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Schaltung zur Steuerung von Wechselströmen, insbesondere. für Hochfrequenz.
Vorliegende Erfindung bezweckt, mit möglichst geringen Mitteln eine Steuerung von
Wechselstrornverbrauchern vorzunehmen, die an irgendeine Wechselstromquelle angeschlossen
sind. Diese Änderungen sollen erfolgen im Takte entweder einer Morsetaste beim Telegraphieren)
oder der Telephonieströme (beim Telephonieren) oder auch im Takte irgendeiner neuen
Periodenzahl, die kleiner oder größer als die Periodenzahl der gegebenen Wechselstromquelle
ist, welche neue Periodenzahl. entweder einer fremden Quelle entnommen wird (Kathodenröhre,
Bogenlampe, Frequenzumformer usw.) oder auch der gegebenen Wechselstroiuquelle selbst
in Form von Oberwellen, die die gegebene Wechselstromquelle hat. Dabei soll die
gegebene Wechselstromquelle selbst von den Spannungs- und Periodenänderungen des
Verbrauchers im wesentlichen möglichst unbeeinflußt bleiben.
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Der Zweck der Erfindung wird. im wesentlichen dadurch erreicht, daß
einerseits parallel zu der primären Seite des die Antenne oder einen Zwischenkreis
speisenden Transformators eine variable Induktanz geschaltet ist (die dazu dient,
die Spannungsamplitude oder die Frequenz zu steuern, und insbesondere als Tast-
und Telephoniedrossel dienen kann) und andererseits zwischen dieser Gruppe und der
Wechselstromquelle eine geeignet bemessene Kapazität geschaltet ist.
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Eine derartige Anordnung ist in der Abb. i beispielsweise veranschaulicht.
M ist die Energiequelle, z. B. ein Generator, V ein zur Speisung der Antenne
A und ihrer Verlängerungsspule L dienender Transformator, z. B. ein gewöhnlicher
Frequenzumforiner mit Gleichstromerregung (die der Einfachheit halber in der Zeichnung
nicht zur Darstellung gebracht ist), L3 ist die zur Steuerung der ganzen Anlage
dienende, nach der Erfindung parallel zur Primärseite von V anzulegende variable
Induktanz, und Cl ist die gleichfalls nach der Erfindung zwischen die Gruppe L"V
und die Energiequelle M zu schaltende Kapazität.
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Es ist von Vorteil, die Kapazität Cl so zu wählen, daß, wenn die Wechselstromquelle
einen induktiven Widerstand enthält, die Resultierende aus diesem und der vorgeschalteten
Kapazität C, für die Grundwelle der Wechselstromquelle einen kapazitiven Widerstand
bildet.
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Eine weitere Verbesserung der obigen Anordnung besteht darin, daß
parallel zur variablen Induktanz L3 eine Kapazität C2 geschaltet ist (s. Abb. ia)
von der Größe, daß die resultierende Induktanz aus der Induktanz L2 des Transformators
V, der variablen Induktanz L3 und dieser Kapazität möglichst groß gemacht werden
kann. Der resultierende induktive Widerstand L,. der drei genannten Zweige ist nämlich
durch den Ausdruck gegeben
wobei co die Grundfrequenz der Wechselstromquelle bedeutet. Zwischen diesem Widerstand
und der Wechselstromquelle M
liegt die Kapazität Cl, die so bemessen
ist, daß
wobei Ll die Induktanz der Wechselstromquelle bedeutet.
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Es ist nun leicht zu ersehen, daß durch die geeignete Wahl der Kapazität
C, die resultierende Induktanz L', aus der Selbstinduktion L2 des Transformators
V und aus der Kapazität C: beliebig groß gemacht werden kann, denn sie ist bekanntlich
gleich-
Nimmt man beispielsweise
so wird L', sogar unendlich groß.
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Setzt man aber diesen Wert von
in Gleichung (z) ein, so erhält man (5) L,. - L3 Man sieht, daß in diesem
extremen Falle L, = L_3 und nur von L3 abhängig ist. Da ferner nach Gleichung (2)
ist, so ist der resultierende Widerstand ein kapazitiver, und die resultierende
Kapazität ist bekanntlich gleich:
Um nun die große Empfindlichkeit der Spannung des Transformators V bei Verän-.:lerung
von L3 bzw. L, zu beweisen, sei "vorausgesetzt, daß der Ohmsche Widerstand von V,
C., und L, im Verhältnis zu dem induktiven Widerstand von L, gering ist. (Diese
Annahme ist zulässig, da wir L,=L3 und L3 beliebig groß machen können.) Dann ist
die Primärspannung EV von V gleich (7) EY- i WL,-wenn i der gesamte
Strom ist. Nun ist:
wenn E die sogenannte innere EMK der Wechselstromquelle bedeutet. Somit ist
Nehmen wir nun den gesamten Widerstand, bestehend aus C, und L" wiederum als einen
kapazitiven an, d. h.
so ist
Aus Gleichung (9) ersieht man daher folgendes Verkleinert man L3, so wird der Nenner
auf der rechten Seite der Gleichung (9) größer, so daß die Spannung EV rasch abnimmt.
Besonders bedeutend ist diese Abnahme, wenn C, positiv ist und im Nenner das Glied
überwiegt, da sich die Differenz der beiden Größen sehr wesentlich ändert.
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Der große Vorteil der Erfindung besteht nun darin, daß die Primärspannung
EV von V, wie oben bewiesen, selbst bei konstantem Wert von E sich stark finit L,
ändert. Somit braucht der Magnetismus der Eisenmassen der Wechselstromquelle selbst
nicht notwendig mit EV zu schwingen. Mit anderen Worten, die zur Änderung von
Ei, nötige Schwingung des Magnetismus wird auf jenen Teil der. Anlage beschränkt,
der verhältnismäßig wenig Eisen besitzt.
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Ferner hat die Einschaltung der Steuerungsinduktanz L3 (ev tl. nebst
dem Parallelkondensator C,) an der primären Seite von h den folgenden Vorteil: aus
Gleichung (9) ist ersichtlich, daß die Spannung EV nur dann gleich Null sein kann,
wenn L, verschwindet. Wäre nun L3 an der Antennenseite angeschlossen, so könnte
die Antennenspannung bzw. der Antennenstrom nur dann verschwinden, wenn L, gleich
Null wäre. Das letztere ist nicht immer möglich: bei den vorher beschriebenen Anordnungen
z. B. kann L_, nie Null werden. Aber das ist bei der Schaltung nach der Erfindung
(d. h. bei der Einschaltung von L, an der Primärseite von V) auch gar nicht unbedingt
notwendig zum -Verschwinden der Antennenspannung. Denn alle auf dem Prinzip der
Eisensättigung gegründeten Frequenzumformer haben die Eigenschaft, daß erst von
einer gewissen primären Spannung Ex an (die man die kritische nennen kann) eine
sekundäre Spannung sich bemerkbar macht.- Eine Primärspannung Ep, die unter dieser
kritischen liegt, erzeugt überhaupt keine Spannung auf der sekundären Seite des
Frequenzumformers. Somit verschwindet in unserem Falle die Antennenspannung, sobald
nur EV kleiner wird als Ex, und die Größe von EV braucht weniger zu schwanken. Man
kann sogar
künstlich die kritische Spannung EK erhöhen, nm mit einer
möglichst geringen Schwankung von Ev auszukommen.
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Die Veränderung von L, zwecks Steuerung der Anlage kann durch sämtliche
bekannten Mittel vorgenommen werden, insbesondere aber ist es vorteilhaft, L, in
bekannter Weise durch Gleichstrom regelbar zu machen (s. Abb. 2, in welcher B eine
Gleichstromquelle, C., ein Blockkondensator und R ein Widerstand ist).
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C4 ist zweckmäßig so zu wählen, elaß sie zusammen mit der mittleren
Induktanz von I_, einen abgestimmten Schwingungskreis in bezug auf die Periodenzahl
der Änderung von R bildet.
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Will man nun die Spannungsänderung von Ev zum Zeichengeben beim. Telegraphieren
benutzen, so nimmt man anstatt oder neben R in bekannter Weise eine Taste, im Falle
aber des Telephonierens ein Mikrophon oder einen Mikrophonverstärker (Kathodenröhre
o. dgl.).
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Um die Wirkung des Gleichstromes zu vergrößern, ist es vorteilhaft
(s. Abb. 3) auf L3 noch eine besondere Kurzschlußwicklung K anzubringen, die auf
eine Kapazität C6 von der Größe geschaltet ist, daß sie wohl einen Kurzschluß für
Ströme doppelter Frequenz bildet, aber keinen für die Telegraphieströme.
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Für ein günstiges Tasten ist es vorteilhaft, wie in Abb. 3 angedeutet,
die Taste 3 nicht hintereinander, sondern parallel zu der Gleichstromwicklung zu
schalten. Ist die Taste 3 geschlossen, so geht kein Gleichstrom durch L3, Ev ist
groß. Öffnet man dagegen den Schalter, so fließt Gleichstrom durch L", und ihre
Induktanz und somit auch die Größe von Ev wird verringert.
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In Abb.4 ist eine ähnliche Anordnung wie Abb.3 für Telephoniere1 dargestellt,
wobei Mi ein Mikrophon oder» einen Mikrophonverstärker, T einen Transformator zwischen
dem Mikrophon und der Steuerungswicklung von L3 und C4 eine Kapazität bedeutet,
die zusammen mit der mittleren Induktanz von L3 einen abgestimmten Schwingungskreis
für die mittlere Periodenzahl der Telephonieströme bedeutet.
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Um die Empfindlichkeit zu vergrößern, ist es vorteilhaft, in bekannter
Weise die Kurzschlußwicklung K mit den anderen Wicklungen von L3 zu vereinigen.
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Eine besonders vorteilhafte Anordnung ist in Abb. 3a dargestellt.
In dieser ist die Kapazität C6 in zwei gleiche Teile zerlegt, und ihr Verbindungspunkt
p, ist mit dem Verbindungspunkt p2 der beiden Hälften von L" verbunden.
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Da in Abb. 3a die Kapazitäten C, parallel zu' C2 liegen, so kann man
sie so bemessen, daß sie gleichzeitig C2 ersetzen., und letztere wird überflüssig
(Abb.3b).
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Taste oder Relais 3 kann man natürlich für kleine Ströme leichter
bauen als für große. Für das Telegraphieren wird man daher bei L3 eine besondere
Gleichstromwicklung mit möglichst vielen Windungen nehmen. Für das Telephonieren
dagegen ist es aus anderen Gründen vorteilhaft, wie auch in Abb.4 gezeigt, einen
Zwischentransformator. T zu nehmen. In diesem Falle kann man eine besondere Gleichstromwicklung
entbehren, indem man zu demselben Zweck die Kurzschlußwicklung der Abb.4 benutzt,
und man erhält die Anordnung Abb. da. Die Kapazitäten C3 und Cö sind hier so bemessen,
daß einerseits für die hochfrequenten Ströme doppelter Frequenz ein Kurzschluß über
C, gebildet ist, und andererseits der ganze Steuerstromkreis für die mittlere Periodenzahl
der Telephonieströme abgestimmt ist. Um möglichst wenig Streuung zwischen den Kurzschlußströmen
und den primären Strömen von L3 zu bekommen, kann man in bekannter Weise (s. Abb.
4b) sämtliche Enden von L3 miteinander verbinden; die Steuerdrossel besitzt dann
die z. B. aus Patent 305 162 (Abb. 2) bekannte Brückenschaltung, bei der
die Anschlußklemmen an die zu steuernde Anlage in dem einen und die Anschlußklemmen
der Kurzschlußströme bzw. der Steuerströme in dem anderen Paar der sich gegenüberliegenden
Ecken des durch die vier Teile der Steuerdrosselwicklung gebildeten Vierecks liegen.
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Die Kapazität C3 bei der Anordnung nach Abb.4a oder 4b kann, statt
zwischen C5 und K, auch zwischen T und C5 angeordnet sein.
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Die vorstehend beschriebenen Anordnungen gestatten eine sehr empfindliche
Steuereng der Spannungsamplitude. Dabei wird ciie Spannungsamplitude im Takte des
Tastens oder der Telephonieströme geändert: die Telephonieströme sind - verglichen
mit der hohen Frequenz des Generators M - von niedriger Frequenz. Da aber die Anordnung
nach der Erfindung in bezug auf die Erregerströme sehr empfindlich ist, so kann
man der Steuerungswicklung (Erregerwicklung) von L3 auch Ströme von hoher Periodenzahl
zuführen. Die Spannung Ev wird dann im Takte dieser Ströme von hoher Periodenzahl
schwingen, und man hat auf diese Weise eine sehr einfache Periodenumformung erreicht.
Ein Ausführungsbeispiel für die Periodenumformung bzw. Steigerung ist in Abb. 5
dargestellt. Diese Abbildung unterscheidet sich von der Abb. 4a nur dadurch, daß
an Stelle des Mikrophontransformators T eine Quelle
von hoher Periodenzahl
-b eingeschaltet ist, und daß hier als Abstimmittel außer C3 und C6 noch die Variometer
L3 und L5 dargestellt sind. Die Abstimmittel sind wiederum so eingestellt, daß einerseits
der ganze Steuerstromkreis (Erregerstromkreis) auf die Frequenz ---6 abgestimmt
ist, damit diese Frequenz sich leicht in K ausbilden kann, und andererseits, daß
ein Kurzschluß über C6, L6 für die doppelte Periodenzahl von ---1 erzeugt wird.
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Die hohe Periodenzahl --#b kann einer fremden Quelle entnommen werden
(Kathodenröhre, Frequenzverdoppler usw.) oder auch der Wechselstromquelle M selbst,
denn sämtliche Wechselstromquellen besitzen bekanntlich Oberwellen. Diese werden
durch Abstimmittel des Erregerkreises in die Wicklung K eingesaugt und erregen unsere
variable Induktanz L3. Man kann auf diese Weise eine Selbsterregung der Anlage von
hoher Periodenzahl erreichen.
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In sämtlichen bis jetzt beschriebenen Anordnungen kann man die variable
Induictanz L, in Reihe mit einer weiteren Kapazität C8 schalten und erst diese Gruppe
parallel zu V legen. Eine prinzipielle Schaltung dieser Art ist in Abb. ib
dargestellt. Dieselbe läßt sich auf alle bisher beschriebenen Anordnungen sinngemäß
übertragen.