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Über einenFrequenzbereich abstimmbares elektrisches Koppelsystem Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Koppelsystem, insbesondere für Hochfrequenz,
mittels dessen Energie aus einem Erregerkreis auf einen Aufnahmekreis über einen
bestimmten Frequenzbereich übertragen werden soll. Das Koppelsystem kann beispielsweise
zur Verbindung eines Antennenkreises mit demEingangskreis eines Empfängers oder
zur Verbindung aufeinanderfolgender Stufen eines Hochfrequenzröhrenverstärkers oder
-empfängers verwendet werden.
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Die Erfindung bezweckt, das Koppelsystem so auszubilden, daß die Empfindlichkeit
oder die Verstärkung sich selbsttätig mit der jeweiligen Abstimmfrequenz in einer
Weise ändert, die vomKonstrukteur von vornherein festgelegt werden :kann'. Insbesondere
dient der Erfindungsgegenstand dazu, über den gesamten Frequenzbereich eine gleichmäßige
Empfindlichkeit zu erzielen.
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Wenn man ein Antennensystem mit einem , Empfänger oder aufeinanderfolgenden
Stufen eines Hochfrequenzröhrenverstärkers mittels der üblichen Hochfrequenztransformatoren
mit abstimmbaren Sekundärkreisen miteinander verbindet, so erhält man bekanntlich
eine Empfindlichkeitskennlinie, die mit wachsender Frequenz steigt. Eine solche
Kennlinie ist unerwünscht, weil dabei der Verstärker bzw. Empfänger am oberen Ende
des Frequenzbereichs, wo er am unstabilsten ist, die größte Empfindlichkeit hat.
Entwirft man den Apparat so, daß man auch bei höheren Frequenzen ausreichende Stabilität
erhält, so maß man einen schlechten Wirkungsgrad für die tieferen Frequenzen des
Bereichs in Kauf nehmen.
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Man hat sich bereits mehrfach bemüht, diesen Fehler zu beseitigen.
Beispielsweise hat man im Nebenschluß zur Transformatorprimärwicklung eine Kapazität
von genügenderGrößevorgesehen, durch diedieResonanzfrequenz des Primärkreises auf
einen Wert unterhalb der unteren Grenze des Arbeitsfrequenzbereichs heruntergedrückt
wird, so daß der Primärkreis innerhalb des Arbeitsbereichs kapazitiv ist und eine
Impedanzcharakteristik hat, die innerhalb des Arbeitsbereichs mit steigender Frequenz
abfällt. Die Abnahme der Primärkreisimpedanz zusammen mit dem selbsttätigen Abfallen
der wirksamen Kopplung zwischen Primär- und Sekundärkreis, hervorgerufen durch die
Shuntwirkung der Kapazität, wirkt der sonst vorhandenen natürlichen Neigung der
Verstärkung zum Anwachsen mit steigender Frequenz entgegen. Indessen hat sich gezeigt,
daß
die hierdurch erreichte `'Wirkung über das Ziel hinausschiebt, so daß die Empfindlichkeit
merklich finit «-achsender Abstimmfreduenz fällt.
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Ferner ist eine Anordnung mit Transforu;@ niatorsvsteinen bekanntgeworden,
deren Wick:=, Jungen eine derart große gegenseitige Kapazität und infolgedessen
eine zwischen Primär- und Sekundärseite derart festgelegte Kopplung besaßen, daß
die Primärresonanz im wesentlichen durch den Sekundärkreis selbst bestimmt war.
Durch die so gewählte feste Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung und der
dadurchbedingten hohen Eigenkapazität war es nicht möglich, daß die Eigenresonanz
der Primärspule oberhalb der oberen Grenze des Abstiminfreduenzbereichs liegen konnte.
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Gein.il,l der vorliegenden Erfindung wird #ler oben geschilderte Fehler
dadurch überwunden, daß nian zur Kopplung beispielsweise eines Paares von Vakuumröhreil
in Kaskade einenTransforinator benutzt, dessen Priinärhreis für den ganzen Abstimmbereich
eine induktive Reaktanz hat, so daß an sich die Empfindlichkeit mit der Frequenz
steigen würde. Um dem entgegenzuwirken, ist z@@ eschen diejenigen Enden der Primär-
und Sel:undärwiclclungen, die bei offenem Sekundärkreis gleiche Polarität haben,
ein Kopplungskondensator eingeschaltet, durch den zwischen lsriniär- und Sekundärkreis
eine kapazitive Kopplung leergestellt wird, die der magnetischen hol>lihing zwischen
den Wicklungen innerhalb des Abstimmbereichs entgegenwirkt.
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Da bei dieser Anordnung die durch die magnetische Kopplung zwischen
den Kreisen ein Sekundärkreis induzierte Spannung mit der Frequenz wächst und da
die kapazitive -Kopplung eine gleichfalls mit steigender Frequenz wachsende Gegenspanung
erzeugt, die der Wirkung der magnetischen Kopplung um so mehr entgegenarbeitet,
je mehr man sich der ob; ren Grenze des I# reduenzbereichs nähert, wird eine gleichmäklige
Cbertragungscharakteristik erzielt. Während also die kapazitive Kopplung an der
unteren Freduenzbereicligraize sehr wenig auf die Verstärkung Einluß hat, verringert
sie an der oberen Grenze (los Abstinimbereichs die Empfindlichkeit sehr erheblich
und bewirkt daher eine Annäherung an gleichmäßige Enipfindiichkeit innerhalb des
gesamten Abstiminbereichs. Infolgedessen lä llt sich der Empfänger so konstruieren,
dal,l er gute Verstärkung für die tieferen Frequenzen mit Stabilität bei den höheren
Frequenzen vereinigt.
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1in die maximale Gegenwirkung zwischen kapaziti@er und magnetischer
Kopplung bei .-'lnnä heran;; an die oh: re Frequenzbereichgrenze zu erzielen, schaltet
man zweckmäßig eine Kapazität von hinreichender Größe parallel zur 1'ransforinatorprimärwicklung,
.dem Primärkreis eine Eigenfrequenz zu ilen, die nur wenig über der oberen enze
des Abstirninbereichs liegt. Beispiels-*Wise kann man zu diesem "Zweck die Primärwicklung
so wickeln, daß die verschiedenen mit ihr natürlich verbundenen Kapazitäten, wie
die verteilte Kapazität zwischen den Windungen, die Kopplungskapazität zwischen
Primär- und Sekundärkreis und die Kapazität eines Antennenkreises, oder die Anode-Erde-Kapazität
einer Vakuumröhre, die hiit den Primärwicklungen verbunden sind, dem Primärkreis
die gewünschte Eigenfrequeni erteilen.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einigen Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Fig. i ist Glas Schaltschema eines Radioempfängers, der die erfindungsgemäße
Kopplung zwischen Antennenkreis und erster Verstärkerstufe sowie zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Verstärkerstufen anwendet.
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Fig. 2 zeigt einige Verstärkungscharakteristiken zur Erläuterung der
Erfindung.
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Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform einer Kopplung zwischen
zwei Dreielektrodenröhren, bei der der Kopplungstransformator mit einer Neutralisierungswicklung
und einem Neutralisierungskondensator zur Neutralisierung der Gitteranodenkapazität
der Röhre ausgestattet ist.
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Die Antenne t und Erde ? (Feg. i) sind mit entgegengesetzten Enden
eines veränderlichen Widerstandes 3 verbunden, dessen Spamiungsabfall über einen
Kopplungskreis A,, dem Gitter und der Kathode einer Schirmgitterröhre h, zugeführt
wird, die in einer Hochfredueilzverstä rkerstufe arbeitet. Falls es sich tnn eine
Antennenkopplung handelt, erhält der Primärkreis eine Eigenfrequenz, die oberhalb
der oberen Grenze des Abstimmbereichs liegt, so daß der Primärkreis innerhalb des
Bereichs kapazitiv ist. Der Ausgangskreis der Röhre h, mit der Kathode und Anode
ist über eine Kopplung Az mit dem Eingangskreis der Röhre V, verbunden. die gleichfalls
als Hochfreduenzverstärkerstufe arbeitet. Der Ausgangskreis der Röhre I-., ist über
den üblichen Detektor und \iedertreduenzverstä rker D mit dein Lautsprecher L verbunden.
Die erforderlichen Vorspannungen für die Röhren h, und h2 werden den Elektroden
durch Leitungen q zugefiilert, während Kondensatoren f dazu dienen, die ploelifredtienzströnie
um die Stromquellen für die Vorspannungen herumzuleiteil. Die nicht gezeichnete
Heizung der
Röhrenfäden kann auf beliebige Weise erfolgen.
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jedes der Kopplungssysteme Al, A2 enthält einen Transformator T1 oder
T2 mit getrennten, magnetisch gekoppelten Primär- und Sekundärwicklungen L1, L@.
Parallel zur Sekundärwicklung L2 liegt ein einstellbarer Kondensator C2, der zur
Abstimmung innerhalb eines -Frequenzbereichs, insbesondere eines Rundfunkbandes,
dient. Die Kondensatoren C. der einzelnen Verstärkerstufen sind miteinander zwecks
Einknopfregelung durch eine mechanische Vorrichtung U verbunden.
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Die nicht geerdeten, bei offenem-Sekundärkreis gleiche Polarität habenden
Enden der Primär- und Sekundärwicklungen sind durch eine Kopplungskapazität C miteinander
verbunden, so daß zwischen den Primär- und Sekundärkreisen eine kapazitive Kopplung
besteht, die ihrer magnetischen Kopplung entgegenwirkt. Der Primärkreis besitzt
für den ganzen Abstimmbereich eine induktive Reaktanz. Die Kopplungskapazität C
wird hinreichend klein gewählt, so daß der durch sie fließende Strom entgegengesetzte
Phase hat wie der Primärstrom.
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Um die Wirkung der gegeneinander arbeitenden kapazitiven und magnetischen
Kopplung bei Annäherung an die obere Grenze des Abstimmbereichs besonders zu erhöhen,
kann die effektive Induktivität der Primärwicklung L1 durch mit ihr verbundene Kapazitäten
so abgestimmt werden, daß sich eine Eigenfrequenz ergibt, die nur wenig über der
oberen Grenze des Abstimmbereichs liegt. Die effektive Induktivität der Primärwicklung
ist diejenige Induktivität, die sich ergibt, wenn die Sekundärwicklung kurzgeschlossen
ist. Ihr zahlenmäßiger Wert ist (1-K,) L1, wobei L1 die Induktivität der Primärwicklung
bei offener Sekundärwicklung und K der magnetische Kopplungskoeffizient zwischen
beiden Kreisen ist.
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Im Kopplungssystem A1 sind diejenigen Kapazitäten, die dem Primärkreis
eine Eigenfrequenz oberhalb des Abstimmbereichs zu geben suchen, erstens die Kapazität
des eigentlichenAntennensystems gegen Erde, zweitens die verteilte Kapazität zwischen
den Windungen der Primärwicklung L1, drittens die Kapazität des Kopplungskondensators
C gegen Erde über die Abstimtn- und 1\Tebenschlußkondensatoren C, und f, welch letztere
so groß im Vergleich zu C sind, daß ihrEinfluß vernachlässigt werden kann, und viertens
Streukapazitäten zwischen den Enden der Primärwicklungen.
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In Fig. r sind sämtliche parallel zur Primärwicklung L1 vorhandenen
Kapazitäten ausschließlich der Kopplungskapazität C durch die punktiert gezeichnete
Kapazität Cl angedeutet. Die gesamte mit der Primärwicklung verbundene Kapazität
muß hinreichend groß sein, um die Eigenfrequenz des Primärkreises etwas über die
obere Grenze des Abstimmbereichs zu bringen, und wenn die mit der Primärwicklung
verbundenen natürlichen Kapazitäten hierzu nicht ausreichen, so muß der Primärwicklung
ein zusätzlicher Kondensator parallel geschaltet werden.
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Bei dem Zwischenkopplungssystem A2 ist der Primärkreis auf eine Eigenfrequenz
über der oberen Grenze des Abstimmbereichs mittels der Kopplungskapazität C, der
verteilten Kapazität zwischen den Windungen und der Anode-Erde-Kapazität der Röhre
Y'1 abgestimmt, wobei die beiden letztgenannten Kapazitäten einschließlich etwa
vorhandener Streukapazitäten durch die punktiert gezeichnete Kapazität Cl angedeutet
sind.
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Die Kopplungskapazität C kann aus physikalischen Kondensatoren bestehen.
Statt dessen könnten aber auch die Primär- und Sekundärtransformatorwicklungen so
gewickelt und angeordnet sein, daß die zwischen ihnen bestehenden natürlichen Kapazitäten
zur Erreichung der erstrebten Wirkung ausreichen.
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Fig.2 zeigt eine Anzahl von experimentell aufgenommenen Kurven zur
Veranschaulichung der Beeinflussung der Verstärkung pro Stufe durch die Kopplungskapazität
C innerhalb des Frequenzbereichs, der hier von 5oo bis i 5oo Hertz reicht. Die oberste
Kurve C - O gibt die Verhältnisse wieder, falls kein Kopplungskondensator vorhanden
ist, und läßt deutlich das Anwachsen der Empfindlichkeit mit steigender Frequenz
erkennen. Die Kurven C = w, C = x und C = y zeigen in der angegebenen Reihenfolge
die Verhältnisse bei Verwendung von Kopplungskapazitäten von schrittweise steigender
Größe. Diese Kurven lassen deutlich erkennen, daß die Kopplungskapazität am unteren
Ende des Frequenzbereichs so gut wie keine Einwirkung hat, aber die Empfindlichkeit
um so stärker unter ihren normalen Wert herunterdrückt, je mehr man sich der oberen
Grenze des Frequenzbereichs nähert. Innerhalb gewisser Grenzen wird ersichtlich
durch Vergrößerung der Kopplungskapazität eine steigende Abflachung der Verstärkungskurve
erreicht. Bei sonst gleichbleibenden Verhältnissen kann aber die Kopplungskapazität
nicht beliebig vergrößert werden, falls man auf gleichmäßige Verstärkung Wert legt.
Wie bereits oben dargelegt, ist die Kapazität C einer derjenigen Faktoren, die die
Eigenfrequenz des Primärkreises bestimmen. Diese Eigenfrequenz muß stets die Größenanordnung
der
oberen Grenze des Frequenzbereichs haben, weil andernfalls die Verstärkung innerhalb
des Frequenzbereichs ein Maximum haben und bei Annäherung an die obere Grenze des
Frequenzbereichs scharf abfallen würde. Diese Verhältnisse sind in Fig. 2 durch
die Kurve C = z dargestellt, die mit einer so großen Kopplungskapazität aufgenommen
ist, daß die Eigenfrequenz des Primärkreises innerhalb des Abstimmbereichs liegt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind zwei Dreielektrodenröhren
hl, 1's in Kaskade durch ein Kopplungssystem A3 geschaltet, dessen Verstärkungscharakteristik
derjenigen der Svsteine Al und A. ähnelt. Indessen ist zwecks Neutralisierung der
Gitteranodenkapazität der Röhre I "1 beim Kopplungstransformator T3 außer den Primär-
und Sekundärwicklungen L1, L. noch eine magnetisch mit ihm gekoppelte NeutralisierungswicIdung
L" vorgesehen. Letzere ist mit dein iederpotentialende der Wicklung L1 über eine
Neutralisierungskapazität CN mit dem Gitter der Röhre L'1 verbunden. Die Neutralisierung
erfolgt in bekannter Weise.