DE505915C - Abstimmbarer neutrodynisierter Hochfrequenzroehrenverstaerker - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein abstimmbarer, neutrodynisierter Hochfrequenzröhrenverstärker. Bekanntlich dient die Neutrodynisierung zur Xeutralisierung der Kopplungskapazitäten zwischen Gitter und Anode jeder Vakuumröhre. Da diese Kopplungskapazitäten bei den einzelnen Röhren infolge bei der Herstellung unvermeidlich auftretender Verschiedenheiten stets etwas voneinander abweichen, läßt sich die Neutrodynisierung bei Massenherstellung nicht vollkommen durchführen, vielmehr kann man damit nur bis zu einer gewissen Grenze gehen, so daß für die Verstärkung in jeder Stufe eine be-

ig stimmte Höchstschranke vorhanden ist, deren Überschreitung sich nicht empfiehlt. Diese höchstzulässige A^erstärkung ist bei der größten Frequenz des in Frage kommenden Frequenzbereiches, z.B. bei 1500 K.Hertz am kleinsten und nimmt bei niedrigen Frequenzen, also herunter bis zu etwa 500 K. Hertz allmählich zu. Theorie und Versuch zeigen, daß die Verstärkung der Quadratwurzel aus der Frequenz umgekehrt proportional ist, wenn für die Kopplungskapazität der Vakuumröhre eine angemessene Toleranz bei der Herstellung zulässig bleiben soll.

Wegen der geschilderten Verhältnisse eignen sich Kopplungstransformatoren der üblichen Bauart nicht zur Verwendung in dem genannten Verstärker, denn bei derartigen Transformatoren ist die wirkliche Verstärkung pro Stufe bei niedrigen Frequenzen \^riel kleiner als bei hohen. Es ist daher mehrfach versucht worden, die Ver-Stärkungslinien in Transformatoren so zu ändern, daß die Verstärkung bei niedriger Frequenz zunimmt, ohne daß zugleich die Verstärkung bei hoher Frequenz steigt. Die bisher vorgeschlagenen Mittel haben jedoch den Nachteil, die .Selektivität des Verstärkers bei hohen Frequenzen wesentlich herabzusetzen.

Die vorliegende Erfindung vermeidet diesen Nachteil und besteht darin, daß zum Zweck der Erzielung des höchstmöglichen Verstärkungsgrades für alle Frequenzen eine zwangsläufige mechanische Kopplung zwischen den zur Veränderung der Frequenz der sekundären Transformatorinduktivität und der Spannungsverstärkung der Transformatorenkopplung dienenden Einrichtungen benutzt wird. Eine zwangsläufige mechanische Kopplung der zur Änderung der Frequenz und der Spannungsverstärkung dienenden Einrichtungen ist zwar an sich bereits bekannt, sie ist jedoch bisher nur dazu verwendet worden, eine gleichmäßige Energieübertragung oder eine konstante Nutzdämpfung bei Detektorapparaten zu erzielen. Daß eine zwangs-

läufig gekoppelte Änderung der Frequenz der sekundären Transformatoreninduktivität und der Spannungsverstärkung dazu geeignet ist, bei abstimmbaren, neutrodynisierten Hoch-S frequenzverstärkern den höchstmöglichen Verstärkungsgrad für alle Frequenzen zu erzielen, ist bisher nicht bekannt geworden.

An sich gibt es. zahlreiche Möglichkeiten, die Erfindung praktisch auszuführen. Besonl'o ders zweckmäßig ist es, jeden Radiofrequenztransformator in an sich bekannter Weise mit einem beweglichen Metallschirm aus nicht magnetischem Metall von hoher Leitfähigkeit zu versehen, der aus zwei zylindrischen, becherförmigen, gleichachsig ineinander angeordneten Teilen besteht. Der größere Becher umhüllt in veränderlichem Maße die äußere Wicklung, d. h. die sekundäre, während der kleinere Becher axial in der inneren, d. h. der Primärwicklung, sich verschiebt, wobei sowohl die sekundäre Selbstinduktivität wie auch die gegenseitige Induktivität, und zwar jede in dem beabsichtigten Maße, geändert werden. Die Transformatoren werden zweckmäßig so bemessen, daß man bei der niedrigsten Arbeitsfrequenz die höchstzulässige Verstärkung pro Stufe erhält, ein Wert, der erheblich über der zulässigen Verstärkung bei der höchsten Arbeitsfrequenz liegt. Der Antrieb für die Becher wird so eingerichtet, daß sie den Transformator um so stärker abschirmen, je höher die Arbeitsfrequenz steigt, so daß die Verstärkung jeweils auf den passenden Wert herabgedrückt wird. Erfmdungsgemäß erfolgt die Bewegung des Metallschirmes zwangsläufig zugleich mit der Verstellung der zur Änderung der Frequenz dienenden Einrichtung, z. B. eines Kondensators, mit einem festen und einem beweglichen Plattensatz.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung dargestellt.

Abb. ι ist ein Querschnitt durch ein Koppelelement, bestehend aus Radiofrequenztransformator mit zugehörigen Metallschirmen, einem einstellbaren Abstimmkondensator und einem Neutralisierungskondensator, die alle in einem Blechgehäuse sitzen. Abb. 2 ist eine Ansicht der gleichen Teile vom gleichen Standpunkt wie Abb. 1 gesehen. Abb. 3 ist ein teilweiser Grundriß längs Linie 3-3 der Abb. 1 gegen die Vorderfläche des Empfängers gesehen. Diese Abbildung zeigt den Antrieb für die Schirm- und Ab-Stimmkondensatoren.

Abb. 4 ist ein Schnitt längs der Linie 4-4 der Abb. 1.

Abb. 5 ist eine Aufsicht auf eine Kondensatorplatte.

Abb. 6 stellt in Schaulinien Vergleichsbilder von Verstärkungen dar, die bei verschiedenen Frequenzen einerseits mit einem üblichen abgestimmten Verstärker, anderseits mit einem Verstärker nach der Erfindung erreichbar sind.

Abb. 7 ist ein Teil aus einem Schaltungsschema eines neutralisierten Radiofrequenzverstärkers, bei dem die Erfindung Anwendung findet.

In Abb. ι und 2 ist als Beispiel der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Schnitt und Ansicht ein Radiofrequenztransformator mit seinen becherförmigen Metallschirmen, zusammen mit einem Abstimmkondensator, sowie einem Neutralisierungskondensator dargestellt. Der Transformator an und für sich besteht aus zwei gleichachsigen Rohren 1 und 2 aus Isolierstoff, z. B. Formica. Rohr ι ist innerhalb des Rohres 2 angeordnet und ist an diesem unter Zwischenschaltung eines Abstandringes 3 mit Bolzen 4 befestigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist auf das Rohr 1 außer der Primärwicklung noch die Neutralisierungswicklung von gleicher Windungszahl aufgewickelt. Die Windüngen der Primär- und der Neutralisierungswicklung wechseln miteinander ab. Die Sekundärwicklung ist auf das Rohr 2 aufgebracht. Der Metallschirm 5 besteht aus zwei koaxialen, zylindrischen, becherförmigen Tei- go len 6 und 7. Die beiden Becher sind miteinander fest verbunden. Der Abstimmkondensator besteht aus zwei identischen Teilen, dem festen Plattensatz 8 und dem beweglichen Satz 9. Jeder dieser Teile hat, wie dargestellt, vier Platten. Die Platten des einen Satzes greifen zwischen die des anderen Satzes. Der bewegliche Satz ist mit Hilfe eines isolierenden Zwischenstückes 10 fest mit dem Schirm 5 verbunden. Der Schirm 5 samt der beweglichen Kondensatorhälfte 9 kann in der Achsenrichtung des Transformators verschoben werden. Wenn sich die Platten des Abstimmkondensators einander nähern — die Kapazität des Kondensators also zunimmt — bewegt sich also der Schirm 5 nach rechts gemäß Abb. 2, wodurch er auf Verkleinerung des magnetischen Feldes des Transformators hinwirkt und eine Ver- „ mehrung sowohl der Sekundär-Selbstinduk- no tion als auch der gegenseitigen Induktion herbeiführt. Wenn der Becher 6 die Sekundärwicklung so weit wie möglich umgreift, ist der magnetische Widerstand im Feld ein Maximum, die sekundäre Selbstinduktion demnach ein Minimum. Entsprechend vermindert sich die gegenseitige Induktion zwischen Primär- und Sekundärwicklung, wenn der Becher 7 in engere Beziehung zu den Primärwindungen tritt, d. h. wenn er sich im Fall der Abb. 1 nach links bewegt. Wenn sich auch die beiden Schirme in ihren Wir-

klingen unterstützen, so beeinflußt doch der äußere, 6, hauptsächlich die sekundäre Selbstinduktion und der innere, 7, die gegenseitige Induktion. Bei den Maßverhältnissen der Abb. ι — für die genaue Maße noch folgen — ändert sich die gegenseitige Induktion schneller als die Sekundär-Selbstinduktion, wodurch sich die gewünschte Änderung des Übersetzungsverhältnisses ergibt. Die dargestellte Anordnung mit den beiden gleichachsigen Bechern stellt zwar die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar, es lassen sich jedoch ähnliche, wenn auch weniger vollkommene Ergebnisse erzielen, wenn man einen der Becher 6 oder 7 wegläßt. Da die Aufgabe der Schirme nur darin besteht, den magnetischen Widerstand des Feldes zu ändern, so kann natürlich der Schirm oder die Schirme zahlreiche andere Formen annehmen als die beispielsweise hier dargestellte.

In den Abb. 1 und 2 gehört zu dem Abstimmkondensator auch ein biegsamer, leitender Teil 11, welcher als die eine Platte eines Neutralisierungskondensators dient. Diese biegsame Platte kann mittels der Stellschraube 12 der benachbarten festen Platte des festen Plattensatzes 8 mehr oder weniger genähert werden. Die Kapazität zwischen dem Teil 11 und dem festen Satz des Abstimmkondensators kann so auf den für eine gute Neutralisierung passenden Wert eingestellt werden. Um die Darstellung klar zu halten, ist in den Abb. 1 und 2 der Antrieb für die Ab-Stimmkondensatoren und die Schirme weggelassen. Ein für diesen Zweck geeignetes Getriebe ist in den Abb. 3 und 4 dargestellt. Das in Abb. 3 und 4 dargestellte Getriebe verkörpert jedoch nur einen der zahlreichen verschiedenen Wege, auf denen das gleiche Ergebnis zu erhalten ist, und die Erfindung beschränkt sich keinesfalls auf irgendein besonderes Getriebe zur Einstellung der Abstimmkondensatoren und der Schirme.

Das Getriebe in den Abb. 3 und 4 ist für gleichzeitige Einstellung zweier Sätze von Abstimmkondensatoren und Schirmen eingerichtet. Natürlich kann es auch für eine beliebige Anzahl von Verstärkungsstufen eingerichtet werden.

Die Abb. 3 und 4 stellen Ansichten in den Ebenen 3-3 und 4-4 der Abb. 1 in etwas verkleinertem Maßstab dar. Wie schon gesagt, ist das im folgenden beschriebene Getriebe nach Abb. 3 und 4 in den Abb. 1 und 2 der Übersicht wegen weggelassen. Gemäß Abb. 3 sitzt der (nicht dargestellte) Einstellknopf auf einer Welle 13, die ein Ritzel 14 trägt, welches in einen auf der Welle 16 befestigten

Zahnquadranten 15 eingreift.

An der Bewegung des Quadranten 15 nimmt die an diesem befestigte Skala 15" teil. An der Welle 16 ist ein aus Zweckmäßigkeitsgründen winkelförmig gestalteter Hebel 17 befestigt, so daß er sich mit ihr dreht. An den Hebel 17 ist ein Lenker 18 angelenkt, der an dem (auch in den Abb. 1 und 2 dargestellten) Stück 10 angreift. Da an diesem Stück 10 sowohl die Schirme 5 als auch die bewegliche Kondensatorhälfte 9 befestigt ist, so bewegen sich natürlich alle diese Teile gemeinsam bei einer Drehung des Abstimmknopfes in der Achsenrichtung des Transformators. Gemäß Abb. 2 und 4 sind die Stücke 10 auf einem Schlitten 19 befestigt. Dieser hat, um in einfacher Weise genügende Steifigkeit zu erreichen, Winkelquerschnitt und liegt auf Unterstützungen, die ihm nur eine Längsbewegung ermöglichen. In Abb. 4 ist der Abstimmkondensator teilweise weggebrochen, damit die gelenkige Verbindung des Lenkers 18 mit dem Tragstück 10 ausgezogen dargestellt werden konnte.

Wie vorstehend erläutert, werden die beiden in Abb. 4 dargestellten Kondensatoren und Schirme von demselben Abstimmknopf bedient, und man kann noch beliebig viel Sätze von Kondensatoren und Schirmen hinzufügen und ebenfalls gemeinsam bedienen. Drei Stufen abgestimmter Radiofrequenzverstärkung haben sich als sehr zweckmäßig erwiesen.

Übrigens bringt die vorliegende Erfindung große Vorteile für eine Sicherheitsreglung mit sich. Das kommt daher, daß die Abstimmkondensatoren im Vergleich zu den sonst in den gewöhnlichen Rundfunkempfängern üblichen, nur kleine Kapazität haben. Der Grund, weshalb man mit einem äußerst kleinen Abstimmkondensator ein breites Frequenzband decken kann, liegt darin, daß die Ab-Stimmung durch gleichzeitige Veränderung der sekundären Selbstinduktion und der Abstimmkapazität bewirkt wird. Da die Abstimmkondensatoren eine ungewöhnlich kleine Maximalkapazität haben können, kann man ohne übermäßigen Raumaufwand die Platten stärker machen und in größeren' Abstand setzen. Daher kann man bei der Herstellung von Kondensatoren eine wesentlich größere Genauigkeit erreichen und die Abstimmung mehrerer Verstärkungsstufen mittels Einheitsreglung läßt sich daher mit größerer Genauigkeit bzw. geringerer Schwierigkeit durchführen.

Es folgen jetzt die Maßangaben für den u₅ Transformator, den Schirm und den Abstimmkondensator des in Abb. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels. Das Rohr 1 aus natürlichem Formica hat 36 mm Außendurchmesser, 75 mm Länge und 0,75 mm Dicke. Auf dieses Rohr ist eine Primärspule und eine Neutralisierungsspule gewickelt. Die Win-

düngen dieser Spulen wechseln miteinander ab und jede hat 36 Windungen aus doppelt seidenumsponnenem Kupferdraht Nr. 38, 16 Doppelwindungen auf 24 mm. Die Röhre 2 ist aus gleichem Stoff, hat 54 mm Außendurchmesser, 81 mm Länge und 1,5 mm Dicke. Auf dieses Rohr ist eine Sekundärspule aus 120 Windungen emaillierten Kupferdrahtes Nr. 26 mit 40 Windungen auf 20 mm ίο gewickelt. Der einen Teil des Metallschirmes bildende Becher 6 besteht aus Kupferblech von 0,75 ^mm Dicke. Das in Abb. 1 eingetragene Maß A beträgt 64 mm und das Maß B 70 mm. Der Becher 7 besteht auch aus Kupferblech von 0,75 mm Dicke. Das Maß C beträgt 63 mm und D beträgt 36 mm. Bei diesen Abmessungen ist das übersetzungsverhältnis des Transformators bei allen Frequenzen wesentlich höher als dasjenige, welches die größte Verstärkung ergibt, oder mit anderen Worten, die Eingangsleitfähigkeit bei Resonanz ist wesentlich höher als die Anodenleitfähigkeit der vorangehenden Vakuumröhre, und zwar zur Vergrößerung der Wahlfähigkeit und der Stabilität.

Die Hälften 8 und 9 des Abstimmkondensators, von denen die eine fest und die andere beweglich ist, sind identisch, jede besteht aus vier Aluminiumplatten von 0,75 mm Dicke in 4,5 mm Abstand. Eine Ansicht einer Kondensatorplatte ist in Abb. 5 dargestellt. Die in Abb. 5 eingetragenen Maße sind die folgenden:

E = 84 mm, F = 60 mm,

G = 24 mm,

H = 24 mm,

/ = 18 mm,

/C= 18 mm.

Diese Abmessungen sind dem Kondensator gegeben worden, um Abstimmcharakteristiken zu erhalten, die ungefähr in der Mitte zwisehen linearer Frequenzänderung und linearer Wellenlängeänderung liegen. Der Zweck dieser Maßnahme ist, bei allen Einstellungen der Abstimmskala annähernd die gleiche scheinbare Einstellschärfe zu erhalten. Die Erfindung ist jedoch durchaus nicht auf eine besondere Form von Abstimmkondensatoren beschränkt.

Die Kurve B in Abb. 6 zeigt die Ergebnisse, die mit Transformatoren, Schirmen und Kondensatoren der oben angegebenen Abmessungen und in der Ausführungsform nach Abb. 1 und 2 in einem Mehrstufenverstärker mit Röhren von der Type 201—^A mit einem Verstärkungsfaktor von ungefähr 8 tatsächlich erhalten worden sind. Die Kurve A auf dem Kurvenblatt zeigt die berechneten höchsten zulässigen Verstärkungen bei allen Frequenzen zwischen ungefähr 550 K. Hertz und 1550 K.Hertz. Nach der der Kurve A zugrunde liegenden Theorie sollte die Verstärkung sich umgekehrt verhalten wie die Quadratwurzel aus der Frequenz, damit man mit Rücksicht auf die kapazitive Anoden-Gitterkopplung noch eine praktisch erreichbare Ausführungstoleranz zulassen kann. Die Rechnung wird durch die Versuche gut bestätigt. Man sieht, daß die Kurve B sich der Form der Kurve A dicht anschließt, also eine Verstärkung darstellt, die sich umgekehrt mit der Quadratwurzel der Frequenz ändert. Bei der Berechnung der Kurve A für die verschiedenen Frequenzen wurde eine Toleranz in der Röhrenkapazität von 0,5 Mikromikorfarad angenommen. Diese Toleranz stellt die zulässige Herstellungsgenauigkeit der inneren Kapazität zwischen Anode und Gitter dar. Gerade diese unvermeidbare Abweichung übt den größten Einfluß auf die Begrenzung der zulässigen Verstärkung aus. Die Kurve_C in Abb. 6 zeigt die Radiofrequenzverstärkung, die man in einem guten neutralisierten Empfänger mit Radiofrequenztransformatoren der allgemeinen Form nach Abb. 1, aber ohne metallische Schirme oder ähnliche Mittel zum gleichen Zweck erreichen kann. Aus der _go Kurve C geht hervor, daß die Verstärkung am oberen Ende des Frequenzbandes erheblich größer ist als die am unteren Ende des Frequenzbandes. Aus dem Vergleich der Kurve C mit der Kurve A ersieht man auch, daß die Verstärkung bei kleiner Frequenz viel kleiner ist als die zulässige Verstärkung, während sie bei hoher Frequenz den zulässigen Verstärkungsgrad annähernd erreicht.

Die Kurve B zeigt, wie die erhebliche Abweichung zwischen zulässiger Verstärkung und tatsächlicher Verstärkung bei niedriger Frequenz und sogar über fast den ganzen Frequenzbereich mit Ausnahme der Stelle am oberen Ende durch die beschriebenen Metalischirme korrigiert= worden ist.

Die als bevorzugte Ausführungsform beschriebene Verkörperung des Erfindungsgedankens läßt sich im Radiofrequenzteil eines neutralisierten Rundfunkempfängers n₀ verwenden. Ein Teil einer solchen Schaltung ist schematisch in Abb. 7 dargestellt. Diese Abbildung zeigt schematisch zwei Stufen eines neutralisierten Radiofrequenzverstärkers, dessen austretender Strom durch eine oder mehrere weitere Radiofrequenzverstärkungsstufen und dann zu einem Detektor geführt werden kann oder der auch unmittelbar zu einem Detektor und von da zu einem Audiofrequenzverstärker geführt werden kann.

In Abb. 7 sind die Röhrenverstärker 20 und 21 über einen Radiofrequenztransfor-

mator, der aus einem Transformator nach Abb. ι und 2 bestehen soll, in Kaskade geschaltet. Die Primärwindung 23 und die Xeutralisierungswindung 24 dieses Transformators sind mit versetzten Windungen auf die gleiche Röhre gewickelt, wie im Zusammenhang mit der Abb. 1 beschrieben ist, und sollen vollständig identisch sein. Ein Ende der Neutralisierungsspule 24 ist an den Neu-

to tralisierungskondensator 25 angeschlossen, dessen andere Klemme mit dem Gitter der Röhre 20 verbunden ist. Dies ist eine Anwendungsform der bekannten Neutralisierung nach Hazeltine. Die Sekundärwicklung 26 des Transformators 22, Abb. 7, kann so sein, wie sie gelegentlich der Beschreibung der Abb. ι geschildert ist. Der Abstimmkondensator 27 kann identisch mit den in Abb. 1, 2 und 5 dargestellten sein. Der Transformator 28, der die Ausgangsseite der Röhre 21 mit der nächstfolgenden (nicht dargestellten) Röhre koppelt, kann identisch mit dem Transformator 22 sein und die Abstimmkondensatoren 29 können identisch mit dem Kondensator 2¹J sein. Ebenso kann der Xeutralisierungskondensator 30 nach Abb. 1 ausgeführt sein, in der der biegsame Teil 11 eine Platte eines Xeutralisierungskondensators darstellt, dessen andere Platte von dem unbeweglichen Teil des Abstimmkondensators gebildet wird.

Die Erfindung ist an neutralisierten Verstärkern nach Art der Abb. 7 entwickelt und ist auch für diese Art der Neutralisierung vorzugsweise geeignet, kann aber mit Vorteil auch im Zusammenhang mit anderen Einrichtungen zur Xeutralisierung und Schwingungsunterdrückung verwandt werden.

Claims (4)

1. Patentansprüche:
   I.AbstimmbarerneutrodynisierterHochfrequenzröhrenverstärker, gekennzeichnet durch eine zwangsläufige mechanische Kopplung zwischen den zur Änderung der Frequenz, zur Änderung der sekundären Transformatorinduktivität und zur Änderung der gegenseitigen Induktivität der Transformatorenkopplung dienenden Einrichtungen, derart, daß für alle Frequenzen der höchstmögliche Verstärkungsgrad erzielt wird.
2. 2. Hochfrequenzverstärker nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung der mechanischen Kopplung, daß mit steigender Abstimmungsfrequenz die Verstärkung abnimmt, und zwar vorzugsweise umgekehrt proportional der Quadratwurzel aus der Frequenz.
3. 3. Abstimmbarer Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei becherförmige Schinne, die sich in an sich bekannter Weise in die innere — primäre — Wicklung und um die äußere —■ sekundäre — Wicklung des Koppeltransformators schieben können und mit dem beweglichen Plattensatz des Abstimmkondensators in solcher Weise fest verbunden sind, daß die Schinne um so tiefer in den Transformator eindringen, je weniger die Plattensätze ineinander eingreifen.
4. 4. Vielstufiger abstimmbarer Hochfrequenzverstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Primärspule eine Xeutralisierungsspule zusammengewickelt ist, so daß die Induktanz der Xeutralisierungsspule und der Primärspule sich gleichzeitig in gleichem Sinne ändern.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen