DE517078C - Einrichtung zum Regeln der Frequenz eines selbsterregten Elektronenroehren-Generators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Regeln der Frequenz eines selbsterregten Elektronenröhren-Generators für ungedämpfte Schwingungen, deren Frequenz ausschließlich von den elektromagnetischen Konstanten des Schwingungskreises abhängt.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Einrichtung zur Frequenzregelung der Schwingungen eines Generators, bei dem eine Hilfsfrequenz, die praktisch unveränderlich ist, der zu regelnden Frequenz überlagert wird und mit dieser zusammen einen Schwebungsstrom ergibt. Die Erfindung besteht darin, daß der gleichgerichtete Schwebungsstrom die Kreiselemente des Röhrengenerators über elektrische Relais ohne mechanisch bewegte Teile beeinflußt. Der Hilfserzeuger kann eine aus einer Batterie gespeiste und an einen Schwingungskreis angeschlossene Elektronenröhre von vergleichsweise kleinen Abmessungen sein. Sie wird zweckmäßig gegen Fremdfelder abgeschirmt, beispielsweise ins Innere eines Faradaykäfigs gesetzt.

Man kann beispielsweise so verfahren, daß mittels eines ersten Detektors Schwebungen von vergleichsweise tiefliegender Frequenz hervorgebracht werden; diese Schwebungen geben in einem genau oder nahezu abgestimmten Schwingungskreis Veranlassung zum Entstehen einer Wechselspannung, die mit Hilfe eines zweiten Detektors gleichgerichtet wird. Auf diese Weise erhält man einen Gleichstrom, den man benutzen kann, die Sättigung einer eisenhaltigen Induktionsspule zu beeinflussen, die im Stromkreis des Hauptsenders liegt. So stellt man einen geschlossenen Kreislauf her und sieht leicht, daß die gesättigte Induktionsspule einen solchen Wirkwert annimmt, daß die Frequenz der Schwingungen des Hauptsenders um einen gleichbleibenden Betrag von der Frequenz des Hilfssenders abweicht, und da diese unveränderlich ist, wird es jene ebenfalls sein.

Es genügt letzten Endes, mittels einer auf den mit gleichbleibender Frequenz arbeitenden Hilfssender einwirkenden Taste die Frequenz der von ihm erzeugten Ströme zu ändern, um die Frequenz des Hauptsenders ebenfalls um einen gleichbleibenden Betrag zu ändern. Auf diese Weise bewirkt man eine unter der Bezeichnung »Kompensationswelle« bekannt gewordene Tastung des Hauptsenders.

Die Zeichnungen ermöglichen, das Wesen der Erfindung an Hand einiger Schaltschemata zu

erkennen, die einigen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Einrichtung entsprechen.

Im Hauptstromkreis eines nicht gezeichneten Schwingungserzeugers, beispielsweise einer Dreielektrodenröhre, mögen nach dem Schaltschema der Abb. ι eine Induktionsspule i, ein Kondensator 2 und die Hochfrequenz wicklungen 3,3 eisenhaltiger Sättigungsspulen liegen, deren Primärwicklungen mit 4, 4 bezeichnet sind. Diese Primärwicklungen sind so geschaltet, daß die in ihnen induzierten Hochfrequenzspannungen sich aufheben; die zu diesem Zweck zu treffenden Anordnungen sind bekannt.

Im Schwingungskreis des örtlichen Hilfssenders 5 Hegen die Induktionsspulen 6 und 7; durch die Taste 8 kann die Induktionsspule 6 kurzgeschlossen und die Frequenz der Schwingungen des Hilfssenders in. einfacher Weise geändert werden. Gleiches gilt für den Fall des Ersatzes der Induktionsspule 6 durch einen Kondensator.

Der vorzugsweise auf die sich aus dem Hauptsender und dem Hilfssender ergebende mittlere Frequenz abgestimmte Schwingungskreis 9 nimmt sowohl vom Hilfssender 5 als auch von dem in seiner Nähe aufgestellten Hauptsender 1, 2, 3, 3 Energie auf. Mittels der über den überbrückten Kondensator 10 an diesen Schwingungskreis 9 angeschlossenen Dreielektrodenröhre 11

werden die Überlagerungsschwingungen ein erstes Mal gleichgerichtet und so der Primärwicklung 12 eines Transformators zugeführt, dessen Sekundärwicklung dem Schwingungkreis

14 angehört. Die Frequenz dieser Schwingungen liegt vorzugsweise im Hörbereich und ist etwa von derGrößenordnung 5000 Perioden je Sekunde. Ist der Schwingungskreis 13 auf eine höhere Frequenz, beispielsweise auf 6000 Perioden je Sekunde, abgestimmt, dann entwickelt sich an den der Induktionsspule und dem Kondensator gemeinsamen Klemmen eine Wechselspannung, die von neuem mittels der über den überbrückten Kondensator 14 an jene Klemmen angeschlossenen Dreielektrodenröhre 15 gleichgerichtet wird. Im Anodenkreis dieser Röhre

15 liegen nun die Wicklungen 4, 4 der eisenhaltigen Induktionsspulen, und in ihm fließt somit ein pulsierender Gleichstrom, dessen Wirkwert um so höher ist, je näher die Schwebungsfrequenz der Eigenfrequenz des Sehwingungskreises 13 liegt. Der Kondensator 16 hat die Aufgabe, die Schwankungen des Anodenstroms der Röhre 13 zu mindern und weiterhin jede Rückwirkung des Schwingungskreises 1, 2, 3, 3 auf die Röhre 13 zu verhindern. Die den Röhren 11 und 15 gemeinsame Heizstromquelle ist mit 17, die gemeinsame Anodenbatterie mit 18 bezeichnet.

Die Wirkungsweise ergibt sich leicht an Hand eines Zahlenbeispiels. Die Frequenz der ausgesandten Wellen soll 3000000 betragen. Der Hilfssender 5 sei so eingestellt, daß er Schwingungen von der Frequenz 3 005 000 erzeugt; dann wird die Induktivität der Spule 1 so gewählt, daß Schwingungen von der verlangten Frequenz 3 000 000 entstehen. Bei geeigneter Bemessung der Dämpfung des Schwingungskreises 17 fließt bei dieser Einstellung ein Mittelwert des Gleichstroms durch die Wicklungen 4, 4, jedoch bleibt ein Spielraum zu beiden Seiten vorbehalten.

Hat aus beliebiger Ursache die Frequenz des Hauptsenders die Neigung, anzuwachsen, dann haben im betrachteten Beispiel die Schwebungsfrequenz, die Stromstärke im Schwingungskreis 13 und der von der Röhre 15 gelieferte Gleichstrom das Bestreben, abzunehmen. Die Abnahme dieses Gleichstroms bedingt eine Minderung der Sättigung der einander zugeordneten eisenhaltigen Induktionsspulen, deren Wirkwert also kleiner wird. Das aber wirkt der' Neigung der Frequenz im Hauptsender, anzuwachsen, unmittelbar entgegen, und unterdrückt von vornherein das Änderungsbestreben. Hat die Frequenz im Hauptsender Neigung, zu sinken, dann gilt sinngemäß das Umgekehrte. Da keinerlei mechanische Trägheit zu überwinden ist und sich überdies die Zeitkonstanten der verschiedenen Stromkreise sehr klein halten lassen, geschieht die Regelung unverzüglich.

Abb. 2 ist das Schaltschema einer für viele Fälle besonders geeigneten Anwendungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung. Die Spule 12' entspricht hier der Spule 12 des Schemas der Abb. 1 und bildet mit der Spule r3' einen Transformator, der sekundärseitig auf einen Nebenschluß arbeitet, der aus einer Induktionsspule 14' und einem mit ihr in Reihe liegenden Kondensator 15' besteht, wobei die Konstanten so gewählt sind, daß Resonanz besteht. Mit den Klemmen dieses Nebenschlusses sind Gitter und Kathode einer Dreielektrodenröhre 17' verbunden, deren Anode teils über Wicklungen 4,4' zweier einander zugeordneter eisenhaltiger Induktionsspulen mit im Hauptschwingungskreis liegenden Hochfrequenzwicklungen 3,3' und teils über einen Kondensator 16' an den der Induktionsspule 14' und dem Kondensator 15' gemeinsamen Punkt angeschlossen ist. Es liegt also die Strecke Kathode - Anode am Kon-110 densator 15'; durch Vertauschen der Gitter- und Kathodenzuleitungen erreicht man, daß die Strecke Kathode - Anode an der Induktionsspule 14' zu liegen kommt.

Die Einrichtung nach Abb. 2 arbeitet in gleicher Weise wie die Einrichtung nach Abb. 1; man erkennt dies z. B. leicht, wenn man den Gleichstrom als Funktion der Frequenz der die Spule 12' erregenden Schwingungen darstellt. Die entsprechende Kurve ist in der Nähe der alten Frequenz des in Resonanz befindlichen Gebildes aus der Induktionsspule 14' und dem

Kondensator 15' eine Gerade, während sie bei der Einrichtung nach Abb. 1 an jener Stelle einen Sattel aufweist. Dies ist augenscheinlich darauf zurückzuführen, daß bei der Einrichtung nach Abb. 2 die Gitter- und Anodenspannungen unterhalb der Resonanzfrequenz in Phase, oberhalb der Resonanzfrequenz hingegen um 180 elektrische Grade gegeneinander verschoben sind. Im Falle der Schaltung nach Abb. 1 gibt es etwas Derartiges deshalb nicht, weil hier die Anodenspannung ausschließlich durch die Batterie 18 gegeben ist. Während man bei der Einrichtung nach Abb. 1 dafür sorgen muß, daß die Schwebungsfrequenz hinreichend verschieden von der Eigenfrequenz des Schwingungskreises 13 ist, kann man bei der Einrichtung nach Abb. 2 vorteilhafterweise die Schwebungsfrequenz gleich der Eigenfrequenz des aus der Induktionsspule 14' und dem mit ihr in Reihe liegenden Kondensator 15' bestehenden Gebildes machen und so eine gesteigerte Empfindlichkeit erzielen.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden eisenhaltigen Induktionsspulen haben im Regelfalle außerordentlich kleine Abmessungen, denn auch schon ohne nennenswerte Vorkehrungen pflegt die Frequenz eines guten Röhrensenders im Mittel um nicht mehr als ± o,5°/oo^zu schwanken, und daher genügt es, wenn die Änderung der Gesamtinduktivität des Sendekreises nur 1 °/₀₀

beträgt; die Änderung der in der entsprechenden Spule aufgespeicherten Blindarbeit braucht also nur τ°Ι₀₀ der gesamten Blindarbeit zu betragen.

Die Schaltungen der Abb. 1 und 2 lassen sich noch nach beiden Richtungen hin wesentlich vervollkommnen. So kann man insbesondere den Strom nach der ersten Gleichrichtung verstärken, beispielsweise durch einen mehrstufigen Verstärker.

Statt eines einfachen Schwingungskreises nach Abb. ι kann eine Siebkettenanordnung mit mehreren Stufen Verwendung finden; das hat den Vorteil, die auswählenden Eigenschaften bedeutend schneller zu steigern, als der Strom sich ausbildet.

Die zweite Gleichrichtung kann weiterhin in einer mehr ursprünglichen Art dadurch bewirkt werden, daß man die Schwebungsströme vollständig oder zum Teil zur Heizung der Kathode einer Elektronenröhre heranzieht, so daß beim Zunehmen der Amplitude der Schwebungsströme die Elektronenaussendung der Röhre rasch ansteigt. Da die Elektronenaussendung mit zunehmender Kathodentemperatur rasch wächst, kommt das einer Resonanzsteigerung gleich.

Den Hilfssender kann man auch mit einer Harmonischen der vom Hauptsender ausgehenden Schwingungen zur Überlagerung bringen; das ist grundsätzlich das gleiche, als ob man die Grundwelle einer Schwingung des Hauptsenders wählt.

Der hinsichtlich seiner Amplitude veränderliche Strom kann, vornehmlich bei Anwendung von Dreielektrodenröhren-Generatoren, in mannigfacher Weise nutzbar gemacht werden, unter der Voraussetzung, daß ■ er unmittelbar auf die Kreiskonstanten des Generators einwirkt. So braucht beispielsweise der die eisenhaltigen Induktionsspulen enthaltende Schwingungskreis !» 2, 3, 3 in Abb. 1 nicht der die Schwingungen des Hauptsenders aufrechterhaltende Kreis zu sein, sondern er kann ein mit dem Hauptsendekreis gekoppelter und im übrigen unabhängiger Schwingungskreis sein.

Man kann ferner den gleichgerichteten Schwebungsstrom veränderlicher Amplitude noch in anderer Weise nutzbar machen, ihn etwa zum Erregen einer Hilfs-Gleichstrommaschine verwenden, die durch den von ihr gelieferten Strom die Anodenspannung, die Heizfadenspannung oder das mittlere Gitter-Betriebspotential der schwingungserzeugenden Elektronenröhre ändert. Hierdurch lassen sich erfahrungsgemäß merkliche Änderungen der Frequenz der ausgesandten Schwingungen bewirken.

Die Einrichtung läßt sich erfindungsgemäß auch so treffen, daß der Schwebungsstrom für sich allein oder mit überlagertem Gleichstrom zur Fadenheizung einer Hilfsröhre verwendet wird, die durch Elektronenaussendung einen in seiner Amplitude erheblich stärker von der Schwebungsfrequenz abhängigen Strom erzeugt. Dabei kann nach der Erfindung diese Hilfsröhre an die Stelle des für gewöhnlich vorgesehenen Überbrückungswiderstandes in der Gitterzuleitung der schwingungserzeugenden Hauptröhre gelegt werden; dann kommt^ die Wirkung einem Beeinflussen des Wirkwerts des zwischen Kathode und Gitter der Erzeugerröhre normalerweise angeordneten Widerstands gleich. Schließlich kann der Schwebungsstrom veränderlicher Amplitude auch zum Heizen der Kathode des Hauptröhrengenerators benutzt werden, besonders wenn für eine Verstärkung Sorge getragen wird.

Abb. 3 veranschaulicht in einem Schaltschema eine der vielen möglichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der die Frequenzregelung durch Einwirken auf das mittlere · Gitter-Betriebspotential geschieht.

Der örtliche Hilfssender 1 kann beliebig gestaltet, insbesondere unter Verwendung eines in mechanischer Resonanz schwingenden piezoelektrischen Quarzkristallstücks aufgebaut sein. Mit 2 ist ein Gleichrichter, mit 3 ein'Verstärker für die aus 2 kommenden pulsierenden Ströme bezeichnet. Durch 4 möge das mögliche Eingliedern einer Siebkette herkömmlicher Bauart veranschaulicht werden, und 5 ist ein Verstärker für die an den Ausgangsklemmen der Siebkette 4 abgenommenen"'Ströme veränderlicher Amplitude. Mit 6 ist eine Vorrichtung zum Umformen des ankommenden Wechselstromes veränder-

licher Amplitude in Gleiclistrom von ebenfalls veränderlicher Amplitude bezeichnet. Diese Vorrichtung besteht aus einer Zweielektrodenröhre?, deren Kathode zum Teil durch den dem Verstärker 5 entnommenen Wechselstrom, zum Teildurch Gleichstrom aus der Batterie 8 geheizt wird. Die Batterie g soll den Spannungsabfall im Innern der Röhre 7 und den beim Durchgang des Stromes durch den Widerstand 10 auftretenden Spannungsabfall aufheben.

Eine Dreielektrodenröhre 11 oder eine Gruppe solcher Röhren spielt die Rolle des den Kondensator 12 in der Gitterzuleitung des Hauptröhrengenerators 13 überbrückenden Widerstands. Dargestellt ist lediglich der Gitter-Kathodenkreis dieses Röhrengenerators mit der zum Aufrechterhalten der Schwingungen dienenden Induktionsspule 14. In jede der zu den Klemmen des Gitterkondensators 12 des Röhrengenerators

ao 13 führenden Leitungen ist eine Drosselspule 15 geschaltet.

Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Abb. 3 ist leicht erkennbar: Ändert sich die Frequenz der Schwingungen im Sender ein wenig, dann ändert sich der von den Ausgangsklemmen der Siebkette 4 abgenommene Strom entsprechend in seiner Amplitude; dadurch ändert sich die Temperatur des Heizfadens der Röhre 7, und als Folge entsteht eine be-

trächtliche Änderung der Elektronenaussendung dieser Röhre. Dies ist gleichbedeutend mit einer erheblichen Änderung der an das Gitter der Hilfsröhre 11 gelegten Spannung und des Wirkwerts des zwischen Kathode und Gitter dieser Hilfsröhre liegenden Widerstands 10. Diese Änderung bedingt eine Änderung des mittleren Gitter-Betriebspotentials des Röhrengenerators 13 und damit schließlich eine Änderung der Frequenz der ausgestrahlten Schwin-

gung. Den Richtungssinn der einzelnen Änderungen wählt man dabei so, daß die Ursache für das Auftreten jedweder Schwankung beseitigt wird.
Die Einrichtung nach Abb. 3 läßt sich erfindungsgemäß dahin umändern, daß die Röhre 11 durch die Röhre 7 ersetzt wird; in diesem Fall beeinflussen die durch Temperaturschwankungen der Kathode bedingten Änderungen der Elektronenaussendung dieser Röhre unmittelbar den Wirkwert des den Kondensator 12 in der Gitterzuleitung des Röhrengenerators 13 überbrückenden Widerstands.

Claims (1)

1. ,,- Patentansprüche:

   i. Einrichtung zum Regeln der Frequenz eines selbsterregten Elektronenröhren-Generators mit ausschließlich von den elektromagnetischen Kreiskonstanten abhängiger Frequenz, in der die Schwingungen des Generators oder ihre Harmonischen mit der ihrer Frequenznach unveränderlichen Schwingung eines Hilfserzeugers überlagert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der gleichge- g₅ richtete Schwebungsstrom die Kreiselemente des Röhrengenerators über elektrische Relais ohne mechanisch bewegte Teile beeinflußt.

   2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwebungsstrom nach Gleichrichtung, jedoch vor Beeinflussung der Kreiskonstanten des Generators, in einem auf eine an der Grenze des Schwebungsfrequenzbandes hegende Frequenz abgestimmten Schwingungskreis einen Wechselstrom veränderlicher Amplitude erzeugt.

   3. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch die Ausnutzung des gleichgerichteten Schwebungsstroms für das Beeinflussen der Sättigung einer unmittelbar in den Stromkreis des Haupterzeugers eingeschalteten oder in einem mit dem Hauptsender gekoppelten Absorptionskreis liegenden eisenhaltigen Induktionsspule.

   4. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung des gleichgerichteten Schwebungsstroms für die Änderung des Gitterpotentials und des inneren Widerstands einer an SteEe des für gewöhnlich vorgesehenen Überbrückungswiderstands in der Gitterzuleitung der schwingungserzeugendenHauptröhreliegendenDreielektroden- Hilfsröhre.

   5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines zusammengesetzten Resonanzkreises mit gegenüber einem einfachen Resonanzkreis gleicher Zeitkonstante schärfer ausgeprägter Resonanzwirkung.

   6. Einrichtung nach Anspruch 1, 2 und 5, gekennzeichnet durch Verstärkung sowohl des Schwebungsstroms vor seiner Einwirkung auf den Abstimmkreis als auch des im Schwingungskreis hervorgerufenen Wechselstroms.

   7. Einrichtung nach Anspruch 1, 2, 5 und 6, gekennzeichnet durch Verwendung des Schwebungsstroms mit oder ohne Überlagerung eines Gleichstroms zur Fadenheizung einer durch Elektronenaussendung einen in seiner Amplitude erhebüch stärker von der Schwebungsfrequenz abhängigen Strom erzeugenden Elektronenröhre.

   8. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Verwendung des gleichge- richteten Schwebungsstroms zum Erregen einer durch den von ihr gelieferten Strom die Anodenspannung, die Heizfadenspannung oder das mittlere Gitter-Betriebspoten-' tial der Schwingungserzeugenden Röhre ändernden Hilfs-Gleichstrommaschine.

   9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch

   gekennzeichnet, daß die Hilfsröhre an Stelle des für gewöhnlich vorgesehenen Überbrückungswiderstandes in der Gitterzuleitung der schwingungserzeugenden Hauptröhre liegt.

   io. Einrichtung nach Anspruch i, 2, 5 und 6, gekennzeichnet durch Verwendung des Schwebungsstroms zur Fadenheizung der schwingungserzeugenden Röhre.

   11. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Veränderung der Frequenz des Hilfserzeugers zwecks Regelung der Frequenz der ausgestrahlten Schwingung.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen