DE907190C - Kopplungsschaltung zur Verbindung eines im wesentlichen durch einen piezoelektrischen Kristall gebildeten elektrischen Schwingungskreises mit einem frequenzmodulierbarenOszillator - Google Patents

Description

• Kopplungsschaltung zur Verbindung eines im wesentlichen durch einen piezoelektrischen Kristall gebildeten elektrischen Schwingungskreises mit einem frequenzmodulierbaren Oszillator Es ist allgemein bekannt, daß sich unter Benutzung der piezoelektrischen Eigenschaften bestimmter Körper, insbesondere des kristallisierten Quarzes, Schaltungen aufbauen lassen, in welchen diese Körper wie elektrische Schwingungskreise von hoher Konstanz und großer elektrischer Güte wirken. Bei Oszillatorscha.ltungen mit derartigen Körpern als frequenzbestimmende Organe erzielt man daher einen hohen Grad der Unempfindlichkeit der Frequenz gegenüber Änderungen der Betriebsspannungen, der Röhreneigenschaften, der Temperatur u. dgl. DerartigL Schaltungen schwingen mit hoher Geschwindigkeit in der durch den piezoelektrisc'hen Körper festgelegten Frequenz, solange die Rückkopplungsspannung die zum Schwingen erforderliche Amplituden- und Phasenbedingung erfüllt. Man hat daher solche Schaltungen in Steuerstufen von Sendern verwendet, zunächst besonders in solchen mit Amplitudenmodudation der Trägerschwingung. Die Modulation wurde dabei in einer auf die Oszillatorstufe unmittelbar oder über Zwischenstufen folgenden Verstärkerstufe vorgenommen, so daß die Aufgaben der Erzeugung einer Schwingung von möglichst unveränderlicher Frequenz und der Modulation funktionell voneinander getrennt waren.
• Bei Senderanordnungen mit Frequenzmoduiation konnte man diese günstigen Eigenschaften der Kristallschwinger ebenfalls zur Stabilisation der mittleren Frequenz ausnutzen, jedoch waren die dazu erforderlichen Schaltungen zuerst recht kompliziert: Bei einer derartigen bekannten Anordnung wurde eine kristallstabilisierte Hochfrequenzschuringung mit einer zweiten Hochfrequenzschwingung zur Überlagerung gebracht, welche ohne Kristallstabilisation erzeugt und in der gewünschten Weise frequenzmoduliert wurde. Die Differenz- oder Summenschwingung konnte dann verstärkt und ausgesendet werden. Durch geeignete Wahl der Frequenzen der stabilisierten und der modulierten Schwingung konnte man eine bessere Konstanz der mittleren Trägerfrequenz erzielen, als es ohne die Anwendung eines KristalloszUlators möglich gewesen wäre. Bei einer anderen Anordnung wurde der Vorgang der Frequenzmodufation in der (nicht kristallstabilisierten) Oszillator- «, stufe bewirkt und die mittlere Frequenz mittels einer Regelschalitung durch Vergleich mit der Eigenfrequenz einer Kristall,diskriminatoranoridnung innerhalb der geforderten Grenzen gehalten.
• Eine wesentliche Vereinfachung ergab sich durch eine Schaltung (britische Patentschrift 618 967), in welcher die Frequenzmodulation eines kristallstabilisierten Röhrengenerators ohne dien -Umweg über Mischanordnungen oder die Zuhilfenahme von Regelschaltungen dadurch ermöglicht wurde, daß der Kristallkreis mit dem Oszillator-Mod'ulator-Teil der Schaltung über ein Kopplungsglied v 2rbunden war, dessen elektrische Länge gleich einem Viertel der mittleren Betriebswellenlänge war. Dieses Kopplungsglied bewirkte von der einen Klemmenseite zur anderen. eine Transformation des angeschlossenen Wechselstrornividerstandes in seine elektrische Inversion. Die Serienresonanz@stelfle des Kristallkreises erschien daher an :der mit dem Oszillator verbundenen Seite mit den Eigenschaften einer Parallelresonanz, deren Frequenz durch die Änderung eines an dieser Seite :eingeschalteten Blindwiderstandselementes in weit höherem Maße v,-rändert werden konnte, als: dies bei unmittelbarer Verbindung eines solchen Elementes mit dem durch den Kristall dargestellten Serienkreis möglich war.
• Wenn auch durch diese bekannte Schaltung grundsätzlich eine wesentliche Vereinfachung im Vergleich mit den erwähnten älteren Frequenzmodulationsanordnungen erzielt wurde, so ergaben sich bei der praktischen Verwendung doch noch Schwierigkeiten, die hauptsächlich durch die Eigenschaften des zwischen dem Kristallkreis und dem Oszillator-Modulator eingeschalteten trans,fbrrnierenden Kopplungsgliedes bedingt waren. In der bekannten Anordnung wurde dieses durch ein -r-Glied aus einer Reiheninduktivität und zwei Querkapazitäten gebildet. Die besonderen Eigenschaften eines durch einen piezoelektrischen Körper dargestellten elektrischen Schwingungskreises erforderten in der bekannten Schaltung für das koppelnde a-Glied die Verwendung einer großen Reihenin.duktivität und entsprechend kleiner Querkondensatoren, wenn bei gegebener Änderung eines parallel zum oszil.latorseitigen Ende des Kopplungsnetzes geschalteten , Blindwiderstandes ein großer Frequenzhub erreicht werden sollte. Aus diesem Grunde trat auch der Verlustwiderstand der Reiheninduktivität durch Erzeugung von Modulationsverzerrungen störend in Erscheinung. Diese Verzerrungen waren so bedeutend, daß in einem ergänzenden Vorschlag zum Zwecke :der Verlustkompensation an dieser Stelle die Verwendung einer entdämpfenden zusätzlichen Röhrenstufe angegeben wurde. Das in der bekannten Schaltung verwendete Kopplungsglied mit einer großen Längsinduktiv ität und kleinen Querkondensatoren erwies sich ferner als wenig geeignet zur Lösung der Aufgabe, die Größe des durch eine bestimmte Blindwiderstandsänderung sich ergebenden Frequenzhubes einstellbar zu machen.
• Mit Hilfe: !der Erfindung werden .die erwähnten Schwierigkeiten durch Verbesserungen der Kopplungsschaltung zur Verbindung des im wesentlichen durch einen piezoelektriscben Kristall gebildeten Schwingungskreises mit dem frequenz:modulierten Oszillator überwunden. Ausgehend von einer Kopplungsschaltung, welche, wie in der zuletzt erwähnten Anordnung; derartig aufgebaut ist, daß sie eine Inversion des Quarztv iderstandes bewirkt, so daß .durch eine als steuerbarer Blindwiderstand geschaltete Modulatorröhre eine Frequenizmodulation von wenigstens doppeltem Frequenzhub der durch unbeabsichtigte Blindwiderstandsänderungen, beispielsweise durch Erwärmung, Röhrenwechsel od. dgl., hervorgerufenen Frequenzänderunge erreicht wird, ist erfindungsgemäß bei einer AusfÜhrungsform der Kopplungsschaltung dem Kristall eine Induktivität und gegebenenfalls eine Kapazität parallel geschaltet und ein vorzugsweise einstellbarer Kondensator als Reihenglied zwischen dem Kristallkreis und dem Anodenschwingungskreis der Oszillatorröhre eingeschaltet, während: bei einer anderen Ausführungsform dem Kristall eine Induktivität und gegebenenfalls eine Kapazität parallel geschaltet und diese Induktivität mit der Induktivität des Anodenschwingunghknises der Oszildatorröhre veränderbar induktiv gekoppelt ist.
• In den Abb. i und :2 ist je ein Schaltungsbeispiel der beiden erwähnten Ausführungsformen dargestellt.
• Abib. @i zeigt eine Dreipun'ktschaltung, deren schwingendes Röhrensystem durch den rechten Teil der Doppelröhre 9 gebildet wird; der linke Teil dieser Röhre dient zur Modulation und ist durch Anschluß des Steuergitters an den Zwischenpunkt eines aus den Teilen 3, q. und 5 bestehenden phasenverschiebenden Spannungsteilers als regelbarer Blindwiderstand geschaltet. D:r Schwingungskreis mit der Spule i6 und dein Kondensator i z liegt zwischen Anode und Steuergitter der Os,zillatorröhre. Am Mittelabgriff der Spule io wird die Anodens:pan.nung zugeführt. Durch einen an die Anoden angekoppelten Parallelkreis hoher Konstanz wird die Schwingungsfrequenz stabilisiert. Dieser Kreis enthält den ,auf 5 MHz abgestimmten Quarz 6. Die Paralle-lresonanz der Quarzinduktivität L, mit der Parallelkapazität Cp wird durch die Parallelindttktivität Lp und,das parallel zum Quarzkreis erscheinende Ck in zwei Resonanzstellen aufgespalten, die aber nun in größerem Abstand von der Serienresonanzstelle liegen, nämlich bei der Verstimmung wobei Co die Serienkapazität des Quarzes ist. Up besteht hierbei aus der natürlichen Parallelkapazität des Kristalles und einem zugeschalteten Trimmerkondensator. Wenn R, der Scheinwiderstand des Quarzes in seiner Parallelresonanz ist, so bildet der Ouarzkreis zwischen Anode und! Kathode den

  Leitwert G - j a Ck + (t)2 Ck Deo.

  Parallel ,dem Rückkopplungskreis liegt also ein Scheinwiderstand, der die Inversion des Quarzwiderstandes darstellt. In derUmgebung derQuarzserienresonanz ist also zwischen Anode und Kathode die Wirkung eines Parallelresonanzkreises von der Konstanz und Güte der Quarzserienresonanz wirksam, wodurch der Oszillator stabilisiert wird. Wenn R., La, Co die zur Quarzserienresonanz gehörenden Kreiselemente sind, so 'hat dieser stabilisierende Parallelkreis die Daten Für den bei einer praktischen Erprobung verwenideten Quarz war Co = 1/5o pF. Wenn Cp' = 5ooo pF werden soll, so ist eine Transformation im Verhältnis i :2,5 # io5 notwendig. Dies wird mit einem Wert Ck = io pF erreicht. Wie aus Abb. i zu erkennen ist, wird die Kopplungsschaltung zwischen. .dem Oszil@lator-Modulator-Teil und dem Kristallkreis durch die Teile io, i i bzw. LP, Cp als Querglieder und Ck als Längsglied gebildet. Nennenswerte Verluste im Längsglied, welche bei der bekannten Schaltung Modulationsverzerrungen verursachen können, treten bei dieser mach der Erfindung ausgebildeten Schaltung nicht auf, da das Längsglied nur aus einem ohne Schwierigkeiten weitgehend verlustarm ausführbaren Kondensator Ck besteht, der noch dazu von geringer Größe sein kann. Die in den Spulen der Querglieder auftretenden Verluste lassen sich in einem Wirkwiderstand parallel zur Spul: io zusammenfassen und können durch einen festen, vom Röhrengenerator zu liefernden Wirkleistungsanteil gedeckt werden, so daß der Aufwand einer zusätzlichen entdämpfenden Röhrenstufe überflüssig wird.
• Außer der Parallelresonanz, die mit der Quarzfrequenz identisch isst, gibt es noch zwei weitere Parallelresoilanzstellen, die durch das Zusammenwirken des Quarzes mit dein Rückkopplungskreis entstehen. Wenn LA und CA die Daten des zwischen Anode und Masse transformiert gedachten Rückkopplungskreises sind, so liegen diese zusätzlichen Parallelresonanzen bei der Verstimmung Grundsätzlich können alle drei Parallelresonanzen zur Schwingungsanfachung führen. Es muß also dafür gesorgt werden, daß die Anfachungsbed.inlgungen für die Hauptresonanz günstiger werden als für die Nebenresonanzen. Dies kann dadurch geschehen, daß dem Quarz ein Dämpfungswiderstand R, parallel geschaltet wird. Ist die damit; erzielte Dämpfung des Quarzes gleich dp, so wird der Resonanzwiderstand bei .der Hauptresonanz um den Faktor größer als bei den Nebenresonanzen bei ± v1.
• Durch Einstellen von CK kann. das Transfarmationsver'hältnis leicht geändert werden, so daß der durch die Aussteuerung des Blindrohres erzielte Frequenzhub ebenfalls eingestellt werden kann. CK wird daher zweckmäßigerweise als einstellbarer Trimmnerkondensator ausgebildet.
• Abb. 2 zeigt eine Abänderung der Schaltung nach Abb. i. Die An!kopplung des Kristallkreises wird darin durch eine zweckmäßigerweise einstellbare induktive Kopplung zwischen den Spülen io und LP bewirkt. Im übrigen entspricht die Schaltung vollständig derjenigen nach Abb. i. Ebenso wie .in Abb. ii das Transformationsverhältnis für die Qu,arzserienkapazität durch Verändern von CK passend gewählt werden konnte, ist dies in Abb. 2 durch Einstellung der induktiven Kopplung zwischen der Spule io und LP möglich. Das den Kristallkreis mit :dem Oszillator-Modulator-Teil verbindende Kopplungsnetz bildet zwei 7-Glieder mit einem gemeinsamen mittleren Querglied, dargestellt durch die Gegenin@duktivität der Spulen io und LP, sowie mit den Kapazitäten i i und Cp als äußere Querglieder und mit den Streuinduktivitäten der Spulen als jedem -v-Glied zugehörende Längsglieder. Die Gegenindu'ktivität kann durch Verstellen der Kopplung gleichzeitig mit den als Längsglieder erscheinenden Streuinduktivitäten gegensinnig geändert werden. Auch in diesem Falle kann der auf die Gegeninduktivität entfallende Verlustanteil durch entsprechende Lieferung eines Wirkstromanteiles vom Röhrengenerator 9 ausgeglichen werden. Diese Kopplungsschaltung ist besonders geeignet für Sender, deren Frequenzhub unter Beibehaltung einer hinreichenden Stabilisierung auf einfache Weise auf einen Wert in der Nähe des mit ,einer kleinen Blindwiderstanidsröhre maximal erreichbaren Wertes eingestellt werden soll, wobei die durch den Verlustwiderstand der verbleibenden Streuinduktivitäten bedingten geringen Verzerruizgen hingenommen werden können.
• In Abb. i und 2 können an die Ausgangsklemmen zwölf Anordnungen zur Frequenzvervielfachung angeschlossen werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Kopplungsschaltung zur Verbindung eines im wesentlichen durch einen pi-ezoeliektrischen Kristall gebildeten elektrischen Schwingungskreises mit einem frequenzmodudierbaren Oszillator, welche derartig aufgebaut ist, daß sie eine Inversion des Quarzwiderstandes bewirkt, so daß durch eine als steuerbarer Blindwiderstand geschaltete Modulatorröhre eine Frequenzmodu-Tation von wenigstens doppeltem Frequenzhub der durch unbeabsichtigte Blindwiderstandsänderungen, beispielsweise durch Erwärmung, Röhrenwechsel od. dgl., 'hervorgerufenen Frequenzänderungen erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kristall (6) eine Indüktivität (LP) und gegebenenfalls eine Kapazität (C,) parallel geschaltet und: ein vorzugsweise einstellbarer Kondensator (CK) als Reihenglied zwischen dem Kristallkreis und dem Anodenschwingungskreis (io, ri) der Oszillatorröhre (9) eingeschaltet ist (Abb. i). 2. Kopplungsschaltung zur Verbindung eines im wesentlichen durch einen piezoelektrischen Kristall gebildeten elektrischen Schwingungskreis:s mit einem frequenzmodulierbaren Oszillator, welche derartig aufgebaut ist, daß sie eine Inversion des Quarzwiderstandes bewirkt, so daß durch eine-als steuerbarer Blindwiderstand geschaltete Modulatorrdhre eine Frequenzmodulation von wenigstens doppeltem Fr'equenzhub der durch unbeabsichtigte Blindwiderstandsänderungen, beispielsweise durch Erwärmung, Röhrenwechsel od. dgl., hervorgerufenen Frequenzänderungen erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, d@aß dem Kristall (6) eine Induktivität (LP) und gegebenenfalls eine Kapazität (C.) parallel geschaltet und diese Induktivität (LP) mit der Induktivität (io) des Anodenschwingungskreises (io, i i) der Oszillatorröhre (c9) veränderbar induktiv gekoppelt ist (Abb. 2). 3. Schaltung nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch derartige Bemessung oder Einstellung des Reihenkondensators (CK) bzw. der induktiven Kopplung zwischen der Parallelinduktivität (LP) und der Anodenkreisspule (iö), daß die Kristallserienkapazität in eine am :''nod'enkreis erscheinende Parallelkapazität hinreichender Größe, beispielsweise 5000 pF, transformiert wird. q.. Schaltung nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch .gekennzeichnet, daß dem Kristall ein Dämpfungswiderstand (Rp) parallel geschaltet ist. Schaltung nach einem der Ansprüche i bis .4, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kristall parallel geschaltete Kapazität (Cp) als einstellbarer Kondensator ausgebildet ist. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 832 614, 828 262; britische Patentschrift Nr. 618 967; Archiv d. e1. Übertragung, 1948, Bd.
2. 2, S. 153 bis 158, 357.