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Einen Kristall (Quarz) und einen Schwingungskreis enthaltendes Hochfrequenzfilter
I:s wird heute die Forderung gestellt, daß die Bandbreite von Empfängern in großen
Grenzen möglichst ohne Verstärkungsänderung regelbar ist. Hierbei stößt man einerseits
auf die Schwierigkeit, daß man eine kleinere Bandbreite, als sie durch die normalen,
aus Spule und Kondensator @ aufgebauten Schwingungskreisegegeben ist, nicht erreicht.
Für Telegraphieempfang ist aber eine noch geringere Bandbreite sehr erwünscht. Ferner
ändert sich infolge der für die Bandbreitenregelung notwendigen Kopplungs- undDämpfungsänderung
sehr stark der Scheinwiderstand und damit auch die Verstärkung. Dies ist besonders
bei Verwendung einer Rückkopplung der Fall.
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Es ist bekannt, einen Quarz als Kopplungswiderstand zwischen zwei
Kreise zu legen und den einen Schwingungskreis zur Bandbreitenregelung mehr oder
weniger gegen die Durchlaßfrequenz zu verstimmen. Hierbei tritt aber der Nachteil
auf, daß die Verstärkung mit der Wurzel aus der Bandbreite sinkt, also bei einer
durch eine Verringerung der Verstimmung bewirkten Zunahme der Bandbreite abnimmt.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, bei der nicht die Durchlaßresonanz,
sondern die Sperresonanz eines Quarzes ausgenutzt wird, bleibt dagegen das Übertragungsmaß
des Filters nahezu konstant, obwohl sich die Bandbreite so weit ändern läßt, daß
z. B. wahlweise ein Telegraphieernpfang mit so schmalem Band, wie es die Telegraphiegeschwindigkeit
zuläßt, und ein` Telephonieempfang möglich ist.
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Die Erfindung besteht darin, daß der Kristall dem verstimmbaren Schwingungskreis
direkt oder über Koppelglieder parallel geschaltet ist und daß die Ausgangsspannung
dein Filter in der Weise entnommen wird, daß für die Filterung die Sperresonanz
des Kristalls wirksam ist.
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Das erfindungsgemäße Filter wirkt in der Weise, daß der Quarz durch
den Resonanzwiderstand des Schwingungskreises in verschiedenem Maße gedämpft wird.
Es tritt zwar eine geringe Verstimmung der Eigenresonanz des Filters auf, die jedoch
innerhalb der Grenzen der größten eingestellten Bandbreite liegen.
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Ausgenutzt wird bei der Erfindung die
Sperresonanz
des Quarzes, während bei den bisher bekannten Quarzfiltern die dicht daneben liegende
Reihenresonanz in diner zur 1\teutralisierung der Parallelkapazität dienend, den
BrückenschaltunZ ausgenutzt wurde. °"'=
| In Abb. i ist ein Ausführungsbeispiel fe< |
| die Erfindung dargestellt. Im Anodenkreif^ |
einerRöhre, zweckmäßigerweiseenner Schirmgitterröhre, befindet sich ein Schwingungskreis
L, C, welcher mittels des Drehkondensators C zur Bandbreitenregelung gegen die Quarzdurchlaßfrequenz
mehr oder weniger verstimmbar ist. Die Bandbreite wird um so größer, je geringer
die Verstimmung des Schwingungskreises ist, und wird umgekehrt um so geringer, je
größer die Verstimmung ist. Die Höhe der Resonanzkurve des Filters bleibt dabei
nahezu konstant, bis man in die Nähe der Eigenbandbreite b, des Quarzes kommt, und
sinkt dort nach dem Faktor
wobei b die gerade eingestellte Bandbreite ist.
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Bei Annäherung der Schwingkreisresonanz an die Ouarzdurchlaßfrequenz
wird, wie gesagt, die Resonanzkurve breiter. Bei genauer Übereinstimmung der Resonanzen
würde sich eine starke Einsattelung der Kurve ergeben, da dann die Durchlaßresonanz
des O_uarzes allein wirksam ist. Bei einer geringen Verstimmung des Schwingungskreises
verschwindet aber die eine Erhöhung, so daß dann die Durchlaßfrequenz des Quarzes,
bei welcher der Anodenkreis kurzgeschlossen ist, außerhalb der gewünschten Resonanzkurve
liegt, und zwar in dem weiter unten genannten Beispiel bei Einstellung der kleinsten
Bandbreite um 15o Hertz und bei Einstellung auf größte Bandbreite um 3ooo Hertz.
Auch die Eigenresonanz des Schwingungskreises liegt außerhalb des gewünschten Filtergebietes,
und zwar auf der anderen Seite desselben.
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Bei einer Quarzdurchlaßfrequenz von 1,5 MHz (2oo m), einem Ouarzdurchlaßwiderstand
von io Ohm und einem Resonanzwiderstand des Schwingungskreises von ioo ooo Ohm ändert
sich die Bandbreite des Filters von io auf 5ooo Hertz, wenn man beispielsweise die
die Verstimmung bewirkende überschüssige Kapazität von ioo pF auf 3 PF verringert.
Bei der geringsten Verstimmung, entsprechend der größten . Bandbreite von 5ooo Hertz,
liegt die Eigenresonanz. des Schwingungskreises immer noch 23 1:Hz entfernt, ist
also im Falle eines Empfängers unschädlich, da bei dieser Frequenz bereits die übrigen
Resonanzkreise des Empfängers absiebend wirken.
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Die Wirkungsweise der Schaltung nach Abb. i läßt sich an Hand des
Ersatzschaltbildes nach Abb. 2 zeigen. Die Eigenkapazität des Quarzes sowie die
Anoden-Katlioden-Kapazität der vorhergehenden Röhre ist in C eingerechnet. Den Schwingungskreis
denkt rna4 sich durch eine Parallelschaltung einer @tustfreien Kapazität C und einer
verlustä`l#,äen Induktivität I_ sowie seines Resonanz-'widerstandes Rres in bekannter
Weise dargestellt. Aus diesem Resonanzwiderstand R... und dem inneren Röhrenwiderstand
R; setzt sich der in Abb.2 dargestellte Widerstand W... zusammen. Bei größerem innerem
Wider-t'
Ri ist dieser ungefähr gleich R"". Ferner ist in @,bb. 2 von der
bekannten Kurzschlußersatzschaltung Gebrauch gemacht, bei welcher der Kurzschlußstrom
S # Eg (d. h. Steilheit mal Gitterwechselspannung) der Röhre in die Parallelschaltung
von Ri und Verbraucher fließt (im Gegensatz zu der Leerlaufersatzschaltung mit konstanter
EMK).
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Co, L o und R, sind dabei die charakteristischen Quarzgrößen, die
beispielsweise bei einem 1,5 1THz-Ouarz in der Größenordnung 0,03 PF, 0,47 Hy und
2o S? sind.
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Die durch den Quarz verursachten Frequenzgänge verlaufen so rasch,
daß man demgegenüber den Frequenzgang der Scheinwiderstände T_ und C vernachlässigen
kann. Die Parallelschaltung von L und C wirkt also innerhalb des durchgelassenen
Frequenzbaiides je nach Stellung von C als Kapazität oder Induktivität verschiedener
Größe. Es ist nämlich der Betrag des Blindleitwertes des Schwhlgungskreises
wobei d C der Überschuß von C über die zur Abstimmung auf die Quarzfrequenz u)"
notwendige Kapazität ist. Im Anodenkreis liegt mithin ein Resonanzgebilde nach dem
Ersatzschaltbild der Abb. 3, welches eine Sperresonanz hat, wenn die Samtne aller
Blindwiderstände von La, Co und d C gleich Null ist, wenn also
ist. Der Resonanzwiderstand R, der in Abb.3 dargestellten Schaltelemente wird dann
gleich der Parallelschaltung der Widerstände der beiden Zweige
Hierbei ist der Klammerausdruck gleich denn Widerstand des linken Zweiges.
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Je kleiner also das durch den Schwingkreiskondensator eingestellte
4 C ist, desto größer wird der Resonanzwiderstand Ro und desto
mehr
wird der Quarz durch das parallel liegende R,," bedämpft. Die Höhe der maximalen
Verstärkung wird bei Bandbreiten, die wesentlich größer als die Eigenbandbreite
des . Quarzes sind, durch den Resonanzwiderstand des Schwingungskreises bestimmt
und ist daher gleich S # R,." und mithin recht hoch, höher als es andere vom Erfinder
vorgeschlagene Quarzfilterkonstruktionen zulassen.
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Der Quarz braucht dem Anodenkreis nicht unmittelbar parallel zu liegen;
er kann auch über ein Übertragungsglied irgendwelcherArt angekoppelt sein. Außerdem
kann die Anordnung prinzipiell auch bei anderen Schwingkristallen, nicht nur Quarzkristallen,
verwendet werden.
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Der Plattenschnitt des Drehkondensators wird zweckmäßig so gewählt,
daß eine gewünschte Abhängigkeit der Bandbreite von dem Drehwinkel des Drehkondensators
vorlianden ist. Ferner kann er mit Anschlägen versehen werden, welche ein Herausdrehen
über den in Betracht kommenden Regelbereich verhindern.