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Schaltungsanordnung mit elektrisch steuerbarer Kapazität Die Erfindung
bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit elektrisch steuerbarer Kapazität mit
wenigstens einer Flächendiode mit veränderlicher Kapazität (Varaktor) und einer
die Diode in der Sperrichtung vorspannenden einstellbaren Gleichspannungsquelle.
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Wenn man an eine Flächendiode eine Vorspannung in der Sperrichtung
anlegt, ändert sich bekanntlich die Kapazität C des Übergangs nach folgendem Gesetz:
Darin bezeichnet V den Absolutwert der Vorspannung, V, das Kontaktpotential des
die Diode bildenden Paares von Stoffen und n einen Koeffizienten, der für alle Dioden
des gleichen Typs gleich ist; er beträgt 1/z für die sogenannten »plötzlichen« Übergänge
und 1/s für die sogenannten »allmählichen« Übergänge.
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Dieses Gesetz läßt sich in folgender Form schreiben: log C = K - n
log (V -h VO), (1') wenn man K = log k setzt, wobei dieser Koeffizient sich bei
Dioden des gleichen Typs von einer Diode zur anderen ändert.
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Diese Eigenschaft der Dioden wird zur Bildung von elektrisch steuerbaren
Kapazitäten ausgenutzt; diese enthalten eine derartige Diode, »Varaktor« genannt,
an die eine einstellbare Vorspannung V angelegt wird.
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Es ist jedoch offensichtlich, daß die Kurve, welche in logarithmischen
Koordinaten das Gesetz für die Änderung der Kapazität als Funktion der einstellbaren
Vorspannung V darstellt, wegen des Vorhandenseins des konstanten Gliedes V., welches
die Kontaktspannung der Elemente des Übergangs darstellt, nichtlinear ist.
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Dieser Nachteil wird gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß zur
Erzielung einer linearen Änderung des Logarithmus der Kapazität des Varaktors als
Funktion des Logarithmus der einstellbaren Vorspannung in Serie mit der einstellbaren
Steuergleichspannung, aber gegensinnig zu dieser eine feste Kompensationsgleichspannung
geschaltet ist, die gleich der Kontaktspannung der den Diodenübergang bildenden
Elemente ist.
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Die an die Diode angelegte Vorspannung ist dann V'-Vo, und das Gesetz
(1') wird log C = K - n log (V' - Vo -I- Vo) = K - n log V. (2) Diese Gleichung
drückt aus, daß der Logarithmus der Kapazität des Übergangs eine lineare Funktion
der einstellbaren Spannung V' ist.
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Diese Linearität erleichtert ganz wesentlich den Aufbau von Schaltungen,
bei denen Kapazitäten nach einer vorgegebenen Funktion und in eindeutig reproduzierbarer
Weise eingestellt werden sollen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders dann vorteilhaft, wenn
mit Hilfe von Varaktoren mehrere getrennte einstellbare Kondensatoren gebildet werden
sollen, welche unter sich stets streng gleiche Kapazitäten haben, unabhängig von
der mit Hilfe eines einzigen Potentiometers für sämtliche Varaktoren bewirkten Einstellung
der gemeinsamen Kapazität.
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Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine gemeinsame feste Kompensationsgleichspannungsquelle
für die verschiedenen Varaktoren vorgesehen ist und daß eine einstellbare Vorspannungsquelle,
die aus einer Gleichspannungsquelle in Verbindung mit einem Hauptpotentiometer besteht,
mit jedem der Varaktoren über ein eigenes einstellbares Potentiometer verbunden
ist.
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Ein anderer Anwendungsfall, bei dem die mit der Erfindung erzielte
Linearität der Varaktorkennlinie
von besonderem Vorteil ist, besteht
in der Bildung von Mehrbereichs-Abstimmschaltungen. Die Verwendung von Varaktoren
als Abstimmkapazitäten in Überlagerungsempfängern ist zwar bereits bekannt, doch
bestehen Schwierigkeiten, wenn ein einziger Varaktor mit mehreren Spulen für verschiedene
Frequenzbereiche zusammenwirken soll. Durch die Erfindung wird es in diesem Fall
ermöglicht, die Abstimmung im Innern der verschiedenen Frequenzbereiche mit einem
einzigen Varaktor durchzuführen.
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Dies geschieht nach der Erfindung dadurch, daß zur Bildung einer Mehrbereichs-Abstimmschaltung
mit einer Gruppe von LC-Schwingkreisen, die mehrere Frequenzbereiche mit Hilfe von
mehreren Spulen erfassen, deren Zahl gleich der Zahl der Bereiche ist, ein einziger
Varaktor zur Einstellung der Kapazität in jedem Bereich vorgesehen ist, dem eine
für alle Bereiche gleiche feste Kompensationsgleichspannung zugeführt wird, und
daß zur Einstellung der Steuergleichspannung ein Kontaktumschalter, bei dem wenigstens
ein Schaltsegment zur Auswahl eines dem gewählten Bereich entsprechenden Abgriffs
an einem ersten, an eine feste Spannungsquelle angeschlossenen Widerstandsspannungsteiler
dient, und ein zweiter Widerstandsspannungsteiler, der elektrisch mit dem ersten
Spannungsteiler verbunden ist und dessen Änderung die Frequenzänderung in den Grenzen
des gewählten Bereichs ermöglicht, vorgesehen sind.
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Die Linearität der Kennlinie, die durch die an den Varaktor angelegte
Kompensationsgleichspannung erhalten wird, ermöglicht die Abstimmung im Innern aller
Frequenzbereiche mit dem gleichen Varaktor und der gleichen, durch den zweiten Widerstandsspannungsteiler
festgelegten Änderungskurve der Steuergleichspannung, wobei für die Bereichsumschaltung
lediglich die Steuergleichspannung um einen festen Betrag geändert wird, der durch
den Kontaktumschalter bestimmt wird.
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Diese Eigenschaft ist besonders günstig für die Bildung von dekadisch
einstellbaren Abstimmschaltungen, wie sie beispielsweise bei Einseitenband-Überlagerungsempfängern
verwendet werden. Wenn beispielsweise sämtliche Bereiche eine Breite von 1 MHz haben,
wird die Schaltung vorzugsweise so ausgebildet, daß zur Auswahl der Abstimmfrequenz
bis auf 10 kHz genau ein numerisches Steuerorgan vorgesehen ist, das die Megahertz,
die Hundertkilohertz und die Zehnkilohertz mit Hilfe von drei elektrisch miteinander
verbundenen Widerstandsspannungsteilern angibt, wobei der Wählschalter für die Megahertz
mechanisch mit dem Wählschalter für die Bereichsspulen verbunden ist.
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Hinsichtlich der Bildung des Eingangsschwingkreises und des überlagerungsschwingkreises
von Mehrbereichs-Überlagerungsempfängern ergibt diese Eigenschaft den Vorteil, daß
diese beiden Schwingkreise völlig gleich aufgebaut werden können, ohne daß der sonst
übliche Padding-Kondensator erforderlich ist. Die Schaltung besteht in diesem Fall
vorzugsweise darin, daß die veränderlichen Kapazitäten des Eingangsschwingkreises
und des überlagerungsschwingkreises durch zwei Varaktoren gebildet sind, daß der
Oszillatorschwingkreis den gleichen Aufbau wie der Eingangsschwingkreis ohne Verwendung
eines Padding-Kondensators in Serie mit der veränderlichen Kapazität hat, daß zur
Auswahl des Bereichs ein Schalter mit mehreren Schaltsegmenten vorgesehen ist, von
denen ein Schaltsegment zur Auswahl der Bereichsspulen und zwei weitere Schaltsegmente
zur Auswahl von Abgriffen an einem einzigen Widerstandsspannungsteiler dienen, daß
zur Auswahl der Empfangsfrequenz im Innern jedes Bereichs ein Potentiometer elektrisch
mit dem Spannungsteiler verbunden ist, daß die von den Schaltsegmenten in Verbindung
mit dem Potentiometer gebildeten Spannungen den beiden Varaktoren als Steuergleichspannungen
zugeführt werden und daß an die beiden Varaktoren eine gemeinsame feste Kompensationsgleichspannung
angelegt ist.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Darin zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Varaktorschaltung bekannter
Art in Verbindung mit einem Kapazitätsmeßgerät, F i g. 2 die gemäß der Erfindung
abgeänderte Varaktorschaltung, F i g. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise
der Varaktorschaltungen von F i g. 1 und 2, F i g. 4 a eine gemäß der Erfindung
ausgeführte Schaltung mit zwei Varaktoren, F i g. 4 b die Schaltung von F i g. 4
a mit zusätzlicher Temperaturkompensation, F i g. 5 ein Diagramm zur Erläuterung
der Wirkungsweise der Schaltung von F i g. 4 a, F i g. 6 ein teilweise symbolisch
dargestelltes allgemeines Schaltbild eines gemäß der Erfindung ausgeführten Abstimmsystems
für einen Mehrbereichs-Funkempfänger, F i g. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der
Wirkungsweise der Schaltung von F i g. 6, F i g. 8 drei mögliche Äusführungsformen
eines Teils der Schaltung von F i g. 6, F i g. 9 ein Diagramm zur Darstellung der
Frequenzabweichung in den verschiedenen Bereichen als Funktion des Drehwinkels des
Potentiometers bei der Schaltung von F i g. 6, F i g. 10 ein Schaltbild für die
praktische Ausführung einer der Teilanordnungen von F i g. 8 für die Dekadeneinstellung
der Abstimmfrequenz eines Schwingkreises des Funkempfängers und F i g. 11 ein Beispiel
für die Anwendung der Erfindung für den Eingangskreis und den Oszillatorkreis eines
Überlagerungsempfängers.
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F i g. 1 zeigt eine Diode 16, eine Gleichspannungsquelle 1.2 und ein
Potentiometer 13, dessen Klemmen A und B mit den Klemmen der. Spannungsquelle
verbunden sind. Zwischen der Klemme B und dem Schleifkontakt D des Potentiometers
wird eine einstellbare Spannung V abgenommen, die mit einem Voltmeter 11 gemessen
und über eine Induktivität 15 an die beiden Elektroden F und G der Diode 16 angelegt
wird. Diese Diode ist über einen festen Kondensator 17 mit einem beliebigen Kapazitätsmeßgerät
18 verbunden.
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Bei einer derartigen Anordnung ändert sich die Eigenkapazität C des
Übergangs der Diode 16 als Funktion der Spannung V nach dem zuvor angegebenen Gesetz
(1'), wie die Kurve a von F i g. 3 zeigt.
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Es ist jedoch zu bemerken, daß die vom Gerät 18 gemessene Kapazität
nicht die Eigenkapazität C des Übergangs ist, sondern eine Kapazität C =
C -f- Co, wobei Co eine Gruppe von festen Störkapazitäten bezeichnet, zu denen die
Verdrahtungskapazitäten, die Kapazitäten gegen Masse usw. gehören.
Es
gilt also in Wirklichkeit log (C - Co) = K - n - log (V - VO).
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Die in F i g. 2 dargestellte erfindungsgemäße Anordnung unterscheidet
sich von der bekannten Anordnung nach F i g. 1 dadurch, daß zwischen dem Schleifkontakt
des Potentiometers 13 und der Induktivität 15 eine Hilfsspannungsquelle
19 eingefügt ist, welche eine Gleichspannung des Wertes V, liefert, die gegensinnig
zu einer am Abgriff des Potentiometers abgenommenen Spannung V' liegt. Dann gilt
log ( C - Co) = K - n log V.
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Dies entspricht der Geraden b von F i g. 3.
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F i g. 4 a zeigt ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung auf
die Bildung von zwei Varaktoren mit gemeinsamer Einstellung, die zwei verschiedenen
Schwingkreisen zugeordnet sind. F i g. 5 zeigt ein Diagramm zur Erläuterung der
Wirkungsweise dieser Schaltung.
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Der erste Schwingkreis besteht aus einer Induktivität 30 in Serie
mit einer Diode 28, der zweite Schwingkreis ist aus einer Induktivität 35 in Serie
mit einer Diode 37 gebildet. Einstellbare Trimmkondensatoren 29 und 36 sind parallel
zu den Dioden 28 und 37 geschaltet. Die Schaltungen enthalten ferner einen Kondensator
27 und feste Entkopplungskondensatoren 31 und 39.
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Die Gleichspannungsquelle 40 ist mit den Klemmen des Hauptpotentiometers
20 verbunden. Zwischen der einen Klemme dieses Potentiometers und dessen Schleifkontakt
21 sind parallel die Klemmen von zwei Hilfspotentiometern 22 und 23 angeschlossen.
Die Schleifkontakte 24 und 25 dieser Mlfspotentiometer sind über Drosselspulen 38
bzw. 26 mit den Dioden 37 bzw. 28 verbunden.
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Ferner ist eine Hilfsgleichspannungsquelle 34 mit den beiden Induktivitäten
30 und 35 über zwei einen Spannungsteiler bildende einstellbare Widerstände 32 und
33 verbunden. Diese Widerstände werden so eingestellt, daß die den beiden Dioden
dadurch zugeführte Gegenvorspannung VO gleich dem Kontaktpotential der Dioden ist,
das nur von der verwendeten Diodenart abhängt. Diese Einstellung braucht später
nicht mehr geändert zu werden. Nachstehend wird angegeben, wie man in einem besonderen
Fall den Wert für diese Spannung V, experimentell ermitteln kann.
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Nachdem der Spannungsteiler 32, 33 ein für allemal eingestellt
ist, erfolgt die Einstellung der Hilfspotentiometer 22 und 23 in folgender Weise:
Die Potentiale an den Schleifkontakten 24 und 25 dieser Potentiometer seien mit
V1 bzw. V2 bezeichnet. Wenn das Potential V1 von einem Wert V" auf einen Wert V12
ansteigt, vermindert sich die Kapazität C der zugehörigen Diode 37 von einem Wert
C2 auf einem Wert C1 (F i g. 5). Auf Grund der eingefügten Gegenvorspannung VO ist
diese Änderung, wie bereits erläutert wurde, im logarithmischen Maßstab linear;
sie ist durch die Gerade a von F i g. 5 dargestellt.
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Wenn das Potential V2 von einem Wert V"1 auf einen Wert V22 zunimmt,
vermindert sich die kapazität der zugehörigen Diode 28 von einem Wert C2 zu einem
Wert C1 (F i g. 5). Diese Änderung ist in logarithmischen Koordinaten durch eine
Gerade b dargestellt, welche auf Grund der zuvor durchgeführten Einstellung der
Spannung V, parallel zur Geraden a liegt. Da die Geraden a und
b parallel sind, müssen die Spannungen V1 und V2 stets in einem konstanten
Verhältnis zueinander stehen. Man erhält dieses Ergebnis dadurch, daß die Schleifkontakte
24 und 25 der Hilfspotentiometer 22 und 23 so eingestellt werden, daß bei einer
beliebigen Stellung des Schleifkontaktes 21 des Potentiometers 20 die von den Hilfspotentiometern
22 und 23 zu den Dioden 37 bzw. 28 gelieferten Potentiale V1 und V2 gerade die Werte
haben, welche den Dioden die gleiche Kapazität erteilen. Beispielsweise wird der
Schleifkontakt 21 so eingestellt, daß V1 = Vii und V2 = V21 ist (F i g. 5).
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Es ist offensichtlich, daß die Schwingkreise bei dem soeben beschriebenen
Beispiel jede beliebige Funktion haben können. Es kann sich dabei beispielsweise
um den Antennenabstimmkreis und den Oszillatorkreis eines überlagerungsempfängers
handeln. In diesem Fall ist der Kondensator 27 ein einstellbarer Padding-Kondensator.
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Die beschriebene Anordnung ermöglicht die Realisierung von einstellbaren
Mehrfachkondensatoren, deren Kapazität mit einer größeren Genauigkeit als bei einstellbaren
mechanischen Plattenkondensatoren untereinander gleichbleiben.
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Wie bereits zuvor angegeben wurde, kann man mit einer einfachen Maßnahme
experimentell den Wert der Kompensationsgleichspannung VO ermitteln, welche bei
einer erfindungsgemäßen Anordnung angewendet werden muß, falls die Störkapazitäten
Co vernachlässigbar klein gegen die Kapazität C des übergangs sind. Wenn man beispielsweise
eine Diode mit »plötzlichem« Übergang verwendet, bei welcher der Parameter n den
Wert 1/z hat, gibt man zunächst der einstellbaren Vorspannung V den Wert 0, und
man mißt die entsprechende Kapazität C1 der Diode. Dann gibt man der einstellbaren
Vorspannung einen solchen Wert, daß die Diode die Kapazität C2 = 21 hat. Wenn man
diesen Wert mit V1 bezeichnet, läßt sich aus der Gleichung (1) ableiten:
Schließlich ist es bekannt, daß das Kontaktpotential der Elemente der Dioden in
Abhängigkeit von der Temperatur veränderlich ist. Es ist daher vorteilhaft, wenn
sich die Kompensationsgleichspannung Vo gemäß der gleichen Funktion ebenfalls mit
der Temperatur ändert. Dies kann gemäß F i g. 4b in herkömmlicher Weise beispielsweise
dadurch erreicht werden, daß der Widerstand 32 von F i g. 4a durch zwei parallele
Zweige ersetzt wird, von denen der eine einen Widerstand 321 und der andere in Serie
einen Widerstand 322 und einen Thermistor 323 enthält.
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Es sollen nun verschiedene Anwendungsbeispiele für die beschriebene
Varaktoranordnung mit Kompensationsgleichspannung bei Mehrbereichs-Abstimmsystemen
beschrieben werden.
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F i g. 6 zeigt eine Anordnung zur Einstellung einer Gruppe von Resonanzkreisen,
die verschiedenen Frequenzbereichen 1 ... n ... p zugeordnet
sind und
jeweils eine Induktivität L1 ... L" ... LP
enthalten, wobei jeweils eine dieser Spulen entsprechend dem gewählten Bereich parallel
zu einem für sämtliche Bereiche vorgesehenen einzigen Varaktor 47 geschaltet wird.
Diese Anordnung enthält für die Umschaltung der Bereichsspulen einen insgesamt mit
K bezeichneten Schalter, der drei Schaltsegmente K1, K2, K2 enthält, von denen jedes
Kontakte 1. . . h ... p
aufweist, wobei die Kontaktarme der
drei Schaltsegmente durch eine beliebige mechanische Vorrichtung miteinander verbunden
sind.
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Der Varaktor 47 dient zur Einstellung der Abstimmfrequenz im Innern
jedes Bereichs, und er ist zu diesem Zweck mit Einrichtungen zur Steuerung seiner
Vorspannung versehen. Bei dem in F i g. 6 dargestellten Beispiel wird diese Vorspannung
durch ein symbolisch bei P dargestelltes Potentiometer eingestellt. Mit a ist die
Winkelstellung des Schleifkontakts dieses Potentiometers in bezug auf eine Ursprungsstellung
bezeichnet.
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Bei der Darstellung von F i g. 6 stehen die Kontaktarme der Schaltsegmente
K1, K2, Ks auf den Kontakten n, welches dem n-ten Bereich entspricht, dem die Induktivität
L" zugeordnet ist.
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Die Kontakte 1 bis p des Schaltsegments K1 sind mit Widerständen derart
verbunden, daß ein Spannungsteiler gebildet wird, der elektrisch mit dem Potentiometer
P verbunden ist. Diese Anordnung, die zur Einstellung der Vorspannung des Varaktors
47 dient, ist in F i g. 6 symbolisch in Form eines Vierpols Q mit den Eigengangsklemmen
A, B und den Ausgangsklemmen C, D dargestellt.
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Drei mögliche Ausführungsformen für diesen Vierpol Q sind in F i g.
8a, Sb und 8c im einzelnen dargestellt.
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In F i g. 6 ist ferner eine Gleichspannungsquelle 41 gezeigt, welche
an die Eingangsklemmen A, B des Vierpols Q eine konstante Spannung U, anlegt.
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Eine Klemme 46 des Varaktors 47 ist mit dem Verbindungspunkt zwischen
zwei Widerständen 42 und 44 verbunden, die in Serie an die Klemmen A und D des Vierpols
Q angeschlossen sind.
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Die andere Klemme 48 des Varaktors 47 ist mit der Klemme C des Vierpols
Q über eine Drosselspule 43 verbunden. Die Drosselspule soll verhindern, daß die
dem Varaktor zugeführten Hochfrequenzströme zum Vierpol gelangen. Andererseits ist
ein Entkopplungskondensator 45 mit großer Kapazität an die Klemmen des Widerstands
44 angeschlossen.
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Nachstehend wird mit ui . . . u" . . . up die Steuerspannung
bezeichnet, die an die Klemme 48 des Varaktors angelegt wird und von der Spannungsquelle
Uo je nach dem eingestellten Bereich über das Schalsegment K1, das Potentiometer
P und die Drosselspule 43 geliefert wird. Diese Spannungen können sich von Kleinstwerten
Ui ... U" ... Up, die erhalten werden, wenn der Schleifkontakt
des Potentiometers P in der einen Grenzstellung a = 0 steht, bis zu einem Wert Uo
ändern, der dann erhalten wird, wenn der Schleifkontakt die entgegengesetzte Grenzstellung
a = am einnimmt.
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Mit Uo ist die konstante Kompensationsspannung an den Klemmen des
Widerstands 44 bezeichnet, die der Klemme 46 des Varaktors zugeführt wird.
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Schließlich ist mit ü der durch den Varaktor fließende Strom bezeichnet.
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Bei 50 ist der »heiße Punkt« des Resonanzkreises gezeigt; er ist mit
dem Schaltarm 51 des zweiten Schaltsegments K2 verbunden. Dieser Schaltarm ermöglicht
je nach dem zu empfangenden Bereich die Auswahl der Spule, beispielsweise der Spule
L", die dem betreffenden Bereich zugeordnet ist. Diese Klemme 50 ist außerdem über
einen Kondensator 49 großer Kapazität mit der Klemme 48 des Varaktors verbunden.
Die nicht mit dem Schaltsegment K2 verbundene Klemme der Spule L" ist mit der KlemmeD
des Vierpols Q verbunden.
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Schließlich ist eine Spule L. magnetisch mit der Spule L" gekoppelt,
so daß sie von dieser einen induzierten Strom empfängt. Die Umschaltung dieser Spule
erfolgt je nach dem eingestellten Bereich gleichzeitig mit der Umschaltung der Spule
L" durch das dritte Schaltsegment K3. Der Schaltarm dieses Schaltsegments ist mit
der Klemme 53 verbunden.
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Nachstehend werden mit fl ... f" . . . f. beliebige
Frequenzen im Innern der Bereiche 1 . . . n . . . p bezeichnet, welche für
die Werte ui . . . u" . . . up der Steuerspannung des Varaktors erhalten
werden. Mit F1 ... F" . . . Fp werden die kleinsten Werte der Frequenz
in jedem Bereich bezeichnet, welche jeweils dem kleinsten Wert Ui ...
U" . . . Up der Steuerspannung des Varaktors entsprechen.
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Mit A fl ... A f" . . . A fp wird eine
Frequenzänderung bezeichnet, die einer Änderung Aa der Stellung des Schleifkontakts
des Potentiometers P entspricht. Mit A F wird der gemeinsame Wert der Breite aller
Bereiche bezeichnet, so daß der größte Wert F,' . . . Frz . . . Fp
der Frequenz jedes Bereichs folgendermaßen lautet: AFi = F1 -I- AF
... Fn =F"+AF...Fp =Fp+AF. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß eine besonders
vorteilhafte Ausführungsform mit einer Spannungsänderungseinrichtung erhalten wird,
die es ermöglicht, einerseits durch Drehen eines Kontaktumschalters vom unteren
Ende eines Bereichs zum oberen Ende eines anderen Bereichs überzugehen und andererseits
durch Drehen eines einzigen Potentiometers von der einen Grenzstellung a = 0 bis
zur anderen Grenzstellung am vom unteren Ende bis zum oberen Ende jedes Bereichs
zu gelangen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll im einzelnen für ihre Anwendung
bei einem überlagerungsempfänger beschrieben werden, dessen verschiedene Empfangsfrequenzbereiche
die gleiche Breite A F haben.
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F i g. 7 ist ein Diagramm, das die Werte der Steuerspannung des Varaktors
für die verschiedenen Bereiche als Funktion der Winkelstellung a des Schleifkontakts
des Potentiometers P zeigt.
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Zunächst wurde die Änderung der Spannung für den Bereich 1 (niedrigster
Frequenzbereich) bestimmt. Die entsprechende Kurve l geht von einem Punkt der Ordinate
Ui für a = 0 aus und endet an einem Punkt J der Ordinate Uo für a = am.
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Es wird so vorgegangen, daß für die den anderen Bereichen entsprechenden
Kurven, beispielsweise für den Bereich n, die folgende Änderung erhalten wird:
wobei k" ein vom Bereich abhängender Koeffizient ist.
Die erfindungsgemäße
Anordnung läßt sich auch in einer etwas anderen, nicht dargestellten Form dadurch
realisieren, daß die Spannung U, vom einen zum anderen Bereich mit Hilfe eines Widerstands
mit umschaltbaren Abgriffen, der in Serie zu der Spannungsquelle 41 geschaltet ist,
veränderlich ist.
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Nachdem die Elemente für den Bereich 1 bestimmt sind, ist die Kurve
der Frequenz f 1 als Funktion des Winkels a des Schleifkontakts des Potentiometers
P festgelegt: f1 - f (a) und, da f 1 = F1 -i- d f 1 , ,@ f(a)=F1+dfl.
Die Elemente des Vierpols Q können so bestimmt werden, daß das gleiche Änderungsgesetz
für sämtliche Bereiche erhalten wird, d. h. daß für jeden gleichen Wert von a gilt:
dfl=df2=...dfa=...dfp. Durch Rechnung läßt sich zeigen, daß es zur Erzielung eines
kleinsten Fehlers für den Wert von d fn erforderlich ist, daß
Es ist möglich, den Vierpol Q so auszubilden, daß er die Gleichungen (3) und (4)
erfüllt. Die F i g. 8 a, 8 b und 8 c zeigen drei zu diesem Zweck verwendbare Schaltungen,
wobei vorausgesetzt ist, daß der Widerstand des Vierpols Q von den Klemmen C, D
aus gesehen sehr viel, beispielsweise hundertmal kleiner als der durch
definierte Widerstand ist.
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Man erhält einen kleinsten Abgleichfehler für Schnittpunkte, die nicht
an den Enden jedes Bereichs, sondern an Zwischenpunkten liegen. Wenn beispielsweise
Schnittpunkte bei d f = 0,1 - d F und d f = 0,9 - d F
gewählt werden, erhält man einen dazwischenliegenden dritten Schnittpunkt: Es besteht
genau das gleiche Problem wie im Falle des Abgleichs bei einem herkömmlichen iTberlagerungsempfänger
zwischen dem Eingangsschwingkreis und dem Oszillatorkreis. Man erhält die zuvor
erwähnten Schnittpunkte durch entsprechende Bemessung der Spule L und des einstellbaren
Kondensators C.
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F i g. 9 zeigt annähernd die Fehlerkurve eines beliebigen Bereichs
n (gestrichelte Kurve n) gegenüber dem als Bezugsbereich gewählten
Bereich 1 (voll ausgezogene Kurve 1). Diese Kurven schneiden sich an drei
Punkten X (d f = 0,1 - d F), Z (d f = 0,9 -,d F)
und einem Zwischenpunkt
Y. Die Wahl des Bereichs 1 als Bezugsbereich ergibt im allgemeinen befriedigende
Ergebnisse, doch ist es möglich, eine bessere Verteilung der relativen Fehler und
damit einen geringeren Höchstwert des relativen Fehlers dadurch zu erreichen, daß
als Bezugsbereich ein etwas über dem Bereich 1 liegender Bereich gewählt wird.
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F i g. 10 zeigt ein Beispiel für die Anwendung der Erfindung bei einem
Einseitenbänd-überlagerungsempfänger. Bekanntlich wird bei derartigen Empfängern
die überlagerungsfrequenz von einem Pilotoszillator geliefert. Die von diesem Pilotoszillator
abgegebene Frequenz wird durch Betätigung von Tasten oder Knöpfen in dekadischer
Steuerung mit direkter Anzeige bis auf 1 kHz genau erhalten. Bei Frequenzen von
mehreren Megahertz, die bei Einseitenbandempfängern allein in Betracht zu ziehen
sind, ist eine Genauigkeit der Abstimmfrequenz des Eingangskreises bis auf 10 kHz
unter Berücksichtigung der Selektivität der Hochfrequenzkreise bei weitem ausreichend.
Deshalb erfolgt die Einstellung des Abstimmschwingkreises auf die gewünschte Frequenz
mit Hilfe einer Vorrichtung mit drei mit Abgriffkontakten versehenen Spannungsteilern,
die in F i g. 10 dargestellt ist und aus der Schaltung von F i g. 8 c abgeleitet
ist. Der Schaltarm 89 des Schaltsegments K1 ist bei 81 mechanisch mit dem
Megahertz-Einstellknopf 85 des Pilotoszillators 64 verbunden. Ein Spannungsteiler
P1 hat zwei Zwillingsschleifkontakte, die jeweils auf zwei nebeneinanderliegenden
Abgriffskontakten stehen, und seine Einstellwelle 90 ist über die Verbindung
83 mit dem Hundertkilohertz-Einstellknopf 86 des Pilotoszillators verbunden.
Der Schleifkontakt 91 eines Spannungsteilers P2 ist über die Verbindung
82 mit dem Zehnkilohertz-Einstellknopf 87 des Pilotoszillators verbunden.
Mit .2o . . . 09 sind die Widerstände bezeichnet, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Abgriffen am Widerstand des Potentiometers P1 liegen, mit r1 . . . r9, ro die Widerstände
zwischen einem Ende des Potentiometerwiderstands und den verschiedenen Abgriffen.
an diesem, mit R1 ... R5 die verschiedenen vom Schaltersegment K1 eingeschalteten
Widerstände und schließlich mit r: der Gesamtwiderstand des Potentiometers P2. Nachdem
die Widerstände R1 und r. für den Bereich 1 festgelegt sind, werden die Widerstände
R2, R3, R4 und R5 unter Berücksichtigung der Gleichung (4) errechnet. Damit eine
gute überschneidung des Frequenzmaßstabs zwischen den Bereichen erhalten wird, muß
der Widerstand rö groß gegen den größten Widerstand 09 des Potentiometers P1, beispielsweise
hundertmal größer als dieser sein.
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Nachdem auf diese Weise R1 und r. bestimmt sind, berechnet man den
Widerstand R" am Schaltsegment K1 für den Bereich n durch folgende Formel:
Die Widerstände r1 ... r; ... r. des Potentiometers P, berechnen sich
nach folgender Formel:
Wenn die Widerstände ri, r2 ... r" auf diese Weise berechnet
sind,- steilt man fest, daß die Werte der Widerstände o zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden
Kontakten des Potentiometers P1 oa w. r1 ol=rz-r" Q8 r. - r. oe-ro-rs annähernd
eine geometrische Reihe bilden:
Bei einem praktisch ausgeführten Beispiel hat k den kleinsten Wert 1,208 und den
größten Wert 1,224, k ist also annähernd konstant. Eine mathematische Untersuchung
der Änderungen der Frequenz als Funktion der Änderungen der Spannung entlang dem
Potentiometer P2 zeigt, daß zwischen der Potentialdifferenz d Ü; zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Kontakten des Potentiometers P1, die einer Frequenzänderung d F = 100 kHz entspricht,
und dem Spannungsanstieg du, der vom Potentiometer P2 für einen Frequenzanstieg
d (erzeugt wird, die folgende Beziehung besteht:
Es ist zu erkennen, daß das Verhältnis
von der Wahl des Abgriflkontakts am Potentiometer P1 nicht abhängt. Daraus folgt,
daß für das Potentiometer P2 ein einziges Gesetz für die Verteilung der Widerstände
aufgestellt werden kann, das eine Frequenzunterteilung von 10 zu 10 kHz für sämtliche
Hundertkilohertzwerte ergibt.
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Bei einer (nicht dargestellten) etwas anderen Ausführungsform werden
nur zwei Dekadenabstimmstufen beibehalten, nämlich für Megahertz und für Hundertkilohertz.
Das Kontaktabgriffpotentiometer P2 wird dann durch ein Wiekelpotentiometer mit einem
Gesamtwiderstandswert in der Größenordnung von 0,1 Mg ersetzt. Aus Vorstehendem
folgt, daß die Eichung dieses Potentiometers in Kilohertz für das gesamte empfangene
Band gültig ist.
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Die Eichung des nach den vorstehenden Grundlagen gebildeten Widerstandsnetzwerks
ist nur dann möglich, wenn der Varaktor genau festgelegte Eigenschaften, beispielsweise
eine bestimmte Kapazität für eine gegebene Sperrspannung, hat. Wenn eine Toleranz
von 1% für diese Kapazität zulässig ist, erzwingt die Schwankung der handelsüblichen
Varaktoren eine Auslese, durch welche der Preis des Varaktors beträchtlich vergrößert
wird. Man erhält ein befriedigendes Ergebnis unter günstigeren Bedingungen, wenn
man einem Varaktor großer Kapazität (beispielsweise 56 pF ± 20 %) einen Varaktor
von geringer Kapazität hinzufügt, so daß die Gesamtkapazität einen zuvor festgelegten
Wert, beispielsweise 68 pF ± 1%, hat, weil dann die Varaktoren n:2:_t mehr mit einem
beträchtlichen Ausschuß ausgelesen werden, sondern nach Größenklassen sortiert werden:
in F i g. 11 ist als weiteres Beispiel die Anwendung der Erfindung für den Eingangskreis
und den Oszillatorkreis eines Dreibereich-Überlagerungsempfän= gers gezeigt. Die
Schaltung enthält eine Spule 93 und einen einstellbaren Kondensator 94 des
Eingangskreises, dessen veränderliche Kapazität von einem Varaktor 99 gebildet wird,
die Spule 93' und den einstellbaren Kondensator 94' des Oszillatorkreises, dessen
veränderliche Kapazität von einem Varaktor 99' gebildet wird, Widerstände 97 und
98, welche die Kompensationsschaltung für die Varaktoren 99 und 99' bilden, und
Kondensatoren 95 und 96 von großem Wert. Die Varaktören 99 und 99' sind über
Drosselspulen 92 und 92' mit den Schaltarmen von zwei Schaltsegmenten K, bzw. Ki
verbunden, welche die Abgriffe für die Bereichsumschaltung des Eingangskreises bzw.
des OsZllatorkreises an einem einzigen Spannungsteiler der in F i g. 8 b dargestellten
Art mit Widerständen r1 ... r0 auswählen. Zwei weitere Schaltsegmente K2
und K2 wählen die Spulen des Eingangskreises bzw. des Oszillatorkreises für die
verschiedenen Bereiche aus.
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Durch Betätigung des Potentiometers P ist die Empfangsfrequenz innerhalb
der Grenzen jedes Bereichs veränderbar.
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Das Problem des Abgleichs des Überlagerungsempfängers ist genau das
gleiche wie das Problem der Ausbildung der zuvor erläuterten gestaffelten Bereiche
von konstanter absoluter Breite. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht also
die Realisierung eines Oszillatorkreises für einen überlagerungsempfänger, der den
gleichen Aufbau wie der Eingangskreis hat und einen ausgezeichneten Gleichlauf mit
dem Eingangskreis aufweist, ohne daß ein in Serie geschalteter Korrekturkondensator
(Padding-Kondensator) notwendig ist, wie er üblicherweise bei Überlagerungsempfängern
mit verstellbaren Plattenkondensatoren verwendet wird.