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Schaltungsanordnung für elektrische Schwingungen zur Frequenzeinstellung
mit Kapazitätsdioden Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für elektrische
Schwingungen zur Frequenzeinsteliung in mehrerer. Frequenzbereichen mit Kapazitätsdioden,
z.B. zur Frequenzeinstellung in den Bändern I, III und/oder IV, V.
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Es ist bereits bekannt, einen mit einer Kapazitätsdiode abstimmbaren
Schwingkreis mit weiteren Kapazitätsdioden zu versehen, die an mehreren Abgriffspunkten
der Schwingkreisinduktivität angeschlossen sind und den jeweiligen Abgriff wahlweise
entweder kurzschließen oder deren durchstimmbare Kapazitäten im gesperrten Zustand
der Hauptkapazität transformiert parallelgeschaltet sind (DAS 1 196 730): Die an
den verschiedenen Abgriffspunkten mittels der durchgeschalteten Kapazitätsdioden
vom Hauptkreis durch Kurzschlüsse abgetrennten Teilinduktivitäten sind dabei jedoch
hochfrequenzmäßig nicht exakt kurzgeschlossen. Die dadurch evtl. auftretenden parasitäten
Resonanzen machen häufig zusätzliche Maßnahmen zur Unterdrückung
der
StUrstrahlung - insbesondere bei Fernsehgeräten - notwendig, bzw. sie verschlechtern
die Weitabselektion.
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ist auch eine Schwingkreisschaltung mit Kapazitätsdioden vorgeschlagen
worden (T 29 821 IM/21a4), bei der das LC-Vernältnis in den verschiedenen
FrequenzbereiChen dann verschieden ist, wenn nur eine Schwingkreisinduktivität für
alle Frequenzbereiche verwendet wird. Danach kann rran bei diesen Schaltungen etwa
konstante Verstärkung in allen Frequenzbereichen erreichen, indem. Verstärkerelemente
verwendet werden, deren Steilheit mit steigender Frequenz abfällt. Bei der Verwendung
von Verstärkerelementen mit etwa gleicher und konstanter Steilheit in allen gewünschten
Frequenzbereichen, beispielsweise bei Feldeffekttransistoren, wirk dagegen oft ein
stark unterschiedliches LC-Verhältnis als Nachteil, denn die Verstärkung ist dann
in der. einstellbaren Frequenzbereichen verschieden. Der Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, die Vorteile einer Kapazitätsdiodenabstimmung zur Frequenzeinstellung
und Abstimmung von Schwingkreisen zu nutzen und dabei die vorstehend genannten Nachteile
zu vermeiden.
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Die Erfindung besteht bei einer Schaltungsanordnung für elektrische
Schwingungen zur Frequenzeinstellung in mehreren Frequenzbereichen
bei
der zur Umschaltung der Frequenzbereiche wahlweise eine oder mehrere Kapazitätsdioden
mittels einer Durchlaßspannurg kurzgeschlossen oder zur Abstimmung durch eine feste
oder variable Sperrspannung in Sperrichtung geschaltet werden, wodurch dem Schwingkreis
zusätzliche Reaktanzen zugeschaltet oder abgeschaltet werden, darin, daß die zusätzlichen
Reaktanzen den Kapazitätsdioden so zugeordnet sind, daß bei durchgeschalteter Kapazitätsdiode
die zugehörige(n) Reaktanz(en) hochfrequenzmäßig kurzgeschlossen ist (sind)). Bei
der erfindungsgemäßen Schaltung sind die Kapazitätsdioden in Reine geschaltet. Am
jeweiligen bochfrequenzmäßigen Verbindungspunkt der Kapazitätsdioden miteinander
sind mindestens eine Induktivität und ggf. weitere Reaktanzen angeschlossen, deren
anderes Ende hochfrequenzmäßig an Masse liegt. Das eine freie Ende der Diodenkette
liegt am Hochpunkt einer nach Masse geschalteten Induktivität, während das andere
freie Ende der Diodenkette hochfrequenzmäßig direkt mit Masse Verbunden ist.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden im folgenden Ausführungsbeispiele
an Hand von Zeichnungen beschrieben.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen bevorzugte Prinzipschaltungen der erfindungsgemäßen
Schaltung für zwei Frequenzbereiche.
Die Fig. 3a und 3b zeigen die
elektrischen Ersatzschaltbilder für je einen Frequenzbereich der Prinzipschaltungen
nach den Fig. 1 und 2.
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Die Fig. 4 zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltung für vier
Frequenzbereiche.
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Die Fig. 5a, 5b, 6 und 7 zeigen zweikreisige Bandfilter mit verschieden
ausgeführten Kopplungen, wobei jeweils beide Schwingkreise nach den Prinzipschaltungen
der Fig. 1 oder 2 a:.sgeführt sind. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen
Bezugsziffern versehen.
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In Fig. 1 ist ein Schwingkreis dargestellt, der durch zwei Dioden
D1 und D2 in zwei Bereichen abgestimmt wird. Die Kathoden der Dioden D1 und D2 sind
zusammen mit einer Induktivität 2 und ggf. mit zwei gestrichelt gezeichneten Trimmerkapazitäten
3,4 zu einem Sternpunkt 12 zusammengeschaltet. Die Anode der Diode D1 und das andere
Ende der Trimmerkapazität 3 sind mit einer Induktivität 1 verbunden. Hochfrequenzmäßig
sind die Induktivität 1 und die Anode der Diode D2 über Blockkapazitäten 5,6 mit
Masse verbunden, während' die freien Enden der Induktivität 2 und der Trimmerkapazität
4 direkt an Masse liegen. Über Anschlußklemmen 7,$ wird je nach der Stellung eines
Schalters 14 jeweils eine der Dioden D1 oder D2
an 'eine
variable, sperrende Gleichspannung - UD-angeschlossen,-während die andere Diode
mit der positiven Betriebsspannung + UB verbunden und in Flußrichtung geschaltet
ist. Vorwiderstände 9,10 sorgen dafür, daß der Diodenstrom nicht über einen gewünschten
Wert. (z.B. 50 mA) ansteigt.
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Die Schaltungsanordnung der Fig. 2 ist mit der von Fig. 1 hochfrequenzmä,3ig
identisch. .Lediglich die Zufuhr der Spannungen + UB und - UD erfolgt jetzt für
die Diode D1 über eine Hochfrequenzdrossel Dr. Außerdem sind die durch beide Dioden
gehenden Gleichstromwege durch eine große Kapazität 11 getrennt, die hochfrequenzmä3ig
ein Kurzschluß ist. Die Gleichspannungszufuhr für die Klemmen 7,8 ist genauso geschaltet
wie in Fig. 1.
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Bei den Schaltungsanordnungen der Fig. 1 und 2 sind f!;ip folgende
zwei Betriebsfälle einstellbar.
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Beim Betrieb im unteren Frequenzbereich befindet sich der Schalter
14 in der in Fig. 1 eingezeichneten Schalterstellung a. Die jetzt durchgeschaltete
Diode D2 legt den Sternpunkt 12 hochfrequenzmäßig an Masse und schließt die Induktivität
2 und die Trimmerkapazität 4 damit kurz. Die Diode 1 ist gesperrt. Ihre mittels
der Sperrspannung - UD variable Kapazität bildet zusammen mit der
Trimmerkapazität
3 und der Induktivität 1 den im unteren Frequenzbereich wirksamen Schwingkreis.
Die Hochfrequenzersatzschaltung für diesen Betriebsfall im unteren Frequenzbereich
zeigt die Fig. 3a. Die wirksamen Reaktanzen werden durch die Induktivität 1, die
variable Sperrkapazität der Diode D1 sowie durch die uvlt. vorhandene Trimmerkapazität
3 gebildet. Die Ubrigen, gestrichelt gezeichneten Reaktanzen 3,4 sind durch die
als geschlossener Schalter gezeichnete, durchgeschaltete Diode D2 gegen Masse kurzgeschlossen.
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Beim Betrieb im oberen Frequenzbereich befindet sich der Schalter
14 in der Schaltstellung b. Damit ist die Diode D1 durchgeschaltet, die Trimmerkapazität
3 ist kurzgeschlossen, die Sternpunkte 12,13 sind hochfrequenzmäBig direkt miteinander
verbunden. Die Diode D2 ist gesperrt. Ihre mittels der Sperrspannung - UD ebenfalls
variable Kapazität bildet jetzt zusammen mit der Trimmerkapazität 4 und den parallelgeschalteten
Induktivitäten 1,2 den im oberen Frequenzbereich wirksamen Schwingkreis. Die Hochfrequenzersatzsehaltung
für diesen Betriebsfall im oberen Frequenzbereich zeigt die Fig. 3b. Die wirksamen
Reaktanzen werden durch die variable Sperrkapazität der Diode D2 und die evtl. vorhandene
Trimmerkapazität 4 sowie durch die parallelgeschalteten Induktivitäten 1,2 gebildet.
Die letzteren sind an ihrem Hochpunkt verbunden, da die
als geschlossener
Schalter gezeichnete Diode D1 durchgeschaltet ist..Dadurch ist auch die Trimmerkapazität
3 unwirksam.
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Die Schaltungsanordnung gemäß den Fig. 1 und 2 ist mit Dioden folgender
Kapazitätswerte erprobt worden: Die Diode D1 hat bei Sperrspannungen zwischen '2
und 50 Volt eine variable Kapazität von 20 - 7 pF. Die Kapazität der Diode D2 variiert
für dieselben Sperrspannungswerte zwischen 8 und 3 pF.
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In der Fig. 4 ist das in den Fig. 1 und 2 für zwei Frequenzbereiche
angewendete Schaltungsprinzip aur vier Frequenzbereiche erweitert, wobei alle zusätzlichen
Trimmerkapazitäten aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet sind. Zwischen
die Anode der Diode Dl und den Sternpunkt 12 sind zwei weitere Kapazitätsdioden
D3, D4 in Reihe geschaltet. Von zwei Verbindungspunkten 15 und 16 aus sind außerdem
weitere Induktivitäten 17,18 nach Masse geschaltet. Die Polarität der Diodenanordnnng
ist prinzipiell ohne Bedeutung; es muß nur darauf geachtet werden, daß für alle
Dioden getrennte Gleichstromwege bestehen. Für einen Frequenzbereich ist jeweils
nur eine Kapazitätsdiode in Sperrichtung geschaltet, während alle anderen Dioden
in Fußrichtung geschalet sind. Die Polarität der Steuerspannungen in der in Fig.
4 angegebenen Tabelle verdeutlicht, welche Kapazitätsdiode einem bestimmten Band
zugeordnet ist. "
In dar Fig. 4 ist folgender Betriebsfall für Band
IV gestrichelt eingezeichnet: Die Dioden D1, D2 und D3 sind durchgeschaltet, die
Mode D4 ist gesperrt. Dadurch sind die Punkte 13,15 und 16 direkt miteinander verbunden,
der Punkt 12 liegt hochfrequenzmäßig auf Masse. Der Schwingkreis enthält also die
Sperrkapazität der Diode D4 und die Parallelschaltung der Induktivitäten 1,17 und
18. Die Kapazitätsdioden und ggf. parallelgeschaltete Zusatzkapazitäten werden meist
so gewählt, daß das LC-Verhältnis des Schwingkreises in allen Frequenzbereichen
näherungsweise konstant ist.
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In Fig. 5a ist ein zweikreisiges Bandfilter dargestellt, das für zwei
Frequenzbereiche, z.B. für Band I und III, bestimmt ist. Die beiden Schwingkreise
und die Bezugszeichen der Bauelemente entsprechen der Schaltungsanordnung nach Fig.
1, die Bezugszeichen des zweiten Kreises sind jedoch durch einen Strich besonders
gekennzeichnet.. Den Eingang des Bandfilters bildet der über eine Koppelkapazität
19 von einem Verstärkerelement T gespeiste Sternpunkt 13. Der Ausgang wird über
eine Klemme 20 mit einer nachfolgenden Verstärkerstufe oder einem Mischer verbunden.
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Fig. 5b zeigt einen zweckmäßigen Aufbau der Schaltungsanordnung nach
Fig. 5a. Die induktive Kopplung.der Bandfilterkreise wird dadurch erreicht, daß
die beiden Induktivitätspaare 1/1' und 2/2' je
auf kemeinsame
Wickelkörper 21,22 aufgebracht sind. Im unteren Frequenzbereich ist nur die Kopplung
zwischen den Induktivitäten 1 und lt wirksam, da die Induktivitäten 2 und 2t mittels
der durchgeschalteten Dioden D2 und D2' kurzgeschlossen sind. Im oberen Frequenzbereich
bestehen Kopplungen zwischen den Induktivitäten 1 und 1' sowie zwischen den Induktivitäten
2 und 2'. Die Induktivitäten 1/1' und 2/2' sind durch Abgleichkerne 23,24 abgleichbar.
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Die Schaltungsanordnung der Fig. 6 entspricht bis auf die Kopplung
der Kreise genau der von Fig. 5a. Hier ist eine Kopplung 25 zwischen Teilen der
im niedersten Frequenzbereich allein wirksamen Induktivitäten 1 und 1' so bemessen,
daß sich durch dieselbe Kopplung 25 in allen Frequenzbereichen näherungsweise die
gleiche Durchlaßbandbreite einstellt, wenn in höheren Frequenzbereichen
weitere
Induktivitäten @(2,2') parallelgeschaltet sind.
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Die beiden Kreise des Bandfilters in der Schaltungsanordnung nach
Fig. 7 entsprechen bis auf die Gleichspannungzzufuhr für die Dioden D1, D1', D2,
D2' jeweils dem Prinzip der Schaltungsanordnung nach Fig. 2. Wie in Fig. 6 sind
auch hier die beiden Bandfilterkreise durch eine für beide Frequenzbereiche gemeinsame
Kopplung 26 verbunden,
die ähnliche Eigenschaften hat, wie die
Kopplung 25 in Fig. b. Eingangsseitig wird dieses Bandfilter über den Stern-Punkt
13 von einem Feldeffekttransistor 27 gespeist, dessen Source-Elektrode 29 über ein
Hochpaß-n-Glied 28 mit anderen Schaltungseinheiten verbunden ist. Anstelle des Feldeffekttransistors
27 kann allgemein auch ein Verstärkerelement Verwendung finden, dessen Steilheit
in allen
der Schaltungsanordnung näherungsweise gleich groß ist.
| Liste der Bezugszeichen |
| 1,2 Induktivitäten |
| 3,4 Trimmerkapaztäten |
| 5,6 Blockkapazitäten |
| 7,8 Anschlußklemmen |
| 9110 Vorwiderstände |
| 11 grq3e Kapazität |
| 12,13 Sternpunkte |
| 14 Schalter |
| 15,16 Verbindungspunkte |
| 17,18 Induktivitäten |
| 19 Koppelkapazität |
| 20 Klemme |
| 21,22 Wickelkörper |
| 23,24 Abgleichkerne |
| 25,26 - Kopplungen |
| 27 Feldeffekttransistor |
| 28 Hochpaß-n-Glied |
| Dl, Dl', D2, D2' Kapazitätsdioden |
| D3, D4 |
| T V,erstärkerelement |
| Dr Drossel |
| a,b Schaltstellungen |