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Generatorschaltung.
DieoErfindung bezieht sich auf einen Generator elektrischer Schwingungen und besonders auf Massnahmen zu einer Verbesserung der Riickkopplungswirkung in Oszillatoren mit Elektronenröhren, vorzugsweise für Hochfrequenzschwingungen.
Die gebräuchlichen Generatorschaltungen mit Rückkopplung bestehen aus einer Entladungsröhre, deren Ausgangskreis mit einem abgestimmten frequenzbestimmenden Eingangskreis gekoppelt ist, so dass Schwingungsenergie vom Ausgangskreis zum Eingangskreis zurückgeführt wird. Bei den
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kreis innerhalb eines gewissen Frequenzbereiches abstimmbar ist ; diese Abstimmung wird gewöhnlich durch die Veränderung der Kapazität eines Kondensators durchgeführt, der im Frequenzbestimmungskreis liegt.
Eine besondere Anwendungsmöglichkeit für die Erfindung ergibt sich bei d ('1l örtlichen Oszillatoren von Superheterodyneempfängern, deren Schwingungsfrequenz gleichzeitig mit der Resonanzfrequenz der Abstimmkreise des Empfängers mittels variabler Kondensatoren verändert wird, die zur Erzielung einer Einknopfbedienung mechanisch gekuppelt sind.
In modernen Empfängern dieser Art ist es häufig erforderlich, dass der Oszillator in stabiler Arbeitsweise über einen Frequenzbereich abstimmbar ist, der sich von einer unteren Grenze von 550 kHz oder weniger bis zu einer oberen Grenze von G0 Megahertz oder mehr erstreckt. Gewöhnlich wird dies dadurch erreicht, dass man diesen weiten Frequenzbereich unterteilt und umschaltbare Induktivitäten in den Resonanzkreisen verwendet.
Um die Verwendung solcher Einrichtungen zu erleichtern und zu verbilligen, ist es erwünscht, mit einer möglichst geringen Zahl von Schaltstufen auszukommen und insbesondere für den Kurzwellenoder Ultrakurzwellenbereich in jeder Stufe nur eine Induktivität zu verwenden. Dieser Bereich kann Frequenzen umfassen, die sich von einer unteren Grenze von 18 Megahertz bis zu einer oberen Grenze von 60 Megahertz oder mehr erstrecken.
Bei dem Bau eines Oszillators für ein so breites Ultrahochfrequenzband ergeben sich verschiedene Probleme. Die hohen Arbeitsfrequenzen bedingen beispielsweise die Verwendung einer ausserordentlich kleinen Induktivität im Frequenzbestimmungskreis des Oszillators. Ferner erfordert der ausgedehnte Frequenzbereich die Verwendung eines Abstimmkondensators von verhältnismässig grosser Kapazität und grossem Variationsbereich. Diese beiden Faktoren bewirken zusammen ein niedriges L/C-Verhältnis bei gewissen Frequenzen innerhalb des Bandes. Dieses niedrige L/C-Verhältnis ersehwert die richtige Anpassung der Kreisimpedanz an die Oszillatorröhre, wenn irgendeine der gebräuchlichen Rückkopp- lungsschaltungen verwendet wird.
Eine weitere Schwierigkeit liegt darin, eine genügend feste Kopplung zwischen dem Rückkopplungskreis und dem Frequenzbestimmungskreis zu erzielen, so dass eine ausausreichende Energierüekführung sichergestellt ist und der Oszillator bei allen Frequenzen innerhalb des Bereiches stabil arbeitet. Diese Schwierigkeit ergibt sich auf Grund der Tatsache, dass die Leitungen zwischen der Spule, dem Umschalter und dem Abstimmkondensator Eigeninduktivitäten haben, welche im Vergleich zu der Gesamtinduktivität schon wesentlich sind ; auf diese Weise wird der maximal erreichbare Kopplungskoeffizient auf einen viel kleineren Wert begrenzt, als er sonst in niederen Frequenzbereichen erreicht werden kann.
Man hat auch festgestellt, dass bei der Verwendung gebräuchlicher Rückkopplungsschaltungen für den erwähnten Zweck und bei der Verwendung einer Rückkopplungsinduktivität von hinreichender Grösse, um die richtige Belastung und eine genügende Kopplung sicherzustellen, dieser Rückkopplung-
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kreis bereits eine Resonanzfrequenz von der Grössenordnung der Arbeitsfrequenz des Oszillators besitzt und infolgedessen die Ausdehnung des Frequenzbereiches wesentlich reduziert.
Es ist der Zweck der Erfindung, diese Schwierigkeiten zu überwinden und eine Rückkopplungs- anordnung zu schaffen, welche bei allen Frequenzen innerhalb eines weiten Bereichs hoher Frequenzen im wesentlichen gleich wirksam ist, so dass eine stabile Arbeitsweise des Generators innerhalb seines Arbeitsbereiches gewährleistet ist.
Dies wird bei der Erfindung dadurch erzielt, dass mehrere Ruekkopplungswege vorgesehen sind, welche Rückkopplungen zwischen verschiedenen Elektroden der Röhre und dem Frequenzbestimmungskreis erzeugen, von denen jede einzelne im wesentlichen innerhalb eines Teiles des Arbeitsfrequenzbereichs wirksam ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung geht einer der Ruekkopplungswege von der Ausgangselektrode oder Anode der Röhre aus und ist hauptsächlich kapazitiv mit dem abstimmbaren Frequenzbestimmungskreis gekoppelt. Ein zweiter Weg geht von einer der Hilfselektroden, z. B. dem Fanggitter aus und ist induktiv mit der im Frequenzbestimmungskreis liegenden Induktivität gekoppelt.
Bei einer andern Ausführungsform der Erfindung sind beide Riiekkopplungswege induktiv mit dem Frequenzbestimmungskreis gekoppelt ; ein Weg geht von der Anode und der andere Weg direkt vom Fanggitter aus, welches über einen Kondensator mit dem Schirmgitter verbunden ist.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Schaltung enthält eine Entladungsröhre 1 mit einer Kathode 2, die vorzugsweise als Äquipotentialkathode ausgebildet ist, einer Anode 3, einem Steuergitter 4, einem Schirmgitter 5 und einem Fanggitter 6, die alle innerhalb eines Vakuumgefässes 7 angeordnet sind, das von einer geerdeten metallischen Abschirmung 8 umgeben wird.
Zwischen dem Steuergitter 4 und Erde ist über einen Kopplungskondensator 9 und eine Zusatzspule 10 ein abstimmbarer Frequenzbestimmungskreis 11 eingeschaltet, der die Induktivität 1 : 2 und parallel dazu den Abstimmkondensator 1. 3 enthält. Die Zusatzspule 10 ist mit der Induktivität 1 : 2 gekoppelt und bewirkt eine Erhöhung der Impedanz zwischen den Eingangselektroden ; da die Impedanz des Eingangskreises durch die doppelte Rückkopplung auch zu einem gewissen Teil im Ausgangskreis der Röhre auftritt, ergibt sich damit eine Verbesserung der Anpassung des äusseren Widerstandes der Oszillatorröhre an den inneren Widerstand.
Die Kathode 2 ist über die Leitung 14 mit einer Anzapfung 15 an der Spule 13 etwas oberhalb des Erdpunktes verbunden. Um dem Steuergitter 4 eine negative Vorspannung gegenüber der Kathode 2 zu erteilen, ist ein Widerstand 16 zwischen diesem Steuergitter und Erde eingeschaltet.
Der Anodenkreis des Oszillators enthält die Anodenspannungsquelle 1'7, welche mit der Anode : ; und dem Schirmgitter 5 über die Widerstände 18 und 19 verbunden ist. Die Reihenschaltung der Batterie 17 und des Widerstandes 19 ist durch einen Kondensator 20 überbrückt.
Bei der Erfindung wird eine stabile Arbeitsweise innerhalb eines ausgedehnten Hochfrequenz- bereiches durch Anwendung zweier Riiekkopplungswege für die Energierüekführung zum Frequenzbestimmungskreis 11 erzielt, die in der dargestellten Weise geschaltet sind. Einer dieser Wege liegt zwischen der Anode 3 und dem gegenüber Erde Spannung führenden Ende des Kreises 11 und enthält einen Blockkondensator, M, der in Serie mit einer Induktivität 22 geschaltet ist. Die Induktivität ist so bemessen, dass ihre Eigenresonanzfrequenz tiefer ist, als die untere Grenzfrequenz des Abstimmungsbereiehes, so dass dieser Rüekkopplungsweg hauptsächlich in dem unteren Teil des Frequenzbereiches wirksam ist.
Der zweite Rückkopplungsweg enthält eine Spule.' ?. ?, deren eines Ende mit der geerdeten Seite des Frequenzbestimmungskreises 11 und deren anderes Ende mit dem Fanggitter 6 verbunden ist ; die Spule 25 ist mit der Spule 12 des Frequenzbestimmungskreises fest gekoppelt. Die Streuinduktivität dieses Rückkopplungsweges ist zusammen mit der Streukapazität und der Röhrenkapazität bei einer Frequenz oberhalb der oberen Grenze des Bandes in Resonanz, so dass sie hauptsächlich im oberen Teil des Arbeitsfrequenzbereiches Energie zum Frequenzbestimmungs- kreis überträgt. Die Teile des Frequenzbandes, innerhalb deren die beiden Wege wirken, können natürlich auch umgekehrt liegen.
Bei den betrachteten Ultrahochfrequenzen müssen gegebenenfalls auch irgendwelche Streurückkopplungen, wie sie z. B. durch Elektrodenkapazitäten und Schaltungskapazitäten entstehen, bei der Bemessung der Hauptrückkopplungskreise berücksichtigt werden.
Wenn mittels des Kondensators 1 der Kreis H auf eine Resonanzfrequenz im unteren Teil des Frequenzbereiches nahe der unteren Grenze abgestimmt ist, so wirkt hauptsächlich der Weg von der Anode 3 zum oberen Ende des Kreises 11 als Rückkopplung ; dabei ist der zweite Rüekkopplungsweg mit der Induktivität 2J von geringer Wirkung. Wenn jedoch der Kreis auf Frequenzen im oberen Teil des Bereiches abgestimmt wird, wirkt der zweite Ruckkopplungsweg mit der Induktivität.' ? 5 mit zunehmender Frequenz immer stärker, bis an der oberen Grenze des Frequenzbereiches die Energie- ruekfuhrung zum Kreise. H im wesentlichen vollständig über diesen zweiten Weg erfolgt.
Dabei soll die über beide Rückkopplungswege gelieferte Energie so abgeglichen sein, dass die Oszillatorspannung innerhalb des Frequenzbereiches im wesentlichen konstant bleibt. Die auf den Kreis 11 durch beide Wege aufgedrückten Rückkopplungsspannungen sollen dabei in solcher Phasenlage übertragen werden, dass sie einander unterstützen.
Durch die Verbindung der beiden Riickkopplungswege mit verschiedenen Röhrenelektroden
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sind. Ausserdem sind die Serientrimmerkondensatoren 65 ? und 66 in den Kreisen der Induktivitäten J. 9 und 60 sowie die Trimmerkondensatoren 67, 68 und 69 parallel zu den Induktivitäten 1' Z, 59 und 60 vorgesehen, um eine konstante Differenz zwischen der Resonanzfrequenz des Empfangskreises und der örtlichen Oszillatorfrequenz aufrechtzuerhalten.
Mit Rücksicht auf die Herstellungskosten ist es erwünscht, mit möglichst wenig wahlweise einschaltbaren Wellenbereichen einen möglichst grossen Empfangsfrequenzbereieh zu bedecken ; dazu ist es notwendig, dass die einzelnen Bänder verhältnismässig breit sind. Durch Verwendung der beschriebenen Rüekkopplungsschaltung kann eine Ausdehnung des Ultrahoehfrequenzbandes von z. B. von 18 bis 60 Megahertz bei stabiler Arbeitsweise des Oszillators erzielt werden.
Die verbesserte Wirkungsweise der Generatorschaltung nach der Erfindung ist an Hand der Kurven nach Fig. 4 zu erkennen, in denen die Oszillatorausgangsspannung in Volt über der Frequenz in Megahertz für verschiedene Oszillatorsehaltungen aufgetragen ist. Die Kurve 7 : 2 stellt die Arbeitseharakteristik eines Oszillators mit zwei Rückkopplungswegen dar, entsprechend den Schaltungen nach Fig. 2 und 3. Man erkennt, dass die Oszillatorausgangsspannung hoch und über den gesamten Arbeitsfrequenzbereich von 20 Megahertz bis 65 Megahertz im wesentlichen konstant bleibt.
Die Kurve 73 zeigt die entsprechende Charakteristik, wenn beide Rückkopplungswege lose induktiv mit der Spule des Frequenzbestimmungskreises gekoppelt und beide mit der Anode der Oszillatorröhre verbunden sind. Die Kurve, die man erhält, wenn nur der Rückkopplungsweg für die tieferen Frequenzen allein verwendet wird, ist in 73'gezeigt und die entsprechende Kurve für den andern Weg allein ist in 73"gezeigt. Man erkennt, dass in den drei letztgenannten Schaltungen der Oszillator jeweils in einem wesentlichen Teil des Frequenzbandes aussetzt.
Die Kurve 74 stellt das Ergebnis dar, welches bei einer Verbindung beider Rüekkopplungswege mit der Anode und induktiver Kopplung mit dem Frequenzbestimmungskreis erzielt wird, wenn der Rückkopplungsweg für die tieferen Frequenzen fest und der Weg für die höheren Frequenzen lose mit der Induktivität des Frequenzbestimmungskreises gekoppelt ist. Dabei ist eine tiefere Abstimmung des Frequenzbestimmungskreises als auf ungefähr 25 Megahertz nicht möglich. Die Kurve 70 gilt für eine Rüekkopplungsschaltung ähnlich der, mit welcher die Kurve 7-1 erhalten wurde, wobei jedoch die Kopplungsverhältnisse umgekehrt waren, nämlich fest für höhere und lose für tiefere Frequenzen.
Dabei ist eine Abstimmung auf höhere Frequenzen als ungefähr 40 Megahertz nicht möglich.. Die Kurve 71 gilt für eine ähnliche Schaltung, wobei der Weg für die höheren Frequenzen mässig fest und der Weg für die tieferen Frequenzen fest mit der Induktivität des Frequenzbestimmungskreises gekoppelt wurde. Dabei kann nicht auf tiefere Frequenzen als etwa 25 Megahertz abgestimmt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Generatorschaltung für Ultrahochfrequenzschwingungen mit einer rückgekoppelten Entladungsröhre und einem mit einer Steuerelektrode verbundenen frequenzbestimmenden Schwingungs- kreis, welcher über einen weiten Frequenzbereich abstimmbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwei von verschiedenen Röhrenelektroden ausgehende Rückkopplungszweige zur Rückübertragung der erzeugten Schwingungen von der durch den genannten Schwingungskreis bestimmten Frequenz vorgesehen sind, von welchen der eine für die bevorzugte Rückübertragung von Schwingungen im oberen Teil des genannten Frequenzbereiches und der andere für die bevorzugte Rückübertragung von Schwingungen im unteren Teil des Frequenzbereiches dimensioniert ist,
so dass der Unterschied zwischen der grössten und der kleinsten Schwingungsamplitude innerhalb des Bereiches verkleinert wird.