DE712378C - Einrichtung zur Frequenzregelung eines Roehrenoszillators - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
17, OKTOBER 1941

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

ΛΪ 712 KLASSE 21a⁴ GRUPPE 29 oi

R102761 VIII a/21 α¹

sind als Erfinder genannt worden.

Radio Corporation of America in Neuyork, V. St. A. Einrichtung zur Frequenzregelung eines Röhrenoszillators

Patentiert im Deutschen Reich vom S- Juli 1938 an Patenterteilung bekanntgemacht am 18. September 1941

ist in Anspruch genommen.

Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, einen über einen Bereich abstitnmbaren Röhrenoszillator zu schaffen, der mit einfachsten Mitteln, d. h. ohne eine zusätzliche Röhre, über den ganzen Abstimmbereich mit konstanter Regelsteilheit .durch eine Gleichspannung in der Frequenz geregelt werden kann. Ein und dieselbe Regelspannung, welche unmittelbar der Oszillatorröhre zugeführt wird, soll also an jeder Stelle des Abstimmbereiches die gleiche Verstimmung bewirken. Ein derartiger Oszillator ist besonders zur selbsttätigen Scharfabstimmung eines Überlagerungsempfängers geeignet.

Bisher hat man eine elektrische Frequenzregelung eines Oszillators meist durch eine zusätzliche Röhre vorgenommen, deren Anoden-Kathoden-Strecke parallel zum Schwingungskreis des Oszillators lag und die durch wattlose Rückkopplung (Rückkopplung mit ao einer Phasenverschiebung von 90⁰) als regelbarer Blindwiderstand wirkte. Durch geeignete Bemessung des Rückkopplungskanales war es möglich, die Regelsteilheit über den Abstimmbereich hinweg konstant zu halten. Nachteilig ist bei dieser Anordnung die Notwendigkeit einer besonderen Röhre neben der Oszillatorröhre.

Die eingangs erwähnte Aufgabe wird e'rfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rückkopplung des Oszillators sowohl eine phasenreine und dadurch entdämpfende Komponente als auch eine wattlose und dadurch verstimmende Komponente, deren Größe am unteren Ende des Abstimmbereiches größer ist als am oberen Ende, besitzt und daß die Stsilheit der Oszillatorröhre regelbar ist. ίο Es ist zwar schon eine Anordnung zur selbsttätigen Scharfabstimmung eines Überlagerungsempfängers bekannt, bei der die Frequenzregelspannung einem Gitter der Oszillatorröhre selbst zugeführt wird. Jedoch ist T) bei dieser Anordnung eine wattlose Rückkopplung nicht vorgesehen. Vielmehr soll offenbar die Gitterkathodenkapazität durch die Regelung beeinflußt und dadurch auch die Oszillatorfrequenz geändert werden. Diese bekannte Anordnung erlaubt jedoch im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Anordnung nur eine verhältnismäßig geringe Frequenzänderung, wobei insbesondere die Regelsteilheit sehr stark von der Frequenz abhängt. (Eine nähere Überlegung zeigt, daß die Regelsteilheit sich mit der dritten Potenz der Frequenz ändert, was auf einfache Weise nicht ausgeglichen werden kann.) Die bekannte Anordnung wird daher praktisch nicht angewendet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Abbildung. Die von der Antenne A aufgenommene Schwingung wird über den abstimmbaren Eingangskreis 2 der Hochfrequenzverstärkerröhre ι und nach Verstärkung in dieser Röhre über den weiteren abstimmbaren Kreis 5 dem zweiten Steuergitter 10 der Oszillatormischröhre 6 zugeführt. Die durch Mischung entstandene zwischenfrequente Schwingung wird von der Anode 11 abgenommen, durch das auf den Sollwert der Zwischenfrequenz abgestimmte Bandfilter 12, 31 gefiltert, durch die Röhre 102 verstärkt und darauf dem weiteren, auf den Sollwert der Zwischenfrequenz abgestimmten Bandfilter .Ii₁ zugeführt. Das anodenseitige Ende der Primärspule des Bandfilters ist über den Kondensator 39 mit dem Mittelabgriff der Sekundärspule verbunden. Die an den Enden der Sekundärspule auftretenden Wechselspannungen, werden durch die Dioden 41, 41' und 42, 42' im Gegentakt gleichgerichtet, so daß an den Belastungswiderständen 100 und 101 eine Gleichspannung entsteht, deren Sinn und Größe von der Abweichung der Zwischenfrequenz von ihrem Sollwert abhängt. Diese Gleichspannung wird über den Filterwiderstand 106 zwischen die Gitterrückleitung der \^rerstärkerröhre 102 und einen Mittelabgriff des Kathodenwiderstandes 103, 104 gelegt. Die Röhre 102 wirkt also als Gleichstromver- i stärker für die Regelspannung. Der obere Teil 103 des Kathodenwiderstandes mag 400, der untere Teil 104 dagegen 500 Ohm betragen. Die an dem gesamten Widerstand auftretende Gleichspannung,. die durch den Kondensator 33 kapazitiv überbrückt ist, wird über die Leitung 30, den Ohmschen Widerstand 25 und die Hochfrequenzdrossel 24' dem Steuergitter der Oszillatorröhre zugeführt. Diese besteht aus der Kathode 7 und den ersten beiden Gittern 8 und 9, der als Heptode ausgebildeten Oszillatormischröhre 6. Die Oszillatoranode 9 ist mit dem spannungführenden Ende des abstimmbaren 7^fi Oszillatorkreises verbunden, welcher aus der Spule 15, dem Drehkondensator 16 und dem \'^Terkürzungskondensator 17 besteht. Der Verbindungspunkt der Kondensatoren 16 und 17 liegt an der Erde. Das untere Ende der Spule 15 ist über den Ohmschen Widerstand 18 von etwa 10 000 Ohm mit der positiven Quelle der Anodenspannungsquelle verbunden. Das Oszillatorgitter 8 ist über die Reihenschaltung der Kondensatoren 20 und 21 an das eine Ende der Rückkopplungsspule 19 gelegt, deren anderes Ende an den Verbindungspunkt der Schwingkreisspule 15 und des Kondensators 17 angeschlossen ist.

Der Kondensator 20 kann eine Größe von 9" etwa 10 pF haben und ist durch einen Widerstand 22 überbrückt, der eine Größe von etwa 50000 Ohm besitzt; der Kondensator 21 kann etwa 100 pF besitzen. Die Kathode 7 der Mischröhre ist über den Kathodenwiderstand 23 geerdet und gleichzeitig über den Widerstand 105 mit einem positiven Punkt der Spannungsquelle verbunden, so daß die Kathode eine positive Spannung von etwa 9,5 Volt gegenüber Erde besitzen möge. Der Drehkondensator 16 ist mit den Drehkondensatoren 3 und 14 der Hochfrequenzkreise 2 und 5 mechanisch gekuppelt.

Die Oszillatoramplitude ist trotz der Vorspannungsregelung des Oszillatorgitters 8 ziemlich konstant. Die Mischsteilheit nimmt mit wachsender negativer Vorspannung des Oszillatorgitters zu. Diese Wirkung wird dadurch teilweise ausgeglichen, daß eine starke negative Vorspannung des Oszillatorgitters no durch ein Absinken der Kathodenspannung, das heißt des Anodenstromes der Zwischenfrequenzröhre 102 bewirkt wird, deren Verstärkung dabei heruntergeht. Die dem Bandfilter Ui₁ zugeführte Zwischenfrequenzamplitude ändert sich daher während der Regelung nur in geringem Maße.

Die am Schwingungskreis 15, 16, 17 auftretende und auf die Rückkopplungsspule 19 übertragene Wechselspannung erzeugt einen Gitterstrom, welcher bewirkt, daß die Gitterkathodenstrecke, abgesehen von ihrer sta-

tischen Kapazität, einen endlichen Ohmschen Widerstand besitzt. Der hochfrequente Gitterstrom, der durch diesen Eingangswiderstand der Oszillatorröhre fließt, durchfließt auch die Parallelschaltung der Kapazität 20 und des Widerstandes 22. Diese Parallelschaltung bewirkt in Verbindung mit dem Gitterwiderstand eine Phasendrehung des Stromes gegenüber der Spannung. Der Strom durch den Gitterwiderstand hat eine phasenreine und eine wattlose Komponente. Die phasenreine Komponente dient zur Aufrechterhaltung der Schwingungen und die wattlose Komponente zur Frequenzänderung. Die durch den Strom erzeugte Gitterwechselspannung erzeugt in dem Anodenkreis 15, 16, 17 einen Anodenwechselstrom, dessen Amplitude von der Verstärkung der Oszillatorröhre abhängt und dessen Phase von der am Schwingungskreis auftretenden Spannung um einen von ο oder einem Mehrfachen davon verschiedenen Betrag abweicht. Der durch die Rückkopplung bei passender Polung der Rückkopplungsspule 19 zum Schwingungskreis parallel geschaltete Widerstand erscheint teilweise als negativer Widerstand und teilweise als negative Kapazität (bzw. positive Induktivität).

Bei Änderung der Vorspannung des Oszillatorwiderstandes ändert sich sowohl die Steilheit der Röhre als auch der Gitterwiderstand. Wird die Vorspannung des Gitters 8 stärker positiv, so nimmt die Steilheit zu, aber der Gitterwiderstand ab. Diese beiden Faktoren wirken sich in bezug auf die Oszillatorwechselspannungsamplitude derart entgegen, daß die Amplitude im wesentlichen konstant bleibt, so lange man das Gitter nicht so stark negativ macht, daß man an den unteren Knick der Kennlinie gelangt, wobei die Schwingung abreißt. Wird die Vorspannung in Richtung auf das positive Gebiet verschoben, so entspricht die Änderung der negativen Kapazität, die durch die wattlose Rückkopplung erzeugt wird, im wesentlichen der Änderung des Gitterwiderstandes. Da in diesem Falle der Gitterwiderstand abnimmt, nimmt die als Parallelwiderstand zum Schwingungskreis gedachte Kapazität zu und infolgedessen auch die Oszillatorfrequenz. Das Anwachsen der negativen Kapazität entspricht bei fester Frequenz der Abnahme einer parallel zu denkenden positiven Induktivität. Der Unterschied besteht aber darin, daß eine negative Kapazität einen Scheinwiderstand hat, welcher mit wachsender Frequenz abnimmt, während der Scheinwiderstand einer positiven Induktivität mit wachsender Frequenz zunimmt. Im Falle der negativen Kapazität ist daher für eine gegebene Regelspannung die Frequenzänderung am oberen Ende des Frequenzbereiches, also bei herausgedrehtem Drehkondensator sehr hoch, während bei positiver Induktivität sich eine im wesentlichen konstante prozentische Frequenzänderung über den ganzen Bereich hinweg ergeben würde, falls die Induktivität des Schwingungskreises konstant ist. Im vorliegenden Fall wird die Wirkung einer negativen Kapazität erzielt. Man könnte die "70 Wirkung einer negativen Induktivität erhalten, wenn man den Kondensator 20 durch eine Spule ersetzt. In diesem" Falle würde die Frequenzänderung bei fester Regelspannung nur noch proportional zu der Frequenz ansteigen.

Im vorliegenden Falle ist der Verwendung einer Kapazität der Vorzug gegeben worden, da es leicht ist, Kondensatoren ohne induktiven Widerstand zu bauen, während Induktivitäten meist eine merkliche Streukapazität besitzen. Ferner wird bei Verwendung"einer Kapazität die Frequenzabhängigkeit dadurch vermindert, daß der Gitterwiderstand infolge der statischen Gitter-Kathoden-Kapazität eine kapazitive Komponente hat. Diese kapazitive Komponente stellt bei höheren Frequenzen einen geringeren Widerstand dar und wirkt so, daß die Frequenzänderung über dem Bereich in stärkerem Maße gleichmäßig wird.

Ein praktisch konstanter Frequenzhub wird gemäß weiterer Erfindung durch passende Bemessung der in die Regelspannungszuleitung 30 eingeschalteten Hochfrequenzdrossel 24' und des Ohmschen Widerstandes 25 erzielt. Die Spule 24' wird vorzugsweise so groß gemacht, daß sie mit der Gitter-Kathoden-Kapazität des Gitters 8 gegen die Kathode 7 einen Kreis bildet, dessen Eigenfrequenz bei oder unterhalb der tiefsten Frequenz des Oszillatorfrequenzbereiches liegt. Der Frequenzhub, der an sich bei tieferen Frequenzen kleiner wäre, wird dadurch vergrößert. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel besaß die Spule 24' 2,5 mHy. >°5

Die Einschaltung des Widerstandes 25 erleichtert das Einsetzen der Schwingungen dadurch, daß sich durch den Gitterstrom an diesen Widerstand eine geringe negative Vorspannung selbst bildet. Der Widerstand 25 wird zweckmäßigerweise so klein gemacht, als es mit dieser Forderung noch im Einklang steht. Würde man den Widerstand 25 zu groß machen, so würde sich infolge der. Selbstvorspannung die Gittervorspannung und damit die Steilheit zu stark mit der Oszillatoramplitude ändern, so daß eine Abhängigkeit der Verstimmung von der Oszillatoramplitude die Folge wäre. Es ist aber zweckmäßiger, daß die Vorspannung des. Gitters 8 und damit die Verstimmung im wesentlichen durch die Frequenzregelspan-

nung gesteuert wird. Der Widerstand 25 kann daher eine Größe von etwa 2500 Ohm besitzen.

Bei starker negativer Vorspannung des Steuergitters nimmt die Mischsteilheit der Röhre zu, und dies beruht darauf, daß der Gitterwiderstand und die Steilheit des Gitters 8 sich in entgegengesetzter Richtung ändern, wodurch eine im wesentlichen konstante Wechselspannung am Oszillatorgitter erzielt wird. Wenn aber die Wechselspannung konstant ist und der Widerstand mit zunehmender Vorspannung steigt, muß der vom Oszillatorgitter aufgenommene Wechselstrom abnehmen. Diese Abnahme des Wechselstromes am Oszillatorgitter bedingt eine Zunahme des Stromes auf die anderen Elektroden und damit eine Zunahme der Mischsteilheit.

Es ist nicht notwendig, daß der Verkürzungskondensator 17 gleichzeitig im Rückkopplungskreis liegt. Es kann auch der Verbindungspunkt der Spulen 15 und 19 kapazitiv geerdet werden. Anstatt eine Heptode als Oszillatormischröhre zu verwenden, kann auch ein von dem Mischsystem getrenntes Oszillatorsystem verwendet werden. An Stelle der Parallelschaltung der Kapazität 20 und des Widerstandes 22 können auch beliebige Verbindungen induktiver, kapazitiver und Ohmscher Widerstände verwendet werden.

Durch den Schalter 35 kann nach Wahl die Frequenzregelspannung kurzgeschlossen und damit die selbsttätige Scharfabstimmung unwirksam gemacht werden.

Von der Sekundärspule des Bandfilters M₁ wird vermöge der Koppelspule 53 die zwischenfrequente Wechselspannung abgegriffen und über einen abgestimmten Kreis., der außer der Spule 53 und Spule 52 den Kondensator 57 enthält, der Empfangsdiode 51 zugeführt. Von dem Belastungswiderstand 54, 55 der Empfangsdiode wird ein Teil der Gleichspannung abgegriffen und über Filterglieder 61 dem Steuergitter der Röhre 1 und dem Empfangsgitter 10 der Mischröhre 6 als Vorspannung zum Zwecke des selbsttätigen Schwundausgleichs zugeführt. Die an dem gleichen Abgriff auftretende niederfrequente Wechselspannung wird über den Lautstärke- 5" regler 62 dem Steuergitter des Triodenteiles der Verbundröhre 50 zugeführt.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur Frequenzregelung eines über - einen Bereich abgestimmten rückgekoppelten Röhrenoszillators mittels durch Steilheitsänderung geregelter wattloser Rückkopplung, insbesondere zur ⁶<> selbsttätigen Scharfabstimmung eines Überlagerungsempfängers, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplung des Oszillators sowohl eine phasenreine und dadurch entdämpfende Komponente als auch eine wattlose und dadurch ver-' stimmende Komponente, deren Größe am unteren Ende des Abstimmbereiches größer ist als am oberen Ende, besitzt und daß die Steilheit der Oszillatorröhre regelbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergitter der Oszillatorröhre gleichstrommäßig über eine Hochfrequenzdrossel und einen Widerstand mit der Regelspannungsquelle und wechselstrommäßig über die Parallelschaltung eines Widerstandes und eines Blindwiderstandes, insbesondere einer Kapazität, mit den Hochfrequenzkreiseelementen verbunden ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochfrequenzdrossel mit der Gitter-Kathoden-Kapazität einen Kreis bildet, der auf eine unterhalb des Abstimmbereiches des Oszillators liegende Frequenz abgestimmt ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel-Spannungsquelle, von der die Gleichspannung zur Verstärkungsregelung der Oszillatorröhre abgegriffen wird, insbesondere durch Zwischenschaltung einer Gleichstromverstärkerstufe und Abnahme der verstärkten Regelspannung vom Kathodenwiderstand, derart ausgebildet ist, daß ihr innerer Widerstand klein ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen