Induktive Kopplungsvorrichtung für die elektrische Nachrichtentechnik. Die Erfindung bezieht sich auf eine in duktive Kopplungsvorrichtung für die elek trische Nachrichtentechnik, wo es vielfach wünschenswert oder notwendig isst, den Kopp lungsgrad zwischen zwei oder noch weiteren Kreisen oder Netzen zu variieren.
Die Erfin dung ist besonders geeignet für jene Fälle, wo es darauf ankommt, die Kopplung zu variieren, ohne eine andere merkliche Ände rung in den Zustandsgrössen der gekoppelten Kreise hervorzurufen. Wie bekannt, ergibt sich bei Änderung der Kopplung zwischen zwei Netzen lediglich durch Einstellung der induktiven Verkettung zwischen den Netzen als Begleiterscheinung eine Änderung in den induktiven Widerständen in jedem Netze selbst, und zwar eine Änderung, die die Wirkungsweise ungünstig beeinflusst. Die vorliegende Erfindung sieht nun Mittel vor,
um diese sonst unvermeidlichen Änderungen bei gekoppelten Netzen zu vermeiden.
Bei einer üblichen Form einer Hoch frequenzkopplungsvorrichtung, bei welcher zum Beispiel ein Paar Abstimmkreise Ver wendung findet, wird die induktive Kopp lung zwischen den Kreisen durch Änderung der Stellung der Spulen gegeneinander vari iert.
Im Falle hachwirksamer Spulen ist es zur Erzielung der erforderlichen sehr losen induktiven Kopplung üblich, die Spulen genau im rechten Winkel gegeneinander an zuordnen, wobei ihre Achsen im geometri schen Mittelpunkt der einen Spule sich schneiden. Zusätzlich hat die kapazitive Kopplung zwischen den Spulen und ihren Verbindungsleitungen einen bestimmten Mindestwert, der in Rechnung zu stellen ist.
So ist die Erzielung des gewünschten Kopp- lungsgrades zwischen den Kreisen bei einer solchen Kopplungsanordnimgschwierig, wes halb die Variation der Kopplung auf einem gewünschten Bereich von Werten in einer wirtschaftlich praktischen Anordnung so gut wie unmöglich ist.
Kopplungsanordnungen, die mit einem Paar von Abstimmkreisen ausgerüstet sind, arbeiten gewöhnlich bei der kritischen oder einer etwas darüber liegenden Kopplung. Sind die einzelnen Abstimmkreise hochwirk sam, so ist der Kopplungsgrad verhältnis mässig niedrig; eine kleine Kopplungsände rung bewirkt dann eine ausgesprochene Xn- derung in der Arbeitsweise der Anordnung. Die bisher bekannt gewordenen Anordnungen dieser Art Raren nicht geeignet, um eine feine Variation der Kopplung über den ge wünschten engen. aber sehr wichtigen Be reich vorzusehen.
Bei den früheren Anordnungen, die zur tberwindung dieser Schwierigkeiten be stimmt waren, riefen die Mittel zur Variation der Kopplung zwischen den Kreisen, zum Beispiel zur Verbreiterung der Selektivitäts- kennlinie, häufig gleichzeitig unerwünschte Änderungen der einzelnen Kreisinduktivitä- ten hervor. Hierdurch wird wiederum die Eigenfrequenz jedes Abstimmkreises geän dert, mit dem Ergebnis. dass die Selektivitäts- kennlinie der Anordnung über mindestens einen Teil des Bereiches der Kopplungsvaria tion unsymmetrisch wird.
Bei den Zwisehenfrequenzverstärkern von Superhetempfängern ist die Aufgabe der Einstellung der Kopplung ohne Störung der Arbeitsbedingungen der einzelnen Kreise von besonderer Bedeutung. da gerade eine solche Kopplungsvariation zur Änderung der Band breite des Verstärkers, d. h. des Bereiches der musikalischen oder spraehliehen :@lodula- tionsfrequenzen, die bis zum Lautsprecher durchgehen, herangezogen wird.
Mehrere Verfahren zur Anderung der Bandbreite solcher Verstärker sind bereits vorgeschlagen worden, die indessen nicht befriedigten; erst mit der vorliegenden Erfindung wird eine neue, einfache und hochwirksame Lösung dieser Aufgabe gegeben.
Erfindungsgemäss werden Kopplungs mittel vorgesehen, die eine genaue Kopp lungseinstellung ermöglichen, ohne die ge samte effektive Induktivität der Kreise, für die sie Verwendung finden, zu beeinflussen.
Weiter können erfindungsgemäss Rich tung und Grad der induktiven Kopplung zwischen den Kreisen oder Netzen variiert werden, ohne die effektiven Induktivitäts- werte in einem der Kreise oder Netze zu be einflussen.
Für die erfindungsgemässe Anordnung -erden Induktivitäten vorgesehen, die mit einander gekoppelt und paarweise in Reihe geschaltet sind. Diese Induktivitäten werden so angeordnet, dass der Grad der Kopplung zwischen ihnen ohne Änderung des effek tiven Induktivitätswertes jedes Paares vari iert werden kann. Auf diese Weise kann die induktive Kopplung zwischen zwei Kreisen mit. je einem Paar kleiner Induktivitäten und, ohne dass es genauer mechanischer Einstel lungen bedarf, variiert werden.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen an einigen Ausführungs beispielen näher erläutert.
Fig. 1 ist. ein Schaltschema. zur Erläute rung des Grundprinzipes der erfindungs gemässen Kopplungsanordnung; Fig.2, 3 und 4 zeigen Ausführungsbei spiele von Kopplungsanordnungen entspre chend dem Schaltschema von Fig. 1; Fig. 5 zeigt, das Schaltschema eines Röh renverstärkers, bei welchem eine der Kopp lungsanordnungen von Fig. 2-4 Anwendung finden kann.
Im einzelnen sind in Fig. 1, die schema tisch den Grundgedanken der Erfindung schildert. die Spulen 1 und 2 in Reihe ge schaltet und mit den Spulen 3 bezw. 4 gekop pelt, die ebenfalls in Reihe geschaltet sind. Die Spulen 1 und 3 sind so gewickelt, dass zwischen ihnen ein verhältnismässig hoher Kopplungsgrad entsteht; dasselbe gilt für die Spulen 2 und 4.
Der hohe Kopplungsgrad kann beispielsweise durch bifilare Wicklung der Spulen 1 und 3 und analog der Spulen 2 und 4 gewährleistet werden, d. h. durch eine Wicklung, bei welcher die Leiter der beiden Spulen Seite an Seite in aufeinander folgenden Windungen aneinander liegen. Die Spulen 1 und 2 sind gleichsinnig, die Spulen 3 und 4 gegensinnig miteinander verbunden.
In den Spulen 1, 2, 4 und 3 ist der ferro- magnetische Kern 5 vorzugsweise koachsial gelagert und zu diesen Spulen achsial be weglich angeordnet.
Der ferromagnetische Kern 5 kann im einzelnen nach der amerikanischen Patent schrift 1982 689 oder in ähnlicher Weise aus geführt sein. Er besteht aus gepresstem, ge pulvertem, ferromagnetischem Material und ist im wesentlichen über seine Länge homo gen; eine Abweichung von der Homogenität ist nur auf die Formung zurückzuführen.
Im Betrieb kann die induktive Kopplung durch Variieren der induktiven Kopplungen zwischen -den Spulen 1 und 3 und zwischen den Spulen 2 und 4 eingestellt werden. Diese Kopplungen sind von der Stellung des Kernes 5 abhängig, da die Anwesenheit des Kernes im Innern der Spulen 1, 3 die induktive Kopplung zwichen den Spulen vergrössert; ein ähnliches Ergebnis erzielt man, wenn der Kern 5 im Innern der Spulen 2, 4 sich befin det. Die induktive Minimalkopplung entsteht dann, wenn der Kern 5 in der Mitte zwischen den Spulen 1, 3 und den Spulen 2, 4 sich befindet, während man die induktive Maxi malkopplung dann erhält, wenn der Kern 5 konzentrisch zu den Spulen 1, 3 oder zu den Spulen 2, 4 angeordnet ist.
Der Kern 5 ist vorzugsweise etwas länger als jede der Spu len 1, 3 oder der Spulen 2, 4 und ist auch vorzugsweise etwas länger als der Abstand zwischen den Spulen 1, 3 und den Spulen 2, 4.
Wird der Kern in die Spulen 1, 3 hinein bewegt, so nehmen die einzelnen Induktivitä- ten der Spulen 1 und 3 gleichzeitig mit der Zunahme der induktiven Kopplung zwischen ihnen zu. Gleichzeitig wird aber auch der Kern aus,den Spulen 2 und 4 herausgezogen. Dies wiederum bewirkt eine Abnahme der einzelnen Induktivitäten der Spulen 2 und 4, und zwar um einen Betrag, der im wesent lichen die Zunahme der Induktivitäten der Spulen 1 und 3 kompensiert. Eine ähnliche Kompensation erfolgt, wenn der Kern 5 in die Spulen 2, 4 an Stelle -der Spulen 1, 3 hin einbewegt wird; in diesem Falle ist indessen die Richtung der induktiven Kopplung umge kehrt.
Es ist darauf hinzuweisen, @dass die ge wünschte Kopplungsvariation ohneÄnderung der wirksamen Induktivität der in Reihe liegenden Spulen 1 und 2 oder der ebenfalls in Reihe liegenden Spulen 3 und 4 durch die Zusammenarbeit der Spulen 1, 3 und 2, 4 mit,dem magnetischen Kern 5, wie oben be schrieben, erzielt wird. Die Verwendung des beweglichen Kernes ermöglicht das neue Er- gebnis.,
wobei gleichzeitig eine Änderung der Kopplung zwischen den Spulen 1 und 3 und den Spulen 2 und 4 und eine Anderung der Induktivität der Spulen 1 und 3 und der Spulen 2 und 4 vorgesehen ist, während die gesamte Induktivität -der in Reihe liegenden Spulen 1 und 2 und die gesamte Induktivität der in Reihe liegenden Spulen 3 und 4 kon stant bleibt.
Bei der Verkörperung des Erfindungs gedankens der einstellbaren Kopplung von Fig.1, entsprechend dem Ausführungsbei spiel von Fig. 2, sind die Spulen 6, 8 und 7, 9 auf eine isolierende Röhre 10 gewickelt, die von,den Gliedern 11 getragen wird. Der Kern 12 bewegt sich frei im Innern der Röhre 10 und kann mit Hilfe des Hand griffes 13 betätigt werden, der am Kern 12' angeleimt, aasgekittet oder in anderer geeig neter Weise befestigt ist.
Die Verbindungen zu den gleichsinnig in Reihe geschalteten Spulen 6 und 7 und zu den gegensinnig in Reihe geschalteten Spulen 8 und 9 werden mit Hilfe der Kabelschuhe 14 durchgeführt, die ihrerseits an den Gliedern 11 befestigt sind. Für diese Ausführungsform ist ein kompakter Aufbau und Billigkeit der Her stellung wesentlich.
Bei der Variante von Fig.3 sind die Spulen 15, 17 und 16. 18 auf einer isolieren den Röhre 19 aufgewickelt, die etwas länger als die Röhre 10 von Fig. 2 ist. Die Spulen 15 und 16 werden gleichsinnig in Reihe ge schaltet, während die Spulen 17 und 18 ge gensinnig in Reihe geschaltet werden.
An Stelle des einzigen Kernes von Fig. 2 werden hier zwei kürzere Kerne 20, 21 verwendet und durch den Stab 22 so miteinander ver- einit, dass sie gleichzeitig durch den Hand- 2n griff 23 bewegt werden können.
Wenn der Kern 20 in das Innere der Spulen 15. 17 eingeführt wird, so wird gleichzeitig der Kern 21 aus den Spulen 16, 18 heraus--e- zogen und umgekehrt. So wird bei Vergrösse rung der induktiven Kopplung z\vischen den Spulen 15, 17 durch die achsiale Bewegung der Kerne ?0, 21 gleichzeitig die induktive Kopplung zwischen den Spulen 16, 18 herab gesetzt und umgekehrt.
Sind die Kerne in der Mittelstellung ihrer Bewegung, so ist die induktive, durch die Kopplungsvorrichtun gewährleistete Kopplung im wesentlichen Null, da die einzelnen induktiven Kopplun gen der Spulen 15, 17 und der Spulen 16, 18 dem Grad nach gleich, der Richtung nach entgegengesetzt sind. Die durch die Kopp- lungsanordnimg gewährleistete induktive Kopplung ist ein Maximum, wenn einer der Kerne 20, 21 in die Spulen 1.5, 17 oder in die Spulen 16, 18 eingeführt ist.
Da ferner die Induktivität der einen der in Serie ge schalteten Spulen jedes Paares unter dem Einfloss der Kerne 20. 21 um den gleiehen Betrag zunimmt, um den die Induktivität der andern Spule des Paares unter der Wir kung der Kerne 20, 21 abnimmt, so bleibt die gesamte wirksame Induktivität der in Reihe liegenden Spulen 15, 1.6 und der in Reihe lie genden Spulen 17, 18 im wesentlichen un verändert.
Bei dem Ausführungabeispiel von. Fig.4 besitzt die Spule 24 eine Universalwicklung (z. B. eine Honig-v#Tabenspule), ist auf der isolierenden Röhre 25 montiert und in Reihe und gleichsinnig mit einer ähnlichen Spule 26 zusammengeschaltet. Die Spulen 27 und ?8, die auf je einer Seite der Spule 24 ange ordnet sind, sind in Reihe und gleichsinnig miteinander verbunden und entsprechen der Spule 3 von Fig. 1.
Die Spulen 29 und 30 sind in ähnlicher Weise in bezog auf die Spule 26 angeordnet und gleichsinnig in Reihe geschaltet; sie entsprechen der Spule 4 von Fig. 1. Die Spulen 27 und 28 sind mit den Spulen 29 und 30 gegensinni- in Reihe geschaltet. Der Kern 31 ist achsial beweglich angeordnet, um die induktive Kopplung zwi- sehen den Spulen 27, 24, 28 oder zwi schen den Spulen 29, 26, 30 zu vergrössern, ohne merklich die Induktivitätswerte der in Reihe liegenden Spulen 24, 26 oder der in Reihe liegenden Spulen 27, 28, 29, 30 zu ändern, wie oben zu den Fig. 2 und 3 er läutert wurde.
Der Kern 31 kann mit Hilfe des an ihm befestigten Handgriffes 32 betä tigt werden.
Es wird nunmehr eine Anwendung der Erfindung beim Zwisehenfrequenzverstärker eines Superhetempfängers beschrieben.
Fig. 5 der Zeichnung zeigt- einen Röhren verstärker. Im Ausgangskreis der Röhre 33 liegen die: Hauptinduktivität 34. die in Reihe gleichsinnig geschalteten Spulen 1 und 2 und der Abstimmungskondensator 35: diese Ele mente bilden den Abstimmkreis I.
Im Ein gangskreis der Röhre 36 liegen die Haupt induktivität 37, die in Reihe gegensinnig ge schalteten Spulen 3 und 4. sowie der Kon densator 38; diese Eelemente bilden den Ab stimmkreis I1. Die Induktivitäten 34 und 37 können mit. ferroma.gnetischen Kernen aus gerüstet und so zueinander angeordnet sein, dass ein ganz bestimmter Grad der induktiven Kopplung entsteht oder so, dass die induktive Kopplung zwischen ihnen im wesentlichen Null ist. Der Kern 5 ist achsial beweglich in den Spulen 1, 2, 3 und 4 angeordnet.
Im Betrieb kann die induktive Kopplung -zwischen den Abstimmkreisen I und 1I durch Variieren der induktiven Kopplung zwischen den Spulen 1, 3 bezw. den Spulen @2, 4 einge stellt. werden. Diese Kopplungen sind von der Stellung des Kernes 5 zu .den Spulen 1. 3 und 2, 4 abhängig, da dieAnwesenheit des Kernes in der einen oder andern der Spulen 1, 3 und ?. 4 erheblich die induktive Kopplung zwi schen den Spulen vergrössert.
Zusätzlich zu der induktivenKopplung zwischen denKreisen I und 1I mit ,den Spulen 1, 3 und 2. 4 kann eine induktive Kopplung zwischen den Kreisen I und II auf Grund der Stellung der Induk- tivitäten 34 und 37 zueinander vorhanden sein. Ob die induktive Kopplung mit den Spu len 1, 3 und \?, 4 die induktive Kopplung mit den Induktivitäten 34 und 37 unterstützt oder ihr entgegenwirkt, hängt davon ab, welche der Spulen 1, 3 und 2, 4 .stärker vom Kern 5 beeinflusst ist.
So kann nicht nur der Grad, sondern auch die Richtung der induk tiven Kopplung zwischen den Kreisen I und II mit der achsialen Einstellung des Kernes 5 variiert werden.
Die folgenden Daten sind als Beispiel für eine besonders gut brauchbare Verkörperung der Erfindung beim Zwischenfrequenzver- stärker eines Superhetempfängers entspre chend Fig. 5 gegeben. Eine Röhre von etwa 8,6 mm Durchmesser ist mit zwei bifilaren Wicklungen versehen, von denen jede 21 Windungen aus emailliertem seidebedecktem Kupferdraht Nr. 36 besitzt.
Die Wicklungen sind in einem Abstand voneinander angeord net, der etwa 2/g "der Länge jeder Wicklung beträgt. Der Kern hat einen Durchmesser von etwa 9 mm und eine Länge von etwa 20,7 mm; er ist wie oben beschrieben herge stellt.
Mit diesem in die Spulen 1, 3 einge führten Kern erhält man eine Induktivität der in Reihe .liegenden Spulen 1 und 2 von 17,0 ,uH; eine Induktivität der in Reihe liegenden Spulen 3 und 4 von 19,2 ,uH und eine gegenseitige Induktivität zwischen den in Reihe liegenden Spulen 1 und 2 einerseits und den in Reihe liegenden Spulen 3 und 4 andererseits von 11,3,uH. Ist der Kern in die Spulen 2, 4 eingeschoben, so ergibt sich die Induktivität der Spulen 1 und 2 in Reihe zu 16,0 ,01, .die Induktivität der Spulen 3 und 4 in Reihe zu 19,
5 ,uR und die gegenseitige Induktivität zwischen den Spulen 1 und 2 einerseits und den Spulen 3 und 4 anderseits zu 10,0 ,caH.
Die Induktivitäten 34 und 37 haben je einen Wert von 1,0 mFl; die auf die Bewe gung des Kernes zur Einstellung .der Kopp lung zwischen den Kreisen zurückzuführende Änderung der Gesamtinduktivität jeden Kreises ist somit nur 0,1 %, ist also zu ver nachlässigen. Die Änderung,der Induktivität kann noch kleiner gemacht werden; hierzu ist nur eine leichte Änderung der Windungs- zahl in der einen oder mehreren Spulen not wendig.
Der gemessene Q-Wert
EMI0005.0046
des Abstimmkreises I oder II ist für sich allein 168 und wird 153 bei Einführung,der Spu len 1 und 2 oder 3 und 4 in den zu messenden Kreis. Dies ist eine Abnahme von weniger als 9%. Der Wert der kritischen Kopplung ist in diesem Fall etwa 0,65 %.
Die Stellung der Induktivitäten 34 und 37 zueinander ist so gewählt, dass eine gegenseitige Induktivi- tät von 6,5 yH gewährleistet ist, <I>so</I> dass die kritische Kopplung zwischen den Kreisen I und II erzielt wird, wenn die Kopplung zwi schen den Spulen 1 und 2 :
einerseits und den Spulen 3 und 4 anderseits Null ist. Die Kopp lung zwischen den Kreisen I und II kann durch .geeignete Einstellung des Kernes auf Null gebracht werden. Es ist zu beachten, dass der Wert der kritischen Kopplung etwas höher als oben angegeben ist, wenn die Kopp- lungsanordnung mit Röhren in einem Ver stärker zusammengeschaltet ist.
So ist es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, die induktive Kopplung beträcht lich über die kritische Kopplung hinaus zu steigern und so ein gewünschtes überkop- peltes System zu erhalten.
Dies genügt, um die notwendige Verbreiterung der Selektivi- tätskennlinie dergopplungsanordnung in den meisten Fällen zu gewährleisten. Wenn man noch einen höheren Grad induktiver Kopp lung benötigt, so kann er leicht durch An ordnung der Spulen 1, 3 und 2, 4 mit zusätz lichen Windungen erzielt werden.
Für den Sachverständigen erweist sich die Erfindung zur Lösung vieler Aufgaben bei elektrischen Schaltungen als geeignet. Die Anwendungen der Erfindung in. der Nach richtentechnik, und zwar im besonderen der drahtlosen Nachrichtentechnik und dem Rundfunk sind von besonderer Bedeutung, da auf diesem Gebiet jene Änderungen in der Wirkungsweise der Netze, zwischen de nen eine variable Kopplung geschaffen wer den soll,
meist störend werden. Als zusätz liche Ausführungsbeispiele von besonderen Systemen auf diesem Gebiet, für deren Ver besserung die Erfindung sich besonders eignet, sind -die Signalfrequenz- Abstimm- kreisnetze von Rundfunkempfängern und die Abstimmkreisnetze von Sendern, Oscillatoren und Signalgeneratoren zu erwähnen.
Im Sig- nalfrequenzteil von Rundfunkempfängern kann die Erfindung zum Variieren der Kopp lung zwischen Paaren gekoppelter greise, die einzeln oder beide über einen Frequenz bereich verschieden abstimmbar sind, An wendung finden;
mittels geeignet ausgebil deter Mechanismen kann die Veränderung der Kopplung von der Abstimmsteuerung aus derart betätigt werden, da.ss jede gewünschte Beziehung zwischen den Eigenfrequenzen der Kreise und der Kopplung zwischen den Krei sen hergestellt werden kann. Die Erfindung ist hervorragend geeignet, nm zwischen dem Anodenkreis und dem Gitterkreis einer Röhre.
oder zwischen einer Antenne bezw. einem "pick-up" und dem ersten Abstimmkreis eines Rundfunkempfängers eine variable re- generative oder degenerative Kopplung vor zusehen. Bei Oseillatoren, Signalgeneratoren und dergleichen kann die Erfindung zur Er zielung einer variablen Dämpfung innerhalb weiter Grenzen der Oscillation oder der an den Ausgangskreisen oder dem Belastungs kreis abgenommenen Signalleistung Anwen dung finden.