Verfahren und Vorrichtung zur Veränderung der Übertragungseigenschaften eines elektrischen Übertragungskreises durch eine Steuerspannung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Veränd@erun.g der übertragungseigenechaften elektrischer Kreise in Abhängigkeit von einer Steuerspannung. Das Problem der Kopplungsbeeinflussung durch eine beson dere Regelspannung <RTI
ID="0001.0014"> tritt in der Schwach strom- und Hochfrequenztechnik häufig auf. Es handelt eich dabei ,gewöhnlich um die Veränderung des Ampliinudenverhältnissses zwischen der Ausgangsspannung und der Eingangsspannung eines Regelkreises bei ge gebener Eingangsspannung, wie dies zum Beispiel bei Anordnungen zum automatischen S,abwundausgleieh,
zur Erweiterung oder Be grenzung der Dynamik von Sprache und Musik und bei. ähnlichen Einrichtungen der Fall ist.
Das erfindungsgemäss gekennzeichnete Verfahren zur Änderung des Übertragungs- masses eines Übertragungskreises eignet sich aber auch für zahlreiohe, später beschrie- bene besondere Aufgaben, wo das Ampli- tudenverhältnis oder auch die ,gegenseitige Phasenlage von Wechselströmen oder ,
Span- nungen rasch oder langsam durch eine ent sprechend veränderliche Regelspannung be- einflusst werden soll.
Es ist bekannt, die Übertragun;gseigen- schaften mittels Elektronenröhren mit ge krümmter Charakteristik zu verändern, indem durch Veränderung .der mittleren Steuergittervorspannung und bei besonderen Mehrgitterröhren (z.
B. Hegoden) durch Ver änderung der Vorspannung eines Hilfss- gitters,die Übertragung geändert wird.
Eine spannungsabhängige Kopplungs änderung kann bekanntlich beispielsweise auch erreicht werden durch entsprechende Änderung der Vormagnetisierung '.eisen gesättigter .Spulenkerne (vergl. z. B. Brit. Pa tent Nr. 442 392, 436 482, 455<B>190).</B>
Gemäss vorliegender Erfindung werden nun in einem Übertragungskreis Kondensa toren mit mechanisch nicht verschiebbaren Belägen verwendet, welche Beläge in Ver- bindung mit einer geeigneten Zwischen- schieht die Kapazität dieser Kondensatoren von der angelegten Vorspannung abhängig machen, wobei die Anordnung dieser ver änderbaren Kapazitäten derart getroffen wird,
dass ihre durch eine bestimmte Vor spannungsvariation erzeugte Veränderung die Übertrag@zng beeinflusst.
Zur Ausführung .dieses Verfahrens ei nen sich Kondensatoren, die eine dünne Sperrschicht zwischen geeigneten Elektroden in der Weise enthalten, dass die Kapazität bei den in Frage kommenden Frequenzen von einer zwischen den Belägen angelegten Gleiehspannung abhängt, wobei der Verlust winkel 45' nicht überschreitet. Da diese dünne und schlecht leitende Sperrischieht, deren Stärke im allgemeinen 10-3 cm nicht überschreitet,
ein wesentliches Merkmal die ser Kondensatoren darstellt und da sich für den vorliegenden Zweck in vielen Fällen auch die normalen Sperrschichtgleiehrichter eig nen, werden diese Kondensatoren im folgen den als Sperrsehichtkondensatoren bezeichnet..
Es kann für den physikalischen 31e- cha.nismus dieser Sperrschi:chtkondensato:ren keine allgemein gültige physikalische Erklä rung gegeben werden. Eine vorspannungs- abhängige Kapazitätsbeeinflussung lässt sich jedoch bei zahlreichen Anordnungen mit, a,us- reichend dünnem und entsprechend ein- gelagertem Dielektrikum nachweisen.
So tritt diese Erscheinung beispielsweise in den meisten Fällen bei den verschiedenen bekann ten Trockengleichrichtern, wie 8elengleicli- richter, Kupferoxy dulgleiehrichter, in Sperr- richtung auf.
Auch bei den weniger gebi < äuc .h lichen Gleichrichterkombinationen (Uran dioxyd-, Zinlzoxy dgleicliricliter usw.) ist diese Kapazitätsbeeinflussung nachzuweisen. Es kann sich bei der Spe@rrsehicht um eine zweckmässig eingelagerte Isolierschicht han deln,
die aus einer angrenzenden Ilalbleiter- schicht oder auf irgendeine andere an sich bekannte Art gebildet wird, wie z. B. durch Auftrag genügend dünner Schichten orga nischer Lacke auf einer Leiter- bezw. Halb leiterelektrode.
Für das 7nistandekommen der vorspan- nunbmsabhängigen 1iapaz,itätsbeeinflussun,g ist stets auch die Beschaffenheit .der angrenzen den Elektroden und namentlich die Art der Berührung bezw. die Übergangszone bis zur eigentlichen Sperrschicht von wesentlicher Bedeutung.
Auch die bekannten Elektrolytgleichric h- ter und die trockenen oder nassen Elektrolyt- kondensatoren zeigen einen vorspaunungs- abhängi,gen Kapazitätsverlauf.
Eine beson ders ausgeprägte Vorspannun:gsahhängigkeit weisen beispielsweise Zellen auf, 'bei denen als Anodenmaterial Wolfram, Niob oder Tan- tal in einem geeigneten Elektrolyt verwendet wird. Die Sperrsehieht wird bei solchen Elektrolytzellen durch die Formierung zwi schen Elektrolyt und Metall gebildet.
Dabei ist häufig neben einer sehr raschen Kapa zitätsbeeinflussung noch eine relativ lang same Einwirkung der Vorspaunung zu be- obaehten, welehe als spannuna abhängige Formierung zu deuten ist.
Bei den ':Sperrschichtkondensatoren vom beschriebenen Typus darf die Vorspannung natürlich immer nur so weit variiert wer den, dass der Verlustwinkel die:
zulässige Grenze nicht überschreitet, dass ferner eine Verzerrung der übertragenen WecllseIspan- nungen durch Gleichriehtung in zulässigen Grenzen bleibt und dass der Durchgangs- gleielistrom den zulässigen Wert nicht über schreitet. insbesondere kleiner als<B>15'</B> bleibt.
Bei Zellen, die in der einen Richtung strom- dtirch@ässig sind (.z. ss. Trocken- oder Elek- tro15#tgleichriebter), muss deshalb im all gemeinen mit Vorspannungen gearbeitet werden, die in wirken.
Mit den beschriebenen Sperrschiebtkondensatoren kön nen bei Vorspannungsänderungen von 6-1\3 Volt Kapazitätsänderungen um 30-50/'o er zielt werden.
Die vorspa.nnungsa.bh < tn--ige Kapazitäts- beeinfliiscun.g von Sperrschichtkondensatoren kann auch zur Verinderung der Abstimmung elektrischer Sehivingkreise nutzbar gemacht werden. Dieses Verfahren zur Abstimmungs kontrolle wird im schweizerischem Patent Nr. 202 347 beschrieben. In diesem Pa tent ist der Aufbau und das Verhalten der vorspannungsabhängigen Kondensatoren etwas näher umschrieben.
Diese Umschrei bung kann in sinngemässer Weise aueh für die Sperrschichtkondensatoren übernommen werden, die zur Ausführung des vorliegenden erfindun,b gemässen Verfahrens geeignet sind.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfin dung werden im folgenden anhand der Fig. 1 bis 13 beschrieben.
Die vorspannungsabhä.nbg¯igen'Sperrschicht- kondensatoren sind in,den Figuren durch ein besonderes Symbol dargestellt, das stets mit K bezeichnet ist,
wobei durch unsymme- trisehe Zeichnung der tStärke beider Beläge auf das meist unsymmetrische elektrische Verhalten hingewiesen wird.
In Fig. 1 ist eine T-Schaltung, in Fig. 2 eine ff-iSchaltumg, in Fig. 3 eine Brüeken- schaItung dargestellt, bei ,denen :das Verhält nis -der Ausgangsspannungen E#! an den Klemmen 13, 14 bezw. 23, 24 bezw. 33, 34 gegenüber ,der Eingangsspannung E<B>:
,</B> an den Eingangsklemmen 1-1, 12 bezw. 21, 22 bezw. 3.1, 32 in bekannter Weise abhängig iet von den einzelnen Impedanzen Z und der Be lastung an den Ausgangsklemmen.
Bei den Impedanzen Z handelt es sich um Zweipole, die weder solche Resonanzkreise enthalten, noch in ihrer Zusammeneehaltun:g derartige abgestimmte Kreise ergeben, deren Abstim mung bei der Änderung der Übertragun:gs- eigenschaften wesentlich verändert wird.
Durch Variation dieser Impedanzen Z lässt sich nun bekanntläoh das Verhältnis der Aus gangsspannung EZ zur Eingangsopannung El verändern.
Es enthalten nun einzelne dieser Impe danzen Z einen oder mehrere Sperrschieht- kondensatoren, welche nötigenfalls noch mit andern Schaltelementen in,der Weise zusam- mengeschaltet sind, dass das Übertraguugs- mass der Netzuierke durch eine besondere Steuerspannung in ,gewissen Grenzen ver ändert werden kann.
Es liegt auf :der Hand, dass dabei in vielen Fällen einzelne Impedan zen überhaupt weggelassen werden können, wie dies z. B. bei dem Ausführungsbeispiel Fig.4gezeigt wird, und dass .aus den an geführten Grundschaltungen anderseits auch kompliziertere Netzwerke mit steuerbaren Übertragungseigenschaften abgeleitet werden können.
Immerhin lassen sich auch (Schal- tungen zur vorspannun,gsabhängigen. Beein- flussung,der Übertragungseigenschaften durch Sperrschichtkondensatoren angeben, welche nicht ohne weiteres auf die Grundschaltun gen Fig. 1, 2 und -3 zurückzuführen sind.
In einfachster Weise lässt sich das 'Span- nung:sverhältnis bei Potentiometerschaltungen steuern, wie dies zum Beispiel in Fig. 4 ge zeigt wird. Das .Spaunurogsvexhältnis im Leerlauf ist d abei
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wobei unter Z" die Impedanz des Sperr- sehichtkondeneators eingeführt ist,
durch deren vonspannungsabhängige Änderung -also das Spannungsübersetzungsverhältnis beein- flusst werden kann. Dieses Übersetzungsver- hältnis ist im allgemeinen komplex, das heisst es besteht ein Phasenunterrsehied zwischen Ausgangespannung E,
und Eingangsspan nung E,. Der Phasenunterschied kann prak- tiech vermieden werden, wenn Z aus einer Kapazität besteht, deren Verlustwinkel nötigenfalls durch besondere Zusützwider- stände, z.
B. ;gemäss Fig. 12, dem mittleren Verlustwinkel von K angepasst wird.
In, vielen Fällen empfiehlt sich Vertau- schung von Z und g in Fig. 4.
An,Stelle von Z in Fig. 4 kann ebenfalls ein 'Sperrschichtkondensator verwendet wer den, wie dies in Fig. 5 :gezeigt wird. Dabei müssen K,. und K2 in entgegengesetztem Sinne gesteuert werden, z. B. unter Verwen- dung,der Batterie B.
Die Kondeneatomen C, und C" dienen zur Fernhaltung der Vorspan- nung vom Eingangs- und Ausgangsstrom- kreis. Die Drosseln (oder genügend hoch- ohmige Widerstände) W, und Wz vermeiden einen Kurzschluss der Wechselspannungen über den Stauerglkchs-tromkreis.. Durch Ver änderung des Ab,
griffes <B>58</B> der Batterie B können die verlustbehafteten Kapazitäten der Spernschnehtkondensatoren K, und K, in ent- gegenigesetztem Sinne verändert werden, wo durch eine Änderung der Ausgangsamplitude von E-. bei konstanter Amplitude der Ein gangsspannung E, zustande kommt.
Die Potentiometerschaltuugen Fig. 4 und 5, welche durch Weglassung einer Impedanz atts Fig. 1 oder 2 abgeleitet werden können, entsprechen in manchen Fällen noch nicht ganz den praktischen Bedürfnissen.
Wenn beispielsweise die Forderung nach konstan- tem Innenwiderstand an den zwei Eingangs und Ausgangsklemmen besteht, so müssen die Schaltungen bekanntlich aus mindestens drei Zweipolen aufgebaut werden.
Auch aus Gründen einer möglichst einfachen Zufüh rung der Vorspannung zu den einzelnen Sperrschichtkondensatoren können noch 7ahl- reiche besondere Schaltungen von Vorteil sein, die sich nach dem heutigen Stande der Soha.ltungstechnik ohne besondere Schwierig keiten angeben lassen.
Die Anwendung von Schaltungen, die sieh auf eine Brückenschaltung gemäss Fig. 3 zurückführen lassen, empfiehlt sich besonders in solchen Fällen, wo Kopplungsänderungen bis zur vollständigen Entkopplung möglich sein sollen. Ein Schaltungsbeispiel wird durch Fig. 6 dargestellt. Z, und Z_ seien zwei .gleiche Impedanzen, die nötigenfalls durch besondere Parallelwiderstände gleich stromdurchlässig gemacht sind.
Die Sperr- schichtkondensatoren K, und K, werden durch eine von den Klemmen 67 und 68 über die Wechsels Stromsperren <I>TV"</I> W_ zugeführte Gleichspannung e in entgegengesetztem Sinne beeinflusst, so dass durch diese Steuer- spa-nnung- ein ursprüngliches Brückengleich gewicht mehr oder weniger gestört werden kann.
Bei konstanter Amplitude der Ein gangsspannung E, kann also die Amplitude der Ausgangsspannung E., vom Wert Null (bei Brückengleichgewicht) bis zu einem be stimmten Betrag gesteigert werden.
An Stelle der beiden Impedanzen Z, und ZZ in Fig. 6 kann in gewissen Fällen auch eine Drosselspule mit Mittelanzapfung ver- wendet werden, deren Induktivität so gross ist, dass durch die Verbindung mit K, und K2 bei den vorkommenden Frequenzen keine Resonanzen auftreten.
Die vorspannungsabhän,gi.gen Kapazitäten K" KZ erfordern im allgemeinen eine be stimmte R.uhevorspa.nnung, die in @Sperrich- tung wirkt, wenn es sich @dabei beispielsweise um Trockengleichrichter handelt. Zu diesem Zwecke können zum Beispiel die Batterien B,, B. in Fi,g. 6 dienen.
Statt an der in der Fig. 6 angegebenen Stelle kann auch eine Spannungsquelle in Serie mit einem Wechsel- strom-Sperrwi@derstand zwischen den Klem men 68, 64 vorgesehen werden.
Soll der Eingang und der Ausgang der Schaltung gegenüber einem bestimmten Ver gleichspotential (z. B. Erdpotential) symme- trisch sein, so empfiehlt sieh symmetrische Schaltung vom Typus der Fi,g. 7.
Die Steuer spannung e wird den vier Sperrschichtkon- densatoren K,-K4 über Mittelanzapfungen der Drosseln oder Widerstände W, und I1'_, zugeführt. -Sind bei einem bestimmten Vor spannungswert (z. B. Spannung 0) die Kapa zitätswerte der vier Sperre chichtkon:den;sato- ren gleich gross, so ist die Ausgangsspan nung E, bei einer bestimmten Amplitude der Eingangtsspannung E, gleich Null.
Mit wach sender Steuerspannung wird das Brücken gleichgewicht gestört, und dementsprechend wächst die Amplitude der Ausgangs span- nung.
Bei solchen Schaltungen würde es sich unter Umständen auch empfehlen, die Steuer spannung e bei den Klemmen 73 und 74 auf zudrücken und dafür die Ausgangsspannung E, bei den Klemmen 77 und 78 zu ent nehmen.
Es liegt auf der Hand, dass den Sperr schichtkondensatoren in Fig. 7 neben der Steuerspannung e im allgemeinen noch eine bestimmte, in Sperrichtung aller Kondensa- toren wirkende Ruhespannung zugeführt werden muss,
damit die gesamte Gleieh.span- nung an den einzelnen Kondensatoren in kei nem Fall die zuläseigen Grenzen über- schreitet. Solche Ruhespannungsquellen sind
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in <SEP> Fig. <SEP> 7 <SEP> durch <SEP> die <SEP> Batterien <SEP> <I>B,-B4</I> <SEP> an gegeben. <SEP> Den <SEP> besonderen <SEP> Verhältnissen <SEP> ent sprechend <SEP> kann <SEP> die <SEP> Ruhespannung <SEP> aber <SEP> auch
<tb> auf <SEP> zahlmeisshe <SEP> andere <SEP> Arten <SEP> zugeführt <SEP> wer den.
<SEP> In <SEP> besonders <SEP> einfacher <SEP> Weise <SEP> lässt <SEP> sich
<tb> die <SEP> Ruhespannung <SEP> -gemeinsam <SEP> mit <SEP> der <SEP> ver änderlichen <SEP> !Steuerspannung <SEP> e <SEP> zuführen,
<tb> indem <SEP> zum <SEP> Beispiel <SEP> die <SEP> Kondensatoren <SEP> KZ
<tb> und <SEP> X4 <SEP> oder <SEP> K, <SEP> und <SEP> K3 <SEP> in <SEP> Fig. <SEP> 7 <SEP> ,dur-eh <SEP> Fest kondensatoren <SEP> ersetzt <SEP> werden, <SEP> deren <SEP> Kapa zität <SEP> und <SEP> Verlustwinkel, <SEP> nötigenfalls <SEP> unter
<tb> Zuhilfenahme <SEP> besonderer <SEP> Zusatzwiderstände,
<tb> den <SEP> entsprechenden <SEP> Weinten <SEP> von <SEP> K1 <SEP> und <SEP> K3
<tb> bezw. <SEP> K2 <SEP> und <SEP> K4 <SEP> bei <SEP> einer <SEP> bestimmten <SEP> Vor spannun:g <SEP> angepasst <SEP> werden. <SEP> Die <SEP> :Steu:
erspan nung <SEP> e <SEP> wird <SEP> dann <SEP> in <SEP> solchen <SEP> Grenzen <SEP> ver ändert, <SEP> @dass <SEP> sie <SEP> für <SEP> die <SEP> beiden <SEP> verbleibenden
<tb> Sperwchlchtkondeneatoren <SEP> K1 <SEP> und <SEP> K3 <SEP> bezw.
<tb> K2 <SEP> und <SEP> K4 <SEP> stets <SEP> in <SEP> Sperriehtun;g <SEP> wirkt, <SEP> so
<tb> dass <SEP> -weitere <SEP> Spannungsquellen <SEP> nicht <SEP> nötig
<tb> sind.
<tb>
Versichiedene <SEP> der <SEP> für <SEP> die <SEP> Kopplungsbeein flussung <SEP> mit <SEP> @Sperrs@chichtkon@dematoren <SEP> ge eägneten <SEP> 'Schaltungen <SEP> zeigen <SEP> .grosse <SEP> Ähnlich keit <SEP> mit <SEP> bekannten <SEP> M <SEP> odulationsschaltungen.
<tb> So <SEP> lässrt <SEP> sich <SEP> zum <SEP> Beispiel <SEP> :die <SEP> Schaltung
<tb> Fig. <SEP> 7 <SEP> in <SEP> eine <SEP> bekannte <SEP> Rinigmo(lulatoTs-chal tung <SEP> überführen, <SEP> indem <SEP> man <SEP> die <SEP> Konden satoren <SEP> durch <SEP> Gleiebrrichter <SEP> ersetzt <SEP> und <SEP> be sondere <SEP> %hevorspaunungsquellen <SEP> vermeidet.
<tb> Aus <SEP> verschiedenen <SEP> bekannten <SEP> Modulations schaltun:
gen <SEP> lassen <SEP> sich <SEP> umgekehrt <SEP> in <SEP> ein facher <SEP> Weise <SEP> Schaltungen <SEP> zur <SEP> Kopplungs beeinflussung <SEP> durch <SEP> SperTschichtkondensato ren <SEP> e1leiten, <SEP> indem,die <SEP> nichtlinearen <SEP> Wider stände <SEP> durch <SEP> Sperrs,chiehtkondensatoTen <SEP> er setzt <SEP> werden. <SEP> Der <SEP> wesentliche <SEP> Unterschied
<tb> besteht <SEP> in <SEP> adlen <SEP> Fällen:
<SEP> in <SEP> (der <SEP> Tatsache, <SEP> dass
<tb> bei. <SEP> den <SEP> in <SEP> Frage <SEP> kommenden <SEP> bekannten
<tb> Modulationsschaltungen <SEP> Schaltelemente, <SEP> wie
<tb> Trocken- <SEP> oder <SEP> Röhrengleiehuiehtetr, <SEP> verwendet
<tb> werden, <SEP> deren <SEP> Wechs.elstromwiderstand <SEP> @dureh
<tb> Verlagerung <SEP> auf <SEP> einer <SEP> niehtlineairen <SEP> Charak teristik <SEP> von <SEP> einer <SEP> Vompannung <SEP> abhängig <SEP> ge macht <SEP> ist, <SEP> während <SEP> beim <SEP> Verfahren <SEP> zur
<tb> Kopplungsbeeinflussung <SEP> im <SEP> wesentlichen
<tb> nicht <SEP> Widerstände, <SEP> sondern <SEP> Kapazitäten <SEP> mit
<tb> einem <SEP> unter <SEP> 451 <SEP> liegenden, <SEP> Verlustwinkel durch besondere Vorspannurigen ;
gesteuert werden. Es wird aus diesem Grunde möglich, "veränderliche Kopplungen ohne wesentliche Wirkleistungsverluste zu xealisieren.
Die Verwendung von 8perrschichtkonden- satoren bringt allerdings in vielen Fällen eine beträchtliche kapazitive Belastung der an- gesehlossenenStromkreise mit sich. So ent spricht beispielsweise bei einer Schaltung ge mäss Fig. 7 der innere ;Scheinwiderstand an :
den Eingangsklemmen 71, 72 bei Vernach- lässigung der hochohrigen Impedanzen W,, W2 der mittleren verlustbehafteten Kapa zität eines einzelnen :
SperTsehichtkondensa- tors. Durch die Vorspannung e wird dieser Eiugaugsscheinwiderstand nur wenig beein- flusst. Wenn es sich nuir um die Übertra gung ein'e'r besti,mmlen' Frequenz oder eines schmalen Frequenzbandes handelt,
so können diese innern Kapazitäten durch passend be messene Induktivitäten kompensiert werden, so,dass nur ein,den Verlusten entsprechender ohmscher Widerstand übrig bleibt. Diese Induktivität ist parallel zu den Eingangs klemmen 71,
72 zu schalten. und so zu be messen, .dass sie mit der mittleren Kapazität eines Kondensators g auf die Frequenz der bei den Eingangsklemmen aufgedrückten Wechselspannung abgestimmt ist.
Bei der Schaltung Fig.7 kann auch an Stellte von W, eine in obiger Weise bemessene Induk- tivität mit Mittelanzapfung vor .gesehen wer den.
In ,gewissen Fällen empfiehlt es sich auch, die genannte Induktivität nicht par allel zu den Eingangsklemmen zu schalten, sondern in Serie dazu, so dass sie vom Ein- gangssIramdurchflossen wird. Aus Symme- triegründen ist es bei symmetrischen Schal- tungen, wie z.
B. Fig. 7, von Vorteil, (die S erieinduktivität auf zwei Wicklungen zu verteilen, ,die je vor eine Eingangsklemme (71 bezw. 72) geschaltet werden.
In ähnlicher Weise lässt sich eine <B>an-</B> nähernd konstante Fingangskapazitit auch bei andern Schaltungen, wie z. B. Fg. 5, durch Parallel- oder Serieinduktivitäten bei den Eingangsklemmen kompensieren. Es wurde im bisherigen gezeigt, wie sich unter Verwendung von Sperrsehichtkonden- satoren Schaltungen realisieren lassen,
deren" Amplitudenübertragungsverhültnis durch eine besondere Steuerspannung beeinflusst werden kann. In vielen Fällen besteht jedoch die Forderung nach einer steuerspannungsabhän- gigen Phasendrehung der übertragenen Wech selspannung. Auch diese Forderung lässt sich durch zahlreiche Schaltungen erfüllen, wie in Fig. 8 an einem Beispiel gezeigt wird.
Die Scheinwiderstände der Sperrschichtkonden- satoren K, und h. mögen bei einer bestimm ten Vo-rspannung den ohmschen Widerstän den Z, und Z2 entsprechen.
In diesem Falle ist also die Ausgangsspannung E., gegenüber der Eingangsspannung um<B>90'</B> phasen- gedreht, wenn von den zusätzlichen Phasen drehungen abgesehen wird, welche durch die Verlustwiderstände von h', und h, sowie die Belastung der Ausgangsklemmen 88 und 84 hervorgerufen sind.
Diese Phasendrehung lässt sich nun durch entsprechende Kapazi tätsänderungen der SperrschichtlLondensato- ren vergrössern und verkleinern, sie hängt also von der über die Weehselstrombloekie- rungsu-iderstände TT'" <U>TV.</U> und die olimsehen Widerstände Z" Z, den Kondensatoren zu geführten Steuerspannung e ab.
Es lassen sieh noch zahlreiche Schaltun gen zur vorspa.nnungsabhängigen Phasen- drehung aus bekannten Schaltungen ableiten, bei welchen<I>eine</I> -Veränderung der Phasen drehung durch Veränderung von Kapazitäten (z. B. Drehkondensatoren) erfolgt.
Die Schaltung Fig. 8 kann auch um gewandelt werden in eine .Schaltung zur vor spannungsabhängigen Beeinflussung des Am plitudenübertragungsmasses, indem man statt den ohmschen Widerständen Z" Zentspre- chende Kapazitäten vorsieht, die zur Zufüh rung der Vorspannung e zu den Sperr schichtkondensatoren K durch hocbahmige Widerstände überbrückt sind.
Obschon es sich bei den für die Kapa zitätsänderungen massgebenden Vorspannun- gen im allgemeinen um Steuerspannungen handelt, die in zweckmässiger Weise von aussen zugeführt werden, können diese Span nungen in vielen Fällen mit Vorteil auch in diesen Schaltungen selbst erzeugt werden, z. B. in Abhängigkeit von der Amplitude, Frequenz oder Phasenlage der übertragenen Ströme und Spannungen.
Eine solche Schaltung, die sich zur Am- plitudenbegrenzun.g einer Wechselspannung eignet, wird beispielsweise durch Fig. 9 dar gestellt. Dabei wird durch W ein Span- nungsteiler, z. B. eine Induktivität mit einer Mittelanzapfung 95, bezeichnet.
Die Kapa zität des Kondensators C entspreche einer be stimmten extremen Kapazität des verlust behafteten .Sperrschiehtkondensators h bei maximaler Vonspannung. Dabei ist nötigen falls auch der Verlustwiderstand von K durch Gusshaltung von Widerständen bei C, z. B. gemäss Schaltung 12a oder 12b, nach gebildet.
In diesem Falle ist also der Aus gangskreis gegenüber dem Eingangskreis ent- koppelt, das heisst die Ausgangsspannung E.,; bleibt Null, unabhängig von der Eingangs spannung E,.
Durch den Gleichriohter C wird der Kondensator C, über den Wechselstromsperr- widerstand TV, entsprechend der Amplitude der Ausgangs wecbselspan,nung E= aufgela den.
Mit dieser Gleichspannung, die der Aus gangsspannung entspricht, wird auch der Sperrsehiehtkondensutor K über die untere Hälfte von TV aufgeladen. Bei geringer Am plitude ist diese Vorspannung klein, das heisst die Kapazität von K ssdeicht stark ab von -der Kapazität C, wodurch eine feste Kopplung des Ausgangskreises mit dem Ein gangskreis zustande kommt.
Mit wachsender Ausgangswechselspannung nähern sich die beiden Kapazitäten mehr und mehr, das heisst die Kopplung wird verkleinert, so dass ein Wachsen der Amplitude von E, über einen bestimmten Grenzwert vermieden wird.
Bei stark schwankender Amplitude der Ein gangsspannung kann also mit einer der- artigenSchaltung die Ausgangsspannung E, auf annähernd konstante Amplitude geregelt werden. ts handelt sich bei der angegebenen Schaltung Fig.9 um eine Rüückwärts@regler- schaItung,
bei der also dis Übertraguugs- eigenschaften von der Aus;gaagsamplitwde gesteuert werden. Durch Vertauschen von Eingang und Ausgang lässt sieh daraus in einfacher Weise auch eine Verwärtsregler- schaltung bilden.
An Stelle einer Regelung auf konstante Ausgangsamplitude lässt sich auch eine Regelung auf übertriebene Ampli- tudenunterschiede realisieren, wenn durch passende Bemessung der Schaltelemente dafür gesorgt wird,
dass bei wachsenden Vor- spannungen von K das Brückengleiohgewicht mehr und mehr gestört wird.
,Schliesslich kann. in vielen Fällen beider selbsttätigen Amplitudenre,gelung auch ein besonderer Gleichrichter (z. B. G in Fig. 9) vermieden werden, wie dies in Fig. 10 an Hand eines Beispiels ,gezeigt wird.
Die bei den 8perTschichtko.ndensatoren K, und KZ seien in entgegengesetztem Sinne in (Serie ge schaltet und ollen Gleichrichterwirkung zei gen, wie -dies zum Beisspiel der Fall ist, wenn; normale Trockengleichrichter zurr Ver- wendung kommen.
Bei wachsender Ampli tude der Ausgangsspannung E2 laden 'sich also ,die beiden vorspannungsahhängigen Ka pazitIten K" K2 und über die Wech@selstrom- sperrwiderstände W" 'W, -auch ,die beiden grossen Kondensatoren C" C2 mit einer Gleichspannung auf, die ,
dem halben,S,aheitel- wert der Ausgangswechselspannung EZ ent spricht. Dementsprechend möge sich also ,die Seriekapazität der @S.perrschiohtkapazitäten K1, K2 verkleinern, so ,dass ,die Belastung ,der Impedanz Z und,damit auch der Spannungs- abfall in Z abnimmt.
Auf diese Weise wird also das Amplitudenverhältnis von EJE, bei wachsender Ausgangswechselspannung ver grössert, wodurch eine Vergrösserung ,des Am- plitudenumfanges (sog. Dynamikerweiterrung) zustande kommt.
In vielen Fällen. können die besonderen Kondensatoren C,, C2 nebst den ohmschen oder induktiven Widerständen W,, W2 auch erübrigt werden, weil die mittlere Aufladung von Ff" K,
zur Kapazitätsände- rung ausreicht. Natürlich lässt sich auch der umgekehrte Uffekt (Dynamikprmssung)durch ähnliche Schaltungen ebenfalls erreichen.
Bei ,grosser Amplitude der auftretenden Wechselspannungen muss berücksichtigt wer den, .dass durch einen Gleiohrichtereffekt der Sperrschiehtkondensatoren in gewissen Fällen auch unerwünschte Aufladungen dieser Kon densatoren auftreten können, wodurch die der aufgedrückten Steuerspannung entsprechen- den Kapazitätswerte .gestört werden..
Mit Rücksicht auf den spannungsabhängigen Kapazitätsverlauf können auch nichtlineare Verzerrungen auftreten. Es muss desbul'b im allgemeinen dafür gesorgt werden, dass die Wechselspannungen an diesen Kondensatoren eine gewisse Amplitude nicht überschreiten. Dies kann beispielsweise erreicht werden,
indem man mehrere .Sperrschichtkondensato- ren in Serie schaltet, oder indem man. einen Sperrschichtkondensator mit einem Konden sator genügend kleiner konstanter Kapazität in Serie schaltet,
der seinerseits nötigenfalls durch einen Parallelwiderstand für die nuf- zudTückenclen Vorspannungen überbrückt wer den kann. Vergleiche z.
B. den Zweipol nach Fig. 11, durch welchen beispielsweise die Sperrscliichtkondensatoren in,den beschriebe nen Schaltungen ersetzt werden können.
Diese zugeschalteten Festkapazitäten müs sen in vielen Fällen den ,gleichen Frequenz gang, das heisst den :gleichen Verlauf von Scheinwiderstand und Verlustwinkel in Ab- hängigkeit von der Frequenz aufweisen,
wie ihn die Sperrschichtkondensatoren bei einer bestimmten Vorspannung aufweisen. Die Spitze des dem Sperrschichtkondensator ent sprechenden Impedanzvektors bewegt sich bei Änderung der Frequenz erfahrungsgemäss im allgemeinen angenähert auf einem Kreis. Als Nachbildung empfiehlt sich eine .Schaltung gemäss Fig. 12a bezw. 12b,
du roh welche ein entsprechender Verlauf von Kapazität und Verlustwinkel in grossen Frequenzbereichen erreicht werden kann.
Die Verwendung solcher Nachbildungen empfiehlt sich besonders dann, wenn fre- quenzunabhängige Übertragungseigenschaften der Schaltung gefordert werden. Die be- schriebenen Nachbildungen können zum Bei- spiel auch an Stelle der Impedanz Z in Fig. 4 oder 10 bezw. als Nachbildung von K,
und K4 in Fig. 7 bezw. an Stelle der Kapazität C in Fig. 9 vorgesehen werden.
Aus obigen Ausführungen geht hervor, da.B eine Kopplung unter Verwendung von Sperrschichtkondensatoren in mannigfacher Weise nach. Massgabe einer von aussen zu geführten oder im Kreise selbst erzeugten Steuerspannung verändert werden kann, sei es durch Veränderung einer Längsimpedanz (Fig.4), einer Ableitung (Fig.10), beider gemeinsam (Fig. 5),
oder durch Veränderung der Abgleiehung einer Brückenschaltung (Fig. ö, 7, 8,<B>9).</B> Dabei kann im besonderen das Amplitudenverhältnis ,der Eingangs- und Ausgangsspannung oder auch die gegen seitige Phasendrehung dieser Spannungen be- einflusst werden.
Die beschriebenen Schaltungen können naturgemäss nur als Beispiele für die Ver wendung von Sperrschichtkondensatoren mit vorspannungsabhängi.ger Kapazität zur Ver änderung von Kopplungen betrachtet werden. Unter Verwendung der heutigen Kenntnisse der Elektrotechnik, insbesondere der Schwach- strom- und Hochfrequenztechnik, lassen ;sich noch zahlreiche Schaltungen angeben, welche den verschiedenen Forderungen jeweils in be sonders günstiger Weise gerecht werden.
Bei der diese Übertragungseigenschaften beeinflussenden Steuerspannung kann es sich auch um eine rasch veränderliche Span nung handeln, so z. B. um Niederfrequenz schwingungen im hörbaren Frequenzbereich oder auch um Sehwin.gungen noch höherer Frequenz.
In diesem Falle wird also die bei den Eingangsl--,lemmen aufgedrückte "Trägerfre quenz" durch diese Steuerwechselspannung moduliert. Die Spannung .an den Ausgangs klemmen ist amplitudenmoduliert, wenn durch :die Schaltung das Amplitudenübertra- bungsverhältnie durch die Steuerspannung beeinflusst wird, oder sie ist phasenmoduliert, wenn das Phasenübertraügungsmass steuer- spannun,gs@abhängig ist.
Ist die Schaltung insbesondere derart abgeglichen, dass bei aus bleibender Steuerspannung auch die Aus gangsspannung zu Null wird, so handelt es sich um eine Modulation mit unterdrückter Träger,#velle, wie sie beispielsweise auftritt bei Ringmodulatorsehaltungen.
Bei den bekannten Gleichrichter-Modula- tionsschaltungen kommt die Modulation durch das vorspa nnungsabhängige Verhalten nichtlinearer Widerstände zustande, über welche naturgemäss ein beträchtlicher Ver luststrom fliesst,
während bei der Verwven- dung vorspannungsabhängiger Kapazitäten im wesentlichen nur kapazitive Blindleistung aufgenommen wird, welche nötigenfalls durch passend bemessene Induktivitäten kompensiert werden kann. Die bei den Ein gangsklemmen aufgenommene Wirkleistung ist deshalb im Gegensatz zu den bekannten Gleichriehter-Modulation@svorriehtungen (z. B.
Ringmodulatorschaltung) nicht viel grösser als die Wirkleistung der bei den Ausgangs klemmen abgegebenen modulierten Wechsel spannung. Auch die erforderliche Steuer- leistung ist naturgemäss nur gering.
Bei grossem Frequ Lenzunterschied zwischen Träger welle und Steuerfrequenz kann die Leistung der abgegebenen modulierten Wechselspan- nun,g um ein Mehrfaches grösser sein als die Steuerleistung, was bei normalen Gleich- riehtermodulationsschaltungen grundsätzlich nicht möglich ist.
Mit Rücksicht auf die verhältnismässig geringe Steuerleistung lässt sieh das beschrie bene Modulationsverfa.hren auch zu Verstär- kungszwecken verwenden. Man kann der artige Verstärker, die unter Ausnutzung der vorspannunösabhängigenKapa.zitätsbeeinflus- sun;
g arbeiten, treffend als Kondensatorver- stärker bezeichnen. Der Aufbau =und ,die Wir kungsweise eines solchen Verstärkers ist an Hand des Schaltungsbeispiels Fig. 1,3 gezeigt.
Über Klemmen 131, 132 dieses zweistufigen Verstärkers wird eine konstante Wechsel- spannung El zugeführt, deren unveränder- lich@e Frequenz wesentlich höher ist als die Frequenz der über Klemmen 137, 138 zu- geführten zu verstärkenden Wechselspan- nung e,.
Parallel _ zur Hocbfrequenzspeise- spannung E, liegen die jeweils hinterein- andergeschalteten vorspannungsabhänbgigen Kapazitäten K,, K2 bezw. K3,
K4. Der kapa- zitive B#lnndstrom über diese Kapazitäten wird kompensiert durch ,die Induktivität L, ,die mit der mittleren:
Kapazität,däeser Kon densatoren auf ;die konstante Frequenz von E, abgestimmt ist. Über eine Mittelausfüh- rung 231, 2'32 :der Induktivität L wird den Kondensatoren die Ruhevorspa.nnung e, der Batterie B zugeführt, welche durch idie ;
grossen Kapazitäten C, und C, für alle Wechselspannungen überbrückt 'asst. Über eine Anzapfung 233 der Batterie B bezw. über den ohmschen oder induktiven Wider stand W, ka .nn ,dem Punkt I35 zwischen bei den Kapazitäten K,
und K2 eine bestimmte Vorspannuung zugeführt werden, welche für das Verhältnis dieser beiden Kapazitäten massgebend ist.
Die Anzapfung 23'3 bei B ist so ,gewählt, .dass beispielsweise,die Kapa zität von K,. etwas ;
grösser isst als die Kapa zität von K2, wenn die zu verstärkende Spannung e, = 0 ist. Entsprechend -dem Kapazitätsunterechied von K, und K2 tritt also bei 135 gegenüber der Klemme 1,3$ eine Hochfrequenzspannung EZ auf,
die auf alle Fälle kleiner ist als El. Wichst nun e, zu einem positiven Wert an, so vergrössert sich die Vorspannung an K2, während die VoT- spannung an K, kleiner wird. Dementspre chend verkleinert sieb. .beispielsweise auch die Kapazität von K2, während die Kapazität von I[, grösser wird.
Der Kapazitätsunber- sohied zwischen K, und g2 vergrössert sich also bei wachsendem e,, und damit vergrössert sich auch die Hochfrequenzspaunung E2 bei 135. Umgekehrt kann der Kapazitätsunter schied durch eine negative Steuerspannung e, verkleinert werden, bis die Hochfrequenz- apannun.g E2 bei 135 zu Null wind.
Frs liegt nun auf der Hand, dass die Ver hältnisse nicht wesentlich geändert werden, wenn beim Punkt 1.35 beispielsweiss über :den Kondensator C3 Hochfrequenzleistung ent nommen wird, vorausgesetzt, dass der Be- lastungswiderstand gross ist ,gegenüber dem Scheinwiderstand der Kondensatoren K,, K2. Insbesondere wird dadurch auch die über 137,
1.88 aufgenommene Steuerleistung nicht wesentlich vergrössert. Im vorliegenden Fälle wird nun die bei 185 gegenüber 138 auf tretende Hoehfrequenzspannung EZ beispiels weise mit,den Trockenigleichrichtern G,-G, gleichgerichtet, so dass am Eingang des Übertragers T, eine Niederfrequenzspan- nung e2 auftritt,
die bis auf eine -Gleich stromkomponente der Eingangsspannung e, entspricht. Entsprechend dem Übersetzungs- verhältnis ,
dieses Übertragers ist die @Sekun- därspannung e3 um ein Mehrfaches .grösser als e2 und auch grösser als e1. Nun erfolgt nochmals in analoger Weise Steuerung der vorspannungsabhängigen Kapazitäten Kg, g.,
über die Hochfrequenzsperre WZ und Gleich richtung der modulierten Hochfrequenz E, in G,-G". An. ,den Klemmen 1,33, 184 kann somit eine Niederfrequenzspannung e3 ent nommen werden, die grösser ist als e,, wobei auch die abgegebene Leistung ,grösser ist als die bei 137, 138 aufgenommene Steuer leistung.
Es lassen sich nun zahlreiche Modifika tionen und Erweiterungen bei solchen VeT- stärkereinrichtungen vornehmen. Die Gleieh- richtung der modulierten Hochfrequenz kann statt mit den vier Gleichrichtern G,-G4 bezw. G,-G" in irgendeiner andern an sich bekannten Weise erfolgen. Die ;Stufenzahl des Verstärkers lässt sich nötigenfalls ver grössern.
Durch mehrere getrennte Hochfrequenz- stromquellen bezw. durch geeignete Filter in der :Stromzuführang zu den einzelnen Stu fen können Rückkopplungen über den @Speise- stromkreis nötigenfalls vermieden werden.
Die Eingangskapazität der Schaltung bei den .Steuerklemmen <B>137,</B> 1,3$ kann durch ge eignete Anpassungsnetzwerke vermieden wer den.
Handelt es sich bei der Steuerspan nung e, insbesondere um ein Frequenz- gemisch relativ geringer Bandbreite, so ge nügt hierzu unter Umständen eine entspre- chend bemessene Induktivität,
welche parallel zu diesen beiden Klemmen ges.ehaltet wird. An Stelle der bei Fig. 13 gezeigten Steue rung des Amplitudenübertragungsverhält- nisses mit Hilfe der Kapazitäten K1, K2. bezw. K;_ K., kann auch irgend eine andere hierzu geeignete Vorrichtung mit vorspa.n- nungsabhängigen Kapazitäten vorgesehen sein, z.
B. gemäss .Schaltung Fig. 4, G oder 7. Schliesslich können die Übertrager T, welche im allgemeinen zur Spannungserhöhung vor gesehen sind, vermieden werden, wenn ,die modulierte Hochfrequenzspannung vor der Gleichrichtung durch geeignete Mittel (z. B. Hochfrequenzübertrager oder Resonanztrans formator) vergrössert wird.