DE514965C - Mit Primaerspule, Sekundaerspule und Hilfsspule versehener Kopplungstransformator fuer Neutrodynschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich, auf Wellenfernmeldeeinrichtungen, insbesondere auf Hochfrequenzempfänger mit Hochfrequenzverstärkung, und bezweckt, eine praktisch vollkommene Neutralisierung der Kapazitätskopplung in Vakuumröhren unter bestimmten Umständen herbeizuführen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die zwischen Gitter und Anode einer Röhre und den mit ihnen verbundenen Apparaten auftretende Kapazitätskopplung dadurch auszugleichen, daß man eine Hilfsspule und einen Neutralisierungskondensator in Reihe zwischen das Gitter und den Heizkreis schaltet, wobei die Neutralisierungsspule mit einer zwischen Anode und Heizkreis liegenden Primärspule gekoppelt ist.

Im allgemeinen muß für eine vollkommene Neutralisierung die Kopplung zwischen der Hilfsspule und der Primärspule so eng sein, daß sie praktisch wie eine ideale Kopplung, d.h. eine solche mit dem Kopplungskoeffizienten I, wirkt. Nun gibt es Fälle, in denen die Kopplung notwendigerweise oder freiwillig loser gemacht wird, so daß sie nicht mehr wie eine ideale Kopplung wirkt und eine unvollständige Neutralisierung entsteht. Beispielsweise kann es bei verhältnismäßig niedriger Frequenz wünschenswert sein, Spulen zu benutzen, deren Windungen gebündelt oder in Spinnwebform gelegt sind oder die je auf einem besonderen Traggestell sitzen, was alles im physikalischen Sinne eine Trennung der Spulen bedeutet. Bei sehr hohen Frequenzen wird auch die Reaktanz der Leitungen, selbst wenn sie so kurz wie möglich gemacht werden, merklich, und auch dies führt zu einer Lockerung der Kopplung zwischen den Spulen. Die Erfindung gründet sich auf die Feststellung, daß eine praktisch vollständige Neutralisierung bei allen Frequenzen des Arbeitsbereiches des Verstärkers erreicht werden kann, sofern nur ein bestimmtes Verhältnis zwischen den Kopplungskoeffizienten der Hilfsspule, der Primärspule und der abgestimmten Sekundärspule eingehalten wird.

In den Zeichnungen stellen dar:

Abb. ι das Schaltungsschema eines Radioempfängers mit mehrstufiger Radiofrequenzverstärkung, dessen Spulen gemäß der Erfindung angeordnet sind,

Abb. 2 den Bau eines Radiofrequenzverstärkungstransformators, dessen Spulen gemäß der Erfindung angeordnet sind und der für einen Radiofreqüenzverstärker mit mäßiger Frequenz von der Größenanordnung 100 000 Hertz nach Abb. 1 geeignet ist.

Der Empfänger nach Abb. 1, der nur ein Beispiel für die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung geben soll, setzt ein Relais in Tatigkeit, dessen Arbeitstakt den Impulsen eines Radiotelegraphensystems entspricht. Die von

der Antenne aufgenommenen Impulse werden als Hochfrequenz durch die Vakuumröhren A₁, A₂ mit ihren abgestimmten Transformatorkreisen verstärkt, werden durch die Detektorröhre D in Niederfrequenz verwandelt, dann als solche nochmals nach dem Reflexprinzip verstärkt durch A₁ und A₂ und werden schließlich durch die Vakuumröhre A_r nochmals verstärkt und dem Relais zugeführt, ίο Die unerwünschten Rückkopplungen zwischen den verschiedenen Stufen werden durch Metallgehäuse für jede Stufe und durch Reihenschlußwiderstände jRp, /?_g oder eine Impedanz Lpd und durch Nebenschlußkapazitäten Cp, Cg, Cpd,C'pd und C_a in den Leitungen herabgesetzt, hauptsächlich aber durch die Neutralisierungsschalteng, zu der Spulen L_ni, Lp₁, Ls₁ und ein Kondensator C_nl in der einen Stufe und Spulen L₁₁₂, L_p2, L_s2 nebst einem Kondensator C_n2 in der anderen Stufe gehören.

Der Verwendungszweck des Empfängers nach Abb. 1 erfordert Hochfrequenz von verhältnismäßig niedriger Schwingungszahl, bei denen die (in Rundfunkempfängern übliche) Art der einlagigen Sekundärwicklung vorteilhaft durch eine mehrlagige Spule L_s ersetzt wird und wo die Primärspule L_p und die HilfsspuleZ.« Scheibenform haben und dicht zusammenliegen, gemäß Abb. 2, in der die Bezugszeichen L_n, Lp, Ls entweder als die Teile Ln₁, L_P1 und Ls₁ oder als die Teilje Ln₂, Lp₂, L_s2 der Abb. 1 aufzufassen sind. Bei dieser Anordnung ist es, wie bereits erwähnt, schwierig, die verlangte außerordentlich enge Kopplung zwischen L_n und L_p aufrechtzuerten. Es hat sich aber gezeigt, daß der Kopplungskoeffizient zwischen L_n und L_p nicht praktisch gleich 1 zu sein braucht, wenn der Kopplungskoeffizient zwischen L_n und der Sekundärspule Ls gleich dem Produkt des Kopplungskoeffizienten zwischen L_n und L_p und des Kopplungskoeffizienten zwischen L_p und L_s ist. Diese Bedingung läßt sich dadurch erfüllen, daß man, gemäß Abb. 2, L_p zwischen L_n und L_s legt. Am besten ist es jedoch, die Kopplung zwischen L_n und L_p soweit wie möglich gleich ι zu machen; denn je näher sie dem Wert 1 kommt, um so leichter läßt sich die eben angegebene Beziehung zwischen den Kopplungskoeffizienten erreichen.

Die theoretische Erklärung für die eben festgelegte Beziehung zwischen den Kopplungskoeffizienten ist folgende: Um den richtigen Wert der Neutralisierungskapazität Cn₁ oder Cn₂ zu bestimmen, schaltet man gewöhnlich nach der obenerwähnten Erfindung die Fadenheizung der neutralisierten Vakuumröhre .A₁ oder A₂ aus, während man die Fäden der anderen Vakuumröhren geheizt läßt, stellt dann auf ein starkes Signal ein und stellt die Neutralisierungskapazität ein, bis das Zeichen verschwindet. Bei enger Kopplung zwischen L_n und L_p besteht dann die Beziehung

£mL = 1*1L, (χ)

C_n Np'

wo Cgp die Gitter-Anoden-Kopplungskapazität ist, C_n die Neutralisierungskapazität und N_n und Np die Windungszahl der Spulen L_n und L_p (alles auf die zu neutralisierende Stufe bezogen). Wenn die Kopplung nicht sehr eng ist, so ergibt das obige Verfahren die folgende Beziehung:

C_n

Lps

(2)

wo L„s die gegenseitige Induktanz zwischen L_n und L₃ und L_ps die gegenseitige Induktanz zwischen L_p und L_s ist. Gleichung 2 geht natürlich für sehr enge Kopplung in Gleichung ι über, da in den Ausdrücken für die gegenseitigen Induktanzen L_ns und L_ps alle Faktoren bis auf N_n und N_p identisch werden.

Wenn jetzt der Faden geheizt wird, fließt außer den vorher schon erwähnten Strömen der verstärkte Anodenstrom. Dieser Strom fließt durch die Spule L„ und ruft in dieser eine Selbstinduktionsspannung proportional der Selbstinduktanz L_p hervor und in Spule L_n eine Spannung, die proportional ist der gegenseitigen Induktanz L_np zwischen L_n und Lp. Wenn immer noch Ausgleich bestehen soll, müssen diese Spannungen gleiche (und selbstverständlich entgegengesetzte) zusätzliche Ströme durch C_gp und C_n hervorrufen. Da die Ströme den Kapazitäten proportional sind, so müssen diese den betreffenden Spannungen umgekehrt proportional sein, also

ⁿ T

¹¹P /o\

C_n — L_p

und zusammen mit Gleichung 2 *-ms _^_ i-fip

(4)

■ps

Nun ist der Kopplungskoeffizient k zwischen zwei Spulen definiert als der Quotient aus der gegenseitigen Induktanz und der Quadratwurzel des Produktes der Selbstinduktionen. Setzt man für alle gegenseitigen Induktanzen in Gleichung 4 diese Beziehungen ein, so erhält man:

"Hs · γ L_n · L_s k_np ' γ L_n · Lp

^<5)

die sich zu der oben angegebenen Beziehung:

Ri ' ti " /2 (öl

vereinfacht.

In der Praxis ist es nicht notwendig, die Neutralisierung so weit zu treiben, daß sie genau der Gleichung 6 entspricht. Es kann schon genügen, L_p zwischen L_n und L_s anzuordnen, denn dadurch wird jedenfalls k_ns kleiner als k_np und k_ps, wie dies erforderlich ist, da alle k kleiner als ι sind. Wenn insbesondere L_n und L_n dicht zusammenliegen, ist k_np nahezu ι und k_ns nur wenig kleiner

ίο als k_ps; das ergibt von selber eine gute Annäherung an die Bedingung 6 und bestätigt, daß es vorteilhaft ist, die Kopplung zwischen L_n und L_Pl wie oben erwähnt, möglichst gleich ι zu machen.

In der obigen Ableitung sind die in den Streuselbstinduktionen der Spulen L_n und L_p durch die Kapazitätsströme hervorgerufenen Spannungen nicht berücksichtigt. Die Betrachtung der Kapazitätsströme in L_p führt

ίο jedoch zum gleichen Ergebnis wie oben, da die Ableitung für alle Ströme in L„ gilt. Der einzige Fehler bei der Neutralisierung ist also der durch den Kapazitätsstrom in der Streuselbstinduktion von L_n hervorgerufene, und dieser Fehler äußert sich theoretisch in einer nicht vollständigen Neutralisierung bei Frequenzen, die von der Einstellungsfrequenz für C_n abweichen. Da die mit L_n verbundene, aus der natürlichen Kapazität, vermehrt um C_n, bestehende Kapazität gewöhnlich sehr klein ist, und da die Streuselbstinduktion durch sehr enge Kopplung so klein wie möglich gehalten wird, läßt sich zeigen, daß dieser Fehler ganz unwesentlich ist. Die Beziehungen 2 und 6 ergeben daher unter allen praktischen Bedingungen im wesentlichen vollkommenen Ausgleich.

Ein geeignetes Versuchsverfahren, um die beiden für vollständige Neutralisierung erforderlichen Verhältnisse aufzufinden, ist folgendes: Die Fadenheizung der zu neutralisierenden Röhre wird abgestellt, und eine starke Zeichenspannung wird zwischen Gitter und Faden aufgedrückt. Die Neutralisierungskapazität C_n und die Spulenkopplungen werden dann geregelt, bis sowohl bei abgestimmtem wie bei nichtabgestimmtem Ausgangskreis keine Signalspannung mehr zwischen Anode und Faden auftritt; das Fehlen der Signalspannung kann in der üblichen Weise durch die Nullstellung eines zwischen Anode und Faden der zu neutralisierenden Vakuumröhre geschalteten Vakuumröhrenvoltmeters nachgewiesen werden.

Die Erfindung ist auf jeden Verstärker anwendbar, bei dem die Sekundärspule in einem geschlossenen Wechselstromkreis liegt, gleichgültig, ob dieser abgestimmt ist oder nicht. Wenn der Kreis nicht abgestimmt ist, ändert sich das beschriebene Verfahren nur insofern, als man bei mindestens zwei verschiedenen Impedanzbedingungen im Sekundärkreis einen Ausgleich herbeiführt, z. B. bei offenem Kreis und geschlossenem Kreis.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Mit Primärspule, Sekundärspule und Hilfsspule versehener Kopplungstransformator für Neutrodynschaltungen, bei dem der Kopplungskoeffizient der die Hilfs- und Primärspulen enthaltenden Kreise von eins verschieden ist, gekennzeichnet durch solche Anordnung der Spulen, daß das Verhältnis der gegenseitigen Induktanz zwischen Sekundär- und Hilfsspule zu der gegenseitigen Induktanz zwischen Sekundär- und Primärspule gleich ist dem Verhältnis der gegenseitigen Induktanz zwischen Hilfsspule und Primärspule zu der Selbstinduktanz der Primärspule und zugleich gleich dem Verhältnis der Kopplungskapazität zur Neutralisierungskapazität:

   \ L-sp J-'p Cn 1
2. 2. Mit Primärspule, Sekundärspule und Hilfsspule versehener Kopplungstransformator für Neutrodynschaltungen, bei dem der Kopplungskoeffizient der Kreise von eins verschieden ist, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule räumlich zwischen den beiden anderen Spulen angeordnet ist.
3. 3. Kopplungstransformator nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen als Flachspulen — Hilfsund Primärspule insbesondere als einlagige Flachspule — ausgeführt sind.
4. 4. Neutrodynschaltung mit einem Transformator nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule zwischen Anode und Faden einer Vakuumröhre, die Hilfsspule in Reihe mit einer Ausgleichskapazität zwischen Gitter und Faden und die Sekundärspule in einem geschlossenen Wechselstromkreis liegt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen