DE523192C

DE523192C - Roehrensender zur Frequenzvervielfachung mit zwei im Gegentakt arbeitenden Gittern und im Gleichtakt arbeitenden Anoden

Info

Publication number: DE523192C
Application number: DET36450D
Authority: DE
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1928-10-08
Filing date: 1929-02-23
Publication date: 1931-05-01
Also published as: FR682181A; GB338263A; BE364226A; NL31447C; US1848507A

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM

1. MAI 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 a4 GRUPPE 8

Telefonaktiebolaget L. M. Ericsson in Stockholm

und im Gleichtakt arbeitenden Anoden

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Februar 1929 ab

Die Erfindung betrifft ein als statischer Frequenzwandler arbeitendes Elektronenröhrenrelais zum Erzeugen von Schwingungen beliebiger Frequenz ohne störende Nebentöne.

Es ist schon vorgeschlagen worden, zur Frequenzvervielfachung Elektronenröhren in Gegentaktschaltung zu verwenden, deren Anoden parallel geschaltet sind und deren Gittern die umzuwandelnden Grundfrequenzen je mit gleicher Amplitude, aber mit entgegengesetzter Phase aufgedrückt werden. Es ist ferner bekannt, im Anodenkreis eines Röhrenoszillators oder Röhrenrelais mehrere auf verschiedene Frequenzen abgestimmte Schwingungskreise anzuordnen, um verschiedene umgewandelte Frequenzen abnehmen zu können. Diese bekannten Vorrichtungen sind jedoch mit gewissen Nachteilen behaftet. Bei den bekannten Gegentaktschaltungen ist es zwar möglich, eine symmetrische, parabelähnliche Form der statischen Charakteristik zu erhalten, diese symmetrische Form wird aber bei Belastung verzerrt, und infolgedessen entstehen im Anodenkreis außer den gewünschten Schwingungen auch eine Reihe unerwünschter Oberschwingungen, die den erwünschten Schwingungen Energie entziehen. Bei der Erzeugung verschiedener Frequenzen mittels eines einzigen Elektronenröhrenrelais wird ferner die niedrigste Frequenz mit der größten Leistung erzeugt, während die übrigen Frequenzen mit um so kleinerer Leistung erzeugt werden, je höher sie sind. Im allgemeinen sinkt daher die Gesamtleistung sehr schnell, wenn man versucht, die Belastung zu vergrößern.

Die erwähnten Nachteile werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt, daß die Rückwirkung der aus einer Anzahl für die erwünschten Frequenzen abgestimmter Impedanzen bestehenden Belastung des Anodenkreises im wesentlichen aufgehoben wird, und zwar beispielsweise dadurch, daß Ausgleichspannungen vom Anodenkreis je mit gleicher Phase und Amplitude nach den beiden Gittern des Elektronenröhrenrelais zurückgeführt werden. Durch die Aufhebung der Rückwirkung der Anodenbelastung auf die Steuerspannungen behält auch die dynamische Charakteristik eine symmetrische Parabelform. Hierdurch wird erzielt, daß die im Anodenkreis mit verschiedenen Frequenzen erzeugten Schwingungen mit Leistungen gleieher Größenordnung abgenommen werden können. Wenn z. B. den beiden Gittern die Grundfrequenzen ωχ, ω₂ zugeführt werden, so können dem Anodenkreis die vier umgewandelten Freqtienzen 2 Wj., 2 fc>₂> <&\ -f~ ^ω2

Co₁ — CO₂ mit je etwa einem Viertel der Gesamtleistung entnommen werden. Ferner ergibt sich durch die Konstanz der Charakteristik die Möglichkeit einer ganz genauen Vorausberechnung des Röhrensenders, was bei den bisher bekannten Schaltungen unmöglich ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt:

ίο Abb. ι ist ein Schaltungsschema eines Vielfachgienerators.

Abb. 2 ist 'ein Schaltungsschema eines anders ausgeführten Generators. Abb. 3 zeigt ein Diagramm.

Das Relais enthält zunächst zwei Drei-Elektrodenröhren i, i', deren Anoden 2, 2' parallel geschaltet und mit einer Anzahl von Schwingungskreisen verbunden sind. Bei der Ausführung nach Abb. 1 sind die Gitter 3, 3'

ao der beiden Röhren mit je einem Ende der Sekundärwicklung 4 eines Transformators verbunden, dessen Primärwicklung die umzuformende oder die umzuformenden Schwingungen zugeführt werden. Die Sekundärwicklung des Transformators ist in ihrer Mitte angezapft und über eine Gittervorspannungsbatterie 6 mit dem Glühstromkreis (Kathode) verbunden.

Da die Wechselspannungen der beiden Gitter 3, 3' gleiche Amplitude, jedoch entgegengesetzte Phase besitzen, können die in Abb. 3 dargestellten Charakteristiken der beiden Röhren durch zwei in bezug auf die Ordinatenachse symmetrisch verlaufende Kurveti i_a und ■/„' dargestellt werden. Im Diagramm stellt Vr die Größe der numerisch gleich großen und der Phase nach entgegengesetzt gerichteten Steuerspannungen in den Röhren i, 1' dar. Die Anodenströme /„, ■/„' der beiden Röhren sind mit den aufgedrückten Steuerspannungen (analytisch) durch folgende Gleichungen· verknüpft:

i_a = C₀ +

+ C_tV_R» +

*ä — Ca + C-IVr + CzVr² + C_s'Vr^s + ■■■

Die Steuerspannung V/? ist durch folgende Gleichung bestimmt:

Va Va^" / \

wobei
μ

Vg₀ =

der Verstärkungsfaktor,

ein von der Ausgleichung der Anodenrückwirkung abhängiger Faktor,

die konstante Gittervorspannung,

:die von der konstanten Komponente der Anodenspannung ausgeübte Rückwirkung auf die Steuerspannung,

Vg-

die den Gittern aufgedrückte Wechselspannung,

die von der veränderlichen Komponente V_a der Anodenspannung ·* herrührende Rückwirkung auf die Steuerspannung,

,_„=die Ausgleichsspannung, die vom

Anodenstromkreis auf den Gitter- ^₀ Stromkreis . übertragen wird, um die Einwirkung der veränderlichen Anodenspannung auf die Steuerspannung auszugleichen. DieHöhe der Ausgleichung wird derart gewählt, daß

Va-

Außerdem wird die negative Gittervorspannung so groß gewählt, daß

• ==Ό .

(4)

Auf Grund dieser Gleichungen erhält man

V_g

(5)

für die eine Röhre _g

für die andere Röhre Vr = — V_g ~- .

Durch Einsetzung der Werte von Vχ aus der Gleichung 5 in die Gleichungen 1 und go durch Summieren der beiden letzteren erhält man für den resultierenden Anodenstrom Iα in dem gemeinsamen Anodenkreis

Ia= i« +i'a = 2Co + 2C₂ · V%- ~ + · · · (6) ^ ■ Dieser resultierende Anodenstrom bildet in Abb. 3 die Ordinate der parabelähnlichen Kurve Ia-

Unter der Annahme, daß zwei in Reihe mit der Primärwicklung 5 des Transforma- ioo tors liegende Wechselstromerzeuger in dieser Schwingungen mit den Grundfrequenzen Co₁ und CO₂ erzeugen, gilt offenbar

V_R = Vg = A₁ sin ω/ + A_z sin ω/. (7)

Da die Charakteristik für den sich ergebenden Anodenstrom, praktisch genommen, eine reine Parabelform besitzt, kann man in der Gleichung 2 ohne weiteres die Glieder vierter und höherer Ordnung unterdrücken und erhält somit für die Summe der Einzelanodenströme:

I_a z= 2C₀ + 2C₂ (A₁ SmO)₁* -f A₂ sincu_a ^z)²

= 2C₀ + Ο_ζΑ\(τ — cos 2CO₁*) + C₂A%{X — COS 2CW₂O

-j- 2CzA₁A₂ · [COS(CO₁ O)₂)'-COS (CO₁ + CO₂)']■

Der Anodenstrom enthält also Schwingungen mit den Frequenzen 2CO₁, 2% Co₁-J-O)₂ und Cu₁ — CO₂- Demgemäß enthält der Anodenstromkreis eine Anzahl von Schwin-

gungskreisen, die auf je eine dieser Frequenzen abgestimmt sind. Diese Schwingungskreise sind in Reihe geschaltet und bestehen je aus einer Induktanz 7 und einer parallel zu dieser Induktanz geschalteten Kapazität 8. Die Induktanzen 7 sind mit je einer Ausgleichsspule 9 induktiv gekoppelt. Die Ausgleichsspulen sind untereinander und mit der Gittervorspannungsbatterie 6 in Reihe geschaltet. Sie führen den beiden Gittern 3, 3' gleich große und gleichphasige Ausgleichsspannung δ V_a (Gleichung 3 und 4) zu. Der Faktor δ kann hierbei durch Auswahl der Kopplung zwischen den Spulen 7 und 9 derart festgelegt werden, daß die Rückwirkung der Anodenspannung auf die Steuerspannung aufgehoben ist. Die Schwingungen verschiedener Frequenzen des Anodenstromes werden von den auf sie abgestimmten Schwingungskreisen an den Klemmen 10 ent- ^fe nommen.

^i Wenn die beiden Grundfrequenzen Co₁, co₂ in zwei voneinander unabhängigen Generatoren erzeugt werden, so kann es vorkommen, daß eine Oberwelle der einen Grundschwingung mit der anderen Grundschwingung im Gitterkreis interferiert, so daß ein niederfrequenter Interferenzton im Anodenkreis entsteht. Wenn beispielsweise die eine Grundfrequenz Co₁ doppelt so hoch ist wie die andere, so kann die erste Oberwelle der einen Schwingung bei stets vorkommenden Schwankungen des Verhältnisses zwischen den beiden Grundfrequenzen mit Co₁ interferieren und dadurch einen Störungston hervorrufen. Die beiden im Anodenkreis auftretenden Frequenzen Oi₁ -f- CO₂ und CO₁ — Co₂ werden außerdem von den Schwankungen der den Gittern zugeführten Spannungen Co₁ und co₂ abhängig. Dieser Nachteil kann durch die in Abb. 2 gezeigte Ausführung beseitigt werden, die sich von der in Abb. 1 gezeigten nur dadurch unterscheidet, daß die Sekundärwicklung des Eingangstransformators aus zwei getrennten Wicklungen 11, 11' besteht und in Reihe mit je einer der beiden Teilwicklungen je eine Rückkopplungsspule 12 und 12' eingeschaltet ist. Die beiden Rückkopplungsspulen sind mit einem der Schwingungskreise im Anoden-Stromkreis induktiv gekoppelt und über die Spulen 9 und die Gittervorspannungsbatterie 6 gemeinsam an den Glühfadenstromkreis angeschlossen.

Bei dieser Ausführung braucht man von außen her nur eine einzige Grundschwingung von der Frequenz ω zuführen, die den Primärklemmen des Eingangstransformators aufgedrückt wird. Die zweite Grundfrequenz erhält man vermittels Rückkopplung einer der im Anodenstromkreis erzeugten Oberwellen über die Spulen 12 und 12'. Bei der in Abb. 2 gezeigten Schaltung wird die im Anodenkreis erzeugte erste Ob erschwingung 2 ω zum Gitterstromkreis zurückgeführt und dort der von außen zugeführten Grundschwingung überlagert. Der Schwingungskreis für 2ω ist also in diesem Falle mit den Gitterstromkreisen durch eine doppelte Rückkopplung verbunden. Die erste Rückkopplung wird durch die Ausgleichsspulen 9 erzeugt, durch welche die beiden Gitter 3, 3' gleichphasige Ausgleichsspannungen von der Frequenz 2 ω erhalten, die zweite Rückkopplung durch die beiden zusätzlichen Rückkopplungsspulen 12, 12', die die Frequenz 2 ω mit gleicher Amplitude, jedoch entgegengesetzter Phase den Gittern zuführen.

Bei dem in Abb. 2 dargestellten Beispiel ist also

CO₁== 2CO

Co₂ = co .

Im Anodenstromkreis erhält man also die Frequenzen

2CO₁ = 4CO , 2CO₂ = 2CO , CW¹

= 3 cw und (

CO²

Cw₂ = ω .

Offenbar kann man auch mehr als eine der im Anodenkreis auftretenden Oberwellen zurückführen. Wenn man z. B. dem Gitterkreis die beiden in einem gesonderten Generator erzeugten Schwingungen von den Frequenzen ω und 4 ω zuführt und die Schwingungen 3 ω und 5 ω vom Anodenkreis zurückführt, so kann man im Anodenkreis Schwingungen von den Frequenzen 3 ω, S ω, 7 ω, 9 ω und ι ο ω erhalten. Zu diesem Zwecke werden Zurückführungsspulen 12, 12' an die beiden für die Frequenzen 3 ω und 5 ω abgestimmten Schwingungskreise angeschlossen.

Die Anordnung nach Abb. 2 besitzt gegenüber der nach Abb. 1 den Vorteil, daß bei Schwankungen der von außen zugeführten Grundfrequenz die im Anodenstromkreis erzeugten Frequenzen in demselben Maße schwanken. Oberwellen der Grundschwingung werden also entweder mit den vom Anodenstromkreis zurückgeführten Frequenzen zusammenfallen oder aber sich von diesen so sehr unterscheiden, daß sie keine Störungstöne erzeugen können.

Will man Schwingungen mit noch höherer Frequenz erzeugen, so kann man eine der im Anodenstromkreis erzeugten Frequenzen als Grundfrequenz in einem anderen statischen Frequenzwandler (nach Abb. 2) verwenden. Diese Übertragung kann beliebig oft fortgesetzt werden. Es können auch zwei Frequenzen einem Anodenstromkreis entnommen und gemeinsam einem Frequenzwandler nach Abb. ι zugeführt werden. In dieser Weise können mehrere Frequenzwandler in Reihe

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geschaltet werden, so daß beliebige Vielfache einer gegebenen Grundfrequenz erzeugt werden können./Wenn wan beispielsweise dem Anodenstromkreis in Abb. 2 die Winkelfrequenzen 3« und 4 ω entnimmt und sie der Eingangsseite eines nachgeschalteten Frequenzwandlers nach Abb. 1 zuführt, so erhält man in diesem Anodenstromkreis Schwingungen von den Frequenzen 6ω, 8 ω, 7 ω io^: und ω. Wenn wiederum nur die Frequenz 4ω entnommen und der Eingangsseite eines darauffolgenden Frequenzumwand'lers nach Abb. 2 zugeführt wird, so kann man die Frequenzen 8 to 403, Ι2ω und ΐ6ω erhalten usw. In manchen Fällen ist es zweckmäßiger, anstatt der in Abb. 1 und 2 gezeigten Schwingungskreise (7, 8, 10) Siebe o. dgl. in den Anodenkreis des Vielfachgenerators zu schalten.

Der statische Frequenzwandler nach der Erfindung hat folgende Vorzüge:

Der Anodenstromkreis enthält nur Schwingungen, deren Frequenzen Summen und Differenzen der Grundfrequenzen darstellen. Durch Auswahl der Grundfrequenzen kann man alle gewünschflen Frequenzen im Anodenstromkreis erhalten.

Durch Kaskadenschaltung mehrerer Frequenzwandler kann man jede beliebig hohe Frequenz erzeugen.

Die erzeugten Frequenzen sind, praktisch genommen, frei von Oberschwingungen.

Der Vielfacbgenerätor nach der Erfindung kann theoretisch aufs genäueste vorausberechnet und -bemessen werden.

Man kann dem Anodenstromkreis die gewünschte Frequenz ohne Rücksicht auf die abgezweigten Frequenzen entnehmen.

Die Leistungen der von dem Anodenstromkreis entnommenen Schwingungen sind von der Höhe der Frequenz unabhängig. Bei bekannten Röhrengeneratoren sinkt dagegen die Leistung einer Oberschwingung sehr mit steigender Periodenzahl. Die beiden letzten Vorteile rühren daher, daß· der Vielfachgenerator nach der Erfindung nicht als Oszillator im gewöhnlichen Sinne, d.h. nicht mit einer Rückkopplung, wie sie bei einem gewöhnlichen Röhrengenerator vorgesehen ist, arbeitet, sondern daß auch die innere Rückkopplung in den Röhren durch Ausgleichsspulen 9 aufgehoben ist.

Auf Grund dieser Vorteile kann die Anordnung nach der Erfindung unter anderem mit Vorteil bei Fernsprechanlagen verwendet werden, bei denen hochfrequente Schwingungen als Trägerwellen zur Übertragung von Sprachschwingungen in den Leitungen Verwendung finden. Hierbei kann die gesamte Leitungsanlage mit hochfrequenten Strömen gespeist werden, die durch statische Umformer von einer einzigen gemeinsamen Grundschwingung (erhalten worden sind. Diese Grundschwingung kann verhältnismäßig niedriger Frequenz sein, beispielsweise also innerhalb des Bereiches der Sprachschwingungen liegen und durch Kaskadenschaltung zweier oder mehrerer frequenzumformender Vielfachgeneratoren nach der Erfindung erhöht werden. Eine Grundschwingung konstanter Frequenz kann man z. B. mittels eines Stimmgäbelgenerators erzeugen, der die Gewähr gibt, daß die verschiedenen hochfrequenten Schwingungen auf 'den Linien stets eine gleiche Frequenz besitzen.

Die Rückwirkung der Anodenbelastung auf die Steuerspannungen der Röhren kann auch in anderer Weise, als beschrieben, also durch die Verbindung des Anodenstromkreises mit dem Gitterstromkreis, z. B. durch besondere Elektronenröhren, wie !Schirmgitterröhren oder Bentodröhren, ausgeglichen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Röhrensender zur Frequenzvervielfachung mit zwei im Gegentakt arbeitenden Gittern und im Gleichtakt arbeitenden Anoden sowie mit auf verschiedene

. vervielfachte Frequenzen abgestimmten Schwingungskreisen im Anodenkreis, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Nutzfrequenzen abgestimmten Schwingungskreise so auf die Gitterkreise des Senders zurückgekoppelt sind, daß die beiden Gitter mit gleicher Phase und Amplitude beeinflußt werden.

2. Röhrensender nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von D op pelgitterröhren bzw. Schirmgitterröhren in Schutznetzgitterschaltung.

3. Röhrensender nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für verschiedeneFrequenzenabgestimmten Schwingungskreise im Anodenkreis durch je eine

- Kopplungsspule (9) mit den Gitterkreisen verbunden sind und daß die Kopplungsspulen (9) zwischen der Kathode und einer Abzapfung in der Mitte der die beiden Gitter verbindenden Impedanz eingeschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen