DE613127C - Kristallgesteuerter Schwingungserzeuger - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 16. MAI 1935

. REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21a⁴ GRUPPE

Radio Corporation of America in New York Kristallgesteuerter Schwingungserzeuger

Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Oktober 1933 ab

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kristallgesteuerten Sender, insbesondere Maßnahmen zur Erhöhung der Frequenzstabilität. Alle bisher bekannten Senderschaltungen mit Kristallsteuerung haben den großen Nachteil, daß der Wechselwiderstand des Gitterkreises relativ hoch ist. Ein in dem Gitterkreis auftretender Strom von beliebiger, auch nicht mit der Kristalleigen-

IQ Schwingung übereinstimmender Frequenz ist imstande, am Widerstand zwischen Gitter und Kathode einen Spannungsabfall zu erzeugen, der zur Aufrechterhaltung von Schwingungen genügt.

Am bekanntesten sind die Schaltungen, bei denen der Kristall zwischen einem abgestimmten Resonanzkreis und demGitter liegt. Der Kristall besitzt zwar einen stark frequenzabhängigen Widerstand, der dem einer Serienresonanz ähnelt, aber die Änderung des Verhältnisses zwischen Gitterkreiswiderstand und Kristallwiderstand ist für Frequenzen in der Nachbarschaft der Kristallfrequenz und auch für Frequenzen in größerem Abstand von der Eigenfrequenz des Kristalls zu gering, um Störschwingungen wirksam unterbinden zu können.

Es sind auch Gegentaktschaltungen bekannt, bei denen die Gitter zweier oder mehrerer Röhren durch Kristalle gekoppelt sind. Auch hier treten die obenerwähnten Schwierigkeiten auf.

Es sind weiterhin Schaltungen bekannt, den Kristall parallel zum Gitterkreis zu legen. Diese Schaltungen eignen sich relativ wenig zur Frequenzstabilisierung, da der Kristall für Frequenzen außerhalb seiner Eigenfrequenz einen sehr hohen Widerstand annimmt und jede beliebige Frequenz unbeeinflußt ans Gitter der zugehörigen Röhre gelangen und Schwingungen erregen läßt.

Lediglich eine Herabsetzung des Gitterkreiswiderstandes in den bekannten Schaltungen hat nicht zur völligen Unterdrückung der Störfrequenzen geführt, da entsprechend dem niedrigen Gitterwiderstand die Rückkopplung erhöht werden mußte und somit die Erregungsbedingungen für die Störfrequenzen günstig wie zuvor liegen.

Erst in der ernndungsgemäßen Schaltung, bei der parallel zu einem Gitterkreis ein stark frequenzabhängiger Spannungsteiler geschaltet ist, wird das Entstehen von Störschwingungen sicher verhindert.

Der kristallgesteuerte Sender nach vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem abgestimmten Resonanzkreis eine Reihenschaltung aus einem Kristall und einem Wechselwiderstand von der Größenordnung des Kristallwiderstandes bei Resonanz liegt, und daß die Gittersteuerspannung zwischen dem Schwingkreis und der nicht mit dem Schwingkreis verbundenen Seite des Kristalles abgenommen wird.

Dieser Spannungsteiler besteht aus einem Kristall 12, dessen Frequenzwiderstand-Charakteristik ähnlich der einer Serienresonanz verläuft, und einem Widerstand 30, an S dem die S teuer spannung abgenommen wird. Bildet man den Widerstand 30 als rein Ohtnschen aus, so ist er für alle Frequenzen konstant. Für den Fall, daß man ihn durch eine Induktivität oder Kapazität darstellt, ergibt sich ein Widerstandswert, der sich linear mit der Frequenz ändert. Diese relativ geringen Änderungen sind gegenüber den großen Widerstandsänderungen des Kristalles belanglos, zumal bei einem eventuellen Wechsel des Kristalles für den Widerstand 30 sich dieselben Frequenzabhängigkeiten ergeben. In den folgenden Betrachtungen soll deshalb der Widerstand 30 als konstant angenommen werden. Wenn der Widerstand 30 durch einen rein Ohmschen oder einen induktiven Widerstand mit geringem Gleichstromwiderstand gebildet wird, ist zur Abriegelung der Gleichspannung ein Kondensator 32 erforderlich, der zweckmäßig so bemessen wird, daß er für die Wechselstromvorgänge am Spannungsteiler keine Rolle spielt.

Der Kristall 12 nimmt für Frequenzen außerhalb der Eigenresonanz sehr hohe Widerstandswerte (mehrere Megohm) an. Dementsprechend teilt sich eine im Gitterkreis 14 auftretende Spannung derart, daß am Kristall fast die ganze Spannung liegt und für den Widerstand 30 nur ein vernachlässigbar kleiner Wert bleibt, der nicht zur Erregung von Schwingungen führt. Wird dagegen der Gitterkreis 14 auf die Eigenfrequenz des Kristalles abgestimmt, so ändert sich das Spannungsteilerverhältnis in großem Maße. Der Kristall setzt seinen Wert stark herab, größenordnungsmäßig etwa auf den Betrag des Widerstandes 30. Das Spannungsteilerverhältnis, das außerhalb der Resonanz etwa 1:10 000 war, wird annähernd 1 :1, und die am Gitter auftretende Spannung genügt zur Aufrechterhaltung der Schwingungen.

Da selbst im günstigsten Falle (Kristallresonanz) nicht mehr die volle am Kreis 14 auftretende Spannung dem Gitter zugeführt wird, so ist es notwendig, die Rückkopplung bei dieser Schaltung etwas größer zu nehmen, was praktisch keinerlei Schwierigkeiten macht. Außerhalb der Kristallresonanz ist das Spannungsteilerverhältnis so groß, daß selbst bedeutend höhere Amplituden im Kreis 14 keine Schwingungserregung ermöglichen würden. Durch richtige Einstellung der Rückkopplung erhält man einen Zustand, wo eine zur Aufrechterhaltung von Schwingungen genügende Kopplung nur für Frequenzen erhalten wird, die in der Nähe der Resonanzfrequenz liegen. In diesem Falle wird der Kristall allein der steuernde Faktor in der Schaltung, und man erhält infolgedessen eine größere Frequenzstabilität.

Die Praxis zeigt, daß Kristalle sehr stark bezüglich ihrer Konstanten variieren, nicht nur bei verschiedenen Frequenzen, sondern auch, wenn sie für dieselbe Frequenz geschliffen sind. Ein für 100 KHz geschliffener Kristall kann ein Ohmscher Widerstand von der Größenordnung von 100 Ohm und ein induktiver und kapazitiver Widerstand von mehreren Megohm sein. In einem solchen Fall soll der Widerstand 30 zwischen Gitter und Heizfaden der Röhre auch von der Größenordnung von 100 Ohm sein. Wegen der großen Abweichungen der einzelnen Kristalle wird aber zweckmäßig der Widerstand 30 und die Rückkopplung veränderlich gemacht, so daß eine Anpassung an die einzelnen Kristalle möglich ist. Demgemäß besteht die weitere Erfindung darin, durch Veränderung der Impedanz eine Einstellung auf optimale Arbeitsweise herbeizuführen. Durch geeignete Abstimmung der Kreise kann die Rückkopplung entweder in der normalen Richtung oder auch in der umgekehrten Richtung erfolgen, so daß sie dämpfend wirkt und doch die Schaltung mit Kristallregelung arbeitet. Dieses erklärt sich dadurch, daß trotz der dämpfenden äußeren Rückkopplung eine entsprechende Abstimmung des Gitterkreises oder des Anoden- und GitterKreises die Phase der dem Steuergitter 10 über die Röhrenkapazitäten zugeführten Spannung ändert, so daß die Spannungen genügend nahe der richtigen Phase liegen, die für die Schwingungserzeugung mit einer Frequenz in der Nähe der Eigenfrequenz des Kristalles 12 erforderlich ist. Es werden jedoch die Frequenzen, die mit der Rückkopplung in der einen oder anderen Richtung erzeugt sind, etwas voneinander verschieden sein und gewöhnlich auf gegenüberliegenden Seiten der genauen Eigenfrequenz des Kristalles liegen.

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltung sind auf der Zeichnung dargestellt.

In Fig. ι ist 2 die Röhre, deren Kathode 4 ω von dem Transformator 6 gespeist wird. Zwischen Kathode 4 und Steuerelektrode 10 liegt ein Kristall 12 und ein abgestimmter Parallelkreis 14. Es tritt eine gewisse Rückkopplung einerseits auf durch die innere Kapazität der Röhre zwischen ihrer Anode 16 und dem Gitter 10 und andererseits durch die Rückkopplungsspule 18. Zweckmäßig wird zwischen dieser Spule und der Spule 22 des Schwingkreises eine Abschirmung 20 vorge- iao sehen und gleichzeitig das Gleichstromende der Spule 18 durch den Kondensator 24 ge-

erdet. Hierdurch wird die unerwünschte kapazitive Rückkopplung verringert, die das Entstehen von Störschwingungen veranlaßt. Die Gitterspannung wird in dieser Schaltung über den Ohmschen Widerstand 26 zugeführt.

Der Widerstand 30, an dem die Gittersteuerspannung abgenommen wird, besteht in diesem Beispiel aus einem Ohmschen Wider stand von verhältnismäßig geringem Wert und liegt in Reihe mit einem großen Blokkierungskondensator 32. Um die günstigste Anpassung an dem jeweilig benutzten Kristall zu ermöglichen, ist der Widerstand 30 veränderlich ausgebildet worden.

Bei einer Ausführung der Schaltung gemäß Fig. 2 wird die Anodenkreisspule 18 durch den Kondensator 40 abgestimmt und der Kristall 12 an die geerdete Seite des abgestimmten Parallelkreises 14 angeschlossen. Die Röhre 2 ist zur Verhinderung einer Rückkopplung über die Gitteranodenkapazität mit einem Schirmgitter 42 versehen. 50 ist der übliche Schirmgitterwiderstand, 44 ist die Heizbatterie, 24 und 25 sind die üblichen Überbrückungskondensatoren, 20 ist ein elektrostatischer Schirm zur Verhinderung der kapazitiven Rückkopplung von der Anode auf das Gitter. Der" Kondensator 52 ist ein Blokkierungskondensator, der die Ausgangsklemmen gegenüber der Anodengleichspannung verriegelt. Die Gittervorspannung wird in dieser Schaltung über die Drossel 46 zugeführt. Der Widerstand 30, an dem die Gittersteuerspannung abgegriffen wird, besteht auch in diesem Beispiel aus einem Ohmschen Widerstand von verhältnismäßig geringem Wert. Er liegt in Reihe mit einem großen Blockierungskondensator 32, der für die auftretenden Frequenzen als Kurzschluß anzusehen ist.

Die Schaltung gemäß Fig. 2, bei der der Kristall 12 zwischen Erde und einer Klemme des Kreises 14 liegt, besitzt gewisse Vorteile in konstruktiver Beziehung.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Kristallgesteuerter Sender, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einem abgestimmten Resonanzkreis eine Reihenschaltung aus einem Kristall und einem Wechselwiderstand von der Größenord-' nung des Kristallwiders.tandes bei Resonanz liegt, und daß die Gitterspannung zwischen dem Schwingkreis und der nicht mit dem Schwingkreis verbundenen Seite des Kristalles abgenommen wird.

2. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterwiderstand, und bzw. oder die Rückkopplung zwischen Anoden- und Gitterkreis veränderlich ausgebildet sind.

3. Sender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gitterwiderstand als Ohmscher Widerstand ausgebildet ist und gegebenenfalls in Reihe mit ihm ein Kondensator solcher Kapazität, daß dessen Scheinwiderstand für die Senderfrequenz vernachlässigbar klein ist, geschaltet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen