Genauigkeit der mechänischen
Einstellung zu stellen sind. Bei einem kleinsten Plattenabstand von z. B. 3 - ro-2
mm .und einer Ablese- und Einstellgenauigkeit von z °/o muß der tote Gang !der Einstellung
kleiner bleiben als ± 3 - ro-4 mm. Die meist üblichen Schraubeinstellungen lassen
in dieser Betziehung zu wünschen übrig.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, für einen solchen Plattenkondensator
einen Antrieb zu finden, der i. eine sehr genaue Einstellung- des Kondensators gewährleistet,
2. eine entsprechend genaue unmittelbare Ablesung des eingestellten Kapazitätswertes
ermöglicht.
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Dabei geht die, Erfindung von folgendem Gedanken aus: i. Der bei Hochfrequenz
wirksame Kapazitätswert eines :geeignet aufgebauten Meßkondensators stimmt mit dem
bei niedrigen Frequenzen, z. B. So Hz, gemessenen Kapazitätswert genauestens überein.
z. Eine Kapazität kann bei niedrigen Frequenzen, z. B. in einer Brückenanordnung,
genauer als bei Hochfrequenz, praktisch mit jeder beliebigen gewünschten Genauigkeit
gemessen bzw. mit einem Normal verglichen werden.
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Die Erfindung will nun die Genauigkeit der niederfrequenten Kapazitätsmessung
dadurch auf .die Einstellung des Hochfrequemzkondensators übertragen, daß sie diesen,
während er mit Hochfrequenz betrieben wird, gleichzeitig in eine niederfrequente
Meßschaltung legt und das Ergebnis der niederfrequenten Messung zur elektrischen
Steuerung des Kondensators bis zum Sollwert benutzt.
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Die Lösung dieser Aufgabe gemäß der Erfindung setzt zunächst eine
vollständig spielfreie Stellvorri.chtung des Kondensators voraus, die elektrisch
gesteuert wird, so daß jedem Plattenabstand und Kapazitätswert ein ganz bestimmter
Steuerstrom entspricht. Dieser Steuerstrom wird gemäß- der Erfindung von einer niederfrequentenMeßeinrichtung
geliefert, die den jeweils eingestellten Kapazitätswert in Übereinstimmung bringt
mit einem geeichten und veränderbaren Normal.
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Ganz allgemein besteht die Erfindung .darin, daß Einstellung und Ablesung
-des Kapazitätswertes nicht unmittelbar am Kondensato-rerfolgen, sondern eine zur
Verstellung des Kondensators dienende elektrisch gesteuerte Einrichtung vorgesehen
ist, die, derart ausgebildet ist, daß die Kapazitätsverstellung in Abhängigkeit
von der Größe von in einem Wechselstromkreis niedrigerer Frequenz oder unter Umständen
auch in einem Gleichstromkreis liegenden veränderbaren, vorzugsweise genau geeichten
Schaltelementen, insb,eso@ndere Kapazitäten-o,der Induktitvitäten, erfolgt.
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Es sind bereits Kondensatoven veränderbarer Kaparzität bekannt, bei
denen eine elektrisch gesteuerte Verstelleinrichtung vorgesehen ist. Solche Kondensatoren
werden z. B. in Rundfunkempfängern durch einen Elektromotor gesteuert. Die Kapazitätseinstellung
erfolgt dort aber nicht in Abhängigkeit von der Größe von in einem Wechselstromkreis
niedrigerer Frequenz liegenden veränderharen Schaltelementen, sondern wirddurch
Kontakte gesteuert.' Durch Einschaltkontakte Wird der Verstellmotor in Tätigkeit
gesetzt und wird wieder abgeschaltet, wenn .der von dem Motor verstellte Kondensator
eine bestimmte Stellung erreicht hat, d. h. also von denn Kondensator selbst aus.
Mit einer solchen Kondensatorverstellung läßt sich aber nicht die der Erfindung
zugrunde liegende Aufgabe mit ausreichender Genauigkeit lösen, denn es gehen Änderungen.
der Kapazitätskurve des Kondensators, z. B. durch Verziehen der Platten., als Fehler
in die Einstellung voll ein. DieseSteuerung soll auch mehr zur bequemeren, weniger
zu einer genaueren Einstellung des Drehkondensators .dienen.
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Die Steuerung des Kondensators veränderbarer Kapaeität kann derart
ausgebildet sein, daß eine Abbildung der Kapazität der veränderbaren Schaltelemente
in einem bestimmten Verhältnis erfolgt. Der veränderbare Scheinwiderstand, beispielsweise
eine Kapazität oder In!dukti#vität, ist dann ein Maß für die Kapazität des verstellbaren
Hochfrequenzkondensators. An ihm kann die Einstellung sowie die Ablesung des Kapazitäts",v-,rtes
erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, die veränderbaren Schaltelemente durch einen
oder mehrere Kondensatoren, die z. B. eine geringere Güte besitzen, zu bilden und
dabei die Steuerung so, auszugestalten, daß die veränderbare Kapazität des Hochfrequenzkondensators
stets gleich der Kapazität der veränderbaren Kondensatoren ist.
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Die veränderbaren Kondensatoren können in einer Kapazitätsmeßschaltung,
insbesondere einer Kapazitätsbrückenanordnung liegen, so daß eine unmittelbare Abbildung
der Kapazität erfolgt. Eine solche Brückenschaltung ergibt bei Abweichungen der
Steuerkapazität von der zu steuernden Kapazität des Hochfrequenzkondensators eine
Steuergröße, deren Richtung vom der Richtung .der Ab--,veichung abhängt. Diese Steuergröße
kann einem Regelverstärker zugeführt werden, dessen Ausgang auf die Verstellorgane
des Hochfrequernz.:kondensators arbeitet.
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Es ist aber auch möglich, die Steuerung rein gleichstrommäßig derart
vorzunehmen., daß einem bestimmten Steuerstrom ein bestimmter Kapazitätswert des
verstellbaren. Hochfrequenzkon:dens,ators entspricht. Bei der Steuerung gemäß der
Erfindung bildet der genau und unmittelbar ablesbar einzustellende Hochfrequenzmeßkondensator
zweckmäßig gleichzeitig einen Teil der Hochfrequernzschaltung und einer Niederfrequenizmeß.schaltung,
in der seine Größe mit der eines \Tormals verglichen wird. Diese Schaltung liefert
automatisch einen solchen Regelstrom, daß die Abweichung zwischen Normal und Meßkondensator
im eingeregelten Zustand ein vorgegebenes Maß, z. B. i °/o oder i %o, nicht überschreitet.
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Als Niederfrequenzmeßschaltung wird man meist eine Brückenschaltung
anwenden, als Vergleichsnormal einen z. B. nach Dekaden gestaffelten Kondens,ato@r.
Ebensogut sind andere Kombinationen möglich, z. B. als Vergleichsnormal ein fester
Kondensator. Zur Herstellung des Brückenminimums werden dann die beiden anderen:
Brückenarme aus
einem festen und einem geeichten veränderbaren Widerstand
aufgebaut. Auch eine feste oder veränderbare Induktivität kann als Normal verwendet
werden.
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An Stelle der Brücken sind auch andere Niederfrequen:zmeßschaltungen
möglich, z. B. Vergleich der Niederfrequenzspannung an dem Meßkondensator mit einer
gleich großen an einem veränderbaren Widerstand, der von dem gleichen Strom durchflossen
wird, mit Hilfe einer Gleichrichterschaltun.g.
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Die Niederfrequenzschaltung, z. B. eine Brücke, liefert je nach der
Abweichung .des Meßkondensators vom Normal im Brückenzweig eine pos-iti:ve oder
negative Spannung ('bei Wechselspannungen bedeutet negatives Vorzeichen Phasenumkehr).
Diese Spannung wird in einem Regelverstärker verstärkt und zur Einstellung des Meßkondensators
benutzt. Wenn, man die Verstärkung -s-o, hoch wählt, daß schon die bei i ()/oo auftretende
Brückenrestspannung genügt, um den Meßkondensator je nach ihrem Vorzeichen auf größten
oder kleinsten Wert zu verstellen, so wird der Meßkondensator automatisch auf weniger
als i °/oo genau mit dem Normal in Übereinstimmung gebracht.
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Damit die Regelschaltung stabil ist und Regelsch'vingungen vermieden
werden, kommt es unter anderem darauf an, daß die Stellvorrichtung .des Kondensators
vollständig spielfrei arbeitet.
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An Hand der Zeichnung, die Au.sführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht,
soll die Erfindung näher erläutert werden. In Fig. i ist ein schematischer Aufbau
eines elektrisch gesteuerten Hochfrequenzkondensators veränderbarer Kapazität dargestellt,
während Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Scheinwiderst.andbrückenschaltung
mit zwei elektrisch gesteuerten Kondensatoren darstellt.
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In Fig. i wird die veränderbare Kapazität durch die beiden Platten
i und 2 gebildet, die einander genähert oder voneinander entfernt 'werden können.
Bei a und b sind die Zuführungsfedern. angedeutet. Durch ein Hebelsystem
wird .eine parallele Führung der Platten i und 2 bewirkt. An der Platte i greift
ein Hebel 3 am Punkt ¢ und ein Hebel 5 am Punkt 6 an. Der Hebel 4 ist um den Drehpunkt
7, der Hebel 5 um den Drehpunkt 8 gelagert. Die beiden Hebel 3 und 5 sind an ihren
Enden an den Punkteng und io- miteinander gekuppelt. In ähnlicher Weise wird auch
die Elektrode i durch die Hebel i i und 12 parallel geführt, die an den. Punkten
13 und 14 mit der Elektrode 2 in Verbindung stehen. Der Hebel i i ist um den Drehpunkt
15, der Hebel 12 um den Drehpunkt 16 drehbar. Die freien Enden der Hebel ii und
i2 sind an den Stellen 17 und 18 miteinander gekuppelt. Die Tauchspulen TSi und
TS2 sind an den Hebeln 5 bz'w. 12 starr befestigt. k ist der Eisenkern, S die Erregerwicklung
für das Magnetfeld der Tauchspulen. Ein toter Gang des Hebelsystems wird dadurch
vermieden, daß sämtliche Gelenke, die stets nur kleine Winkelumdrehungen ausführen,
praktisch entweder als einfache Federn oder als Federscharniere ausgeführt sind.
Diese Federn erbeben gleichzeitig die notwendige Rückstellkraft. Ein bestimmter
Steuerstrom erzeugt in den Tauchspulen eine Stellkraft, die zur Ablenkung der Hebel
und Verstellung der Platten x ,und 2 führt, bis durch die Gegenkraft der durchgebogenen
Federgelenke ein Gleichgewicht auftritt. Jedem Steuerstrom ist also nach Erreichung
des Gleichgewichtszustandes ein bestimmter Kapazitätswert zugeordnet.
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Fig. 2 zeigt eine Hochfrequenzscheinwiderstandsbrücke, in der Meßk
ondensato,ren gemäß der Erfindung verwendet sind. In der Hochfrequenzbrückenschaltung
sind zwei derartige Kondensatoren vorgesehen, von denen immer nur einer gesteuert
wird, der je nachdem, ob das Meßobjekt induktiv oder kapazitiv ist, auf der Meßobjektseite
oder auf der Normalseite liegt. Der andere Kondensator ist dann zweckmäßig z. B.
durch einen konstanten Steuerstrom auf seinen kleinsten. Wert eingestellt. Die Speisespannung
des Senders i9, die z. B. eine Hochfrequenzspannung im Kurzwellen- oder Ultrakurzwellengebiet
ist, wird der Scheinwiderstandsbrücke über den Übertrager 20 zugeführt. An die Klemmen
2:i und 22 wird das Meßobjekt angelegt. Der Empfänger 23 liegt an. der Anzeigewicklung
des Differentialübertragers 24. Die beiden verstellbaren Hochfrequenzkond-ens,atoren
25 und 26 sind gleichartig aufgebaut und werden durch die Tauchspulen 27 bzw. 28.
gesteuert.
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Auf der Seite, auf der das Meßo bjekt liegt, ist ein fester Ohmscher
Widerstand 29 entsprechend dem Höchstwert des gesteuerten Widerstandes vorgesehen,
während auf der anderen Seite ein thermisch gesteuerter Widerstand 30 eingeschaltet
ist, dessen Widerstandswert durch einen ihn durchfließenden. Gleichstrom oder Wechselstrom
niedriger Frequenz mittelbar oder unmittelbar geregelt wird. Zur hochfrequenzmäßigen.Trennung
des Heizkreises für diesen: Heißleiter sind zwei Drosseln 31 und 32 vorgesehen.
Zur Verblockung bzw. aus Symmetriegründen sind die beiden Kondensatoren 33 und 34
vorgesehen,. Die Steuerung der beiden veränderbaren Hochfrequenzkondensatoren 25
und26 erfolgt von den Normalkondensatoren 35, 36 und 37 aus, die beispielsweise
dekadisch gestaffelt sind. Zum Vergleich der Übereinstimmung :der Kapazität des
Kondensators 215 bzw. 26 mit der durch die Kondensatoren 35, 36 und 37 gebildeten
Kapazität .dient eine Kapazitätsmeßbrücke. Diese Brücke wird mit einer niedrigeren
Frequenz, z. B. einer Tonfrequenz von iooo Hz, betrieben. Zur Trennung vom Hochfrequenz-kreis
sind Drosseln 38 und 39 vorgesehen, wobei Verblockungsli#onidens.ato,ren
4o ,und 55, die z. B. die Größe von 5ooo pF besitzen, für die Hochfrequenzströme
in Reihe und für .die Tonfrequenzströme parallel zu den Meßkondensatoren liegen.
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Wie oben erwähnt, wird stets nur einer von beiden Meßkondensatoren
gesteuert, je nachdem, ob das Meßobjekt induktiv oder kapaziti:v ist. Dementsprechend
ist eine Umschaltvorrichtung, die aus den Schaltern 41 und 42 besteht, zu betätigen.
Je nachdem, welche Stellung dieser Schalter hat, sind die verstellbaren. Hochfrequenzkondensatoren
an
verschiedene Brückenzweige der Kapazitätsbrücke angeschlossen,
mit der die Differenz der Kapazitäten der Hochfrequenzkonidensatoren abgeglichen
wird. Für die Hochfrequenz!brücke ist nämlich auch nur die Differenz der Kapazitäten
beider Meßkondensatoren wichtig. Zwei weitere Schaltkontakte 43 und 44. sind vorgesehen,
um die jeweiligen Steuerorgane der verstellbaren Hochfrequenzkondensatoren umzuschalten.
In dem dargestellten Fall ist bei der Stellung der Schaltkontakte 41 und 42 die
Schalterstellung der Schalter 43 und 44 derart, daß die über den Schalter 43 fließende
Steuerspannung dem Steuerorgan 27 zugeführt wird. Der Schalter 44 bewirkt
ein Anlegen einer konstanten Gleichspannung aus der Batterie 45 an die. Steuerorgane
z8 des Kondensators 26, .der dadurch auf einen festen Wert, z. B. seinen Mindestkapazität.swert,
eingestellt wird.
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Die Kapazitätsbrücke erhält von der Tonfrequenzspannungsquelle 46
über den Übertrager 47 Wechselspannung. Die Brüekenoweige der Kapazitätsbrücke werden
durch die Hochfrequenzkondensatoren, die umschaltbaren Meßkondensatoren 3.5 und
36 und den veränderbaren. Kondensator 37 sowie den Differentialübertrager 48 gebildet.
Die Brückenrestspannung wird einem Regelverstärker 51 :zugeführt, an dessen Ausgang
über den Übertrager 52 die Ausgangsspannung einem Ringmodulator 53 zugeleitet wird.
Der Ringznodulator erhält über den Übertrager 54 andererseits die Tonfrequenz des
Generators 46. Hierdurch erhält man je nach der Phase der Brückenrestspannung einen
positiven oder negativen Steuergleichstrom für die Tauchspulen der Meßkonden.satoren.
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Die Kondensatoren 35, 36 und 37 sind zweckmäßig in Dekaden gestaffelte
Vergleichskondensatoren, deren Werte, bei Tonfrequenz .durch keine zusätzlichen
Faktoren beeinträchtigt werden. Ihr Aufbau .ist somit wesentlich einfacher als der
von Hochfrequenzkondensatoren. Ebenso ist es auch möglich, Kondensatoren geringerer
Güte zu verwenden.