DE1178910B

DE1178910B - Reactance tube circuit with a large frequency swing and low amplitude modulation

Info

Publication number: DE1178910B
Application number: DEZ8165A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Kurt Schoeps
Original assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Current assignee: Akademie der Wissenschaften der DDR
Priority date: 1960-07-28
Filing date: 1960-07-28
Publication date: 1964-10-01

Description

Reaktanzröhrenschaltung mit großem Frequenzhub bei geringer Amplitudenmodulation Gegenstand der Erfindung ist eine Reaktanzröhrenschaltung, mit der eine geringe Amplitudenmodulation bei großem Frequenzhub erreicht wird.Reactance tube circuit with a large frequency swing and low amplitude modulation The invention is a reactance tube circuit with which a low Amplitude modulation is achieved with a large frequency deviation.

Bei den bekannten Reaktanzröhrenschaltungen schaltet sich ein von der veränderbaren Steilheit einer Reaktanzröhre abhängiger komplexer Widerstand dem Oszillatorkreis parallel. Die Blindkomponente bewirkt die erwünschte Verstimmung, während die Wirkkomponente eine unerwünschte Dämpfung verursacht. Wird z. B. dadurch eine Frequenzmodulation herbeigeführt, daß mit der Modulationsspannung die Steilheit der Reaktanzröhre verändert wird, dann ändert sich mit der Blindkomponente auch die Wirkkomponente des dem Oszillatorkreis parallel geschalteten komplexen Widerstandes. Die Wirkkomponente ändert die Dämpfung des Oszillatorkreises und verursacht damit eine Amplitudenmodulation. Allein schon eine reine Blindkomponente ändert das LIC-Verhältnis des Oszillatorkreises und bewirkt damit ebenfalls eine Amplitudenmodulation. Bei den bekannten Reaktanzröhrenschaltungen wird die angestrebte und in einigen Fällen auch erreichte 90°-Phasenverschiebung zwischen der Spannung am Steuergitter und der Anode der Reaktanzröhre durch Spannungsteiler oder Netzwerke bewirkt, die aus einer Kombination von Blind- und Wirkwiderständen bestehen. Die Verwendung solcher Spannungsteiler hat immer eine unerwünschte Amplitudenmodulation zur Folge. Mit wachsender Steilheit der Reaktanzröhre steigt die Dämpfung des Oszillatorkreises, und damit sinkt die Oszillatorspannung.In the case of the known reactance tube circuits, switches on from complex resistance dependent on the changeable steepness of a reactance tube parallel to the oscillator circuit. The reactive component causes the desired detuning, while the active component causes undesirable damping. Is z. B. thereby a frequency modulation brought about that with the modulation voltage the slope the reactance tube is changed, then changes with the reactive component too the active component of the complex resistor connected in parallel to the oscillator circuit. The active component changes the damping of the oscillator circuit and thus causes an amplitude modulation. A pure reactive component alone changes the LIC ratio of the oscillator circuit and thus also effects an amplitude modulation. at the known reactance tube circuits is the desired and in some cases also reached 90 ° phase shift between the voltage on the control grid and the anode of the reactance tube is effected by voltage dividers or networks that consist of consist of a combination of reactive and active resistances. The use of such Voltage divider always results in an undesired amplitude modulation. With the increasing steepness of the reactor tube increases the damping of the oscillator circuit, and thus the oscillator voltage drops.

Diese Nachteile der bekannten Schaltungen werden dadurch vermieden, daß in Verbindung mit einer Reaktanzröhre eine an sich bekannte Oszillatorschaltung mit einem Rückkopplungsnetzwerk in -t-Schaltung verwendet wird, das aus einer Induktivität im Längszweig zwischen zwei Kapazitäten in den beiden Ouerzweigen besteht (Colpitts-Oszillator). Das Rückkopplungsnetzwerk, das durch Einfügen eines zusätzlichen Dämpfungswiderstandes künstlich bedämpft wird und normalerweise eine Phasenverschiebung von 180° zwischen Anode und Steuergitter der Oszillatorröhre mit sich bringt, liefert auch gleichzeitig unter Vermeidung eines zusätzlichen, aus Blind-und Wirkwiderständen bestehenden phasendrehenden Netzwerkes oder Spannungsteilers die Phasenverschiebung von 90° für das Steuergitter der Reaktanzröhre. Die Steuerspannung für die Reaktanzröhre wird an einer geeigneten Anzapfung der Induktivität abgegriffen. Die Anoden der Reaktanz- und Oszillatorröhre liegen an einem Ende der Induktivität, und das andere Ende führt zum Steuergitter der Oszillatorröhre. In Reihen, oder Parallelschaltung zum Steuergitter der Oszillatorröhre ist der oben= erwähnte Dämpfungswiderstand eingefügt. Bei höheren Oszillatorfrequenzen entfallen die beiden Kapazitäten in den Querzweigen der f-Schaltung als zusätzliche Bauelemente, da sie dann nur aus den Röhrenkapazitäten bestehen.These disadvantages of the known circuits are avoided by that in connection with a reactance tube a known oscillator circuit is used with a feedback network in -t circuit consisting of an inductor exists in the series branch between two capacitances in the two Ouer branches (Colpitts oscillator). The feedback network created by inserting an additional damping resistor is artificially attenuated and normally a phase shift of 180 ° between Bringing anode and control grid of the oscillator tube with it, also delivers at the same time while avoiding an additional one consisting of reactive and active resistances phase-rotating network or voltage divider, the phase shift of 90 ° for the control grid of the reactance tube. The control voltage for the reactance tube is tapped at a suitable tap on the inductance. The anodes of the The reactance and oscillator tubes are at one end of the inductor and the other The end leads to the control grid of the oscillator tube. In series or parallel connection to the control grid of the oscillator tube is the damping resistor mentioned above inserted. At higher oscillator frequencies, the two capacitances in do not apply the shunt branches of the f-circuit as additional components, since they are then only made of the tube capacities exist.

Die neue Schaltung ist äußerst einfach im Aufbau und hat den Vorteil, daß sieh mit ihr z. B. felgende Amplitudengänge nur durch Verschieben eitler Spulenanzapfung einstellen lasen: 1. Nahezu konstante Amplitude. (Zum Beispiel ist für die Steilheiten der Reaktanzröhre S=0 und S---=S"" die Amplitude gleich, und nur im Zwischenbereich ergeben sich geringe Ab- weichungen.) 2. Die Arnpitude steigt mit der Steilheit der Reaktanzröhre.The new circuit is extremely simple in structure and has the advantage that you can see z. For example, only adjust the amplitude responses by moving the void coil tap: 1. Almost constant amplitude. (For example, for the transconductances of the tube reactor S = 0 and S = S --- "" is the amplitude of the same, and only arise in the intermediate region small deviations.) 2. The Arnpitude increases with the slope of the tube reactor.

3. Die Amplitude sinkt mit der Steilheit der Reaktanzröhre.3. The amplitude decreases with the steepness of the reactance tube.

An Hand von Beispielen soll die Wirkungsweise der erfindungsgefäßen Schaltung näher erläutert werden. Es zeigt F i g. 1 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung, F i g. 2 ein Ersatzschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung, F i g. 3 ein Spannungsvektorbild gemäß F i g. 1, F i g. 4 ein Beispiel der erfindungsgemäßen Zusammenschaltung von Peaktanzr8hre, Oszillatorröhre und zT-Kreis, F i g. 5 ein Anwendungsbeispiel der erflndungsgemäßen Schaltung in einem Wöbbelgeneratär.Using examples, the mode of operation of the vessels according to the invention Circuit will be explained in more detail. It shows F i g. 1 is an equivalent circuit diagram of the invention Circuit, F i g. 2 shows an equivalent circuit diagram of the circuit according to the invention, FIG. 3 shows a voltage vector image according to FIG. 1, Fig. 4 shows an example of the invention Interconnection of the peak tube, the oscillator tube and, in part, the circuit, Fig. 5 a Application example of the circuit according to the invention in a Wöbbel generator.

Die Arbeitsweise der Schaltung ist leicht zu verstehen an Hand der Ersatzzschaltbilder gemäß F i g. 1, 2 und der Gesamtschaltung gemäß F i g. 4. Als Oszillatorröhre 7 kann erfindungsgemäß sowohl eine bekannte Triode als auch eine Pentode verwendet werden. Ihre Anode liegt an 1, das Steuergitter an 3 und die Katode an 4. Die Reaktanzröhre 8 kann erfindungsgemäß ebenfalls eine Triode oder Pentode sein, deren Anode an 1 liegt, das Steuergitter an 2 und die Katode an 4. Der Oszillatorkreis enthält eine Induktivität L mit einer Anzapfuna 2. Cl und C, sind die vereinfacht zusammengefaßten Röhren- und Schaltkapazitäten. Zur zusätzlichen Dämpfung sind die Widerstände 5 bzw. 6 eingefügt.The operation of the circuit is easy to understand using the Replacement circuit diagrams according to FIG. 1, 2 and the overall circuit according to FIG. 4th as According to the invention, the oscillator tube 7 can be both a known triode and a Pentode can be used. Its anode is connected to 1, the control grid to 3 and the cathode 4. According to the invention, the reactance tube 8 can also be a triode or pentode whose anode is connected to 1, the control grid to 2 and the cathode to 4. The oscillator circuit contains an inductance L with a tapping point 2. Cl and C, they are simplified combined tube and switching capacities. For additional cushioning, the Resistors 5 and 6 inserted.

Es ist bekannt, daß mit dem L/C-Verhältnis des zu verstimmenden Kreises bei gegebener Steilheitsänderung einer Reaktanzröhre der erzielbare Frequenzhub wächst. Ein großer Frequenzhub (gemessen in MHz) ergibt sich durch eine hohe Oszillatorfrequenz, und wiederum ist ein großes L/C-Verhältnis für hohe Oszillatorfrequenzen mit einem Oszillatorkreis zu verwirklichen, in dem nur die Röhren- und die unvermeidbaren Schaltkapazitäten C1 und C., wirken und eine möglichst kleine Kreiskapazität bilden. Diese Bedingungen erfüllt der -7-Kreis, der deshalb für diese Schaltung gewählt wurde; in ihm ist die resultierende Kreiskapazität unter Einbeziehung der Röhren- und Schaltkapazitäten am kleinsten und damit für hohe Frequenzen das erreichbare L/C-Verhältnis am größten. Der als z7-Kreis geschaltete Oszillatorkreis, der z. B. eine übliche geringe Dämpfung von 1 % hat, wird erfindungsgemäß durch den Widerstand 5 bzw. 6 zusätzlich stark gedämpft, so daß z. B. eine Kreisdämpfung von 25 % erzeugt wird. Die Anzapfung 2 der Induktivität L kann so gelegt werden, daß zwischen lt" und i (IR genau 90° Phasenverschiebung entstehen. Wenn also il,.R die Steuerspannung der Reaktanzröhre ist, dann hat ihr Anodenstrom 3" ebenfalls 90° Phasenverschiebung gegenüber ihrer Anodenspannung lt", sie stellt also einen reinen Blindwiderstand dar. Die Verhältnisse im Ersatzschaltbild (z. B. F i g. 1) lassen sich in einem Spannungsvektorbild gemäß F i g. 3 leicht veranschaulichen. Die natürliche Kreisdämpfung ist hier wegen ihres kleinen Wertes vernachlässigt und nur die erfindungsgemäße Dämpfung durch den Widerstand 5 von z. B. 25 % berücksichtigt worden. Außerdem wurde zur Vereinfachung der Betrachtung angenommen, daß Cl=Ci. Die Anzapfung 2 der Induktivität L soll so gelegt sein, daß die Phasenverschiebung zwischen lt" und (IR 90° beträgt.It is known that with the L / C ratio of the circuit to be detuned for a given change in slope of a reactance tube, the achievable frequency deviation grows. A large frequency deviation (measured in MHz) results from a high oscillator frequency, and again, a large L / C ratio for high oscillator frequencies is with a Realize oscillator circuit in which only the tube and the unavoidable Switching capacitances C1 and C., act and form the smallest possible circuit capacitance. These conditions are met by the -7 circle, which is why it was chosen for this circuit became; in it is the resulting circular capacitance taking into account the tube and switching capacities the smallest and thus the achievable for high frequencies L / C ratio greatest. The oscillator circuit switched as a z7 circuit, the z. B. has a usual low attenuation of 1%, according to the invention by the resistance 5 or 6 additionally strongly damped, so that, for. B. generates a circular attenuation of 25% will. The tap 2 of the inductance L can be placed so that between lt " and i (IR exactly 90 ° phase shift occurs. So if il, .R is the control voltage of the reactance tube, then its anode current 3 "also has a 90 ° phase shift compared to its anode voltage lt ", so it represents a pure reactance The relationships in the equivalent circuit diagram (e.g. FIG. 1) can be combined into one Stress vector image according to FIG. 3 easily illustrate. The natural circular damping is neglected here because of its small value and only the one according to the invention Attenuation by the resistor 5 of z. B. 25% has been taken into account. In addition, was for the sake of simplicity it is assumed that Cl = Ci. The tap 2 of the inductance L should be placed in such a way that the phase shift between lt "and (IR is 90 °.

Es ist aus diesem Vektorbild folgendes zu ersehen: 1. Die Steuerspannung der Reaktanzröhre (lt"R) wächst bei gegebener Anodenspannung lt" mit 1[R, also mit dem Widerstand 5, d. h. mit der Dämpfung. Bei gegebener maximaler Steilheit der Reaktanzröhre und gegebenem lt" steigt bei einer Erhöhung der Dämpfung auch der Strom 3" der Reaktanzröhre; ihr Blindwiderstand 1J-9" wird kleiner. Durch eine Rechnung ist leicht festzustellen, daß im vorliegenden Beispiel der Blindwiderstand der Reaktanzröhre eine Induktivität darstellt. Diese schaltet sich der Kapazität Cl parallel und verstimmt den Kreis nach höheren Frequenzen hin. Durch Vergrößern der Dämpfung wächst die Verstimmung, also auch der erzielbare Frequenzhub. 2. Der Erhöhung der Dämpfung sind durch die Rückkopplungsbedigungen des Oszillators Grenzen gesetzt.The following can be seen from this vector diagram: 1. The control voltage of the reactance tube (lt "R) grows with a given anode voltage lt" with 1 [R, thus with the resistor 5, d. H. with the attenuation. Given the maximum steepness of the Reactance tube and given lt "also increases with an increase in attenuation Current 3 "of the reactance tube; its reactance 1J-9" becomes smaller. By an invoice It is easy to see that in the present example the reactance of the reactance tube represents an inductance. This switches in parallel to the capacitance C1 and is detuned the circle towards higher frequencies. Increasing the attenuation increases the Detuning, including the achievable frequency deviation. 2. The increase in attenuation are limited by the feedback conditions of the oscillator.

Das Vektorbild zeigt, daß mit der Vergrößerung des Widerstandes 5 die Phasenlage der Oszillatorsteuerspannung lt" o zu i t, immer ungünstiger wird. Die höchstzulässige Dämpfung wird durch die Daten des Oszillatorkreises und der Oszillatorröhre bestimmt.The vector diagram shows that the phase position of the oscillator control voltage lt " o to it, becomes more and more unfavorable as the resistor 5 increases. The maximum permissible attenuation is determined by the data of the oscillator circuit and the oscillator tube.

3. Es läßt sich leicht nachweisen, daß die Dämpfung durch Widerstand 5 bzw. 6 nicht an jeder beliebigen Stelle des Kreises eingefügt werden darf. Günstige Möglichkeiten sind z. B. in F i g. 1 und 2 gezeigt.3. It can easily be shown that damping is due to resistance 5 or 6 may not be inserted at any point in the circle. Cheap Possibilities are e.g. B. in Fig. 1 and 2 shown.

Nach F i g. 2 läßt sich ein ähnliches Vektorbild aufstellen. Die Parallelschaltung von Widerstand 6 und C.= wird zweckmäßig vorher in eine Reihenschaltung umgerechnet. Durch Verkleinern von Widerstand 6 steigt zuerst die Dämpfung an, erreicht ein Maximum und wird danach wieder kleiner.According to FIG. 2 a similar vector image can be set up. The parallel connection of resistor 6 and C. = is expediently converted into a series connection beforehand. By reducing resistor 6, the attenuation first increases and reaches a maximum and then becomes smaller again.

Wenn nun die Reaktanzröhre durch die erfindungsgemäße Einstellung der Anzapfung 2 der Induktivität L als reiner Blindwiderstand (Induktivität) betrieben wird, stellt sich heraus, daß mit wachsender Steilheit der Reaktanzröhre und der damit erzielten Frequenzerhöhung die Kreisdämpfung kleiner wird. Das ist leicht einzusehen: die Größe des Dämpfungswiderstandes, Widerstand 5, bleibt unverändert, während mit der Frequenz der Blindwiderstand wL ansteigt.If now the reactance tube by the setting according to the invention the tap 2 of the inductance L operated as a pure reactance (inductance) becomes, it turns out that with increasing steepness of the reactance tube and the thus achieved frequency increase the circular attenuation is smaller. That's easy see: the size of the damping resistance, resistance 5, remains unchanged, while the reactance wL increases with the frequency.

Die Dämpfung ergibt sich zu: wobei RS dem Widerstand 5 entspricht; sie ist also umgekehrt proportional der Frequenz. Durch ein Verschieben der Anzapfung 2 der Induktivität L erreicht man erfindungsgemäß, daß der Widerstand der Reaktanzröhre, der den Oszillatorkreis beeinflußt, komplex wird. Je nach Verschiebungsrichtung und Größe der Verschiebung kann nun die Reaktanzröhre den Oszillatorkreis bedämpfen, entdämpfen oder die vorgenannten Wirkungen gerade aufheben. Die zweckmäßige Einstellung der Anzapfung 2 der Induktivität hängt davon ab, an welcher Stelle des Oszillatorkreises die frequenzmodulierte bzw. gewobbelte Oszillatorspannung abgegriffen werden soll. Es ist zweckmäßig, diese Spannung z. B. zwischen 2 und 4 abzugreifen, wenn der Oszillatorkreis möglichst wenig beeinflußt werden soll. Dies ist in F i g. 4 eingezeichnet.The damping results from: where RS corresponds to resistor 5; it is therefore inversely proportional to the frequency. By shifting the tap 2 of the inductance L, it is achieved according to the invention that the resistance of the reactance tube, which influences the oscillator circuit, becomes complex. Depending on the direction of displacement and the size of the displacement, the reactance tube can now dampen, de-dampen the oscillator circuit or just cancel the aforementioned effects. The appropriate setting of the tap 2 of the inductance depends on the point of the oscillator circuit at which the frequency-modulated or swept oscillator voltage is to be tapped. It is appropriate to use this voltage z. B. to tap between 2 and 4 if the oscillator circuit is to be influenced as little as possible. This is in FIG. 4 drawn.

U,:M ist die abgegriffene frequenzmodulierte Spannung und UM die zugeführte Modulationsspannung. Die eingangs erwähnten drei Möglichkeiten für die Amplitudengänge sind also mit einer Anzapfung 2 der Induktivität einstellbar.U,: M is the tapped frequency-modulated voltage and UM is the supplied modulation voltage. The three possibilities for the amplitude responses mentioned at the beginning can therefore be set with a tap 2 of the inductance.

Diese neue Reaktanzröhrenschaltung kann z. B. in einem Wobbelgenerator zur Untersuchung von Breitbandverstärkern usw. sehr vorteilhaft angewendet werden. Das Schaltungsprinzip zeigt F i g. 5. Dem Wobbelgenerator wird eine Steuerspannung 11 (z. B. Zeitablenkspannung eines Oszillographen) zugeführt. Die Phasenumkehrstufe, Röhre 9, zerlegt diese Spannung in zwei gegenphasige Steuerspannungen, die zwei Oszillator- und zwei Reaktanzstufen 10 und 11 in ihrer Frequenz in bekannter Weise gegeneinander verschieben. Es werden zwei gleichartige Stufen nach der erfindungsgemäßen Schaltung verwendet. Zum Beispiel erzeugt die Stufe 10 eine Frequenz von 110 i 10 MHz und die Stufe 11 eine Frequenz von 131 ± 1.0 MHz. Über zwei Trenn- und zugleich Verstärkerröhren 12 und 13 und über zwei leicht überkritisch gekoppelte Bandfilter 14 und 15 werden die gewobbelten Oszillatorspannungen (l10±10 MHZ und 131 ± 10 MHz) einer Mischstufe, bestehend aus den Röhren 16 und 17, zugeführt, die unter anderem die Differenzfrequenz bildet. Die übrigen unerwünschten Frequenzen lassen sich im nachfolgenden Verstärker leicht aussieben. Die Differenzfrequenz bewegt sich z. B. entsprechend der Steuerspannung zwischen 1 und 41 MHz und kann leicht durch eine zweckmäßig gewählte Einstellung der Anzapfung 2 der Induktivität unter Einbeziehung der Bandfilterdurchlaßkurven auf z. B. ± 2 % amplitudenkonstant gehalten werden. Es ist sehr vorteilhaft und wirtschaftlich, zwei gleichartige Oszillator- und Reaktanzstufen zu verwenden, die gegenphasig gesteuert werden, weil sich dadurch eine Spannungsstabilisierung und eine Temperaturkompensation erübrigt.This new reactance tube circuit can e.g. B. in a wobble generator can be used very advantageously for the investigation of broadband amplifiers, etc. The circuit principle is shown in FIG. 5. The wobble generator is supplied with a control voltage 11 (e.g. time deflection voltage of an oscilloscope). The phase inversion stage, Tube 9, breaks down this voltage in two antiphase control voltages, the frequency of the two oscillator and two reactance stages 10 and 11 is known Way to move against each other. There are two similar stages according to the invention Circuit used. For example, stage 10 produces a frequency of 110 i 10 MHz and level 11 a frequency of 131 ± 1.0 MHz. About two separating and at the same time Amplifier tubes 12 and 13 and two slightly supercritically coupled band filters 14 and 15 are the swept oscillator voltages (l10 ± 10 MHz and 131 ± 10 MHz) a mixing stage, consisting of the tubes 16 and 17, fed, among other things forms the difference frequency. The other unwanted frequencies can be found in the Lightly sieve out the following amplifier. The difference frequency moves z. B. corresponding to the control voltage between 1 and 41 MHz and can easily be through a appropriately selected setting of the tap 2 of the inductance taking into account the band filter transmission curves on z. B. are kept constant amplitude ± 2%. It is very advantageous and economical to have two oscillator and reactance stages of the same kind to use which are controlled in phase opposition, because this results in voltage stabilization and a temperature compensation is unnecessary.

Claims

Claims: 1. Reactance tube circuit with a large frequency deviation with low amplitude modulation, consisting of an oscillator with a feedback network in n-circuit, which consists of an inductance in the series branch between two capacitances exists in the two cross branches (Colpitts oscillator) in connection with one Reactance tube, characterized in that the feedback network thereby to Delivery of the phase shift for the reactance tube is used with that the anode of the reactance tube together with the anode of the oscillator tube on one The end of the inductance of the ic element is that also the control voltage for the Reactance tube is tapped at a suitable tap of the inductance and that at the other end of the inductance a damping resistor for artificial damping of the n-element is inserted.

2. Reactance tube circuit according to claim 1, characterized characterized in that the coil tap for tapping the control voltage for the Reactance tube is designed to be changeable.

3. Application of the reactance tube circuit according to claim 1 or 2 in a beat transmitter, characterized in that such a circuit of the same design is present in each of the two RF branches of the beat transmitter and that the modulation voltage is applied to the two reactance tubes with opposite phase. Documents considered: German Patent No. 759 620; French Patent No. 963,636; U.S. Patent No. 2,371285.